Verfahren zum Austauschen von Wärme mittels eines Regenerativ-Wärmeaustauschers. Die Erfindung bezieht sich auf ein Ver fahren zum Austauschen von Wärme mittels eines Regenerativ-Wärmeaustauschers, der ein beweglich angeordnetes Wärmeaustauschorgan aufweist, dessen Elemente für einen Teil des Arbeitszyklus einem Strom eines zu kühlen den Mediums und für einen andern Teil des Arbeitszyklus einem .Strom eines zu erwärmen den Mediums ausgesetzt sind.
Für ein Wärme austauschorgan mit, bestimmten relativen Me- diumsgesehwindigkeiten und physikalischen Zuständen ist die für jedes Element des Or- ganes aufgewendete Zeit in einem Strom be stimmt. durch die erforderliche thermische Wirksamkeit. Oft besteht zwischen den beiden Mediumströmen eine Druckdifferenz was ständig wirksame Absehlussmittel zwischen denselben bedingt, wodurch das Wärmeaus tauschorgan eigentlich zu jedem Zeitpunkt durch diese Mittel in zwei Teile geteilt ist.
Die Gleitreibung der Abschlussmittel am Wärmeaustauschorgan und die erforderliche Kraft, mit der die Abschlussmittel gegen das Organ anzudrücken sind, wenn die übliche Berührungsart des Abschlusses verwendet wird, ergibt ein beachtliches Problem der un erwünschten Reibung und Abnutzung wegen.
Die vorliegende Erfindung ermöglicht, diese Schwierigkeiten mindestens teilweise zu beheben.
Erfindungsgemäss wird dem Wärmeaus tauschorgan eine intermittierende Bewegung erteilt. Die Erfindung umfasst auch einen Regene- rativ-M'ärmeaustauscher zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens. Er weist ein intermittierend bewegtes Wärmeaustausch organ auf, das mit. Durchbrechungen ver sehen ist und zwischen den benachbarten En den einer Mehrzahl von Leitungen für Me dien angeordnet ist, wobei dazwischenliegende Abschlussmittel vorgesehen sind.
In der beiliegenden Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele von erfindiuigsgemässen Wärmeaustauschern dargestellt, an welchen <I>auch</I> das Verfahren nach der Erfindung bei spielsweise erläutert ist, und zwar zeigt: Fig. 1 ein Schaubild eines Wärmeaustau- sehers, Fig. 2 eine ähnliche Ansicht einer Einzel heit desselben, Fig. 3 eine schematische Ansicht. von 'Mit teln zur Ausführung eines zyklischen Arbei tens und Fig. .1 ein Schaubild einer abgeänderten Ausführungsform.
Gemäss der Ausführungsform nach Fig.1 wird einer Welle a eine interrriittierende Dreh bewegung erteilt, welche Welle als Wärme- a.ustauschorgan eine metallene Lochscheibe 1), ausgestattet mit zwei Gruppen von Durch brechungen, aufweist und rasch aus der Lage gemäss Fig. 1 in eine solche Lage bewegt wird, da.ss alle diejenigen Elemente, die im Strom eines wärmeren Gases lagen, das durch halb zylindrische Rohre d -flossr in einen kälteren Gasstrom, der durch die Rohre e fliesst, ein treten.
Nach dieser Bewegung verbleibt die Scheibe b zwecks 'V@'ärmefibertragimg für einen vergleichsweise längeren Zeitraum still, und die Bewegung wird dann rasch um wei tere 180 in gleicher Richtung fortgesetzt, bis die Scheibe die Ausgangsstellung erreicht hat, wo sie während eines weiteren Zeitabschnittes still verbleibt usf. Die Zeiten der Bewegung sind dabei kürzer als die Zeiten des Stillstan- des.
Zwischen den benachbarten Enden der Rohre d und e und den Stirnseiten der Scheibe sind Abschlussmittel vorgesehen, welche Ba.lg- elemente f, Dichtungsringe g und Druek- zufuhrleitumgen h, wie in Fig. 2 gezeigt, auf weisen.
Während der kurzen Zeiträume der Bewe gung sind vorzugsweise Mittel vorgesehen, durch welche die Kraft, mit der die Abschluss mittel gegen die Scheibe gedrückt werden, vorübergehend reduziert wird, um die uner wünschte Reibung und Abnützung an den Dichtungsringen und der Scheibe erheblich herabzusetzen.
Ein Ausführungsbeispiel von Mitteln zur Durchführung der zyklischen Arbeit ist in Fig. 3 dargestellt, in der die Welle a, welche die Lochscheibe trägt, auch ein Kettenrad k und eine Scheibe in aufweist, wobei die letz tere mit zwei Vorsprüngen 7z versehen ist. Das Kettenrad k ist mit einem weiteren Ketten rad o über eine endlose Kette p verbunden, die in Eingriff mit einer Klinke q auf einem <I>Arm</I> r steht. Der Arm ist an einer Kolben stange s eines Kolbens t, der sich in einem Zylinder u auf und ab bewegt, starr befestigt.
Die Enden des Zylinders sind über Rohre v und u3 mit einem Schieber<I>x</I> verbunden, der einen Doppelkolben y zur Steuerung eines Einlasses z, zweier Auslässe 2 und 3 und der Bohrungen zu den Rohren v und w aufweist.
Der Doppelkolben y weist eine Kolben stange 4 auf, welche an eine Verbindungs stange 5 angelenkt ist, die gelenkig mit einer Wippe 6 verbunden ist. Die Wippe ist um die Achse 7 schwingbar und mit einer Kipp- feder 8 verbunden. Das andere Ende der Wippe 6 besitzt eineu schwingbar gelagerten Hebel 9, der eine Rolle 10 trägt und gelenkig mit einer Zugstange 11 verbunden ist, die bei 13 an einen Antriebs steuerhebel 12 angelenkt ist. Rückschlagventile 14 und 15 und Umleitungen mit Steuermitteln 16 und 17 sind im Rohr v bzw.
iv angeord net.
Beim Arbeiten wird ein Medium, zum Bei spiel Öl oder Luft, dem obern Ende des An triebskolbens t, welcher über den Arm -r und die Klinke q in Eingriff mit der Kette p steht, zugeführt. Das Öl, welches anfänglich dem obern Ende des Zylinders ic zugeführt wird, wird aus dem Raume zwischen den Kol ben y geliefert, wobei die Kolben so angeord net sind, dass gleichzeitig das untere Ende des Antriebszylinders ic für den Ablass über das Rohr iu mit dem Auslass 2 verbunden ist.
Während des Antriebs- oder nach unten ge henden Hubes nimmt die Klinke q die Kette 2) und damit die Kettenräder na und o mit. Die Anzahl der Vorsprünge n hängt von der An zahl Zeitperioden ab, die notwendig sind, da mit der Rotor des Wärmeaustauschers eine volle Umdrehung macht. Am Ende des An triebshubes gelangt einer der Vorsprünge n mit der Rolle 10 am Hebel 9 in Eingriff und leitet die Bewegung der Wippe 6 ein, welche veranlasst, dass der Doppelkolben y umge steuert wird. Das Öl fliesst dann zum intern Ende des Zylinders u, dessen oberes Ende mit dem Auslass 3 verbunden ist.
Der Kolben t vollführt seinen Aufwärtshub, wobei die Klinke q ausser Eingriff mit der Kette p kommt.
Am Ende des Aufwärtshubes gelangt der Klinkentragarm a in Eingriff mit dem An- t.riebssteuerhebel 12, welcher bewirkt, dass der Hebel 9 angehoben wird und zuerst die Rolle 10 vom Vorsprung n freigibt, dann in Ein griff mit einem Anschlag der Wippe 6 diese kippt und dadurch den damit verbundenen Kolben y in die Antriebslage für Wieder holung des Arbeitszyklus bringt.
Die Rüekschlagventile mit Umleitungen, die in jeder der beiden Leitungen zum Zylin der u angebracht sind, gestatten, die Geschwin- digkeit des Antriebs- und des Rücklaufhubes des Zyklus zu regulieren. Durch Reduktion der Geschwindigkeit des Ölflusses beim Rück wärtshub ist es möglich, einen relativ kurz dauernden Antriebshub und einen langsam verlaufenden Rüekwärtshub zu erhalten.
Gemäss einem abgeänderten Austauscher naeh Fig. 4 sind drei Rohre d für heisse Gase vorgesehen. Die drei Kanäle für kältere Gase sind durch die Zwischenräume zwischen den Rohren d innerhalb eines Aussenrohres j gege ben. Die Durchbrechungen c erstrecken sich über die ganze Oberfläche der Scheibe b, und obschon die Bewegung mit derselben Fre quenz bezüglich der Zeit erfolgen kann, ist der Abstand. um den jedes Element der Scheibe sich zu bewegen hat, im umgekehrten Verhältnis zur Anzahl der vorgesehenen Ka näle herabgesetzt, und dadurch kann die Ab nützung an jedem Abschluss weiterhin redu ziert werden.
Weiter kann die beschriebene gleichsinnige Bewegung der Lochscheibe durch eine andere Bewegung ersetzt werden, bei der die Scheibe, statt jedesmal in die nächste Stellung ver bracht zu werden, veranlasst wird, sieh hin und her zu bewegen. Ausgehend von einer gegebenen Stellung der Lochscheibe, wird die selbe ruckartig in eine solche Stellung ge- braeht, dass alle diejenigen Teile, welche sich in wärmeren Strömungen befinden, in kältere Strömungen eintreten und umgekehrt., wo sie still verbleiben, bis eine genügende Wärme übertragung stattgefunden hat,
worauf die Lochseheibe ruckartig in umgekehrter Rich tung in ihre Ausgangslage zurückgedreht wird usf.
Wenn gewünscht, kann die Einrichtung nach Fig.3 so abgeändert werden, dass die Wippe auf ein Ventil arbeitet, das den Ab schliessdruck so steuert., dass, wenn die Wippe in der Stellung ist, in welcher die Loch scheibe stillsteht, der maximale Abschliess- druck zur Auswirkung kommt, und wenn sie sich in einer Lage für rasche Bewegung der Lochscheibe befindet, der minimale Anpress- druck wirksam ist.
Es kann auch die Ände rung des Anpressdruckes zur Bewegung der Lochscheibe benützt werden, derart, dass die Kraft genügt, um diese zu bewegen, wenn der niedrigere Druck wirksam ist, aber ungenü gend ist, um eine Bewegung zu erzeugen, wenn der höhere Anpressdruck wirkt.
Method for exchanging heat by means of a regenerative heat exchanger. The invention relates to a process for exchanging heat by means of a regenerative heat exchanger, which has a movably arranged heat exchange member, the elements of which are a stream of a medium to be cooled for part of the working cycle and a stream of a medium for another part of the working cycle to heat the medium are exposed.
For a heat exchange organ with certain relative medium velocities and physical states, the time expended for each element of the organ in a stream is determined. due to the required thermal effectiveness. Often there is a pressure difference between the two medium streams which constantly effective Absehlussmittel between the same conditions, whereby the Wärmeaus exchange organ is actually divided into two parts by these means at any point in time.
The sliding friction of the closing means on the heat exchange element and the force required with which the closing means are to be pressed against the organ when the usual type of contact of the conclusion is used results in a considerable problem of undesired friction and wear.
The present invention makes it possible to at least partially overcome these difficulties.
According to the invention, the Wärmeaus exchange member is given an intermittent movement. The invention also comprises a regenerative heat exchanger for carrying out the method according to the invention. He has an intermittently moving heat exchange organ that with. Perforations are seen and between the adjacent ends of a plurality of lines for media is arranged, wherein intervening closure means are provided.
In the accompanying drawing, two exemplary embodiments of heat exchangers according to the invention are shown, on which the method according to the invention is explained for example, namely: FIG. 1 shows a diagram of a heat exchanger, FIG. 2 shows a similar view of a single unit of the same, Fig. 3 is a schematic view. of 'with means for the execution of a cyclic work tens and Fig. 1 a diagram of a modified embodiment.
According to the embodiment according to FIG. 1, a shaft a is given an intermittent rotary movement, which shaft has a metal perforated disk 1), equipped with two groups of perforations, as a heat exchange element and quickly moves out of the position according to FIG such a position is moved that all those elements which were in the stream of a warmer gas, which flowed through semi-cylindrical tubes d -flossr into a colder gas stream, which flows through the tubes e, enter.
After this movement, the disk b remains still for a comparatively longer period of time for the purpose of 'V @' ärmefibertragimg, and the movement is then continued rapidly by further 180 in the same direction until the disk has reached the starting position, where it is still for a further period of time remains and so on. The times of movement are shorter than the times of standstill.
Between the adjacent ends of the tubes d and e and the end faces of the disk, closure means are provided, which ball elements f, sealing rings g and pressure supply ducts h, as shown in FIG. 2, have.
During the short periods of movement, means are preferably provided by which the force with which the closing means are pressed against the disc is temporarily reduced in order to considerably reduce the undesired friction and wear on the sealing rings and the disc.
An embodiment of means for performing the cyclical work is shown in Fig. 3, in which the shaft a, which carries the perforated disk, also has a chain wheel k and a disk in, the latter being provided with two projections 7z. The chain wheel k is connected to another chain wheel o via an endless chain p which is in engagement with a pawl q on an <I> arm </I> r. The arm is rigidly attached to a piston rod s of a piston t which moves up and down in a cylinder u.
The ends of the cylinder are connected via pipes v and u3 to a slide <I> x </I> which has a double piston y for controlling an inlet z, two outlets 2 and 3 and the bores to the pipes v and w.
The double piston y has a piston rod 4 which is articulated to a connecting rod 5 which is articulated to a rocker 6. The rocker can swing about the axis 7 and is connected to a tilt spring 8. The other end of the rocker 6 has a pivotably mounted lever 9 which carries a roller 10 and is articulated to a pull rod 11 which is articulated at 13 on a drive control lever 12. Check valves 14 and 15 and diversions with control means 16 and 17 are in the pipe v and
iv arranged.
When working, a medium, for example oil or air, is fed to the upper end of the drive piston t, which is in engagement with the chain p via the arm -r and the pawl q. The oil which is initially supplied to the upper end of the cylinder ic is supplied from the space between the pistons y, the pistons being arranged so that at the same time the lower end of the drive cylinder ic for the discharge via the pipe iu with the Outlet 2 is connected.
During the drive or downward stroke, the pawl q takes the chain 2) and thus the sprockets na and o. The number of projections n depends on the number of time periods that are necessary because the rotor of the heat exchanger makes a full turn. At the end of the drive stroke one of the projections n comes into engagement with the roller 10 on the lever 9 and initiates the movement of the rocker 6, which causes the double piston y to be reversed. The oil then flows to the internal end of the cylinder u, the upper end of which is connected to the outlet 3.
The piston t performs its upward stroke, the pawl q disengaging from the chain p.
At the end of the upward stroke, the latch support arm a comes into engagement with the drive control lever 12, which causes the lever 9 to be lifted and first releases the roller 10 from the projection n, then in a grip with a stop on the rocker 6 tilts it and thereby brings the associated piston y in the drive position for repetition of the work cycle.
The non-return valves with bypasses installed in each of the two lines to the cylinder u make it possible to regulate the speed of the drive and return strokes of the cycle. By reducing the speed of the oil flow on the reverse stroke, it is possible to obtain a relatively short drive stroke and a slow reverse stroke.
According to a modified exchanger shown in FIG. 4, three tubes d are provided for hot gases. The three channels for colder gases are given through the spaces between the tubes d within an outer tube j. The openings c extend over the entire surface of the disc b, and although the movement can take place with the same Fre quency with respect to time, the distance is. around which each element of the disc has to move, reduced in inverse proportion to the number of channels provided, and thereby the wear at each end can be further reduced.
Furthermore, the described movement of the perforated disc in the same direction can be replaced by another movement in which the disc, instead of being brought into the next position each time, is caused to move back and forth. Starting from a given position of the perforated disc, the same is jerked into such a position that all those parts which are in warmer currents enter colder currents and vice versa, where they remain still until sufficient heat is transferred has taken place
whereupon the perforated disk is turned back jerkily in the opposite direction to its starting position, and so on.
If desired, the device according to Figure 3 can be modified so that the rocker works on a valve that controls the final pressure. That, when the rocker is in the position in which the perforated disc is stationary, the maximum closure - pressure comes into play, and if it is in a position for rapid movement of the perforated disc, the minimum contact pressure is effective.
It is also possible to change the contact pressure to move the perforated disk, so that the force is sufficient to move it when the lower pressure is effective, but insufficient to generate movement when the higher contact pressure is effective .