CH314108A - Rotierender Wärmeaustauscher - Google Patents

Rotierender Wärmeaustauscher

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CH314108A
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CH
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heat
heat exchanger
rotor
gas
blades
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Inventor
Hryniszak Waldemar
Original Assignee
Parsons & Co Ltd C A
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Publication of CH314108A publication Critical patent/CH314108A/de

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D19/00Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
    • F28D19/04Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier
    • F28D19/045Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier with radial flow through the intermediate heat-transfer medium

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description


  Rotierender     Wärmeaustauscher       Vorliegende Erfindung bezieht sich auf  einen rotierenden     Wärmeaustauscher,    bei     wel-          ehem    ein     wärinetransportier        endes    Mittel     ab-          weehselnd    mit einem zu kühlenden     und    einem       ziz    erwärmenden Gas in Berührung kommt.  



  Solche     Wärmeaustauscher,    beispielsweise  zum Vorwärmen der Luft einer Gasturbine,  sind bekannt. Die Bewegung des Rotors des       Wärmeaustausehers    wird üblicherweise über  ein     Getriebe    durch einen Antriebsmotor be  wirkt. Dieser Antriebsmotor kann beispiels  weise die Gasturbine selbst, ein Elektromotor,  ein hydraulischer oder ein pneumatischer Mo  tor sein.  



  Diese bekannte Antriebsart des Rotors eines  als     Luftvorwärmer    dienenden     Wärmeaustau-          schers    besitzt den Nachteil, ein stark unter  setztes Reduktionsgetriebe, einen Antriebs  motor und alle die Gehäuse und die zur Ver  einigung dieser Elemente benötigten Zubehör  teile zu erfordern.  



  Die vorliegende Erfindung     bezweekt,    einen  rotierenden     Wärmeaustauscher    zu schaffen,  der nicht fremdangetrieben ist.  



  Gemäss der vorliegenden Erfindung weist  der Rotor des     ZV        ärmeaustausehers    derart ge  formte Schaufeln auf, dass ihre     Beaufschla-          gung    durch die     wärmeaustauschenden    Gase  den Rotor in Drehung versetzt.  



  Als     wärmetransportierendes    Mittel     kom-          inen    nicht nur feste     Rotorfüllungen,    sondern  auch fliessfähige Substanzen in Frage, z. B.  Flüssigkeiten oder pulverisierte Stoffe. We-         sentlich    ist, dass dieses Mittel abwechselnd dem  zu kühlenden und dem zu erwärmenden Gas  ausgesetzt ist.  



  So kann das wärmetransportierende Mittel  auch aus einem Metall bestehen, das bei der       Betriebstemperatur    des     Wärmeaustauschers     geschmolzen ist, oder aus einer pulverförmi  gen, mit Luft durchsetzten Substanz. Als flüs  sige Metalle kommen z. B. Kalium oder Na  trium in Frage, wobei die mit ihnen in Be  rührung kommenden 'Wandungen aus rost  freiem Stahl bestehen. Die Gase, die die       Wärme    austauschen sollen, sind in diesem  Falle vorzugsweise     inert,    wie beispielsweise  Helium, das auch in     Gasturbinenanlagen    mit  geschlossenem     Arbeitsprozess    verwendet wird.  



  An Hand der beiliegenden Zeichnung wer  den einige Ausführungsbeispiele des Erfin  dungsgegenstandes beschrieben, und zwar  zeigt:       Fig.    1 schematisch in zwei senkrecht zuein  ander stehenden Schnitten einen Teil eines  rotierenden     Wärmeaustauschers,    dessen Rotor  eine Reihe von rings um ihn angeordneten,  radial gestellten Blechschaufeln als wärme  transportierendes Mittel aufweist.  



       Fig.    2 eine der     Fig.    1 ähnliche     Darstellung     eines rotierenden     Wärmeaustauschers,    bei dem  das wärmetransportierende Mittel als Füllung  zwischen den     Rotorschaufeln    angeordnet ist,       Fig.    3 einen     Axialschnitt    durch einen rotie  renden     Wärmeaustauscher    als     Luftvorwärmer,     der der Konstruktion nach     Fig.    2 entspricht,      wobei der obere Teil der     Figui-    die heissere  Gasseite und der untere Teil die kältere Luft  seite darstellt,

         Fig.    1 den     untern    Teil der     Fig.    3 in einem  grösseren Massstab,       Fig.    .5 einen     Axialschnitt    durch einen Teil  eines rotierenden     Wärmeaustauschers,    bei  dem als wärmetransportierendes Mittel eine  Flüssigkeit dient, und       Fi-.    6 einen Teil eines Schnittes nach     Linie          VI-VI    in     Fig.    5.  



  Bei der in     Fig.    1 dargestellten Ausfüh  rungsform weist der Rotor 1 eine Reihe von  dicht aufeinanderfolgenden dünnen, aus Blech       geformten        Rotorsehaufeln    2 auf, die so ge  formt sind, dass der Durchgang der     wärmeaus-          taiLsehenden    Gase den Rotor in Drehung v     er-          ,setzt.        Leitsehaufeln    3 sind vor dein Rotor gas  eintrittsseitig angeordnet. Die     Rotorsehaufeln     2 dienen im vorliegenden Falle ebenfalls als  wärmetransportierendes Mittel.  



  Bei der in     Fig.2    dargestellten Ausfüh  rungsform sind in Kammern des Rotors Fül  lungen la aus wärmespeicherndem Material  untergebracht, welche Kammern durch radial  gestellte     Rotorschaufeln    2c begrenzt sind. Die       Rotorschaufeln    2c besitzen gebogene     Endteile          2a    und 2b, die über die Füllungen     1a.    hinaus  ragen,

   wobei die gebogenen     Endteile        2a.    und       2b    beim Durchgang der     wärmeaustauschen-          den    Gase durch den Rotor von diesen Gasen       beaufschlagt    werden und den Rotor in Dre  hung versetzen. Die Füllungen     1a    bestehen  z. B. aus Drahtgaze und bewirken den Wärme  transport vom wärmeren zum kälteren Gas  strom.  



  Gemäss den     Fig.    3 und 1 weist der Rotor 11  des     Wärmeaustausehers    ein inneres bzw. ein  äusseres Gehäuse 12 bzw. 13 auf, die durch  einen der Wärmeisolation dienenden Luftspalt  14 voneinander getrennt sind. Das äussere  Gehäuse 13 ist mit Vorsprüngen 15 versehen,  die auf     konisehen    Rollen 16 laufen, die ihrer  seits auf Kugellagern 17 gelagert sind. Jede       Rotorsehaufel    besteht aus dem äussern Teil 18,  dem Mittelteil 19 und dem innern Teil 20.

    Zwischen je zwei Mittelteilen 19 zweier auf  einanderfolgender     Rotorschaufeln    ist eine Fül-         lung        19a    von     wärmespeicherndem    Material       untergebracht,    die als wärmetransportierendes       Hittel    dient.

   Heisse Gase treten in axialer       Riehtung    in den     Wärmeaustauscher,    und     zwar     in das eine von zwei     segmentförmigen,    im  Innern des Rotors 11 durch eine die     innern     Dichtungen 36 tragende Trennwand gebil  deten Abteile ein. durchströmen das Abteil 21  in radialer     Rielitun-    und anschliessend die  innern     Leitsehaufeln    22.

   Dann treffen sie auf  die innern Teile 20 der     Rotorschaufeln        auf     und erteilen dem Rotor 11     einen    Drehimpuls,  worauf sie durch die Füllungen     19a    und  über die äussern Teile 18 der     Rotorschaufeln     strömen, dem Rotor nochmals einen Dreh  impuls erteilend, bevor sie durch die äussern  Leitschaufeln 23 als     gekühlter    Gasstrom     2-1     den     Wärmeaustauscher    verlassen.  



  Kalte Luft tritt, bei 25 ein, strömt durch  die äussern     Leitsehaufeln    26, die äussern Teile  18 der     Rotorschaufeln,    die Füllungen     19a,    die       innern    Teile 20 der     Rotorschaufeln    und die       innern    Leitschaufeln 27 und tritt bei 28 in  das andere     segnientförmige    Abteil, von     Rio    sie  in erwärmtem Zustand den     Wärnieaustauscher     in axialer Richtung verlässt. Beim Durch  strömen der Teile 18 und 20 erteilt die kalte  Luft. dem Rotor ebenfalls einen Drehimpuls.

    Die heissen Gase     geben    ihre Wärme den Fül  lungen     19a.    ab, die infolge der Rotation in den  kalten Luftstrom gelangen und die gespei  cherte Wärme der Luft abgeben. Jede Fül  lung     19a    ist in einem Rahmen 29 gehalten.  



  Der     Stator    weist Seitenwände 30, einen  innern Ring 31 und einen äussern Ring 32  auf. Dabei ist. jede Seitenwand 30 zweiteilig,  wobei die beiden Teile zur Wärmeisolierung       dureh    einen Luftspalt 33 voneinander getrennt  sind. Darüber hinaus besteht zwischen     Stator     und Rotor, ebenfalls zum Zwecke der Wärme  isolierung, noch ein Luftraum 31. In den Sei  tenwänden 30 sind Lagerzapfen 35 für die  Kugellager 17 befestigt. Die innern und die  äussern Ringe 31     und    32 halten die     Leit-          schaufeln    22, 23, 26 und 27 fest.  



  Zum Verhindern der     Undiehtheit    zwischen  der Kaltluft- und der     Heissgasseite    sind Dich  tungen 36 und 37 vorgesehen. Die schematisch           dargestellten        Dichtungen    36 verhindern die       Undiehtheit    längs des Umfanges des Rotors,  während die     Dichtungen,    37 die     Undichtheit    an  den     Seitenflächen    des     Rotorgehäuses    verhin  dern.  



  Die Dichtungen 37 bestehen aus     Asbest-          paekun        ,#-en    38, die zwischen keilförmigen       Druekringen    39 und U-förmigen Federringen  40 gehalten sind. An diesen Ringen liegen  mit \dem Rotor umlaufende     Graphitringe    41  an. Der Luftspalt 14 ist durch     iin    Profil     U-          föi-mige    Teile 42 abgeschlossen.

   Federn 43,  zwischen dem innern     Gehäuse    12 und dem       äussern    Gehäuse 13 des Rotors angeordnet,       pressen    das innere Gehäuse 12 gegen die     be-          zügIieli    des Rotors äussere Dichtung 37, welche  die kältere Dichtung ist, so dass sie einen  Spalt zwischen dem Rotor und der bezüglich  des Rotors innern Richtung 37 belassen, welche  die     wärmere    Dichtung ist.  



  Eine     hupplungs-    und Getriebevorrichtung       44    für einen     Anlassmotor    und einen Steuer  mechanismus, welche beiden nicht dargestellt  sind, ist vorgesehen.  



       Fig.    5 zeigt die eine Hälfte eines rotieren  den     Wärmeaustauschers,    bei dem als wärme  transportierendes Mittel eine Flüssigkeit be  nützt wird. Zwei solche Hälften bilden einen  vollständigen rotierenden     Wärmeaustauscher.     Die in     Fig.    5 dargestellte Hälfte ist im vor  liegenden Fall die     Heissgasseite    des Wärme  austauschers.  



  Abzukühlende Gase treiben in einem     Stator     51 einen als doppelwandige Trommel 52 aus  gebildeten Rotor an. Die Heissgase treten  durch Leitschaufeln 53 in den     Stator    ein,  bevor sie den     Gaseinlass    54 der Trommel 52  erreichen. In dieser Trommel 52 sind radial  gestellte     Rotorschaufeln        55a,    in gleichen Ab  ständen über den     Rotorumfang    verteilt, vor  gesehen. Kleinere     Rotorschaufeln    55b sind  zwischen den Schaufeln     55a    angeordnet       (Fig.    6), um die Verteilung der Heissgase über  den     Unifan-    der Trommel 52 zu erleichtern.

    Die     Rotorschaufeln        55a    und     55b    sind so ge  formt, dass die Trommel 52 durch die sie     be-          aufschlagenden    Heissgase in Umdrehung ver  setzt wird. Die sodann gekühlten Gase verlas-    sen die Trommel 52 durch den     Gasauslass    56  und strömen zwischen den Leitschaufeln 57  durch, die die Gasströmung in axiale Richtung  umlenken und wenn nötig deren     Creschwindig-          keit    erhöhen.

   Nur die dem     Gaseinlass    51 und  dem     Gasauslass    56 benachbarten Teile der       Rotorschaufeln        55a    sind gebogen. Die Trom  mel 52 ist auf einer Hohlwelle 58, die in La  gern 59 und 60 läuft, angeordnet. Radial  gerichtete Rohre 61 durchsetzen die innere,  konisch verlaufende Wand 62 der Trommel 52  und enden je in einer Düse 63. Zufolge der  Zentrifugalkraft fliesst die als -wärmetranspor  tierendes Mittel benützte Flüssigkeit, die bei  64 in. die hohle Welle 58 eintritt, durch die  radial verlaufenden Rohre 61 und wird in  Form von feinen Tropfen durch die Düsen 63       ausströmend    in das Innere der Trommel 52  verteilt.

   Zufolge der Zentrifugalkraft wandern  diese Tröpfchen längs einer oder weniger  radialen     Bahn    durch die Heissgase in der  Trommel 52 hindurch, so dass ein Wärmeaus  tausch zwischen der Flüssigkeit und den mehr  oder weniger im Kreuzstrom zu dieser strö  menden Heissgasen stattfindet. Die Tröpfchen  nehmen dabei Wärme von den Heissgasen auf       und    werden zufolge der Zentrifugalkraft an  der äussern, konisch verlaufenden Wand 65  der Trommel 52 aufgefangen.  



  Infolge der     Konizität    der Wand 65 und  als Effekt der     Zentrifugalkräfte,wandert    die  Flüssigkeit zum     Flüssigkeitsauslass    66 der  Trommel 52 und tritt durch den     Flüssigkeits-          auslass    67 des     Stators    51 aus der in     Fig.    5  dargestellten Hälfte des     Wärmeaustauschers     heraus.  



  Die Flüssigkeit wird dann auf die andere,  in     Fig.    5 nicht dargestellte Hälfte des     Wärme-          austauschers    geführt. Die Flüssigkeit wird  erneut durch eine zweite Hohlwelle in die  zweite Hälfte des     Wärmeaustauschers    ein  geführt, und der Arbeitsgang wiederholt sich  in der oben beschriebenen Weise, wobei jetzt  kalte Gase durch die Flüssigkeit erwärmt  werden.  



  Zwischen den beiden Hälften des     Wärme-          austauschers    kann die Flüssigkeit zusätzlich  entweder erwärmt, abgekühlt oder gereinigt      werden. Die Flüssigkeit kann durch eine  Pumpe in den     Wärmeaustauseher        hineinge-          fördert    werden. Die sekundlich den     Wärine-          austauscher    durchströmende Flüssigkeitsmenge  kann in diesem Falle durch Regulierung der  Pumpendrehzahl geregelt werden.  



  An Stelle von Flüssigkeit könnte auch ein  Pulver verwendet werden.

Claims (1)

  1. PATENT ANSPRUCH Rotierender Wärmeaustauscher, bei wel chem ein wärmetransportierendes Mittel ab wechselnd mit einem zu kühlenden und einem zu erwärmenden Gas in Berührung kommt, da durch gekennzeichnet., dass der Rotor des Wärmeaustausehers derart geformte Schau feln aufweist, dass ihre Beaufschlagung durch die wärmeaustauschenden Gase den Rotor in Drehung versetzt.
    LTNTTERANSPRVCIIE I. Wärmeaivstauscher nach Patentansprueh, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmetrans portierende Mittel durch die Rotorschaufeln gebildet ist, welche radial gestellte Blechschau feln sind. 2. Wärineaustauseher nach Patentansprach, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmetrans portierende Mittel durch Füllungen gebildet.
    ist, welche Füllungen in von den Rotorschau- feln begrenzten Kammern angeordnet sind, und dass die Rotorsehaufeln radial gestellt sind und gebogene Endteile aufweisen, die über die Füllungen hinausragen.
    3. Wärmeaustauscher nach Patentansprueli, dadurch gekennzeichnet, dass das wärmetrans portierende :Mittel eine fliessfähige Substanz ist und dass der Wärmeaustauscher zwei als Trommeln ausgebildete Rotoren aufweist, die von den wärmeaustausehenden Gasen axial durchströmt werden, das Ganze derart, dass durch Zentrifugalwirkung die fliessfähige Substanz durch die beiden Trommeln zirku liert und dabei einerseits Wärme vom zti küh lenden Gas aufnimmt und anderseits Wärme an das zu erwärmende Gas abgibt.
    4. Wärmeaustauseher naeli Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass er ein Stator- gehäuse besitzt, in welchem Leitschaufeln der art angeordnet sind, dass ein Teil davon vor den Rotorschaufeln von den wärmeaustau schenden Gasen durehströmt werden.
CH314108D 1952-12-15 1952-12-15 Rotierender Wärmeaustauscher CH314108A (de)

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