DE102012106004B4

DE102012106004B4 - Wärmerückgewinnungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102012106004B4
Application number: DE201210106004
Authority: DE
Inventors: Hans-Dieter Jasper; Robert Jasper
Original assignee: JASPER GES fur ENERGIEWIRTSCHAFT und KYBERNETIK MBH; Jasper Gesellschaft fur Energiewirtschaft und Kybernetik Mbh
Current assignee: Jasper De GmbH
Priority date: 2012-07-05
Filing date: 2012-07-05
Publication date: 2014-02-27
Anticipated expiration: 2032-07-06
Also published as: DE102012106004A1

Abstract

Wärmerückgewinnungsvorrichtung, welche ein Gehäuse (2) mit Feuergaseintritt (3), Abgasaustritt (4), Kaltlufteintritt (5) und Warmluftaustritt (6) aufweist und in dem Wärmespeicherkörper (7) angeordnet sind, und bei dem das Gehäuse (2) aus einem feststehenden Unter- und Oberteil (8, 9) und einem dazwischen drehbar gelagerten Mittelteil (10) gebildet ist, wobei das Mittelteil (10) einen Lochboden (11) aufweist und das Unterteil (8), das Oberteil (9) und das Mittelteil (10) als in der Grundform kreisförmige Zylinder ausgebildet sind und das Mittelteil (10) mit seinem Lochboden (11) eine Topfform hat und durch eine Vielzahl an radial verlaufenden, vertikalen Wänden (12) in Sektorkammern (13) aufgeteilt ist, die mit Wärmespeicherkörpern (7) ausgefüllt sind und das Unter- und Oberteil (8, 9) jeweils durch einen Trennbalken (14) in eine Gas- und eine Luftkammer (15, 16) unterteilt sind, und dabei das drehbare Mittelteil (10) in jeder Drehstellung mit mindestens zwei vertikalen Wänden (12) abgedichtet an den beiden Trennbalken (14) anliegt und die Gas- und Luftführung in beiden Kammern (15, 16) hermetisch abtrennt, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (10) eine zentrale Welle (32) enthält, die auf einem Zentrallager (50) im Unterteil (8) abgestützt ist und ein Abstand des Oberteils (9) vom Mittelteil (10) über magnetische Abstandshalter (55) eingehalten wird.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung, welche ein Gehäuse mit Feuergaseintritt, Abgasaustritt, Kaltlufteintritt und Warmluftaustritt aufweist und in dem Wärmespeicherkörper angeordnet sind und bei dem das Gehäuse aus einem feststehenden Unter- und Oberteil und einem dazwischen drehbar gelagerten Mittelteil gebildet ist.
Das Mittelteil weist einen Lochboden auf und das Unterteil, das Oberteil und das Mittelteil sind als in der Grundform kreisförmige Zylinder ausgebildet. Das Mittelteil hat mit seinem Lochboden eine Topfform und ist durch eine Vielzahl an radial verlaufenden, vertikalen Wänden in Sektorkammern aufgeteilt, die mit Wärmespeicherkörpern ausgefüllt sind. Das Unter- und Oberteil sind jeweils durch einen Trennbalken in eine Gas- und eine Luftkammer unterteilt, und dabei liegt das drehbare Mittelteil in jeder Drehstellung mit mindestens zwei vertikalen Wänden abgedichtet an den beiden Trennbalken an und trennt die Gas- und Luftführung in beiden Kammern hermetisch ab.
Eine gattungsgemäße Wärmerückgewinnungsvorrichtung ist aus der deutschen Patentschrift DE 44 20 131 C2 bekannt. Bei dieser Wärmerückgewinnungsvorrichtung kann nun das Problem entstehen, das sich der Lochboden bei hohen Temperaturen nach unten oder oben durchwölbt und sich an den Trennbalken abreibt. Dies führt zu einem schnellen Verschleiß. Es kann weiterhin zu Verschmutzungen des Lochbodens kommen, durch die Durchströmung der Sektorkammern und damit der Wirkungsgrad der Vorrichtung beeinträchtigt wird. Es sind dann Reinigungen der Sektorkammern vorzunehmen.
Auch ist der dort beschriebene Antrieb einem Verschleiß durch die Wärmedehnungen des Mittelteils ausgesetzt.
Aus der Patentschrift US 3,780,498 ist ein System zur Entfernung von Schwefeloxiden aus einem Abgasstrom bekannt, bei dem zwei rotierende, gasdurchströmte Aufnahmeeinheiten für Wärme austauschendes Material mit einer zentralen senkrechten Welle auf einem Bodenlager gelagert sind. Eine Möglichkeit den Abstand der Aufnahmeeinheiten von de Gaszuführungen einzustellen, ist nicht vorgesehen.
Es ist die Aufgabe der Erfindung eine gattungsgemäße Wärmerückgewinnungsvorrichtung zu offenbaren, die die beschriebenen Nachteile vermeidet.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind durch die abhängigen Ansprüche beschrieben.
Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist als Drehbett-Regenerator ausgebildet, der eine kompakte Bauweise besitzt und als mobile Baueinheit ausgeführt und vielseitig einsetzbar ist.
Dieser Drehbett-Regenerator ermöglicht eine zentrale Wärmerückgewinnung bei hermetischer Trennung der Gas- und Luftführung innerhalb der Baueinheit und ergibt dadurch einen hohen Wirkungsgrad bei starker Schadstoffreduzierung (NOx). An die vom Regenerator zur Feuerungsanlage führende Warmluftleitung kann eine beliebige Anzahl an Brennern, auch mit verschiedenen Befeuerungseigenschaften, angeschlossen werden.
Der Regenerator setzt sich aus einem dreiteiligen Gehäuse zusammen, welches in einem Gestell ein feststehendes Oberteil und ein feststehendes Unterteil hat, und zwischen diesen beiden Teilen ein drehbares, motorisch angetriebenes Mittelteil aufweist. Das drehbare Mittelteil ist durch Vertikalwände in eine Vielzahl an Sektorkammern aufgeteilt, in die Wärmespeicherkörper aus Keramik, vorzugsweise in Kugelform, lose eingefüllt sind.
Als Wärmespeicherkörper können alternativ auch feste Körper mit indifferenten Durchströmkanälen in Form von festen Schaumkörpern in die Sektorkammern eingesetzt werden.
Das Ober- und Unterteil jeweils durch einen Trennbalken in zwei gegeneinander hermetisch abgeschlossene Kammern, und zwar eine Rauchgaskammer und eine Luftkammer, unterteilt. Das Ober- und Unterteil und Mittelteil zeigen mantelseitig umlaufende, Gleit- und Dichtflächen bildende Randprofile, die mit den Trennbalken eine Abdichtung zwischen Mittelteil und Ober- und Unterteil ergeben. Dabei ist jeder Trennbalken als langgestreckter Balken mit beidendseitigen schwalbenschwanzförmigen Erweiterungen ausgeführt, durch die in jeder Drehstellung des Mittelteiles mindestens zwei Sektorwände anliegend und dadurch eine Abdichtung zwischen den beiden Kammern im Ober- und Unterteil erreicht wird, so dass eine einwandfreie Gas- und Luftführung erfolgt.
Die neue Wärmerückgewinnungsvorrichtung zeichnet sich nun dadurch aus, dass das Mittelteil eine zentrale Welle enthält, die auf einem Zentrallager im Unterteil abgestützt ist. Durch diese zentrale Abstützung des Mittelteils kann einer Durchwölbung des Lochbodens entgegen gewirkt und somit ein Abrieb an dem Trennbalken vermieden werden. Dabei ist das Zentrallager vorteilhaft als ein Schrägrollenlager ausgeführt, das große Kräfte aufnehmen kann.
Der notwendige minimale Abstand zwischen dem drehbaren Mittelteil und dem feststehenden Oberteil wird durch magnetische Abstandshalter gewährleistet. Somit wird eine Abnutzung durch Reibung zwischen Mittelteil und dem Oberteil vermieden.
Das Schrägrollenlager ist vorteilhaft auf einen Druckmittelzylinder aufgesetzt, der als Schwingungsmotor dienen kann. Über ihn können Höhenschwingungen in die Wärmespeicherkörper eingeleitet werden, die die Verschmutzungen nach unten austragen. Sie können dann während einer Reinigung aus dem Unterteil ausgetragen werden. Auf diese Weise ist eine einfache Reinigung möglich.
Über den Druckmittelzylinder ist auch ein Abstand des Mittelteils zu dem Unterteil während des Betriebes einstellbar. Darüber wird die Reibung des Lochbodens an dem Trennbalken vermieden. Der Abstand wird vorteilhaft mit einem Abstandssensor ermittelt und darüber der Druckmittelzylinder gesteuert.
Weiterhin ist der Einsatz eines Linearmotors vorgesehen, der sich auf Flanschen um das Unterteil und das drehbare Mittelteil erstreckt. Der Linearmotor hat den Vorteil, dass er Reibungsfrei arbeitet und Lageveränderungen durch Wärmedehnungen unkritisch sind.
Auf den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches nachfolgend näher erläutert wird. Es zeigen:
1 eine schematische Vorderansicht der Wärmerückgewinnungsvorrichtung mit in einem Gestell fest angeordneten Gehäuse-Ober- und Unterteil und dazwischen drehbar gelagertem Gehäuse-Mittelteil,
2 einen Vertikalschnitt durch einen Teil des Mittelteiles,
3 eine Draufsicht auf einen Teil des Gehäuse-Mittelteiles mit Sektorkammern und darin eingefüllten Wärmespeicherkörpern,
4 eine Draufsicht auf das Gehäuse-Unterteil mit einem dasselbe in eine Gas- und eine Luftkammer aufteilenden Trennbalken.
Die Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung in Form eines Regenerators gemäß 1 weist ein in einem Gestell 1 angeordnetes Gehäuse 2 mit Feuergaseintritt 3 (für heißes Rauchgas), Abgasaustritt 4 (für kaltes Rauchgas), Kaltluftaustritt 5 (für kalte Luft) und Warmluftaustritt 6 (für die die zurückgewonnene Wärme aufgenommene Luft) auf.
Das Gehäuse 2 setzt sich aus einem feststehenden Unter- und Oberteil 8, 9 und einem dazwischen drehbar gelagerten Mittelteil 10 zusammen.
Das Unterteil 8, das Oberteil 9 und das Mittelteil 10 sind als in der Grundform als kreisförmige Zylinder ausgebildet.
Dabei ist das Mittelteil auf einer zentralen Welle 32 geführt, die sich auf dem Zentrallager 50 abstützt, das als Schrägrollenlager ausgeführt ist.
Es ist optional noch ein Druckmittelzylinder 34 vorgesehen, mit dem der Abstand zwischen dem Unterteil 8 und dem Mittelteil 10 veränderbar ist, um Wärmedehnungen auszugleichen.
Das Mittelteil 10 wird durch den Linearmotor 52 angetrieben, der sich auf den Flanschen 51 und 54 abstützt. So ist ein reibungsfreier Antrieb gegeben, der auch bei Wärmedehnungen sicher arbeitet.
Der Abstand zwischen dem Oberteil 9 und dem Mittelteil 10 ist hier über einen magnetischen Abstandhalter 55 konstant gehalten, der sich auf den Flanschen 56 abstützt.
In 2 ist ein Schnitt durch eine Seite des Mittelteils 10 dargestellt.
Das im Gestell 1 gehaltene Unterteil 8 enthält das Zentrallager 50, das als Schrägrollenlager ausgeführt ist. Über ihn können auch Schwingungen auf die zentrale Welle 32 aufgebracht werden, die über die Sektorkammern 13 die Wärmespeicherkörper in Höhenschwingungen versetzen und damit Verschmutzungen nach oben treiben und eine Reinigung ermöglichen.
Ein Abstandssensor 53 bestimmt den Abstand des Mittelteils 10 vom Unterteil 8.
Darüber wird der Druckmittelzylinder 34 gesteuert und der Abstand zwischen Unter- und Mittelteil 10 justiert, so dass immer eine einwandfreie Abdichtung ohne Reibung zwischen diesen Teilen 8, 10 gewährleistet wird.
Der Antrieb des drehbaren Mittelteils 10 erfolgt über einen umlaufenden Linearmotor 52, der sich auf Flanschen 51 und 54 zwischen Unterteil 8 und Mittelteil 10 befindet.
Das Oberteil 9 ist in dem Gestell 1 aufgehängt und der Abstand zwischen dem Oberteil und dem Mittelteil 10 wird über einen magnetischen Abstandshalter 55 auf den Flanschen 56 bestimmt, so dass Wärmedehnungen die Dichtigkeit nicht beeinträchtigen.
Das Mittelteil 10 ist durch vertikale Wände 12 in Sektorkammern aufgeteilt, die unten durch den Lochboden 11 begrenzt sind. Sie sind mit Wärmespeicherkörper ausgefüllt.
Die Abdichtung der Sektorkammern zum Oberteil 10 erfolgt durch das Randprofil 19 des Mittelteils 10 und den Trennbalken 14.
Trennbalken 14 gewährleisten auch die Abdichtung zum Unterteil 8.
In 3 ist eine Aufsicht auf die Sektorkammern 13 dargestellt, die durch die umlaufende Wand des Mittelteils 10, die radial verlaufenden vertikalen Wände 12 und die zentrale Welle 32 begrenzt sind. Die Sektorkammern 13 sind mit den Wärmespeicherkörpern 7 gefüllt. Sie sind in bevorzugter Weise von Kugeln aus keramischem Werkstoff gebildet und lose in die Sektorkammern 13 eingefüllt oder als feste Durchströmkörper eingesetzt.
An der umlaufenden Wand des Mittelteils 10 ist auch das Randprofil 19 angedeutet, über das die Abdichtung vorgenommen wird.
In 4 ist eine Draufsicht auf das Unterteil 8 mit seiner Abdichtung dargestellt. Das Unterteil 8 ist durch einen Trennbalken 14 in eine Gas- und eine Luftkammer 15, 16 unterteilt, und dabei liegt das um die zentrale Welle 32 drehende Mittelteil in jeder Drehstellung mit mindestens zwei vertikalen Sektorwänden 12 abgedichtet an dem Trennbalken 14 an, wodurch die Gas- und Luftführung in beiden Kammern 15, 16 bei der Mittelteildrehung immer hermetisch getrennt wird.
Das Unterteil 8 hat mantelseitig den Abgasaustritt 4 und den Kaltlufteintritt 5 die zu den beiden Kammern 15, 16 führen.
Das Unterteil 8 besitzt ein umlaufendes, eine horizontale, ebene Gleit- und Dichtfläche bildendes Randprofil 18, und das Mittelteil 10 zeigt ebenfalls ein umlaufendes Randprofil 19 als horizontale, ebene Gleit- und Dichtfläche, mit dem das Mittelteil 10 auf dem Randprofilen 18 am Unterteil 8 abgedichtet anliegt.
Der Trennbalken 14 erstreckt sich auf dem Durchmesser des Unterteils 8 über die offene Topfseite und hat an beiden Enden eine zu dem Mantel vom Unterteil 8 hin verlaufende Schwalbenschwanzverbreiterung 14a, die mit dem gestreckten Mittelstück 14b des Trennbalkens 14 eine in sich ebene, horizontale Gleit- und Dichtfläche für die Sektorwände 12 des Mittelteiles 10 ergeben.
Durch die Schwalbenschwanzverbreiterungen 14a des Trennbalkens 14 wird gewährleistet, dass bei der Drehung des Mittelteiles 10 immer zwei oder drei Sektorwände 12 sich auf den Schwalbenschwanzverbreiterungen 14a und auch auf dem Mittelstück 14b befinden, so dass die hermetische Abdichtung zwischen beiden Kammern 15, 16 im Unterteil 8 (und ebenso im Oberteil 9) gewährleistet wird.
Bezugszeichenliste

1: Gestell
2: Gehäuse
3: Feuergaseintritt
4: Abgasaustritt
5: Kaltlufteintritt
6: Warmluftaustritt
7: Wärmespeicherkörper
8: Unterteil
9: Oberteil
10: Mittelteil
11: Lochboden
12: vertikale Wände
13: Sektorkammern
14: Trennbalken
15: Gaskammer
16: Luftkammer
18: Randprofil des Ober-/Unterteils
19: Randprofil des Mittelteils
32: zentrale Welle
34: Druckmittelzylinder
50: Zentrallager
51: Flansch am Unterteil für den Linearmotor
52: Linearmotor
53: Abstandssensor
54: Flansch am Mittelteil für den Linearmotor
55: Magnetischer Abstandshalter
56: Flansch für den Abstandshalter

Claims

Wärmerückgewinnungsvorrichtung, welche ein Gehäuse (2) mit Feuergaseintritt (3), Abgasaustritt (4), Kaltlufteintritt (5) und Warmluftaustritt (6) aufweist und in dem Wärmespeicherkörper (7) angeordnet sind, und bei dem das Gehäuse (2) aus einem feststehenden Unter- und Oberteil (8, 9) und einem dazwischen drehbar gelagerten Mittelteil (10) gebildet ist, wobei das Mittelteil (10) einen Lochboden (11) aufweist und das Unterteil (8), das Oberteil (9) und das Mittelteil (10) als in der Grundform kreisförmige Zylinder ausgebildet sind und das Mittelteil (10) mit seinem Lochboden (11) eine Topfform hat und durch eine Vielzahl an radial verlaufenden, vertikalen Wänden (12) in Sektorkammern (13) aufgeteilt ist, die mit Wärmespeicherkörpern (7) ausgefüllt sind und das Unter- und Oberteil (8, 9) jeweils durch einen Trennbalken (14) in eine Gas- und eine Luftkammer (15, 16) unterteilt sind, und dabei das drehbare Mittelteil (10) in jeder Drehstellung mit mindestens zwei vertikalen Wänden (12) abgedichtet an den beiden Trennbalken (14) anliegt und die Gas- und Luftführung in beiden Kammern (15, 16) hermetisch abtrennt, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (10) eine zentrale Welle (32) enthält, die auf einem Zentrallager (50) im Unterteil (8) abgestützt ist und ein Abstand des Oberteils (9) vom Mittelteil (10) über magnetische Abstandshalter (55) eingehalten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrallager (50) ein Schrägrollenlager ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Zentrallager (50) auf einen Druckmittelzylinder (34) im Unterteil (8) aufgesetzt ist, über den Höhenschwingungen auf die Wärmespeicherkörper (7) aufgebracht werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass über den Druckmittelzylinder (34) ein Abstand des Mittelteils (10) zu dem Unterteil (8) einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand des Mittelteils (10) von mindestens einem Abstandsmesser (53) bestimmt wird und damit der Druckmittelzylinder (34) gesteuert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittelteil (10) durch einen am Unterteil (8) und an einem Flansch (51) des Mittelteils (10) angreifenden Linearmotor (52) drehbar angetrieben ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeicherkörper (7) von Kugeln aus keramischem Werkstoff gebildet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeicherkörper als feste Schaumkörper mit indifferenten Durchströmkanälen ausgebildet sind.