DE1042619B - Umlaufender Regenerativ-Waermeaustauscher - Google Patents

Umlaufender Regenerativ-Waermeaustauscher

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DE1042619B
DE1042619B DEK31164A DEK0031164A DE1042619B DE 1042619 B DE1042619 B DE 1042619B DE K31164 A DEK31164 A DE K31164A DE K0031164 A DEK0031164 A DE K0031164A DE 1042619 B DE1042619 B DE 1042619B
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DE
Germany
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hub
rotor
heat exchanger
regenerative heat
diameter
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Pending
Application number
DEK31164A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing Jakob Koch
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kraftanlagen AG
Original Assignee
Kraftanlagen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Kraftanlagen AG filed Critical Kraftanlagen AG
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Publication of DE1042619B publication Critical patent/DE1042619B/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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23LSUPPLYING AIR OR NON-COMBUSTIBLE LIQUIDS OR GASES TO COMBUSTION APPARATUS IN GENERAL ; VALVES OR DAMPERS SPECIALLY ADAPTED FOR CONTROLLING AIR SUPPLY OR DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; INDUCING DRAUGHT IN COMBUSTION APPARATUS; TOPS FOR CHIMNEYS OR VENTILATING SHAFTS; TERMINALS FOR FLUES
    • F23L15/00Heating of air supplied for combustion
    • F23L15/02Arrangements of regenerators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

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  • Combustion & Propulsion (AREA)
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Description

  • Umlaufender Regenerativ-Wärmeaustauscher: Die Erfindung bezieht sich auf umlaufende Regenerativ-Wärmeaustauscher; wie sie beispielsweise in Feuerungsanlagen benutzt werden, um mittels der heißen Rauchgase die Verbrennungsluft vorzuwärmen. Die Durchleitung der beiden wärmeaustauschenden Gase durch den die Wärmespeichermasse tragenden Rotor erfolgt in der Regel im-Gegenstrom. Infolge= dessen liegen in beiden Strömungskanälen die höheren Temperaturen im Bereich der gleichen Rotorstirnfläche und die niedrigeren Temperaturen im Bereich der anderen Rotorstirnfläche. Der Rotor erfährt daher eine unterschiedliche Wärmedehnung, die ihren größten Wert auf der »heißen Seite« aufweist, während die Temperaturen und dementsprechend die Wärmedehnungen in, Richtung zur anderen Rotorstirnfläche, nämlich der »kalten Seite«, stetig abnehmen. Infolgedessen verformt sich der Rotor zu einer Kugelkalotte.
  • Wenngleich der Halbmesser der Kugelkalotte sehr groß ist und die Verwerfung hinsichtlich der mechanischen Beanspruchung des Rotors keine Bedeutung besitzt, so spielt diese Verwerfung aber doch hinsichtlich der Güte der Abdichtung eine große Rolle. Eine einwandfreie Trennung der beiden wärmeaustauschenden Gasströme ist um so besser vorzunehmen, je geringer die Rotorverwerfung ist, je weniger freies Spiel also zwischen den abdichtenden Organen und dem Rotor vorgesehen werden muß.
  • Um der Rotorverwerfung Rechnung zu tragen, wurden schon verschiedene Vorschläge gemacht,. beispielsweise die Anbringung einer nachgiebigen Abdichteng, die etwa die Form eines parallel verschieblichen Parallelogramms aufweist. Da aber die einzelnen gelenkig miteinander verbundenen Seiten dieses Parallelogramms, die als Leisten oder als ganze Abdichtplatten ausgebildet sein können, ihrerseits in sich starr und gerade bzw. eben sind, so kann eine Anpassung an die Rotorverwerfung nur in gewisser Annäherung erfolgen, und zwar in dem Maße, als die Seiten des Parallelogramms sich als Tangenten an die Kugelkalotte anlegen können.
  • Von Interesse ist auch ein Vorschlag, der von dem Bestreben ausgeht die Rötorverwerfung gar nicht zur Entstehung kommen zu lassen, also nicht die Folgen solcher Verwerfungen, sondern vielmehr die Ursachen zu beseitigen. Dieses soll dadurch geschehen, daß der Rotor mit Kanälen versehen wird, die von einem temperaturregelnden, flüssigen oder gasförmigen Medium durchströmt werden. Hierdurch soll also den ungleichmäßigen Erwärmungen des Rotors durch die beiden wärmetauschenden Medien entgegengewirkt werden. Wenngleich dieser Vorschlag theoretisch sehr überzeugend wirkt, so hat sich seine Einführung in die Praxis bisher aber doch noch nicht feststellen lassen, und zwar offenbar deshalb nicht, weil dieses zusätzliche Kanalsystem eine wesentliche Komplizierung und daher Verteuerung bedeutet und notwendigerweise auch eine zusätzliche Fehlerquelle darstellt, die die Betriebssicherheit herabsetzt.
  • Die Erfindung geht von der Erkenntnis aller dieser Schwierigkeiten aus. Sie zeigt einen neuen Weg zu deren Verminderung, und zwar ist der umlaufende Regenerativ-Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Nabendurchmessers zum Rotoraußendurchmesser etwa 0,3 bis 0,6 beträgt. Das wesentliche Merkmal besteht also darin, daß die Rotornabe, die j2, nicht mit Speichermase bestückt ist und sich an dem Wärmeaustausch nicht beteiligt, einen wesentlich größeren Durchmesser im Verhältnis zum Rotoraußendurchmesser erhält, als es bisher üblich ist. Die Rotorverwerfung, die durch die unterschiedlichen Temperaturen der Speichermasse an den beiden Stirnflächen hervorgerufen wird und die erst vom Umfang der Nabe aus einsetzen kann, kann bei einer derart vergrößeren Nabe ein verhältnismäßig eng begrenztes Maß nicht überschreiten. Es besteht infolgedessen eine gewisse Verwandtschaft mit dem vorstehend erwähnten Vorschlag, dem Einfluß der Temperaturunterschiede zwischen der »heißen Seite« und »kalten Seite« mittels temperaturregelnder Medien entgegenzuwirken, und zwar insofern, als in beiden Fällen die Verformung des Rotors vermindert wird. Der erfindungsgemäße Weg ist aber ganz erheblich einfacher und billiger. Auch bedeutet er in keiner Hinsicht eine Verminderung der Betriebssicherheit.
  • Zur Erläuterung des Erfindungsgedankens sind in der Zeichnung zwei Rotoren von umlaufenden Regenerativ -Wärmeaustauschern in Axialschnitten dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen Rotor üblicher Bauart, während Fig. 2 einen Rotor gemäß der Erfindung veranschaulicht.
  • Der bekannte Rotor gemäß Fig. 1 ist links ohne Abdichtung und Gehäuse dargestellt, und zwar im kalten Zustand. Während des Betriebes verformt sich der die Wärmespeichermasse enthaltende Teil 1 des Rotors infolge der unterschiedlichen Erwärmung gemäß der eingezeichneten gestrichelten Linie. Hierbei verschieben sich die Außenkantendes Rotors in axialer Richtung gegenüber ihrer Lage im kalten Zustand um das Maß h. Dieses Maß muß bei der Konstruktion und bei der Einstellung der Abdichtung berücksichtigt werden, damit der Rotor einen ausreichenden Spielraum zur Verfügung hat, wie er ihn für seine Drehbewegung benötigt.
  • Im rechten Teil der Fig. 1 ist in vereinfachter Form eine Rotoräbdichtung dargestellt, die den Rotor gürtelförmig umschließt und aus einzelnen geraden, aber gelenkig miteinander verbundenen Gliedern 2, 3 und 4 besteht. Da die Rotorverwerfung erst vom Umfang der Nabe 5 aus einsetzt, geht die gelenkige Abdichtung auch erst von. diesem Umfang aus, und zwar greifen die Enden der gelenkigen Glieder 2 und 4 mittels Nasen je in einen genuteten, dicht vor der Nabenstirnfläche angeordneten Ring 6 ein.
  • Bei dem in Fig. 2 dargestellten Rotor gemäß der Erfindung ist das Verhältnis von Nabendurchmesser zu Rotoraußendurchmesser ein völlig anderes, und zwar ist der Durchmesser der Nabe 15 beträchtlich vergrößert worden. Um die gleiche Speichermasse unterbringen zu können, muß hierbei natürlich auch der Außendurchmesser des Rotors vergrößert werden. Diese Vergrößerung stellt aber nur einen Bruchteil der Vergrößerung des Nabendurchmessers dar. Da die Verwerfung des die Speichermasse tragenden Rotorteiles 11 erst an der Nabe einsetzt und da der Nabenumfang jetzt dem Rotorumfang stark angenähert ist, geht das Maß V' der Rotorverwerfung gemäß Fig. 2 gegenüber dem Maß T>" gemäß Fig. 1 ganz wesentlich zurück, wie es die auch hier wieder eingezeichneten gestrichelten Linien zeigen. Die Verwerfung am Umfang des erfindungsgemäßen Rotors ist etwa ebenso groß wie bei dem bekannten Rotor nach Fig. 1 an der durch eine strichpunktierte Schnittlinie gekennzeichneten Stelle. Dementsprechend kann die Abdichtungsvorrichtung 12, 13, 14 sich der Verformung wesentlich besser anpassen.
  • Die aus Einzelgliedern bestehende Rotorabdichtung kann auch hier wieder von einem genuteten, dicht vor der Nabenstirnfläche angeordneten Ring ausgehen, wie er in Fig. 1 als Ring 6 dargestellt ist. Es kann aber auch die Rotorabdichtung von der Drehachse 18 ausgehen, so daß die radial angeordneten Glieder 12 der Rotorabdichtung in der Gegend des Nabenmantels nochmals einen Gelenkpunkt erhalten. In diesem Falle schließt zweckmäßigerweise der Nabenboden 15 mit der Rotorstirnfläche ab. Vorteilhafter ist aber eine an der Stirnseite des Nabenmantels angebrachte Ringabdichtung mit wechselseitig ineinandergreifenden Ringen nach Art einer Labyrinthabdichtung, wie es in Fig. 2 rechts unten an Hand des Ringes 17 veranschaulicht ist.
  • Der aus Fig. 2 ersichtlichen Verringerung der radialen Abmessung des Speichermassenringes 11 steht eine Vergrößerung des Nabendurchmessers gegenüber; der Rechnung getragen werden muß. Es muß verhindert werden, daß die unterschiedliche Erwärmung des Nabenbodens auf der heißen Seite und desjenigen auf der kalten Seite den Nabenmantel zu einem Kegelstumpfmantel verformt, was den durch Verringerung der Rotorverwerfung erzielten Nutzen wieder zumindest zu einem Teil hinfällig machen würde. Um dieser Gefahr zu begegnen, sind in die beiden Nahenböden kleine Löcher 19 gebohrt, die es den wärmetauschenden Gasen gestatten, in den Hohlraum der Nabe einzudringen und dadurch die gesamte Nabe gleichmäßig zu erwärmen, so daß sie ihre zylindrische Gestalt beibehält. Statt dessen kann auch ein anderes Medium, beispielsweise kalte Luft, hindurchgeblasen werden. Es kommt jedenfalls darauf an, unterschiedliche Erwärmungen und damit Verformungen der Nabe zu verhindern. Zweckmäßig ist es, den großen Hohlraum der Nabe durch radiale Zwischenwände zu unterteilen und dadurch die Nabe abzustützen.
  • Aus der rechten Seite der Fig. 2 ist ersichtlich, daß die geraden bzw. ebenen Glieder 12 und 14 wesentlich kürzer sind als die entsprechenden Glieder 2 und 4 bei der bekannten Ausführungsform. Da sie sich der an sich schon kleiner gewordenen Rotorverwerfung besser anpassen können, genügen schon verhältnismäßig kleine Abdichtspalte, uni den ungehinderten Durchlauf des Rotors zu gewährleisten. Der zentrale Abdichtring 17 ist zwar mit dem vergrößerten Nabendurchmesser ebenfalls größer geworden. Der freie Spalt zwischen diesem Abdichtring und der Stirnfläche der Nabe 15 ist hierbei jedoch unverändert erhalten geblieben.
  • Aus den vorstehenden Überlegungen geht hervor, daß eine spürbare Besserung der Abdichtverhältnisse erst eintreten kann, wenn die Vergrößerung des Nabendurchmessers wirklich nennenswert ist. Andererseits aber wird mit Vergrößerung des Nabendurchmessers auch der freie Spalt zwischen dem zentralen Abdichtring 17 und der Nabenstirnfläche länger, was eine Vergrößerung der Leckluftverluste bedeutet. Zu berücksichtigen ist auch, daß mit zunehmendem Nabendurchmesser auch der Außendurchmesser des Rotors wächst - wenn auch nur in wesentlich geringerem Maße - und daß dementsprechend die Abmessungen des ganzen Wärmeaustauschers zunehmen. Hieraus folgt, daß für das Verhältnis des Nahendurchmessers d zum Rotoraußendurchmesser D einen günstigen Bereich geben wird. Dieses Verhältnis dID soll also in der Größenordnung von 0,3 bis 0,6 liegen. Bei dfD = 0,3 vergrößert sich der Rotoraußendurchmesser gegenüber der bisherigen Ausführungsform um nur etwa 4 bis 5'0/0. Bei dID = 0;6 vergrößert sich der Rotoraußendurchmesser gegenüber den gebräuchlichen Vorwärmern um etwa 20°/o. Obwohl im zweiten Falle hinsichtlich der Abdichtungsverhältnisse eine ganz wesentliche Verbesserung erzielt wird, hält sich doch die Vergrößerung innerhalb tragbarer Grenzen.

Claims (3)

  1. PATENTANSPRÜCHE 1. Umlaufender Regenerativ-Wärmeaustauscher, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Nabendurchmessers zum Rotoraußendurchmesser etwa 0,3 bis 0,6 beträgt.
  2. 2. Umlaufender Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Stirnflächen der Nabe kleine Durchtrittsöffnungen aufweisen, - über die der Hohlraum der Nabe mit den gasförmigen Medien zugleich auf der heißen und auf der kalten Rotorseite in solcher Verbindung steht, daß sich im Inneren der Nabe eine etwa gleichbleibende mittlere Temperatur einstellt.
  3. 3. Umlaufender Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet; daß die Stirnflächen der Nabe längs ihres Umfanges durch Labyrinthdichtungen gegenüber denn Gehäuse abgedichtet sind. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 822 245.
DEK31164A 1957-02-18 1957-02-18 Umlaufender Regenerativ-Waermeaustauscher Pending DE1042619B (de)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1426233B1 (de) * 1961-09-11 1970-05-06 Volvo Ab Drehspeicherwaermetauscher fuer Gasturbinenanlagen

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE822245C (de) * 1949-02-03 1951-11-22 Fredrik Ljungstroem Dr Ing Umlaufender regenerativer Luftvorwaermer

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