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Regenerativ-Wärmeaustauscher mit einem scheibenförmigen, wärmeaustauschenden
Körper aus Sinterwerkstoff Es sind Regenerativ-Wärmeaustauscher bekannt, die als
wärmeaustauschenden Teil einen umlaufenden, scheibenförmigen Körper aus Sinterwerkstoff
mit zylindrischer Umfangsfläche aufweisen, der um seine Achse drehbar ausgebildet
ist und dem durch nebeneinanderliegende Kanäle das heiße und das aufzuheizende Medium
zugeführt werden. Die Erfindung geht von einem Regenerativ-Wärmeaustauscher der
genannten, bekannten Art aus und besteht im wesentlichen darin, :daß der scheibenförmige
umlaufende Körper aus Sintermetall hergestellt ist.
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Besonders zweckmäßig ist es, wenn der scheibenförmige, umlaufende
Körper in weiterer Ausgestaltung der Erfindung aus Sintermetall auf Eisen-, Bronze-
und Chrom-Nickel-Basis hergestellt ist.
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Die Regenerativ-Wärmeaustauscher der hier vorliegenden Art dienen
vornehmlich zum Aufheizen der Verbrennungsluft bei Gasturbinen, da der Wirkungsgrad
einer Gasturbine in hohem Maße von der Temperatur der Verbrennungsluft abhängig
ist. Zur Rufheizung der Verbrennungsluft werden wärmeaustauschende Körper in Scheiben-
und Röhrenform verwendet, die sich langsam :drehen und einerseits von Abgasen von
etwa 600° C und andererseits von Außendruckluft durchströmt werden, wobei die Verbrennungsluft
auf einen Druck von etwa 1 und mehr atü komprimiert ist. Die aus wabenartigen Blechlamellen
bestehenden, bekannten wärmeaustauschenden Körper werden dabei laminar durchströmt.
Nachteile ergeben sich dadurch, daß die verwendeten Werkstoffe bei den hohen Temperaturen
verzundern und nicht korrosionsbeständig sind. Im übrigen verursacht die Abdichtung
der beiden Medien insofern Schwierigkeiten, als Luft und Abgase am wabenartigen
Ende des wärmeaustauschenden Körpers gegeneinander abgedichtet werden müssen.
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Es sind auch Regenerativ-Wärmeaustauscher bekanntgeworden, bei denen
zur Herstellung der wärmeaustauschenden Scheiben keramische Werkstoffe in Verbindung
mit anderen oder allein verwendet wurden. Bei wärmeaustauschenden Scheiben, die
ganz aus keramischen Werkstoffen hergestellt sind, sind die durch Verzunderung und
Korrosion bedingten Nachteile weitgehend ausgeschaltet. Statt dessen wirkt sich
aber hier die außerordentlich geringe Wärmeleitfähigkeit keramischer Werkstoffe
aus, die nur einen sehr langsamen Wärmeaustausch zuläßt. Dies führt notwendigerweise
zu einem schlechteren Wirkungsgrad bei der Verwendung keramischer statt metallischer
Werkstoffe. Außerdem ist es wegen der geringen Porosität keramischer Werkstoffe
notwendig, solche Scheiben durch besondere und kostspielige Arbeitsgänge mit axial
gerichteten Durchgängen zu versehen.
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Um die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und derartige Regenerativ-Wärmeaustauscher
an sich zu verbessern, wird, wie bereits oben angegeben, in erfindungsgemäßer Weise
der scheibenförmig umlaufende Körper aus Sintermetall hergestellt. Sintermetalle
haben eine hohe Wärmefestigkeit und sind korrosionsbeständig. Sie besitzen eine
gute Wärmeleitfähigkeit und sind so porös, daß .die Gase die Scheibe mit nur geringem
Druckverlust durchströmen können, ohne daß besondere Durchgänge in axialer Richtung
vorgesehen werden müssen. Bei Herstellung des scheibenförmigen Körpers aus Sintermetall
kann beispielsweise der Abgaszuleitungsquerschnitt und auch der Abgasableitungsquerschnitt
in an sich bekannter Weise etwa zwei Drittel der zylindrischen Querschnittsfläche
der Gesamtleitung von Gas und Luft in Anspruch nehmen, so daß der Rest der Querschnittsfläche
für den Luftzuleitungskanal zur Verfügung steht.
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Wie bekannt, werden die Regenerativ-Wärmeaustauscher der vorliegenden
Gattung, insbesondere die wärmeaustauschenden Flächen und Körper des Wärmeaustauschers,
wechselweise vom heißen und kalten Medium durchströmt, während sich der wärmeaustauschende
Körper dreht und seine aufgeheizten Teile in den Kaltluftstrom und die abgekühlten
in den heißen Abgasstrom bringt. Um Luftverluste zu vermeiden, bzw. :den Durchtritt
der Luft zur Abgasseite infolge des hohen Druckunterschiedes innerhalb des scheibenförmigen
Körpers zu verhindern, wird dieser hei den bekannten Ausführungen durch radial angebrachte
Bleche
in Sektoren unterteilt. Bei dem in erfindungsgemäßer Weise aus Sintermetall hergestellten
scheibenförmigen Körper werden in weiterer Ausgestaltung der Erfindung in den Körper
radiale Blechstreiten eingesintert, die den Durchtritt vagabundierender Luftströme
verhindern.
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Die Wärmeleitfähigkeit des Sintermetalls ist zwar geringer als die
der für den wabenartigen Aufbau eines wärmeaustauschenden Körpers bisher verwendeten
Blechlamellen. Dies ist jedoch bei der regenerativen Betriebsweise des Wärmeaustauschers
nicht ausschlaggebend. Es ist hierbei im Gegenteil von größerem @"orteil, daß die
spezifische Wärme des Sintermetalls 2- bis 31/2 mal größer ist als die der bisher
verwendeten Blechlamellen. Im übrigen ist das Sintermetall im Hinblick auf mechanische
Korrosionsbeanspruchung widerstandsfähiger als dünne Blechlamellen. Außerdem kann
es leicht bearbeitet werden, so daß das Auflegen einer Dichtung wesentlich einfacher
ist und eine größere Sicherheit für eine einwandfreie Abdichtung gewährleistet ist.
Demgemäß ist die Abdichtung bei Verwendung von Sintermetallen wesentlich wirkungsvoller
als bei wabenartigen Blechröhren. Außerdem ergeben sich weitere Vorteile dadurch,
daß bei der sehr geringen Porengröße von 1 bis 50 p, einerseits im Hinblick auf
die feine Aufteilung des Luftstromes ein guter Wärmeübergang, andererseits aber
infolge der laminaren Strömung im Innern des wärmeaustauschenden Körpers nur ein
verhältnismäßig geringer Strömungswiderstand auftritt, der keinen hohen Druckverlust
zur Folge hat. Außerdem gestattet Sintermetall infolge seiner größeren Materialmasse
die Übertragung einer größeren Wärmemenge. Schließlich können, wie bereits erwähnt,
bedingt durch die Materialeigenschaften der Sintermetalle höhere Temperaturen verwendet
werden, wobei auch die Temperatur selbst innerhalb der aufgewärmten Verbrennungsluft
viel gleichmäßiger verteilt ist.