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Verfahren zum Reinigen von Regenerativwärmetauschern Bei Regenerativwärmetauschern
ist bekanntlich ein rotierender, die Speichermasse enthaltender Wärmetauscherkörper
vorhanden, der wechselweise vom wärmeabgebenden Medium, z. B. Abgasen, und vom wärmeaufnehmenden
Medium, z. B. Verbrennungsluft, durchströmt wird. Ein großer Vorteil der Regenerativwärmetauscher
liegt darin, daß sich in der Speichermasse sehr kleine hydraulische Durchmesser
verwirklichen lassen. Sie werden beispielsweise durch Zusammensetzen der Speichermasse
aus feinen Drahtgeweben mit kleiner Maschenweite erzielt. Die unterste Grenze des
hydraulischen Durchmessers wird praktisch nur durch die während des Betriebes eintretende
Verschmutzung, beispielsweise infolge Rußablagerun.g, vom wärmeabgebenden Medium
innerhalb der Speichermasse bestimmt.
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Zur Entfernung der Verschmutzungen sind verschiedene Verfahren in
Gebrauch. So z. B. Durchblasen von Druckluft oder Auswaschen der Speichermasse mit
Flüssigkeiten oder Dampf. Alle diese Verfahren haben gewisse Nachteile, insbesondere
wenn sie zur Reinigung des Wärmetauschers von Gasturbinen für Fahrzeuge angewandt
werden. Bei Wärmetauscherkörpern von hohem Austauschgrad, also von großer Stirnfläche,
ist es schwierig, die an einer Öffnung des Wärmetauschergehäuses zugeführte Reinigungsluft
so über die ganze Stirnfläche zu verteilen, daß überall die zur Entfernung der Verschmutzung
erforderliche Geschwindigkeit erreicht wird. Bei Verwendung von Flüssigkeiten oder
Dampf besteht die Gefahr, daß diese Medien auch an Lagerstellen des Triebwerkes
gelangen und dort Korrosion verursachen.
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Im Gegensatz zu den bekannten Verfahren wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen,
während der Reinigungsperiode jeweils -den vom wärmeabgebenden Medium durchströmten
Teil des Wärmetauscherkörpers auf eine solche Temperatur zu bringen, daß die an
bzw. in ihm haftenden Ablagerungen verbrannt und vorn Strom des wärmeabgebenden
Mediums weggetragen werden.
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Gemäß der Erfindung wird in praktischer Verwirklichung des Verfahrens
.dabei so vorgegangen, daß der Wärmetauscherkörper während der Reinigungsperiode
mit erheblich reduzierter Geschwindigkeit angetrieben oder ganz stillgelegt wird.
Die Stillegung des Wärmetauscherantriebes oder die Verlangsamung desselben können
erfindungsgemäß in vorteilhafter Weise automatisch erfolgen. Als Regelgröße kann
.dabei der Druckanstieg des wärmeabgebenden Mediums vor seinem Durchtritt durch
den Wärmetauscherkörper benutzt werden, der sich infolge der Verschmutzung der Speichermasse
aufbaut bzw. es kann die Druckdifferenz vor und hinter der Speichermasse herangezogen
werden, wobei mittels dieser Regelgrößen auf den z. B. auf hydraulischer. Basis
erfolgenden Wärmetauscherantrieb über geeignete Steuereinrichtungen eingewirkt wird.
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Da eine intensive Reinigung des Wärmetauschers an eine gewisse Temperatur
gebunden ist, d. h. oberhalb einer gewissen Temperaturgrenze erst eine Verbrennung
(gasförmige Auflösung) der Schmutzteilchen stattfindet, wird ferner vorgeschlagen,
vor dem Durchtritt des wärmeabgebenden Mediums durch den Wärmetauscherkörper einen
Wärmefühler anzuordnen, der bewirkt, daß die Regelanlage zum Stillsetzen des Wärmetauscherantrieb.es
oder zum Verlangsamen desselben dann außer Betrieb gesetzt wird, sobald die Temperaturdes
wärmeabgebenden Mediums unter die vorher erwähnte Temperaturgrenze gesunken ist.
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Um bei in Gasturbinenanlagen zur Anwendung gelangenden Wärmetauschern
eine ausreichende Ternperatur der Abgase zum Zwecke der Reinigung des Wärmetauschers
mit Sicherheit zu garantieren, kann eine Teilmenge frischer Brenngase nach der Brennkammer
entnommen und den Abgasen nach der Turbine beigemischt werden. Es kann eine ausreichende
Temperatur der Abgase auch durch zusätzliches Einspritzen von Kraftstoff nach der
Turbine erlangt werden.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden folgende Vorteile erreicht:
Die Reinigung kann während des Betriebes erfolgen, und sie kann in einfacher Weise
vollständig automatisiert werden, so daß der Vorgang bei Eintreten einer gewissen
Verschmutzung selbständig eingeleitet und wieder beendet wird. Es sind keinerlei
zusätzliche Hilfsmittel wie Wasser, Dampf und Druckluft erforderlch. Auch läßt sich
ein evtl. vorhandener Ölbelag in der Speichermasse entfernen,
der
durch in der Verbrennungsluft enthaltenes 01
entsteht und an dem die Rußteilchen
besonders fest haften. Durch eine häufige Reinigung, welche infolge der Automatisierung
ohne weiteres durchgeführt werden kann; wird auch die durch Rußansatz erhöhte Brandgefahr
wesentlich verringert oder ganz vermieden. Außerdem können nunmehr auch Speichermassen
mit sehr feinen Strömungskanälen und entsprechend kleinem Bauvolumen verwendet werden,
die früher wegen der umständlichen Reinigungsverfahren nicht brauchbar waren. Arbeitet
man während des Reinigungsvorganges mit Temperaturen, die nicht höher liegen als
die normale Temperatur des wärmeabgebenden Mediums, so ist das beschriebene Verfahren
nicht an die Verwendung besonderer temperaturbeständiger Materialien geknüpft, sondern
kann mit sämtlichen gebräuchlichen Werkstoffen für die Speichermasse durchgeführt
werden.
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Einzelheiten der Erfindung und ihre Wirkungsweise gehen aus der Zeichnung
hervor. Sie werden hierfür näher erläutert.
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In der Zeichnung, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung .darstellt,
ist ein Wärmetauscherkörper im Schnitt und eine Regelanlage zur Steuerung seines
Antriebes im Schema gezeigt. Der Wärmetauscher W wird abwechselnd von aufzuheizender
Verbrennungsluft L und von heißen Abgasen A durchströmt. Der Wärmetauschersektor
11 befindet sich gemäß der Figur gerade im Luftkanal 13, während,der Wärmetauschersektor
12 eben der Abgaskanal durcheilt, wobei der Kanalteil vor dem Sektor 12 mit 14,
während der Kanalteil hinter dem Sektor 12 mit 15 bezeichnet ist.
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Vom Abgaskanaltei114 führt eine Druckgasleitung 16 zu einem Zylinder
17, in dem ein Kolben 18 gleitet, der andererseits unter der Kraft einer Feder 19
steht. Mit dem Kolben 18 ist ein elektrischer Kontakt 20 verbunden, der einen Stromkreis
S ein- und ausschaltet. Im Stromkreis S befindet sich ein Relais 21, dessen? Anker
einen Sperrschieber 22 betätigt, der in eine Druckölleitung 23 eingreift, die zu
einem hydraulischen Antriebsmotor24 führt. Dieser Antriebsmotor 24 treibt ein Ritzel25
an, das mit einem mit dem Wärmetauscherkörper W festverbundenen Zahnkranz 26 mit
Innenverzahnung kämmt und dienselben antreibt.
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Vom Teil 15 .des Abgaskanals führt eine Verbindungsleitung
27 zum Zylinder 17 hinter den Kolben 18.
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Die Wirkungsweise der Anlage ist folgende: Bei gereinigtem Zustand
des Wärmetauschers W befindet sich der Kolben 18 etwa in der gezeichneten Stellung,
d. h., der Stromkreis S ist unterbrochen. Dabei ist die Feder 19 so ausgelegt, daß
sie .den verhä] tnismäßig geringen Druckunterschied, der vor und hinter dem Teil
12 des Wärmetauschers W herrscht, derart ausgleicht, daß Gleichgewicht vorhanden
ist, d. h., die Summe der beiden Kräfte (Druck im Abgaskanal 15 plus Federkraft
hinter dem Kolben 18 einerseits und der Druck im Abgaskanal 14 andererseits) ist
Null.
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Bei zunehmender Verschmutzung des Wärmetauschers W steigt der Druck
im Leitungskanal 14. Der Kolben 18 wird dadurch immer weiter nach rechts verschoben.
Hat die Verschmutzung des Wärmetauschers W einen Grad erreicht, der eine Reinigung
unumgänglich notwendig macht, wobei der Druckanstieg ein Maximum erlangt hat, so
wird der Kontakt 20 geschlossen. Der Anker des Relais 21 zieht an, wodurch der Schieber
22 die Druckölleitung 23 ganz oder teilweise schließt, so daß der -Antrieb des Wärmetauschers
W ganz stillgelegt ist oder derselbe nurmehr sehr langsam rotiert.
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Die Abgase A erhitzen dadurch den Wärmetauscher W immer mehr, bis
derselbe jeweils auch auf der Abgasseite, d. h. in seiner ganzen körperlichen Ausdehnung
die Temperatur der Abgase A erreicht hat oder annähernd angenommen hat, was innerhalb
kürzester Zeit (einige Sekunden) geschieht. Mit anderen Worten, es stellt sich während
der Periode des erfindungsgemäßen Reinigungsvorganges innerhalb der Speichermasse
von der Abgaseintritts- bis zur Abgasaustrittsseite ein konstanter Temperaturverlauf
ein, der bekanntlich während des normalen Betriebes, wobei der Wärmetauscher rascher
rotiert, von der Abgaseintrittsseite zur Abgasiustrittsseite fällt, d. h., die Speichermasse
ist am Abgasaustritt kälter als am Abgaseintritt. Ein fallender Verlauf der Temperatur
bei Normalbetrieb ist erforderlich, um einen hohen Wäimeaustauschgrad zu erhalten,
so da.ß umgekehrt gesprochen ein dauernder Betrieb des Wärmetauschers derart, daß
auch auf der Abgasaustrittsseite die gleichen Temperaturen herrschen wie auf der
Eintrittsseite, einen schlechten Austauschgrad zur Folge hätte. Die hohen Temperaturen
über den ganzen Wärmetauscher bringen ein Verbrennen (Auflösen in Verbrennungsgase)
der Rußteilchen mit sich, wodurch der Wärmetauscher W vollständig und intensiv gereinigt
wird. Ist .der Reinigungsvorgang beendet, so sinkt der Druck im Kanal 14 wieder
auf seinen Betriebswert, der Kolben 18 geht nach links zurück, wodurch der Antrieb
für den Wärmetauscher W wieder freigegeben (normalisiert) wind.
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In den Abgaskanal 14 ragt ein Thermoelement 28. das ein Sperrventi129
beeinflußt. Das Thermoelement 28 ist so ausgelegt, daß es, sobald die Temperatur
der Abgase A unter die Reinigungstemperaturgrenze fällt, die Leitung 16 schließt,
so daß bei niedrigen Abgastemperaturen die Regelanlage überhaupt ausgeschaltet bleibt.
Bei Abgastemperaturen unterhalb der Reinigungstemperaturgrenze findet kein oder
zumindest kein vollständiges Verbrennen der Rußteilchen statt.
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Das automatische Ingangbringen -der Reinigung kann auch in Abhängigkeit
vom Kraftstoffstand im Kraftstoffbehälter oder bei Fahrzeugturbinen vom Stand des
Kilometerzählers bewirkt werden.