DE1102784B - Rotierender Regenerativ-Waerme-austauscher der Scheibenbauart mit an den Stirnflaechen des Rotors angeordneten nicht umlaufenden Dichtmitteln - Google Patents

Rotierender Regenerativ-Waerme-austauscher der Scheibenbauart mit an den Stirnflaechen des Rotors angeordneten nicht umlaufenden Dichtmitteln

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DE1102784B
DE1102784B DEC9470A DEC0009470A DE1102784B DE 1102784 B DE1102784 B DE 1102784B DE C9470 A DEC9470 A DE C9470A DE C0009470 A DEC0009470 A DE C0009470A DE 1102784 B DE1102784 B DE 1102784B
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heat exchanger
rotor
regenerative heat
sealing
storage mass
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DEC9470A
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Walter Stuart Misener
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Carrier Corp
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Carrier Corp
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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
    • 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
    • F28D19/047Sealing means

Description

  • Rotierender Regenerativ-Wärmeaustauscher der Scheibenbauart mit an den Stirnflächen des Rotors angeordneten nicht umlaufenden Dichtmitteln Die Erfindung betrifft einen rotierenden Regenerativ-Wärmeaustauscher, dessen Rotor zwischen zwei konzentrisch angeordneten Zylinderwandungen in ebenfalls konzentrischer Anordnung einen Speichermassenkörper aufweist und durch radiale Trennwände in Kammern unterteilt ist, die das wärmespeichernde Material enthalten und nacheinander durch gasförmige Strömungsmittel von verschieden hohen Drücken und unterschiedlicher Temperatur hindurchbewegt werden, wobei an den Stirnseiten des Rotors nicht umlaufende Dichtmittel vorgesehen sind, von denen jedes durch eine Öffnung eine Verbindung zwischen der Hochdruckleitung und einem Teil der Zylinderkammern herstellt und diese gegenüber den anderen, an die Niederdruckleitung angeschlossenen Kammern abdichtet.
  • Beim Bau von Regenerativ-Wärmeaustauschern muß vor allem berücksichtigt werden, daß der Wärmeaustauschvorgang mit einem möglichst geringen Druckabfall der durchgeleiteten Strömungsmittel vonstatten geht; weiter sollen die durch Undichtigkeit zwischen der Hochdruck- und der Niederdruckseite des Austauschers auftretenden Strömungsmittelverluste und auch die Strömungsmittelverluste niedrig gehalten werden, die beim Umlauf des Rotors von einem Strömungsmittelkreis zum anderen durch die dabei überführten Strömungsmittelmengen entstehen.
  • Die bisher für Regenerativ-Wärmeaustauscher gewählten Lösungen machten entweder von der Trommelbauart oder von der Scheibenbauart des Wärmeau.stauschers Gebrauch. Bei der Trommelbauart sind zylindrische Wärmeaustauschkörper vorhanden, durch die das Strömungsmittel in bezug auf die Rotationsachse der Gesamtvorrichtung radial hindurchströmt. Diese Wärmeaustauscher zeichnen sich durch einen guten Wärmeaustausch bei geringem Druckabfall aus; sie haben jedoch den Nachteil, daß im Betrieb große Verluste durch Undichtigkeit auftreten, da bislang keine befriedigende Dichtungsmöglichkeit geschaffen wurde. Bei der scheibenartigen Anordnung des Speichermassenkörpers strömt das Gas durch diesen im wesentlichen parallel zur Rotationsachse hindurch. Die axiale Länge solcher Wärmeaustauscher ist im allgemeinen klein, während die Umfangslänge der Dichtung in Abhängigkeit von dem gewöhnlich sehr großen Durchmesser ebenfalls sehr groß ist.
  • Es wird nun vorgeschlagen, einen Regenerativ-Wärmeaustauscher mit einem Speichermassenkörper zu schaffen, der so geformt ist, daß für eine gegebene Ausführung des Speichermassenkörpers und gegebene Dichtungseigenschaften der Prozentsatz der Dichtungsverluste und der Verluste durch Strömungsmittelüberführung vom Hochdruck- zum Niederdruckteil einen Kleinstwert erreicht. Die Aufgabe wird für einen Regenerativ-Wärmeaustauscher der eingangs erwähnten Art dadurch gelöst, daß der Speichermassenkörper aus zwei ineinandergelagerten, entgegengesetzt gerichteten kegelstumpfförmigen Elementen besteht, welche durch die radialen Trennwände unterteilt werden, so daß jede einzelne Kammer einen keilförmigen Speichermasseneinsatz erhält, der von je einem Abschnitt des äußeren und des inneren kegelstumpfförmigen Eleinentes gebildet wird.
  • Die Lösung der Erfindungsaufgabe wird vorzugsweise dadurch erreicht, daß der große Innenradius des äußeren kegelstumpfförmi--en Elementes und der kleine Außenradius des inneren kegelstumpfförmigen Elementes und die Länge der beiden kegelstumpfförmigen Elemente D/_r beträgt und für eine optimale Leistung des Wärmeaustauschers x entsprechend der Beziehung ausgewählt wird, wobei und die verwendeten Symbole folgende Bedeutung haben und in den angegebenen Dimensionen in die Gleichungen einzusetzen sind: Afü = der Stirnfläche des Speichermassenkörpers in der Hochdruckzone (cm2), C4 = dem Verhältnis des in der Hochdruckzone liegenden Teils zur gesamten Ringfläche des Rotors (./.), C4 = dem Verhältnis der vor der Hochdruckzone des Rotors liegenden Zuleitungsquerschnittsfläche, die der Öffnung in einer feststehenden Dichtung entspricht, zur gesamten Ringfläche des Rotors (./.), k1 = dem Hauptleckverlust am Umfangsteil der Dichtung (kg/sec - cm), k2 = dem Hauptleckverlust am radialen Teil der Dichtung (kg/sec - cm), L = der axialen Länge des Speichermassenkörpers (cm), L = dem Maß, um das die axiale Innenabmessung des Rotors die axiale Länge des Speichermassenkörpers übersteigt; üblicherweise gleich der Stärke eines der kegelstumpfförmigen Elemente des Speichermassenkörpers (cm), ii = den Rotorumdrehungen je Minute, W" = der Strömungsmenge durch die Hochdruckzone (kg/sec), O = dem halben Kegelöffnungswinkel des Speichermassenkörpers, in Winkelgraden, d = dem Abstand zwischen dem großen Innenradius des äußeren kegelstumpfförmigen Elementes und dem Außenradius der Außenwand der das wärmespeichernde Material aufnehmenden Kammer, ö = dem Haupt-Dichte-Unterschied zwischen den beiden Strömungsmitteln (kg/cm3). Eine weitere Verbesserung des Regenerativ-Wärmeaustauschers läßt sich dadurch erreichen, daß die nicht umlaufenden Dichtungsmittel Abdichtungsplatten sind, wobei mit Hilfe von an sich bekannten Ausgleichsmitteln die Abdichtungsplatte im Bereich der Übergangszone zwischen Hochdruck- und Niederdruckteil mit einer Kraft an die Trommelstirnfläche angedrückt wird, die proportional zu den Druckänderungen in den durch die Übergangszone wandernden Kammern geändert wird.
  • Eine weitere Ausgestaltung der Vorrichtung nach der Erfindung besteht darin, daß die Ausgleichsmittel an der Rückseite der axial beweglich ausgebildeten Abdichtplatten angeordnete Faltenbälge, Druckdosen, Kolbenanordnungen od. d-1. sind, welche in an sich bekannter Weise über Bohrungen in radial gerichteten Teilen der Abdichtplatten von dem Hochdruckströmungsmittel beaufschlagt werden und sich zwischen der Abdichtplatte und unbeweglichen Gehäuseteilen des Wärmeaustauschers so abstützen, daß die Abdichtplatten gegen den Rotor gedrückt werden.
  • Vorzugsweise läßt sich der Wärmeaustausoher so ausführen, daß eine Mehrzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Bohrungen in einem Radialteil der Abdichtplatte vorgesehen sind, welche jeweils mit einem Faltenbalg in Verbindung stehen.
  • Eine weitere Verbesserungsmöglichkeit besteht darin, daß das freie Ende des Faltenbalges die Dichtkraft über ein Hebelgestänge auf die Abdichtplatte überträgt.
  • Ferner sieht eine Ausgestaltung der Erfindung vor, daß die Ausgleichsmittel an festen Gehäuseteilen des Wärmeaustauschers befestigt sind und die Dichtkraft über einen Stempel übertragen.
  • Auch läßt sich der Wärmeaustauscher nach der Erfindung so herrichten, daß die Abdichtplatte zur Abtrennung des Hochdruekströmungsmittels vom Niederdruckströmungsmittel aus zwei konzentrischen Teilen und mit Abstand voneinander liegenden radialen Verbindungsstücken besteht, wobei die radialen Verbindungsstücke größere Umfangsabmessungen aufweisen als die Umfangsweite einer Öffnung der angrenzenden Rotorstirnfläche und die Ausgleichsmittel tragen.
  • Eine weitere Ausgestaltungsmöglichkeit des Wärmeaustauschers nach der Erfindung sieht vor, daß die Strömungsrichtung des Hochdrucksmittels in an sich bekannter Weise der des Niederdruckmittels entgegengesetzt ist.
  • Eine weitere Verbesserung besteht darin, daß die aneinandergleitenden, umlaufenden und nicht umlaufenden Dichtungsplatten mit Temperaturausgleichsplatten aus Material von großer Wärmeleitfähigkeit hinterlegt sind.
  • Vorzugsweise kann der Wärmeaustauscher nach der Erfindung auch so gebaut werden, daß die Dichtungsplatte an der Eintrittsstelle des Niederdruckströmungsmitte:ls in das Rotorgehäuse starr an dem äußeren Rahmengehäuse mit leichtem Abstand vom Rotor befestigt ist, wobei neben der Innenwandung und neben der Außenwandung des Rotorgehäuses eine innere und äußere Dichtungsscheibe vorgesehen ist.
  • Eine weitere Verbesserung des Wärmeaustauschers besteht darin, daß die Speichermassenkörperteile ein-und/oder beidseitig mit Leitblechen besetzt sind, welche das Strömungsmedium so umleiten, daß es im wesentlichen senkrecht durch die Wärmeaustauschkörperteile hindurohtritt. Ferner kann bei dem Regenerativ-Wärmeaustauscher vorteilhaft zwischen den Speichermassenkörperteilen einer jeden Kammer ein axial gerichtetes Leitblech angeordnet werden.
  • Weitere Vorzüge ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung und an Hand der Zeichnungen. Es zeigt Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des gesamten Speichermassenkörpers, Fig. 2 einen Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1, Fig. 3 eine schematische Darstellung eines Radialschnittes durch den Regenerativ-Wärmeaustauscher zur Veranschaulichung des Strömungsweges, Fig. 4 eine Schnittansicht eines Ausführungsbeispieles eines Regenerativ-Wärmeaustauschers mit einem Speicherwasserkörper nach der Erfindung, Fig. 5 eine Stirnansicht des Wärmeaustauschers gemäß der Fig. 4, teilweise im Schnitt und teilweise als Grundriß, Fig. 6 eine Stirnansicht des Wärmeaustauschers in der entgegengesetzten Richtung als in Fig. 5 gesehen und teilweise im Schnitt und teilweise als Grundriß dargestellt, Fig. 7 eine Schnittansicht einer anderen Ausführungsform eines Regenerativ-Wärmeaustausehers, Fig. 8 einen Schnitt durch die Ausgleichsmittel der feststehenden Dichtungsplatten, Fig. 9 eine Schnittansicht einer Abart der Ausgleichsmittel der feststehenden Dichtungsplatte und Fig. 10 eine Schnittansicht einer weiteren Ausfährungsform der Ausgleichsmittel der feststehenden Dichtungsplatte.
  • Die räumliche Anordnung des vorliegenden Regenerativ-Wärmeaustauschers ist bestimmt durch zwei konzentrische, kegelstumpfförmige, entgegengesetzt gerichtete Speichermassenkörper, wie sie Fig. 1 zeigt. Diese Anordnung ermöglicht, eine verhältnismäßig große Speichermassenkörperstirnfläche zwischen kleinen Strömungseintritts- und austrittsflächen anzuordnen und somit kleine Dichtungsflächen zu erzielen. Die Stirnfläche der Speichermassenkörper liegt senkrecht zur Strömungsrichtung und wird von der Vorderseite der zwei kegelstumpfförmigen Elemente des Speichermassenkörpers gebildet. Bei dieser Anordnung verbleibt zwischen den Dichtungsebenen des Rotors ein Zwischenraum, welcher üblicherweise nicht von dem Speichermassenkörper eingenommen wird und eine Überführung von Strömungsmittelmengen vom einen Strömu.ngsmittelkreis zum anderen bewirkt. Je kleiner der Umkreis der Dichtung ist, desto geringer wird die Abströmung je Zentimeter Dichtungslänge, d. h. der Undichtigkeitsverlust bei einer vorgegebenen Qualität der Dichtung, und desto größer wird die Strömungsmittelmengenüberführung bei einem Regenerator der bevorzugten Anordnung. Es ist also eine optimale Ausführung vorhanden, bei welcher für einen Speichermassenkörper von gegebener Stirnflächengröße und Länge sowie einer gegebenen Abströmung durch die Dichtung je Zentimeter ihrer Länge eine besondere räumliche Anordnung besteht, bei der die Gesamtsumme der Abströmung und der Überführung einen Kleinstwert hat. Fig. 3 zeigt einen Querschnitt eines Teiles des umlaufenden Regeneratorgehäuses mit Maßangaben und Hi:lfsmeßgrößen, welche die Regeneratorgrundform für eine optimale Ausführung festlegen, bei der sich die gesamten prozentualen Verluste durch Undichtigkeit und Überführung unter Benutzung der vorstehend eingeführten Bezeichnungen zusammensetzen aus Speichermassenkörper müssen in einem Gehäuse zwischen Dichtungsplatten eingebaut und mit Mitteln versehen sein, um die Gase mit verschiedenen Temperaturen zu verschiedenen Zeiten den Teilen des Speichermassenkörpers zuzuführen. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Speichermassenkörper sind die Elemente 2 und 3 in mehrere Teile unterteilt, um die Überführung von Strömungsmittelmengen einzuschränken und eine wirksame Hitzeübertragung sicherzustellen.
  • Ein Regenerativ-Wärmeaustauscher, der einen erfindungsgemäßen Speichermassenkörper besitzt und der angeführten optimalen Ausführung entspricht, ist in den Fig.4 bis 6 gezeigt. Innerhalb des äußeren Rahmengehäuses 4 ist mit Abstand ein ringförmiges Rotorgelhäuse 5 angeordnet. Das Rotorgehäuse 5 läuft um und ist in mehrere kreisringsektorenförmige Kammern 9 unterteilt. Diese Kammern werden von einer Anzahl von getrennten Kästen 6 geschaffen, die kreisringsektorenförmizen Querschnitt haben.
  • Die Unterteilung des Rotorgehäuses in mehrere Kammern erfordert eine entsprechende Teilung der zwei Elemente 2 und 3 des Speichermassenkörpers. Jeder Teil des Speiehermassenelementes 2 ist durch das Bezugszeichen 12 und jeder Teil des Speichermassenelementes 3 durch das Bezugszeichen 14 bezeichnet. Jede Kammer 9 enthält einen Teil 12 und einen Teil 14. Die hier ebenso wie in Fig. 1 gezeigte räumliche Anordnung des Speichermassenkörpers in Form zweier kegelstumpfförmiger Elemente ermöglicht, eine sehr große Stirnfläche des Speichermassenkörpers in einem verhältnismäßig kleinen Raum anzuordnen. Dies ermöglicht, daß die Strömung bei niedrigem Druckverlust im wesentlichen radial durch jeden Teil 12 des Elementes 2 und jeden Teil 14 des Elementes 3 hindurchströmt und im wesentlichen axial in den Kammern ein- und austreten kann und nur eine Dichtung von kleinem Umfang benötigt wird.
  • An jedem Ende des ringförmigen Gehäuses 5 ist eine mit dem Gehäuse umlaufende Dichtungsplatte 15 befestigt. Diese umlaufenden Dichtungsplatten haben Öffnungen 16, die mit den Kammern 9 in Verbindung stehen. Diese Öffnungen sind kleiner bemessen als die Kammern, um die Befestigung der Enden der Kästen 6 des Gehäuses zu ermöglichen. Wenn es erwünscht ist, kann eine der umlaufenden Dichtungsplatten auch Öffnungen von gleicher Abmessung wie die Kammern haben.
  • Die Art, in der der Regenerator ausgeführt ist, entspricht der im deutschen Patent 1000 037 beschriebenen. Wie auch dort, passen die mit kreisringsektorenförmigem Querschnitt ausgeführten Kästen 6 in Nuten 17, die in den umlaufenden Dichtungsplatten 15 vorgesehen sind. Diese Nuten haben daher kreisringsektorenförmige Form. Die Dichtungsplatten 15 sind am Rotor mit Spannstangen 18 und Spannschlössern 19 befestigt.
  • An dem einen Ende des Rotorgehäuses ist eine feststehende Dichtungsplatte 22 neben der auf der gleichen Seite liegenden umlaufenden Dichtungsplatte 15 angeordnet. Diese feststehende Dichtungsplatte ist vorzugsweise kreisringförmig um den Hochdruck- und den Niederdruckkanal zu umgeben und mit radialen Dichtungen gegeneinander abzudichten; sie kann aber auch kreissektorförmig sein und nur den Hochdruckkanal umgeben. Dieses feststehende Dichtungsplatte 22 ist durch Faltenbälge 25 an dem feststehenden Rahmen oder Rahmengehäuse 4 befestigt, welches mit den Leitungen 23 und 24 verbunden ist. Die Faltenbälge 25 ermöglichen der feststehenden Dichtungsplatte 22, sich gegenüber dem Gehäuse 5 und Rahmengehäuse 4 zu bewegen.
  • Neben dem anderen Ende des Rotorgehäuses ist eine zweite feststehende Dichtungsplatte 26 angeordnet. Diese Platte kann kreisförmig sein, sie ist aber vorzugsweise nur als Kreissektor ausgeführt, der den Hochdruckkanal 27 umgibt. Diese Platte 26 ist mit Faltenbälgen 29 an dem Rahmengehäuse 4 und somit am Kanal 27 befestigt, da der letztere mit dem Rahmengehäuse 4 verbunden ist. So kann die Dichtungsplatte 26 sich zwischen dem Rotorgehäuse 5 und dem Rahmengehäuse 4 hin- und herbewegen.
  • Das Hochdruckströmungsmittel aus dem Kanal 27 strömt durch die Dichtung in die Gruppe von Kammern 9 hinein, die zu dieser Zeit vor der Hochdruckzuführung liegen, und durch die Dichtung aus dem Kanal 23 wieder heraus. Das Niederdruckströmungsmittel strömt aus dem Kanal 24 in das Rotorgehäuse, tritt dann durch die restlichen Kammern 9 hindurch und verläßt das Rotorgehäuse über die Leitung 28. Obwohl die Strömungen der Hochdruck- und Niederdruckströmungsmittel entgegengesetzt gezeigt sind und eine derartige Anordnung vorzuziehen ist, wird darauf hingewiesen, daß die Mittel auch in gleicher Richtung strömen können.
  • Da es nicht schadet, wenn das Niederdruckströmungsmittel - solange es das Rotorgehäuse nicht umströmt - von dem Kanal in den Zwischenraum zwischen dem Rotor- und dem Rahmengehäuse eintritt, braucht nur der Hochdruckkanal an jedem Ende des Regenerators eine Dichtung. Es müssen jedoch Mittel vorgesehen sein, um zu verhindern, daß das :\ iederdruckströmungsmittel das Rotorgehäuse umströmt. Das wird von selbst erreicht, wenn sich die feststehende Dichtungsplatte 22 über einen vollen Kreis erstreckt. Wenn die Platte 22 jedoch nur als ein Kreissektor ausgeführt ist, der den Hochdruckkanal umfaßt. muß an einer der umlaufenden Dichtungsplatten 15 eine entsprechende Dichtung vorgesehen werden.
  • Am Umfang der Dichtungsplatte 15 befindet sich ein Zahnkranz 32. Dieser Zahnkranz kämmt mit der Verzahnung 33 des Antriebszahnrades 34. Das Antriebszahnrad ist durch eine Welle mit dem Motor 35 verbunden. Der Radkranzantrieb kann, wenn er-,viinscht, auch durch einen Wellenantrieb ersetzt sein. Auch ist es möglich, die Zuführungskanäle in Umlauf zu versetzen und das Gehäuse in einer feststehenden Lage zu halten.
  • Für den Fall, daß die feststehenden Dichtungsplatten nur den Hochdruckkanal umgeben, sind sie aus Radialteilen 40, einem inneren konzentrischen Teil 41 und einem äußeren konzentrischen Teil 42 zusammengesetzt. Wenn eine der feststehenden Dichtungen sowohl den Hochdruck- als auch den Niederdruck1canal umgibt, werden die inneren und äußeren konzentrischen Teile zu vollständigen Kreisen, welche durch relativ breite radiale Teile zwischen dem Hoch-und \ iederdruckkanal und zusätzlich relativ schmale radiale Teile im Bereich des Niederdruckkanals verbunden «-erden.
  • Da alle das Hochdruckströmungsmi.ttel enthaltenden Kammern unter einem der radialen Teile der feststehenden Dichtungsplatte vorbeilaufen, wird dieser spezielle radiale Teil verschiedenen Drücken unter-,nirfen, die bestrebt sind, die feststehende von der umlaufenden Platte abzuheben und dem Hochdruckströmungsmittel einen Abfluß zum Niederdruckabschnitt zu ermöglichen. DerUmlaufderbewegliohen Dichtungsplatte mit dem Gehäuse hat zur Folge, daß sich die Abdichtungsstelle über den Radialteil der feststehenden Dichtungsplatte hinwegbewegt und die verschiedenen Abschnitte der feststehenden Dichtungsplatte wechselnd Hoch- und Niederdrücken ausgesetzt werden und veränderliche, abhebende Kräfte entstehen.
  • 1r m die Dichtung zu gewährleisten, ist eine Ausleiriis1,raft erforderlich, die konstant und dem größten Wert der abhebenden Kraft gleich ist oder die sich mit der abhebenden Kraft verändert. Am zweckmäßigsten wird eine Ausgleichskraft angewandt, die sich schrittweise mit der abhebenden Kraft verändert. Zu diesem Zweck ist jeder der Radialteile der Dichtungsplatten mit einer Mehrzahl von mit Abstand zueinander angeordneten Öffnungen 50 versehen. Diese Öffnungen sind (s. Fig. 5) radial gegeneinander ver-
    setzt dargestellt, können aber auch auf dem gleichen
    Umfang angeordnet sein. Gemäß Fig. 8 ist jede dieser
    Öffnungen direkt mit einem ausgleichenden Falten-
    balg 44 verbunden, der an der Dichtungsplatte be-
    festigt ist, Diese Faltenbälge sind in einem Gehäuse
    45, das an dem Rahmengehäuse 4 angebracht ist, an-
    geordnet. Zwischen dem Faltenbalg und dem Gehäuse
    45 ist ein Stempel 46 angeordnet. Wenn die erste
    Drucköffnung der Hochdruckzone ausgesetzt ist,
    nimmt der Ausgleichsfaltenbalg, der an diese Öffnung
    angeschlossen ist, den gleichen Druck auf. Dieses be-
    wirkt, daß der Faltenbalg sich auf das Gehäuse 45 zu
    auszudehnen versucht. Der Stempel 46 verhindert das
    aber, und der Faltenbalg dehnt sich in Richtung auf
    die Dichtungsplatte zu aus. Hierdurch wird die Dich-
    tungsplatte in der gewünschten Dichtungsstellung
    gegen die umlaufende Platte gedrückt. Wenn die
    zweite Öffnung beaufschlagt wird, wird der zweite
    Faltenbalg wit'ksam. Die Zahl der zu verwendenden
    Faltenbälge hängt von der jeweils geforderten Dich-
    tigkeit ab.
    In dem in Fig. 9 dargestellten Ausführungsbeispiel
    ist der Ausgleichsfaltenbalg 44 unmittelbar mit der
    Öffnung 50 und der Dichtungsplatte wie in Fig. 8 ver-
    bunden. An dem Ende des Faltenbalges 44 ist ein Teil
    47 angebracht, an welchem bei 47' zwei Hebelarme 48
    angelenkt sind. Teile 48' dieser Hebelarme ragen von
    diesen ab, um auf die Dichtungsplatte einzuwirken.
    Jeder dieser Hebelarme 48 hat einen Stützpunkt, der
    durch die Bolzen 49 in dem Gehäuse 45 gebildet wird.
    Diese Bolzen sind einstellbar und verhindern, daß die
    Faltenbälge sich über die erwünschte Grenze aus-
    dehnen, und stellen sicher, daß die Teile 48' sich an
    die Dichtungsplatte anlegen, wenn ein Gasdruck über
    die Öffnung 50 den Faltenbalg 44 beaufschlagt. Wenn
    die Öffnung 50 der Hochdruckzone ausgesetzt ist,
    nehmen die Ausgleichsfaltenbälge diesen Druck auf
    und dehnen sich aus. Ihr Hub ist zwar beschränkt,
    doch genügt er, um über die zweiarmigen Hebel 48
    mit den Teilen 48' eine Kraft auf die Dichtungsplatte
    auszuüben. In gleicher Weise wird infolge des be-
    grenzten Hubes des Faltenbalges durch diesen eine
    Kraft auf die Platte ausgeübt. Durch Anlegen dieser
    Kraft an drei Punkten anstatt an einen kann die
    Größe der Faltenbälge entsprechend verkleinert wer-
    den. Es wird darauf hingewiesen, daß auch in diesem
    Fall mehrere Öffnungen mit jeweils einem Faltenbalg
    wie bei der Ausführungsform nach Fig. 8 vorgesehen
    werden.
    Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 10 ist jede der
    Öffnungen 50 mittelbar über eine Verbindungsrohr-
    leitung 51 mit einem ausgleichenden Faltenbalg 52
    verbunden. Der Faltenbalg ist in einem Gehäuse 53
    angeordnet, das an dem Rahmengehäuse 4 befestigt
    ist, und bewirkt daß Andrücken der Dichtung mit
    einem Stempel 55. Wenn die erste Drucköffnung der
    Hochdruckzone ausgesetzt ist, nimmt der aus-
    gleichende Faltenbalg, der an diese Öffnung ange-
    schlossen ist, den gleichen Druck auf, und der Stempel
    55 sorgt dafür, daß die Dichtungsplatte gegen die um-
    laufende Platte mit steigender Kraft gedrückt wird.
    Wenn die zweite Öffnung beaufschlagt wird, wird der
    zweite Stempel wirksam. Es ist ersichtlich, daß die
    Anzahl der zu verwendenden Faltenbälge von der je-
    weils geforderten Dichtigkeit abhängt.
    Die radialen Teile der feststehenden Dichtungs-
    platten haben eine größere Umfangsweite als die Off-
    nun,-en 16 in der umlaufenden Dichtungsplatte,` .: "
    ein Abströmen von der Hochdruckseite zu der Niedet-I"'°e
    druckseite zu vermeiden. Eine Überführung von
    Strömungsmittel ist durch das Fassungsvermögen der Kammer 9 und die Umlaufgeschwindigkeit beschränkt.
  • Bei der Ausführungsform eines Regenerativ-Wärmeaustauschers gemäß Fig. 7 ist ein vorzugsweise aus Aluminium hergestelltes Rahmengehäuse 60 und ein ringförmiges Rotorgehäuse 61 vorgesehen, das mit Abstand innerhalb des Rahmengehäuses 60 angeordnet ist. Das Gehäuse 61 besteht in der gleichen Weise wie das Gehäuse 5 gemäß Fig. 4 aus einer Mehrzahl von Kästen 62. jeder Kasten 62 enthält eine Kammer 63, in welcher Speichermasse.nkörper 12 und 14 in der gleichen Weise angeordnet sind, wie es unter Hinweis auf Fig. 4 beschrieben wurde.
  • An jedem Ende des ringförmigen Rotorgehäuses ist eine mit dem Gehäuse umlaufende Dichtungsplatte 64 befestigt. Zwischen jeder Dichtungsplatte und dem Ende des Gehäuses ist eine Temperaturausgleichsplatte 65 vorgesehen, die aus Kupfer oder einem anderen Material hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist und für einen Temperaturausgleich in der Dichtungsplatte 64 sorgt. Eine feststehende Dichtungsplatte 67, die über Faltenbälge 66 mit dem Rahmengehäuse 60 verbunden ist, ist an dem einen Ende des Rotorgehäuses gegenüber einer der umlaufenden Dichtungsplatten angeordnet. Eine zweite feststechende Dichtungsplatte 68, die über Faltenbälge 69 mit dem Rahmengehäuse 60 verbunden ist, ist an dem anderen Ende des Rotorgehäuses gegenüber der anderen umlaufenden Dichtungsplatte angeordnet. jede dieser Dichtungsplatten 67 uäd 68 bildet nur einen Kreissektor, um in der gleichen Weise eine Dichtung um den Hochdruckabschnitt zu schaffen wie die Dichtungsplatte 26 in dem _ Ausführungsbeispiel- gemäß Fig. 4. Zwischen- der feststehenden Platte 67 und dem Faltenbalg 66 ist eine Temperaturausgleichsplatte 70 aus Kupfer oder einem anderen Material hoher Wärmeleitfähigkeit vorgesehen, die die gleiche Wirkung wie die Temperaturausgleichsplatte 65 hat. Der Teil 70 bildet' nur einen Kreissektor. Ein Teil 71, ähnlich wie Teil 70, ist zwischen der feststehenden Dichtungsplatte 68 und dem Faltenbalg 69 angeordnet.
  • In dem Sektor des Regenerativ-Wärmeaustauschers, durch welchen das Niederdruckströmungsmittel strömt, ist neben jeder umlaufenden Dichtungsplatte eine Temperaturausgleichsplatte 72 vorgesehen, die aus Kupfer oder einem anderen Material hoher Wärmeleitfähigkeit hergestellt ist und für einen Temperaturausgleich in den aneinander vorbeibewegten Teilen sorgt. Es wird darauf hingewiesen, daß diese Platten 72 nur einen Kreissektor bilden, der den Abschnitt des Regenerativ-Wärmeaustaüschers umfaßt, durch welchen das Niederdruckströmungsmittel strömt.
  • Leitbleche 74 sind angrenzend an die Teile 12 und 14 der Elemente 2 und 3 des Speichermassenkörpers vorgesehen. Diese Leitbleohe dienen zur Führung der Strömungsmittel durch die Teile 12 und 14 in radialer Richtung. In der Mitte ist ein Leitblech 75 zwischen den Teilen 12 und -14 angeordnet, um zu bewirken, daß der mittlere Teil des Stromes der Mittel gegen das Ende der Kammer 63 zu nach beiden Seiten hin in axialer Richtung umgelenkt wird.
  • Um zu bewirken, daß das Niederdruckströmungsmittel eher durch -die .Kammer 63 und die Teile 12 und 14 des Speichermassenkörpers strömt als durch den Zwischenraum zwischen dem Rotorgehäuse 61 und dem Rahmengehäuse 60, welcher durch den Ab= stand zwischen dem Teil 72 und der rotierenden Dichtungsplatte 64 hervorgerufen wird, ist eine feststehende Dichtungsscheibe 76 angeordnet, die an den inneren Rand der umlaufenden Dichtungsplatte 64 angrenzt. Eine ähnliche Dichtungsscheibe 77 ist um den äußeren Rand der umlaufenden Dichtungsplatte 64 angeordnet. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 7 ist im übrigen die Art der Strömung und die Wärmeübertragung die gleiche wie in dem Ausführungsbeispiel der Fig. 4.

Claims (13)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Rotierender Regenerativ-Wärmeaustauscher, dessen Rotor zwischen zwei konzentrisch angeordneten Zylinderwandungen in ebenfalls konzentrischer Anordnung einen Speichermassenkörper aufweist und durch radiale Trennwände in Kammern unterteilt ist, die das wärmespeichernde Material enthalten und nacheinander durch gasförmige Strömungsmittel von verschieden hohen Drücken und unterschiedlicher Temperatur hindurchbewegt werden, wobei an den Stirnseiten des Rotors nicht umlaufende Dichtmittel vorgesehen sind, von denen jedes durch eine Öffnung eine Verbindung zwischen der Hochdruckleitung und einem Teil der Zylinderkammern herstellt und diese gegenüber den anderen, an die Niederdruckleitung angeschlossenen Kammern abdichtet, dadurch gekennzeichnet, daß der Speichermassenkörper aus zwei ineinandergelagerten, entgegengesetzt gerichteten kegelstumpfförmigen Elementen (2, 3) besteht, welche durch die radialen Trennwände (6) unterteilt werden, so daß jede einzelne Kammer (9) einen keilförmigen Speichermasseneinsatz erhält, der von je einem Abschnitt (12, 14) des äußeren und des inneren kegelstumpfförmigen Elementes (2, 3) gebildet wird.
  2. 2. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der große Innenradius (R) des äußeren kegelstumpfförmigen Elementes und der kleine Außenradius (y) des inneren kegelstumpfförmigen Elementes und die Länge der beiden kegelstumpfförmigen Elemente D/x beträgt und für eine optimale Leistung des Wärmeaustauschers x entsprechend der Beziehung . ausgewählt wird, wobei und die verwendeten Symbole folgende Bedeutung haben und in den angegebenen Dimensionen in die Gleichungen einzusetzen -sind: Ara = der Stirnfläche des Speichermassenkörpers in der Hochdruckzone (cm2), C4 = dem Verhältnis des in der Hochdruckzone liegenden Teils zur gesamten Ringfläche des Rotors (J.), C4' = dem Verhältnis der vor der Hochdruckzone des Rotors liegenden Zuleitungsquerschnittsfläche, die der Öffnung in einer feststehenden Dichtung entspricht, zur gesamten Ringfläche des Rotors (./.), k1 = dem Hauptleckverlust am Umfangsteil der Dichtung (kg/sec - cm), k2 = dem Hauptleckverlust am radialen Teil der Dichtung (kg/sec - cm), L = der axialen Länge des Speichermassenkörpers (cm), L = dem Maß, um das die axiale Innenabmessung des Rotors die axiale Länge des Speichermassenkörpers übersteigt; üblicherweise gleich der Stärke eines der kegelstumpfförmigen Elemente des Speichermassenkörpers (cm), n = den Rotorumdrehungen je Minute, W" = der Strömungsmenge durch die Hochdruckzone (kg/sec), 0 = dem halben Kegelöffnungswinkel des Speichermassenkörpers, in Winkelgraden, d = dem Abstand zwischen dem großen Innenradius des äußeren kegelstumpfförmigen Elementes und dem Außenradius der Außenwand der das wärmespeichernde Material aufnehmenden Kammer, ö = dem Haupt-Dichte-Unterschied zwischen den beiden Strömungsmitteln (kg/cm3).
  3. 3. Regenerativ- Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht umlaufenden Dichtungsmittel Abdichtungsplatten (22) sind, wobei mit Hilfe von an sich bekannten Ausgleichsmitteln (Fig. 8 bis 10) die Abdichtungsplatte (22) im Bereich der Übergangszone zwischen Hochdruck- und Niederdruckteil mit einer Kraft an die Trommelstirnfläche angedrückt wird, die proportional zu den Druckänderungen in den durch die Übergangszone wandernden Kammern (9) geändert wird.
  4. 4. Regenerativ- Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmittel (Fig. 8 bis 10) an der Rückseite der axial beweglich ausgebildeten Abdichtplatten (22, 26) angeordnete Faltenbälge, Druckdosen, Kolbenanordnungen (44, 52, 66) od. dgd. sind, welche in an sich bekannter Weise über Bohrungen (50) in radial gerichteten Teilen (40) der Abdichtplatten (22, 26) von dem Hochdruclcströmungsmittel beaufschlagt werden und sich zwischen der Abdichtplatte (22, 26) und unbewegliehen Gehäuseteilen (4) des Wärmeaustauschers so abstützen, daß die Abdichtplatten (22, 26) gegen den Rotor (15) gedrückt werden.
  5. 5. Regenerativ- Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Mehrzahl von mit Abstand voneinander angeordneten Bohrungen (50) in einem Radialteil (40) der Abdichtplatte (22, 26) vorgesehen sind, welche jeweils mit einem Faltenbalg (44, 52, 66) in Verbindung stehen.
  6. 6. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß das freie Ende des Faltenbalges (52, 66) die Dichtkraft über ein Hebelgestänge (48) auf die Abdichtplatte (22, 26) überträgt.
  7. 7. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmittel (52) an festen Gehäuseteilen des Wärmeaustauschers befestigt sind und die Dichtkraft über einen Stempel (55) übertragen. B.
  8. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtplatte (22, 26) zur Abtrennung des Hochdruckströmungsmittels vom Niederdruckströmungsmittel aus zwei konzentrischen Teilen (41, 42) und mit Abstand voneinander liegenden radialen Verbindungsstücken (40) besteht, wobei die radialen Verbindungsstücke (40) größere Umfangsabmessungen aufweisen als die Umfangsweite einer Öffnung (16) der angrenzenden Rotorstirnfläche und die Ausgleiclh,smittel tragen.
  9. 9. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsrichtung des Hochdruckmittels in an sich bekannter Weise der des Niederdruckmittels entgegengesetzt ist.
  10. 10. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aneinandergleitenden, umlaufenden und nicht umlaufenden Didhtungsplatten mit Temperaturausgleichsplatten (65, 70, 72, 64, 67, 68) aus Material von großer Wärmeleitfähigkeit hinterlegt sind.
  11. 11. Regenerativ Wärm.eaustauscher nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungsplatte (64) an der Eintrittsstelle des Niederdruckströmungsmittels in das Rotorgehäuse starr an dem äußeren Rahmengehäuse (60) mit leichtem Abstand vom Rotor (61) befestigt ist, wobei neben der Innenwandung und neben der Außenwandung des Rotorgehäuses eine innere und äußere Dichtungsscheibe (76, 77) vorgesehen sind.
  12. 12. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermassenkörperteile (14, 16) ein- und/oder beidseitig mit Leitblechen (74) besetzt sind, welche das Strömungsmedium so umleiten, daß es im wesentlichen senkrecht durch die Wärtneaustauschkörperteile lhindurchtritt.
  13. 13. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Speichermassernkörperteilen (12, 14) einer jeden Kammer (63) ein axial gerichtetes Leitblech (75) vorgesehen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 890 964, 852 555; schweizerische Patentschrift Nr. 268 287; The Institution of Mechanical Engineers Proceedings, 1950, Vol. 163, S. 200.
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