DE1143835B - Regenerativ-Waermeaustauscher mit rotierender, aus zwei im wesentlichen fuer sich selbstaendigen Teilen aufgebauter Speichermasse - Google Patents

Regenerativ-Waermeaustauscher mit rotierender, aus zwei im wesentlichen fuer sich selbstaendigen Teilen aufgebauter Speichermasse

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DE1143835B
DE1143835B DES47888A DES0047888A DE1143835B DE 1143835 B DE1143835 B DE 1143835B DE S47888 A DES47888 A DE S47888A DE S0047888 A DES0047888 A DE S0047888A DE 1143835 B DE1143835 B DE 1143835B
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DE
Germany
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heat exchanger
rotor
rotor part
exchanger according
walls
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DES47888A
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Inventor
Hans Robert Nilsson
Per Walter Sigvard Persson
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Svenska Rotor Maskiner AB
Original Assignee
Svenska Rotor Maskiner AB
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    • 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
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    • F28D19/041Regenerative 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 axial flow through the intermediate heat-transfer medium
    • F28D19/042Rotors; Assemblies of heat absorbing masses
    • F28D19/044Rotors; Assemblies of heat absorbing masses shaped in sector form, e.g. with baskets

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Description

  • Regenerativ-Wärmeaustauscher mit rotierender, aus zwei im wesentlichen für sich selbständigen Teilen aufgebauter Speichermasse Die Erfindung bezieht sich auf einen Regenerativ-Wärmeaustauscher, der aus einem Gehäuse mit an seinen Stirnseiten angeordneten Durchlässen für gasförmige Medien und mit an diesen Durchlässen fluchtend angeschlossenen Ein- und Auslaßleitungen für im Gegenstrom durch den Wärmeaustauscher geführte heiße und aufzuwärmende Gase besteht und einen innerhalb des Gehäuses angeordneten als Rotor ausgebildeten Regenerator aufweist, der aus zwei im wesentlichen für sich selbständigen Teilen, die mit einander zugewandten Stirnseiten stumpf gegeneinanderstoßen, zusammengesetzt ist.
  • Regeneratoren, die bei sehr hohen Temperaturen arbeiten, finden sich z. B. bei offenen Herdöfen oder Koksöfen. Diese Regeneratoren sind üblicherweise aus feuerfesten Ziegeln hergestellt und bestehen aus zwei Kammern, die vollständig mit Backsteinwerk gefüllt sind. Die Durchflußrichtungen des die Wärme abgebenden Gases, z. B. Abgas, und des zu erwärmenden Gases, z. B. kalte Frischluft, werden periodisch umgekehrt, so daß das heiße Gas und die Frischluft abwechselnd durch die beiden Kammern hindurchströmen. Das Backsteinwerk nimmt die Wärme des heißen Gases auf und gibt sie an die kalte Frischluft bei jeder Umkehrung ab.
  • Die durch Regeneratoren zu erreichende Einsparung an Brennstoff hängt von der Temperatur ab, auf die die eintretende Frischluft vorgewärmt wird. Bei einer Gastemperatur von 900' C beträgt die theoretische Brennstoffersparnis bei einer auf 100° C vorgewärmten Frischluft etwa 4%, bei Vorwärmung auf 200° C etwa 1.1%, bei 300= C etwa 1501o und bei 400F C etwa 190!o.
  • Beim normalen Betrieb wird die Strömungsrichtung des Gases und der Frischluft durch die Regeneratorkammern etwa alle halbe Stunde umgekehrt. Daher ändern sich die Prozesse bei den Regeneratoren periodisch, was sich auf die Kapazität des betreffenden Ofens nachteilig auswirkt.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, einen Regenerativ-Wärmeaustauscher zu schaffen, der es ermöglicht, konstante Betriebstemperaturen aufrechtzuerhalten, wodurch die Kapazität eines Ofens beträchtlich gesteigert wird.
  • Die Erfindung greift hierzu auf einen vertikal arbeitenden Wärmeaustauscher mit einem als Rotor ausgebildeten Regenerator zurück. Bei einem derartigen Wärmeaustauscher wird am oberen Ende des Gehäuses das heiße Gas zugeführt und die erwärmte Frischluft abgeführt, während am unteren Ende des Gehäuses das abgekühlte Gas abgeführt und die zu erwärmende Frischluft zugeführt wird. Bei älteren Bauarten derartiger Wärmeaustauscher besteht die Regenerativmasse des Rotors aus in dem Rotor angeordneten dünnwandigen Blecheinbauten. Diese Blecheinbauten werden jedoch am sogenannten kalten Ende des Rotors, d. h. an dem Ende, wo das abgekühlte Gas abgeführt und die zu erwärmende Frischluft zugeführt wird, außerordentlich schnell zerstört, wenn sie, insbesondere bei niedrigen Temperaturen, der Einwirkung von schwefelhaltigen Gasen ausgesetzt sind. Es mußte deshalb besonders den Zerstörungen widerstehendes Material, z. B. emailliertes Stahlblech, Aluminiumblech usw., verwendet werden, was jedoch sehr kostspielig ist.
  • Es wurde deshalb bereits vorgeschlagen, den Rotor derart auszubilden, daß der in seinem sogenannten heißen Ende, also dort, wo das heiße Gas zugeführt und die erwärmte Frischluft abgeführt wird, liegende Teil der Regenerativmasse aus abwechselnd ebenen und gewellten dünnwandigen Platten hergestellten Blecheinheiten und der in seinem kalten Ende liegende Teil aus austauschbaren sektorförmigen Metallblökken mit eingegossenen oder ausgebohrten Kanälen besteht. Diese im Verhältnis zu den dünnwandigen Blecheinbauten sehr starkwandigen Metallblocksegmente verringern das Ausmaß der Zerstörung sehr wesentlich. Sie erlauben ferner ein verhältnismäßig schnelles Auswechseln von beschädigten bzw. im Laufe einer längeren Betriebszeit zerstörten Blöcken und erleichtern auch die Reinigung der Blocksegmente von den sich auf den Wärmeübertragungsflächen gerade am kalten Ende des Rotors. anhäufenden Niederschlägen durch die Möglichkeit der Herausnahme der Block-Segmente aus dem Rotor.
  • Durch die Ausrüstung des Rotors an seinem kalten Ende mit den genannten Metallblocksegmenten wird an und für sich die Lebensdauer des Wärmeaustauschers wesentlich verlängert. Es besteht aber immer noch die Gefahr der gefährlichen Korrosionserscheinungen am metallischen Werkstoff.
  • Um die Gefahr auszuschalten, wurden deshalb bereits die aus Metall bestehenden Blocksegmente am kalten Ende des Rotors durch entsprechende Körper aus keramischem Material mit durchgehenden, in Strömungsrichtung der Gase liegenden Kanälen ersetzt.
  • Der von dem Gehäuse des Wärmeaustauschers umschlossene Rotor besteht also aus zwei übereinander angeordneten Schichten mit senkrechten Durchlässen, wobei die eine Schicht aus keramischem Material und die andere Schicht aus metallischem Material besteht. Die Schicht aus keramischem Material befindet sich hierbei in dem kalten Teil des Rotors, während das metallische Material im heißen Teil des Rohres liegt. Rotormantel, Rotorachse und das den Rotor umgebende Gehäuse bestehen ebenfalls aus metallischem Material.
  • Zur Erhöhung der Wirtschaftlichkeit, d. h. zur Einsparung von Brennstoff, z. B. bei den vorgenannten offenen Herdöfen oder Koksöfen, ist anzustreben, den Wärmeaustauscher unter extrem hohen Temperaturen arbeiten zu lassen, damit den Verbrennungsabgasen soviel wie möglich Wärme zur Erhitzung der Frischluft entzogen werden kann.
  • Durch die bisher erfolgte Anordnung des metallischen Materials am heißen Ende des Rotors darf die dort herrschende Höchsttemperatur jedoch nie mehr als etwa 450° C betragen, da die metallischen Bestandteile des Wärmeaustauschers aus Gründen der Festigkeit keiner höheren Temperatur ausgesetzt sein dürfen. Ein derartig ausgeführter Wärmeaustauscher kann also bei extrem hohen Temperaturen keine Verwendung finden.
  • Um diesen Mangel auszuschalten, wird nach einem Merkmal der Erfindung vorgeschlagen, den Rotor des Wärmeaustauschers derart auszubilden, daß der dem Einlaß des heißen Gases und dem Auslaß des erwärmten Gases angrenzende Rotorteil als Ganzes aus feuerfestem keramischem Material und der dem Auslaß des abgekühlten Gases und. dem Einlaß des aufzuwärmenden Gases angrenzende Rotorteil als Ganzes aus metallischem Material besteht.
  • Nach weiteren Merkmalen der Erfindung ist hierzu bei einem Wärmeaustauscher mit übereinander angeordneten Rotorteilen, von denen der aus metallischem Material bestehende der untere ist und einen drehbar gelagerten, durch in Strömungsrichtung angeordnete metallische Platten gebildeten Rahmenverband aufweist, in den regenerative Elemente, z. B. Platten, eingesetzt sind, der auf diesen unteren Rotorteil abgestützte obere, aus feuerfestem keramischem Material bestehende Rotorteil aus Innen- und Außenmantel und zwischen diesen Mänteln angeordneten regenerativen Elementen gebildet.
  • Der Rahmenverband des unteren Rotorteiles ist speichenradförmig ausgebildet und schließt eine Mehrzahl sektorförmiger Kammern ein, wobei der nabenförmige Teil (Innenmantel) und der felgenförmige Teil (Außenmantel) mit dem Innen- und Außenmantel des oberen Rotorteiles fluchten. Entsprechend ist der obere Rotorteil mit radial verlaufenden, den Ringraum zwischen dem Innen- und Außenmantel in eine Mehrzahl ebenfalls sektorförmiger Kammern aufteilenden Scheidewänden versehen, wobei diese aus feuerfestem keramischem Material bestehenden Scheidewände mit den speichenförmigen Teilen des unteren Rotorteiles fluchten.
  • In dem den unteren Rotorteil bildenden Rahmenverband sind Roste angeordnet, auf welche die rohrförmig ausgebildeten und im oberen Rotorteil stehend eingesetzten regenerativen Elemente abgestützt sind.
  • Ein weiteres wesentliches Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der untere metallische Rotorteil aus .einer Mehrzahl sektorförmiger Plattenkörbe besteht, die rund um die Achse des Wärmeaustauschers nebeneinander angeordnet sind, so daß die Seitenwände die radialen Scheidewände und die inneren und äußeren Querwände die inneren und äußeren Mäntel des unteren Rotorteiles bilden. Durch eine lösbare feste Verbindung der nebeneinanderliegenden radialen Seitenwände der Plattenkörbe miteinander wird eine selbsttragende Einheit gebildet.
  • Die einzelnen Plattenkörbe sind verhältnismäßig leicht zu handhaben und erlauben vor allem bei einer Reparatur jeden Plattenkorb mit einem Minimum an Arbeitsaufwand durch einen anderen zu ersetzen, ohne daß der ganze Rotor ausgebaut werden muß.
  • Durch erfindungsgemäße Ausbildung des Rotors wird, wie bereits dargelegt, erreicht, da.ß er gegen extrem hohe Temperaturen unempfindlich ist.
  • Im Zusammenhang hiermit ist es besonders vorteilhaft, auch das den Rotor umschließende Gehäuse gegen extrem hohe Temperaturen unempfindlich zu machen. Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung wird dies dadurch erreicht, daß das Gehäuse ein unteres, den tragenden Teil des Wärmeaustauschers bildendes Rahmenwerk und einen von diesem getragenen, aus feuerfestem keramischem Material aufgebauten oberen Teil aufweist, daß das Rahmenwerk eine Endplatte enthält, die von der Gehäusemitte sich erstreckende Sektorplatten aufweist, und daß ferner das Gehäuse eine Trennwand zwischen den Gasleitungen aus feuerfestem keramischem Material aufweist, welche den oberen Teil des Gehäuses überbrückt und Sektorteile besitzt, welche mit den Sektorplatten des unteren Rahmenwerkes fluchten. Hierdurch wird je ein Durchgang für heißes Gas sowie für die zu- erwärmende Frischluft durch den Wärmeaustauscher geschaffen.
  • Die Sektorteile an der genannten Trennwand, die vorteilhafterweise in der Mitte durch einen im Rotorzentrum angeordneten Pfeiler abgestützt ist, werden zweckmäßig an mindestens einem Träger aufgehängt, mit dem die Trennwand versehen ist. Der Träger ist zweckmäßig ein Stahlträger, und da er am heißen Ende des Wärmeaustauschers liegt, ist er von einer feuerfesten Wand umgeben, in der längs des Trägers ein Kanal für den Durchfluß eines Kühlmittels vorgesehen ist. In Übereinstimmung mit der vorgenannten Ausbildung des Gehäuses des Wärmeaustauschers sind die am oberen Ende des Gehäuses angeschlossenen Auslaß- und Einlaßleitungen mit Wänden aus feuerfestem keramischem Material und die am unteren Ende des Gehäuses angeschlossenen Einlaß- und Auslaßleitungen mit Wänden aus metallischem Material ausgebildet.
  • Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele. Es zeigt Fig. 1 einen senkrechten Mittelschnitt durch einen Wärmeaustauscher mit Rotor, wobei die linke Seite des Schnittes senkrecht durch einen Sektor des Rotors geführt ist, Fig. 2 einen Querschnitt nach Linien 2-2 und 2'-2' der Fig.1, aus welchem die Anordnung der verschiedenen regenerativen Elemente im oberen und unteren Teil des Rotors ersichtlich ist, Fig. 3 eine schaubildliche, teilweise weggebrochene Darstellung des Gehäuses des Wärmeaustauschers, Fig.4 einen senkrechten Schnitt in vergrößertem Maßstab durch die Rotorlagerung und Fig.5 eine schaubildliche Darstellung einer abgewandelten Rotorausführung.
  • Der in der Zeichnung dargestellte Regenerativ-Wärmeaustauscher besitzt ein Gehäuse 10, welches aus einem unteren Rahmenwerk 12, welches den tragenden Teil des Wärmeaustauschers bildet, und einem oberen Teil 14, der durch das Rahmenwerk 12 getragen wird und aus wärmeisolierendem keramischem Material 16 besteht, aufgebaut ist. Das Rahmenwerk 12 ist mit einer unteren Endplatte 18 (Fig.3) versehen, welche zwei sektorförmige Durchlaßöffnungen als Einlaß 20 und Auslaß 22 aufweist (Fig. 1), die an gegenüberliegenden Seiten einer senkrechten Mittelebene durch den Wärmeaustauscher angeordnet sind und durch Sektorplatten 24 und 26 der Endplatte 18 (Fig.3) getrennt sind. Einlaß 20 und Auslaß 22 sind mit einer Einlaßleitung 28 für die aufzuwärmende Frischluft und einer Auslaßleitung 30 für das abgekühlte Gas verbunden. Der obere Teil 14 des Gehäuses ist mit einer Trennwand 32 versehen, die sich brückenartig über den oberen Teil hinweg erstreckt und Sektorteile 34 und 36 aufweist, die mit den Sektorplatten 24 und 26 des Rahmenwerkes 12 fluchten. Die Trennwand 32 enthält zwei Träger 38 und 40, vorzugsweise aus Stahl, die eine Anzahl Formkörper 42 aus isolierendem feuerfestem Material tragen. Diese besitzen geneigte Seitenflächen 44, um einen sektorförmigen Auslaß 46 und Einlaß 48 zu bilden, die mit dem Einlaß 20 und Auslaß 22 in der Endplatte 18 fluchten und mit einer Auslaßleitung 50 aus isolierendem feuerfestem Material für die erwärmte Frischluft und einer Einlaßleitung 52, ebenfalls aus isolierendem feuerfestem Material, für das heiße Gas in Verbindung stehen. Der somit bedingte und durch die Pfeile 54 und 56 angedeutete Gegenstrom der beiden gasförmigen Medien ergibt die beste Wärmeübertragung, wie es an sich bekannt ist. Bei der geschilderten Strömungsrichtung von heißem Gas und kalter Frischluft ist es offensichtlich, daß der heiße Teil des Wärme.austauschers oben und der kalte Teil unten liegt. Der aus isolierendem feuerfestem Material bestehende heiße obere Teil 14 des Gehäuses wird durch das Rahmenwerk 12 gehalten und ruht somit nicht unmittelbar auf dem Untergrund auf.
  • Der Rotor 58 des Wärmeaustauschers besteht ebenfalls aus zwei aufeinanderstehenden Teilen, und zwar aus einem rahmenförmigen unteren Rotorteil 60 aus metallischem Material und einem oberen Rotorteil 62 aus feuerfestem keramischem Material.
  • Um die Konstruktion und den Zusammenbau des Rotors zu vereinfachen, ist der untere Rotorteil 60 aus sektorförmigen Plattenkörben 64 (rechte Seite in Fig.2) zusammengesetzt, derart, daß jeder Plattenkorb mit einem Minimum an Arbeitsaufwand durch einen anderen ersetzt werden kann. Die Plattenkörbe 64 sind um die Mittelachse des Rotors angeordnet. Ihre radialen Seitenwände 66 und der jeweilige Innenmantelteil 70 und Außenmantelteil 72 stoßen aneinander, so daß die Plattenkörbe einen vollständigen Ring um die Mittelachse des Rotors herum bilden. Jede Seitenwand ist aus Metallplatten doppelwandig zusammengesetzt und oben und unten geschlossen. Die aneinanderstoßenden Seitenwände 66 sind mit radial und axial versetzten Kantenvorsprüngen 74 und 76 versehen, die mittels Bolzen, Schrauben od. dgl. verbunden werden, um den unteren Rotorteil 60 als eine zusammenhängende Einheit herzustellen. Die gebogenen und am Umfang zusammenstoßenden doppelwandigen Innen- und Außenmantelteile 70 und 72 der Plattenkörbe 64 ergeben je einen in sich geschlossenen kreisförmigen Innen- und Außenmantel des unteren Rotorteiles. Die radialen Scheidewände 68 der Plattenkörbe 64 unterteilen den ringförmigen Raum zwischen dem Innen- und Außenmantel 70, 72 in eine Anzahl sektorförmiger Kammern 78. Jede der Kammern 78 ist durch Querwände 80 weiterhin in Abteile 82 unterteilt. Die Querwände 80 sind ebenso wie die Scheide- und Mantelwände doppelwandig ausgeführt und unten mit Ansätzen 84 (Fig. 1) versehen, in die geeignete Träger 86 für regenerative Elemente 88, z. B. Wärmeaustauschplatten, eingesetzt werden.
  • Der obere Rotorteil 62 besteht aus radialen Scheidewänden 90 (linke Seite in Fig.2) und aus einem kreisförmig gebogenen Innen- und Außenmantel 92, 94. Scheidewände und Mäntel bestehen aus feuerfestem keramischem Material und liegen genau über den radialen Scheidewänden 68 sowie dem Innen- und Außenmantel 70, 72 des unteren Rotorteiles 60 und werden von diesen getragen. Durch die Scheidewände 90 ist der obere Rotorteil in sektorförmige Kammern 96 unterteilt, die ihrerseits durch Querwände 100 aus feuerfestem Material in eine Anzahl Abteile 98 eingeteilt sind. Die Querwände 100 liegen genau über den Querwänden 80 des unteren Rotorteiles 60 und weren von diesen getragen. Die Stärke jeder Wand des unteren Rotorteiles 60 entspricht der Stärke jeder Wand des oberen Rotorteiles 62, und die einzelnen Wände des unteren Rotorteiles sind mit Doppelflanschen 102, 104 und 106 ausgerüstet, zwischen denen die Unterkanten der feuerfesten Wandteile des oberen Rotorteiles, eingreifen. Der obere Rotorteil ist mit regenerativen feuerfesten Elementen 108, z. B. in Form von hochkant aufgestellten keramischen Röhren, angefüllt. Die Elemente können selbstverständlich auch eine andere Gestalt aufweisen und auch anders angeordnet sein. Um die regenerativen Elemente 108 in den einzelnen Abteilen 98 des oberen Rotorteiles 62 zu halten, sind die Abteile 82 des unteren Rotorteiles 60 oben mit Rosten 110 abgedeckt, auf welche sich die Elemente aufsetzen.
  • Um zu erreichen, daß die während des Betriebes infolge der Hitzeeinwirkung auftretenden Durchmesserveränderungen des Rotors keinen Einfluß auf seinen genauen Lauf ausüben können, wird eine Lagerung gewählt, die dem Rotar sowohl eine radial gerichtete Bewegungsfreiheit gibt als auch für sich eine Selbstzentrierung ermöglicht, ohne daß darunter die Lebensdauer leidet.
  • Die Lagerung des Rotors 58 im Gehäuse 10 erfolgt deshalb in an sich bekannter Weise mittels eines am Umfang des unteren Rotorteiles 60 angeordneten und in Form eines Längskugellagers ausgebildeten Lagers 112. Dieses Lager (Fig. 1 und 4) besitzt einen unteren Laufring 114, der an der Endplatte 18 des Gehäuses 10, also am kalten Teil des Wärmeaustausahers befostigt ist, sowie einen oberen Laufring 116, welcher den Rotor 58 an seinem kalten Teil trägt.
  • Der untere Laufring 114 kann als einteiliger Ring ausgebildet sein oder aus mehreren Segmenten bestehen. Er besitzt an seiner oberen Fläche eine ringförmige Nut 118, in deren Ecken je ein Draht 120 eingelegt ist, welche die untere Laufspur für eine Anzahl Kugeln 122 bilden. Ebenso kann der obere Laufring 116 als einteiliger Ring ausgebildet sein oder auch wie bei dem dargestellten Beispiel (Fig. 2 und 5) aus mehreren Segmenten 124 bestehen. Dieser Laufring besitzt an seiner unteren Fläche ebenfalls eine ringförmige Nut 126 mit in jeder Ecke eingelegten Drähten 120, die als obere Laufspur für die Kugeln 122 dienen. Beide Laufspuren liegen genau übereinander. Die Segmente 124 des oberen Laufringes tragen Treibstöcke 128, die eine am Umfang des Rotors 28 angeordnete Triebstockverzahnung bilden. Mit dieser steht ein nicht dargestelltes Zahnrad zum Antrieb des Rotors im Eingriff. Die Kugeln werden zwischen den Laufspuren in gleichmäßigen Abständen durch geeignete Haltestücke 130 gehalten.
  • Wie aus der Zeichnung erkennbar, besteht keine starre, feste Verbindung zwischen Rotor 58 und oberem Laufring 116, sondern die radialen Seitenwände 66 der Plattenkörbe 64 weisen radial vorspringende Stützen 132 auf, die unmittelbar auf dem oberen drehbaren Laufring 116 der Lagerung 112 aufliegen und bei radial gerichteter Ausdehnung des Rotors auf dem oberen Laufring 116 gleiten können. Das Gewicht des Rotors 58 genügt, daß ohne weitere Verbindungsmaßnahme, sondern lediglich auf Grund der Reibung zwischen den Stützen 132 und dem sich drehenden Laufring 116 der Rotor von diesem Laufring mitgenommen wird.
  • Da es praktisch kaum möglich ist, den Wärmeaustauscher mit einer derart ausreichenden Präzision herzustellen, daß alle Stützen 132 gleichmäßig auf dem drehbaren Laufring 116 aufliegen, werden zweckmäßig elastische Zwischenglieder 134, z. B. nach oben durchgewölbte Blattfedern, zwischen den Stützen 132 und dem Laufring 116 angeordnet. Um eine gleichmäßige Kraftverteilung auf dem drehbaren Laufring 116 zu erhalten, ruhen die durch die Blattfedern gebildeten elastischem Zwischenglieder 134 mit ihren beiden Enden auf dem Laufring auf, während die Stützen 132 in der Mitte der Blattfeder aufsitzen. Hierdurch ergeben sich eine doppelte Anzahl von Auflagestellen für den Rotor auf dem Laufring 116, wodurch dieser zur Verringerung der Kosten von geringer Stärke sein kann.
  • Die Anordnung der Stützen 132 des Rotors und der Segmente 124 des Laufringes 116 wird vorzugsweise so getroffen, daß die elastischen Zwischenglieder 134 die Stoßstellen 136 zwischen den Segmenten 124 des oberen Laufringes 116 überbrücken. Bei einer derartigen Anordnung der elastischen Zwischenglieder als Überbrückungsmittel zwischen den Enden der Segmente 124 wird das Gewicht des Rotors über die Stützen 132 auf jedes Segment an zwei Stellen übertragen, und zwar etwa an dessen Enden.
  • Damit die elastischen Zwischenglieder 134 und die Stützen 132 ihre Stellung während des Betriebes genau zueinander beibehalten, sind an den Zwischengliedern Führungen 138 vorgesehen, zwischen denen die Stützen 132 eingreifen.
  • In Umfangsrichtung werden die Zwischenglieder 134 gegenüber den Segmenten 124 mittels Zapfen 1.40 gehalten, die an den Segmenten befestigt sind und wenigstens an einem Ende der Zwischenglieder in einen Längsschlitz 142 eingreifen.
  • Die Abnutzung der vorgeschriebenen Lagerung des Rotors ist sehr gering, insbesondere deshalb, weil das Lager am kalten Teil des Wärmeaustausehers liegt und deshalb mit entsprechendem Fett geschmiert werden kann. Infolge der reibungsverminderten Natur des Lagers ist auch@der Kraftverbrauch sehr niedrig. Da die Laufspuren durch die Kugeln selbst erzeugt werden, können Drähte oder Kugeln, die verhältnismäßig weit abgenutzt sind, oder Segmente, die defekt werden, in einfacher Weise ersetzt werden. Hierzu ist das Rahmenwerk 12 des Gehäuses 10 mit einer Tür 144 versehen, durch welche die Lagerung von außerhalb des Gehäuses her zugänglich ist. Bei dem Ausführungsbeispiel können, während das Lager unter Last steht, Kugeln, Drähte und Segmente herausgenommen werden, da es nur notwendig ist, ein oder mehrere entsprechende elastische Zwischenstücke 134 zu ..entfernen, wodurch die Segmente 124 lose liegen. Es können auch vollständige Plattenkörbe 64 in gleicher Weise ersetzt werden. Zur Abdichtung des Rotors 58 gegenüber dem Gehäuse 10 ist eine erste untere Umfangsdichtung 146 von an sich bekannter Art am unteren Rotorteil 60 befestigt. Sie besteht aus einer Anzahl relativ weicher, elastischer Metallblätter, die an dem Außenmantel 72 des unteren Rotorteiles 60 durch Ringsegmente 148 angeklemmt sind und sich auf die Endplatte 18 des Gehäuses auflegen. Die Abdichtung zwischen dem Innenmantel 70 des unteren Rotorteiles 60 und der Endplatte 18 erfolgt durch eine ähnliche Umfangsdichtung 150, und die obere Kante des Außenmantels 72 ist durch eine ähnliche, sich gegen einen geeigneten Teil 152 des Rahmenwerkes 12 legende Umfangsdichtung 154 abgedichtet. Die Abdichtung der unteren Kanten der Seitenwände 66 und Scheidewände 68 im unteren Rotorteil 60 erfolgt mit ebenfalls aus weichen, elastischen Metallblättern hergestellten, an diesen Wänden angeordneten Radialdichtungen 156.
  • Um die zweckmäßigerweise aus Stahl bestehenden Träger 38 und 40, welche die Trennwand 32 des Gehäuses 10 tragen, zu kühlen, sind diese Träger in Kanälen 158 und 160 der feuerfesten Wand 162 angeordnet. Als Kühlmittel kann Luft durch diese Kanäle zirkulieren.
  • Für einen Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung im Koksofenbetrieb würden etwa folgende Werte erforderlich sein: Luft- und Gasmengen bei 20° C etwa 30 m3/s; Gaseintrittstemperatur in dem Regenerator etwa 1500 bis. 13501 C; Gasaustrittstemperatur aus dem Regenerator etwa 300° C; Luftaustrittstemperatur aus dem Regenerator etwa 1100='C; Druckabfall durch den Regenerator etwa 3 bis 4 mm WS.
  • Der drehbare Regenerator gemäß der Erfindung macht es möglich, konstante Betriebstemperaturen aufrechtzuerhalten, wodurch die Kapazität des Ofens um etwa 15 °/o gesteigert wird.
  • Bei einem Rotor gemäß Fig.5 dient der metallische untere Rotorteil 164 nur zum Tragen und Drehen des aus feuerfestem Material bestehenden oberen Rotorteiles 166, in weichem sich die regenerativen Elemente befinden. Der untere Rotorteil 164 ist dementsprechend verhältnismäßig schmal ausgeführt und besteht aus einem Rahmen in Form eines Speichenrades mit einer Nabe in Gestalt eines inneren Vielecks 168 und einer Felge in Gestalt eines äußeren Vielecks 170 sowie aus radialen, die Ecken der inneren und äußeren Vielecke verbindenden Speichen in Gestalt von Streben 172. Die Einzelteile bestehen aus hochkant angeordneten Platten, die miteinander verschweißt sind und an deren oberen Kanten U-Eisen 174 angeordnet sind. Die U-Eisen bilden Rinnen 176, in welche die unteren Teile von Innen- und Außen- und Radialwänden 178, 180 eingreifen. Die Wände bestehen aus feuerfesten keramischen Platten 182, die durch eine Nut und Federverbindung 184 miteinander verbunden sind. Um Wiederholungen in der Darstellung und Beschreibung der Querwandteile sowie der feuerfesten regenerativen Elemente zu vermeiden, sind diese nicht dargestellt. Die Streben 172 sind mit radialen, als Stützen 186 dienenden Vorsprüngen versehen, die sich auf dem oberen drehbaren Laufring 116 entsprechend der Fig. 1 bis 4 auflegen.
  • Um die Spannweite der Trennwand 32 im Gehäuse 10, die bei größeren Wärmeaustauschern sehr beträchtlich sein kann, zu verringern, wird die Mitte der Trennwand von einem Pfeiler 188 getragen, der den Rotor im Zentrum durchdringt.
  • Der Aufbau eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung ist derart vereinfacht, daß dieser in Einzelteilen und Kisten leicht transportierbar ist, um dann an der Baustelle zusammengesetzt zu werden.

Claims (15)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Regenerativ-Wärmeaustauscher, der aus einem Gehäuse mit an seinen Stirnseiten angeordneten Durchlässen für gasförmige Medien und mit an diesen Durchlässen fluchtend angeschlossenen Einlaß- und Auslaßleitungen für im Gegenstrom durch den Wärmeaustauscher geführte heiße und aufzuwärmende Gase besteht und einen als Rotor ausgebildeten Regenerator aufweist, der aus zwei im wesentlichen für sich selbständigen Teilen, die mit einander zugewandten Stirnseiten stumpf gegeneinanderstoßen, zusammengesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Einmaß (48) des heißen Gases und dem Auslaß (46) des erwärmten Gases angrenzende Rotorteil (62) als Ganzes aus feuerfestem keramischem Material und der dem Auslaß (22) des abgekühlten Gases und dem Einlaß (20) des aufzuwärmenden Gases angrenzende Rotorteil (60) als Ganzes aus metallischem Material besteht.
  2. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 mit übereinander angeordneten Rotorteilen, von denen der aus metallischem Material bestehende der untere ist und einen drehbar gelagerten, durch in Strömungsrichtung angeordnete metallische Platten gebildeten Rahmenverband aufweist, in den regenerative Elemente, z. B. Platten, eingesetzt sind, dadurch gekennzeichnet, daß der auf den unteren Rotorteil (60) abgestützte obere, aus feuerfestem keramischem Material bestehende Rotorteil (62) aus Innen- und Außenmantel (92, 94) und zwischen diesen Mänteln angeordneten regenerativen Elementen (108) gebildet ist.
  3. 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, bei dem der Rahmenverband des unteren Rotorteiles speichenradförmig ausgebildet ist und eine Mehrzahl sektorenförmiger Kammern einschließt, dadurch gekennzeichnet, daß der nabenförmige Teil (Innenmantel 70) und der felgenförmige Teil (Außenmantel 72) mit dem Innen- und Außenmantel (92 und 94) des oberen Rotorteiles (62) fluchtend angeordnet sind.
  4. 4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 3, dessen oberer Rotorteil mit radial verlaufenden, den Ringraum zwischen dem Innen- und Außenmantel in eine Mehrzahl sektorförmiger Kammern aufteilenden Scheidewänden versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die aus feuerfestem keramischem Material bestehenden Scheidewände (90) mit den speichenförmigen Teilen (Scheidewände 68) des unteren Rotorteiles (60) fluchtend angeordnet sind.
  5. 5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3 und 4, wobei die sektorförmigen Kammern des unteren Rotorteiles durch metallische Querwände in radial hintereinanderliegende Abteile unterteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß entsprechende feuerfeste keramische Querwände (100) in den oberen Kammern (96) so angeordnet sind, daß die Querwände (80) des unteren Rotorteiles (60) mit denen des oberen Rotorteiles (62) fluchten.
  6. 6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem den unteren Rotorteil (60) bildenden Rahmenverband Roste (110) angeordnet sind, auf die die im oberen Rotorteil (62) angeordneten regenerativen Elemente (108) abgestützt sind.
  7. 7. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die regenerativen feuerfesten keramischen Elemente (108) rohrförmig ausgebildet und stehend im oberen Rotorteil (62) eingesetzt sind. B.
  8. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der nabenförmige Teil (Innenwand 70), der felgenförmige Teil (Außenmantel 72), die speichenförmigen Teile (Scheidewände 68) und die Querwände (80) des Rahmenverbandes mit nach oben weisenden Doppelflanschen (102, 104, 106) versehen sind, zwischen denen die feuerfesten keramischen Wandteile des oberen Rotorteiles (62) eingesetzt sind.
  9. 9. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 mit übereinander angeordneten Rotorteilen, von denen der aus metallischem Material bestehende der untere ist, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Rotorteil (60) aus einer Mehrzahl von sektorförmigen Plattenkörben (64) besteht, die rund um die Achse des Wärmeaustauschers nebeneinander angeordnet sind, so, daß die Seitenwände (68) die radialen Scheidewände und die inneren und äußeren Querwände die inneren und äußeren Mäntel des unteren Rotorteiles (60) bilden, wobei die aneinanderliegenden radialen Seitenwände (68) der Plattenkörbe (64) des unteren Rotorteiles nüteinander verbunden sind, wodurch eine zusammenhängende, den Rotor tragende Einheit gebildet ist.
  10. 10. Wärmeaustauscher nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Wände des unteren Rotorteiles (60) als hohle Doppelwände ausgebildet sind.
  11. 11. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 mit senkrechter Rotorwelle, dadurch gekennzeichnet, daß sein. Gehäuse (10) ein unteres, den tragenden Teil des Wärmeaustauschers bildendes Rahmenwerk (12) und einen von diesem getragenen, aus feuerfestem keramischem. Material (16) aufgebauten oberen Teil (14) aufweist, daß das Rahmenwerk eine Endplatte (18) enthält, die von der Gehäusemitte sich erstreckende Sektorplatten (24, 26) aufweist, und daß ferner das Gehäuse eine Trennwand (32) zwischen den Gasleitungen aus feuerfestem keramischem Material aufweist, die den oberen Teil des Gehäuses überbrückt und Sektorteile (34, 36) besitzt, die mit den Sektorplatten (24, 26) des unteren Rahmenwerkes eingefluchtet sind.
  12. 12. Wärmeaustauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (32) mit mindestens. einem Träger (38, 40) versehen ist, an dem feuerfeste Formkörper (42) aufgehängt sind.
  13. 13. Wärmeaustauscher nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Teil des Trägers (38, 40) von einer feuerfesten Wand (162) umgeben ist, in der längs des Trägers ein Kanal (158, 160) für den Durchfluß eines Kühlmittels vorgesehen ist.
  14. 14. Wärmeaustauscher nach Anspruch 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennwand (32) in der Mitte durch einen im Rotorzentrum angeordneten Pfeiler (188) unterstützt ist.
  15. 15. Wärmeaustauscher nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die an das obere Ende des Gehäuses (10) angeschlossenen Auslaß- und Einlaßleitungen (50, 52) mit Wänden aus feuerfestem keramischem Material und die an das. untere Ende des Gehäuses angeschlossenen Einlaß- und Auslaßleitungen (28, 30) mit Wänden aus metallischem Plattenmaterial ausgebildet sind.. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 910 711, 843 731; britische Patentschriften Nr. 649 265, 587 035; französische Patentschrift Nr.1082 683.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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