DE1167367B - Drehspeicherwaermeuebertrager mit ringfoermigem Speicher - Google Patents

Drehspeicherwaermeuebertrager mit ringfoermigem Speicher

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DE1167367B
DE1167367B DEK41575A DEK0041575A DE1167367B DE 1167367 B DE1167367 B DE 1167367B DE K41575 A DEK41575 A DE K41575A DE K0041575 A DEK0041575 A DE K0041575A DE 1167367 B DE1167367 B DE 1167367B
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DE
Germany
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heat
storage
medium
heat exchanger
flue gas
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Application number
DEK41575A
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English (en)
Inventor
Dr-Ing A Getto
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Kraftanlagen AG
Original Assignee
Kraftanlagen AG
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Publication date
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Classifications

    • 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

Description

  • Drehspeicherwärmeübertrager mit ringförmigem Speicher Die Erfindung bezieht sich auf Wärmeübertrager mit in Gegenstrom zu den wärmetauschenden Medien bewegter Speichermasse. Dieses Arbeitsprinzip ist an sich seit langem bekannt, jedoch hat es sich zunächst nicht in die Praxis einführen lassen. Die erste technisch brauchbare Verwirklichung ist vor einigen Jahren durch den sogenannten »Federband-Wärmeübertrager« geschaffen worden, bei dem die Speichermasse als endloses Federband ausgebildet ist. Bei dieser Ausführungsform wird eine große Bandlänge benötigt, um eine genügend große Speichermasse zu erhalten, und es wird dieses lange Federband unter Verwendung von Umlenkrollen serpentinenartig durch die beiden Kanäle geführt. Der Übertritt des Bandes von einem Kanal in den anderen erfolgt durch schlitzförmige Schleusen. Ein Nachteil dieser Federbandvorwärmer besteht darin, daß eine große Zahl von Umlenkrollen erforderlich ist, deren Lager den starken Beanspruchungen der rauhen Betriebsbedingungen unterworfen sind. Ein anderer Nachteil besteht in der starken mechanischen Beanspruchung des Federbandes bei gleichzeitig hohen thermischen Beanspruchungen.
  • Zur Erzielung der in der Praxis benötigten großen Speicherkapazitäten wird man daher bei der Verwendung von Speichermassenpaketen verbleiben müssen, wie sie sich beispielsweise zum Aufbau des Speicherkörpers des nach dem Kreuzstromprinzip arbeitenden Ljungström-Luftvorwärmers bewährt haben. Die Verwendung solcher Speichermassenpakete für Gegenstromwärmeübertrager ist zwar auch schon vor langer Zeit vorgeschlagen worden, jedoch sind diese konsruktiven Vorschläge für die Praxis nicht geeignet gewesen. Erst vor kurzem ist eine brauchbare Lösung aufgezeigt worden, und zwar handelt es sich um das ältere Patent 1124 983. Gegenstand dieses Patents ist ein Regnerativwärmeübertrager mit ringförmigem umlaufendem Speicher. Da dieser Speicherkörper durch eine Drehachse getragen wird, um die er umläuft, sei diese Ausführungsform nachstehend als »Drehspeicherwärmeübertrager« bezeichnet. Bei diesem Drehspeicherwärmeübertrager mit ringförmigem Speicher nach dem älteren Patent wird die in Ringsektoren unterteilte Speichermasse vom Wärme abgebenden und vom Wärme aufnehmenden Medium im Gegenstrom zu ihrer Bewegung durchströmt, wobei der Speicher zwischen den einzelnen Ringsektoren angebrachte Absperrorgane aufweist, die beim Übergang vom Strömungsweg des einen Mediums zum Strömungsweg des anderen Mediums geschlossen sind.
  • Der Wärmeübertrager gemäß vorliegender Erfindung stellt eine Fortentwicklung der Ausführungsform nach diesem älteren Patent dar. Er weist also ebenfalls die vorgenannten Merkmale auf. Im Unterschied zu dem vorpatentierten Drehspeicherwärmeübertrager ist aber derjenige gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß im Gehäuse zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Wärme abgebenden und/oder Wärme aufnehmenden Mediums mindestens noch ein weiterer Anschluß zu dem betreffenden Strömungsweg zur Zuleitung oder zur Entnahme eines Teilstroms an dieser Stelle vorgesehen ist.
  • Der Gedanke, bei Regenerativwärmeübertragern die Speichermassen mehrstufig auszubilden und zwischen den beiden Stufen einen Zweigstrom des Wärme abgebenden Mediums einzuleiten bzw. dort einen Zweigstrom des Wärme aufnehmenden Mediums zu entnehmen, ist für Wärmeübertrager, die im Kreuzstrom arbeiten, an sich seit langem bekannt. Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich also darum, diese für andere Ausführungsformen von Regenerativwärmeübertragern an sich bekannten Prinzipien nunmehr auf Drehspeicherwärmeübertrager der vorgenannten Art zu übertragen, was an sich hätte abwegig erscheinen müssen, weil sich bei solchen Wärmeübertragern die Stufen nicht auseinanderrücken lassen, um die bei den bekannten Ausführungsformen benutzte und benötigte Trennzone zu schaffen. Gemäß der der Erfindung zugrunde liegenden Erkenntnis ist dieses aber gar nicht erforderlich, und die Erfindung zeigt den Weg zur praktischen Verwirklichung wie weiterhin auch zur konstruktiven Ausgestaltung, die es gestattet, im Bereich zwischen den Einlaß- und den Auslaßstutzen der beiden Gaskanäle an beliebiger Stelle Anzapfungen zur Einleitung oder zur Entnahme gasförmigen Mediums vorzusehen.
  • Zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens sind in der Zeichnung vier Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigt F i g. 1 einen Wärmeübertrager mit je einem Mittelanschluß zu den beiden Kanälen, F i g. 2 und 3 je eine Sonderausführung auf einer Seite des Wärmeübertragers und F i g. 4 einen Wärmeübertrager für Gasströme unterschiedlicher Pressung.
  • Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 1 ist die kreisringförmig angeordnete Speichermasse des Rotors in der an sich üblichen Weise in einzelne Ringsektoren 1 unterteilt, und zwar dienen hierzu, entsprechend dem erwähnten älteren Vorschlag, Absperrorgane in Form von Klappen, die je nach der Stellung des Rotors zum Teil geöffnet sind, wie die Klappen 2', und zum Teil geschlossen, wie die Klappen 2". Die Drehrichtung des Rotors entgegen dem Uhrzeigersinn ist durch einen im Nabenraum gezeichneten Pfeil veranschaulicht.
  • Was die wärmetauschenden Medien anbelangt, sei angenommen, daß das wärmeabgebende Medium (z. B. heiße Verbrennungsgase) rechts oben durch einen Einlaßstutzen 3 zugeführt und rechts unten durch einen Auslaßstutzen 4 abgeführt werde, während die Durchführung des wärmeaufnehmenden Mediums (z. B. aufzuwärmender Verbrennungsluft) über einen Einlaßstutzen 5 und einen Auslaßstutzen 6 erfolgt. Rauchgasseitig ist zwischen Einlaß und Auslaß ein Zwischenanschluß 7 vorgesehen, durch den also ein zuvor abgezweigter und teilweise ausgenutzter Rauchgasteilstrom eingeleitet werden kann, wie es der Einströmungspfeil zeigt, weil dieses die wichtigste Verwendung des Zwischenanschlusses darstellt. Es kann aber mit Hilfe dieses Zwischenanschlusses auch ein Teilstrom von etwas abgekühltem Rauchgas entnommen werden. Der luftseitige Mittelanschluß 8 dient in erster Linie dazu, mäßig vorgewärmte Luft zu entnehmen, so daß dieser Betriebszustand ebenfalls durch einen Pfeil veranschaulicht ist. Es kann aber umgekehrt auch vorgewärmte Luft über diesen Mittelanschluß eingeleitet werden, damit sie zusammen mit der über den Stutzen 5 zugeführten Luft weiter erwärmt wird.
  • Wie die eingezeichneten Strömungspfeile der beiden Medien zeigen, verlaufen die Strömungen beider Medien entgegengesetzt der Richtung der Speichermassenbewegung, also im Gegenstrom zu dieser.
  • Die Stellung der Absperrklappen 2 ist von ihrer jeweiligen räumlichen Lage, d. h. von der Stellung des Rotors abhängig. Es ist aus F i g. 1 ersichtlich, daß bei der gezeichneten Klappenstellung beide Medien durch den ihnen zugeordneten Kanal freien Durchgang haben, gegeneinander aber durch die geschlossenen Klappenreihen 2" abgedichtet sind. Dreht sich der Rotor so weit, daß die vor den Zuleitungen 3 und 5 befindlichen offenen Klappenreihen 2' über deren Mündung hinweggewandert sind, so werden diese Klappenreihen geschlossen. In gleicher Weise werden gleichzeitig hiermit die geschlossenen Klappenreihen 2", die sich vor den Ableitungen 4 und 6 befinden, nach Vorbeilaufen geöffnet. Nach Weiterdrehung des Rotors um den Winkel eines Sektors (bei dem dargestellten Beispiel um 30°) ergibt sich also immer wieder das dargestellte Bild. Die Umsteuerung der Absperrorgane kann gemäß dem älteren Vorschlag durch Anschläge selbsttätig erfolgen.
  • Soll nun also rauchgasseitig mit Hilfe des Mittelanschlusses 7 ein Rauchgasteilstrom eingeleitet werden, so soll trotzdem die Beaufschlagung der wärmespeichernden Masse möglichst gleichmäßig erfolgen. Auf Grund dieser Forderung ist es erwünscht, den durch den Rauchgaseinlaßstutzen 3 zugeführten Gasstrom möglichst in den der Nabe benachbarten Bereich zu leiten, wenngleich auch ohne besondere Vorkehrungen ein Teil dorthin gelangen wird. Eine solche bewußte Hinlenkung zur Mitte erfolgt bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 2 dadurch, daß der Einlaßstutzen 3' mit etwa radialer Einmündungsrichtung angeordnet und derart ausgebildet ist, daß er den durch ihn eintretenden Rauchgasstrom weitgehend in Richtung zu dem der Rotornabe benachbarten Teil der Speichermasse lenkt, wie es durch die Einströmungspfeile veranschaulicht ist. Dadurch ist nachher beim Durchlaufen des betreffenden Speichermassensektors 1 vor dem Mittelanschluß 7 das Eintreten des einzuleitenden Teilstroms, dem in erster Linie die Randzone zugänglich ist, erleichtert.
  • Die gleiche Aufgabe wird bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 durch eine besondere Steuerung der Absperrorgane erzielt, wobei zusätzlich auch die entsprechende Ausbildung des Einlaßstutzens 3' gemäß F i g. 2 unterstützend zur Anwendung kommen kann. Bei dem in F i g. 3 dargestellten Wärmeübertrager wird aber die Beeinflussung der Strömung ausschließlich durch die steuernden Klappen 2 bewirkt, und zwar werden die äußeren Klappen einer Sektorentrennwand alsbald nach Vorbeilaufen vor dem Einlaß 7 noch geschlossen, so daß der durch den Einlaß 3 eintretende Rauchgasstrom gezwungen wird, überwiegend in die der Nabe benachbarte Innenzone zu strömen. Dadurch wird dem durch den Mitteleinlaß 7 eintretenden Rauchgasteilstrom die äußere Randzone frei gehalten, und es ergibt sich somit eine einigermaßen gleichmäßige Beaufschlagung der Speichermasse.
  • Das Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 4 ist in Blickrichtung von der Seite gezeichnet, oben in Seitenansicht, unten im Schnitt, und zwar möge es einen der vorstehend erläuterten Luftvorwärmer in Ansicht von links (Luftseite) darstellen. Dieses Ausführungsbeispiel veranschaulicht das Arbeiten mit unterschiedlichen Drücken. Dieses ist in erster Linie für die Luftseite von praktischer Bedeutung. Der Rotor ist in seiner Länge durch Zwischenwände 13 in Teiltrommeln 11' und 11" unterteilt, entsprechend der Größe der beiden Luftströme unterschiedlicher Pressung. Der Teilrotor 11' möge hierbei für den Luftstrom geringeren Druckes und größeren Volumens bestimmt sein. Die Stutzen, die ebenfalls diesem Verhältnis entsprechen, können nebeneinander angeordnet sein. Von diesen sind nur die Auslaßstutzen 16' und 16" erkennbar.
  • Die Zwischenwände 13 haben die Aufgabe, die Vermischung dieser beiden Ströme verschiedener Pressung zu verhindern. Zu diesem Zweck sind die Wände längs ihres ganzen Umfangs mit Abdichtungen 14 gegen den Gehäusemantel versehen. Da Wärmeübertrager -dieser Art mit nur sehr geringen Drehzahlen umlaufen, können die Abdichtungen schleifend ausgeführt werden, wie es bei diesem Beispiel dargestellt ist. Es sei auch darauf hingewiesen, daß die einzelnen Teiltrommeln je nach den besonderen Erfordernissen in verschiedener Weise mit Heizfläche gefüllt sein können.
  • Die Einlaß- und Auslaßstutzen für das Rauchgas können sich ungeteilt über die ganze Rotorlänge erstrecken. So ist in F i g. 4 unten der Rauchgasauslaßstutzen 4 im Hintergrund sichtbar. Im allgemeinen genügt es, die beiden Rotorteile ohne besondere Regelung beaufschlagen zu lassen. Sollte aber eine Regelung erforderlich sein, so sind auch die Rauchgasstutzen entsprechend der Rotorteilung zu unterteilen und mit Regelklappen zu versehen.
  • Vorstehend ist zur Veranschaulichung des Erfindungsgedankens nur der einfachste Fall behandelt, daß gemäß F i g. 1 bis 3 nur je ein einziger Mittelanschluß vorgesehen wird. Es ist selbstverständlich auch möglich, mehrere Mittelanschlüsse vorzusehen, d. h. eine Unterteilung in mehr als zwei Stufen vorzunehmen, wie dieses ja auch schon für Ljungström-Luftvorwärmer bekannt ist. Für das Arbeiten mit Gasströmen unterschiedlicher Pressung gilt das gleiche, und zwar ist sowohl auf der Seite des wärmeabgebenden als auch auf der Seite des wärmeaufnehmenden Mediums eine Unterteilung in mehr als zwei Teilströme möglich, wenn dieses auf Grund besonderer Betriebsverhältnisse erforderlich werden sollte. Es sei auch erwähnt, daß ein solches Arbeiten mit mehreren Strömen unterschiedlicher Pressung auch ohne mehrstufige Unterteilung gemäß F i g. 1 bis 3 möglich ist.

Claims (5)

  1. Patentansprüche: 1. Drehspeicherwärmeübertrager mit ringförmigem Speicher, dessen in Ringsektoren unterteilte Speichermasse vom Wärme abgebenden und vom Wärme aufnehmenden Medium im Gegenstrom zu ihrer umlaufenden Bewegung durchströmt ist, wobei der Speicher zwischen den einzelnen Ringsektoren angebrachte Absperrorgane aufweist, die beim Übergang vom Strömungsweg des einen Mediums zum Strömungsweg des anderen Mediums geschlossen sind, d a d u r c h g e -kennzeichnet, daß im Gehäuse zwischen dem Einlaß und dem Auslaß des Wärme abgebenden und/oder des Wärme aufnehmenden Mediums mindestens noch ein weiterer Anschluß (7 bzw. 8) zu dem betreffenden Strömungsweg zur Zuleitung oder zur Entnahme eines Teilstroms an dieser Stelle vorgesehen ist.
  2. 2. Gegenstrom-Drehspeicherwärmeübertrager nach Anspruch 1, zur Erwärmung von Luft mit Hilfe von Rauchgasen, dadurch gekennzeichnet, das rauchgasseitig ein Zwischenanschluß (7) zwischen der Zuleitung (3) und der Ableitung (4) vorgesehen ist, der in an sich bekannter Weise zur Einleitung von Rauchgas dient, das dem ursprünglichen Rauchgasstrom hoher Temperatur entnommen und in Heizflächen auf etwa die an der Einleitungsstelle herrschende Temperatur abgekühlt ist.
  3. 3. Gegenstrom-Luftvorwärmer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Rauchgaseinlaßstutzen (3') mit etwa radialer Einmündungsrichtung angeordnet ist (F i g. 2).
  4. 4. Gegenstrom-Luftvorwärmer nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch eine die Absperrorgane (2) in der Weise steuernde Vorrichtung, daß die in der äußeren Randzone liegenden Absperrorgane bereits jeweils nach Passieren des Zwischenanschlusses geschlossen sind (F i g. 3).
  5. 5. Gegenstrom-Drehspeicherwärmeübertrager nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der ringförmige Speicher in einer senkrecht zu seiner Achse liegenden Ebene in zwei in axialer Richtung nebeneinanderliegende, durch Dichtungen (13,14) voneinander getrennte Teilspeicher (11' und 11") unterteilt ist, in denen die Drücke der beiden Teilströme des wärmeaufnehmenden Mediums im Verhältnis zueinander und/oder der beiden Teilströme des wärmeabgebenden Mediums im Verhältnis zueinander verschieden sind (F i g. 4). In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Auslegeschriften Nr. 1070 768, 1046 240. In Betracht gezogene ältere Patente: Deutsches Patent Nr. 1124 983.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1070768B (de) * 1952-11-14
DE1046240B (de) * 1951-12-08 1958-12-11 Steinmueller Gmbh L & C Unterteilter umlaufender Regenerativ-Luftvorwaermer

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1046240B (de) * 1951-12-08 1958-12-11 Steinmueller Gmbh L & C Unterteilter umlaufender Regenerativ-Luftvorwaermer
DE1070768B (de) * 1952-11-14

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