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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Wie die eingezeichneten Strömungspfeile der beiden Medien zeigen,
verlaufen die Strömungen beider Medien entgegengesetzt der Richtung der Speichermassenbewegung,
also im Gegenstrom zu dieser.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.