DE1501585C3 - Regenerativ-Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Regenerativ-Wärmetauscher mit einem eine Füllmasse aus glaskeramischem Werkstoff mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten aufweisenden Rotor und einem gleichfalls aus glaskeramischem Werkstoff bestehenden Gehäuse, das Ein- und Auslaßöffnungen für die wärmetauschenden Mittel aufweist, welche durch parallel in der Füllmasse verlaufende Kanäle strömen, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Rotor Dichtungen vorgesehen sind.

Bei bekannten Wärmetauschern stellt die Dichtung zwischen dem Gehäuse und der darin rotierenden Füllmasse stets ein wichtiges Problem dar, weil das Gehäuse und die Füllmasse große Unterschiede in der Ausdehnung aufweisen. Bei den bekannten Wärmetauschern sind die Dichtungen im allgemeinen von Dichtungselementen gebildet, die mit dem Gehäuse oder der Füllmasse verbunden sind, wobei die Dichtungsflächen mit Reibung sich längs zueinander bewegen. Dies führt zur Abnutzung, insbesondere im höheren Temperaturbereich. Auch erfordert das Überwinden der Reibung großen Energieaufwand. Ein weiterer Nachteil dieser beweglichen Dichtungen ist ihre verhältnismäßig verwickelte Konstruktion.

Aus der US-PS 3 101 778 ist bereits ein Drehspeicher-Wärmetauscher mit einer keramischen Speichermasse bekannt. Die Speichermasse besteht dabei aus einer Anzahl sektorförmiger Blöcke, welche in einem Rahmen (nicht keramisch) angeordnet sind. Das Gehäuse besteht bei diesem bekannten Wärmetauscher aus einer zylindrischen Metallhülle, einer Isolationsschicht und einer keramischen Schicht. Jedoch weisen das Gehäuse und die Füllmasse nicht etwa den gleichen Temperaturkoeffizienten auf. Dies kann auch nicht der Fall sein.

Des weiteren ist in diesem Falle zwischen Gehäuse und Füllmasse keine Spaltdichtung vorhanden. Die Dichtungsplatten sind sowohl mit der Füllmasse als auch mit dem Gehäuse ständig in Berührung, so daß hier Reibung auftritt. Dasselbe gilt auch für den in der US-PS 2 852 233 veröffentlichten Wärmetauscher.

Die Erfindung bezweckt, das obenerwähnte Dichtungsproblem besser zu lösen und ihr liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich Spaltdichtungen statt beweglicher Dichtungen verwenden lassen, falls die zu dichtenden Spalten eine im Betrieb gleichbleibende Spaltbreite aufweisen.

Zur Verwirklichung der vorerwähnten Erkenntnis weist der Regenerativ-Wärmetauscher nach der Erfindung das Kennzeichen auf, daß der Werkstoff des den Rotor unmittelbar umgebenden Gehäuses wenigstens nahezu den gleichen Ausdehnungskoeffizienten aufweist wie der Werkstoff der Füllmasse und die Dichtungen von engen Spaltöffnungen gebildet sind, welche sich zwischen dem Außenumfang des Rotors und dem Gehäuse erstrecken.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen

F i g. 1, 2 und 3 einen Regenerativ-Wärmetauscher in zwei zueinander senkrechten Schnitten bzw. in Ansicht, F i g. 4 einen Teil der Füllmasse im Wärmetauscher, F i g. 5,6, 7 und 7a zwei Beispiele zur Befestigung der beiden Gehäusehälften des Wärmetauschers nach Fig. 1,2 und3.

In Fig. 1, 2 und 3, in denen ein Wärmetauscher in zwei zueinander senkrechten Schnitten bzw. in Ansicht dargestellt ist, ist mit 1 eine Füllmasse bezeichnet, die aus einem glaskeramischen Werkstoff mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten besteht. Einen Teil dieser Füllmasse zeigt F i g. 4, aus der ersichtlich ist, daß die Füllmasse aus mehreren umeinander herumgewickelten Wellenschichten 2 und flachen Schichten 3 aufgebaut ί ist, so daß parallele Strömungskanäle für die die War- : me austauschenden Mittel entstanden sind. Die Füllmasse ist an ihrem Außenumfang durch einen gasdich- ί ten Ring 4 aus gleichem Material wie die Füllmasse 1 j begrenzt. Zentral in der Füllmasse 1 liegt eine Welle 5, ■ die auch aus einem glaskeramischen Werkstoff hergestellt ist. Die Füllmasse ist von einem aus zwei Teilen 6 I und 7 bestehenden Gehäuse umgeben, das gleichfalls j aus einem glaskeramischen Werkstoff mit niedrigem \ Ausdehnungskoeffizienten hergestellt ist. Die Dichtung zwischen dem Außenumfang der Füllmasse und dem Gehäuse ist von der engen Spaltöffnung 8 gebildet. Dieser Spalt kann infolge der geringen Ausdehnungskoeffizienten der Werkstoffe des Gehäuses und der Füllmasse so eng sein, daß nahezu kein Leck mehr auftritt. Das Gehäuse hat öffnungen 9 und 10, durch die

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das eine Mittel durch den Wärmetauscher strömen kann, und öffnungen 11 und 12, durch die das andere Mittel passieren kann.

Damit ein Lecken von einer Wärmetauscherhälfte zur anderen Hälfte verhütet wird, ist jeder Gehäuseteil mit einem Dichtungsrand 13 versehen. Dieser Rand schließt sehr eng an die Füllmasse an, so daß auch hier eine Spaltdichtung genügt. Auf diese Weise wird ein Übergang des Mittels aus einer Wärmetauscherhälfte zur anderen Hälfte verhütet. Die Gehäuseteile 6 und 7 sind mit Flanschen 14 und 15 versehen, die dichtend aneinander gedrückt werden müssen.

Die Flansche sind dazu mit Durchbohrungen versehen, in denen je ein Bolzen 16 mit einer Mutter 17 angebracht ist, wie es in F i g. 5 dargestellt ist. Wenn die Mutter in kaltem Zustand angezogen ist, wird infolge der Differenz in der Ausdehnung zwischen den Flanschen und dem Bolzen die Spannung im Betriebszustand (warm) nahezu verschwunden sein. Um dies zu verhüten, ist zwischen der Mutter 17 und dem Flansch eine unter Vorspannung gesetzte Feder 18 angebracht. Im Betriebszustand wird die Feder 18 trotz der Ausdehnung des Bolzens 16 die Flansche noch stets mit ausreichender Kraft andrücken. Eine weitere mögliche Konstruktion zum Verbinden der beiden Gehäuseteile ist in F i g. 6 und 7 dargestellt. In diesen Figuren sind die Flansche 14 und 15 von drei Ringteilen 20, 21 und 22 umgeben. Aus F i g. 6 ist ersichtlich, daß der Querschnitt der Ringteile U-förmig ist, wobei die die Flansche berührenden Schenkel etwas konisch verlaufen, so daß die Flansche beim Hineindrücken der Ringteile aneinander gedrückt werden. Die Ringteile sind an ihren einander zugekehrten Enden mit einem Kragen 24 mit innerem Schraubengewinde bzw. mit einem durchbohrten Teil 25 versehen, so daß ein Schraubenbolzen 26 durch die Bohrung hindurch in den Kragen 24 eingeschraubt werden kann. Zwischen dem Teil 25 und dem Kopf des Schraubenbolzens ist eine Feder 27 vorhanden. Beim Anziehen des Schraubenbolzens wird die Feder 27 gespannt, wodurch die Ringteile einwärts gedrückt werden. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß die Feder 27 außerhalb der den Wärmetauscher im allgemeinen umgebenden Isolierung 30 liegt. Statt der Ausbildung des Kragens 24 als Mutter ist es auch möglich, in diesen Teil einen Stehbolzen zu schrauben, wie es in F i g. 7a dargestellt ist. Diese Konstruktion hat den Vorteil, daß das durch die dann erforderliche Stehbolzenmutter beanspruchte Schraubengewinde ebenfalls außerhalb der Isolierung liegt, was seiner Lebensdauer zuträglich ist. Dies bedeutet, daß die Feder 27 nahezu auf Umgebungstemperatur liegt, was ihre Lebensdauer und das Beibehalten ihrer Federkraft günstig beeinflußt.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

15 Ol Patentansprüche:

1. Regenerativ-Wärmetauscher mit einem eine Füllmasse aus glaskeramischem Werkstoff mit niedrigem Ausdehnungskoeffizienten aufweisenden Rotor und einem gleichfalls aus glaskeramischem Werkstoff bestehenden Gehäuse, das Ein- und Auslaßöffnungen für die wärmetauschenden Mittel aufweist, welche durch parallel in der Füllmasse verlaufende Kanäle strömen, wobei zwischen dem Gehäuse und dem Rotor. Dichtungen vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff des den Rotor unmittelbar umgebenden Gehäuses (6, 7) wenigstens nahezu den gleichen Ausdehnungskoeffizienten aufweist wie der Werkstoff der Füllmasse (1) und die Dichtungen von engen Spaltöffnungen (8) gebildet sind, welche sich zwischen dem Außenumfang des Rotors und dem Gehäuse erstrecken.

2. Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Spaltöffnungen (8) höchstens gleich der Hälfte des hydraulischen Durchmessers der Kanäle in der Füllmasse (1) ist.

3. Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, bei dem das Gehäuse aus zwei Teilen besteht, deren Trennebene quer zur Mittellinie verläuft, und bei dem die beiden Gehäuseteile mit in der Trennebene verlaufenden Flanschen versehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Flansche (14, 15) von mehreren im Querschnitt U-förmigen Ringteilen (20, 21, 22) umgeben sind, deren konisch gestaltete Schenkel die Flansche umgreifen, wobei die Ringteile (20, 21, 22) an ihren einander zugekehrten Enden mit einem Kragen (24) mit Innengewinde bzw. mit einem durchbohrten Teil (25) versehen und mittels eines tangential geführten Schraubenbolzens

(26) unter Zwischenlage einer Feder (27) zwischen dem Kopf des Schraubenbolzens (26) und dem Teil

(27) verspannt sind.

4. Regenerativ-Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (27) außerhalb einer das Gehäuse (6, 7) umgebenden Isolierung (30) liegt.