DE2019113A1

DE2019113A1 - Umschaltbare regenerative Waermeaustauscheranlage

Info

Publication number: DE2019113A1
Application number: DE19702019113
Authority: DE
Inventors: Hyogo Akashi; Masaaki Kanbayashi; Akihiro Kawaguchi; Hideo Nishikawa; Koichi Washimi
Original assignee: Kureha Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Kureha Corp; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1970-04-21
Filing date: 1970-04-21
Publication date: 1971-11-04
Also published as: DE2019113B2

Description

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KUREHA KAGAKU KOGYO- KABUSHIKI KAISHA, Tokyo, Japan MITSUBISHI -OTKOGYO KABUSHIKI KAISHA, Tokyo, Japan

Umschaltbare regenerative Wärmetauscheranlage

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf eine Wärmetauscher- . anlage und insbesondere auf neue und verbesserte regenerative • Wärmetauscher der umschaltbaren Art, zur Lieferung einer kon·» stanten Strömungsmenge eines Strömungsmittels (das im folgenden als Prozeßströmungsmittel bezeichnet ist), das sichln einem gewünschten konstanten Zustand befindet.

Unter den regenerativen Wärmetauschern gibt es jene der um- '· schaltbaren Art, in denen mehrere regenerative Wärmetauscherelemente oder Einheiten vorhanden sind und in denen einaufheizendes oder kühlendes Mittel durch gewisse erste Wärmetauschereinheiten, die sich unter diesen Einheiten befinden, strömt, um dort Wärme zu speichern oder aus diesen'Wärme zu entziehen und in denen die Erwärmung oder Kühlung eines Strömungsmittels, das in .-. den übrigen Wärmetauschereinheiten erwärmf oder gekühlt werden soll (das das obengenannte Prozeßströmungsmittel darstellt), die zuvor mit Wärme-aufgeladen oder gekühlt worden sind, erfolgt, wobei durch ein wechselweiL-es Umschalten der Wärme aufnahme-od er

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BADORlOfNAI.

des Sntnahmezustandes und durch den "./ärmeentnahiae-od er Wärmeabsorptionszustand dann, wenn die erste Wänaetauschereinheit auf eine "bestimmte Temperatur erwärmt oder gekühlt worden ist, das Prozeßströmungsmittel kontinuierlich erwärmt oder gekühlt wird.

In einem Wärmetauscher dieser Art zur 3r-:famung des Prozeß-^ Strömungsmittels ist der Druck-des Prozeßströmungsmittels im allgemeinen höher als der Druck des Siroärarangsiaittels. Um darüber» hinaus eine Mischung des Wärmeiaittels Hit dem ProzeSströmungsmittel in der Zeit der Umschaltung soweit wie möglich zu verringern, wird das Pr ο ze i3 strömungsmittel unter einem hohen Druck ^ zugeführt, nachdem das Wärmemedium in jeder Wärmetauschereinheit in der die Wärmespeicherung "beendet worden ist, abgelassen worden ist, und der Druck desselben dadurch verringert worden ist.

Wenn das Ventil auf der Ausströmeeite des Prozeßströmungsmittelkreises in einer Wärmetauschereinheit, Tbei der die Wärmespeicherung beendet worden ist, progressiv geöffnet wird und das Ventil auf der Ausströmseite des Prozeßströmungsiaittelkreises in einer Wärmetauschereinheit, welche Wärme abgibt, progressiv geschlossen v/ird, mit dem Ziel, ein Prozeßströmungsmittel kontinuierlich zu liefern, so ist demzufolge der Druck des Prozeßströmungsmittels in der Einheit, die einer Wärmeentnahme unterliegt, größer als derjenige des Strömungsmittels in der Einheit, die die 7/ärme-' speicherung beendet hat und die dabei ist, die Wärmeabgabe zu beginnen. Aus diesem Grunde strömt ein feil des Strömungsnittels in der Einheit, die einer Wärmeabgabe unterliegt, in die letzt- ; genannte Einheit, wobei die Lieferung des ProzeSströmungsmittels unter einer beabsichtigren konstanten Ströraragsrate an ein Gerät oder eine Anordnung, die das Strömungsmittel benötigt, nicht erreicht werden kann.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen verbesserten regenerativen Wärmetauscher der umsehaltbareη Art vorzuschlagen, mit dem die oben beschriebenen Schwierigkeiten überwunden werden.

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Der Erfindung liegt insbesondere die Aufgabe zugrunde, ein Gerät der oben aufgeführten Klasse vorzuschlagen, mit dem ein Prozeßströmungsmittel'"bei einem "konstanten"Druck einem Wärmeaustausch unterworfen werden kann, land das dieses Strömungsmittel unter einer konstanten Strömungsrate in einem gewünschten konstanten Zustand liefert.

Gemäß der kurz zusammengefassten vorliegenden Erfindung;wird ein regenerativer Wärmetauscher der umsehaltbaren Art vorgeschlagen, der mehrere regenerative Wärmetauschereinheiten besitzt, In denen ein Prozeßströmungsmittel einem V/ärme tau sch unterworfen ist, das in einer kontinuierlichen Weise und bei einer konstanten StrÖiaungarate durch einen UmsehaltVorgang geliefert wird, in den eine Strömungsaittelzuführende Anordnung für die Umschaltung des Prozeßströmungsmittels in jede Wärmetaus ehe reinheit, getrennt von einem System zur Zuführung des Prozeßströraungsmittels zu jeder Einheit unter einer konstanten Strömungsrate, vorgesehen ist, und wobei darüberhinaus eine Messeinrichtung zur Messung des Drucks in allen. Einheiten vorhanden ist. Die Erfindung wird nun auch anhand der beiliegenden Abbildung ausführlieli "beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und der Abbildung hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können, und mit dem "Willen sur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.

In der Abbildung ist ein schematisehes Leitungsdiagramm in Form einer Strömungsübersiciit wiedergegeben, die den wesentlichen Aufbau und die Betriebsweise eines Beispiels eines umschaltbaren regenerativen Wärmetauschers gemäß der Erfindung wiedergibt.

Durch die im folgenden aufgeführte Betriebsweise des regenerativenWärmetauschers gemäß der vorliegenden Erfindung, die zuvor kurz zusammengefasst wurde, kann ein Prozeßströmungsmittel bei einem bestimmten Druck einem Wärmeaustausch unter einer konstanten Strömungsrate unterworfen werden und kann danach in einem gewünschten konstanten Zustand abgegeben werden.

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BAOORiGINAL

Ein Verfahrensmittel, mit dem das Strömungsmittel einen Wärmeaustausch vornehmen soll, wird einer oder mehreren Einheiten der zuvor genannten regenerativen Wärmetauscher zugeführt, um ' darin Wärme zu speichern oder anzusammeln und das Prozeßströmungsmittel wird den übrigen Einheiten zugeführt, in denen bereits zuvor Wärme gespeichert worden ist, wodurch dieses Strömungsmittel einem Wärmeaustausch unterworfen wird. Wenn sich sodann die Anlage in diesem Betriebszustand befindet, wird die Zuführung des Betriebsmittels an die Einheiten bei Erreichen ihrer Wärmespeicherung angehalten und das sich in den.Einheiten befindliche Betriebsmittel wird sodann abgelassen. V/enn der Druckinnerhalb dieser Einheiten durch das zuvor genannte Messgerät' festgestellt ist, wird danach das Prozeßströmungsmittel mit Hilfe der zuvor genannten Strömungsmittelzufuhreinrichtung eingelassen.

Wenn dann der Druck innerhalb dieser Einheiten gleich dem Druck innerhalb der Einheiten wird, in denen das Prozeßströmungsmittel bereits einem Wärmeaustausch unterliegt, wird der Betrieb der Strömungsmittelzuführeinrichtung angehalten, und es wird das System zur Zuführung des Prozeßströraungsmittels. bei einer konstanten Strömungsrate für den Betrieb geöffnet. Gleichzeitig wird das System, das das Prozeßströmungsmittel bei einer konstanten Strömungsrate in die Einheiten liefert, die bereits bewirken, daß das Strömungsmittel einem Wärmeaustausch unterliegt, abgeschaltet.. Dieser Umschaltvorgang wird zyklisch wiederholt, um zu bewirken, daß das Prozeßströmungsmittel bei einem bestimmten Druck einem Wärmeaustausch bei einer konstanten Strömungsrate unterworfen ist;

Durch Anwendung der Erfindung ist es daher möglich zu bewirken, daß das Prozeßströmungsmittel kontinuierlich einem Wärmeaustausch unterworfen ist, während sein Druck und seine Strömungsrate konstant bleibt, und zwar sogar während des Prozeßschaltschrittes oder bei der Umschaltung der vielen Wärme tau schi3reinheiten, und daß ein so behandeltes Strömungsmittel einer Anlage oder einem Gerät zugeführt werden kann, das ein derartiges Strömungsmittel benötigt.

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In der Zeichnung ist ein regenerativer Wärmetauscher d<er umsöhaltbaren Art, der ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel' der Erfindung darstellt, mit zwei Dampferhitzern 1 und la versehen, von denen jeder ein regeneratives Wärmeaustausehelement Oder ' eine Einheit darstellt, Tand, weist eine nicht darge st eilte wärmespeichernde Anordnung auf, die darin eingebaut ist, sowie eine Verbrennungsvorrichtung 2 (oder 2a). Diese zwei Dampferhitzer 1 und 1a sind in folgender Weise in einer parallelen " Anordnung verbunden.

Jeder Dampferhitzer 1 oder 1a ist an seiner Wärmequellensei te mit einer Luftzuführungsrohrleitung 5 oder 5a versehen, die ■ ■ | ein Yentil 3 oder 3a aufweist, und eine Brennstoffzuführungsrohrleitung 6 oder 6a, die ein Ventil 4 oder 4a aufweist, wobei beide Leitungen mit der obengenannten VerbrennungsanOrdnung 2 oder 2a verbunden sind. Wenn Luft oder Brennstoff durch die Leitungen 5 bzw. 5a und 6 bzw. 6a in die Verbrennungseinrichtung 2 bzw. 2a zugeführt wird, wird der Brennstoff darin verbrannt und die sieh ergebenden Verbrennungsgase strömen durch den Dampferhitzer 1 bzw. 1a und erhitzen damit die wärmespeichernde · und nicht dargestellte Vorrichtung, die sich innerhalb der Heizeinrichtung befindet und werden aus der Heizeinrichtung durch einen Gasauslass 21 bzw. 21a abgelassen. DieserGasauslass 21 bzw. 21a ist mit einem Ende einer Abgasrohrleitung 8 bzw. 8a verbunden, die ein Ventil 7 bzw, 7a besitzt und die anderen Enden (d.h. die abströmseitigen Enden) dieser Leitungen 8 bzw. 8a sind miteinander, und miteiner Rohrleitung 22 und einem Kamin oder einem Schornstein 9 verbunden. Wenn Brennstoff in der VerbrennungsanOrdnung 2 bzw. 2a verbrannt wird, ist demzufolge das. Ventil 7 l3zw. 7a offen und die Verbrennungsgase werden aus dem Gasauslass 21 bzw. 21a durch die Abgasleitung 8 bzw.8a, leitung 22 und Schornstein 9 in die Atmosphäre geführt.

Für die Versorgung des Dampferhitzers 1 bzw. 1a mit Dampf, der ein gewünschtes Strömungsmittel darstellt, wird eine Dämpfversorgungsleitung 11 abgezweigt, und über die Ventile 12 und 12a mit den oben genannten Abgasleitungen 8 und 8a an stromaufwärts gelegenen Punkten (in Bezug auf die Strömungsrichtung

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des Verbrennungsgases) zu den Ventilen 7 und 7a verbunden. Diese Dampfversorgungsleitung 11 ist an einem Seil derselben aufströmaeitig zu den Ventilen 12 und 12a mit einen automatischen Strömungsratensteuerventil 10 versehen., welches bewirkt, daß Dampf mit einer konstanten Strömungsrate zugeführt wird.

Darüberhinaus ist das aufstrb'iaseitige Ende einer Versorgungsrohrleitung 13 mit einer Dainpfversorgungsleitung 11 an einem Punkt aufströmseitig zum Strömungsratensteuerventil 10 verbunden. Di.ese Versorgungsleitung 13 ist in ihrer abströmsei ti gen Hieb, tu ng in zwei Zweigleitungen 14 und 14a aufgeteilt» die ents£>rechend über Ventile 15 und 15a mit kleiner Kapazität mit den Zweigen ^v' der Dampfversorgungsleitung 11 an abströmseitigen Punkten zu den Ventilen 12 und 12a verbunden sind.

Die Dampferhitzer 1 und 1a haben Dampfauslässe 23 land 23a, die über ilochtemperaturleitungen 17 und 17a, welche Ventile 16 und 16a aufweisen, mit einer allgemeinen Versorgungsleitung 24 ver-" bunden sind, durch die der sich ergebende Hochtemperaturdampf einem nicht dargestellten Gerät oder einer Anlage, die diesen Dampf benötigt, zugeführt wird.

Zusätzlich ist ein Differentialdruckmesser 18 vorgesehen, um die Drucke im Innern der Kopfteile (leile in der'Uähe der Dampf- \ auslasse 23 und 23a) des Dampferhitzer 1 und la zu messen und die dazwischen bestehende Differenz anzuzeigen.

Der regenerative Wärmetauscher der oben "beschriebenen Anlage gemäß der Erfindung wird in folgender Weise betrieben·

Zuerst wird ein Dampferhitzer, z.B. der Dampferhitzer 1, durch Öffnung der Ventile 3, 4 und 7, durch Schließung der Ventile 12, 15 und 16, durch Verbrennen des Beennstoffes in der Verbrennungsanordnung 2 und durch Abführung der sich ergebenden Verbrennungsgase aus dem Dampferhitzer 1 durch die iaitung 8 und Schornstein 9 in die Atmosphäre betätigt.

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Gleichzeitig wird der andere Dampferhitzer durch Öffnung.der Ventile 12a und I6a, durch Schließen der Ventile 3a, 4a, 7a und 15a und durch Dampfzuführung, welche durch das automatische Strömungsratensteuerventil 10 gesteuert wird, damit es unter einer konstanten Strömungsrate in den Dampferhitzer 1a strömen kann, betätigt. .

Unter den oben beschriebenen Betriebsbedingungen der Anlage wird die nicht dargestellte wärmespeichernde Anordnung in einem Dampferhitzer 1 durch das Verbrennungsgas erhitzt, wo-, durch-'Wärmeenergie gespeichert wird, während der Dampf, der durch das Innere des anderen Dampferhitzers 1a strömt, einem Wärmeaustausch mit der wärmespeichernden Anordnung (nicht dargestellt) unterliegt, die sich in diesem Dampferhitzer befindet, und zuvor erhitzt worden ist (unter der Annahme, daß der Betrieb bereits kontinuierlich verläuft) und wird auf eine hohe Temperatur erhitzt und durch die Leitungen 17a und 24 der Anlage zugeführt, die den Hochtemperaturdampf benötigt. ■

Wenn unter diesen Betriebsbedingungen die wärmespeichernde Anlage innerhalb des Dampferhitzers 1 genügend Wärme gespeichert hat und sich auf einer vorgeschriebenen Temperatur befindet und wenn darüberhinaus die wärmespeichernde Einrichtung innerhalb des anderen Dampferhitζers 1a durch den zugeführten Dampf gekühlt worden ist, wird die Menge des restlichen Verbrennungsgases- innerhalb des Dampf erhitzers 1 soweit wie möglich verringert, indem zuerst die Ventile 3 und 4 geschlossen werden, um die Verbrennung innerhalb der Verbrennungseinrichtung 2 · abzubrechen, und um das Verbrennungsgas innerhalb des Dampferhitzers 1 zur Atmosphäre abgeben zu können, v/odurch sich der darin befindliche Druck auf atmosphärischen Druck erniedrigt. Sodann wird das Ventil 7 geschlossen und das Ventil 15. geöffnet, um Dampf allmählich in den Dampferhitzer einführen zu können, woraufhin der Druck innerhalb des Dampferhitzers ansteigt.

Wenn sodann das Differentialdruckmessgerät 18 den Zustand anzeigt, bei dem die Drucke innerhalb der Dampferhitzer 1 und 1a ein Gleichgewicht erreicht haben, wird das Ventil 15 geschlossen,

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die Ven tür 12 und 16 geöffnet und die Ventile 12a und 16a geschlossen. Der Dampf, der bis zu dieser Zeit durch den Dampferhitzer 1a strömte, wird daraufhin dem Dampferhitzer 1 zugeführt, in dem Wärme gespeichert worden ist und 'wird, nachdem er darin erhitzt wurde, durch die Dampfauslassleitung 17 und die Hochtemperaturdampfleitung 24 abgegeben.

Der Dampf, der in diesem Falle durch die Dampfleitung 11 strömt, wird durch das automatische Strömungsratensteuerventil 10 auf eine konstante Strömungsrate gehalten. Da ferner der Dampfdruck innerhalb der Dampferhitzer 1 und 1a im Gleichgewicht ist, wird Hochtemperaturdampf, der auf einen konstanten Druck gehalten wird, unter einer konstanten Strömungsrate der Anlage od'er der Einrichtung, die diesen Dampf benötigt, kontinuierlich zugeführt.

Sin anderes Merkmal dieser Anlage besteht darin, daß während der Zuführung des Dampfes in den Dampferhitzer 1, aus dem das Verbrennungsgas abgelassen worden ist, Dampf durch die Zweigleitung 14 eingelassen wird, die von der Versorgungsleitung 13 abgezweigt ist, welche mit der Dampfversorgungsleitung aufströmseitig vor dem automatischen Strömungsratensteuerventil 10 verbunden ist. Aus diesem Grunde wird die Strömungsrate des dem Dampferhitzer 1a zugeführten Dampfes, der einem Wärmeaustausch unterliegt, konstant gehalten. Da ferner die Kapazität des in der Zeigleitung 14 installierten Ventils 15 klein ist, wird der Dampf■allmählich in den Dampferhitzer 1 eingeführt, indem sich der Druck dadurch gleichförmig verteilt, wodurch keine Möglichkeit der Verschiebung oder Deformation der wärmespeichernden Einrichtung wegen der Strömungskräfte, die durch die Druckdifferenz verursacht werden, besteht.

Ein weiteres Merkmal der Anlage gemäß der Erfindung besteht in folgendem: Da sich das automatische Strömungsratensteuerventil 10 und die davon abströmseitigen Ventile 12 und 12a in einer entsprechend aufgeteilten Anordnung in der Dampfleitung 11 befinden, ist es möglich, Dampf bei einer konstanten Strömungsrate leicht und in zuverlässiger Weise sogar während der Umschaltung dieser Ventile 12 und 12a zu liefern.

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Darüberhinaua kann die Konstruktion dieser Ventile vereinfacht werden. ; .

Die obige Beschreibung bezieht sich jedoch nur auf ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung, während alle Änderungen und Abwandlungen des hier ausgewählten Beispiels sich nicht aus dem Schutzbereich der Erfindung entfernen. Während z.B. die Erfindung in Bezug auf ein Ausführungsbeispiel beschrieben wurde, bei dem das Prozeßströmungsmittel ein Mittel ist, das erwärmt wird, ist es aus thermodynamischen Prinzipien offensichtlich, daß eine Anlage gemäß der Erfindung auch dazu verwendet werden kann, um ein Prozeßströmungsmittel zu kühlen.

Während ferner die automatische Steuerung oder die automatisch gesteuerten Komponenten in der vorangehenden Beschreibung nicht besonders erwähnt wurden, so ist es offensichtlich, daß ein automatisches Steuersystem irgendeiner bekannten Art in der Anlage gemäß der Erfindung eingebaut werden kann, das mit der Messeinrichtung 18 und anderen Messgeräten, wie beispielsweise ein Temperaturmessgerät (nicht dargestellt in der Versorgungsleitung 24, zusammenarbeitet, um alle Ventile steuerbar zu . betätigen und andere Steuerungen; wie Zündvorrichtungen (nicht dargestellt) zur Zündung des Brennstoffes in den Verbrennungseinrichtungen 2 und 2a, zu betätigen. .

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Claims

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Patentansprüche ^u ι α I I

; 1) !umschaltbare regenerative Wärmetauscheranlage mit mehreren regenerativen Wärmetauschereinheiten, die betätigt werden, um ein Prozeßströmungsmittel einem Wärmeaustausch durch kontinuierlich durchgeführte Umschaltvorgänge zu unterziehen und um das Strömungsmittel in einem gewünschten Zustand abzugeben, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Strömungsmittelversorgungssystem (10,11) zur Lieferung eines StrömungsmitteIo "unter einer konstanten Strömungsrate zu jeder Wärme tau 3 ehe reinheit (1,1a) und eine Versorgungseinrichtung (13) zur Beschickung jeder Einheit mit dem Prozeßströmungsmittel, vorhanden ist, die von dem ersten Strömungsmittelversorgungssystem, getrennt angeordnet ist, daß eine Messeinrichtung (18) zur Messung des Druckes innerhalb jeder Einheit vorhanden ist.
2) Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetausehereinheiten (i,1a) derartig ausgebildet sind und betrieben werden, um dem Prozeßströmungsmittel während des Wärmeaustausches Wärme zuzuführen.
3) Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauschereinheiten (i,1a) derartig ausgebildet sind und betrieben werden, um dem Prozeßströmungsmittel während des Wärmetausches Wärme zu entziehen.
4) Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Wärmetauschereinheit (i,1a) einen Warmespeicher besitzt, der durch ein erhitztes Gas .zyklisch vorgewärmt wird, und daß das Prozeßströmungsmittel mit einer ersten Temperatur in jede Einheit mit einem derartig vorgewärmten Wärmespeicher eingeleitet wird, wobei das Prozeßströmungsmittel mit einer Temperatur,'welche höher als die erste Temperatur ist, abgegeben wird.
5) Wärmetauscher nach einem der zuvorgenannten Ansprüche, gekennzeichnet durch ein automatisches Steuersystem, das mit dem Messgerät (18) zusammenarbeitet, wobei der Umschaltvorgang einschließlich des Betriebes des ersten Strömungsmittelversorgungssystems und der Versorgungseinrichtung unter automatischer Steuerung durchgeführt wird.

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