DE2052905A1

DE2052905A1 - Wärmeaustauscher

Info

Publication number: DE2052905A1
Application number: DE19702052905
Authority: DE
Inventors: Eric London Kellett
Original assignee: CAV Ltd
Current assignee: CAV Ltd
Priority date: 1969-10-29
Filing date: 1970-10-28
Publication date: 1971-05-06
Also published as: GB1322338A; FR2065580A1

Description

Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher zum Bewirken des Wärmeaustausches zwischen zwei Medien, von denen das eine unter einem relativ hohen Druck steht, während das andere unter einem relativ niedrigen Druck steht.

Ein solcher Wärmeaeustauscher kann beispielsweise in einer Gasturbine eingesetzt werden, die einen Brennraum hat, ferner Mittel zur Zufuhr von Brennstoff zum Brennraum, einen Verdichter zur Zuleitung von Luft zum Brennraum, eine erste Hilfsturbine zum Antreiben des Verdichters, die von den Heißgasen angetrieben wird, welche den Brennraum verlassen, und eine zweite Hilfsturbine, die die mechanische Leistung liefert.

Bei einer solchen Gasturbine ist es wünschenswert, daß der Wärmeaustausch zwischen den Abgasen nach deren Durchgang durch die Hilfsturbinen und der Luft erfolgt, die in den Brennraum fließt. Das ist insofern jedoch schwierig, als ein auf die Abgase liegender Gegendruck so niedrig wie möglich sein muß, während die in den Brennraum fließende Luft unter hohes Druck steht. Da die Luft unter einem hohen Druck steht, ist der Konvektiv-Wärmeaustausch zwischen der Luft und den Wänden der Leitung hoch, in der

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sie enthalten ist, der Konvektiv-Wärmeaustauseh zwischen den Abgasen und den Wänden einer umgebenden Leitung ist jedoch niedrig» weil das Gas unter einem niedrigen Druck steht. Bekannte Wärmeaustauscher dieser Art sind deshalb räumlich groß, um den erwünschten Wärmeaustausch zu bewirken.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Wärmeaustauscher der genannten Art in einfacher und zweckmäßiger Form zu schaffen. '

Gemäß der Erfindung ist ein Wärmeaustauscher der genannten Art durch einen Gang, durch den das Medium unter dem relativ hohen Druck durchgeht, und durch ein Bett aus Partikeln aus wärmebeständigem Material gekennzeichnet, dasaäen Gang umgibt und durch das das Medium mit dem relativ niedrigen Druck geht, wobei der Durchgang dee Mediums durch das Partikelbett eine Fluidisierung der Partikel bewirkt, derart, daß der Wärmeaustausch zwischen dem Medium und den Partikeln erhöht wird, wobei die Partikel in einer Wärmeaustauschbeziehung zum Medium innerhalb des Gangs über dessen Wandung stehen.

Die Erfindung ist im nachfolgenden an Hand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen sind:

Fig. 1 ein erstes Aueführungebeispiel eines Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung in Verbindung mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer Gasturbine,

Pig. 2 ein Schnitt an der Linie 2-2 der Fig. 1,

Fig. 3 eine der Fig. 1 ähnliche Darstellung, in der der in Fig. 1 gezeigte Wärmeaustauscher in Verbindung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel einer Turbine gezeigt ist, und

Fig. 4 ein Schnitt an der Linie 4-4 der Fig. 3.

In Fig. 1 ist ein hohlzylindrischer Brennraum 10 dargestellt. Innerhalb des Brennraums sitzt ein· flammenetabilisierende Einrich-

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tung bekannter Form, und dies er Einrichtung 1st eine Kraftstoffsprühdüse 11 ebenfalls bekannter Form zugeordnet. Der Brennraum befindet sich innerhalb eines Kanteis 12, der seinerseits in einem weiteren Mantel 13 untergebracht ist. Sie Heißgase verlassen den Brennraum 10 über einen Auslaß 14 des Mantels 12, und dieser Auslaß ist mit dem Einlaß einer Hilfsturbine 15 verbunden. Die Hilfsturbine 15 dient zum Antrieb eines Verdichters 16, der unter Druck stehende Luft einer Einlaßkammer 17 zuleitet, die den Mantel 13 umgibt. Luft von der Einlaßkammer fließt zum Brennraum über eine Anzahl von Eöhren 20, die sich zwischen Durchbrüchen in den Manteln 12, 13 erstrecken.

Der Auslaß der Hilfsturbine 15 ist mit dem Einlaß einer weiteren Hilfsturbine 18 verbunden, die eine Abtriebswelle hat, welche die mechanische Leistung erbringt. Die Hilfsturbine 18 kann beispielsweise mit dem Triebwerk eines Kraftfahrzeugs verbunden sein. Die Gase verlassen die Hilfsturbine 18 über eine Leitung 19, die mit dem Ringraum in Verbindung steht, welcher zwishen den Mänteln 12 und 13 liegt.

Die Arbeitsweise der oben beschriebenen Gasturbine ist bekannt. Um den Wirkungsgrad der Turbine zu erhöhen, ist es wünschenswert, einen Wärmeaustausch zwischen den verbrauchten Abgasen, die die Turbine 18 verlassen, und der Luft zu bewirken, die in den Brennraum fließt. Zu diesem Zweck umgibt ein Bett aus wärmebeständigen Partikeln 22 die Röhren 20, und das Gewicht dieser Partikel ist in Beziehung zu dem begrenzenden Gegendruck gesetzt, der auf die die Turbinen verlassenden Abgase ausgeübt werden kann. Außerdem ist das Gewicht so gewählt, daß die Partikel innerhalb des Betts bleiben. Die Abgase, die die Hilfeturbine 18 verlassen, gehen über die Leitung 19 in das Partikelbett am unteren Ende, und sie verlassen da> Bett über eine Ableitung 23. Die Wirkung der Abgase bei ihres Durchgang durch das Bett besteht darin, eine Fluid!«ierung der Partikel 22 zu bewirken, und das begünstigt ein hohes Maß an

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Turbulenz, was den Wärmeübergang zwischen den Abgasen und den Partikeln erhöht. Da die Partikel die Röhren 20 eng umschließen, wird Wärme von den Partikeln auf die Wandungen der Röhren und dann zur unter Druck stehenden Luft geleitet. In dieser Weise erfolgt ein hoher Wärmeübergang von den Abgasen zur Luft.

Das Gewicht der Partikel 22 ist so gewählt, worauf bereits hingewiesen worden ist, daß der Gegendruck auf ein Minimum reduziert wird, gleichzeitig ist es aber entscheidend, daß die Partikel im Bett gehalten werden. Keramik oder ein entsprechender wärmebeständiger Stoff in Spanform wird als geeignet angesehen. Die Partikel werden bei stehender Turbine durch eine perforierte Platte 24 in dem Bett gehalten, die sich zwischen den Mänteln 12 und 15 erstreckt.

In der in Fig. 3 gezeigten Anordnung ist der Wärmeaustauscher der gleiche wie in dem in Pig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel - der einzige Unterschied besteht in der Art der Gasturbine. Bei der in Fig. 3 gezeigten Gasturbine ist ein weiterer Verdichter 25 vorgesehen, der dazu dient, ein Luft/Brennstoffgemisch einem Brenner 26 zuzuleiten, der in dem Brennraum 10 sitzt. Flüssiger oder gasförmiger Brennstoff kann der in den Verdichter 25 einfließenden Luft in irgendeiner geeigneten Weise zugeleitet werden.

Patentansprüche

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Claims

Pat entansprüohe

Wärmeaustauscher zum Bewirken des Wärmeaustausches zwischen zwei Medien, von denen das eine unter einem relativ hohen Druck steht, während das andere unter einem relativ niedrigen Druck steht, gekennzeichnet durch einen Gang, durch den das Medium unter dem relativ hohen Druck durchgeht, und durch ein Bett aus Partikeln (22) aus wärmebeständigem Material, das den Gang umgibt und durch das das Medium mit dem relativ niedrigen Druck geht, wobei der Durchgang des Mediums durch das Partikelbett eine Fluidisierung der Partikel (22) bewirkt, derart, daß der Wärmeaustausch zwischen dem Medium und den Partikeln (22) erhöht wird, wobei die Partikel in einer Wärmeaustauschbeziehung zum Medium innerhalb des Gangs über dessen Wandung stehten.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Partikeln (22) um Keramikspäne handelt.
3· Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch zwei hohlzylindrische Mantel (12, 13), die inainandergesteckt Bind und zwischen sich einen Hingraum bilden, und durch eine Anzahl von Bohren (20), die sich zwischen Durchbrüchen in den Mänteln (12, 13) erstrecken, wobei sich die Partkel (22) in dem genannten Eingraum befinden.
4. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, daduroh gekennzeichnet, daß die Ach·en der Mäntel (12, 13) senkrecht stehen und daß da· untere Ende des Rincrava· durch eine perforierte Platte (24) geschlossen ist, die die Partikel (22) trägt, wenn durch den Baum kein Medina fließt.
5· Wärmeaustauscher nach Anspruch 4» gekennzeichnet durch Mittel, die eine Einlaßkammer (17) um den äußeren der beiden Mäntel (12, 13) bilden.
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 5» gekennzeichnet durch einen

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Auslaß (23) vom oberen Ende des Ringraums.

7· Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet dttroh einen Brennraum (1O) innerhalb des inneren Hanteis (12) und durch Mittel zum Bewirken eines Luftflusses durch die Röhren (20) zum Brennraum (1O) sowie durch Mittel (14, 15, 18, 19) zum Zuleiten der Terbrennungsprodukte innerhalb des Brennraums (1O) zum unteren Ende des Bingraums.

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