DE2144593A1

DE2144593A1 - Drehspeicherwärmetauscher

Info

Publication number: DE2144593A1
Application number: DE19712144593
Authority: DE
Inventors: Birger Älta; Karlsson Kurt Tyresö; Pettersson (Schweden)
Original assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Current assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Priority date: 1970-09-08
Filing date: 1971-09-07
Publication date: 1972-03-09
Also published as: CS163786B2; JPS5440766B1; GB1303695A; DE2144593B2; US3785431A; DE2144593C3; PL77834B1

Description

Patentanwälte *·> ι / / r η -ι

Dipl.-Inc. W. Beyer /14459

Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. «löchern

6 Frankfurt am Main Freiherr-vom-Stein-Str.

In Sachen:

SVENSKA ROTOR MASKINER AKTIEBOLAG P.O. Box 15 o85, 1o4 65 Stockholm I5 Schweden

Drehspeicherwarmetauscher

Die Erfindung bezieht sich auf einen Drehspeicherwarmetauscher mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Rotor, welcher aus einer zentralen Rotorwelle und einem mit dieser über sich radial erstreckende Trennwände verbundenen Mantel besteht, die den Rotor in eine Vielzahl endseitig offener, wärmespeicherndes Material aufnehmender Sektoren unterteilen, wobei das Gehäuse mit Ein- und Auslaßkanälen für ein wärmeabgebendes Fluid und ein aufzuheizendes Fluid versehen ist, und der Rotor an einem Ende mittels eines Axiallagers und am gegenüberliegenden Ende in einem bei Wärmeausdehnung axiale Bewegungen gestattenden Radiallager gelagert ist, und wobei zwischen den Stirnflächen des Rotors und den Endwänden des Gehäuses als stirnseitige Dichtungen dienende und ein Vermischen der am Wärmeaustausch beteiligten Fluide in diesem Rnum verhindernde, axial bewegliche Platten angeordnet sind, welche sich auf jeder Seite des Rotors in eine mittlere, durch ein der Würmeausdehnung des Rotors folgendes Teil des Radiallagors gohaltenene Platte und an deren gegenüberliegenden Enden verschwenkbar angebrachte, sich radial erstreckende äußere Platten gliedern.

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Derartige Wärmetauscher werden häufig als Luftvorwärmer in Kessolanlagen eingesetzt. Die hierbei als aufheizendes Fluid dienenden Verbrennungsgase können eine Tempern bur von C oder mehr haben. Im kalten Zustand hat der Rotor

die Form einer flachen zylindrichen Scheibe. Wenn er jedoch durch die heißen Verbrennungsgase erhitzt wird, erfährt er nicht nur eine thermische Ausdehnung, sondern verformt sich auch schalenförmig.

In einem Luftvorwärmer ist der Druck der aufzuheizenden Luft höher, als der Druck der Verbrennungsgase. Die Luft hat deshalb die Tendenz, in Form von Leckströmen zur Seite der Verbrennungsgase überzuströmen. Da.eine solche Leckage Verluste bedeutet, muß sie so klein wie möglich gehalten werden. Wegen der in den Verbrennungsgasen mitgeführten Anteile an Asche und Ruß ist es erforderlich, einen schmalen Spalt zwischen relativ zueinander beweglichen Dichtflächen vorzusehen, um Abrieb und Verschleiß infolge der Schleifwirkung der Asche und Rußteilchen zu verhindern. Diese Spalte müssen jedoch so klein wie möglich gehalten werden, und hierbei ist auch die thermische Verformung des Rotors gebührend zu beachten.

Bei Luftvorwärmern mit beweglichen Dichtplatten der oben bezeichneten Art ist gewöhnlich das äußere Ende jeder auf der einen Seite des Rotors befindlichen äußeren Dichtplatte mit dem äußeren Ende der auf der anderen Seite des Rotors axial gegenüberliegenden äußeren Dichtplatte verbunden, und das so gebildete schwingende System wird durch ein Gegengewicht so ausbalanciert, daß die Dichtplatten in der Schwebe gehalten sind. Eine derartige Anordnung ist beispielsweise in dem britischen Patent 1 118 71 ο beschrieben. Mit diesem schwingenden System, welches sich der sich ändernden Form des Rotors anpasst, kann die schalenartige Verformung desselben wenigstens teilweise ausgeglichen werden.

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Der Einfluß dor axial gerichteten thermischen Ausdehnung und Verkürzung dos Rotors auf die Spaltweite der Dichtung wird durch die Verbindung der zentralen Dichtplatte auf Seiten des Radiallagers mit dem axial beweglichen Teil dieses Lagers eliminiert.

Die wärmespeichernde Masse bietet den Pluidströmen einen Widerstand, der sich in einem Druckabfall äußert. Der Druck des Fluids ist in Strömungsrichtung gesehen vor dem Vorwärmer stets höher als hinter diesem. Wenn ein Rotorsegment während seiner Drehung von der Luftseite zu der Gasseite zwischen die Dichtplatten gelangt, aber noch mit der Luftseite in Verbindung steht, wird das schwebend gehaltene Dichtplattensystem durch die Druckdifferenz zum kälteren Ende des Vorwärmers hin gedrückt. Wenn jedoch dann das Rotorsrgmont durch seine in Drehrichtung gesehen hintere, sich radial erstreckende Trennwand von der Luftseite abgeschlossen wird, und sofort danach in Verbindung mit der Garseite des Vorwärmers gebracht wird, so wird das Dichtplattensystem in die entgegengesetzte Richtung gedrückt. Auf diese Weise schwingen die Dichtplatten während des Betriebs des Vorwärmers beständig hin und her, denn auch bei Übergang der Rotorsegir.ente von -"ler Gasseite zur Luftseite werden derartige Oszil-1 ?.tionsbev; jungen ausgelöst.

Exe vorstehend geschilderten Schwingungen der Dichtplatten Inbon mehrere unerwünschte Folgen, insbesondere eine erhöhte .- -knge, ν rhäl oiiismäßig starken Verschleiß der Gelenice und r-:^vio unerv; nschuo pulsierende Beanspruchung der zentralen T.' ^.i^platt r Iu- *h Biege- und Kippkräfte. Diese verursachen :e Sc" ν. „origkeiten an der axial beweglichen mittleren

Aui ■ öor vorliegenden Erfindung, die erwähnten Nach ζυ vermeiden, und diese Aufgabe wird erfindungsgemäß ■· · I S ehr ä(rst ellung .der'mittleren Platte während

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des Betriebs verhindernde, stabilisierende Trag- und Führungsmittel zwischen dieser Platte und dem bei Wärmeausdehnung bewegten Teil des Radiallagers.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen axialen Teilschnitt durch einen Drehspeicherwärmetauscher gemäß der Erfindung mit schema-P tischer Darstellung des allgemeinen Aufbaus, .-

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Teil des Wärmetauschers nach Fig. 1 mit der in Fig. 1 eingetragenen Blickrichtung II-II,

Fig. 3 einen Querschnitt nach Linie III-III in Fig. 2, Fig. 4 einen Querschnitt nach Linie IV-IV in Fig. 2, Fig. 5 einen Querschnitt nach Linie V-V in Fig. 2,

Fig. 6 eine Teilansicht auf den Wärmetauscher nach Fig. 1 von unten,

Fig. 7 einen Querschnitt nach Linie VII-VII in Fig. 6,

Fig. 8 eine vereinfachte perspektivische Ansicht des

gesamten stabilisierten Systems der Dichtplatten.

Dor in Fig. 1 dargestellte Luftvorwärmer in Form eines Drehspeicherwärmetauschers hat den bekannten Grundaufbau mit einem drehbaren, zylindrischen Rotor 1o aus regenerativ wärirespeicherndem Material. Der Rotor besitzt eine zentrale Rotorwelle mit endneitigen Wellenzapfen und einen zylin-drischen Mantel Tl-, der durch nich radial erstreckende Trennwände

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(nicht geneigt), die den Rotor in eine Vielzahl ondscitig offener Sektoren unterteilen, mit der .Rotorwelle 12 verbunden ist. Die Sektoren enthalten die die Wärme übertragende Masse gewöhnlich in Form von Packungen 16 gewellter- Plattenelemente.

Der Rotor 1o ist in einem Gehäuse mit einer Umfangswand 18 montiert. Die stirnseitigen Endwände des Gehäuses werden im wesentlichen durch die Einlaß- und Auslaßkanäle der am Wärmeaustausch beteiligten Fluide gebildet. Zum Zwecke der weiteren Funktionsbeschreibung sei beispielsweise angenommen, daß der in Fig. 1 gezeigte Kanal 2o der Einlaßkanal für heiße Verbrennungsgase und der Kanal 22 der Auslaßkanal für die gekühlten Gase sei. In entsprechender Weise gibt es einen Einlaßkanal 24 und einen Auslaßkanal 26 für die vorzuwärmende Luft, wie dies bruchstückhaft auf der linken Seite der Fig. 1 angedeutet ist.

Die Kanäle 2o und 26 am oberen Ende des Gehäuses sind durch einen Balken 28 mit U-förmigem Querschnitt getrennt, der sich diametral über die obere Stirnfläche des Rotors erstreckt und dessen seitliche Flansche einen Teil der Wände der Kanäle bilden. Ein entsprechender Balken Jo ist am unteren Ende des Gehäuses angebracht.

Die axial gegenüberliegenden Enden der Balken 28, 3o sind durch senkrechte Säulen,(nicht gezeigt) fest miteinander verbunden, so daß ein starrer rechteckiger Rahmen gebildet ist, der auf einem nicht dargestellten Fundament ruht und das Gehäuse abstützt.

]>;r Rotor 1o v/ird durch ein kombiniertes Axial- Radiallager 3? getragen, welches don unteren Wellenzapfen 12A der Rotorwelle 12 aufnimmt. Dieses Lager 32 ruht auf einer Plattform ⁷>^fi obon nuf einer Tragsäule 36. Auf diese Weise ist der durch die Balken 28, 3o und die sie verbindenden seitlichen Säulen

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gebildete Rahmen vom Gewicht des Rotors entlastet. Der obere Wellenzapfen 12B der Rotorwelle 12 ist in einem Radiallager 38 geführt, welches, wie weiter unten beschrieben, beweglich mit dem oberen Balken 28 verbunden ist.

Um ein Vermischen der Gas- und Luft ströme zu verhindern, sind Dichtungsplatten 4o zwischen den Balken 28 bzw. 3o und den Stirnflächen des Rotors 1o angeordnet. Außerdem ist der Ringraum zwischen dem Rotormantel 14 und der Umfangswand 18 des Gehäuses durch nachgiebige Dichtungsstreifen 42 abgedichtet, die an der Umfangswand 18 befestigt sind und gleitend mit der Außenseite von an den Enden des Rotors 1o angebrachten Umfangsringen 44 zusammenwirken.

In Fig. 1 ist das Radiallager 38 und seine Verbindung mit dem Balken 28 und der oberen Dichtungsplatte 4o schematisch dargestellt. Diese Teile sollen nachstehend im Zusammenhang mit den Fig. 2 bis 5 noch näher beschrieben werden.

Gemäß den Fig. 2 bis 4 besteht das Radiallager 28 aus einem Lagergehäuse 46, in welchem die äußeren Laufringe von zwei im axialen Abstand angeordneten Kugellagern 48 und 5o montiert sind. Die inneren Laufringe dieser Kugellager werden durch eine Distanzbüchse 52 in einem bestimmten Abstand gehalten. Der innere Laufring des unteren Kugellagers ruht dabei auf einem Abstandselement 54 auf, welches wiederum durch eine Schulter 56 am oberen Wellenzapfen 12B der Rotorwelle 12 abgestützt wird. Auf diese Weise wird das gesamte Lager 38 durch das Ende des Wellenzapfens 12B getragen.

Wenn «ich die Rotorwelle ausdehnt und zusammenzieht, bewegt sich das Lager 38 in senkrechter Richtung. Diese Bewegung vdrd durch eine Gabel 6o geführt, die auf einer Welle 62 sitzt. Die letztere ist in Querwänden 64 drehbar gelagert, die sich zwischen den Flanschen des Balkens 28 erstrecken. Das freie Ende jedes Gabelschenkels trägt einen Lagerzapfen 66, der in

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eine passende Bohrung im Lagergehäuse 46 eingreift. Wenn sich das Lager 38 in senkrechterRichtung bewegt, folgt es wegen der beschriebenen Anordnung einem bogenförmigen Veg, da Jedoch die senkrechte Bewegung klein ist, bleibt auch die Abweichung von einer geraden senkrechten Linie vernachlässig-

Wie am besten aus Fig. 4 hervorgeht, ist das Lagergehäuse 46 mit zwei Ansätzen 68 ausgebildet, an welchen verschwenkbar die oberen Enden von Spannankern 7o befestigt sind. Die unteren Enden der Spannanker 7o sind verschwenkbar mit Armen 72 verbunden, die an torsionssteifen Stangen oder Wellen 74 angebracht sind, welche sich längs des Balkens 28 erstrecken und drehbar in Halterungen 76 am Stegteil des Balkens 28 gelagert sind. Wenn sich also das Lager 28 relativ zum Balken 28 in senkrechter Richtung bewegt, drehen sich die Wellen 74- im entgegengesetzten Drehsinn.

Jede Dichtungsplatte 4o besteht aus einer mittleren Platte 4oA und zwei sich radial nach außen erstreckenden äußeren Platten 4oB, die an den beiden gegenüberliegenden Endkanten der mittleren Platte 4oA mit dieser gelenkig verbunden sind. Die Gelenkachsen sind in Fig. 2 und 3 mit 58 bezeichnet. Die Wellen 74 haben im wesentlichen dieselbe Länge wie die mittlere Platte 4oA und an ihren Enden sitzen Arme 78, an welchen sich senkrecht erstreckende Bolzen 8o von einstellbarer Länge . gelenkig befestigt sind. Die Bolzen 8o sind durch den Stegtoil dos Balkons ?ii gestockt und an ihren unteren Enden mit dor mittleren Dichbungsp]atte 4oA nahe deren Ecken verbunden. Auf fliese Weise int die mittlere Dichtungsplatte 4oA an den Armen 78 aufgohängl., und ihr Gewicht wird durch die Wellen 74 und Spannanker 7o auf das Lagergehäuse 46 übertragen.

In kaiton Zustand dos Luftvorwärmers kann die mittlere Dichtungr.pl atIr 4oA mit Bezug auf die obere Stirnfläche des Rotors 1o mittels der Spannanker 7o und der Bolzen 80 richtig

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eingestellt werden. Diene relative Lage bleibt auch erhalten, wenn der Rotor erhitzt wird., weil bei der thermischen axialen Ausdehnung des Rotors und der Rotorwelle sich auch das Layer 33 zusammen mit dem oberen Lagerzapfen 12B aufwärts bewegt, wodurch die "Wellen 74 so gedreht werden, daß die Bolzen 80 und die mittlere Dichtungsplatte 4oA angehoben werden.

Aus der vorstehenden Beschreibung geht hervor, daß die zentrale Dichtungsplatte 4oA in "der V/eise aufgehängt ist, daß sie sich " zusammen mit dem Lager 38 in senkrechter Richtung bewegt, ohne daß sich dabei ihre räumliche Orientierung mit Bezug auf den Rotor ändert, und sie kann auch äußere Kräfte aufnehmen, ohne sich schräg zu stellen oder verformt zu werden. Somit bildet also- die Aufhängung der mittleren Dichtungsplatte 4oA am Lager 38 ein stabilisierendes Trag- und Führungsmittel für die Dichtungsplatte.

Auch die Dichtungsplatte 4o an der unteren Stirnfläche des Rotors 1o besteht aus einer zentralen Dichtungsplatte 4oÄ und äußeren Platten 4oB, wie dies in Fig. 6 strichpunktiert angedeutet ist. In diesem Fall ist die mittlere Dichtungs-olatte 4oA jedoch nicht axial beweglich, sondern in der gewünschten. Lage relativ zur unteren Stirnfläche des Rotors mittels einstellbarer Bolzen 82 (in Fig. 6 nur schematisch gezeigt), am Balken 3o befestigt.

Die äußeren Dichtungsplatten 4oB der unteren Dichtung sind mit der zentralen Platte 4oA in derselben Weise wie auf der Oberseite des Rotors durch Gelenke 58 verbunden. Nahe ihren äußeren Enden ist jede äußere Dichtungsplatte 4oB mit zwei Bolzen 9o versehen, die sich durch den Stegteil des unteren Balkens 3o erstrecken und gelenkig mit den waagerechten Armen von Kniehebeln 84 verbunden sind, deren senkrechte Arme auf joder Seite miteinander durch einen Spannanker 86 verburribn sind. Jeweils einer der Kniehebel 84 jeder äußeren Dichtungsplatto 4oB greift an einer gemeinsamen torsionssteifen Stange

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oder Welle 88 an, die sich längs des Balkens Jo erstreckt und die beiden mit ihr verbundenen Kniehebel zwingt, sich gemeinsam zu bewegen. Die Drehbewegungen dieser beiden Kniehebel werden durch die Spannanker 86 auch auf die b-eiden anderen Kniehebel übertragen, so daß sich alle Kniehebel 84 gemeinsam bewegen und dadurch verhindern, daß sich die äußeren Dichtungsplatten 4oB relativ zur Stirnfläche des Rotors in entgegengesetzter Richtung bewegen, sich schief stellen oder kippen.

Jede äußere Dichtungsplatte 4oB an der Unterseite des Rotors 1o ist mit der axial gegenüberliegenden äußeren Dichtungsplätte 4oB auf der Oberseite des Rotors verbunden. Diese Verbindung kann irgend einer geeigneten Art sein, z.B. ähnlich der, die in dem britischen Patent 1 118 71o beschrieben ist; der.Einfachheit halber ist sie im vorliegenden Fall nach Fig.7 als ein Verbindungsglied 92, welches gelenkig mit den Dichtungsplatten verbunden ist, dargestellt. Obgleich-nicht besonders gezeigt, kann dieses Verbindungsglied auch als ein in seiner Länge einstellbarer Spannanker oder ein ähnliches Teil ausgeführt sein.

Wie in Fig. 7 dargestellt, sind mit den äußeren Enden jeder äußeren Dichtungsplatte 4oB auf der Oberseite des Rotors Bolzen 94 verbunden, die sich nach oben durch den Stegteil des oberen Balkens 28 erstrecken. Die oberen Enden der Bolzen 94 sind verschwenkbar mit Kniehebeln 96 verbunden, die. paarweise durch Spannanker 98 gekoppelt sind. Auf diese Weise werden alle Dichtungsplatte 4oB gegen Schiefstellen oder Kippen gesichert.

In Fig. 7 ist der Rotor 1o nur bruchstückhaft dargestellt. Mit 1oo sind die radialen Trennwände des Rotors bezeichnet, die mit Dichtungsetreifen 1o2 versehen sind, welche in bekannter Weine mit den Dichtungsplatten 4o zusammenwirken.

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Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel haben die Dichtungsplatten 4-oA, 4oB eine rechteckige Form und erstrecken sich diametral über den Rotor 1o, so daß die von den beiden Pluiden beaufschlagten Flächen gleich groß sind.

Pat entansprüche

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Claims

Patentansprüche

Drehspeicherwärmetauscher mit einem Gehäuse und einem darin angeordneten Rotor, welcher aus einer zentralen Rotorwelle und einem mit dieser über sich radial erstreckende Trennwände verbundenen Mantel besteht, die den Rotor in eine Vielzahl einseitig offener, wärmespeicherndes Material aufnehmender Sektoren unterteilen, wobei das Gehäuse mit Ein- und Auslaßkanälen für ein Wärme abgebendes Fluid und ein aufzuheizendes Fluid versehen ist und der Rotor an einem Ende mittels eines Axiallagers und am gegenüberliegenden Ende in einem bei Wärmeausdehnung axiale Bewegungen gestattenden Radiallager gelagert ist, und wobei zwischen den Stirnflächen des Rotors und den Endwänden des Gehäuses als stirnseitige Dichtungen dienende und ein Vermischen der am Wärmeaustausch beteiligten Fluide in diesem Raum verhindernde, axial bewegliche Platten angeordnet sind, welche sich auf jeder Seite des Rotors in eine mittlere, durch ein der Wärmeausdehnung des Rotorendes folgendes Teil des Radiallagers gehaltene Platte und an deren gegenüberliegenden Enden verschwenkbar angebrachte, sich radial erstreckende äußere Platten gliedern, gekennzeichnet durch eine Schrägstellung der mittleren Platte(4oA) während des Betriebs verhindernde, stabilisierende Trag- und Führungsmittel (7o, 72, 74, 8o) zwischen dieser Platte (4oA) und dem bei Wärmeausdehnung bewegten Teil (46) des Radiallagers (38).
2. Drehspeicherwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die stabilisierenden Trag- und Führungsmittel aus wenigstens einer drehbaren,

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torifcjsionssteifen, am Gehäuse (28) gelagerten Welle (74-) mit einer Mehrzahl daran mit Zwischenabstand undrehbar !angebrachter Arme (72, 78) und gelenkigen Verbindungsgliedern,(7o> 8o) einerseits zwischen einem-oder mehreren der Arme C?^) und dem bei Wärmeausdehnung bewegten Teil (46) des Radiallagers (38) und andererseits zwischen den übrigen Armen (78) und der mittleren Platte (4oA) besteht.
3. Drehspeicherwarmetauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennz ei chnet, daß zwei parallele Wellen (7²O mit in entgegengesetzte Richtung weisenden Armen (72, 78) vorgesehen sind.
4. Drehspeicherwarmetauscher nach Anspruch 2 oder 3i dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsglieder (7o, 8o) in ihrer Länge einstellbar sind.
5. Drehspeicherwarmetauscher nach Anspruch 2, d a d u r ch gekennzeichnet, daß sich die Welle (7²O parallel zu einer die Mittelpunkte der gegenüberliegenden Endkanten der mittleren Platte (4oA) verbindenden Linie erstreckt und die Verbindungsglieder (8o) nahe der Endkanten angreifen.
6. Drehspeicherwarmetauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Verbindungsglieder (8o) an vier äußeren Punkten der mittleren Platte (4oA) angreifen, wovon zwei mit Armen (78) der Wolle (74) und die anderen beiden über Kniehebel einer Parallelführung mit den ersten beiden verbunden sind.
7. Drehspeicherwarmetauscher nach einem der Ansprüche

4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die stabilisierenden Trag- und Führungsmittel (7o> 72,

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74, 78, 8o) außerhalb des Gehäuses (18, 28, 3o) angeordnet sind.
8. . Drehspeicherwarmetauscher nach einem oder mehreren der

vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz e i c h ne t, daß die stirnseitigen Endwände des Gehäuses einen sich mit Bezug auf den Rotor (1o) diametral erstreckenden Balken (28, 3o) aufweisen und daß die stabilisierenden Trag- und Führungsmittel (7o, 72, 74, 78, 8o) an diesem Balken (28) angebracht sind.
9. Drehspeicherwarmetauscher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die axial gegenüberliegenden äußeren Platten (4oB) miteinander verbunden sind.
1o. Drehspeicherwarmetauscher nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die radial äußeren Enden der äußeren Platten (4oB) auf jeder Seite des Rotors (1o) miteinander durch beide Platten (4oB) in derselben Richtung mitnehmende Führungsmittel (84, 88, 9o) verbunden sind.
11. Drehspeicherwarmetauscher nach Anspruch 9 und 1o, dadurch gekennzeichnet, daß die stabilisierenden Trag- und Führungsmittel (84, 86, 88, 9o) auf einer Seite des Rotors angeordnet sind und die stabilisierende Wirkung durch Verbindungsglieder (92) zwischen den sich axial gegenüberliegenden Platten (4oB) auf die andere Seite übertragbar ist.

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