DE2260250A1

DE2260250A1 - Umlaufender regenerativ-waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2260250A1
Application number: DE2260250A
Authority: DE
Inventors: Robert Noel Penny
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-12-18
Filing date: 1972-12-08
Publication date: 1973-06-28
Also published as: BE792949A; AU468615B2; US3880225A; NL7217202A; SE395761B; GB1372735A; FR2163766B1; JPS4869145A; CA963891A; FR2163766A1; IT976064B; CH564751A5; AU4964272A

Description

PATS) ITT.

DIFL. ING. K.

89 AUG

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SBURG

CSKH - STBASSB M

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W.600

Augsburg, den 7· Dezember 1972

Robert Noel Penny, 12 Alderbrook Road, Solihull,

Warwickshire, England

Umlaufender Regenerativ-Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen umlaufenden Regenerativ-Wärmeaustauscher mit einem Wärmespeicherkörper, ferner mit die Strömungswege für die Wärmetauschmittel durch den Speicherkörper begrenzenden Dichtungen, und mit Mitteln zur Beaufschlagung mindestens einer Dichtung mit einem Druckmittel zur Erzeugung eines gewünschten Berührungsdruckes dieser Dichtung. Derartige Dichtungen sind gewöhnlich als Bälge ausgebildet.

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Wenn der Berührungsdruck der Dichtung zu groß ist, tritt Übermäßiger Verschleiß der Dichtung oder der Speicherkörperdichtfläche oder sogar beider Teile auf. Ist dagegen der Berührungsdruck der Dichtung zu klein, so ist übermäßiges Auslecken des WärmetauschmitteIs zwischen der Dichtung und dem Speicherkörper die Folge. Der Berührungsdruck einer druckmittelbeaufschlagten Dichtung kann durch Steuerung des Druckmitteldruckes geregelt werden, so daß zwischen der Dichtung und der Speicherkörperdichtfläche ein geregelter Dichtspalt vorhanden ist.

Durch die Erfindung soll die Aufgabe gelöst werden, bei einem umlaufenden Regenerativ-Wärmeaustauscher der eingangs dargelegten allgemeinen Art den Berührungsdruck zwischen der Dichtung und dem Speicherkörper zu regeln.

Im Sinne der Lösung dieser Aufgabe ist ein solcher Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher ein Meßorgan zur Messung der Größe des WärmetauschmitteHeckstromes zwischen der druckbeaufschlagten Dichtung und der zugehörigen Speicherkörperdichtfläche sowie ein Steuerorgan zur leckstromabhängigen Steuerung der Druckmittelzufuhr zu der druckbeaufschlagten Dichtung aufweist, so daß der Wärmetauschmittelleckstrom auf einem gewünschten Wert gehalten wird.

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Vorzugsweise sind Leitungsmittel vorgesehen, durch welche der Wärmetauschmittelleckstrom zu dem leckstromge-

steuerten Steuerorgan gelangt, welches seinerseits die Druckmittelzufuhr zur Dichtung steuert. Das leckstromabhängige Steuerorgan weist vorzugsweise ein Spindelventil zur Steuerung der Druckmittelbeaufschlagung der Dichtung auf. Das Spindelventil kann durch einen Kolben oder eine Membran in Abhängigkeit vom Druck des Wärmetauschmittelleckstromes betätigt werden.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann der Wärmetauschmittelleckstrom einem Pluidik zugeführt werden, welches dann die Druckmittelbeaufschlagung der Dichtung steuert.

Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform kann der Wärmetauschmittelleckstrom einem Druckwandler zugeführt werden, der elektrische Steuermittel zur Steuerung der Druckmittelbeaufschlagung der Dichtung betätigt. Diese elektrischen Steuermittel können beispielsweise Schalter sein, die einen elektrischen Stellmotor oder einen Elektromagneten zum Antrieb eines Druckmittelsteuerventils betätigen.

Unabhängig davon, welche Mittel zur Messung der Größe des

Wärmetauschmittelleckstromes und zur Steuerung der Druckmittelbeaufschlagung der Dichtung gewählt werden, hält die Regelung

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den die Dichtung beaufschlagenden Druckmitteldruck stets auf einem Wert, bei welchem ein bestimmter Wärmetauschmittelleckstrom zwischen der Dichtung und der zugehörigen Speicher« körperdichtfläche auftritt, so daß sichergestellt ist, daß der BerUhrungsdruck der Dichtung auf dem gewünschten Wert gehalten wird und Verschleiß und Leckströmung so klein wie möglich bleiben.

Die druckbeaufschlagte Dichtung kann als Kolben oder Membran oder in Abwandlung dazu auch als Balg oder als andere, in ihrem Inneren druckmittelbeaufschlagte Vorrichtung ausgebildet sein.

Das Druckmittel kann entweder eines der beiden Wärmetauschmittel sein oder aus einer gesonderten Druekmittelquelle zugeführt werden.

Eine bevorzugte AusfUhrungsform der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegenden Zeichnungen beispielsweise beschrieben. Es stellen dar:

Pig. 1 einen Axialschnitt durch einen

Wärmeaustauscher nach der Erfindung, bei welchem ein druckgesteuertes Spindelventil die Druckmittelbeauf-

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schlagung der Dichtungen steuert,

Fig. 2 einen gemäß der in Fig. 1 einge

zeichneten Schnittlinie II-II verlaufenden Querschnitt, und

Fig. 3 eine Fluidikanordnung zur Steuerung

der Druckmittelbeaufschlagung der Dichtungen anstelle des in Fig. dargestellten Spindelventils.

Gemäß den Fig. 1 und 2 weist der Wärmeaustauscher einen scheibenförmigen Speicherkörper auf> der mittels einer Welle drehbar in einem Gehäuse 3 montiert ist. Der Speicherkörper 1 weist eine Vielzahl von zur Speicherkörperdrehachse parallelen Poren oder öffnungen 4 auf, durch welche im Betrieb des Wärmeaustauschers die beiden Wärmetauschmittel, beispielsweise verdichtete Luft und Abgase eines Gasturbinentriebwerkes, als zwei voneinander getrennte Strömungen hindurch strömen, wobei die mit den beiden Stirnseiten des Speicherkörpers 1 zusammenwirkenden Dichtungen 5 und 6 die beiden Strömungswege begrenzen. Die Dichtung 5 begrenzt in dem einerseits des Speicherkörpers gelegenen Gehäuseabschnitt einen Bereich 7, in welchen verdichtete Luft von einem nicht gezeichneten Verdichter eines Gasturbinentriebwerkes zugeführt wird, und einen Bereich 8, aus welchem

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Abgase der Turbine nach dem Durchströmen des Speicherkörpers ausströmen. Die Dichtung 6 begrenzt in dem andererseits des Speicherkörpers gelegenen Gehäuseabschnitt einen dem Bereich gegenüberliegenden Bereich 9, durch welchen die verdichtete Luft nach dem Durchströmen des Speieherkörpers in eine nicht dargestellte Brennkammer des Triebwerks gelangt, und einen dem Bereich 8 gegenüberligenden Bereich 10, durch welchen das Turbinenabgas in den Speicherkörper gelangt. Die Dichtung 5 liegt an einem Balg 11 an oder ist selbst als Balg ausgebildet, der in seinem Inneren druckbeaufschlagt ist, so daß die Dichtung 5 in axialer Richtung an den Speicherkörper 1 und der Speicherkörper ebenfalls axial an die Dichtung 6 angedrückt wird. Der Balg 11 ist über eine Rohrleitung 12 mit einem Spindelventil 13 verbunden, welches so steuerbar ist, daß entweder über eine Leitung 14 aus dem Bereich 9 abgezapfte verdichtete Luft in den Balg 11 zugeführt oder verdichtete Luft aus dem Balg 11 durch die Rohrleitung 12 und durch eine Auslaßleitung 15 abgelassen wird.

In dem die Dichtungen 5 und 6 und den Speicherkörper 1 radial außen umgebenden Gehäuseteil wird verdichtete Luft aufgefangen, die zwischen den Dichtungen und den Speicherkörperdichtflächen hindurchleckt, wie durch die Pfeile 16 angedeutet ist. Die ausleckende Luft wurd durch eine Leitung mit einem Drosselquerschnitt in eine Kammer 18 geleitet, in

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welcher ein Kolben 19 mit einer an einem Ende* der Ventilspindel 21 befestigten Dichtungsmanschette 20 angeordnet ist. Der Kolben 19 wird durch eine Feder 22 in eine Stellung gedrängt, in der das Spindelventil 13 verdichtete Luft aus dem Balg 11 durch die Rohrleitung 12 und die Auslaßleitung I5 ausströmen läßt.

Das druckgesteuerte Spindelventil 13 arbeitet folgendermaßen:

Vergrößert sich der durch die Pfeile 16 angedeutete Leckstrom der verdichteten Luft beispielsweise infolge Verschleißes, so wird der Kolben I9 entgegen der Federkraft der Feder 22 nach unten bewegt. Dadurch läßt das Spindel ventil Ij5 verdichtete Luft in den Balg 11 zuströmen, so daß die Leckströmung sich verkleinert. Wird der Berührungsdruck der Dichtung zu groß, d.h. verkleinert sich die Leckströmung, so drückt die Feder 22 den Kolben 19 gemäß Fig. 1 nach oben, so daß dadurch die Spindel 21 in eine Stellung bewegt wird, in welcher Luft aus dem Balg 11 durch das Splndelventil 13 in die Auslaßleitung 1'5 abgelassen wird. Auf diese Weise kann die durch die Pfeile Ί6 angedeutete Leckströmung der verdichteten Luft im wesentlichen konstant gehalten werden, wodurch auch der Berührungsdruck der Dichtungen im wesent-

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lichen konstant bleibt und infolgedessen der Verschleiß der Dichtungen und der Speicherkörperdichtflächen verhindert

Anstelle des in Fig. 1 dargestellten druckgesteuerten Spindelventils 13 kann auch eine Fluidikanordnung an die Leitung 17 angeschlossen werden, wie sie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt ist. Bei diesem in Fig. 3 schematisch dargestellten Fluidik 25 steht die Rohrleitung 12- normalerweise durch das Fluidik 25 mit der Auslaßleitung 15 in Strömungsverbindung, wenn Jedoch der Druck in der Leitung 17* d.h. der Leckströmungsdruck anwächst, wird die aus der Leitung 14 zuströmende verdichtete Luft so abgelenkt, daß diese verdichtete Luft durch die Rohrleitung 12 in den Balg 11 einströmt.

Anstatt des druckgesteuerten Spindelventils 13 oder des Fluidiks 25 kann der in der Leitung 17 herrschende Druck zur Betätigung eines Druckwandlers verwendet werden, der seinerseits über einen elektrischen Schalter einen elektrischen Stellmotor oder einen Elektromagneten zum Antrieb eines Steuerventile betätigt, das entweder verdichtete Luft aus der Leitung 14 in die Rohrleitung 12 zuströmen oder aus derselben in die Auslaßleitung 15 ausströmen läßt.

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Claims

Patentansprüche:

1 .J Umlauf ender Regenerativ-Wärmeaustauscher mit einem Wärmespeicherkörper, ferner mit die Strömungswege für die Wärmetauschmittel durch den Speicherkörper begrenzenden Dichtungen und mit Mitteln zur Beaufschlagung mindestens einer Dichtung mit einem Druckmittel zur Erzeugung eines gewünschten Berührungsdruckes dieser Dichtung, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeaustauscher ein Meßorgan (22) zur Messung der Größe des wärmetauschmittelleckstromes (l6) zwischen der durekbeaufschlagten Dichtung (5, 6) und der zugehörigen Speicherkörperdichtfläche sowie ein Steuerorgan (19, 20, 21) zur leckstromabhängigen Steuerung der Druckmittelzufuhr zu der druckbeaufschlagten Dichtung aufweist, so daß der Wärmetauschmittelleckstrom auf einem gewünschten Wert gehalten wird.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Leitungsmittel (17), durch welche der Wärmetauschmittelleckstrom (16) zu dem leckstromgesteuerten und seinerseits die Druckmittelzufuhr zur Dichtung (5, 6) steuernden Steuerorgan (19, 20, 21) gelangt.

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3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet« daß das Steuerorgan (19, 20, 21) ein Spindelventil (21) zur Steuerung der Druckmittelzufuhr zur Dichtung (5, 6) aufweist.
K. Wärmeaustauscher nach Anspruch 3> dadurch gekennzeichnet, daß das Spindelventil (21) durch einen vom Druck des Wärtnetauschmittelleckstromes (16) beaufschlagten Kolben (19) oder einer entsprechenden Membran betätigt wird.
5. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan ein Pluidik (25) ist, welches vom Wärmetauschmittelleckstrom (16) gesteuert wird und seinerseits die Druckmittelzufuhr zur Dichtung (5, 6) steuert (Fig. 3).
6. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuerorgan ein mit dem Wärmetauschmittelleckstrom (16) beaufschlagter Druckwandler ist, der elektrische, die Druckmittelzufuhr zur Dichtung (5, 6) steuernde Mittel betätigt.

7· Wärmeaustauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die druckbeaufschlagte Dichtung (5, 6) als Kolben oder als Membran ausgebildet ist.

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8- Wärme austauscher nach einem der Ansprüche ι .bis 6, dadurch gekeiuize lehnet, daß die druekbeaufsehlagte Dichtung (5, 6) einen Balg (11) oder eine andere, in ihrem inneren druckbeaufsehlagte Vorrichtung aufweist.

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