DE2309854A1

DE2309854A1 - HEAT EXCHANGER

Info

Publication number: DE2309854A1
Application number: DE19732309854
Authority: DE
Inventors: George Kay Ostrander; Donald Francis Wixson
Original assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Current assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Priority date: 1972-03-02
Filing date: 1973-02-28
Publication date: 1973-09-06
Also published as: US3730259A; DE2309854C3; FR2174257B1; DE2309854B2; FR2174257A1

Description

Patentanwälte
Dipl.-Ing. W. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. JochemPatent attorneys
Dipl.-Ing. W. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem

Prankfurt am Main Gener al -vom-i>tein-£fcr.Prankfurt am Main Gener al -vom-i> tein- £ fcr.

Svenska Rotor.
Maskiner AktiebolagSvenska rotor.
Maskiner Aktiebolag

Stockholm/SchwedenStockholm / Sweden

WärmetauscherHeat exchanger

Die Erfindung bezieht sich auf Wärmetauscher mit einem Gehäuse mit Ein- und Auslässen für getrennte Ströme eines . heißen und eines kalten Fluids und einer Matrix aus der Wärmeübertragung dienendem Material, welche mit dem heißen und kalten Fluid in Berührung kommt.The invention relates to a heat exchanger having a housing with inlets and outlets for separate flows. hot and a cold fluid and a matrix of heat transfer material, which with the hot and cold fluid comes into contact.

Bei Regenrativ-Wärmetauschern liegt wärmespeicherndes Material, gewöhnlich in Form gepackter Bleche im Strömungsweg eines heißen Gases, wird dadurch aufgeheizt und dann in den mit Zwischenabstand angeordneten, getrennten Strömungsweg eines kalten Fluids bewegt. Bei anderen Ausführungen wird nicht die wärmespeichernde Masse bewegt, sondern es werden die Strömungswege der Fluide gewechselt, so daß auf jeden Fall die durch ein heißes Gas aufgeheizten Bleche ihre Wärme an hindurchgeleitete kühlere Luft oder ein anderes kühleres Gas abgeben.In the case of regenerative heat exchangers, there is heat-storing material, usually in the form of packed sheets in the flow path of a hot gas, is heated by it and then in the with Moved spaced apart, separate flow path of a cold fluid. With other versions, will not the heat-storing mass moves, but the flow paths of the fluids are changed, so that in any case the sheets heated by a hot gas transfer their heat to cooler air or another cooler one Release gas.

Während die heißen Gase, normalerweise Abgase, durch den Wärmetauscher geleitet werden, können sich Flugasche, unverbranntes Öl oder Ruß auf der Oberfläche der gepackten wärmespeichernden Bleche ablagern· Diese Ablagerungen können in kurzer Zeit auf eiiWhile the hot gases, usually exhaust gases, are passed through the heat exchanger, fly ash, unburned oil or soot can be deposited on the surface of the packed heat-storing sheets. These deposits can in a short time on eii

LJ 8465/27.2.1973LJ 8465 / February 27, 1973

309836/0974309836/0974

Maß anwachsen, wo der Luft- oder Gasstrom durch den Wärmetauscher teilweise blockiert wird. Wenn die Temperatur des Wärmetauschers ungefähr ?7G bis 400⁰C (700-750⁰F) erreicht, wird darin exotermisch Wärme erzeugt bis zu einem Punkt, wo die Ablagerung zu glühen beginnt und einen"heißen Fleck" bildet· Wenn dieser unentdeckt bleibt, wird sich seine Temperatur sehr schnell bis auf ungefähr 760⁰C (1400⁰F) erhöhen, bei welcher sich das Metall der Matrix des Wärmetauschers selbst entzündet mit katastrophalen Folgen für die benachbarte Konstruktion.Increase the amount where the air or gas flow through the heat exchanger is partially blocked. When the temperature of the heat exchanger reaches approximately? 7G to 400 ⁰ C (700-750 ⁰ F), heat is exothermic generated in it to the point where the deposit begins to glow and form a "hot spot" · If it goes undetected, its temperature will rise very quickly to around 760 ^° C (1400 ^° F), at which point the metal of the heat exchanger's matrix will self-ignite with catastrophic consequences for the adjacent structure.

Bei bekannten Wärmetauschern war es üblich, Detektoren für Flammen vorzusehen, die das Auftreten eines Feuers signalisierten. Derartige Flammendetektoren sprechen jedoch nur an, wenn es bereits zu einem Feuer gekommen ist bzw. sich die Temperatur soweit erhöht hat, daß sie bereits durch ein möglicherweise zerstörerisches Feuer begleitet wurde. Andere auf Überhitzung reagierende Einrichtungen könnten auf einen Temperaturanstieg eines den Wärmetauscher durchströmenden Fluids ansprechen, aber auch in diesem Fall würde ein Temperaturanstieg erst bemerkt und könnte korrigiert werden, nachdem das Feuer ein zerstörendes Ausmaß erreicht hat.In known heat exchangers, it was customary to use detectors for Provide flames to signal the occurrence of a fire. Such flame detectors only respond, if a fire has already broken out or the temperature has risen to such an extent that it has already been through a possibly destructive fire was accompanied. Other overheating devices may respond to you Respond to a rise in temperature of a fluid flowing through the heat exchanger, but in this case too, a rise in temperature would occur only noticed and corrected after the fire has reached destructive levels.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher mit einer Warneinrichtung zu schaffen, mit deren Hilfe die Entzündung von Ablagerungen brennbarer Stoffe so frühzeitig entdeckt werden können, daß mit geeigneten Maßnahmen, z.B. Waschen oder Reinigen der Bleche, rechtzeitig dagegen eingeschritten werden kann. Es gilt also, die heißen Flecken vor dem Auftreten eines schädlichen» Feuer ausfindig zu machen·The invention is therefore based on the object of a heat exchanger to create with a warning device, with the help of which the ignition of deposits of flammable substances so It can be discovered at an early stage that suitable measures, e.g. washing or cleaning of the metal sheets, can be done in good time action can be taken against it. It is therefore important to locate the hot spots before a harmful fire occurs close·

Vorstehende Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch einen auf Veränderungen der Infrarotstrahlung der Matrix ansprechenden Detektor· The above object is achieved according to the invention by a detector which responds to changes in the infrared radiation of the matrix

LJ 8465/27.2.1973LJ 8465 / February 27, 1973

309836/097A309836 / 097A

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert· Es zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to the drawings.

Fig, 1 eine Seitenansicht eines Drehspeicherwärmetauschers mit einer Warneinrichtung gemäß der Erfindung,1 shows a side view of a rotary storage heat exchanger with a warning device according to FIG the invention,

Fig. 2 eine vergrößerte Detailansicht der Warneinrichtung des Wärmetauschers nach Fig. 1,FIG. 2 shows an enlarged detailed view of the warning device of the heat exchanger according to FIG. 1,

Fig. 3 eine Teil Seitenansicht, z.T. im Schnitt, eines Wärmetauschers mit einer abgewandelten Warneinrichtung mit einem parabolischen Reflektor,3 shows a partial side view, partly in section, of a heat exchanger with a modified warning device with a parabolic reflector,

Fig. 4 einen Querschnitt durch den parabolischen Reflektor nach Fig. 3 gemäß Schnittlinie 4-4.FIG. 4 shows a cross section through the parabolic reflector according to FIG. 3 according to section line 4-4.

Gemäß der Zeichnung besteht der dargestellte Drehspeicherwärmetauscher aus einem zylindrischen Gehäuse 10, welches einen'Rotor mit zylindrischem Rotorgehäuse 14 aufnimmt. Der Rotor ist durch radiale Trennwände in eine Mehrzahl sektorförmiger Abteilungen gegliedert. Er wird beispielsweise durch einen Motor 15 und ein geeignetes Reduziergetriebe langsam um seine Achse gedreht. Der Rotor enthält eine Masse regeneratives wärmeübertragendes Material in Form von Blechen 22, die dicht geschichtet sind, aber zwischen sich Strömungswege freilassen, die Kanäle für die hindurchgeleiteten Fluide bilden. Das wärmeübertragende Material absorbiert zunächst Wärme von den heißen Gasen, welche von einem Kessel oder einer anderen Wärmequelle stammen und durch einen Einlaßstutzen 24 eintreten und, nachdem sie über das wärmeübertragende Material geleitet worden sind, durch einen Auslaßstutzen 26 ausgestoßen werden, in dem normalerweise ein Sauggebläse angeordnet ist. Durch die langsame Drehung des Rotors um seine Achse wird ein Element des wärmespeicherndenAccording to the drawing, there is the rotary storage heat exchanger shown from a cylindrical housing 10, which receives a rotor with a cylindrical rotor housing 14. Of the The rotor is sector-shaped by radial partitions Divisions structured. It is slow, for example, by a motor 15 and a suitable reduction gear rotated around its axis. The rotor contains a mass of regenerative heat transferring material in the form of sheets 22, which are densely layered, but leave flow paths between them, the channels for the fluids passed through form. The heat transferring material first absorbs heat from the hot gases coming from a boiler or come from another heat source and through an inlet port Enter 24 and, after they have been passed over the heat transferring material, through an outlet port 26, in which a suction fan is normally arranged. The slow rotation of the The rotor around its axis becomes an element of heat storage

LJ 8465/27.2.1973 309836/0974 LJ 8465 / 02.27.1973 309836/0974

Materials, welches durch das heiße Gas erwärmt worden ist, in einen Strom eines aufzuheizenden Fluids, wie z.B. kühle Luft, bewegt, die durch einen Einlaßstutzen 28 in den Wärmetauscher eintritt. Diese wird dann nach ihrer Erwärmung an den aufgeheizten Elementen des Wärmetauschers durch einen Auslaßstutzen 32 ausgestoßen und zum Peuerungsraum einer Kesselanlage oder einer anderen Verwendungsstelle geleitet.Material that has been heated by the hot gas into a stream of fluid to be heated, such as cool air, moved, which enters the heat exchanger through an inlet port 28. After it has been heated, this is then applied to the heated one Elements of the heat exchanger ejected through an outlet connection 32 and to the furnace chamber of a boiler system or to another point of use.

Während des Anlaufs einer Kesselfeuerung oder einer anderen wärmeerzeugenden Anlage, von der der Wärmetauscher mit heißen Abgasen versorgt wird, kann eine unvollständige Verbrennung in den Brennern dazu führen, daß unverbrannte Brennstoffteile und andere unverbrannte Verbrennungsprodukte in den Abgasstrom gelangen und sich dann auf dem wärmespeichernden Material des Wärmetauschers ablagern. Diese Ablagerungen können sich aufbauen und innerhalb kurzer Zeit den Strom der Luft oder eines anderen Gases über das wärmespeichernde Material blockieren oder wenigstens teilweise blockieren. Gleichzeitig wird sich die Temperatur der Ablagerungen und des diesen benachbarten wärmespeichernden Materials erhöhen, weil es nicht mehr dem kühlenden Luftstrom ausgesetzt ist. Wenn die Temperatur 370-400⁰C erreicht, wird der Prozeß excttermisch, und es wird in der Ablagerung Wärme erzeugt bis zu einem Punkt, wo die Ablagerungen entflammen. In der Folge kommt es dann auch zu einer Entzündung des Metalls des Wärmetauschers, wenn die Temperatur ungefähr 760⁰C erreicht.During the start-up of a boiler or other heat-generating system from which the heat exchanger is supplied with hot exhaust gases, incomplete combustion in the burners can lead to unburned fuel and other unburned combustion products entering the exhaust gas flow and then settling on the heat-storing material of the Deposit the heat exchanger. These deposits can build up and within a short time block or at least partially block the flow of air or another gas over the heat-storing material. At the same time, the temperature of the deposits and the heat-storing material adjacent to them will increase because it is no longer exposed to the cooling air flow. When the temperature reaches 370-400 ⁰ C, the process is excttermisch, and it is generated in the deposition heat up to a point where the deposits inflame. As a result, it is then also to inflammation of the metal of the heat exchanger when the temperature reaches about 760 ⁰ C.

Versuche haben gezeigt, daß Feuer beginnen können als kleine heiße Flecken 40 durch Ansammlungen von Ablagerungen nahe dem Zentrum der Matrix, wo die Kondensation^von Flüssigkeitsdämpfen in den Abgasen zuerst auftritt. Diese heißen Flecken wachsen bis auf ungefähr 15cm Durchmesser an und steigen in ihrer Temperatur bis auf ungefähr 760⁰C. Wenn diese Temperatur erreicht wird, entzündet sich das Material des WärmetauschersExperiments have shown that fires can begin as small hot spots 40 due to the accumulation of debris near the center of the matrix where the condensation of liquid vapors in the exhaust gases first occurs. These hot spots grow to a diameter of about 15 cm and their temperature rise to about 760 ^° C. When this temperature is reached, the material of the heat exchanger ignites

LJ 8465/27.2.1973LJ 8465 / February 27, 1973

309836/0974309836/0974

und breitet sich sehr schnell auf die benachbarten Konstruktionsteile des Wärmetauschers aus mit dem Ergebnis, daß die gesamte Einheit zerstört wird.and spreads very quickly to the neighboring construction parts of the heat exchanger with the result that the entire unit is destroyed.

Unter Berücksichtigung der Tatsache, daß die Ablagerungen zunächst innerhalb des Körpers des Wärmetauschers stattfinden und sich ursprünglich als harmlose "heiße Flecken" entwickeln, wurde erfindungsgemäß eine Sicherheitsvorrichtung geschaffen, welche geeignet ist, die "heißen Flecken" festzustellen, bevor ein Feuer ausbricht.Taking into account the fact that the debris is initially take place inside the body of the heat exchanger and develop originally as harmless "hot spots", a safety device was created according to the invention, which is suitable to determine the "hot spots" before a fire breaks out.

Vorschlagsgemäß wird bei dem gezeichneten Ausführungsbeispiel ein Detektor 36 für Infrarotstrahlen an der Seite des Einlaßstutzens 28 für das zu erwärmende Fluid angeordnet. Ein Reflektor 38 befindet sich axial neben dem Ende des Wärmetauschers und in seitlicher Ausrichtung mit dem Detektor 36, so daß von einem "heißen Fleck" im Körper des Wä rmetauschers ausgehende Infrarotstrahlen vom Reflektor 38 auf den Detektor 36 gelenkt werden. Der Reflektor 38 sitzt an einer Halterung 40, welche durch eine Schraubenspindel 42 zusammen mit dem Reflektor 38 in radialer Richtung vom zentralen zum Randbereich des Rotors und umgekehrt verfahren werden kann. Den Antrieb der Schraubenspindel bildet ein Motor 44 und ein Untersetzungsgetriebe 46. Der Motor 44 kann in beiden Drehrichtungen betrieben werden, wobei die Steuerung so getroffen ist, daß die Bewegungsrichtung des Reflektors jeweils umgekehrt wird, wenn dieser den inneren oder äußeren Rand des Rotors erreicht hat.According to the proposal, in the illustrated embodiment an infrared ray detector 36 disposed on the side of the inlet port 28 for the fluid to be heated. A Reflector 38 is axially adjacent the end of the heat exchanger and in lateral alignment with detector 36 so that starting from a "hot spot" in the body of the heat exchanger Infrared rays are directed from the reflector 38 to the detector 36. The reflector 38 is seated on a holder 40, which by a screw spindle 42 together with the reflector 38 in the radial direction from the central to the edge area of the rotor and vice versa can be moved. The drive of the screw spindle is formed by a motor 44 and a reduction gear 46. The motor 44 can be operated in both directions of rotation, the control being such that the direction of movement of the reflector is reversed when it reaches the inner or outer edge of the rotor Has.

Während somit der Rotor des Wärmetauschers um seine Achse rotiert, bewegt sich der Reflektor in radialer Richtung quer über den Rotor- so daß der gesamte Rotor systematisch dicht an dem Reflektor vorbeibewegt wird und nacheinander der gesamte Rotor durch den Reflektor abgesucht wird. Die von einem "heißen Fleck" axial abgestrahlte Energie, deren Strahlen zwischenWhile the rotor of the heat exchanger rotates around its axis, the reflector moves transversely in the radial direction over the rotor - so that the entire rotor is moved systematically close to the reflector and one after the other the entire Rotor is searched through the reflector. The energy radiated axially from a "hot spot" whose rays are between

LJ 8465/27.2.1973 309836/0974LJ 8465 / 02.27.1973 309836/0974

den mit Abstand angeordneten wärmespeichernden Blechen des Wärmetauschers hindurch auf den Reflektor treffen, wird von diesem zum Detektor hin reflektiert· Geht dort ein Signal ein, so kann dieses zu einem nicht gezeigten Verstärker weitergeleitet werden, eine Alarmvorrichtung einschalten, Verschlußoder Drosselklappen für Kühlluft oder Wasser öffnen und schließen oder sogar eine Feuerlöschanlage einschalten, welche sofort die Feuergefahr beseitigt.The heat-storing sheets of the heat exchanger, which are arranged at a distance, hit the reflector and are reflected by this towards the detector.If a signal is received there, it can be passed on to an amplifier (not shown), switch on an alarm device, open the shutter or throttle valve for cooling air or water and close or even switch on a fire extinguishing system, which immediately eliminates the fire hazard.

Bei großen Wärmetauschern können auch zwei oder mehr im Abstand angeordnete Reflektoren auf einen einzigen Infrarotdetektor ausgerichtet sein, so daß die Matrix aus wärmespeicherndem Material häufiger auf heiße Flecken oder mögliche Feuer abgesucht wird·In the case of large heat exchangers, two or more reflectors arranged at a distance can also be used on a single infrared detector aligned so that the matrix of heat retentive material is more frequently searched for hot spots or possible fires will·

Als praktisch hat sich auch ein einziger parabolischer Reflektor 52 erwiesen, welcher am Ende des Rotors fest montiert wird und diesen radial überspannt, so daß er alle von radial beliebigen Stellen des Wärmetauschers ausgehenden Infrarotstrahlen^ auffängt. Der Reflektor 52 wirft die Strahlen auf einen Sammler 54 in seinem Brennpunkt, wo auch der Detektor 36 angeordnet ist. Die gesamte Baugruppe, bestehend aus Reflektor und Detektor, kann vom Hersteller aus in einem einzigen Gehäuse 56 vormontiert sein, dessen eine Seite 5 7 für Infrarotstrahlen durchlässig ist. Gut isolierte Drähte 62 führen vom Detektor 36 zu einem nicht gezeigten Verstärker außerhalb des Gehäuses des Wärmetauschers, wodurch sehr schnell Gegenmaßnahmen gegen einen heißen Fleck veranlaßt werden können.A single parabolic reflector 52, which is fixedly mounted at the end of the rotor, has also proven to be practical and this spans radially, so that it all radially emanating from any point in the heat exchanger infrared rays ^ catches. The reflector 52 throws the rays onto a collector 54 at its focal point, where the detector 36 is also arranged is. The entire assembly, consisting of reflector and detector, can be preassembled in a single housing 56 by the manufacturer be, one side 5 7 of which is transparent to infrared rays. Well-insulated wires 62 lead from detector 36 an amplifier, not shown, outside the housing of the heat exchanger, which very quickly countermeasures against a hot spot can be caused.

Sobald die Temperatur am Detektor 36 z.B. 9S⁰C (200°?) übersteigt, kann durch ein geeignetes Kühlsystem, zu dem Rohre gehören, Kühlflüssigkeit durch das Gehäuse 55 geleitet werden.Once the temperature at the detector 36, for example, 9S ⁰ C (200 °?) Exceeds may belong to the pipes by a suitable cooling system, the cooling liquid are passed through the housing 55th

In der beschriebenen Weise kann der gesamte Rotor eines Drehspeicherwärmetauschers zur Luftvorwärmung während einerIn the manner described, the entire rotor of a rotary storage heat exchanger for air preheating during a

309836/0974 LJ 8465/27.2.1973309836/0974 LJ 8465 / February 27, 1973

einzigen Umdrehung vollständig abgesucht werden. Die sichbe searched completely in a single revolution. Which

entwickelnden, heißen Flecken oder Feuer werden dabei sehrdeveloping hot spots or fire become very much

schnell entdeckt, so daß vorbestimmte Gegenmaßnahmen eingeleitet werden können.discovered quickly so that predetermined countermeasures can be initiated.

Während vorstehend ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben worden ist, bei welchem die Sicherheitsvorrichtung im Einlaßstutzen der kalten Luft angeordnet ist, versteht es sich, daß die Sicherheitsvorrichtung auch in anderen Ein- und Auslaßkanälen oder überhaupt an anderen Stellen angeordnet sein kann, wo sie keiner übermäßigen Erhitzung oder Korrosion ausgesetzt ist.While an embodiment of the invention has been described above has been understood in which the safety device is located in the inlet port of the cold air it is the case that the safety device is also arranged in other inlet and outlet channels or in other places at all where it will not be exposed to excessive heating or corrosion.

Claims

LJ 8465/27.3.1973 309836/QSLJ 8465 / 27.3.1973 309836 / QS

Claims

Heat exchanger with a housing with inlets and outlets for separate flows of a hot and a cold fluid and a matrix of material used for heat transfer, which one with the hot and cold one. Fluid comes into contact, characterized by a change the detector (36) responding to the infrared radiation of the matrix (22).

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized by one arranged at one end of the matrix (14, 22), the reflector (38, 52) throwing the infrared radiation onto the detector (36).

3. Heat exchanger according to claim 1 or 2, characterized in that the reflector (38) is a flat one Is a mirror, which with a drive device (40-46) is movable along the matrix (14, 22).

4. Heat exchanger according to one of claims 1-3, characterized characterized in that the detector (36) is unaffected by the hot and cold fluids on one side of the Matrix (14, 22) is arranged.

5. Heat exchanger according to one or more of the preceding claims, characterized by a parabolic reflector (52) spanning the matrix with an axial spacing between them.

6. Heat exchanger according to claim 5, characterized in that the detector (54, 36) is in focus of the parabolic reflector (52) is arranged.

LJ 8465 / February 27, 1973

309836/0974309836/0974

7. Heat exchanger according to one of the preceding claims, characterized in that it is used as a rotary storage heat exchanger is formed, through which a hot and a cold fluid flows at the same time, and that the reflector (38) is periodically movable over the radius of the rotor (14) of the rotary storage heat exchanger.

8. Heat exchanger according to one or more of the preceding claims, characterized in that that the reflector (38, 52) is arranged in the inlet (28) for the cold fluid

9. Heat exchanger according to one or more of the preceding Claims, characterized in that the heat-storing material (22) is in the form of metal sheets is present, which extend in the direction between inlets and outlets (24, 2fc, 28, 32) and channels between them leave free that do not obstruct the axially directed rays to the reflector (38, 52) arranged axially next to the rotor (14).

10. Heat exchanger according to one or more of the preceding claims, characterized in that that it is designed as a rotary storage heat exchanger through which a hot and a cold fluid flows at the same time is, and that the reflector (52) and the detector (36) are installed in a housing (56, 57) which in one Inlet or outlet nozzle (24, 26, 28, 32) is arranged.

11. Heat exchanger according to claim 10, characterized that the inner rail of the housing (56, 57) is cooled by cooling fluid lines (58).

309836/0974309836/0974