DE2512817B2 - Drehspeicherwärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Drehspeicherwärmetauscher mit einem durch radiale, mit einem doppelwandigen Mantel verbundene Trennwände unterteilten Speichermassenträger.

Derartige Drehspeicherwärmetauscher mit doppelwandigem Mantel des Speichermassenträgers sind beispielsweise aus der DE-OS 15 01 571 und der DE-AS 30 196 bekannt

Bei herkömmlichen Drehspeicherwärmetauschern ist der Speichermassenträger ein Rotor, der aus einer zentralen Welle und einem zylindrischen Außenmantel besteht, zwischen denen sich radiale Trennwände unter Ausbildung sektorförmiger Kammern erstrecken, die mit wärmespeichernder Masse gefüllt sind. Diese Speichermasse wird während des Betriebs durch langsame Drehung des Rotors abwechselnd von zwei Fluiden mit großem Temperaturunterschied gewöhnlich im Gegensinn durchströmt und überträgt dabei Wärme von dem heißeren auf das kühlere Fluid. Unter der dabei auftretenden Erwärmung insbesondere am sogenannten heißen Ende des Rotors dehnen sich dessen radiale Trennwände aus und versuchen dadurch, die äußere Mantelwand zu verlängern bzw. zu strecken. Die einzelnen Abschnitte der Mantelwand zwischen den radialen Trennwänden nähern sich dabei der Form von

to Sehnen, d.h. sie werden abgeflacht Wenn die sektorförmigen Kammern des Rotors mit wärmespeichernder Masse fest gepackt sind, unterliegt auch diese Masse bei der Erwärmung einer radialen Dehnung. Dies bedeutet, daß bei den herkömmlichen

is Ausführungen der Drehspeicherwärmetauscher mit einwandigem Mantel, der abschnittsweise zu Sehnen gestreckt wird, die Speichermasse noch fester zusammengedrückt wird und die Schweißverbindungen zwischen den radialen Trennwänden und den Mantelwandabschnitten sehr stark belastet und gestreckt werden. Die zyklischen Belastungsänderungen der Schweißstellen im Betrieb führen dann früher oder später zum Bruch und damit zum Ausfall der gesamten Einheit

Die vorstehend geschilderten Schwierigkeiten konnten auch bei den bekannten Drehspeicherwärmetauschern mit doppelwandigem Mantel des Soeichermassenträgers nicht beseitigt werden. Bei diesen bekannten Wärmetauschern der eingangs genannten Art sind an den axialen Enden der zueinander konzentrischen Mantelwände Ringscheiben angeschweißt oder zwischen diesen Wänden ringförmige Stege zur Verstärkung der Mantelwandsektoren in Gestalt von Kastenoder Doppel-T-Trägern eingeschweißt, die einer sehnenartigen Streckung dieser sektorförmigen Mantelwandabschnitte entgegenwirken sollen. Dadurch wird zwar die Biegebeanspruchung der Schweißstellen zwischen den radialen Trennwänden und den Mantelwandabschnitten herabgesetzt; die Zugspannung wird aber entsprechend erhöht mit der Folge, daß auch hier die Schweißstellen brechen und die gesamte Einheit früher oder später ausfällt

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Drehspeicherwärmetauscher zu schaffen, bei welchem die Beanspruchungen der Schweißstellen am Außenumfang des Speichermassenträgers erheblich vermindert sind.

Ausgehend von einem Drehspeicherwärmetauscher der eingangs genannten Art wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der doppelwandige Mantel mit so großem Zwischenabstand der Wände ausgebildet ist, daß sich die im Betrieb auftretenden Verformungen der inneren Mantelwand nach außen und der äußeren Mantelwand nach einwärts gegenseitig nicht behindern, und daß der Zwischenraum zwischen den Mantelwänden von den durch den Wärmetauscher geleiteten Fluiden durchströmt und jeweils im wesentlichen derselben Temperatur ausgesetzt ist wie die benachbarten radialen Trennwände.
Im Gegensatz zu den bekannten Drehspeicherwärmetauschern mit doppelwandigem Mantel des Speichermassenträgers vermeidet die Erfindung somit bewußt eine gegenseitige Versteifung der zueinander konzentrischen Mantelwände und nimmt stattdessen eine sehnenartige Verformung der äußeren Mantelwandabschnitte in Kauf, während sich die innere Mantelwand unter der Wärmedehnung der Speichermasse innerhalb jeder sektorförmigen Kammer des Rotors nach außen aufzubiegen vermag, ohne das sie

hieran durch die sich sehnenfönnig streckende äußere Mantelwand behindert wird. Gleichzeitig sorgt der von den Fluiden durchströmte Zwischenraum zwischen den beiden Mantelwänden dafür, daß die innere Mantelwand beidseitig im wesentlichen derselben Temperatur ausgesetzt wird, wie die benachbarten radialen Trennwände und die zugehörige wärmespeichernde Masse, so daß die innere Mantelwand eine höhere Temperatur annimmt, als wenn sie — wie die äußere Mantelwand — außenseitig der Außentemperatur ausgesetzt wäre. Durch die sich hierdurch einstellende erhöhte Wärmedehnung wird dem Sehneneffekt sowie der von der radialen Wärmedehnung der wärmespeichernden Masse herrührenden Belastung der inneren Mantelwand entgegengewirkt Die vom Gewicht der wärmespeichernden Masse herrührende Belastung wird hauptsächlich von der äußeren Mantelwand aufgenommen, die nicht von der radialen Ausdehnung der wcrmespeichernden Masse belastet ist und ihrerseits dadurch die Belastung der inneren Mantelwand entsprechend vermindert

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch einen Drehspeicherwärmetauscher mit horizontaler Drehachse gemäß der Erfindung,

Fig.2 einen Querschnitt gemäß Schnittlinie 2-2 in Fig. 1,

F i g. 3 in perspektivischer Ansicht ein sektorförmiges Segment des Rotors des Drehspeicherwärmetauschers nach F i g. 1 und 2.

Der in Fig^l dargestellte Drehspeicherwärmetauscher hat eine waagerecht liegende Rotorwelle 12, die in Lagern 14 aufgenommen ist und durch einen Motor 16 über ein geeignetes Reduziergetriebe rotierend angetrieben wird. Eine wärmespeichernde Masse 18 wird bei Drehung des Rotors abwechselnd von einem heißen und einem kühleren Fluid durchströmt und nimmt dabei vom ersteren Wärme auf, die dann an das kühlere Fluid abgegeben wird, wenn die zuvor erwärmte Speichermasse in den Strömungsweg des kühleren Mediums gelangt.

Die wärmespeichernde Masse ist in auf beiden Stirnseiten offenen sektorförmigen Abteilen oder Körben 22 aufgenommen, die einzeln über eine gelenkige Kupplung 24 mit der Rotorwelle 12 verbunden sind. Die gelenkige Verbindung gestattet in einem gewissen Ausmaß Relativbewegungen zwischen der Rotorwelle und den sie umgebenden Körben.

Der aus der Rotorwelle 12 und den mit wärmespeichernder Masse gefüllten Körben 22 bestehende Rotor dreht sich innerhalb eines Gehäuses 28, dessen stirnseitige Endwände Ein- und Auslaßöffnungen 32,34, 35 und 37 für ein durch den Wärmetauscher geleitetes aufheizendes Fluid und ein zu erwärmendes Fluid aufweisen. Um die Leckage von Fluid durch den Zwischenraum zwischen dem Rotor und dem Gehäuse 28 zu verhindern, sind Dichtleiste!! an den Endkanten des Rotors angebracht, die den Abstand zwischen Rotor und Gehäuse überbrücken. Im Einzelnen sind im Beispielsfall Dichtungen 50 an den Endkanten der äußeren Mantelwand 46 des Rotors befestigt, z.B. mittels Bolzen. Diese Dichtungen gleiten an der benachbarten Fläche des Gehäuses 28 entlang, während sich radial erstreckende Dichtungen 48 zwischen den offenen Enden benachbarter Körbe 22 angebracht sind

ίο und den Abstand zwischen der Rotorstirnseite und der entsprechenden Endwand des Gehäuses überbrücken.

Die Körbe oder Abteile des Rotors sind an ihren äußeren Kanten über Verbindungsflansche 60 mittels Bolzen 62 miteinander verbunden und bilden somit eine

is zusammengesetzte, in sich kreisförmig geschlossene Rotor-Mantelwand.

Wenn sich die mit 42 bezeichneten radialen Trennwände bei einem Temperaturanstieg ausdehnen, wird dadurch die äußere Mantelwand 46 verlängert bzw. gestreckt Die einzelnen Abschnitte der Mantelwand 46 nähern sich dabei der Form von Sehnen, d. h. sie werden abgeflacht Wenn die sektorförmigen Abteilungen des Rotors mit wärmespeichernder Masse fest gepackt sind, unterliegt auch diese Masse bei Erwärmung einer Dehnung. Dies bedeutet, daß bei den herkömmlichen Ausführungen der Drehspeicherwärmetauscher mit einer einzigen Mantelwand, die abschnittsweise zu Sehnen gestreckt wird, die Packung der Speichermasse noch fester wird und die Schweiß verbindungen zwischen den radialen Trennwänden 42 und den Mantelwandabschnitten sehr stark belastet und gestreckt werden. Die zyklischen Belastungsänderungen der Schweißstellen führen nach einer gewissen Zeit zum Bruch und zum Ausfall der gesamten Einheit

Zur Vermeidung des vorstehenden Mangels ist eine doppelte Mantelwand vorgesehen, wobei die mit 44 bezeichnete innere Mantelwand konzentrisch zur äußeren Mantelwand 46 verläuft Zwischen beiden Mantelwänden befindet sich ein freier Ausdehiiungs raum 55, der so groß bemessen ist, daß sich die innere Mantelwand 44 bei Wärmedehnung der Speichermasse innerhalb jeder sektorförmigen Abteilung des Rotors nach außen aufbiegen kann. Gleichzeitig erzeugt die Ausdehnung der radialen Trennwände 42 den erwähn ten Sehneneffekt, d.h. die Abschnitte der äußeren Mantelwand 46 werden radial nach einwärts in den Zwischenraum 55 verformt, der aber so weit bemessen ist, daß sich die Verformungen der beiden Mantelwände nicht gegenseitig behindern.

Die innere Mantelwand 44 besteht vorzugsweise aus einem Material etwas geringerer Stärke als die äußere Mantelwand 46. Dadurch wird ein in sich elastisches Behältnis für die Aufnahme der wärmespeichernden Masse erhalten.

v; Es versteht sich, daß die Erfindung auch anwendbar ist auf Ausführungen von Drehspeicherwärmetauschern, bei denen nicht der Speichermassenträger, sondern das Gehäuseteil mit den Ein- und Auslassen

rotiert.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (8)

1 Patentansprüche:

1. Drehspeicherwärmetauscher mit einem durch radiale, mit einem doppelwandigen Mantel verbundene Trennwände unterteilten Speichermassenträger, dadurch gekennzeichnet, daß der doppelwandige Mantel (44, 46) mit so großem Zwischenabstand (55) der Wände (44, 46) ausgebildet ist, daß sich die im Betrieb auftretenden Verformungen der inneren Mantelwand (44) nach außen und der äußeren Mantelwand (46) nach einwärts gegenseitig nicht behindern, und daß der Zwischenraum (55) zwischen den Mantelwänden (44, 46) von den durch den Wärmetauscher geleiteten Fluiden durchströmt und jeweils im wesentlichen derselben Temperatur ausgesetzt ist wie die benachbarten radialen Trennwände (42).

2. Drehspeicherwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Speichermasse (18) dicht gepackt an der inneren Mantelwand (44) anliegt

3. Drehspeicherwärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die innere und die äußere Mantelwand (44, 46) an den radialen Trennwänden (42) befestigt sind.

4. Drehspeicherwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Mantelwände (44,46) konzentrisch sind.

5. Drehspeicherwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Mantelwände (44,46) aus sich jeweils zwischen zwei radialen Trennwänden (42) erstreckenden, bogenförmigen Abschnitten zusammengesetzt sind.

6. Drehspeicherwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Gehäusewand (28) zusammenwirkende Dichtleisten (48, 50) an den radialen Trennwänden (42) und der äußeren Mantelwand (46) angebracht sind.

7. Drehspeicherwärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Dichtleisten (48) an den radialen Trennwänden (42) nach außen bis wenigstens zur äußeren Mantelwand (46) erstrecken.

8. Drehspeicherwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Mantelwand (46) stärker ist als die innere Mantelwand (44).