DE2836136A1

DE2836136A1 - Drehspeicherwaermetauscher

Info

Publication number: DE2836136A1
Application number: DE19782836136
Authority: DE
Inventors: Richard F Stockman
Original assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Current assignee: Svenska Rotor Maskiner AB
Priority date: 1977-08-19
Filing date: 1978-08-18
Publication date: 1979-03-01
Also published as: US4124063A; BR7805290A; AU3900878A; CA1077020A; FR2400683B1; OA06026A; JPS5924800B2; AU516386B2; MX4182E; FR2400683A1; JPS5435444A

Description

Patentanwälte

Dipl.-Ing. W. Beyer Dipl.-Wirtsch.-Ing. B. Jochem

6 Frankfurt am Main Staufenstraße 36

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Anm.: Svenska Rotor Maskiner AB
Nacka /Schweden

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Die Erfindung betrifft einen Drehspeicherwärmetauscher mit Trennung der wärmetauschenden Medien am heißen Stirnende des von den Medien gegensinnig axial durchströmten trommelförmigen Drehspeichers, dessen Welle am kalten Stirnende am feststehenden Gehäuse des Wärmetauschers axial festgelegt ist, mittels zweier von der Stirnwand des Gehäuses zwischen der Einlaßöffnung für das wärmeabgebende Medium und der Auslaßöffnung für das wärmeaufnehmende Medium ausgehender und gegen das heiße Stirnende des Drehspeichers gerichteter radialer Trennwände, an denen die eine die durch Strömung des Drehspeichers örtlich unterbrechende Sektorplatte dichtend, aber axial beweglich anschließt, wobei die Sektorplatten bei der Erwärmung des Drehspeichers in Anpassung an dessen Verformung am heißen Stirnende selbsttätig nachstellbar sind.

Bei derartigen Drehspeicherwärmetauschern führt die Erwärmung im Betrieb, insbesondere bei einem schnellen Anwachsen der Temperatur zu einer axialen Ausdehnung des Drehspeichers und einer gleichzeitigen Durchmesservergrößerung an dessen heißem Ende mit der Folge, daß sich dieses heiße Stirnende vom kalten

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Stirnende weg konvex durchwölbt. Bei einem bekannten Drehspeicher der eingangs genannten Art erfolgt eine gewisse An-' passung der Stellung der Sektorplatten im Verhältnis zu dieser Durchwölbung dadurch, daß die eben ausgebildeten Sektorplatten um quer zu ihrer Radialrichtung verlaufende Achsen verschwenkbar sind. Diese Anpassung ist jedoch unvollständig, da die Sektorplatten hierbei der Wölbung des heißen Speicherendes nicht folgen und demzufolge im radial inneren und/oder radial äußeren Bereich der Sektorplatten Abstände zu dem heißen Stirnende des Drehspeichers entstehen, die von den dort angebrachten Dichtleisten nicht mehr wirksam überbrückt werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, diesen Nachteil zu vermeiden und einen Drehspeicherwärmetauscher der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, daß sich die Sektorplatten selbsttätig und weitgehend der Wölbung des heißen Stirnendes des Drehspeichers anpassen.

Lrfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeder Sektorplatte ein radialer Ausleger zugeordnet ist, dessen radial äußeres Ende axial am feststehenden Gehäuse des Wärmetauschers festgelegt ist und dessen radial inneres Ende mit der sich bei der Erwärmung ausdehnenden Speicherwelle am heißen Stirnende des Drehspeichers gekoppelt ist, daß die Sektorplatten mit ihren radial inneren Enden am Ausleger eingespannt sind und das nahe den radial äußeren Enden der gegenüber den Auslegern im übrigen axial frei beweglichen Sektorplatten Betätigungsmittel angreifen, durch welche die Sektorplatten bei Wärmeausdehnung der Speicherwelle selbsttätig in entgegengesetzte Richtung durchbiegbar sind.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unternansprüchen·

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Die Erfindung wird nachstehend anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 im Axialschnitt einen stehenden Drehspeicherwärinetauscher in erfindungsgemäßer Ausbildung,

Fig. 2 in vergrößertem Maßstab einen Ausschnitt aus Fig. 2 mit der Verstellanordnung einer Sektorplatte,

Fig. 3 einen Ausschnitt ähnlich Fig. 2 in anderer Ausführung,

Fig. 4 noch einen Ausschnitt ähnlich Fig. 2 und 3 mit einer elektrischen Verstelleinrichtung,

Fig. 5 die Draufsicht auf die Sektorplatte der Anordnung nach Fig. 2,

Fig. 6 eine entsprechende Draufsicht auf die Sektorplatte der Anordnung nach Fig. 3

Fig. 7 einen Querschnitt durch Rahmen und Sektorplatte nach Linie VII-VII in Fig. 5,

Fig. 8 einen entsprechenden Querschnitt nach Linie VIII-VIII in Fig. 6 und

Fig. 9 in schematischer Darstellung einen Axialschnitt durch einen aufrechtstehenden Drehspeicherwärmetauscher zur Veranschaulichung der schüsseiförmigen Wölbung des Drehspeichers,

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Der in der Zeichnung gezeigte Drehspeicherwärmetauscher weist eine stehende Speicherwelle 6 mit einem dazu konzentrischen Speichermantel 8 auf. Der dazwischen befindliche Raum ist mit wärmeabsorbierenden Elementen 12 ausgefüllt, daß bei langsamer Drehung des Speichers um seine Achse mit Hilfe eines Elektromotors 23 Wärme von einem wärmeabgebenden Medium aufnimmt und auf ein wärmeaufnehmendes Medium überträgt.

Das heiße Gas oder ein anderes wärmeabgebendes Medium tritt gemäß der Darstellung in Fig. 9 durch einen Einlaßstutzen 14 in den Wärmetauscher ein und wird nach Durchströmen der wärneabsorbierenden Elemente 12 im Speicher durch einen Ausalßstutzen 16 abeleitet. Kalte Luft oder ein anderes zu erwärmendes Medium tritt in den Wärmespeicher durch einen Einlaßstutzen 18 auf und wird nach Durchströmen der wärmeabsorbierenden Elemente 12 im Drehspeicher durch einen Auslaßstutzen 2o abgeleitet, an welchen für gewöhnlich ein Gebläse angeschlossen ist. Hierbei erwärmt sich die kalte Luft durch Wärmeaufnahme von den Elementen 12 und wird dann ihrem Verwendungszweck zugeleitet.

Ein zylindrisches Gehäuse 22 mit an den Ein- bzw.Auslaßstutzen 14, 16, 18, 2o durchbrochenen Endwänden 24 umschließt den Drehspeicher mit radial bzw. Axialabstand und schafft zwischen den Mantelflächen einen Ringspalt 25. In den Stirnspalten zwischen den Stirnenden des Drehspeichers und den Stirnwänden 24 des Wärmetauschergehäuses befinden sich in den Bereichen zwischen den öffnungen für die Stutzen 14, bzw. 16, 18 Sektorplatten 28 bzw. 28', an denen (nicht gezeigte) radiale Dichtleisten an den Stirnenden des Drehspeichers bei dessen Drehung vorbei streichen.

Bei der in Fig. 9 schematisch dargestellten Standardausführung eines stehenden Drehspeicherwärmetauechers treten

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die heißen Gase oben in den Drehspeicherwärmetauscher ein und verlassen diesen nach Wärmeabgabe an das wärmeabsorbierende Material im Drehspeicher und dadurch Abkühlung am unteren Ende. Umgekehrt tritt kalte Luft am unteren Ende in den Wärmetauscher ein und verlässt diesen nach Wärmeaufnahme im wärmespeichernden Material und dadurch Erwärmung am oberen Ende. Das untere Ende des Drehspeichers wird dashalb "kaltes Ende" genannt, während dessen oberes Ende als "heißes Stirnende" bezeichnet wird. Es leuchtet ein, daß das "heiße" Stirnende des Drehspeichers den stärksten Temperaturänderungen ausgesetzt ist, während die Temperaturänderung am "kalten" Ende weitaus geringer ist.

Demzufolge tritt am oberen oder "heißen" Stirnende des Drehspeichers eine maximale termische Ausdehnung des Wärmetauschergehäuses und des Drehspeichers auf, und als Folge dieser termischen Ausdehnung nimmt der Drehspeicher eine Form ähnlich der einer umgedrehten Schüssel an, wie sie in Fig. 9 gezeichnet und gemeinhin als "Abwärtswölbung bezeichnet wird. Die Folge dieser relativen termischen Ausdehnung des Drehspeichers und des umgebenden Gehäuses ist eine Vergrößerung des dazwischen befindlichen Spaltes und damit ein Ansteigen der Medienleckage zwischen den relativ zueinander drehenden Teilen.

Ein unteres Stützlager 32 ist starr an einem unabhängigen untergestell befestigt und dient zur Abstützung der Speicherwelle 6 bei deren Drehung um ihre senkrechte Achse. Wenn der drehspeicher und die Speicherwelle erwärmt werden, denen sie sich axial durch ein oberes Führungslager 36 aus, welches die Speicherwelle 6 nur radial führt. Somit wird sich bei der Erwärmung das obere Ende der Speicherwelle 6 nach aufwärts bewegen, während die radiale Ausdehnung des Drehspeichers am "heißen" Stirnende zur erwähnten "Abwärtswölbung" führt und eine Vergrößerung des Spaltes zwischen dem Drehspeicher und dem Wärmetauschergehäuse zur folge hat.

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Die Erfindung schafft nun eine Dichtungsanordnung am heißen Stirnende des Rotors, bei welcher die gegen dieses Ende anliegenden Sektorplatten 28 gezwungen werden, eine schüsseiförmige Gestalt anzunehmen, die im wesentlichen derjenigen des Stirnendes des Drehspeichers entspricht, wobei die radial inneren Enden der Sektorplatten im wesentlichen flach bleiben, während die radial äußeren Bereiche der Sektorplatten dazu gebracht werden, sich geringfügig nach unten durchzuwölben. Die unteren Sektorplatten 28* am kalten Ende des Drehspeichers bleiben demgegenüber in ihrer Gestalt unverändert.

Um dieses gewaltsame Durchwölben der oberen Sektorplatten 28 zu erzielen, ist gemäß der Darstellung in den Fig. 2 bis für jede Sektorplatte ein Aufhänger 42 vorgesehen, welcher der Axialbewegung der Speicherwelle 6 bei deren termischer Ausdehnung folgt und sich demzufolge bei Änderungen der Temperatur nach aufwärts bzw. abwärts bewegt. Am unteren Ende eines jeden Aufhängers 42 ist bei der Ausführungsform nach den Fig. 2, 5 und 7 das radial innere Ende eines sektorförirdgen Kastenrahmens 44 angelenkt, welcher die Sektorplatte 28 umschließt und sich radial nach auswärts bis zur Perepherie des Drehspeichers erstreckt. Das innere Ende der umschlossenen Sektorplatte 28 ist an dem entsprechenden Abschnitt des Kastenrahmens 44 beispielsweise durch Schweißen befestigt und damit gleichsam eingespannt. Das radial äußere Ende des Kastenrahmens 24 ist in fester Stellung zu dem benachbarten Gehäuse durch einen Aufhänger 46 gehalten, während das äußere Ende der Sektorplatte im Verhältnis hierzu axia beweglich ist. Dichtleisten 47 an den radial verlaufenden Seitenkanten der Sektorplatte 28 dichten, wie in Fig. 7 gezeigt, gegen die Seitenwände des Kastenrahmens 44 und verhindern das Hindurchströmen von wärmetauschenden Medien zwischen dem Kastenrahmen 44 und der Sektorplatte. Der Kastenrahmen 44 legt sich seinerseits dichtend an eine von der Gehäusestirnwand 24 ausgehende und gegen das heiße Stirnende

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des Drehspeichers gerichtete radiale Trennwand 66 an und hinkreist diese axial beweglich mit einer Leiste 68.

Insoweit ein Ansteigen der Temperatur den Drehspeicher zu einer Abwärtswölbung gemäß Fig. 9 veranlasst, wird dieses gleiche Ansteigen der Temperatur auch dazu benutzt, eine Betätigungskraft zu erzeugen, welche das radial äußere Ende dieser oberen Sektorplatte 28 in eine ähnliche Gestalt bringt, so daß zwischen der Sektorplatte und dem heißen Stirnende des Drehspeichers eine minimale Leckage an wärmetauschenden Medien verbleibt.

Zu diesem Zweck ist ein doppelarmiger Hebel 52 vorgesehen, der sich radial nach auswärts über das heiße Stirnende der Sektorplatte 28 erstreckt und an einem Schwenklager 54 am festen Wärmetauschergehäuse angelenkt ist.

Das radial innere Ende des Hebels 52 ist schwenkbar am Aufhänger 42 befestigt, während das radial äußere Ende des Hebels 52 über eine Koppel 56 an die Sektorplatte 28 angelenkt ist mit der Folge, daß eine Axialbewegung des Aufhängers 42 eine entgegengesetzte axiale Bewegung der Sektorplatte 28 an der Anlenkstelle der Koppel 56 bewirkt.

Während gemäß der obigen Beschreibung die Sektorplatte 28 mit ihrem radial inneren Ende starr an dem sie umschließenden Kastenrahmen 44 befestigt ist, vermag sich das radial äußere Ende der Sektorplatte frei auf und ab zu bewegen, so daß eine Betätigung durch die Koppel 56 eine schüsseiförmige Gestalt der Sektorplatte 28 herbeiführt* die derart sein kann, daß sie im wesentlichen mit d@r termischen Verformung des Drehspeichers übereinstimmt.

Das BiegungsausmaS längs der radialen Erstreckung der Sektorplatte 28 kann zur Anpassung an das Ausmaß der Wölbung auf

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dem heißen Stirnende des Wärmetauschers durch Verstärkungen in Gestalt von Blechen 17' auf der Oberseite der Sektorplatte 28 sowie eine Verschiebung der Schwenkachse 54 radial nach auswärts oder einwärts im Verhältnis zum festen Wärmetauschergehäuse verändert werden.

Die in Fig. 3 gezeigte abgeänderte Ausführungsform zeigt eine Sektorplatte 28, die am inneren Ende eines sich radial erstreckenden Kastenträgers 62 angeschweißt ist. Der radiale Kastenträger 62 wird mit seinem inneren Ende von dem gleichen aufhänger 42 wie in Fig. 2 getragen, während sein äußeres Ende mit einem T-förmigen Glied 45 verbunden ist, daß seinerseits vom Gehäusemantel 22 unabhängig von der Sektorplatte 28 getragen ist, so daß das radial äußere Ende der Sektorplatte 28 frei der Bewegung der Koppel 56 zu folgen vermag, die wie bei der Ausführungsform nach Fig. 2 von dem (in Fig. 3 nicht gezeigten) doppelarmigen Hebel 52 betätigt werden kann. Die Sektorplatte 28 ist, wie aus Fig. 8 hervorgeht, mit zueinander parallelen radialen Rippen 64 auf ihrer Außenseite versehen, die den Kastenträger 62 zwischen sich aufnehmen und bei gleichzeitiger Abdichtung gegen diesen eine axiale Bewegung zwischen dem Kastenträger 62 und der Sektorplatte 28 ermöglichen. Wie Fig. 8 weiter zeigt, ist auch bei dieser Ausführungsform eine an der Stirnwand 24 des feststehenden Wärmetauschergehäuses angeordnete radiale Trennwand 66 vorhanden, an welcher die eine radiale Längskante der Sektorplatte 28 unter Verwendung von Dichtleisten 68' axial beweglich geführt ist. Da normalerweise eine Differenz in den statischen Drücken zwischen dem Luft- und dem Gasstrom besteht, wird zwischen der Trennwand 66 und den Dichtleisten 68 fortgesetzt eine dichtende Berührung gewährleistet.

Während bisher eine mechanische Betätigung der Koppel 56 beschreiben ist, zeigt Fig. 4 die Betätigung mittels eines elektromotorischen Stellmechanismus 72, der auch bei der

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Koppel 56 nach Fig, 3 angewandt werden kann. Je nach der Drehrichtung des Elektromotors wird die Koppel 56' nach abwärts oder aufwärts verstellt, wobei Endschalter 24 den Stellmotor bei Erreichen der jeweiligen Endlage abschalten. Ferner ist ein gehäusefester Taster 74' vorgesehen, der bei der termischen Ausdehnung der Speicherwelle 6 betätigt wird und den Stellmotor 72 in derjenigen Richtung einschaltet, in welcher die Koppel oder Betätigungsstange 56' nach abwärts bis zum erreichen des unteren Endschalters 74 bewegt wird, öffnet der Taster 74, wird der Stellmotor 72 entgegengesetzt eingeschaltet und bewegt die Koppel oder Betätigungsstange 56 nach aufwärts bis zum Abschalten durch den oberen Endschalter 74.

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eerseite

Claims

t 1.; Drehspeicherwärmetauscher rait Trennung der wärmetauschenden Mfeaien am heißen Stirnende des von den Medien gegensinnig axial durchströmten trommeiförmigen Drehspeichers, dessen Welle am kalten Stirnende am feststehenden Gehäuse des Vvärnuitciaschers axial festgelegt ist, mittels zweier von der Stirnwand des Gehäuses zwischen der Einlaßöffnung für das wärmeabgebende Medium und der Auslaßöffnung für das wärmeaufnehmende Medium ausgehender und gegen das heiße Stirnende des Drehspeichers gerichteter radialer Trennwände, an denen die eine die Durchströmung des Drehspeichers örtlich unterbrechende Sektorplatte dichtend, aber axial beweglich anschließt, wobei die Sektorplatten bei der Erwärmung des Drehspeichers in Anpassung an dessen Verformung am heißen Stirnende selbsttätig nachstellbar .sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sektorplatte (28) ein radialer Ausleger (44 bzw. 62) zugeordnet ist, dessen radial äußeres Lnde axial am feststehenden Gehäuse (22) des Wärmetauschers festgelegt ist und dessen radial inneres Ende mit der sich bei der Erwärmung ausdehnenden Speicherwelle (6) am heißen Stirnende des Drehspeichers (6, 8, 12) gekoppelt ist, daß die Sektorplatten (28) mit ihren radial inneren Enden am Ausleger (44 bzw. 62) eingespannt sind und das na—he den radial äußeren Enden der gegenüber den Auslegern (44 bzw. 62) im übrigen axial frei beweglichen Sektorplatten (28) Betätigungsmittel (56) angreifen, durch welche die Sektorplatten (28) bei Wärmeausdehnung der Speicherwelle (6) selbstätig in entgegengesetzte Richtung durchbiegbar sind.

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2. Drehspeicherwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ausleger von einem zum heißen Stirnende des Drehspeichers (6, 8_f 12) in offenen' sektorförmigen Kastenrahmen C44) gebildet ist, zwischen dessen radialen Seitenwänden die Sektorplatte (2β) axial beweglich aber dichtend geführt ist, wobei sich der Kastenrahmen (44) dichtend, aber axial beweglich an der zugehörigen radialen Trennwand (66) des Wärmetauschergehäuses (22) abstützt.
3. Drehspeicherwärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ausleger von einem Kastenbalken (62) gebildet 1st, an welchem die Sektorwand

(28) mittels den Kastenbalken zwischen sich dichtend erfassender paralleler Rippen (64) axial beweglich geführt ist, wobei die Sektorplatte (28) an einer radialen Längskante Mittel (68) zur axial beweglichen Abdichtung gegenüber der radialen Trennwand (66) des Wärmetauschergehäuses (22) aufweist.
4. Drehspeicherwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel von Koppeln (56) gebildet sind, welche an den radial äußeren Enden am Gehäuse gelagerter doppelarmiger radialer Hebel (52) angelenkt sind, deren radial innere Enden mit der Speicherwelle (6) am heißen Stirnende des Drehspeichers (6, 8, 12} axial gekoppelt sind.
5. Drehspeicherwärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Hebelarmverhältnis der radialen Hebel (52) veränderbar ist.
6. Drehspeicherwärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsmittel von elektromotorisch verstellbaren Druckstangen (56') gebildet sind.

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7. Drehspeicherwärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß den Druckstangen (56') Endschalter zum Abschalten der Stellmotoren (72) in den Endlagen der Druckstangen (56') zugeordnet sind und das ein von der Speicherwelle (6) betStigbarer Taster (74*) vorgesehen ist, der bei Wärmeausdehhung der Speicherwelle (6) die Stellmotoren (72) in Richtung Durchwölbung der Sektorplatten (28) und bei Nichtbetätigung die Stellmotoren (72) in Gegenrichtung dazu bis zur selbstätigen Abschaltung mit Hilfe des jeweiligen Endschalters (74') einschaltet.
8. Drehspeicherwärmetauscher nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektorplatten (28) parzielle Verstärkungen (47') zur Lrzielung einer ungleich förmigen Wölbung zwischen ihren radial inneren und ihren radial äußeren Enden in Anpassung an die Wölbung des heißen Stirnendes des Drehspeichers (6,

8, 12) aufweisen.
9. Drehspeicherwärmetauscher nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die parziellen Verstärkungen von in ihrer radialen Länge und Lage auf den Sektorplatten begrenzten Flächen (47¹) gebildet sind.

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