DE3015115A1 - Drehender waermetauscher mit schwimmenden dichtringen - Google Patents

Description

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

6000 Frankfurt / Main Staufenstraße

Anm.: Svenska Rotor Maskiner Aktiebolag S-1o4 65 Stockholm / Schweden

Titel: Drehender Wärmetauscher mit schwimmenden Dichtringen

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft einen drehenden Wärmetauscher mit einem Gehäuse und einem darin aufgenommenen und relativ dazu drehbaren Wärmespeicher, bestehend aus einer zylindrischen Nabe und einem dazu konzentrischen Außenmantel sowie einer Anzahl diese verbindender radialer Trennwände, zwischen denen stirnseitig offene Sektorkammern zur Aufnahme einer wärmetauschenden Masse gebildet sind, die abwechselnd von den durch Ein- und Auslaßkanäle an den Stirnenden des Gehäuses zu- und abgeführten wärmetauschenden Medien axial durchströmbar sind, wobei der Außenmantel des Wärmespeichers an wenigstens einem seiner Enden mit einem in dem Spalte zwischen Gehäuse und Wärmespeicher angeordneten Dichtring versehen ist.

Bei drehenden Wärmetauschern dieser Art wird ein die Abteilungen des wärmeabsorbierenden Materials tragender zylindrischer Rotor zunächst von einem wärmeabgebenden Medium wie einem heißen Abgas durchströmt, das durch einen begrenzten Umfangsabschnitt des Rotors gerichtet wird. Nach Drehung des Rotors um seine Achse gelangt das wärmeabsorbierende Material in den Strömungspfad eines zu erwärmenden relativ kalten Mediums wie Luft, wodurch die Wärme des Gases auf dieses übertragen wird. Der Rotor ist von einem Gehäuse mit undrehbaren Ein- und Auslaßkanälen an den Stirnenden umschlossen, welche gleichzeitig das wärmeabgebende und das wärmeaufnehmende Medium durch in Umfangsrichtung zueinander versetzte Abteilungen des Rotors leiten.

Der Rotor wird im Betrieb einen beträchtlichen Temperaturgradienten unterworfen, wodurch sich seine Bestandteile in einem solchen Ausmaß verbiegen und verwerfen, daß die Aufrechterhaltung einer wirksamen Abdichtung zwischen dem Rotor

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und dem umgebenden Gehäuse schwierig, wenn nicht gar unmöglich wird.

Aufgrund der ungleichmäßigen Temperaturverteilung führt außerdem, besonders unter bestimmten Bedingungen wie Überlast, die thermische Deformation der Bauteile wie vor allem der radialen Trennwände zu einem Bruch der Schweißverbindungen und anderen Beschädigungen, die eine Verformung der Dichtflächen bewirken.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen drehenden Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Dichtflächen dem üblichen Übermaß der thermischen Verwerfung nicht unterworfen sind und bei dem die Schweißverbindungen des Wärmespeichers von gefährlichen Beanspruchungen verschont bleiben.

Ein bekannter Wärmetauscher mit einem das wärmetauschende Material tragenden zylindrischen Rotor und formsteifen Dichtringen ist aus der US-PS 2 981 521 und in ähnlicher Ausgestaltung aus der GB-PS 1 376 122 bekannt. In beiden Fällen sind die Dichtringe fest an dem in sich steifen radialen oder diametralen Trennwänden oder an Rippen angebracht, deren thermische Ausdehnung in radialer Richtung zu einer Verformung der Dichtringe führt.

Bei einem anderen bekannten drehenden Wärmetauscher (GB-PS 1 o46 1o6) ist die schwere wärmeübertragende Masse von formsteifen radialen Trennwänden getragen, die sich von der Rotornabe zu dem einen Teil der Dichtungsmittel bildenden und radialen Verformungskräften unterworfenen Rotormantel radial nach auswärts erstrecken.

Die erfindungsgemäße Lösung der obigen Aufgabe beruht demgegenüber auf der Isolierung der Tragkonstruktion von der Dichtkonstruktion, so daß die thermische Verformung der

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Tragkonstruktion nicht zu einer Verformung der steifen Dichtringkonstruktion führen kann, und besteht darin, daß das radial äußere oder innere Ende einer jeden Trennwand in einem axial verlaufenden Schlitz des Außenmantels bzw. der Nabe des Wärmespeichers radial verschieblich aufgenommen ist, während das andere Trennwandende an der Nabe bzw. dem Außenmantel des Wärmespeichers fest angebracht ist, wobei, in Umfangsrichtung betrachtet, zumindest jede weitere Trennwand in dieser Weise verschieblich mit dem Außenmantel des Wärmespeichers verbunden ist und außerdem die Trennwände den Dichtring bzw. die Dichtringe radial verschieblich erfassen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der bzw. jeder Dichtring mit radialen Führungsmitteln wie Schlitzen oder dergleichen für die radialen Kanten der Trennwände versehen.

Wenngleich die Erfindung offensichtlich sowohl auf Wärmetauscher mit die wärmetauschende Masse tragenden drehenden Speicher und die Ein- und Auslaßkanäle enthaltenden feststehenden Gehäuse als auch auf Wärmetauscher mit die wärmespeichernde Masse tragenden feststehenden Speicher und die Ein- und Auslaßkanäle enthaltenden drehenden Gehäuse anwendbar ist, wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung ein Ausführungsbeispiel zu der ersterwähnten Art von Wärmetauschern aus Gründen der Einfachheit erläutert. Es zeigen:

Fig. 1: ein Längsschnitt durch den drehenden

Wärmespeicher eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers in schematischer Darstellung,

Fig¹. 2: einen Querschnitt durch den Wärmespeicher

nach Linie II - II in Fig. 1 ,

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Fig. 3: in größerem Maßstab einen ausschnitts

weisen Längsschnitt durch den Wärmespeicher mit einem Teil einer Trennwand und einem Dichtring,

Fig. 4: einen ähnlichen ausschnittsweisen Längs

schnitt in einer anderen Schnittebene mit einer besonderen Zentriereinrichtung für den Dichtring,

Fig. 5: einen Tangentialschnitt nach Linie

V - V in Fig. 4,

Fig. 6: in noch größerem Maßstab einen ausschnitts

weisen Querschnitt einer anderen Ausführungsform des Wärmespeichers mit einer Gleitverbindung zwischen einer Trennwand und dem zylindrischen Außenmantel und

Fig. 7: ir wiederum kleinerem Maßstab einen

ausschnittsweisen Querschnitt durch den Wärmetauscher mit der Gleitverbindung nach Fig. 6.

Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Wärmetauscher weist einen Drehspeicher 1 mit einer inneren zylindrischen Nabe 2 und einem äußeren zylindrischen Mantel 3 auf, der mit der inneren Nabe 2 durch eine Vielzahl von radialen Trennwänden 4 verbunden ist, die zwischen sich eine entsprechende Anzahl stirnseitig offener Sektorkammern 5 bilden, welche (nicht gezeigte) Körbe aus wärmeübertragenden Metallplatten aufnehmen .

Die Trennwände 4 sind mit ihren Innenkanten an der Nabe 2 verschweißt und mit ihren Außenkanten in Axialschlitzen 6

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in dem Außenmantel 3 sowie in radialen Schlitzen 7 zweier formsteifer Dichtringe 8,9 geführt, welche dichtend mit den im Abstand zueinander liegenden Enden der Wandungssegmente des Außenmantels 3 verbunden sind.

Der obere Dichtring 8 ist an diesen Wandungssegmenten angeschweißt, und der untere Dichtring 9 ist mittels Schwingen 1o aufgehängt, die an dem oberen Dichtring 8 angebracht sind. Der untere Dichtring 9 enthält eine Ringnut 11, welche die unteren Enden der Wandungssegmente des Außenmantels 3 aufnimmt.

Auf diese Weise sind die unteren Enden der radialen Trennwände 4 radial in den axialen Schlitzen 6 des Außenmantels und den radialen Schlitzen 7 der Dichtringe 8,9 verschieblich. Die Dichtringe 8,9 sind konzentrisch zu der Nabe 2 und dem Außenmantel 3 über die Trennwände 4 angeordnet, welche zusammen mit den Schlitzen 7 keine Verlagerung der Dichtringe 8,9 senkrecht zu den radialen Trennwände 4 gestatten.

Der Wärmetauscher ist mit üblichen Sektorplatten 12 an den entgegengesetzten Stirnenden des Drehspeichers 1 versehen, und die radialen Trennwände tragen flexible radiale Dichtleisten 13.

Unter bestimmten Bedingungen erfolgt im Betrieb ein "Abwärtsverdrehen" der radialen Trennwände 4 aufgrund der thermischen Verwerfung der Rotorkonstruktion. Die Sektorplatten 12 und die radialen Dichtleisten 13 werden dabei um einen Winkel c*C gemäß der Darstellung in Fig. 3 gebogen, hingegen werden die formsteifen Dichtringe 8,9 und die WandungsSegmente des Außenmantels 3 nicht deformiert, sondern nur um einen entsprechende Entfernung nach unten verlagert.

In den Figuren 4 und 5 ist gezeigt, wie zumindest der Dichtring 8 mit der Nabe 2 des Drehspeichers durch eine Zentrier-

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einrichtung verbunden ist_r die aus einer Anzahl sich radial erstreckender elastischer Speichen 14 besteht. Die Speichen 14 können während des Zusammenbaus des Wärmetauschers verwendet und danach entfernt werden.

Die Figuren 6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welchem ein ununterbrochener Außenmantel· 3 mit axial· veriaufenden Rinnengiiedern 17 im Inneren anstehe einer Unterteiiung des Außenmantel·s 3 in Wandungssegmente durch Schiitze 6 verwendet ist. Eine jede zweite Trennwand 4 ist an der zentralen Rotornabe 2 angeschweißt und mit ihrem radial äußeren Ende verschiebiich in einem der Rinnengiieder 17 aufgenommen, die am Außenmantel· 3 angeschweißt sind. Die übrigen Trennwände 4 sind an dem Außenmantel· 3 angeschweißt und mit ihren radial· inneren Enden verschiebiich in entsprechenden axiaien Schlitzen 18 in der Rotornabe 2 aufgenommen. In diesem Fail· ist der obere Dichtring 8 schwimmend von dem Außenmantel· 3 getragen und nur durch äußere radiaie Wandteiie 4' geführt, die am Außenmantel· 3 angeschweißt sind und Veriängerungen der Trennwände 4 biiden. Es ist auch mögiich, die Trennwände 4 dergestait anzuordnen, daß a^e Trennwände 4 fest, beispieisweise durch Schweißung, an der Rotornabe 2 angebracht sind und a^e radial· äußeren Enden der Trennwände 4 in Rinnengiiedern 17 verschiebiich aufgenommen sind.

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Claims (2)

1. Patentansprüche

   Drehender Wärmetauscher mit einem Gehäuse und einem darin aufgenommenen und relativ dazu drehbaren Wärmespeicher, bestehend aus einer zylindrischen Nabe und einem dazu konzentrischen Außenmantel sowie einer Anzahl diese verbindender radialer Trennwände, zwischen denen stirnseitig offene Sektorkammern zur Aufnahme einer wärmetauschenden Masse gebildet sind, die - abwechselnd von den durch Ein- und Auslaßkanäle an den Stirnenden des Gehäuses zu- und abgeführten wärmetauschend^!Medien axial durchströmbar sind, wobei der Außenmantel des Wärmespeichers an wenigstens einem seiner Enden mit einem in dem Spalte zwischen Gehäuse und Wärmespeicher angeordneten Dichtring versehen ist, dadurch gekennzeichnet, das das radial äußere oder innere Ende einer jeden Trennwand (4) in einem axial verlaufenden Schlitz des Außenmantels (3) bzw. der Nabe (2) des Wärmespeichers radial verschieblich aufgenommen ist, während das andere Trennwandende an der Nabe (2) bzw. dem Außenmantel (3) des Wärmespeichers fest angebracht ist, wobei, in Umfangsrichtung betrachtet, zumindest jede zweite Trennwand (4) in dieser Weise verschieblich mit dem Außenmantel (3) des Wärmespeichers verbunden ist und außerdem die Trennwände (4) den Dichtring bzw. die Dichtringe (8,9) radial verschieblich erfassen.
2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet , daß der bzw. jeder Dichtring (8,9) mit radialen Führungsmitteln wie Schlitzen (7) oder dergleichen für die radialen Kanten der Trennwände

   (4) versehen ist.

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