DE3028632A1

DE3028632A1 - Regenerator mit einem umlaufenden, regenerativen waermetauscher

Info

Publication number: DE3028632A1
Application number: DE19803028632
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr.-Ing. 7500 Karlsruhe Zenkner
Original assignee: Wilhelm Gebhardt GmbH
Current assignee: Gebhardt Ventilatoren GmbH and Co KG
Priority date: 1980-07-29
Filing date: 1980-07-29
Publication date: 1982-03-25
Also published as: SE8104523L; FR2487964A1; JPS5752796A; NL8103562A; SG34285G; ATA319781A; DE3028632C2; US4491171A; CA1161029A; CH657207A5; HK52685A; FR2487964B1; GB2084307A; AT373999B; GB2084307B; SE458477B

Description

dr.ing. HEINRICH GEITZ Patentanwalt 7500 Karlsruhe Cpostfach 2708

801624/25 3 028632

Anmelder: Dr.-Ing. Kurt Zenkner Beiertheimer Allee 25

7500 Karlsruhe

Regenerator mit einem umlaufenden, regenerativen Wärmetauscher

Beschreibung:

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regenerator mit einem um eine Drehachse umlaufenden, in voneinander getrennten Bereichen von je einem Wärme zuführenden und einem Wärme aufnehmenden Medienstrom durchströmten, regenerativer. Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Es ist bereits ein Regenerator dieser Art bekannt, bei dem der Wärmetauscher als um eine Drehachse langsam umlaufende, mit Wärmetragermaterial in über die Fläche weitgehend gleichmäßiger Packungsdichte gefüllte Kreisscheibe ausgebildet ist. In einer Kreishälfte ihrer Umlaufbahn ist diese Kreisscheibe von einem beispielsweise Wärme zuführenden Gasstrom axial durchströmt, wobei das Wärmetragermaterial in der Scheibe aufgeheizt wird, während in der anderen Kreishälfte der Scheibenumlaufbahn ein zweiter Gasstrom, der von dem Wärme zuführenden Gasstrom getrennt ist, durch die Scheibe hindurchströmt und dabei seinerseits Wärme aufnimmt. Der Wärmetransport erfolgt mithin über die Rotation der Wärmeträgerscheibe, wobei das letztere durchströmende heiße Medium seinen Wärmeinhalt weitgehend an das Wärmeträger-

BAD OBfGSMAL

material abgibt und das kalte Medium sich beim Durchströmen an dem erwärmten Wärmeträgermaterial aufheizt.

Regeneratoren dieser vorbekannten Bauart erscheinen verbesserungsbedürftig. Derartige Regeneratoren in Kreisscheibenbauform haben zwar nur begrenzte AxialerStreckungen, bauen aber in radialer Hinsicht groß. Sie sind daher in Anlagen schwer integrierbar. Für die überwiegenden Einsatzfälle, insbesondere bei industriellen Anlagen, aber auch bei Klimaanlagen, sind Strömungskanäle großer Tiefe," jedoch geringer Bauhöhe typisch. Darüber hinaus sind die Übergänge von in aller Regel Rechteckquerschnitte aufweisenden Anlagenkanälen zu den Kreis- bzw. Halbkreisquerschnitten im"Durchströmungsbereich der kreisscheibenförmigen Wärmetauscher kostenaufwendig und nur mittels strömungstechnisch ungünstiger Kanalübergangsstücke zu verwirklichen. Schließlich müssen im Interesse einer günstigen Ausnutzung der Wärme austauschenden Masse der Kreisscheibe die beiden Medienströme möglichst nahe an den die Medienströme trennenden Kreisscheibendurchmesser herangeführt werden, was einerseits Probleme bei den Kanalführungen nach sich zieht und andererseits zu einer nahezu vollständigen Abschirmung der Kreisscheibenlagerung führt. Insbesondere dem Einsatz im Hochtemperaturbereich sine

- 10 -

801624/25

daher der Kreisscheibenbauform nicht überwindbare Grenzen gesetzt. Ein weiterer schwerwiegender Mangel der vorbekannten Regeneratoren besteht in einer über die Strömungsquerschnitte sehr ungleichmäßigen Temperaturverteilung in den Medienströmen.

Angesichts dieser Unzulänglichkeiten des Standes der Technik besteht die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe in der Schaffung eines Regenerators mit einem umlaufenden, von getrennten Medienströmen durchströmten regenerativen Wärmetauscher, der von seiner Geometrie her in einfacher Weise in die bei üblichen Anlagen vorkommenden Kanalsysteme einbaubar ist und einen verbesserten Wärmeaustausch zwischen wenigstens zwei Medienströmen gewährleistet, wobei eine weitgehend gleichmäßige Temperaturverteilung über die Querschnitte zumindest der das aufgeheizte Strömungsmedium führenden Strömungskanäle sichergestellt sein soll. Schließlich sollen auch die den Stand der Technik kennzeichnenden Einsatzgrenzen im Höchsttemperaturbereich überwunden werden.

Ausgehend von der Erkenntnis, daß diesen einander zum Teil widersprechenden Forderungen nur genügt werden kann, wenn es sich bei dem zu schaffenden Wärmetauscher um ein den typi-

- 11 -

BAD ORIGINAL

-η -

sehen Kanalbauformen entsprechendes, flachbauend.es und langgestrecktes Einbauelement mit möglichst variablen Kanalanschlüssen handelt, und ein gegenüber dem einfachen Kreuzstromprinzip verbesserter Wärmeaustausch realisiert werden kann, ist die gestellte Aufgabe nach dem Kennzeichen des Patentanspruchs 1 durch die Ausbildung des Regenerators als Querstromregenerator mit einer um eine Drehachse umlaufenden, hohlzylindrischen Wärmetauscherwalze gelöst, deren Walzenmantel aus im wesentlichen radial verlaufende Durchströmwege aufweisenden Wärmeträgermaterial besteht, wobei der innere Hohlzylinder durch eine sich über die gesamte Walzenlänge erstreckende Zwischenwand in zwei voneinander getrennte Durchströmbereiche aufgeteilt ist und die getrennt voneinander geführten Medienströme, deren Temperaturen unterschiedlich sind, jeweils unter Durchströmung des Wärmeträgermaterials im Walzenmantel annähernd radial in einen der von der Trennwand unterteilten Bereiche im Rotor eintreten und diesen eben falls annähernd radial durch den Walzenmantel wieder verlassen.

Bei der Erfindung durchströmen die Medienströme mithin den das Wärmeträgermaterial in möglichst gleichmäßiger Packungsdichte aufnehmenden Walzenmantel jeweils zweifach, was natur-

- 12 -

- 12— 801624/25

gemäß zu einem verbesserten Wärmeaustausch zwischen den Medienströmen und dem Wärmeträgermaterial führen muß. Wenn nach der besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung gemäß Patentanspruch 2 die Medienströme entgegen der UmIaufrichtung des Rotors unter zweimaliger Durchströmung des Walzenmantel^ durch jeweils einen der von der Zwischenwand getrennten Bereiche des Rotorinnenraums hindurchgeführt sind, ist. ein mit der Arbeitsweise des zweifachen Kreuzstromwärr.eauH'iu; cl.er-3 vergleichbarer und dem Gegenstromprinzip nahekommender Wärmeaustausch gewährleistet.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 3 bis 2M angegeben.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung des Regenerators mit einer Wärmeträgerwalze, deren Mantel von den im Rotorinnenraum durch die Zwischenwand getrennt gehaltenen Medienströme zweifach durchströmt wird, ist ein im Aufbau einfacher, kostengünstig herstellbarer Regenerator mit hoher spezifischer Wärmetauscherleistung geschaffen, durch den das Einsatzgebiet solcher Regeneratoren gegenüber dem Stande der Technik wesentlich erweitert werden kann. Vor allem zeichnet sich der erfindungsgemäße Regenerator durch eine vorteilhafte Anpaß-

- 13 BAD ORiGaNAL

801624/25

barkeit an die Bedürfnisse des jeweiligen Einsatzfalles aus. So kann zum Beispiel die Länge der Wärmetauscherwalze der Tiefe der Anlagenkanäle entsprechend ausgewählt werden, was naturgemäß den Einbau in Anlagen mit den typischen Rechteckkanälen geringer Höhe und großer Tiefe erleichtert. Unabhängig von der gewählten Baulänge wird eine weitestgehend gleichmäßige Temperaturverteilung in dem aufgeheizten Medienstrom erreicht und dem Einsatz im Hochtemperaturbereich stehen jedenfalls dann keine Bedenken entgegen, wenn nach einem besonderen Ausgestaltungsmerkmal temperaturempfindliche Bauelemente, wie Walzenlager und Drehantrieb, entfernt von den durchströmten Bereichen angeordnet sind. Angesichts der quer durchströmten Wärmetauscherwalze gelingt es in einfacher Weise, Lagerung und Antrieb wartungsfreundlich und gekühlt außerhalb der Strömungskanäle zu plazieren. Durch gleiche oder unterschiedliche Ausbildung der von der Zwischenwand im Rotorinnenraum getrennten Bereiche ist eine weitestgehende Anpaßbarkeit an die jeweils geforderten Medienführungen und Wärmeaustauscherfordernisse möglich.

Als besonders zweckmäßig hat sich die Anordnung der Wärmetauscherwalze in einem Gehäuse erwiesen, das um jeweils 90° zueinander versetzte Kanalstutzen besitzt, wobei jeweils

- 14 -

BAD ORiGiNAL

801624/25

zwei einander zugeordnete Kanalstutzen zum Anschluß der einen Medienstrom zuführenden und ableitenden Kanäle auf einer Seite der den Rotorinnenraum unterteilenden Zwischenwand angeordnet sind. Wenn eine extrem kleine Leckrate auch bei größeren Druckunterschieden zwischen den Medienströmen gefordert wird, gelingt die Abdichtung mittels Dichtleisten, mit denen bei geeigneter Materialauswahl auch der Hochtemperaturbereich beherrscht werden kann.

Für die Intensität des Wärmeaustauschs kommt der Beschaffenheit des Wärmeträgermaterials besondere Bedeutung zu. Neben hoher spezifischer Wärme, guter Wärmeleitfähigkeit und einer hohen spezifischen Oberfläche ist der Einsatz von schütt- bzw. rieselfähigem Wärmeträgermaterial von Vorteil, etwa in Gestalt von Granulat. Dabei kann die in über die Fläche weitestgehend gleichmäßiger Packungsdichte im Walzenmantel aufgenommene Schicht aus Wärmeträgermaterial von einem inneren und einem äußeren Zylinder radial begrenzt sein, wobei die Zylinder unter Ausbildung eines das Wärmeträgermaterial aufnehmenden Ringraums einander konzentrisch umschließen und mit Durchströmwegen für die Gasströme versehen sind. Die das Wärmeträgermaterial zwischen sich aufnehmenden Zylinder können auch aus Lochblechen, Maschengeflechten oder Kombinationen aus Lochblechen und Maschengeflechten bestehen. Zwischen den bei-

- 15 -

-Jb-

den einander konzentrisch umschließenden Zylindern können deren Formerhaltung vermittelnde Radialstege unter vorzugsweise gleichen Umfangswinkeln voneinander angeordnet sein, und zwar in Abständen voneinander, die kleiner als die Breite der Gehäusestege zwischen benachbarten Gehäusekanälen sind.

Eine andere, besonders wichtige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, daß das granulatartige Wärmeträgermaterial zur Hohlzylinderform zusammengesintert ist, in welchem Falle es keiner das Wärmeträgermaterxal in einer vorbestimmten Packungsdichte zwischen sich aufnehmenden Zylinder bedarf.

Alternativ zu den erörterten Ausbildungen kann das Wärmeträgermaterxal· auch aus Lamellen bestehen, die unter Ausbildung von radialen Durchströmspalten im Walzenmantel angeordnet sind. Bei diesen Lamellen kann es sich um koaxial zueinander angeordnete Kreisscheiben handeln, die etwa mittels sich axial durch die Scheiben hindurcherstreckender Tragbolzen im Walzenmantel verankert sind, oder die Lamellen können unter gleichen Teilungswinkeln angeordnete, axial verlaufende Stegbleche sein. Bei der Ausbildung des Mantels der Wärmeträgerwalze ist es von Vorteil, die Lamellen mit in die radial verlaufenden Durchströmspalte hineingeformten Oberflächenveränderungen zu versehen, etwa in der Form von rechtwinklig zu den Flächenerstreckungen der Lamellen gerichteten Ausprägungen oder Ausklinkungen, um

- 16 -

dadurch möglichst stark turbulente Strömungen und dünne kurze Temperaturgrenzschichten beim Durchströmen den WnI zunniaritels zu erreichen.

Nachstehend sollen anhand der beigefügten Zeichnungen einige Ausführungsformen der Erfindung erläutert werden. In schematischen Ansichten zeigen:

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau eines Regenerators mit einer umlaufenden Wärmeträgerwalze in einer Schnittansicht mit senkrecht zur Walzendrehachse verlaufendem Schnitt,

Fig. 2 in den Ansichten a bis d alternative Möglichkeiten, die Medienströme durch die voneinander getrennten Bereiche der Wärmetauscherwalze hindurchzuführen,

Fig. 3 eine Ausführungsform des Querstromgenerators mit bei der Durchströmung der Wärmetauscherwalze um jeweils 90 umgelenkten Medienströmen in einer perspektivischen Schnittansicht,

Fig. 4 in einer Schnittansicht wie in Fig. 1 eine weitere Alternative zur Führung der Medienströme mit an Kanalstutzen des Gehäuses angeschlossenen Strömungskanälen,

- 17 -

BAU ORIGINAL

Pig. 5 eine mögliche Ausführungsform des Walzenmantels mit dem in weitestgehend gleichmäßiger Packungsdichte aufgenommenen Wärmetauschermaterial,

Fig. 6 ein Detail einer vorstellbaren Ausbildung des Walzenmantels,

Fig. 7 eine Alternative zu Fig. 6,

Fig. 8 einen aus zur Walzenform zusammengesintertem Granulat bestehenden Walzenmantel,

Fig. 9 eine Verwirklichungsmöglichkeit des Walzenmantels mit unter Ausbildung von Zwischenspalten angeordneten Lamellen als Wärmeträgermaterial·,

Fig. 10 eine zu Fig. 9 alternative Ausführungsform mit kreisscheibenartigen Lamellen und

Fig. 11 in einer Detailansicht zu den Fig. 8 und 9 Maßnahmen zur Verwirklichung von Turbulenzströmungen bei mit Lamellen ausgerüsteten Wärmetauscherwalzen.

Bei dem in Fig. 1 in einer Schnittansicht gezeigten Regenerator ist der Wärmetauscher eine hohlzylindrische Walze 10 von im Verhältnis zu ihrem Durchmesser großer Baulänge. Die Wärmetauscherwalze 10 ist in einem Regeneratorgehäuse

- 18 -

^8O162V25 3 078

drehbar aufgenommen und mit einem nicht dargestellten Drehantrieb für kleine Umlaufgeschwindigkeiten ausgerüstet. Gelagert ist die Wärmetauscherwalze 10 mittels außerhalb des vom Walzenmantel 11 umschlossenen Hohlzylinders angeordneter, ebenfalls nicht dargestellter Lager. Im Walzenmantel 11 ist in unten noch zu beschreibender Weise Wärmoträpermaterial aufgenommen. Durch den Walzenmantel mit dem Wärmeträgermaterial erstrecken sich insbesondere in radialer Hior.rung verlaufende Durchströmwege hindurch. Der innere Hohlzylinder der Wärmetauscherwalze 10 ist mittels einer etwa auf einer Durchmesserlinie vertikal verlaufenden Zwischenwand 12, die sich im übrigen über die gesamte Walzenlänge erstreckt und sowohl gegenüber der inneren Zylinderfläche des Walzenmantels als auch im Bereich der Walzenstirnseiten abgedichtet ist, in zwei voneinander getrennte Bereiche 13, 14 von jeweils halbzylindrischer Form unterteilt. Das Gehäuse 20 besitzt vier um jeweils 90° gegeneinander versetzte Kanalstutzen 21, 22, 23j 24, die je zwei auf jeder Seite der inneren Zwischenwand 12 im Hohlzylinder liegende Zu- bzw. Abströmkanäle 25a 26 und 27, 28 bilden. An diese Kanäle, die sich im wesentlichen über die gesamte Baulänge der Wärmetauscherwalze 10 erstrecken, sind Anlagenkanäle zum Zu- und Abführen von Gasströmen anschließbar, was unten in Verbindung mit Fig. 4

- 19 -

BAD ORIGINAL

801624/25 ' "

noch erläutert werden soll. Zumindest in der von der Zwischenwand 12 aufgespannten Ebene sind die Spalte zwischen dem Walzenmantel 11 und dem Gehäuse mittels nicht dargestellter Dichtleisten abgedichtet. Ähnliche,ebenfalls nicht dargestellte Abdichtungen befinden sich im Bereich der Walzenstirnseiten.

Typisch für den erfindungsgemäßen Regenerator ist, daß die Medienströme, zwischen denen über das im Walzenmantel aufgenommene Wärmeträgermaterial ein Wärmeaustausch stattfinden soll, den Walzenmantel jeweils zweifach annähernd radial durchströmen. Dies veranschaulichen in verschiedenen Ausgestaltungsmöglichkeiten die schematischen Darstellungen in den Fig. 2a bis 2d.

Fig. 2b stellt bei Weglassung des Regeneratorgehäuses eine mit Fig. 1 übereinstimmende Anordnung dar. Es sei ein Umlauf der Wärmeträgerwalze 10 gemäß Pfeil 16, also im Uhrzeigersinne, um ihre Drehachse 15 angenommen. Es ist ersichtlich, daß ein über den Zuströmkanal 25 im Gehäuse 20 zugeführter Medienstrom 30 annähernd radial durch den Walzenmantel hindurchtritt und in den halbzylindrischen Rotorinnenraum 13 eintritt, um diesen Innenraum dann unter nochmaliger Durchströmung des Walzenmantels im Bereich des Abströmkanals 26

- 20 -

RAH

₀ _c , ^028632

801624/25

-24 -

im Gehäuse zu verlassen. Ein zweiter Medienstrom 31 wird über den Zuströmkanal 27 des Gehäuses zugeführt und tritt ebenfalls unter Durchströmung des Walzenmantels 11 in den anderen halbzylindrischen Rotorinnenraum 14 ein, um dann unter Richtungsumlenkung und erneuter Durchströmung des Walzeninantels wieder über den Abströmkanal 28 abgeführt zu werden. Im Rotorinneren sind die beiden Medienströme 30, 31 durch die Zwischenwand 12 voneinander getrennt. Nimmt man anj daß der Medienstrom 30 Wärme zuführt, so wird bei dem zweimaligen Durchströmen des Walzenmantels das in diesem angesammelte Wärmeträgermedium aufgeheizt. Angesichts des Umlaufs der Wärmeträgerwalze in Richtung des Pfeils 16 wandern stetig die vom Wärme zuführenden Medienstrom 30 durchströmten Walzenbereiche über die vertikal verlaufende Trennebene zwischen den beiden Medienströmen hinweg und gelangen in Durchströmungsbereiche des Medienstroms 3I₅ der beim Durchströmen des zuvor erhitzten Wärmeträgermaterials sich seinerseits aufheizt und mithin Wärme abführt. Die Medienströme •sind dabei entgegen der Drehrichtung der Wärmetauscherwalze 10 geführt, so daß beim Abströmen des Wärme zuführenden Medienstroms aus dem Rotorinnenraum 13 eine Voraufwärmung des Wärmeträgermaterials stattfindet und dieses im Bereich des Zuströmkanals 25 eine Aufheizung auf seine Endtemperatur

- 21 -

801624/25

erfährt. Der die Wärmeabfuhr von der Wärmeträgerwalze 10 vermittelnde Medienstrom 31 hingegen strömt durch das hocherhitzte Wärmeträgermedium im Bereich des Abströmkanals 28 aus dem Rotorinnenraum 14 ab und tritt, nachdem bei der genannten Durchströmung dem Wärmeträgermaterial bereits in erheblichem Maße Wärme entzogen worden ist, im Bereich des Zuströmkanals 27 ein, wobei, angesichts der entsprechend niedrigen Eintrittstemperatur dieses Medienstroms, die in diesem Umlaufbereich des Walzenmantels noch im Wärmeträgermaterial enthaltene Wärme entzogen wird. Durch diese der Drehrichtung der Wärmetauscherwalze entgegengerichtete zweimalige Durchströmung des Walzenmantels ist im Bereich der beiden Medienströme eine nahezu gegenstromartige Wärmeübertragung sichergestellt.

Die Prinzipskizze nach Fig. 2a unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 2b nur dadurch, daß die innere Zwischenwand 112 sich in einer etwa unter 45° gegenüber der Horizontalen erstreckenden Durchmesserebene verläuft und daß die Medienströme 130, 131 jeweils horizontal zugeführt werden und vertikal von der. Wär-meträgerwalze 110 abströmen.

Fig. 2c zeigt, daß auch bei außerhalb der Wärmetauseherwalze fluchtend geführten Medienströmen 230,231 diese den Walzenmantel

- 22 -

801624/25

jeweils zweimal annähernd radial durchströmen.

Die Bauweise nach Fig. 2d zeigt eine unterschiedliche Aufteilung des inneren Hohlzylinders der Wärmetauscherwalze durch die innere Zwischenwand 312. Insofern erstrecken sich die Rotorinnenräume 313, 314 über unterschiedliche Umfangswinkel des Walzenmantels. Gleichwohl wird auch bei dieser Ausführungsform der Walzenmantel von beiden MediensErcssen 330, 331 jeweils zweimalig annähernd radial durchströmt.

Angesichts der Ausgestaltung nach Fig. 2d ist ersichtlich, daß im Rahmen der Erfindung auch eine Aufteilung des Hohlzylinders der Wärmeträgerwalze in mehr als zwei voneinander getrennte Innenräume verwirklichbar ist. Erforderlichenfalls können mithin unter Aufrechterhaltung des verwirklichten Durchströmungsprinzips auch mehr als zwei Medienströme unter jeweils zweimaliger Durchströmung des Walzenmantels eingesetzt werden.

Fig. 3 veranschaulicht in einer perspektivischen Schnittansicht besonders deutlich die im Verhältnis zum Durchmesser der Wärmetauscherwalze 10' große Baulänge des Regenerators, desgleichen die dem Zu- und Abführen der Medienströme dienenden Kanäle im Gehäuse 20', die eine etwa der Länge der Wärme-

-23 -

BAD ORIGINAL

801624/25 · ^v

tauscherwalze entsprechende Tiefe bei vergleichsweise geringen Erstreckungen quer dazu aufweisen. Der innere Hohlzylinder der Wärmetauscherwalze ist wiederum mittels einer vertikal verlaufenden Zwischenwand in zwei etwa halbzylindrische Rotorinnenräume unterteilt. Der eine Medienstrom wird gemäß Pfeil 35 im Bereich des von dem Kanalstutzen 21' gebildeten Zuströmkanals horizontal zugeführt und strömt nach zweimaligem Durchströmen des Mantels 11' der Wärmetauscherwalze 10' über den von dem Kanalstutzen 22' gebildeten Abströmkanal in Richtung des Pfeils 36 vertikal von der Wärmetauscherwalze ab. Der andere Medienstrom wird gemäß Pfeil 37 im Bereich des Kanalstutzens 27' horizontal zugeführt und tritt nach zweimaligem Durchströmen des Walzenmantels im Bereich des Kanalstutzens 28' in Richtung des Pfeils 38 vertikal nach oben aus. Auch bei dieser Bauweise ist wiederum ein jeweils zweimaliges annähern! radiales Durchströmen des Walzenmantels gewährleistet.

Fig. 4 veranschaulicht bei dem Regenerator nach Pig. I den Anschluß von Anlagenkanälen 40, 4l und 42, 43 an die Kanalstutzen 21, 22 und 23, 24. Dabei verlaufen die der Zu- und Abfuhr des einen Medienstroms dienenden Anlagenkanäle 40, 4l fluchtend zueinander, während die der Führung des anderen

- 24 -

801624/25 _ . ■ -

Medienstroms dienenden Anlagenkanäle 42, 43 rechtwinklig zueinander verlaufen.

Fig. 4 veranschaulicht in Verbindung mit den Fig. 2a bis 2d die durch den erfindungsgemäßen Regenerator verwirklichten, vielfältigen Einbaumöglichkeiten.

Die Intensität des Wärmeaustauschs zwischen einen Wärmeträgermaterial und einem durch letzteres hindurchtretenden Medienstrom ist einerseits von der Beschaffenheit des Wärmeträgermaterials (insbesondere seiner Wärmespeicherfähigkeit und Wärmeleitfähigkeit) und andererseits von der Strömungsart um das Wärmeträgermaterial abhängig. Anzustreben sind größtmögliche Wärmeübergangszahlen, was durch stark turbulente Strömungen oder Strömungsgrenzschichten möglichst kurzer Lauflängen gelingt.

Als hervorragend geeignet haben sich schütt- oder rieselfähige Materialien in Kugel-oder Granulatform, die in einer den jeweiligen Einsatzerfordernissen entsprechenden Schichtdicke im Walzenmantel der Wärmetauseherwalze aufgenommen sind, wie dies zum Beispiel Fig. 5 zeigt. Der Walzenmantel besteht dabei aus je einem mit Durchströmwegen versehenen inneren und äußeren Zylinder 50, 51, die einander unter Ausbildung eines

- 25 -

801624/25

Ringraums konzentrisch umschließen und mittels unter gleichen Umfangswinkeln zueinander "angeordneter Radialstege 52 miteinander verbunden sind, und aus dem als Wärmeträgermaterial eingesetzten Granulat 53, welchen in weitestgehend gleichmfißij'.rr Packungsdichte in dom genannten Ringraum angeordnet ist. Die Abstände der Radialstege 52 voneinander sind dabei kleiner als die Breite der G-ehäusestege zwischen benachbarten Gehäusekanälen, so daß sich beim Umlauf der Wärmetauscherwalze immer wenigstens ein Radialsteg im Bereich eines jeden Gehäusestegs befindet. Die beiden den Walzenmantel radial begrenzenden Zylinder können aus Lochblechen 54 bestehen, die von einem die Durchströmöffnungen 55 abdeckenden, feinmaschigen Drahtgeflecht 56 umschlossen sind (_Pig. 6). Alternativ dazu können die das Wärmeträgermaterial zwischen sich aufnehmenden Zylinder auch aus je einer die Zylinderform vermittelnden gro0ben Gittermatte 57 auseinanderkreuzenden Längsund Querdrähten und einem die Gittermatte umschließenden feinmaschigen Drahtgeflecht 58 bestehen (Fig. 7)· Eine andere Möglichkeit besteht auch im Aufbau des Walzenmantels aus zur Zylinderform zusammengesintertem Granulat 60 (Fig. 8).

Eine wiederum andere Möglichkeit besteht im Aufbau des Walzenmantels aus Lamellen. Dabei kann es sich um in Walzenlängsrichtung verlaufende Lamellen 61 in Form langgestreckter

- 26 -

BAD ORIGINAL

Blechstreifen handeln, die unter Ausbildung radialer Durchströmspalte im Abstand voneinander angeordnet sind (Fig. \<) oder um kreisscheibenförmige Lamellen 62, die bt-i;;jiii-.3Wfii;e auf sich in Längsrichtung der Walze erstreckenden '.'rartio 1κ·-η 63 aufgenommen sein können (Fig. 10). Bei dem K i tu at :: von Lamellen als Wärmeträgermaterial hat es sich al;^T :.:wt-c.:n::L· i_:· erwiesen, im Bereich der radial gerichteter; Pure!..", j-Vr.f pail e Oberflächenveränderungen 64 vorzusehen (Fig. 11,, -ζ*-.ι ir: Form von rechtwinklig zur Lamellenebene gerichteten Ausprägungen oder Ausklinkungen.

BAD ORIGINAL

Leerseite

Claims

Patentansprüche:

l.j Regenerator mit einem um eine Drehachse umlaufenden, in voneinander getrennten Bereichen von je einem Wärme zuführenden und einem Wärme aufnehmenden Medienstrom durchströmten, regenerativen Wärmetauscher, der in der. von den getrennt geführten Medienströmen beaufschlagten Bereichen eine über die durchströmten Flächen im wesentlichen gleichmäßige Ansammlung eines Wärme aufnehmenden bzw. abgebenden Wärmeträgermaterials besitzt und bei dem infolge seines Umlaufs die von dem einen Medienstrom durchströmten Bereiche fortlaufend in den Durchströmungsbereich des anderen Medienstroms gelangen, so daß über das Wärmeträgermaterial ein stetiger Wärmeaustausch zwischen den Medienströmen stattfindet j

gekennzeichnet

durch die Ausbildung als Querstromregenerator mit einer um eine Drehachse (15) umlaufenden, hohlzylindrischen Wärmetauscherwalze (10, 10'), deren Walzenmantel (11, 11') aus im wesentlichen radial verlaufende Durchströmwege aufweisen-

-Z-

BAD ORIGINAL

Λ-

dem Wärmeträgermaterial (53, 6l, 62) besteht, sowie dadurch, daß der innere Hohlzylinder der Wärmetauscherwalze durch eine sich über die gesamte Walzenlänge erstreckende Zwischenwand (12, 12') in zwei voneinander getrennte Durchströmbereiche (13, 14; 13', 14') aufgeteilt ist und daß die getrennt voneinander geführten Medienströme, deren Temperaturen unterschiedlich sind, jeweils unter Durchströmung des Wärmeträgermaterials im Walzenmantel annähernd radial in einei der von der Zwischenwand unterteilten Bereiche im Rotor eintreten und diesen ebenfalls annähernd radial durch den Walzenmantel wieder verlassen.
2. Regenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Medienströme entgegen der Umlaufrichtung des Rotors (10, 10') unter zweimaliger .Durchströmung des Walzenmantels (11, 11') durch jeweils einen der von der Zwischenwand (12, 12') getrennten Bereiche (13, 14; 13'> 14') des Rotorinnenraums hindurchgeführt sind.
3. Regenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die von der Zwischenwand (12, 12') getrennten Bereiche des Rotorinnenraums über gleiche ümfangswinkel der Wärmetauscherwalze (10, 10') erstrecken.

-3 -
4. Regenerator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die von der Zwischenwand (312) getrennten Bereiche (313 j 314) des Rotorinnenraums über unterschiedliche Umfangswinkel der Wärmetauscherwalze (310) erstrecken.
5. Regenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Medienströme zu-
und abströmseitig von der Wärmetauscherwalze (12) im wesentlichen geradlinig geführt ist.
6. Regenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 5₅ dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Medienströme beim Durchströmen der Wärmetauscherwalze (10, 10') eine starke
Rxchtungsumlenkung von vorzugsweise etwa 90° erfährt.
7. Regenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch große Baulänge der Wärmetauscherwalze

(10, 10') im Verhältnis zum Walzendurchmesser.
8. Regenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Lager und/oder der Drehantrieb der Wärmetauscherwalze (10, 10') außerhalb der von den Medienströmen beaufschlagten Bereiche angeordnet sind.

BAD ORfGSNAL

Λ -
9. Regenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmetauscherwalze (10, 10') in einem Gehäuse (20, 20') mit je einem Zuleitungs- und einem Ableitungskanal für jeden der Medienströme aufgenommen ist, wobei die Kanäle eine im wesentlichen über die gesamte axiale Baulänge der Wärmetauscherwalze reichende Tiefe aufweisen und die der Zu- und Abfuhr eines Mediumstroms dienenden Kanäle jeweils auf einer Seite der den Rotorinnenraum in voneinander getrennte Bereiche aufteilenden Zwischenwand (12, 12') angeordnet sind.
10. Regenerator nach Anspruch S₃ dadurch gekennzeichnet, daß die von den Kanalstutzen (21, 22, 23, 24; 21', 22', 23', 24«) des Gehäuses (20, 20') gebildeten Zu- und Abströmkanäle für die Medienströme jeweils um 90 versetzt zueinander angeordnet sind.
11. Regenerator nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch eine in bezug auf die Drehachse der Wärmetauscherwalze (10, 10') vollsymmetrische Ausbildung des Gehäuses (20, 20').

-ζ -
12. Regenerator nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abströmkanäle (25, 26, 27, 28) für die Medienströme im Gehäuse (20) radial gerichtet sind.
13. Regenerator nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest in der von der Zwischenwand (12, 12') aufgespannten Ebene die zwischen dem Gehäuse (20, 20') und der Wärmetauscherwalze (10, 10') und zwischen letzterer und der Zwischenwand auftretenden Spalte mittels Dichtleisten abgedichtet sind.
14. Regenerator nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträgermaterial (53, 60, 6l, 62) hohe spezifische Wärme, gute Wärmeleitfähigkeit und eine hohe spezifische Oberfläche aufweist.
15. Regenerator nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein schütt- bzw. rieselfähiges Wärmeträgermaterial (53> 60), etwa in Form von Granulat.
16. Regenerator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die in über die Fläche weitestgehend gleichmäßiger

- 6 -_Λ 801624/25

Packungsdichte im Walzenmantel aufgenommene Schicht aus Wärmeträgermaterial (53) von.einem inneren und einem äußeren Zylinder (50, 51) radial begrenzt ist, welche Zylinder einander unter Ausbildung eines das Wärmeträgermaterial aufnehmenden Ringraums konzentrisch umschließen und mit Durchströmwegen für die Medienströme versehen, sind.
17. Regenerator nach Anspruch l6, dadurch gekennzeichnet, daß die das Wärmeträgermaterial (53) zwischen sich aufnehmenden Zylinder (50, 51) aus Lochblechen (5^)₉ Maschengeflechten (57, 58) oder Kombinationen von Lochblechen und Maschengeflechten bestehen.
18. Regenerator nach Anspruch l6 oder 17, dadurch gekennzeichnet, daß unter vorzugsweise gleichen Umfangswinkeln zueinander zwischen den beiden einander konzentrisch umschulenden, das Wärmeträgermaterial· (53) zwischen sich aufnehmenden Zylindern (50, 51) deren Formerhaltung vermittelnde Radialstege (52) angeordnet sind.
19. Regenerator nach Anspruch l8, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen jeweils in Umfangsrichtung der Wärmetauscherwalze benachbarten Radialstangen (52) höchstens

- 7 801624/25

gleich der Breite der Gehäusestege zwischen benachbarten Zu- und Abstandskanälen im Gehäuse sind.
20. Regenerator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das granulatartige Wärmeträgermaterial zur Hohl-ylinderform (60) zusammengesintert ist.
21. Regenerator nach einem der Ansprüche 14 und 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Wärmeträgermaterial aus Lamellen (6l, 62) besteht, die unter Ausbildung von radialen Durchströmspalten im Walzenmantel angeordnet sind.
22. Regenerator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen koaxial zueinander angeordnete Kreisscheiben (62) sind.
23. Regenerator nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen unter gleichen Teilungswinkeln angeordnete, axial verlaufende Stegbleche (61) sind.
24. Regenerator nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (61, 62) mit in die radial verlaufenden Durchströmspalte hineingeformten Oberflächenveränderungen (64) zur Erzeugung turbulenter Strömungen in den Durchströmspalten versehen sind, etwa in Form senkrecht zu den Flächenerstreckungen der Lamellen gerichteter Ausprägungen oder Ausklinkungen.