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Verfahren und Vorrichtung zum Wärmeaustausch für Flüssigkeiten und
Gase, insbesondere zur@Vorwärmung der Verbrennungsluft bei Feuerungen. Man hat bereits
vorgeschlagen, Wärmeaustauschvorrichtungen für Flüssigkeiten oder Gase mit fester,
regenerierender Füllmasse zu versehen, wobei das wärmeabgebende und das wärmeaufnehmende
Mittel die Regenerativmasse abwechselnd durch dieselben 1anäle, zweckmäßig in entgegengesetzter
Richtung, ununterbrochen durchströmt. Die Regenerativmasse ist dabei in einem drehbaren
Körper angeordnet, der absetzend so gedreht wird, daß während einer gewissen Zeit
beispielsweise die eine Hälfte des Körpers von
dem wärmeabgebenden
Mittel und die andere Hälfte von dem wärmeaufnehmenden Mittel durchströmt wird,
worauf der Drehkörper um eine halbe Umdrehung gedreht wird, so daß die Strömungsverhältnisse
umgekehrt wurden. Eine derartige Wärmeaustauschvorrichtung besitzt indessen verschiedene
Nachteile, und zwar besonders den, daß die Temperatur des vorgewärmten Mittels in
hohem Grade schwankt.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Wärmeaustausch für Flüssigkeiten
und Gase mittels eines mit fester Füllmasse versehenen R egenerators, durch welches
die bei den bisher bekannten Regeneratoren vorhandenen Nachteile beseitigt werden.
Das neue Verfahren besteht darin, daß dem Regenerator und den Zu- und Ablässen der
beiden wärmeaustauschenden Stoffe eine ununterbrochene Relativbewegung gegeneinander
erteilt wird.
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Eine Vorrichtung zur Ausführung des neuen Verfahrens besteht zweckmäßig
aus einem 1--leichmäßig mit der Füllmasse versehenen Drehkörper, der sowohl in der
Leitung des wärmeabgebenden wie des wärmeaufnehmenden Mittels liegt und während
des Betriebes ununterbrochen umläuft. In besonderen Fällen ist es aber zweckmäßiger,
daß man nicht den mit der Füllmasse versehenen Körper, sondern die Zu- und Ablässe
der beiden wärmeaustauschenden Mittel während des Betriebes ununterbrochen umlaufen
läßt.
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Die Füllmasse kann aus irgendeinem Stoff, z. B. Schlacke, Ziegel o.
dg1., am zweckmäßigsten aber aus Metall, z. B. Metallplatten, bestehen, die gewellt
oder mit Flanschen versehen sind.
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In den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen einer Vorrichtung
nach der Erfindung beispielsweise dargestellt.
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Die Abb. i, a und 3 zeigen einen Längsschnitt, eine Draufsicht und
einen Schnitt nach der Linie A-A in Abb. i einer Ausführungsform, die bei einem
Schiffsdampfkessel zum Vorwärmen der Verbrennungsluft verwendet wird.
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Abb. 4. veranschaulicht eine Draufsicht eines Einzelteils.
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Abb.5 und 6 zeigen einen Längsschnitt und eine Draufsicht einer anderen
Ausführungsform desselben Einzelteiles.
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Abb. 7 und 8 stellen in größerem Maßstabe einen Längsschnitt und eine
Draufsicht einer Ausführungsform eines Einzelteiles dar.
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Abb.9 zeigt eine weitere abgeänderte Ausführungsform im Schnitt.
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Abb. io bis 15 zeigen verschiedene Abänderungen der Erfindung, wobei
Abb. io einen teilweisen Schnitt der Scheibe nach Abb.6 darstellt.
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Bei der in Abb. 1, 2 und 3 dargestellten Vorrichtung zum Vorwärmen
der Verbrennungsluft wird die Wärme aus den Abgasen abgenommen, die, von dem Feuerraum
des Kessels kommen und die Kesselröhren 2 nach der Rauchkammer oder dem Auslaßkanal3
durchströmen. Im oberen Teil der Rauchkammer ist eine Scheibe 4 angeordnet, die
eine regenerierende Füllmasse enthält, welche derart angebracht ist, daß ungefähr
ihre Hälfte sich immer in dem Abzugskanal der Abgase des Kessels befindet, während
die andere Hälfte in der Zuleitung 5 der Verbrennungsluft zum Feuerraum liegt. Die
Scheibe wird durch ein Getriebe derart in Umlauf gesetzt, daß ihre Umlaufbahn teils
die Abgase, teils die zu erwärmende Luft kreuzt. Besitzen die Abgase an der Seite
E der Scheibe 4 eine Temperatur von 35o', während sie nach dem Durchgang durch die
Scheibe bei F eine Temperatur von 5o° aufweisen, so wird die Scheibe derart erwärmt,
daß ihre Temperatur bei E 33o° und bei F 6o° wird. Falls die Frischluft im Kanal
5 an der Seite G der Scheibe ¢ eine Temperatur von 2o° hat, wird sie durch die Scheibe
derart erwärmt, daß ihre Temperatur an der Seite H der Scheibe 31o° wird, wobei
die Temperatur der Scheibe an G auf 400 und an H auf 29o° sinkt. In dieser Weise
wird Wärme von den Abgasen auf die Luft übertragen, und die verschiedenen Temperaturverhältnisse
ergeben sich in Abhängigkeit von der wärmeaufnehmenden oder wärmeabgebenden Fähigkeit
und Umlaufgeschwindigkeit der regenerierenden Füllmasse oder Scheibe. Die oben angegebenen
Temperaturen sind eine Art von Mitteltemperaturen, weil die Scheibe die Temperatur
während des Umlaufs allmählich ändert.
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Durch Deckplatten 3o kann eine unmittelbare Strömung zwischen den
Kanälen 3 und 5, die durch Wand io voneinander getrennt sind, verhindert werden.
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Die Füllmasse besteht, besonders bei hohen Temperaturen, zweckmäßig,
wie in Abb. 2 gezeigt, aus nebeneinander angebrachten, radial gestellten Platten,
die während des Umlaufs wechselweise von dem warmen und dem kalten Gas oder der
Flüssigkeit bestrichen werden. Um den Wirkungsgrad von derart angeordneten Plattenscheiben,
Zylindern oder anderen Körpern zu erhöhen, können die Platten gewellt oder mit Flanschen
versehen sein, wodurch größere Flächen im Verhältnis zu den Durchströmungskanälen
erhalten werden.
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Falls die Platten radial, wie in Abb. 2, angeordnet sind, entstehen
bei dem äußeren Umkreise der Scheibe größere Kanäle als bei dem inneren; die Scheibe
wird dadurch nicht ebenso wirksam in ihren äußeren wie in ihren
inneren
Teilen. Das beste Ergebnis wird erreicht, wenn der Abstand zwischen den Platten
an allen Stellen gleich ist, was bei parallelen Platten der Fall ist, z. B. bei
Platten, die nach einer Spirallinie gebogen sind, oder, wie in Abb. 4 gezeigt, bei
Platten, die Evolventenform besitzen, wobei die Zwischenwand i o dieselbe Biegung
wie die Platten besitzen soll.
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Gerade Platten können auch mit Vorteil in der Scheibe 4. benutzt werden,
falls diese, wie in Abb.5 und 6 gezeigt, in gleichachsige Ringe 21 geteilt wird,
die durch radial sich erstreckende Zwischenwände 22 in kleinere Fächer geteilt werden,
in denen kleinere Platten 25 radial oder peripherisch angebracht werden können.
In dieser Weise können gleiche oder annähernd gleiche Abstände zwischen den Platten
an den äußeren und inneren Teilen der Scheibe erzielt werden.
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Abb.7 und 8 zeigen Teile einer Scheibe nach Abb.5 in größerem Maßstabe.
Die Scheibe ist hier mit gewellten Platten 25 versehen, die in die von den gleichachsigen
und den radialen Wänden 21 und 22 gebildeten Fächer eingesetzt sind. Diese Platten
sind zweckmäßig derart angebracht, daß die Wellen zweier einander gegenüberliegenden
Platten einander kreuzen. Statt gewellter Platten können auch mit Flanschen versehene
Platten verwendet werden. Die Dichtung zwischen der umlaufenden Scheibe :1 und den
stillstehenden Wänden 26 kann mittels der Ringteile 27 von geeigneter Länge erreicht
werden. Diese Ringteile bilden eine Brücke zwischen der Scheibe und einer Ringnut
der Wand und stellen mit ihren unteren Flächen infolge ihrer eigenen Schwere die
Dichtung her. Bei einer anderen Ausführungsform dieser Art Dichtung, wie sie in
Abb.9 dargestellt ist, liegen geneigte Ringteile 28 gegen den Umfang der Scheibe.
an.
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Abb. io zeigt eine. Dichtung zwischen den beiden senkrechten Zwischenwänden
der Kanäle 3 und 5 und der in Abteilungen oder Fächer geteilten Scheibe .4. Zwischen
jeder der beiden Wände io und der Scheibe ist ein Schlitten 30 von ungefähr
derselben Länge wie der Durchmesser der Scheibe angeordnet. Der eine Schlitten wird
durch sein Eigengewicht gegen die Oberfläche, der andere Schlitten durch ein besonderes
Gewicht oder andere Mittel gegen die Unterfläche der Scheibe gedrückt, so daß sie
auf der drehenden Scheibe 4. schleifen. Infolge ihrer Breite decken sie eine Reihe
von auf demselben Halbdurchmesser befindlichen Fächern an, wobei sie nicht auf den
Fächerplatten zu s;@111@#lien brauchen. In dieser Weise teilt die Wand i o den zylindrischen
Kanal, der die umlaufende Scheibe umschließt, in zwei halbzylindrische Kanäle, in
welchen die verschiedenen Flüssigkeiten oder Gase die Scheibe an jeder Seite der
Zwischenwand io in entgegengesetzten, durch die Pfeile 31 und 32 angedeuteten Richtungen
durchströmen können, ohne daß ein Undichtwerden von dem einen Kanal nach dem anderen
hin eintreten kann.
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Legt man die Platten, wie in Abb. i i gezeigt, radial derart, daß
sie mit ihren Kanten einen Zylindermantel bilden, so können sie, ohne in kleineren
Abteilungen angeordnet zu sein, eine annähernd parallele Lage zueinander erhalten.
In der Abbildung bezeichnet 3 wie früher den Kanal der Abgase und 5 den Kanal der
Frischluft. Der Zylinder wird mittels einer Antriebsvorrichtung in Umdrehung versetzt,
die zweckmäßig in dem kälteren Raum 43 untergebracht ist und Wärme von den Abgasen
an die Frischluft in der obenbeschriebenen Weise überträgt. Bei dieser Ausführungsform
ist der Nachteil vorhanden, daß die beiden Kanäle 3 und 5 eng und gebrochen werden,
wobei die Bewegungsrichtung der Gase eine Änderung erfährt. Dieser Nachteil kann
einigermaßen dadurch vermieden werden, daß die Kanten der Platten nach Abb. 12 den
Mantel eines Kegels bilden.
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Abb. 13 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, z. B. zum Lüften
von Zimmern. In der %Vand 5o läuft eine Scheibe 51 um, die sich gegen um senkrechte
Achsen umlaufende Rollen 52 legt. Die Scheibe bewegt sich durch zwei Kanäle 3 und
5, durch welche Luft mittels Ventilatoren 55 und 56 hindurchgetrieben wird. Die
verdorbene Luft wird beispielsweise mittels des Lüfters 55 durch den Kanal 3 abgetrieben,
während die frische Luft durch den Lüfter 56 mittels des Kanals 5 in das Zimmer
hineingesaugt wird und die verdorbene Luft ersetzt. In derselben Weise wie friiher
überträgt die Scheibe .l. Wärme von der verdorbenen, warmen an die frische, kalte
Luft. Diese Ausführungsform kann auch dazu verwendet werden, die Wärme bei dem Umtausch
des Wassers eines künstlichen Schwimmbassins auszunutzen, falls zweckmäßige Rohrleitungen
angeschlossen werden.
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Zweckmäßig können die Ventilatoren, besonders bei der Lüftung von
Räumen, zusammen mit den fraglichen Kanälen um den Mittelpunkt der Scheibe umlaufen,
wobei letztere stillstehend angeordnet sein kann, derart, daß dieselbe relative
Umdrehung zwischen der Scheibe einerseits und den Ventilatoren nebst den Kanälen
anderseits erzielt wird.
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In Abb. 14, wo die Bezeichnungen der Scheibe und ihrer Platten mit
den in Abb.7 befindlichen übereinstimmen, ist gezeigt, wie die Platten 25 zum Verhindern
der Wärmeleitung unterteilt werden. Dadurch, daß die
warme Flüssigkeit
in der Richtung des Pfeiles 6o strömt, wird die Platte bei 61 wärmer als bei 62,
und dieser Temperaturunterschied ist bestrebt, sich durch Wärmeleitung in der Platte
auszugleichen. Weil es vorteilhaft ist, daß die kältere Flüssigkeit, die nachher
an der .Platte entgegengesetzt zu der Richtung des Pfeiles entlangstreift, zunächst
weniger warme Teile antrifft, wird diese Wärmeübertragung zweckmäßig durch Ausstanzen
von Löchern 63 erschwert, wodurch der Weg der Übertragung verlängert wird. Die Platten
können auch, wie bei 64, in kleinere Platten zerlegt oder, wie bei 65, nur teilweise
aufgeschnitten sein. In dieser Weise wird die kalte Flüssigkeit nach dem Gegenstromprinzip
erhitzt.
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In Abb. 15 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der Grieß (rechts)
oder Stein, Schlacke, Ziegel (links) als regenerierende Masse benutzt wird. In beiden
Fällen ist der Füllstoff auf einer durchlöcherten Platte 36 angeordnet.
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Die oben beschriebenen, besonders zum Erhitzen der Luft bei Dampfkesselfeuerungen
bestimmten Vorrichtungen können in wenig geänderter Ausführung in allen derartigen
Fällen verwendet werden, wo die Erhitzung eines Gases oder einer Flüssigkeit durch
Aufnehmen von Wärme aus einem anderen Gas oder einer Flüssigkeit gefordert wird.
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In einer gemäß der Erfindung eingerichteten Vorrichtung, die zum Vorwärmen
der Luft bei einer Feuerung benutzt wird, übt z. B. eine Rußablagerung an den Platten
eine unbeträchtlichere Wirkung im Vergleich mit einem Luftvorwärmer aus, bei dem
Abgase und Luft an jeder Seite einer Trennungswand vorbeigehen, weil der Ruß im
ersten Falle regenerierend, im letzteren dagegen isolierend wirkt.