DE575365C

DE575365C - Regenerative heat exchanger, especially for preheating the combustion air

Info

Publication number: DE575365C
Application number: DE1930575365D
Authority: DE
Inventors: Alf Lysholm
Original assignee: LJUNGSTROEMS ANGTURBIN AB
Current assignee: LJUNGSTROEMS ANGTURBIN AB
Priority date: 1930-05-21
Filing date: 1930-09-09
Publication date: 1933-04-27

Description

Regenerativwärmeaustauscher, insbesondere zur Vorwärmung der Verbrennungsluft Regenerativwärmeaustauscher, wie solche, die beispielsweise zur Vorwärmung von Verbrennungsluft dienen, sind in zahlreichen Ausführungsformenbekannt. ManhatzurVermehrung der regenerativen Füllmasse derartiger Wärmeaustauscher die Wärmeaustauschkörper mitFüllblechen versehen und für diese die verschiedenartigsten Formen und Anordnungen vorgeschlagen. Zickzackförmige und gewellte Bleche werden für solche Einbauten bevorzugt. Dabei haben sich für die durchströmenden Mittel Kanäle der verschiedenartigsten Querschnitte ergeben, darunter auch solche, die in der Breite größer als in der Höhe sind. Bei diesen Einbauten haben sich auch Kanäle ergeben, deren eine Seite im wesentlichen eben verläuft, während die gegenüberliegende Seite uneben, z. B. gewellt ist. Zweck der Erfindung ist nun, im Gegensatz zu bekannten Bauarten, bei denen es mehr oder weniger auf eine möglichst große Füllmasse ankam, in dem Wärmeaustauscher folgende Bedingungen gleichzeitig zu verwirklichen: r. DerWärmeaustauscher soll inderHauptströmungsrichtung der wärmeaustauschenden Mittel liegende Kanäle aufweisen.Regenerative heat exchanger, especially for preheating the combustion air Regenerative heat exchangers, such as those used, for example, to preheat combustion air are known in numerous embodiments. Manhatz to increase the regenerative Filling compound of such heat exchangers provided the heat exchange body with filler plates and proposed the most varied shapes and arrangements for these. Zigzag and corrugated sheets are preferred for such internals. Have for the medium flowing through results in channels of the most varied of cross-sections, including those that are larger in width than in height. With these Internals have also resulted in channels, one side of which is essentially flat runs, while the opposite side is uneven, z. B. is wavy. Purpose of Invention is now, in contrast to known types, in which there is more or less on the largest possible filling mass arrived, in the heat exchanger the following conditions to realize at the same time: r. The heat exchanger should be in the main flow direction the heat exchanging means have lying channels.

2. Diese Kanäle sollen im Querschnitt wesentlich breiter als hoch sein und vorzugsweise rechteckige Gestalt haben.2. These channels should have a much wider cross-section than they are high and preferably have a rectangular shape.

3. An einer Begrenzungsfläche der Breitseiten sollen Leit- oder Führungsflächen für das durchströmende Mittel angeordnet sein.3. Guide or guide surfaces should be provided on a boundary surface of the broad sides be arranged for the medium flowing through.

Diese Bedingungen sind in einem Wärmeaustauscher erfüllt, der in der Hauptströmungsrichtung der wärmeaustauschenden Mittel liegende Kanäle von langem Querschnitt aufweist, deren eine Breitseite aus einem im wesentlichen ebenen und deren andere Breitseite aus einem quer zur Hauptströmungsrichtung gewölbten Plattenteil besteht, und bei welchem gemäß der Erfindung die längs den Wellenbergen verlaufenden Kanten in einem spitzen oder stumpfen Winkel zur Hauptbewegungsrichtung des den Kanal durchströmenden Mittels liegen. Wesentlich ist hierbei die Richtung der zwischen den Wellenbergen verlaufenden Kanten, die nicht etwa im rechten Winkel zur Hauptbewegungsrichtung des strömenden Mittels liegen dürfen, wie dies bei bekannten Bauarten bereits vorgeschlagen war; denn derartige Kanten würden Druckschwankungen in dein Kanal erzeugen und einen Strömungsverlust zur Folge haben, während die Leit- und Führungswirkung der in einem spitzen oder stumpfen Winkel verlaufenden Wellenkanten in der Hauptbewegungsrichtung des durchströmenden Mittels erfolgt, wodurch der Strömungsverlust naturgemäß verringert wird.These conditions are met in a heat exchanger in the Main flow direction of the heat exchanging means lying channels of a long time Has cross section, one broad side of which consists of a substantially flat and whose other broad side consists of a plate part curved transversely to the main flow direction exists, and in which, according to the invention, those extending along the wave crests Edges at an acute or obtuse angle to the main direction of movement of the den Channel flowing through means lie. What is essential here is the direction of the between edges running along the crests of the waves that are not about in the right Angle to the main direction of movement of the flowing medium are allowed, like this was already proposed for known designs; because such edges would pressure fluctuations in your channel and result in a loss of flow, while the guide and the guiding effect of the corrugated edges running at an acute or obtuse angle takes place in the main direction of movement of the medium flowing through, whereby the flow loss is naturally reduced.

Nach der Erfindung sollen ferner die längs den Wellenbergen verlaufenden Kanten insbesondere in einem Winkel zwischen 20 und 6o° zur Hauptbewegungsrichtung des den Kanal durchströmenden Mittels liegen, außerdem soll die den Wellen gegenüberliegende Breitseite jedes Kanals durch einen glatten Teil gebildet sein, dessen Abmessung quer zur Hauptströrnungsrichtung wenigstens fünfmal, vorzugsweise achtmal so groß ist wie sein Abstand von den Wellenbergen.According to the invention, those running along the wave crests are also intended Edges in particular at an angle between 20 and 60 ° to the main direction of movement of the means flowing through the channel, and the one opposite to the waves should be The broad side of each channel can be formed by a smooth part, the dimensions of which across the main flow direction at least five times, preferably eight times as large is like its distance from the wave crests.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einem Ausführungsbeispiel dargestellt.In the drawing, the invention is shown in one embodiment.

Fig. i zeigt schematisch den Aufbau eines Wärmeaustauschers, der in diesem besonderen Falle als umlaufender Wärineaustauscher ausgebildet ist, Fig. 2 die Aufsicht auf eine Platte der Füllmasse, Fig. 3 die Stirnansicht der gleichen Platte, Fig. 4 die Aufsicht auf eine andere Platte, Fig. 5 einen Querschnitt durch diese Platte nach Linie 6a-6a, Fig.6 ist eine schaubildliche Darstellung eines Ausschnitts aus der regenerativen Masse, Fig.7 die Darstellung eines Einzelkanals und die graphische Darstellung der darin auftretenden Strömung.Fig. I shows schematically the structure of a heat exchanger, which in this particular case is designed as a circulating heat exchanger, Fig. 2 is a plan view of a plate of the filling compound, FIG. 3 is an end view of the same Plate, Fig. 4 is a plan view of another plate, Fig. 5 is a cross section through this plate according to line 6a-6a, Figure 6 is a diagrammatic representation of a section from the regenerative mass, FIG. 7 the representation of an individual channel and the graphic Representation of the flow occurring in it.

In Fig. i ist ein Schnitt durch ein Gehäuse i dargestellt, in dem ein drehbares Gestell 2 angeordnet ist. Dieses in Gestalt eines in Rahmen aufgeteilten Zylinders ausgebildete Gestell hat keinen Boden und ist an der senkrechten Welle 3 angebracht. Die Welle 3 wird von Axial- und Stützlagern 4 und Halslagern 5 gestützt und geführt. Das Rahmenwerk des Gestells ist mit der regenerativen Masse 6 angefüllt, die gemäß der Erfindung aus auf gewisse Weise ausgeführten Platten besteht. Das Gehäuse i ist in zwei Kanäle für die Mittel, zwischen denen Wärmeaustausch erfolgen soll, aufgeteilt. Das Gestell 2 dreht sich derart, daß die wärmeüberführende Masse abwechselnd den Kanal für das eine Mittel und den Kanal für das andere Mittel durchstreicht. Das Gehäuse ist bei 7 mit einem Einlaß und bei 8 mit einem Auslaß für das wärmeabgebende Mittel und ferner bei 9 finit einem Einlaß und bei 1o mit einem Auslaß für das wärmeaufnehmende Mittel versehen. Wenn der Wärmeaustauscher als Luftvorwärmer für Dampfkessel verwendet werden soll, treten die Verbrennungsgase durch die Einlaßöffnung 7 ein und werden durch die Auslaßöffnung 8 abgeleitet. Die vorzuwärmende Luft tritt durch die Öffnung 9 ein und wird durch die Öffnung io abgeleitet. Diese vier Öffnungen sind, wie aus der Zeichnung hervorgeht, mit Flanschen versehen, mittels denen das Vorwärmergehäuse i mit den Leitungen verbunden werden kann, die für die Leitung der Gase nach und von den verschiedenen Verwendungsstellen erforderlich sind. Um die Platten der regenerativen Masse von Verunreinigungen zu befreien, sind zwei mit Löchern versehene Dampfrohre 12 und 13 vorgesehen, durch welche die Verunreinigungen zeitweise mittels Dampfstrahlen ausgeblasen werden können, wie es in der Zeichnung schematisch angedeutet ist. Dieses Entrußen erfolgt, während das wärmetragende Gestell sich dreht. Hierdurch werden sämtliche Platten nacheinander gereinigt. Die Drehbewegung des Rotors 2 erfolgt mit Hilfe eines besonderen Motors 14 unter Vermittlung eines Ritzels und einer am Umfang des Gestells angeordneten Zahnstange mit einer Geschwindigkeit von et-%va zwei bis vier Umdrehungen je Minute. Die Fächer des sich drehenden Gestells sind dadurch- entstanden, claß radial verlaufende Wände einen äußeren Mantel von größerem Durchmesser mit einem inneren, an der Welle befestigten kleineren Mantel verbinden.- Diese Wände teilen das Gestell in eine Anzahl von Segmenten ein, die mittels gleichachsig zum Außenmantel angebrachter Wände noch weiter in kleinere Teile aufgeteilt werden können. In einem jeden derartigen Teil werden Platten in einem gewissen Abstand voneinander eingelegt, so daß zwischen den Platten Kanäle gebildet werden.In Fig. I a section through a housing i is shown in which a rotatable frame 2 is arranged. This in the form of a divided into frames The cylinder-shaped frame has no bottom and is on the vertical shaft 3 attached. The shaft 3 is supported by thrust and support bearings 4 and neck bearings 5 and led. The framework of the frame is filled with the regenerative mass 6, which, according to the invention, consists of plates made in a certain way. That Housing i is divided into two channels for the means between which heat exchange takes place should, divided. The frame 2 rotates so that the heat transferring mass alternately crosses the channel for one agent and the channel for the other agent. The housing is at 7 with an inlet and at 8 with an outlet for the heat emitting Means and further at 9 finite an inlet and at 1o with an outlet for the heat-absorbing Funds provided. When the heat exchanger is used as an air preheater for steam boilers is to be, the combustion gases enter through the inlet port 7 and become derived through the outlet opening 8. The air to be preheated passes through the opening 9 and is diverted through the opening io. These four openings are how out the drawing shows, provided with flanges by means of which the preheater housing i can be connected to the lines that are used to conduct the gases to and are required by the various points of use. To the plates of regenerative To rid mass of impurities are two steam pipes provided with holes 12 and 13 provided, through which the impurities temporarily by means of steam jets can be blown out, as indicated schematically in the drawing. This Soot removal takes place while the heat-bearing frame rotates. This will be all plates cleaned one after the other. The rotary movement of the rotor 2 takes place with the help of a special motor 14 with the mediation of a pinion and an am Perimeter of the rack arranged at a speed of about% va two to four revolutions per minute. The compartments of the rotating rack are as a result, the radially extending walls create an outer jacket of a larger size Connect the diameter with an inner, smaller jacket attached to the shaft. These walls divide the frame into a number of segments that are equiaxed by means of to the outer shell of the attached walls can be further divided into smaller parts can. In each such part there are plates at a certain distance inserted from each other so that channels are formed between the plates.

In Fig. 2 und 3 ist eine Platte 17 dargestellt. Die Z-förmigen Wellungen haben vorzugsweise ein solches Aussehen, daß ein Winkel a halb so groß ist als ein Winkel ß. Vorzugsweise ist der Winkel a - i5°. In gewissen Ausführungsformen ist es von Vorteil, die Höhe 3o der Wellungen auf jeder Seite der Platte 17 etwa gleich 3 bis 6 mrn zu machen, gleichzeitig wie der Abstand 21 zwischen zwei Wellungen ungefähr 8o mm gemacht wird. Je eine derart ausgeführte Platte ist mit je einer Platte 16 mit langgestreckten Wellen, sogenannten Flachwellen, vereinigt. Eine derart ausgeführte Platte 16 ist in Fig.4 und 5 dargestellt. In dieser Ausführungsform bilden die Wellungen bzw. Flachwellungen einen Winkel von 3o° mit der Hauptdurchströmungsrichtung der Gase. Dieser Winkel kann gemäß der Neuerung zwischen 20 und 6o° schwanken.In Figs. 2 and 3, a plate 17 is shown. The Z-shaped corrugations preferably have such an appearance that an angle a is half as large as a Angle ß. The angle is preferably α-15 °. In certain embodiments is it is advantageous to have the height 3o of the corrugations on each side of the plate 17 approximately the same To make 3 to 6 mrn, at the same time as the distance 21 between two corrugations approximately 8o mm is made. Each plate designed in this way is each with a plate 16 combined with elongated waves, so-called flat waves. One executed in this way Plate 16 is shown in FIGS. In this embodiment the corrugations form or flat corrugations an angle of 3o ° with the main flow direction of the Gases. That angle can according to the innovation between 20 and 6o ° vary.

In Fig. 5, die einen Schnitt durch die Platte senkrecht zur Ausdehnung der Wellen darstellt, ist die Form der flachgewellten Platte gezeigt. Die Höhe der Flachwellen ist vorzugsweise r bis 3 mm und der Abstand zwischen den Köpfen der Wellungen etwa 14 mm. Die Flachwellungen der Platten 16 haben somit eine Höhe, die höchstens halb so groß wie die Höhe der Wellungen an der Platte 17 ist und vorzugsweise kleiner als ein Drittel genannter Höhe.In Fig. 5, which is a section through the plate perpendicular to the extension of the corrugations, the shape of the flat corrugated plate is shown. The high of Flat waves is preferably r to 3 mm and the distance between the heads of the Corrugations about 14 mm. The flat corrugations of the plates 16 thus have a height that is at most half the height of the corrugations on the plate 17 and preferably less than a third of the specified height.

In Fig. 6 sind die in Fig. 2 bis 5 dargestellten Platten 16, 17 so aufeinandergelegt, wie sie in den Fächern des drehbaren Rahmengestells angeordnet werden sollen. Eine Z-förinig gewellte Platte 17 ist somit von zwei Platten 16 umgeben, welche flachgewellt sind. Die Hauptdurchströmungsrichtung der Gase ist durch die Pfeile 33 angedeutet. Die Wellungen 2o sind somit in der Hauptdurchströmungsrichtung der Gase verlegt, wodurch der den Gasen dargebotene Widerstand äußerst gering wird. In Fig. 6, the plates 16, 17 shown in Fig. 2 to 5 are placed on top of one another in the way that they are to be arranged in the compartments of the rotatable frame. A Z-shaped corrugated plate 17 is thus surrounded by two plates 16 which are flat corrugated. The main direction of flow of the gases is indicated by the arrows 33. The corrugations 2o are thus laid in the main flow direction of the gases, whereby the resistance presented to the gases is extremely low .

Die Wellen bzw. zickzackförmig zueinander stehenden Flächen dieses gerippten oder gewellten Bleches 16 bilden Führungs- oder Leitflächen, welche eine besonders eigenartige und neuartige Wirkung hervorrufen. Die an diesen schräg stehenden Flächen vorbeistreichenden Gase erhalten dadurch einen gewissen Antrieb quer zur Hauptdurchströmungsrichtung. Diesen Antrieb kann man als Sekundärwirbel.bezeichnen. Das Schema des eigentlichen Vorganges innerhalb eines also geformten und mitFührungsflächenausgestattetenKanals ist ausFig.7 ersichtlich, dieeine Zusammenfassung der Fig. 3 und 5 der Zeichnung darstellt. Die Luftdurchströmung ist senkrecht stehend zur Zeichnungsebene der Skizze gedacht, und zwar von unten nach oben kommend. Die schräg stehenden Wellen-oder Rippenbegrenzungen des Bleches 16 bilden Leitflächen, welche dem hindurchströmenden Medium eine Seitenbeschleunigung, etwa in Richtung der in der Zeichnung eingezeichneten Pfeile x, erteilen. Diese Seitenbeschleunigung hat zur Folge, daß sich innerhalb des durchströmten Kanals eine durch die eingezeichneten Pfeile angedeutete Kreiswirbelung Herausbildet, die, wie Versuche ergeben haben, eine bedeutende Steigerung der Wärmeaustauschfähigkeit hervorruft.The waves or zigzag surfaces standing to one another this ribbed or corrugated sheet metal 16 form guide or baffle surfaces, which a produce a particularly peculiar and novel effect. The ones standing at this slant Gases sweeping past areas receive a certain drive transversely to the Main direction of flow. This drive can be referred to as a secondary vortex. The scheme of the actual process within a channel that is shaped and equipped with guide surfaces can be seen in Fig. 7, which is a summary of Figs. 3 and 5 of the drawing represents. The air flow is perpendicular to the drawing plane of the sketch thought, coming from the bottom up. The oblique wave or Rib boundaries of the plate 16 form guide surfaces, which the flowing through Medium is a lateral acceleration, roughly in the direction shown in the drawing Arrows x, issue. This lateral acceleration has the consequence that within of the channel through which there is a flow indicated by the arrows indicated Forms which, as tests have shown, a significant increase in the heat exchange capacity evokes.

Mit einer regenerativen Masse, die gemäß der Erfindung hergestellt ist, erhält man somit bei im übrigen gleichen Verhältnissen einen geringeren Widerstand als bei bekannten Typen, was wiederum einen billigeren Betrieb durch verminderten Kraftverbrauch für die Pressung der Gase durch die Masse mit sich führt. Umgekehrt bedeutet dies, daß, wenn der Widerstand der gleiche ist, eine kleinere Plattenfläche erforderlich wird. Hierdurch wird der Wärmeaustauscher leichter und billiger.With a regenerative mass produced according to the invention is, one thus obtains a lower resistance with otherwise the same conditions than with known types, which in turn makes it cheaper to operate Power consumption for pressing the gases through the mass leads. Vice versa this means that if the resistance is the same, a smaller plate area is required. This makes the heat exchanger lighter and cheaper.

Wenn die für die regenerative Masse verwendeten gewellten oder flachgewellten Platten in der beschriebenen Weise ausgebildet sind, werden die Kanäle, durch welche die Gase strömen, in allen Querschnitten gleich groß. Die durchströmenden Gase werden daher nicht abwechselnd zusammengedrückt und entspannt, sondern nur Wirbelbildungen ausgesetzt.If the corrugated or flat corrugated used for the regenerative mass Plates are formed in the manner described, the channels through which the gases flow, the same size in all cross-sections. The gases flowing through are therefore not alternately compressed and relaxed, but only vortex formations exposed.

Regenerative Masse gemäß der Erfindung ist nicht nur bei einem Vorwärmer der oben beschriebenen Art verwendbar, sondern kann auch bei Wärmeaustauschern zur Verwendung kommen, deren regenerative Masse feststeht und in denen die Mittel, zwischen denen Wärme ausgetauscht werden soll, abwechselnd denselben Kanal in der regenerativen Masse durchströmen.Regenerative mass according to the invention is not unique to a preheater of the type described above, but can also be used for heat exchangers Use come whose regenerative mass is established and in which the means between where heat is to be exchanged, alternately the same channel in the regenerative Flow through mass.

Claims

PATENT CLAIMS: r. Regenerative heat exchangers, especially for Preheating of the combustion air, with the heat exchanging air in the main flow direction Central channels of elongated cross-section, one broad side of which is from one essentially flat and the other broad side of one transverse to the main flow direction corrugated plate part, characterized in that the along the wave crests edges running at an acute or obtuse angle to the main direction of movement of the medium flowing through the channel. ,

2. Regenerative heat exchanger after Claim z, characterized in that those extending along the wave crests Edges at an angle between 2o and 6o ° to the main direction of movement of the canal flowing through means lie.

3. Regenerative heat exchanger according to claim z, characterized in that the broad side of each channel opposite the waves is formed by a plate part (z7), the dimensions of which are transverse to the main flow direction is at least five times, preferably eight times as large as its distance from the wave crests. .

4. Regenerative heat exchanger according to claim z, characterized in that the the broad side of each channel opposite the waves through a plate (z7) waves running in the main direction of movement of the flowing medium educated whose corrugation is equal to the height of the cross-sectional area of the channel and is the multiple of the wave pitch of the opposite plate part (z6).

5. Regenerative heat exchanger according to claim q., Characterized in that the The height of the waves of large pitch is twice as large as the height of the waves smaller Division.