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Regenerativ -Wärmeaustauschvorrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Wärmeaustausclivorrichtung von der regenerativen Art, d. h. von der Art, bei
der ein Wärme absorbierendes und übertragendes Glied nacheinander in ein Gebiet
heißeren Arbeitsmittels und in ein Gebiet kälteren Arbeitsmittels bewegt wird, um
so Wärme vom ersteren zu absorbieren und auf das letztere zu übertragen.
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Das Glied ist allgemein so unterteilt, daß Durchgänge oder Zellen
gebildet werden, von denen jede einzelne beim Übergang vom heißeren Arbeitsmittel
zum kälteren eine gewisse Ladung des Arbeitsmittels mit sich trägt. Wenn der Druck
des einen Arbeitsmittels wesentlich verschieden ist vom Druck des anderen, wie es
z. B. im Falle eines Wärmeaustauschers einer Gasturbine ist, wo das kältere Arbeitsmittel
vom Kompressor mit hohem Druck geliefert wird, während das heißere Arbeitsmittel
aus der Turbine beträchtlich niedrigeren Druck aufweist, erfolgt ein Verlust durch
Kompression bzw. Expansion, wenn die Durchgänge oder Zellen vom einen Gebiet ins
andere befördert werden, und dies kann den Nutzeffekt der Vorrichtung vermindern.
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Die Erfindung beruht darauf, daß zur Vermeidung dieses Verlustes Mittel
vorgesehen werden, wodurch mindestens eine Zelle, die gerade das Gebiet höheren
Druckes verlassen hat, in Verbindung gesetzt wird mit mindestens einer Zelle, die
gerade in das erwähnte Gebiet eintreten will, und zwar in einem Augenblick, wo beide
Zellen sowohl vom Gebiet des höheren wie vom Gebiet des niedrigeren
Druckes
losgetrennt sind. Dies gleicht den Druck in den zwei Zellen auf einen Wert zwischen
den beiden Drücken aus und vermindert so den obenerwähnten Verlust.
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Die erfindungsgemäße Wärmeaustauschvorrichtung verwirklicht obiges
Prinzip durch zwei im Gegensinne drehbare, gleichachsige Scheiben mit einer Mehrzahl
axial gerichteter Durchgänge und durch eine arbeitsmitteldichte, sich zwischen den
beiden Scheiben erstreckende Scheidewand, die den Raum zwischen diesen für die Aufnahme
von Arbeitsmitteln verschiedenen Druckes in zwei Teile teilt, wobei die erwähnte
Scheidewand mit mindestens einem axial gerichteten Durchgang versehen ist, so daß
bei der Drehung der Scheiben mindestens ein Durchgang in der einen Scheibe beim
Vorbeigehen an der Scheidewand vorübergehend mit mindestens einem Durchgang in der
zweiten Scheibe in Verbindung tritt, wenn sich die zweite Scheibe an der Scheidewand
vorbeibewegt, wobei in diesem Augenblick beide Durchgänge von den Räumen verschiedenen
Druckes losgetrennt sind. Die Scheiben bzw. scheibenförmigen Körper haben vorteilhaft
gleiche oder ähnliche Abmessungen, und die zwei Teile des Raumes zwischen den Scheiben
können als ein Gebiet höheren Druckes und ein Gebiet niedrigeren Druckes dienen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt,
auf welcher Fig. i ein scherpatischer Querschnitt ist und Fig. 2 ein Schnitt entlang
der Linie II-II von Fig. i.
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Wie aus der Zeichnung hervorgeht, umfaßt die Vorrichtung zwei Scheiben
1, 2, beispielsweise aus keramischem Werkstoff, die gleichachsig auf Wellen, welche
in den Abschlußstegen 3, 4 gelagert sein können, angeordnet sind und sich. in entgegengesetzter
Richtung drehen können. Jede Scheibe hat eine Anzahl axial gerichteter Durchgänge
ja bzw. 211, von denen nur einzelne dargestellt sind. Zwischen den Scheiben 1, 2
befindet sich eine arbeitsmitteldichte Scheidewand5, die den von den Rohren6a, 7a
umgrenzten Raum zwischen den erwähnten Scheiben in zwei Kammern 6, 7 teilt und selbst
mit einer Anzahl axial gerichteter Durchgänge 5a versehen ist, so daß bei der Drehung
der Scheiben 1. 2 jeder Durchgang ia, 2a an den Durchgängen 511 vorbeiführt und
damit einerseits in Verbindung tritt, während er andererseits durch den Steg 3,
4 abgeschlossen wird.
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Die Scheiben 1, 2 drehen sich gegenüber den entsprechenden Enden der
zylindrischen Rohre 8, 9, die ihrerseits so mit arbeitsmitteldichten Scheidewänden
io, i i versehen sind, daß jedes der Rohre 8, 9 in zwei Rohre mit halbkreisförmigem
Querschnitt unterteilt wird, nämlich entsprechend 8a, 8b, 9a 9b.
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Heißeres Arbeitsmittel unter verhältnismäßig niedrigem Druck, wie
beispielsweise die Austrittsgase einer Gasturbine, strömen entlang den Rohren 8a,
9a durch jene Durchgänge ja, 2a, die die Fortsetzung der erwähnten Rohre bilden,
in die Kammer 6 und werden dann durch das Rohr 6a weggeführt, z. B. ins Freie. Kälteres
Arbeitsmittel unter verhältnismäßig hohem Druck, wie beispielsweise die Luft aus
der Endstufe eines Kompressors einer Gasturbinenanlage, wird durch das Rohr 7a in
die Kammer 7 und dann durch jene Durchgänge i a, 20, die mit der Kammer 7 in Verbindung
stehen, in die Rohre 86 und 9b und durch nicht gezeigte Hilfsleitungen an irgendeinen
gewünschten Ort, z. B. zum Verbrennungsraum einer Gasturbinenanlage, geführt. Mittels
der drehenden Scheiben 1, 2 wird Wärme vom heißeren Arbeitsmittel auf das kältere
übertragen.
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In einem bestimmten Augenblick werden einige der Durchgänge la in
der Scheibe gerade die Kammer 6 mit dem niedrigeren Druck verlassen, um in die Kammer
7 mit dem höheren Druck einzutreten, während gleichzeitig einige der Durchgänge
2a in der Scheibe 2 gerade die Kammer 7 mit dem höheren Druck verlassen, um in die
Kammer 6 mit dem niedrigeren Druck einzutreten, und diese Durchgänge werden vorübergehend
miteinander in Verbindung gesetzt, während sie an den Durchgängen 5a vorbeigedreht
werden. Auf diese Weise wird der Druck in diesen Durchgängen ja, 2a ausgeglichen,
und die bei ihrem Übergang von der einen Kammer in die andere erfolgenden Kompressions-
bzw. Expansionsverluste werden vermindert.
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Da die Scheidewand 5 mit einer großen Anzahl von Durchgängen 5a versehen
werden und jede Scheibe 1, 2 auch eine große Anzahl von Durchgängen ja, 2a
haben kann, ist der Verlust auf sehr kleine Beträge herabzusetzen.
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Es ist vorteilhaft, jeden Durchgang 5a durch eine oder mehrere in
der Richtung der Scheibenachsen verlaufende Trennwände zu unterteilen, wie beispielsweise
durch den Block 12 in Fig. 2, um zu verhindern, daß ein Durchgang 2a, der gerade
die Niederdruckkammer 6 verläßt, in Verbindung tritt mit einem anderen Durchgang
2a, der gerade in diese Kammer eintritt, und um auf gleiche Weise eine Verbindung
zwischen zwei solchen Durchgängen la zu verhindern.
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Die Vorteile der oben beschriebenen Anordnung bestehen darin, daß
verhältnismäßig kleine Scheiben verwendet werden können, daß die Wärmeaustauschvorrichtung
gleichförmiger arbeiten kann und ein höherer Wärmeübertragungsfaktor erreichbar
ist, als es sonst möglich wäre. Wenn ferner gewünscht wird, die Fläche der Scheiben
1; 2 in ungleiche Teile zwecks weiterer Verbesserung des Nutzeffektes einzuteilen,
kann dies leicht eingerichtet werden, ohne daß eine komplizierte Bauweise entsteht.