EP0167757A1 - Regenerativ-Wärmeaustauscher - Google Patents

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EP0167757A1
EP0167757A1 EP85106063A EP85106063A EP0167757A1 EP 0167757 A1 EP0167757 A1 EP 0167757A1 EP 85106063 A EP85106063 A EP 85106063A EP 85106063 A EP85106063 A EP 85106063A EP 0167757 A1 EP0167757 A1 EP 0167757A1
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EP
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storage mass
sealing
heat exchanger
seals
sealing strips
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EP85106063A
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English (en)
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Friedrich Dr. Klauke
Wilhelm Gollnick
Karl-Heinz Dr. Mohr
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Balcke Duerr AG
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Balcke Duerr AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D19/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
    • F28D19/04—Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier
    • F28D19/047—Sealing means
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S165/00—Heat exchange
    • Y10S165/009—Heat exchange having a solid heat storage mass for absorbing heat from one fluid and releasing it to another, i.e. regenerator
    • Y10S165/013—Movable heat storage mass with enclosure
    • Y10S165/016—Rotary storage mass
    • Y10S165/02—Seal and seal-engaging surface are relatively movable
    • Y10S165/021—Seal engaging a face of cylindrical heat storage mass
    • Y10S165/023—Brush-type seal

Definitions

  • the invention relates to a regenerative heat exchanger with a heat-exchanging storage mass provided with a multiplicity of flow channels and on the front side of each hood which divides the storage mass into at least one part with heat-emitting and one with heat-absorbing gases by means of radial seals continuous rotation between the storage mass and hoods are alternately acted upon by the two gases, seals also being arranged on the circumference between the hoods and a housing accommodating the storage mass.
  • Regenerative heat exchangers of the type described above are known, the relative movement between the storage mass and the hoods being generated either by a rotary drive of the storage mass or the hoods.
  • the storage mass is divided into individual sectors with the aid of radial partition walls. These radial partitions protrude from the respective end face of the storage mass and work together with their edges with the radial seals that the spokes Subdivide the chemical mass into at least one part with heat-releasing and one with heat-absorbing gases.
  • the seals sealing the circumference of the storage mass from the hoods are also at a certain distance from the respective end face of the storage mass; they work together with a frame which is formed on a housing which accommodates the storage mass.
  • these radial seals In order to ensure the sealing effect of the radial seals necessary for a relative movement between the storage mass and the hood, these radial seals have a width which corresponds at least to the width of the respective sectors, so that between the flow of the heat-emitting and the heat-absorbing gas there is one sector in the storage mass remains that is not exposed to gas.
  • the invention has for its object to develop a regenerative heat exchanger of the type described in such a way that mechanical simplification of the leading edges of the storage mass, which becomes necessary at certain time intervals, is eliminated while simplifying the design and reducing the space requirement.
  • the solution to this problem by the invention is characterized in that the radial seals are constructed as sealing strips resiliently abutting directly on the respective flat end face of the storage mass.
  • the direct contact of the sealing strips on the flat end faces of the storage mass not only avoids the previous complex construction for the sealing, but also reduces the overall height of the regenerative heat exchanger by the amounts which are the result of the protruding radial partition walls and the complex housing frame for the purpose the sealing.
  • the resilient sealing strips lying against the storage mass are structurally considerably simpler and more interchangeable and have the great advantage that they continuously mechanically clean the leading edges of the storage mass with the constant relative movement between the storage mass and hoods, so that the previously necessary downtimes for mechanical cleaning the storage mass is eliminated. Due to the direct interaction of the sealing strips with the respective flat end face of the storage mass, a better sealing effect is achieved and a negative influence on the flow of both gases is avoided.
  • the design simplification achieved with the invention thus not only results in advantages in the manufacture and maintenance of the regenerative heat exchanger, but also in an improvement in efficiency and operating behavior.
  • the sealing strips can be provided with a sealing element which is softer in relation to the material of the storage mass and which is pressed against the storage mass by spring force.
  • the sealing strips are provided with an inherently elastic sealing element which is in direct contact with the storage mass.
  • the actual sealing element is formed by a multiplicity of bristles held in a support body, which are bordered on the longitudinal edges of the sealing strips by sealing legs designed as gap seals.
  • This embodiment according to the invention results in a highly elastic construction for sealing and cleaning, which moreover adapts to unevenness in the end faces of the storage mass without damaging the storage mass.
  • the sealing legs consist of a material which is softer in relation to the material of the storage mass, these can be brought relatively close to the end face of the storage mass, so that there is a considerable improvement in the previous metallic seal, while any wear and tear other parts of the system is avoided.
  • the bristles held in the support body and, if necessary, the sealing legs can be replaced in a simple manner and represent a negligibly small impediment to the flow for the two heat-exchanging gases.
  • the training according to the invention can in particular on Regenera tive heat exchangers for heating the clean gases behind desulfurization systems and for air preheating as well as generally for regenerative heat exchangers with heavily polluting leading edges of the storage mass.
  • the storage mass 1 provided with a large number of flow channels stands still, whereas the hood 2, which is shown at a distance from the flat end face of the storage mass 1, is driven in rotation due to the better visibility.
  • the hood 2 which is shown at a distance from the flat end face of the storage mass 1
  • the hood 2 is provided with radial sealing strips 3.
  • four sealing strips 3 each running over the length of the radius are provided, which are arranged in the manner of a cross and each form two channels opposite one another with respect to the center of rotation, on the one hand for the heat-emitting gas and on the other hand for the heat-absorbing gas.
  • the respective circular arcs present between two radially extending sealing strips 3 on the circumference of the hood 2 are also provided with sealing strips 4 which, in the exemplary embodiment, are composed of individual pieces.
  • the sealing strips 3 rest directly against the respective flat end face of the storage mass 1.
  • the sealing strips 3 have an inherently elastic sealing element which is formed by a plurality of bristles 6 held in a supporting body 5. These bristles are bordered on the longitudinal edges of the sealing strips 3 by sealing legs 7 designed as gap seals.
  • This sealing leg 7 preferably consists of a material which is softer in relation to the material of the storage mass 1, so that its edges facing the storage mass 1 can be brought relatively close to the storage mass 1. As a result, a good sealing effect is achieved by the sealing leg 7, which is supported by the bristles 6.
  • the sealing legs 7 are arranged on a support profile 8 together with the support body 5 and the bristles 6.
  • This support profile 8 is at an Ab final profile 9 arranged, which in turn is attached to a chamber profile 10 formed of two U-profiles of the hood 2.
  • the actual sealing element 11 of the sealing strip 3 is made of a material which is richer in relation to the material of the storage mass 1 and which has no inherent elasticity.
  • the resilient pressing action is achieved in this embodiment by springs 12 which are arranged between the support profile 8 and the sealing element 11.
  • the sealing strips 4 arranged on the circumference of the hood 2 are designed in the manner described with reference to FIG. 2. Intended course, it is possible to perform the sealing strips 3 and 4 different sealing strips, since only the sealing strips 3 g of a cleaning addition to its sealing function ungs- effectively produce.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Regenerativ-Wärmeaustauscher mit einer wärmetauschenden, mit einer Vielzahl von Strömungskanälen versehenen Speichermasse und stirnseitig je einer Haube, die die Speichermasse mittels radialer Dichtungen in mindestens jeweils einen mit wärmeabgebenden und einen mit wärmeaufnehmen-den Gasen beaufschlagten Teil unterteilt, die durch eine kon-tinuierliche Drehbewegung zwischen Speichermasse und Hauben abwechselnd mit den beiden Gasen beaufschlagt werden, wobei am Umfang zwischen den Hauben und einem die Speichermasse aufnehmenden Gehäuse ebenfalls Dichtungen angeordnet sind. Um die Konstruktion zu vereinfachen, den Raumbedarf verringern sowie den Wirkungsgrad zu verbessern und periodische Stillstandszeiten zur Reinigung insbesondere der Anströmkanten der Speichermassen zu vermeiden, sind die radialen Dichtungen als unmittelbar an der jeweiligen ebenen Stirnfläche der Speichermasse federnd anliegende Dichtleisten ausgebildet. Das federnde Anliegen kann entweder durch spezielle Federelemente oder durch Eigenelastizität der Dichtleisten erreicht werden. Als eigentliche Abdichtelemente können eine Vielzahl von in einem Tragkörper gehaltenen Borsten verwendet werden, die an den Längskanten der Dichtleisten von als Spaltdichtungen ausgebildeten Dichtschenkeln eingefaßt sind.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Regenerativ-Wärmeaustsuscher mit einer wärmetauschenden, mit einer Vielzahl von Strömungskanälen versehenen Speichermasse und stirnseitig je einer Haube, die die Speichermasse mittels radialer Dichtungen in mindestens jeweils einen mit wärmeabcebenden und einen mit wärmeaufnehmen- den Gasen beaufschlagten Teil unterteilt, die durch eine kon- tinuierliche Drehbewegung zwischen Speichermasse und Hauben abwechselnd rit den beiden Gasen beaufschlagt werden, wobei am Umfang zwischen den Hauben und einem die Speichermasse aufnehmenden Gehäuse ebenfalls Dichtungen angeordnet sind.
  • Regenerativ-Wärmeaustauscher der voranstehend beschriebenen Art sind bekannt, wobei die Relativbewegung zwischen Speichermasse und Hauben entweder durch einen Drehantrieb der Speichermasse oder der Hauben erzeugt wird.
  • Bei den bekannten Regenerativ-Wärmeaustauschern ist die Speichermasse mit Hilfe von radialen Trennwänden in einzelne Sektoren unterteilt. Diese radialen Trennwände überragen die jeweilige Stirnfläche der Speichermasse und arbeiten mit ihren Kanten mit den radialen Dichtungen zusammen, welche die Speichermasse in mindestens jeweils einen mit wärmeabgebenden und einen mit wärmeaufnehmenden Gasen beaufschlagten Teil unterteilen. Auch die den Umfang der Speichermasse gegenüber der Hauben abdichtenden Dichtungen liegen in einem gewissen Abstand von der jeweiligen Stirnfläche der Speichermasse; sie arbeiten mit einem Rahmen zusammen, der an einem die Speichermasse aufnehmenden Gehäuse ausgebildet ist.
  • Um die bei einer Relativbewegung zwischen Speichermasse und Haubennotwendige Dichtwirkung der radialen Dichtungen sicherzustellen, haben diese radialen Dichtungen eine Breite, die mindestens der Breite der jeweiligen Sektoren entspricht, so daß zwischen dem Strom des wärmeabgebenden und des wärmeaufnehmen- den Gases jeweils ein Sektor in der Speichermasse verbleibt, der nicht mit Gas beaufschlagt wird.
  • Diese bekannten Ausführungen von Regenerativ-Wärmeaustauschern haben nicht nur den Nachteil einer großen Bauhöhe durch gegenüber der Speichermasse überstehende Trennwände und GehäuseRahmen, sondern erfordern auch eine aufwendige Ausbildung des Tragkörpers und des Gehäuses für die Speichermasse, weil diese Teile für die Abdichtung herangezogen werden müssen. Schließlich besitzen auch die Dichtungen eine aufwendige Konstruktion, so daß die Strömung für beide Gase ungünstig beeinflußt wird. Ein weiterer entscheidender Nachteil besteht darin, daß die wärmetauschenden Heizflächen der Speichermasse von Zeit zu Zeit mit Reinigungsfluid gereinigt werden müssen, weil insbesondere die Anströmkanten der in der Speichermasse ausgebildeten Strömungskanäle verschmutzen oder sogar verstopfen. Wenn es zu derartigen Verstopfungen kommt, können diese normalerweise nicht mehr durch Reinigungsfluid beseitigt werden, so daß es notwendig ist, den Regenerativ-Wärmeaustauscher stillzusetzen und die Anströmkanten mechanisch zu reinigen.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Regenerativ-Wärmeaustauscher der eingangs beschriebenen Art derart weiterzubilden, daß bei gleichzeitiger Konstruktionsvereinfachung und Verringerung des Raumbedarfs eine in gewissen Zeitabständen notwendig werdende mechanische Reinigung der Anströmkanten der Speichermasse entfällt.
  • Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die radialen Dichtungen als unmittelbar an der jeweiligen ebenen Stirnfläche der Speichermasse federnd anliegende Dichtleisten ausgebildet sind.
  • Durch das unmittelbare Anliegen der Dichtleisten an den ebenen Stirnflächen der Speichermasse wird nicht nur die bisherige aufwendige Konstruktion für die Abdichtung vermieden, sondern auch die Bauhöhe des Regenerativ-Wärmeaustauschers um diejenigen Beträge verringert, die sich durch die hervorstehenden radialen Trennwände und die aufwendigen Gehäuserahmen zum Zwecke der Abdichtung ergaben. Die federnd an der Speichermasse anliegenden Dichtleisten sind konstruktiv erheblich einfacher sowie besser austauschbar und ergeben den großen Vorteil, daß sie bei der ständigen Relativbewegung zwischen Speichermasse und Hauben kontinuierlich eine mechanische Reinigung der Anströmkanten der Speichermasse bewirken, so daß die bisher notwendigen Stillstandszeiten für die mechanische Reinigung der Speichermasse entfallen. Durch das unmittelbare Zusammenwirken der Dichtleisten mit der jeweils ebenen Stirnfläche der Speichermasse wird sowohl eine bessere Abdichtwirkung erzielt als auch eine negative Beeinflussung der Strömung beider Gase vermieden. Die mit der Erfindung erzielte Konstruktionsvereinfachung hat somit nicht nur Vorteile bei der Herstellung und Wartung des Regenerativ-Wärmeaustauschers zur Folge, sondern auch eine Verbesserung des Wirkungsgrades und des Betriebsverhaltens.
  • Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung können die Dichtleisten mit einem im Verhältnis zum Material der Speichermasse weicheren Abdichtelement versehen sein, das durch Federkraft an die Speichermasse angedrückt wird. Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind die Dichtleisten mit einem eigenelastischen, unmittelbar an der Speichermasse anliegenden Abdichtelement versehen. Das federnde Andrücken der erfindungsgemäßen Dichtleisten an die ebenen Stirnflächen der Speichermasse kann somit sowohl durch die Ausnutzung elastischer Materialeigenschaften als auch durch die Verwendung von Federn erzielt werden, wobei neben eigentlichen Federelementen auch Luft- oder Gasfedern eingesetzt werden können.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das eigentliche Abdichtelement durch eine Vielzahl von in einem Tragkörper gehaltenen Borsten gebildet, die an den Längskanten der Dichtleisten von als Spaltdichtungen ausgebildeten Dichtschenkeln eingefaßt sind. Diese erfindungsgemäße Ausführung ergibt eine hochelastische Konstruktion für die Abdichtung und Reinigung, die sich darüber hinaus an Unebenheiten der Stirnflächen der Speichermasse anpaßt, ohne die Speichermasse zu beschädigen. Wenn gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Dichtschenkel aus einem im Verhältnis zum Material der Speichermasse weicheren Material bestehen, können diese verhältnismäßig dicht an die Stirnfläche der Speichermasse herangeführt werden, so daß sich eine erhebliche Verbesserung der bisherigen metallischen Abdichtung ergibt, wobei gleichzeitig jeglicher Verschleiß der übrigen Anlageteile vermieden wird. Die im Tragkörper gehaltenen Borsten und gegebenenfalls die Dichtschenkel können auf einfache Weise ausgewechselt werden und stellen eine vernachlässigbar kleine Behinderung der Strömung für die beiden wärmeaustauschenden Gase dar.
  • Die erfindungsgemäße Ausbildung kann insbesondere an Regenerativ-Wärmeaustauschern zur Aufheizung der Reingase hinter Entschwefelungsanlagen sowie zur Luftvorwärmung sowie generell bei Regenerativ-Wärmeaustauschern mit stark verschmutzenden Anströmkanten der Speichermasse verwendet werden.
  • Auf der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel eines Regenera- tiv-Wärmeaustauschers gemäß der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:
    • Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Speichermasse und einer Haube eines im übrigen nicht darge-stellen Regenerativ-Wärmeaustauschers,
    • Fig. 2 einen Teilschnitt durch eine radiale Dichtung der Haube gemäß der Schnittlinie 11-11 in Fig. 1 und
    • Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung einer alternativen Ausführungsform der Dichtleiste.
  • Bei dem als Ausführungsbeispiel schematisch dargestellten Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Fig. 1 steht die mit einer Vielzahl von Strömungskanälen versehene Speichermasse 1 still, wogegen die der besseren Erkennbarkeit wegen im Abstand von der ebenen Stirnfläche der Speichermasse 1 gezeichnete Haube 2 drehend angetrieben ist. Selbstverständlich ist es auch möglich, die Haube 2 stillzusetzen und die Speichermasse 1 drehend anzutreiben.
  • Um eine Abdichtung zwischen Speichermasse 1 und Haube 2 zu erzielen und während der relativen Drehbewegung die Speichermasse 1 ständig in mindestens jeweils einen mit wärmeabgebenden und einen mit wärmeaufnehmenden Gasen beaufschlagten Teil zu unterteilen, ist die Haube 2 mit radial verlaufenden Dichtleisten 3 versehen. Beim Ausführungsbeispiel sind vier jeweils über die Länge des Radius verlaufende Dichtleisten 3 vorgesehen, die in der Art eines Kreuzes angeordnet sind und jeweils zwei einander bezüglich des Drehmittelpunktes gegenüberliegende Kanäle einerseits für das wärmeabgebende und andererseits für das wärmeaufnehmende Gas bilden. Die jeweils zwischen zwei radial verlaufenden Dichtleisten 3 am Umfang der Haube 2 vorhandenen Kreisbogen sind ebenfalls mit Dichtleisten 4 versehen, die beim Ausführungsbeispiel aus einzelnen Stücken zusammengesetzt sind.
  • Wie aus dem Teilschnitt gemäß Fig. 2 hervorgeht, liegen die radial verlaufenden Dichtleisten 3 unmittelbar an der jeweiligen ebenen Stirnfläche der Speichermasse 1 federnd an. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 besitzen die Dichtleisten 3 ein eigenelastisches Abdichtelement, das durch eine Vielzahl von in einem Tragkörper 5 gehaltenen Borsten 6 gebildet ist. Diese Borsten sind an den Längskanten der Dichtleisten 3 von als Spaltdichtungen ausgebildeten Dichtschenkeln 7 eingefaßt. Diese Dichtschenkel 7 bestehend vorzugsweise aus einem im Verhältnis zum Material der Speichermasse 1 weicheren Material., so daß ihre der Speichermasse 1 zugewandten Kanten verhältnismäßig nahe an die Speichermasse 1 herangeführt werden können. Hierdurch wird bereits durch die Dichtschenkel 7 eine gute Abdichtwirkung erzielt, die durch die Borsten 6 unterstützt wird. Diese Borsten 6 sorgen beim Umlauf der Haube 2 relativ zur Speichermasse 1 schließlich dafür, daß die Anströmkanten der Speichermasse 1 ständig mechanisch sauber gehalten werden.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 sind die Dichtschenkel 7 an einem Tragprofil 8 gemeinsam mit dem Tragkörper 5 und den Borsten 6 angeordnet. Dieses Tragprofil 8 ist an einem Abschlußprofil 9 angeordnet, das wiederum an einem aus zwei U-Profilen gebildeten Kammerprofil 10 der Haube 2 befestigt ist.
  • Bei der alternativen Ausführungsform nach Fig. 3 ist das eigentliche Abdichtelement 11 der Dichtleiste 3 aus einem im Verhältnis zum Material der Speichermasse 1 reicheren Material hergestellt, das keine Eigenelastizität besitzt. Die federnde Andrückwirkung wird bei dieser Ausführungsform durch Federn 12 erzielt, die zwischen dem Tragprofil 8 und dem Abdichtelement 11 angeordnet sind.
  • Wie die Fig. 1 erkennen läßt, sind beim Ausführungsbeispiel auch die am Umfang der Haube 2 angeordneten Dichtleisten 4 in der mit Bezug auf Fig. 2 beschriebenen Art ausgebildet. Selbstverständlich ist es möglich, die Dichtleisten 3 und Dichtleisten 4 unterschiedlich auszuführen, da ausschließlich die Dichtleisten 3 neben ihrer Dichtfunktion eine Reinigungs- wirkung erzeugen sollen.

Claims (5)

1. Regenerativ-Wärmeaustauscher mit einer wärmetauschenden, mit einer Vielzahl von Strömungskanälen versehen Speichermasse und stirnseitig je einer Haube, die die Speichermasse mittels radialer Dichtungen in mindestens jeweils einen mit wärmeabgebenden und einen mit wärmeaufnehmenden Gasen beaufschlagten Teil unterteilt, die durch eine kontinuierliche Drehbewegung zwischen Speichermasse und Hauben abwechselnd mit den beiden Gasen beaufschlagt werden, wobei am Umfang zwischen den Hauben und einem die Speichermasse aufnehmenden Gehäuse ebenfalls Dichtungen angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die radialen Dichtungen als unmittelbar an der jeweiligen ebenen Stirnfläche der Speichermasse (1) federnd anliegende Dichtleisten (3) ausgebildet sind.
2. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch ge-kennzeichnet, daß die Dichtleisten (3) mit einem im Verhältnis zum Material der Speichermasse (1) weicheren Abdichtelement (11) versehen sind, das durch Federkraft an die Speichermasse (1) angedrückt wird.
3. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtleisten (3) mit einem eigenelastischen, unmittelbar an der Speichermasse anliegenden Abdichtelement (6) versehen sind.
4. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das eigentliche Abdichtelement durch eine Vielzahl von in einem Tragkörper (5) gehaltenen Borsten (6) gebildet ist, die an den Längskanten der die Dichtleisten (3) von als Spaltdichtungen ausgebildeten Dichtschenkeln (7) eingefaßt sind.
5. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtschenkel (7) aus einem im Verhältnis zum Material der Speichermasse (1) weicheren Material bestehen.
EP85106063A 1984-06-29 1985-05-17 Regenerativ-Wärmeaustauscher Expired EP0167757B1 (de)

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