EP2023070A1 - Regenerative heat exchanger and radial seal for use for such and method for separating gaseous media in a regenerative heat exchanger - Google Patents
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- EP2023070A1 EP2023070A1 EP07014528A EP07014528A EP2023070A1 EP 2023070 A1 EP2023070 A1 EP 2023070A1 EP 07014528 A EP07014528 A EP 07014528A EP 07014528 A EP07014528 A EP 07014528A EP 2023070 A1 EP2023070 A1 EP 2023070A1
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Classifications
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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
Definitions
- the invention relates to a regenerative heat exchanger according to the preamble of claim 1 and a radial seal for use in a regenerative heat exchanger according to the preamble of claim 8. Furthermore, the invention relates to a method for separating gaseous media in a regenerative heat exchanger according to the preamble of Claim 11.
- a normally cylindrical heat storage body which is designed for the flow of gaseous media.
- These heat storage bodies are divided into sectors by radially extending walls, hereinafter called sector walls.
- the sector walls extend substantially continuously from the longitudinal axis of the heat storage body to the heat storage edge and are aligned parallel to the longitudinal axis or lie in a plane therewith.
- the sector walls are formed continuously from one heat storage end face to the other.
- the sector walls are usually evenly distributed in the heat storage body, so that result in sectors of the same shape and the same volume.
- the heat storage body partially have diameters of 20 m and more, the sectors are subdivided for construction reasons by the introduction of additional walls in several, permeable by gaseous media heat storage chambers, often a plurality of heat storage chambers within a sector in heat storage body radial direction are arranged one behind the other.
- recuperative or regenerative heat exchanger systems are available for the exchange of heat between gaseous media.
- the flow of the heat-emitting medium is applied directly to one or more streams of heat-absorbing media and the heat is transferred directly through a partition wall.
- regenerators is transfer the heat by means of a heat-storing intermediate medium.
- heat-storing intermediate media are arranged in regenerative heat exchangers in the heat storage chambers of the heat storage body. These are often layered sheet steel layers, which can be enamelled if necessary. These are often designed as basket systems, which can then be used as a whole in a heat storage chamber and fill them. Alternatively, some ceramic bodies or heating surfaces made of plastic are used as heat-storing intermediate media.
- the heat storage body is either fixed or rotatable about its longitudinal axis, wherein in the former case of a "stator" and in the latter case of a "rotor” speaks.
- the rotor housing including the gas duct connections attached thereto, is fixed, so that the rotor rotates through the different gas flows.
- so-called rotary hoods are arranged. In both variants, therefore, the various areas of the heat storage body alternately flows through all the existing gas flows.
- the heat-emitting gaseous medium flows through the heat storage body from one end face to the other and thereby heats the heating elements arranged therein in the individual heat storage chambers, which store this heat. Further, one or more heat-receiving gaseous media flow through the heat storage body, also from one end face to the other.
- the heated heating elements are flowed through by the cold gas streams and thus heat them.
- a hot, heat-emitting exhaust gas flow and a cold, heat-absorbing air flow are often passed through the heat storage body. This is the process of air preheating (Luvos). Subsequently, the heated air is supplied to a furnace and accordingly referred to as combustion air or combustion air.
- combustion air or combustion air The increased heat of combustion air by the heat exchanger substituted parts of the energy contained in the fuel, whereby the amount of fuel required for the firing is reduced. Consequently, the amount of CO 2 released during firing is also reduced.
- heat exchangers can also be used for gas preheating (Gavos).
- heat exchangers which are designed as so-called DeSOx systems, for example, a hot raw gas is cooled with a high SOx content and heated a clean gas with low SOx content.
- DeNOx plants in turn, a hot clean gas with a low NOx content is cooled and a crude gas is heated with a high NOx content.
- the heat-emitting gas stream and the one or more heat-absorbing gas streams according to the countercurrent principle are conducted opposite one another through the heat storage body.
- the heat-absorbing gas is led out of the heat storage body.
- the hot side of the heat exchanger On the opposite side, the cooled, heat-emitting gas is blown out and the still cool heat-absorbing gas is blown. Accordingly, this is the so-called cold side.
- a regenerative heat exchanger which is designed, for example, for air preheating, it therefore has a gas inlet and an air outlet on its hot side and a gas outlet and an air inlet on its cold side.
- the exhaust gas thus flows through an exhaust gas region which extends from the hot to the cold side of the heat exchanger, while the combustion air flows through a combustion air region which extends from the cold to the hot side.
- the division of the heat storage body into heat storage chambers is provided to prevent the various gas streams from mixing with each other. Through the various chambers, separated from each other, simultaneously heat-emitting gas or heat-absorbing gas out. In order to ensure a flow through or around the heat storage intermediate chambers located in the heat storage chambers, the heat storage chambers are open at the end faces of the heat storage body.
- a radial seal is often formed as a bar or bar and extends orthogonal to the axis of rotation or longitudinal axis of the heat storage body extending over the diameter of the heat storage body. In this case, it is usually flat and runs through the heat storage body center. It is often made of metal or other materials such as e.g. Made of plastic and may be formed in one piece or in several pieces.
- the radial seal may be designed to be adjustable in the direction of the heat storage body longitudinal axis, that is to say away from the heat storage body or towards the heat storage body. Frequently, the radial seals are performed in this way to compensate for heat-induced deformation of the heat storage body can.
- the sealing gap between the radial seal and the heat storage body front side are kept as low as possible in order to reduce leakage between the different gas streams. The maintenance of a minimum sealing gap is necessary to ensure the rotatability of heat storage body and radial seal relative to each other.
- the radial seal consists of two or more seal arms, with a seal arm extending substantially from the axis of rotation to the outer edge of the heat storage body.
- the number of seal arms usually depends on the number of different gas streams present. Flow, for example, in a heat exchanger that uses a rotor as a heat storage body, two gas streams through the rotor, two sealing arms are provided both on the cold and on the hot side, with three gas streams three sealing arms, etc.
- the radial seal relative is arranged stationary to the rotational movement of the rotor, the openings of the heat storage chambers rotate under the radial seal therethrough. In one complete revolution of the rotor, each point of the end faces of the rotor is once below or above each seal arm.
- the radial seals have been formed in known regenerative heat exchangers so that in each rotational position, that is, any position of the heat storage body and radial seal to each other, a sector wall below and above a sealing arm.
- the various gas areas for example, the combustion air area and the exhaust gas area, always separated by a radially extending from the axis of rotation to the heat storage body edge sector wall.
- the continuous closing and opening of the heat storage chambers creates permanent, mechanical vibrations. These are caused by the different pressure conditions that occur when opening and closing the heat storage chambers and have a pulsating effect on the radial seals. This process is also referred to as "pumping" the seals.
- the intensity of this pumping and thus also the intensity of the action on the radial seal depends on the pressure differences between the different gas flows and on the area of the seals. As this process is repeated continuously, the mean sealing gap height increases. In addition, the wear of the radial seals and the end faces of the heat storage body is considerably increased. These factors result in an increase in leakage.
- the invention is therefore based on the object to provide a regenerative heat exchanger, a radial seal for use in a regenerative heat exchanger and a method for separating gaseous media in a regenerative heat exchanger, by the pumping of the seals and thus the leakage between the various Gas areas and the wear on the radial seals and at the end faces of the heat storage body can be reduced.
- the regenerative heat exchanger thus has a cylindrical heat storage body, which is divided by a plurality of radial sector walls into sectors, wherein in each sector at least two radially arranged in succession heat storage chambers are provided.
- the heat storage chambers are designed to flow through the gaseous media and accordingly have openings in the region of the end faces of the heat storage body.
- at least one radial seal is provided on an end face of the heat storage body, preferably on both end faces, which is designed as a covering surface for the heat storage chamber openings.
- the radial seal is designed so that it covers each heat storage chamber opening alternately completely upon rotation of the rotor or the rotary hoods.
- the openings of the heat storage chambers are constantly closed and reopened during operation, each opening is covered at least once from each radial seal at a complete rotor circulation or rotary hood circulation.
- the heat chambers continuous from one end face to the other formed, it is expedient to form and arrange the radial seals on the two end faces so that both openings of a chamber are closed and opened substantially simultaneously and thus this chamber is completed when appropriate rotational position.
- This is advantageously achieved in that the arranged on the two end faces, opposite radial seals are formed substantially uniform and congruent.
- the radial seal is now designed such that it covers the opening of at least one of these heat storage chambers of the radially successively arranged heat storage chambers of a sector in each rotational position, that is, in any position of heat storage body and radial seal to each other at most partially.
- the basic idea of the invention is thus to arrange the opening surfaces of the heat storage chambers arranged one behind the other within a sector and the covering surface of the radial direction relative to one another such that never all radially consecutively arranged heat storage chambers of a sector at the same time and thus at no rotational angle position of the rotor or the rotary hood are covered by the radial seal.
- this relative arrangement can be achieved both by a corresponding design of the radial seal and by a corresponding design of the heat storage chamber geometries.
- the geometries of the sector walls and the heat storage chambers are maintained and the fit becomes volatogenic in the radial seal.
- all geometries that produce the effect described above can be used for the radial seal.
- the cover of this at least one chamber is thus separated in the invention temporally from the cover of the other chambers arranged one behind the other, while in certain rotor or rotary hood positions in the known from the prior art regenerative heat exchangers, all of these chambers are covered at the same time ,
- This "temporal pulling apart" of the covering operations the vibrations that are caused due to the different pressure conditions when opening and closing the heat storage chambers, significantly reduced.
- the interaction of the vibrations is reduced to the radial seals.
- a “pumping" of the seals is prevented or significantly reduced. This results in less wear and thus lower leakage and longer service life of the radial seals.
- the efficiency of the entire power plant concerned is improved.
- the radial seal is designed such that it completely covers at most one heat storage chamber of the heat storage chambers arranged one behind the other of a sector at any given time, that is, at each rotational angle position of the rotor or the rotary hoods.
- each radial seal comprises at least two sealing names.
- at least two sealing arms of the radial seal which extend substantially from the longitudinal axis radially outwardly to the heat storage body edge, at least one sealing arm is formed asymmetrically.
- the geometry of the at least one sealing arm is shaped such that the surface of the sealing arm is not symmetrical in a plan view. This excludes both axis symmetry and point symmetry. It can therefore find no axis or no point around which the Dichtarm Structure can be mirrored.
- Such a design can be achieved particularly well a time-delayed coverage of the individual heat storage chambers.
- the individual sealing arms of the radial seal are subdivided into sealing arm segments.
- the individual segments are arranged one behind the other in the radial direction and close directly to each other, so that they assemble into a seal arm.
- the two outer edges of a segment are each formed substantially linear.
- the outer edges of adjacent Dichtungsarmsegmente offset from each other and alternatively or additionally angled with respect to their adjacent outer edges.
- the outer edges are considered on the same seal arm side.
- the heat storage bodies are formed so that they have a plurality of coaxial annular walls. These annular walls are often cylindrical and have the heat storage body longitudinal axis as a common axis. Thus, the annular walls cut through the individual sectors and divide them into subsectors in the radial direction. These subsectors may correspond to the dimensions of a heat storage chamber. However, it is also possible in principle to subdivide the subsectors further into several heat storage chambers. When a heat storage body is subdivided by such annular walls into subsectors, it is preferred that the individual seal arm segments of the seal arms be configured to extend radially across substantially one subsector or a plurality of adjacent subsectors.
- seal arm segment Corresponds to a subsector of a heat storage chamber, it is appropriate that over this subsector extending seal arm segment is formed to cover the chamber. It is thereby achieved that the edge offset between two sealing arm segments, or the point of intersection between two mutually angled outer edges of two adjacent sealing elements, is arranged substantially over a region against which two heat storage chambers or two subsectors abut one another.
- the formation of the individual sealing arm segments can be better adapted to individual sub-sectors, so that the covering order of the individual sub-sectors or heat-storing chambers can be optimized during operation, whereby the oscillation volume is further reduced overall.
- At least one seal arm is divided into three seal arm segments, wherein the inner segment closest to the axis of rotation is cone-shaped.
- the cone-shaped inner segment is aligned so that it widens substantially in the radial direction.
- the adjoining middle segment tapers in the radial direction and preferably at least one edge of the middle segment is opposite to the one adjacent edge of the inner segment staggered in heat storage body circumferential direction. Due to the tapering of the middle segment in the radial direction, the edges of the middle segment are angled with respect to the inner cone-shaped outwardly widening segment.
- the cross-sectional area of the outer segment widens again in the radial direction and its edges are thus arranged angled relative to those of the middle segment.
- the radial seal is formed so that the inflow and outflow surfaces are substantially equal for the respective gaseous media.
- the inflow and outflow surfaces of the various gaseous media may further vary in size and may be adapted to the specific requirements of each such, e.g. maximum permissible pressure losses, to be adjusted.
- the existing of at least two sealing arms radial seal thus has at least one sealing arm, which is formed asymmetrically. Such a design reduces the amount of pumping acting on the seals.
- the method thus consists in that in an already described heat storage body of a regenerative heat exchanger with sectors and radially arranged behind one another, throughflowable heat storage chambers, for the separation of the different gas streams, the openings the different heat storage chambers are alternately completely covered in the heat exchanger operation. That is, the heat storage chambers are permanently closed and reopened. As a result, a separation between the individual gas streams is achieved.
- the heat storage chambers are covered in such a way that in the case of heat storage chambers arranged radially behind one another within a sector in each operating state of the heat exchanger at least one heat storage chamber is at most partially covered.
- the opening of at most one of these heat storage chambers is completely covered in each operating state.
- Fig. 1 shows a plan view of a rotor 10 of a regenerative heat exchanger.
- a shaft 11 around which the rotor 10 rotates.
- the rotation of the rotor 10 by means of a motor drive (not shown here).
- the rotor 10 has in its interior circumferentially arranged sector walls 12, each extending radially from the shaft 11 to the outer edge 13 of the rotor 10.
- the sector walls 12 are rectilinear and extend from one end face of the rotor 10 to the other. All sector walls 12 have a common point of intersection in the center 14 of the rotor 10.
- the sector walls 12 are distributed uniformly and circumferentially in the rotor 10, so that each two adjacent sector walls 12 form equal sectors 15. Overall, the rotor 10 is divided into twenty equal sectors 15. A sector 15 is thus limited on its two sides by a respective sector wall 12, on its inner side by the shaft 11 and on its outer side by the edge 13 of the rotor 10, which is designed as a cylindrical outer jacket.
- annular walls 16 are disposed within the rotor, which are each formed circumferentially and in itself closed.
- the annular walls 16 are arranged coaxially with each other, wherein the common axis is the axis of rotation passing through the center 14.
- the annular walls 16 are approximately cylindrical, wherein the portion of an annular wall 16 between two sector walls 12 is formed in each case rectilinear and is slightly angled relative to the adjacent annular wall portions.
- the annular walls 16 extend through the entire rotor 10 from one end face to the other.
- Each of the four outer subsectors 17 of each sector 15 is subdivided by a radially extending partition 18 into two heat storage chambers 19, with the four outer subsectors 17 extending through the approximately central ones Between each wall 18 each sub-sector 17 two approximately equal heat storage chambers 19 result.
- the use of partitions 18 is not mandatory and takes place in the present example, for design reasons.
- the inner two subsectors 17 are not further subdivided, so that these two subsectors 17 each form a heat storage chamber 19.
- the number of heat storage chambers per sector can be varied and usually results as a function of the size of the particular heat storage body present.
- the heat storage chambers 19 in the present embodiment are filled with heating elements (not shown here), such as steel sheets.
- a radial seal 20 is arranged, which extends in the radial direction of the rotor from one side to the other.
- the radial seal 20 is enclosed in a likewise arranged on the rotor end, the course of the edge 13 of the rotor 10 following circumferential seal 21.
- the radial seal 20 consists of an upper seal arm 201 and a lower seal arm 202, in the horizontal, through the center 14th of the rotor 10 extending center line 23 abut.
- the radial seal 20, consisting of the two sealing arms 201 and 202 divides the rotor 10 into two gas areas, one to the right of the radial seal 20 and one to the left thereof.
- the radial seal 20 and the circumferentially enclosing circumferential seal 21 are arranged stationary relative to the rotational movements of the rotor 10, so that the rotor 10 rotates below the radial seal 20.
- the upper seal arm 201 is formed in accordance with the prior art known radial seals while the lower seal arm 202 is formed in accordance with the present invention.
- Sealing arm 201 is shown here in accordance with embodiments known from the prior art in order to be able to illustrate the differences between the radial seal according to the invention and the prior art more clearly.
- a regenerative heat exchanger according to the invention therefore of course all sealing arms are formed according to the seal arm 202.
- Both sealing arms 201, 202 each have an inner, semi-annular part 2011, 2021 which abut each other and thus form a complete ring with a circular base. In the middle of the ring, a recess for the shaft 11 is provided.
- the semi-ring 2011 of the sealing arm 201 is adjoined by a sealing web 2012 which extends linearly and radially outwards and which extends from the half-ring 2011 to the rotor rim 13.
- the sealing bar 2012 has a constant width over its entire course.
- the seal arm 201 is formed symmetrically, wherein the center line 14 extending vertically through the center 14 of the rotor 10 at the same time also forms its mirror axis.
- the sealing arms are designed so that they do not cover all in the rotor radial direction one behind the other heat storage chambers 19 of a sector 15 at a given time. Whether, as in the exemplary embodiment shown here, in addition to the arrangement of the heat storage chambers 19 arranged one behind the other in the rotor radial direction, some heat storage chambers 19 within a sector 15 are also partially arranged next to each other, is irrelevant in this context.
- an inner arm segment 2022 adjoins the half-ring 2021. This is cone-shaped, wherein the narrow side rests against the half-ring 2021, so that the inner segment 2022 widens in the radial direction. In the radial direction, the seal arm segment 2022 extends to the second annular wall 16, seen from the inside outwards.
- the inner seal arm segment 2022 is formed, the part of the first sub-sector 17 and the second sub-sector, seen from the inside out, not covered by the half-ring 2021 Cover 17 of each ring sector 15 with appropriate rotor position.
- the inner seal arm segment 2022 is followed in the radial direction by a middle seal arm segment 2023.
- the right outer edge of the middle seal segment 2023 is slightly offset from the right outer edge of the inner seal arm segment 2022.
- the middle seal arm segment 2023 is adjoined by an outer and last seal arm segment 2024 which extends to the edge of the rotor 13.
- the outer edges are linear. They connect directly to the outer edges of the middle seal arm 2023 and are each angled towards the left.
- the cross-sectional area of the outer sealing arm 2024 expands slightly, so that its greatest width is in the area of the rotor rim 13.
- the outer seal arm segment 2024 thus extends from the third annular wall 16 to the rotor rim 13 and thus extends approximately over three subsectors 17 in the radial direction.
- the seal arm 202 is asymmetrical.
- the geometric design of the sealing arm 202 has the effect that, in each position of the rotor 10, at least one of the heat storage chambers 19 of a sector 15 arranged one behind the other is not or only partially covered by the sealing arm 202.
- the two outer of the below the seal arm 202 located successively arranged heat storage chambers 19 are only partially covered.
- the other four heat storage chambers 19, which are also below the arm 202 are completely covered.
- the rotor 10 would rotate in a clockwise direction, first the middle two of the covered heat storage chambers 19 would be opened before the two outer, partially covered heat storage chambers 19 would be completely covered. Nevertheless, each heat storage chamber 19 is once completely covered by the seal arm 202 at each rotor revolution, so that a separation of the two gas regions from each other is always ensured.
- Fig. 2 the rotor is off Fig. 1 shown in a perspective side view. All walls, that is, the sector walls 12, the annular walls 16 and the intermediate walls 18, extend through the entire rotor 10 in the axial direction from one end face to the other.
- Fig. 3 shows a plan view of a section of a heat storage body 10 of a regenerative heat exchanger.
- the heat storage body 10 shown here is in contrast to the heat storage body of the Fig. 1 and 2 designed as a stator, ie it is stationary and thus fixed.
- the structure of the stator 10, that is, the division into sectors, sub-sectors and heat storage chambers, is substantially equal to the structure of the rotor of the Fig. 1 and 2 .
- two inventively designed radial sealing arms 202 are provided, which are respectively disposed above and below the stator 10 and adjacent thereto.
- the seal arms 202 also have as the seal arm according to the invention from the Fig.
- the sealing arms 202 are mounted on the underside of the outer edge of a rotary hood (not shown here) and rotate together with this around the center 14. At each end face of the stator 10, at least one rotary hood is arranged.
- the central axes 2025 of the two sealing arms 202 intersect at the center 14 of the stator 10 at an angle of approximately 90 °. The area enclosed by this angle is covered by the rotary hood.
- sealing arms 202 are respectively arranged on the outer edges of the rotary hood, the regions lying outside the rotary hood are sealed off from the area enclosed by the rotary hood.
- the alignment of the sealing arms 202 at an angle of 90 ° to each other is preferred for the embodiments with a stator as the heat storage body 10, since this configuration corresponds to the dimensions of the rotary hoods commonly used.
- two rotary hoods are arranged axially symmetrical to each other in known embodiments on each end face, so that in these embodiments a total of four sealing arms 202 according to the invention are to be arranged on each end face.
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Regenerativ-Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Radialdichtung zur Verwendung in einem Regenerativ-Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Trennen von gasförmigen Medien in einem Regenerativ-Wärmetauscher gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 11.The invention relates to a regenerative heat exchanger according to the preamble of claim 1 and a radial seal for use in a regenerative heat exchanger according to the preamble of claim 8. Furthermore, the invention relates to a method for separating gaseous media in a regenerative heat exchanger according to the preamble of Claim 11.
Bei bekannten Wärmetauschern dieser Art ist ein normalerweise zylindrischer Wärmespeicherkörper vorgesehen, der zur Durchströmung von gasförmigen Medien ausgebildet ist. Diese Wärmespeicherkörper werden durch radial verlaufende Wände, im Folgenden Sektorwände genannt, in Sektoren unterteilt. Die Sektorwände verlaufen im Wesentlichen durchgehend von der Längsachse des Wärmespeicherkörpers bis zum Wärmespeicherrand und sind parallel zur Längsachse ausgerichtet oder liegen in einer Ebene damit. Ebenfalls sind die Sektorwände von einer Wärmespeicherstirnseite zur anderen durchgehend ausgebildet. Aus Konstruktions- und Kostengründen sind die Sektorwände gewöhnlich gleichmäßig im Wärmespeicherkörper verteilt, so dass sich Sektoren von gleicher Form und gleichen Volumens ergeben. Da die Wärmespeicherkörper zum Teil Durchmesser von 20 m und mehr aufweisen, werden die Sektoren aus Konstruktionsgründen durch die Einbringung weiterer Wände in mehrere, von gasförmigen Medien durchströmbare Wärmespeicherkammern unterteilt, wobei häufig mehrere Wärmespeicherkammern innerhalb eines Sektors in Wärmespeicherkörperradialrichtung hintereinander angeordnet sind.In known heat exchangers of this type, a normally cylindrical heat storage body is provided, which is designed for the flow of gaseous media. These heat storage bodies are divided into sectors by radially extending walls, hereinafter called sector walls. The sector walls extend substantially continuously from the longitudinal axis of the heat storage body to the heat storage edge and are aligned parallel to the longitudinal axis or lie in a plane therewith. Also, the sector walls are formed continuously from one heat storage end face to the other. For design and cost reasons, the sector walls are usually evenly distributed in the heat storage body, so that result in sectors of the same shape and the same volume. Since the heat storage body partially have diameters of 20 m and more, the sectors are subdivided for construction reasons by the introduction of additional walls in several, permeable by gaseous media heat storage chambers, often a plurality of heat storage chambers within a sector in heat storage body radial direction are arranged one behind the other.
Crundsätzlich stehen zum Wärmetausch zwischen gasförmigen Medien rekuperative oder regenerative Wärmetauschersysteme zur Verfügung. Bei den rekuperativen Wärmetauschern wird der Strom des wärmeabgebenden Mediums direkt an einen oder mehrere Ströme wärmeaufnehmender Medien angelegt und die Wärme wird unmittelbar durch eine Trennwand übertragen. Bei Regeneratoren wird die Wärme mit Hilfe eines wärmespeichernden Zwischenmediums übertragen. Solche wärmespeichernden Zwischenmedien sind bei Regenerativ-Wärmetauschern in den Wärmespeicherkammern des Wärmespeicherkörpers angeordnet. Hierbei handelt es sich häufig um geschichtete Stahlblechlagen, die bei Bedarf emailliert sein können. Diese sind häufig als Korbsysteme ausgebildet, die dann als Ganzes in eine Wärmespeicherkammer eingesetzt werden können und diese ausfüllen. Alternativ werden als wärmespeichernde Zwischenmedien teilweise auch Keramikkörper oder Heizflächen aus Kunststoff verwendet.In principle, recuperative or regenerative heat exchanger systems are available for the exchange of heat between gaseous media. In the recuperative heat exchangers, the flow of the heat-emitting medium is applied directly to one or more streams of heat-absorbing media and the heat is transferred directly through a partition wall. When regenerators is transfer the heat by means of a heat-storing intermediate medium. Such heat-storing intermediate media are arranged in regenerative heat exchangers in the heat storage chambers of the heat storage body. These are often layered sheet steel layers, which can be enamelled if necessary. These are often designed as basket systems, which can then be used as a whole in a heat storage chamber and fill them. Alternatively, some ceramic bodies or heating surfaces made of plastic are used as heat-storing intermediate media.
Bei den bekannten Wärmetauschern ist der Wärmespeicherkörper entweder feststehend oder um seine Längsachse drehbar ausgebildet, wobei man im ersteren Fall von einem "Stator" und im letztern Fall von einem "Rotor" spricht. Bei einem Wärmetauscher mit einem Rotor ist das Rotorgehäuse, inklusive der daran befestigten Gaskanalanschlüsse, feststehend ausgebildet, so dass sich der Rotor durch die verschieden Gasströme hindurchdreht. Dagegen sind bei einem Wärmetauscher mit Stator an beiden Statorstirnseiten rotierende Gaskanalanschlüsse, sogenannte Drehhauben, angeordnet. Bei beiden Varianten werden also die verschiedenen Bereiche des Wärmespeicherkörpers wechselweise von sämtlichen vorhandenen Gasströmen durchströmt.In the known heat exchangers, the heat storage body is either fixed or rotatable about its longitudinal axis, wherein in the former case of a "stator" and in the latter case of a "rotor" speaks. In a heat exchanger having a rotor, the rotor housing, including the gas duct connections attached thereto, is fixed, so that the rotor rotates through the different gas flows. In contrast, in a heat exchanger with a stator on both sides of the stator rotating gas duct connections, so-called rotary hoods are arranged. In both variants, therefore, the various areas of the heat storage body alternately flows through all the existing gas flows.
Das wärmeabgebende gasförmige Medium durchströmt den Wärmespeicherkörper von einer Stirnseite zur anderen und erwärmt dadurch die darin in den einzelnen Wärmespeicherkammern angeordneten Heizelemente, die diese Wärme speichern. Ferner strömen ein oder mehrere wärmeaufnehmende gasförmige Medien durch den Wärmespeicherkörper, ebenfalls von einer Stirnseite zur anderen. Durch die Drehung des Rotors bzw. die der Drehhauben, werden die aufgewärmten Heizelemente von den kalten Gasströmen durchströmt und erwärmen diese somit.The heat-emitting gaseous medium flows through the heat storage body from one end face to the other and thereby heats the heating elements arranged therein in the individual heat storage chambers, which store this heat. Further, one or more heat-receiving gaseous media flow through the heat storage body, also from one end face to the other. By the rotation of the rotor or the rotary hoods, the heated heating elements are flowed through by the cold gas streams and thus heat them.
Im Kraftwerksbereich werden beispielsweise häufig ein heißer, wärmeabgebender Abgasstrom und ein kalter, wärmeaufnehmender Luftstrom durch den Wärmespeicherkörper geleitet. Hierbei handelt es sich um den Prozess der Luftvorwärmung (Luvos). Anschließend wird die erwärmte Luft einer Feuerung zugeführt und dementsprechend auch als Brennluft oder Verbrennungsluft bezeichnet. Die durch den Wärmetauscher erhöhte Brennluftwärme substituiert Teile der im Brennstoff enthaltenen Energie, wodurch die für die Feuerung benötige Brennstoffmenge reduziert wird. Folglich wird auch die bei der Feuerung freigesetzte CO2-Menge reduziert.In the power plant area, for example, a hot, heat-emitting exhaust gas flow and a cold, heat-absorbing air flow are often passed through the heat storage body. This is the process of air preheating (Luvos). Subsequently, the heated air is supplied to a furnace and accordingly referred to as combustion air or combustion air. The increased heat of combustion air by the heat exchanger substituted parts of the energy contained in the fuel, whereby the amount of fuel required for the firing is reduced. Consequently, the amount of CO 2 released during firing is also reduced.
Ferner können die beschriebenen Wärmetauscher auch zur Gasvorwärmung (Gavos) eingesetzt werden. Bei Wärmetauschern die als sogenannten DeSOx- Anlagen ausgeführt sind, wird beispielsweise ein heißes Rohgas mit hohem SOx-Gehalt abgekühlt und ein Reingas mit niedrigem SOx-Gehalt erwärmt. Bei sogenannten DeNOx-Anlagen wird wiederum ein heißes Reingas mit niedrigem NOx-Gehalt abgekühlt und ein Rohgas mit hohem NOx-Gehalt erhitzt.Furthermore, the described heat exchangers can also be used for gas preheating (Gavos). In heat exchangers which are designed as so-called DeSOx systems, for example, a hot raw gas is cooled with a high SOx content and heated a clean gas with low SOx content. In so-called DeNOx plants, in turn, a hot clean gas with a low NOx content is cooled and a crude gas is heated with a high NOx content.
Üblicherweise werden der wärmeabgebende Gasstrom und der oder die wärmeaufnehmenden Gasströme gemäß dem Gegenstromprinzip einander entgegengesetzt strömend durch den Wärmespeicherkörper geführt. So wird auf der Seite, auf der das wärmeabgebende Gas in den Wärmespeicherkörper eingeleitet wird, auch das wärmeaufnehmende Gas aus dem Wärmespeicherkörper herausgeführt. Man spricht hier von der heißen Seite des Wärmetauschers. Dem gegenüberliegend wird das abgekühlte, wärmeabgebende Gas ausgeblasen und das noch kühle wärmeaufnehmende Gas eingeblasen. Dementsprechend ist dies die sogenannte kalte Seite. Im Fall eines Regenerativ-Wärmetauschers der beispielsweise zur Luftvorwärmung ausgebildet ist, weist dieser also auf seiner heißen Seite einen Gaseinlass und einen Luftauslass und auf seiner kalten Seite einen Gasauslass und einen Lufteinlass auf. Das Abgas durchströmt also einen Abgasbereich, der sich von der heißen zur kalten Seite des Wärmetauschers erstreckt, während die Brennluft einen Brennluftbereich durchströmt, der sich von der kalten zur heißen Seite erstreckt.Usually, the heat-emitting gas stream and the one or more heat-absorbing gas streams according to the countercurrent principle are conducted opposite one another through the heat storage body. Thus, on the side where the heat-emitting gas is introduced into the heat storage body, the heat-absorbing gas is led out of the heat storage body. This is called the hot side of the heat exchanger. On the opposite side, the cooled, heat-emitting gas is blown out and the still cool heat-absorbing gas is blown. Accordingly, this is the so-called cold side. In the case of a regenerative heat exchanger which is designed, for example, for air preheating, it therefore has a gas inlet and an air outlet on its hot side and a gas outlet and an air inlet on its cold side. The exhaust gas thus flows through an exhaust gas region which extends from the hot to the cold side of the heat exchanger, while the combustion air flows through a combustion air region which extends from the cold to the hot side.
Die Unterteilung des Wärmespeicherkörpers in Wärmespeicherkammern ist vorgesehen, um zu verhindern, dass sich die verschiedenen Gasströme miteinander vermischen. Durch die verschiedenen Kammern wird, voneinander getrennt, gleichzeitig wärmeabgebendes Gas bzw. wärmeaufnehmendes Gas geführt. Um eine Durch- bzw. Umströmung der in den Wärmespeicherkammern befindlichen wärmespeichernden Zwischenmedien zu gewährleisten, sind die Wärmespeicherkammern an den Stirnseiten des Wärmespeicherkörpers offen.The division of the heat storage body into heat storage chambers is provided to prevent the various gas streams from mixing with each other. Through the various chambers, separated from each other, simultaneously heat-emitting gas or heat-absorbing gas out. In order to ensure a flow through or around the heat storage intermediate chambers located in the heat storage chambers, the heat storage chambers are open at the end faces of the heat storage body.
Zur Trennung der verschiedenen Gasströme voneinander sind an den Stirnseiten des Wärmespeicherkörpers eine oder mehrere Radialdichtungen vorgesehen. Eine Radialdichtung ist häufig als Leiste oder Balken ausgebildet und erstreckt sich orthogonal zur Drehachse bzw. Längsachse des Wärmespeicherkörpers verlaufend über den Durchmesser des Wärmespeicherkörpers. Dabei ist sie üblicherweise eben ausgebildet und verläuft durch den Wärmespeicherkörpermittelpunkt. Sie ist häufig aus Metall oder aus anderen Werkstoffen wie z.B. Kunststoff hergestellt und kann einstückig oder auch mehrstückig ausgebildet sein.To separate the different gas flows from one another, one or more radial seals are provided on the end faces of the heat storage body. A radial seal is often formed as a bar or bar and extends orthogonal to the axis of rotation or longitudinal axis of the heat storage body extending over the diameter of the heat storage body. In this case, it is usually flat and runs through the heat storage body center. It is often made of metal or other materials such as e.g. Made of plastic and may be formed in one piece or in several pieces.
Die Radialdichtung kann in Richtung der Wärmespeicherkörperlängsachse, das heißt vom Wärmespeicherkörper weg oder zum Wärmespeicherkörper hin, verstellbar ausgebildet sein. Häufig werden die Radialdichtungen in dieser Weise ausgeführt, um wärmebedingte Verformungen des Wärmespeicherkörpers ausgleichen zu können. Somit kann der Dichtspalt zwischen der Radialdichtung und der Wärmespeicherkörperstirnseite möglichst gering gehalten werden, um Leckagen zwischen den verschiedenen Gasströmen zu reduzieren. Die Beibehaltung eines minimalen Dichtspalts ist notwendig, um die Verdrehbarkeit von Wärmespeicherkörper und Radialdichtung relativ zueinander zu gewährleisten.The radial seal may be designed to be adjustable in the direction of the heat storage body longitudinal axis, that is to say away from the heat storage body or towards the heat storage body. Frequently, the radial seals are performed in this way to compensate for heat-induced deformation of the heat storage body can. Thus, the sealing gap between the radial seal and the heat storage body front side are kept as low as possible in order to reduce leakage between the different gas streams. The maintenance of a minimum sealing gap is necessary to ensure the rotatability of heat storage body and radial seal relative to each other.
Typischerweise besteht die Radialdichtung aus zwei oder mehreren Dichtungsarmen, wobei sich ein Dichtungsarm im Wesentlichen von der Drehachse zum Außenrand des Wärmespeicherkörpers erstreckt. Die Anzahl der Dichtungsarme hängt normalerweise von der Anzahl der vorhandenen, verschiedenen Gasströme ab. Strömen, beispielsweise bei einem Wärmetauscher, der einen Rotor als Wärmespeicherkörper verwendet, zwei Gasströme durch den Rotor, werden sowohl an der kalten als auch an der heißen Seite jeweils zwei Dichtungsarme vorgesehen, bei drei Gasströmen drei Dichtungsarme, usw. Dadurch, dass die Radialdichtung relativ zur Drehbewegung des Rotors ortsfest angeordnet ist, drehen sich die Öffnungen der Wärmespeicherkammern unter der Radialdichtung hindurch. Bei einer vollständigen Umdrehung des Rotors befindet sich jeder Punkt der Stirnflächen des Rotors einmal unterhalb bzw. oberhalb eines jeden Dichtungsarms.Typically, the radial seal consists of two or more seal arms, with a seal arm extending substantially from the axis of rotation to the outer edge of the heat storage body. The number of seal arms usually depends on the number of different gas streams present. Flow, for example, in a heat exchanger that uses a rotor as a heat storage body, two gas streams through the rotor, two sealing arms are provided both on the cold and on the hot side, with three gas streams three sealing arms, etc. In that the radial seal relative is arranged stationary to the rotational movement of the rotor, the openings of the heat storage chambers rotate under the radial seal therethrough. In one complete revolution of the rotor, each point of the end faces of the rotor is once below or above each seal arm.
Die Radialdichtungen wurden bei bekannten Regenerativ-Wärmetauschern so ausgebildet, dass in jeder Drehlage, das heißt jeder beliebigen Stellung von Wärmespeicherkörper und Radialdichtung zueinander, eine Sektorwand unterhalb und oberhalb eines Dichtungsarmes liegt. Somit werden die verschiedenen Gasbereiche, beispielsweise der Brennluftbereich und der Abgasbereich, stets durch eine radial von der Drehachse zum Wärmespeicherkörperrand verlaufende Sektorwand getrennt.The radial seals have been formed in known regenerative heat exchangers so that in each rotational position, that is, any position of the heat storage body and radial seal to each other, a sector wall below and above a sealing arm. Thus, the various gas areas, for example, the combustion air area and the exhaust gas area, always separated by a radially extending from the axis of rotation to the heat storage body edge sector wall.
Um die Leckage zwischen den verschiedenen Gasbereichen weiter zu verringern, wurden Regenerativ-Wärmetauscher vorgestellt, bei denen die Radialdichtungen so ausgebildet sind, das zumindest zeitweise während des Betriebes des Wärmetauschers zwei Sektorwände unterhalb bzw. oberhalb eines Dreharmes angeordnet sind. Dadurch werden die Sektoren und somit auch die darin angeordneten Wärmespeicherkammern bei einem Rotorumlauf bzw. bei einem Drehhaubenumlauf von den Dichtungsarmen jeweils einmal vollständig abgedeckt. Hierdurch soll die Leckage verringert und somit der Wirkungsgrad des Wärmetauschers verbessert werden. Ein derartiger Wärmetauscher wird beispielsweise in der
Durch das kontinuierliche Schließen und Öffnen der Wärmespeicherkammern entstehen permanente, mechanische Schwingungen. Diese werden durch die beim Öffnen und Schließen der Wärmespeicherkammern entstehenden unterschiedlichen Druckverhältnisse hervorgerufen und wirken pulsierend auf die Radialdichtungen ein. Dieser Vorgang wird auch als "Pumpen" der Dichtungen bezeichnet. Die Intensität dieses Pumpens und somit auch die Stärke der Einwirkung auf die Radialdichtung ist abhängig von den vorliegenden Druckdifferenzen zwischen den verschiedenen Gasströmen und von der Fläche der Dichtungen. Da sich dieser Vorgang kontinuierlich wiederholt, erhöht sich die mittlere Dichtspalthöhe. Außerdem wird der Verschleiß der Radialdichtungen und der Stirnflächen des Wärmespeicherkörpers erheblich erhöht. Aus diesen Faktoren resultiert ein Anstieg der Leckage. Eine größere Leckage ist gleichbedeutend mit einem höheren Energiebedarf für den Antrieb der Ventilatoren, die für den Transport der Rauchgase bzw. der Luft benötigt werden, was sich in einer Verschlechterung des Wirkungsgrades des Regenerativ-Wärmetauschers niederschlägt. Neben dieser Verschlechterung führen höhere Leckagen zur Erhöhung von Schadstoffemissionen, wie zum Beispiel CO2, NOx, SO2 und Asche, die man so niedrig wie möglich halten will. Ferner können in dem Leckagestrom, der unterhalb der Radialdichtung zwischen den verschiedenen Gasbereichen verläuft, Abgasrückstände mitgeführt werden, welche die Radialdichtungsoberflächen angreifen können, wodurch die Dichtigkeit der Radialdichtleisten weiter verschlechtert wird.The continuous closing and opening of the heat storage chambers creates permanent, mechanical vibrations. These are caused by the different pressure conditions that occur when opening and closing the heat storage chambers and have a pulsating effect on the radial seals. This process is also referred to as "pumping" the seals. The intensity of this pumping and thus also the intensity of the action on the radial seal depends on the pressure differences between the different gas flows and on the area of the seals. As this process is repeated continuously, the mean sealing gap height increases. In addition, the wear of the radial seals and the end faces of the heat storage body is considerably increased. These factors result in an increase in leakage. Greater leakage is equivalent to a higher energy requirement for the drive of the fans, which are required for the transport of the flue gases or the air, which is reflected in a deterioration of the efficiency of the regenerative heat exchanger. In addition to this deterioration, higher leaks increase pollutant emissions, such as CO 2 , NO x , SO 2, and ashes that you want to keep as low as possible. Furthermore, in the leakage flow, which extends below the radial seal between the different gas areas, exhaust residues may be carried along, which can attack the radial sealing surfaces, whereby the tightness of the radial sealing strips is further deteriorated.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Regenerativ-Wärmetauscher, eine Radialdichtung zur Verwendung in einem Regenerativ-Wärmetauscher sowie ein Verfahren zum Trennen von gasförmigen Medien in einem Regenerativ-Wärmetauscher anzugeben, durch die das Pumpen der Dichtungen und somit die Leckage zwischen den verschiedenen Gasbereichen sowie der Verschleiß an den Radialdichtungen und an den Stirnflächen des Wärmespeicherkörpers reduziert werden.The invention is therefore based on the object to provide a regenerative heat exchanger, a radial seal for use in a regenerative heat exchanger and a method for separating gaseous media in a regenerative heat exchanger, by the pumping of the seals and thus the leakage between the various Gas areas and the wear on the radial seals and at the end faces of the heat storage body can be reduced.
Die Lösung dieser Aufgabe gelingt mit dem Regenerativ-Wärmetauscher gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den davon abhängigen Unteransprüchen angegeben.The solution to this problem is achieved with the regenerative heat exchanger according to claim 1. Advantageous further developments are specified in the dependent claims.
Der Regenerativ-Wärmetauscher weist also einen zylindrischen Wärmespeicherkörper auf, der durch eine Vielzahl von radialen Sektorwänden in Sektoren aufgeteilt ist, wobei in jedem Sektor wenigstens zwei, in Radialrichtung hintereinander angeordnete Wärmespeicherkammern vorgesehen sind. Die Wärmespeicherkammern sind zur Durchströmung der gasförmigen Medien ausgebildet und weisen dementsprechend im Bereich der Stirnflächen des Wärmespeicherkörpers Öffnungen auf. Ferner ist wenigstens eine Radialdichtung an einer Stirnfläche des Wärmespeicherkörpers, bevorzugt an beiden Stirnflächen, vorhanden, die als Abdeckfläche für die Wärmespeicherkammeröffnungen ausgebildet ist. Die Radialdichtung ist so ausgebildet, dass sie jede Wärmespeicherkammeröffnung bei Rotation des Rotors bzw. der Drehhauben wechselweise vollständig abdeckt. Die Öffnungen der Wärmespeicherkammern werden während des Betriebes ständig geschlossen und wieder geöffnet, wobei jede Öffnung bei einem vollständigen Rotorumlauf bzw. Drehhaubenumlauf jeweils mindestens einmal von jeder Radialdichtung abgedeckt wird. Sind die Wärmekammern durchlaufend von einer Stirnseite zur anderen ausgebildet, ist es zweckmäßig, die Radialdichtungen an den beiden Stirnseiten so auszuformen und anzuordnen, dass beide Öffnungen einer Kammer im Wesentlichen gleichzeitig geschlossen und geöffnet werden und somit diese Kammer bei entsprechender Drehlage insgesamt abgeschlossen ist. Dies wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, dass die an den beiden Stirnseiten angeordneten, gegenüberliegenden Radialdichtungen im Wesentlichen gleichförmig ausgebildet und deckungsgleich angeordnet werden.The regenerative heat exchanger thus has a cylindrical heat storage body, which is divided by a plurality of radial sector walls into sectors, wherein in each sector at least two radially arranged in succession heat storage chambers are provided. The heat storage chambers are designed to flow through the gaseous media and accordingly have openings in the region of the end faces of the heat storage body. Furthermore, at least one radial seal is provided on an end face of the heat storage body, preferably on both end faces, which is designed as a covering surface for the heat storage chamber openings. The radial seal is designed so that it covers each heat storage chamber opening alternately completely upon rotation of the rotor or the rotary hoods. The openings of the heat storage chambers are constantly closed and reopened during operation, each opening is covered at least once from each radial seal at a complete rotor circulation or rotary hood circulation. Are the heat chambers continuous from one end face to the other formed, it is expedient to form and arrange the radial seals on the two end faces so that both openings of a chamber are closed and opened substantially simultaneously and thus this chamber is completed when appropriate rotational position. This is advantageously achieved in that the arranged on the two end faces, opposite radial seals are formed substantially uniform and congruent.
Gemäß der Erfindung ist nun die Radialdichtung so ausgebildet, dass sie von den radial hintereinander angeordneten Wärmespeicherkammern eines Sektors in jeder Drehlage, das heißt in jeder beliebigen Stellung von Wärmespeicherkörper und Radialdichtung zueinander, die Öffnung mindestens einer dieser Wärmespeicherkammern höchstens teilweise abgedeckt. Die Grundidee der Erfindung besteht also darin, die Öffnungsflächen der innerhalb eines Sektors hintereinander angeordneten Wärmespeicherkammern und die Abdeckfläche der Radialrichtung relativ zueinander so anzuordnen, dass nie sämtliche radial hintereinander angeordneten Wärmespeicherkammern eines Sektors zum gleichen Zeitpunkt und somit bei keiner Drehwinkelstellung des Rotors bzw. der Drehhaube von der Radialdichtung abgedeckt sind. Grundsätzlich kann diese Relativanordnung sowohl durch eine entsprechende Ausbildung der Radialdichtung als auch durch eine entsprechende Ausbildung der Wärmespeicherkammergeometrien erreicht werden. Aus Konstruktions- und Kostengründen werden die Geometrien der Sektorwände und der Wärmespeicherkammern beibehalten und die Anpassung wird bei der Radialdichtung volizogen. Dabei sind für die Radialdichtung grundsätzlich alle Geometrien verwendbar, die den oben beschriebenen Effekt hervorrufen.According to the invention, the radial seal is now designed such that it covers the opening of at least one of these heat storage chambers of the radially successively arranged heat storage chambers of a sector in each rotational position, that is, in any position of heat storage body and radial seal to each other at most partially. The basic idea of the invention is thus to arrange the opening surfaces of the heat storage chambers arranged one behind the other within a sector and the covering surface of the radial direction relative to one another such that never all radially consecutively arranged heat storage chambers of a sector at the same time and thus at no rotational angle position of the rotor or the rotary hood are covered by the radial seal. In principle, this relative arrangement can be achieved both by a corresponding design of the radial seal and by a corresponding design of the heat storage chamber geometries. For design and cost reasons, the geometries of the sector walls and the heat storage chambers are maintained and the fit becomes volatogenic in the radial seal. In principle, all geometries that produce the effect described above can be used for the radial seal.
Dass bei der mindestens einen Wärmespeicherkammer der radial hintereinander angeordneten Wärmespeicherkammern eines Sektors nur eine höchstens teilweise Abdeckung vorliegt, bedeutet mit anderen Worten, dass diese Wärmespeicherkammer nicht vollständig oder gar nicht von der Radialdichtung abgedeckt ist. Im Gegensatz zu den bisher bekannten Wärmetauschern werden nun also nicht mehr sämtliche hintereinander angeordneten Wärmespeicherkammern eines Sektors zum gleichen Zeitpunkt vollständig abgedeckt. Die Abdeckung dieser mindestens einen Kammer ist also bei der Erfindung zeitlich von der Abdeckung der anderen hintereinander angeordneten Kammern getrennt, während bei bestimmten Rotor- bzw. Drehhaubenpositionen bei den aus dem Stand der Technik bekannten Regenerativ-Wärmetauschern, sämtliche dieser Kammern zum gleichen Zeitpunkt abgedeckt sind. Durch dieses "zeitliche Auseinanderziehen" der Abdeckvorgänge werden die auftretenden Schwingungen, die aufgrund der unterschiedlichen Druckverhältnisse beim Öffnen und Schließen der Wärmespeicherkammern hervorgerufen werden, deutlich reduziert. Somit wird auch die Wechselwirkung der Schwingungen auf die Radialdichtungen verringert. Ein "Pumpen" der Dichtungen wird verhindert bzw. deutlich reduziert. Dadurch ergibt sich ein geringerer Verschleiß und somit niedrigere Leckagen und längere Standzeiten der Radialdichtungen. Weiterhin wird der Wirkungsgrad der betreffenden gesamten Kraftwerksanlage verbessert.In other words, the fact that there is only at most partial coverage in the at least one heat storage chamber of the heat storage chambers of a sector arranged radially one behind the other means that this heat storage chamber is not completely or not covered by the radial seal. In contrast to the previously known heat exchangers, therefore, not all the heat storage chambers of a sector arranged one behind the other are completely covered at the same time. The cover of this at least one chamber is thus separated in the invention temporally from the cover of the other chambers arranged one behind the other, while in certain rotor or rotary hood positions in the known from the prior art regenerative heat exchangers, all of these chambers are covered at the same time , This "temporal pulling apart" of the covering operations, the vibrations that are caused due to the different pressure conditions when opening and closing the heat storage chambers, significantly reduced. Thus, the interaction of the vibrations is reduced to the radial seals. A "pumping" of the seals is prevented or significantly reduced. This results in less wear and thus lower leakage and longer service life of the radial seals. Furthermore, the efficiency of the entire power plant concerned is improved.
Die gleichzeitige Abdeckung sämtlicher hintereinander angeordneter Wärmespeicherkammern eines Sektors beim Stand der Technik ergibt sich zum einen daraus, dass die Sektoren aus den geradlinigen, radialen Sektorwänden gebildet werden und die darin angeordneten Wärmespeicherkammern ebenso wie die Sektoren gleichmäßig verteilt im Wärmespeicherkörper angeordnet sind. Diese Anordnung ergibt sich zwingend aus konstruktiven und Kostengesichtspunkten. Zum anderen wurden aus den gleichen Gründen auch die einzelnen Dichtungsarme der Radialdichtung immer im Wesentlichen linear, zum Teil mit schwalbenschwanzartigen Verbreiterungen im Bereich des Wärmespeicherkörperrandes, ausgebildet. Erst bei der vorliegenden Erfindung wurde nun erkannt, dass eine Veränderung der Geometrie der Radialdichtung die mit Bezug auf die Geometrie der Wärmespeicherkammern und die Drehgeschwindigkeit des Rotors bzw. der Drehhauben gestaltet ist, den gewünschten Effekt, nämlich die Verringerung der Schwingungen, hervorruft.The simultaneous coverage of all successively arranged heat storage chambers of a sector in the prior art results firstly from the fact that the sectors are formed from the rectilinear, radial sector walls and arranged therein heat storage chambers as well as the sectors evenly distributed in the heat storage body. This arrangement necessarily results from design and cost considerations. On the other hand, for the same reasons, the individual sealing arms of the radial seal have always been formed substantially linearly, in part with dovetail-like widenings in the region of the heat storage body edge. Only in the present invention has now been recognized that a change in the geometry of the radial seal which is designed with respect to the geometry of the heat storage chambers and the rotational speed of the rotor or the rotary hood, the desired effect, namely the reduction of the vibrations causes.
Um das Ausmaß der Schwingungen weiter zu reduzieren, ist es bevorzugt, dass bei jeder Drehlage mehr als eine Wärmspeicherkammer der radial hintereinander angeordneten Wärmespeicherkammern eines Sektors mindestens teilweise geöffnet ist. So ist in einer bevorzugten Ausführungsform die Radialdichtung dergestalt ausgebildet, dass sie von den hintereinander angeordneten Wärmespeicherkammern eines Sektors zu jedem gegebenen Zeitpunkt, dass heißt bei jeder Drehwinkelstellung des Rotors bzw. der Drehhauben, höchstens eine Wärmespeicherkammer vollständig abdeckt. Hierdurch wird das Zusammenwirken der durch das Schließen und Öffnen von mehreren Wärmespeicherkammern entstehenden Schwingungen vermieden und das Pumpen der Dichtungen weiter reduziert.In order to further reduce the extent of the oscillations, it is preferable for more than one heat storage chamber of the heat storage chambers of a sector arranged radially one behind the other to be at least partially open in each rotary position. Thus, in a preferred embodiment, the radial seal is designed such that it completely covers at most one heat storage chamber of the heat storage chambers arranged one behind the other of a sector at any given time, that is, at each rotational angle position of the rotor or the rotary hoods. As a result, the interaction of the vibrations resulting from the closing and opening of a plurality of heat storage chambers is avoided and the pumping of the seals is further reduced.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst jede Radialdichtung wenigstens zwei Dichtungsame. Von diesen wenigstens zwei Dichtungsarmen der Radialdichtung, die im Wesentlichen von der Längsachse radial nach außen zum Wärmespeicherkörperrand verlaufen, ist zumindest ein Dichtungsarm asymmetrisch ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Geometrie des zumindest einen Dichtungsarms dergestalt geformt ist, dass die Fläche des Dichtungsarms in einer Grundrissansicht nicht symmetrisch ist. Dies schließt sowohl eine Achsensymmetrie als auch eine Punktsymmetrie aus. Es lässt sich also keine Achse bzw. kein Punkt finden, um die die Dichtungsarmfläche gespiegelt werden kann. Durch eine derartige Ausbildung kann besonders gut eine zeitversetzte Abdeckung der einzelnen Wärmespeicherkammern erreicht werden.In a further preferred embodiment, each radial seal comprises at least two sealing names. Of these at least two sealing arms of the radial seal, which extend substantially from the longitudinal axis radially outwardly to the heat storage body edge, at least one sealing arm is formed asymmetrically. This means that the geometry of the at least one sealing arm is shaped such that the surface of the sealing arm is not symmetrical in a plan view. This excludes both axis symmetry and point symmetry. It can therefore find no axis or no point around which the Dichtarmfläche can be mirrored. Such a design can be achieved particularly well a time-delayed coverage of the individual heat storage chambers.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform sind die einzelnen Dichtungsarme der Radialdichtung in Dichtungsarmsegmente unterteilt. Die einzelnen Segmente sind in Radialrichtung hintereinander angeordnet und schließen sich direkt aneinander an, so dass sie sich zu einem Dichtungsarm zusammenfügen. Die beiden Außenkanten eines Segments sind jeweils im Wesentlichen linear ausgebildet. Ferner sind jeweils die Außenkanten benachbarter Dichtungsarmsegmente gegeneinander versetzt und alternativ oder zusätzlich abgewinkelt gegenüber ihren benachbarten Außenkanten angeordnet. Hierbei werden jeweils die Außenkanten auf derselben Dichtungsarmseite betrachtet. Durch den Versatz der Außenkanten gegeneinander bzw. die abgewinkelte Anordnung der Außenkanten wird vermieden, dass sämtliche innerhalb eines Sektors hintereinander angeordneten Wärmespeicherkammern gleichzeitig von einem Dichtungsarm abgedeckt sind.In a further preferred embodiment, the individual sealing arms of the radial seal are subdivided into sealing arm segments. The individual segments are arranged one behind the other in the radial direction and close directly to each other, so that they assemble into a seal arm. The two outer edges of a segment are each formed substantially linear. Furthermore, in each case the outer edges of adjacent Dichtungsarmsegmente offset from each other and alternatively or additionally angled with respect to their adjacent outer edges. In each case, the outer edges are considered on the same seal arm side. By the offset of the outer edges against each other or the angled arrangement of the outer edges is avoided that all within a sector successively arranged heat storage chambers are simultaneously covered by a sealing arm.
Häufig sind die Wärmespeicherkörper so ausgebildet, dass sie mehrere koaxiale Ringwände aufweisen. Diese Ringwände sind häufig zylinderförmig ausgebildet und haben die Wärmespeicherkörperlängsachse als gemeinsame Achse. Somit durchschneiden die Ringwände die einzelnen Sektoren und teilen diese in Radialrichtung in Untersektoren ein. Diese Untersektoren können den Abmaßen einer Wärmespeicherkammer entsprechen. Es ist aber grundsätzlich auch möglich, die Untersektoren weiter in mehrere Wärmespeicherkammern zu unterteilen. Ist ein Wärmespeicherkörper durch solche Ringwände in Untersektoren unterteilt, ist es bevorzugt, dass die einzelnen Dichtungsarmsegmente der Dichtungsarme so ausgebildet sind, dass sie sich in Radialrichtung im Wesentlichen über einen Untersektor oder mehrere benachbarte Untersektoren erstrecken. Entspricht ein Untersektor einer Wärmespeicherkammer ist es zweckmäßig, dass ein sich über diesen Untersektor erstreckendes Dichtungsarmsegment ausgebildet ist, die Kammer abzudecken. Dadurch wird erreicht, dass der Kantenversatz zwischen zwei Dichtungsarmsegmenten, bzw. der Schnittpunkt zwischen zwei gegeneinander abgewinkelten Außenkanten zweier benachbarter Dichtungselemente, im Wesentlichen über einem Bereich angeordnet ist, an dem zwei Wärmespeicherkammern bzw. zwei Untersektoren aneinanderstoßen. Durch diese Ausführungsform kann die Ausbildung der einzelnen Dichtungsarmsegmente besser an einzelne Untersektoren angepasst werden, so dass sich im Betrieb die Abdeckreihenfolge der einzelnen Untersektoren bzw. Wärmespeicherkammern optimieren lässt, wodurch insgesamt das Schwingungsaufkommen weiter reduziert wird.Frequently, the heat storage bodies are formed so that they have a plurality of coaxial annular walls. These annular walls are often cylindrical and have the heat storage body longitudinal axis as a common axis. Thus, the annular walls cut through the individual sectors and divide them into subsectors in the radial direction. These subsectors may correspond to the dimensions of a heat storage chamber. However, it is also possible in principle to subdivide the subsectors further into several heat storage chambers. When a heat storage body is subdivided by such annular walls into subsectors, it is preferred that the individual seal arm segments of the seal arms be configured to extend radially across substantially one subsector or a plurality of adjacent subsectors. Corresponds to a subsector of a heat storage chamber, it is appropriate that over this subsector extending seal arm segment is formed to cover the chamber. It is thereby achieved that the edge offset between two sealing arm segments, or the point of intersection between two mutually angled outer edges of two adjacent sealing elements, is arranged substantially over a region against which two heat storage chambers or two subsectors abut one another. By means of this embodiment, the formation of the individual sealing arm segments can be better adapted to individual sub-sectors, so that the covering order of the individual sub-sectors or heat-storing chambers can be optimized during operation, whereby the oscillation volume is further reduced overall.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens ein Dichtungsarm in drei Dichtungsarmsegmente aufgeteilt, wobei das der Drehachse am nächsten liegende innere Segment konusförmig ausgebildet ist. Das konusförmige innere Segment ist dabei so ausgerichtet, dass es sich im Wesentlichen in Radialrichtung aufweitet. Das sich daran anschließende mittlere Segment verjüngt sich in Radialrichtung und bevorzugterweise ist wenigstens eine Kante des mittleren Segments gegenüber der benachbarten Kante des inneren Segments in Wärmespeicherkörperumfangsrichtung versetzt angeordnet. Durch die Verjüngung des mittleren Segments in Radialrichtung, sind die Kanten des mittleren Segments gegenüber dem inneren sich konusförmig nach außen aufweitenden Segment abgewinkelt. Die Querschnittfläche des äußeren Segments weitet sich in Radialrichtung wieder auf und dessen Kanten sind somit gegenüber denen des mittleren Segments abgewinkelt angeordnet. Durch Berechnungen und Versuche seitens der Anmelderin hat sich herausgestellt, dass eine solche geometrische Ausbildung eines Dichtungsarms bei der Verwendung mit Standardwärmespeicherkörpern besonders vorteilhaft ist und das Auftreten von Schwingungen weiter minimiert.In a further preferred embodiment, at least one seal arm is divided into three seal arm segments, wherein the inner segment closest to the axis of rotation is cone-shaped. The cone-shaped inner segment is aligned so that it widens substantially in the radial direction. The adjoining middle segment tapers in the radial direction and preferably at least one edge of the middle segment is opposite to the one adjacent edge of the inner segment staggered in heat storage body circumferential direction. Due to the tapering of the middle segment in the radial direction, the edges of the middle segment are angled with respect to the inner cone-shaped outwardly widening segment. The cross-sectional area of the outer segment widens again in the radial direction and its edges are thus arranged angled relative to those of the middle segment. By calculations and tests on the part of the Applicant has been found that such a geometric design of a sealing arm when used with standard heat storage bodies is particularly advantageous and further minimizes the occurrence of vibrations.
Um die Herstellung der Radialdichtung zu vereinfachen und diese somit kostengünstiger produzieren und installieren zu können, ist es zweckmäßig, alle Dichtungsarme gleichförmig auszubilden. Dies ist auch deshalb zweckmäßig, da die Wärmespeicherkammern üblicherweise gleichmäßig im Wärmespeicherkörper verteilt angeordnet sind und somit eine optimale Ausbildung eines Dichtungsarms für sämtliche Dichtungsarme verwendet werden kann.In order to simplify the production of the radial seal and thus to produce and install this cost-effective, it is expedient to form all seal arms uniform. This is also expedient because the heat storage chambers are usually distributed uniformly in the heat storage body and thus optimal formation of a seal arm can be used for all seal arms.
Es ist ferner bevorzugt, dass die Radialdichtung so ausgebildet ist, dass die Anström- und Ausströmflächen für die jeweiligen gasförmigen Medien im Wesentlichen gleich groß sind. Die An- und Ausströmflächen der verschiedenen gasförmigen Medien können weiterhin in ihrer Größe unterschiedlich sein und an die jeweils vorliegenden, spezifischen Anforderungen, wie z.B. maximal zulässige Druckverluste, angepasst werden.It is further preferred that the radial seal is formed so that the inflow and outflow surfaces are substantially equal for the respective gaseous media. The inflow and outflow surfaces of the various gaseous media may further vary in size and may be adapted to the specific requirements of each such, e.g. maximum permissible pressure losses, to be adjusted.
Die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe gelingt weiterhin mit einer Radialdichtung gemäß Anspruch 8. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den von Anspruch 8 abhängigen Unteransprüchen angegeben.The solution of the object according to the invention also succeeds with a radial seal according to claim 8. Advantageous further developments are specified in the subclaims dependent on claim 8.
Die aus mindestens zwei Dichtungsarmen bestehende Radialdichtung weist also wenigstens einen Dichtungsarm auf, der asymmetrisch ausgebildet ist. Durch eine solche Ausbildung wird das Ausmaß des auf die Dichtungen wirkenden Pumpens reduziert.The existing of at least two sealing arms radial seal thus has at least one sealing arm, which is formed asymmetrically. Such a design reduces the amount of pumping acting on the seals.
Ferner gelingt die Lösung der erfindungsgemäßen Aufgabe mit einem Verfahren zum Trennen von gasförmigen Medien in einem Regenerativ-Wärmetauscher gemäß Anspruch 11. Eine vorteilhafte Weiterbildung ist in dem vom Anspruch 11 abhängigen Unteranspruch angegeben.Furthermore, the solution of the object of the invention with a method for separating gaseous media in a regenerative heat exchanger according to claim 11 succeeds. An advantageous development is specified in the dependent claim 11 dependent claim.
Das Verfahren besteht also darin, dass bei einem bereits beschriebenen Wärmespeicherkörper eines Regenerativ-Wärmetauschers mit Sektoren und in Radialrichtung hintereinander angeordneten, durchströmbaren Wärmespeicherkammern, zur Trennung der verschiedenen Gasströme, die Öffnungen der verschiedenen Wärmespeicherkammern im Wärmetauscherbetrieb wechselweise vollständig abgedeckt werden. Das heißt, die Wärmespeicherkammern werden permanent geschlossen und wieder geöffnet. Dadurch wird eine Trennung zwischen den einzelnen Gasströmen erreicht. Um das Auftreten der sich nachteilig auf die Radialdichtung auswirkenden Schwingungen, die durch die Druckunterschiede innerhalb des Wärmespeicherkörpers hervorgerufen werden, zu verringern, werden die Wärmespeicherkammern in der Weise abgedeckt, dass bei in Radialrichtung hintereinander innerhalb eines Sektors angeordneten Wärmespeicherkammern in jedem Betriebszustand des Wärmetauschers die Öffnung mindestens einer Wärmespeicherkammer höchstens teilweise abgedeckt wird. Bevorzugterweise wird ferner in jedem Betriebszustand die Öffnung höchstens einer dieser Wärmespeicherkammern vollständig abgedeckt.The method thus consists in that in an already described heat storage body of a regenerative heat exchanger with sectors and radially arranged behind one another, throughflowable heat storage chambers, for the separation of the different gas streams, the openings the different heat storage chambers are alternately completely covered in the heat exchanger operation. That is, the heat storage chambers are permanently closed and reopened. As a result, a separation between the individual gas streams is achieved. In order to reduce the occurrence of the vibrations which are detrimental to the radial seal, which are caused by the pressure differences within the heat storage body, the heat storage chambers are covered in such a way that in the case of heat storage chambers arranged radially behind one another within a sector in each operating state of the heat exchanger at least one heat storage chamber is at most partially covered. Preferably, furthermore, the opening of at most one of these heat storage chambers is completely covered in each operating state.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Es zeigen schematisch:
- Fig. 1
- eine Draufsicht auf einen als Rotor ausgebildeten Wärmespeicherkörper eines Regenerativ- Wärmetauschers mit einer Radialdichtung mit zwei Dichtungsarmen, wobei ein Arm gemäß dem Stand der Technik und der andere Arm gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist;
- Fig. 2
- eine perspektivische Seitenansicht des Rotors aus
Fig. 1 ; und - Fig. 3
- eine Draufsicht auf einen Ausschnitt eines als Stator ausgebildeten Wärmespeicherkörpers ei- nes Regenerativ-Wärmetauschers mit einer Radialdichtung.
- Fig. 1
- a plan view of a formed as a rotor heat storage body of a regenerative heat exchanger with a radial seal with two sealing arms, wherein an arm according to the prior art and the other arm according to the present invention is formed;
- Fig. 2
- a perspective side view of the rotor
Fig. 1 ; and - Fig. 3
- a plan view of a section of a formed as a stator heat storage body of a regenerative heat exchanger with a radial seal.
Bei den im Folgenden beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren gleiche Bestandteile mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the various embodiments of the invention described below, the same components are provided with the same reference numerals in the figures.
Ferner sind innerhalb des Rotors mehrere Ringwände 16 angeordnet, die jeweils umlaufend und in sich geschlossen ausgebildet sind. Die Ringwände 16 sind koaxial zueinander angeordnet, wobei die gemeinsame Achse die durch den Mittelpunkt 14 verlaufende Drehachse ist. Die Ringwände 16 sind annähernd zylindrisch ausgebildet, wobei der Abschnitt einer Ringwand 16 zwischen zwei Sektorwänden 12 jeweils geradlinig ausgebildet ist und gegenüber den benachbarten Ringwandabschnitten leicht abgewinkelt ist. Auch die Ringwände 16 verlaufen durch den gesamten Rotor 10 von einer Stirnseite zur anderen hindurch. Die Ringwände 16 unterteilen die Sektoren 15 weiter in Untersektoren 17. Jeder der vier äußeren Untersektoren 17 eines jeden Sektors 15 ist jeweils durch eine radial verlaufende Zwischenwand 18 in zwei Wärmespeicherkammern 19 unterteilt, wobei sich bei den vier äußeren Untersektoren 17 durch die in etwa mittig verlaufenden Zwischenwand 18 jeweils pro Untersektor 17 zwei etwa gleich große Wärmespeicherkammern 19 ergeben. Die Verwendung von Zwischenwänden 18 ist nicht zwingend erforderlich und erfolgt im vorliegenden Beispiel aus konstruktiven Gründen. Die inneren zwei Untersektoren 17 sind nicht weiter unterteilt, so dass diese beiden Untersektoren 17 jeweils eine Wärmespeicherkammer 19 bilden. Insgesamt sind pro Sektor 15 also zehn Wärmespeicherkammern 19 vorhanden. Grundsätzlich kann die Anzahl der Wärmespeicherkammern pro Sektor variiert werden und ergibt sich üblicherweise in Abhängigkeit der Größe des jeweils vorliegenden Wärmespeicherkörpers.Further, a plurality of
Durch das Vorhandensein der Zwischenwand 18 sind die Wärmespeicherkammern 19 im vorliegenden Ausführungsbeispiel also nicht nur in rotorradialer Richtung hintereinander, sondern teilweise auch nebeneinander angeordnet. Die einzelnen Wärmespeicherkammern 19 sind mit Heizelementen ausgefüllt (hier nicht dargestellt), wie beispielsweise Stahlblechen.Due to the presence of the
Über dem Rotor 10 ist eine Radialdichtung 20 angeordnet, die sich in Radialrichtung des Rotors von einer Seite zur anderen erstreckt. Die Radialdichtung 20 ist eingefasst in eine ebenfalls an der Rotorstirnseite angeordnete, dem Verlauf des Randes 13 des Rotors 10 folgende Umfangsdichtung 21. Die Radialdichtung 20 besteht aus einem oberen Dichtungsarm 201 und einem unteren Dichtungsarm 202, die im Bereich der horizontalen, durch den Mittelpunkt 14 des Rotors 10 verlaufenden Mittellinie 23 aneinanderstoßen. Die Radialdichtung 20, bestehend aus den zwei Dichtungsarmen 201 und 202, unterteilt den Rotor 10 in zwei Gasbereiche, einen rechts von der Radialdichtung 20 und einen links davon. Somit kann mit dem hier vorliegenden Rotor 10 Wärme von einem gasförmigen Medium auf ein Weiteres übertragen werden. Die Radialdichtung 20 sowie die diese einfassende Umfangsdichtung 21 sind gegenüber den Drehbewegungen des Rotors 10 ortsfest angeordnet, so dass sich der Rotor 10 unter der Radialdichtung 20 hindurchdreht.Above the
Der obere Dichtungsarm 201 ist gemäß den aus dem Stand der Technik bekannten Radialdichtungen ausgebildet, während der untere Dichtungsarm 202 gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet ist. Der Dichtungsarm 201 ist hier gemäß den aus dem Stand der Technik bekannten Ausgestaltungen abgebildet, um die Unterschiede zwischen der erfindungsgemäßen Radialdichtung und dem Stand der Technik anschaulicher darstellen zu können. In einem erfindungsgemäßen Regenerativ-Wärmetauscher werden daher selbstverständlich sämtliche Dichtungsarme gemäß dem Dichtungsarm 202 ausgebildet.The
Beide Dichtungsarme 201, 202 weisen jeweils einen inneren, halbringförmigen Teil 2011, 2021 auf, die aneinander anliegen und somit einen kompletten Ring mit einer kreisförmigen Grundfläche bilden. In der Mitte des Rings ist eine Ausnehmung für die Welle 11 vorgesehen. An den Halbring 2011 des Dichtungsarms 201 schließt sich ein linear und radial nach außen verlaufender Dichtungssteg 2012 an, der vom Halbring 2011 bis zum Rotorrand 13 verläuft. Der Dichtsteg 2012 weist über seinen gesamten Verlauf eine konstante Breite auf. Der Dichtungsarm 201 ist symmetrisch ausgebildet, wobei die vertikal durch den Mittelpunkt 14 des Rotors 10 verlaufende Mittellinie 22 gleichzeitig auch seine Spiegelachse bildet.Both sealing
In der in
Entscheidend für die vorliegende Erfindung ist, dass die Dichtungsarme so ausgebildet sind, dass sie nicht sämtliche in Rotorradialrichtung hintereinander liegenden Wärmespeicherkammern 19 eines Sektors 15 zu einem gegebenen Zeitpunkt abdecken. Ob, wie im hier gezeigten Ausführungsbeispiel, zusätzlich zur in Rotorradialrichtung hintereinanderliegenden Anordnung der Wärmespeicherkammern 19, einige Wärmespeicherkammern 19 innerhalb eines Sektors 15 teilweise auch nebeneinander angeordnet sind, ist in diesem Zusammenhang unerheblich. Hintereinander liegen also im gezeigten Beispiel jeweils die rechten Wärmespeicherkammern 19 der äußeren vier Untersektoren 17 eines Sektors 15 und die beiden inneren Wärmespeicherkammern 19 bzw. Untersektoren 17 desselben Sektors 15 sowie daneben auch die linken Wärmespeicherkammern 19 der vier äußeren Untersektoren 17 zusammen mit den beiden inneren Wärmespeicherkammern 19.Decisive for the present invention is that the sealing arms are designed so that they do not cover all in the rotor radial direction one behind the other
Im Gegensatz zum Dichtungsarm 201 schließt sich bei dem erfindungsgemäßen unteren Dichtungsarm 202 an den Halbring 2021 ein inneres Armsegment 2022 an. Dieses ist konusförmig ausgebildet, wobei die Schmalseite an dem Halbring 2021 anliegt, so dass sich das innere Segment 2022 in Radialrichtung aufweitet. In Radialrichtung erstreckt sich das Dichtungsarmsegment 2022 bis zur, von innen nach außen gesehen, zweiten Ringwand 16. Somit ist das innere Dichtungsarmsegment 2022 ausgebildet, den vom Halbring 2021 nicht abgedeckten Teil des, von innen nach außen gesehen, ersten Untersektors 17 und den zweiten Untersektor 17 eines jeden Ringsektors 15 bei entsprechender Rotorstellung abzudecken.In contrast to the
An das innere Dichtungsarmsegment 2022 schließt sich in Radialrichtung ein mittleres Dichtungsarmsegment 2023 an. Dieses verjüngt sich leicht in Radialrichtung und erstreckt sich im Wesentlichen in Radialrichtung zwischen der zweiten und dritten Ringwand 16. Seine beiden Außenkanten sind jeweils linear ausgebildet. Die linke Außenkante schließt sich direkt an die Außenkante des inneren Dichtungssegments 2022 an und ist gegenüber dieser leicht abgewinkelt. Die rechte Außenkante des mittleren Dichtungssegments 2023 ist dagegen gegenüber der rechten Außenkante des inneren Dichtungsarmsegments 2022 leicht versetzt angeordnet.The inner
An das mittlere Dichtungsarmsegment 2023 schließt sich ein äußeres und letztes Dichtungsarmsegment 2024 an, das bis zum Rotorrand 13 verläuft. Auch hier sind, genauso wie bei den anderen Dichtungsarmsegmenten 2022, 2023, die Außenkanten linear ausgebildet. Sie schließen sich direkt an die Außenkanten des mittleren Dichtungsarms 2023 an und sind jeweils gegenüber diesen nach links abgewinkelt. In Rotorradialrichtung gesehen weitet sich die Querschnittsfläche des äußeren Dichtungsarms 2024 leicht auf, so das im Bereich des Rotorrandes 13 seine größte Breite vorliegt. Im Wesentlichen verläuft das äußere Dichtungsarmsegment 2024 also von der dritten Ringwand 16 bis zum Rotorrand 13 und erstreckt sich somit in Radialrichtung in etwa über drei Untersektoren 17.The middle
Insgesamt ist der Dichtungsarm 202 asymmetrisch ausgebildet. Die geometrische Gestaltung des Dichtungsarms 202 wirkt sich in der Weise aus, dass in jeder Stellung des Rotors 10 mindestens eine der hintereinander angeordneten Wärmespeicherkammern 19 eines Sektors 15 nicht oder nur teilweise vom Dichtungsarm 202 abgedeckt ist. In der in
In
Claims (12)
dadurch gekennzeichnet,
dass die Radialdichtung (20) so ausgebildet ist, dass sie von den radial hintereinander angeordneten Wärmespeicherkammern (19) eines Sektors (15) in jeder Drehlage von Wärmespeicherkörper und Radialdichtung zueinander die Öffnung mindestens einer Wärmespeicherkammer (19) höchstens teilweise abdeckt.A regenerative heat exchanger for heat exchange of gaseous media having a substantially cylindrical heat storage body (10) having a plurality of substantially radially extending sector walls (12), wherein each two adjacent sector walls (12) define a sector (15), and wherein each sector (15) at least two in the radial direction of the heat storage body (10) arranged one behind the other, are provided by the gaseous media through which heat storage chambers (19) are provided, which have in the region of the end faces of the heat storage body (10) openings for the inflow and outflow of the gaseous media, and at least one radial seal (20) arranged on an end face of the heat storage body (10) and designed to separate the flows of the gaseous media, which forms a covering surface for the openings of the heat storage chambers (19), the radial seal (20) and the heat storage body ( 10) relative to each other bar, and wherein the radial seal (20) is adapted to cover all heat storage chamber openings on the one end face during operation alternately completely,
characterized,
in that the radial seal (20) is designed so that it at most partially covers the opening of at least one heat storage chamber (19) from the heat storage chambers (19) of a sector (15) arranged radially one behind the other in each rotational position of heat storage body and radial seal.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Radialdichtung (20) so ausgebildet ist, dass sie von den hintereinander angeordneten Wärmespeicherkammern (19) eines Sektors (15) in jeder Drehlage höchstens eine Wärmespeicherkammer (19) vollständig abdeckt.Regenerative heat exchanger according to claim 1,
characterized,
that the radial seal (20) is formed so that it completely covers of the successively arranged heat storage chambers (19) of a sector (15) in any rotational position at most one heat storage chamber (19).
dadurch gekennzeichnet,
dass zumindest ein Dichtungsarm (202) asymmetrisch ausgebildet ist.A regenerative heat exchanger according to claim 1 or 2, wherein the radial seal (20) comprises at least two seal arms (202) each extending substantially radially from the heat accumulator body longitudinal axis to the heat accumulator body edge (13),
characterized,
in that at least one sealing arm (202) is asymmetrical.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dichtungsarme (202) in Radialrichtung in sich aneinander anschließende Dichtungsarmsegmente (2022, 2023, 2024) unterteilt sind, wobei die Außenkanten eines Dichtungsarmsegments (2022, 2023, 2024) jeweils geradlinig und gegenüber den sich anschließenden Außenkanten der benachbarten Dichtungsarmsegmente (2022, 2023, 2024) abgewinkelt und/oder versetzt sind.Regenerative heat exchanger according to one of the preceding claims, wherein the radial seal (20) comprises at least two sealing arms (202) each extending substantially from the heat storage body longitudinal axis radially outwardly to the heat storage body edge (13),
characterized,
said seal arms (202) are radially subdivided into sealing arm segments (2022, 2023, 2024), the outer edges of one seal arm segment (2022, 2023, 2024) being respectively rectilinear and opposite the adjoining outer edges of adjacent seal arm segments (2022, 2023, 2024) , 2024) are angled and / or offset.
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dichtungsarmsegmente (2022, 2023, 2024) sich in Radialrichtung des Wärmespeicherkörpers jeweils über ein oder mehrere sich aneinander anschließende Untersektoren (17) erstrecken.A regenerative heat exchanger according to claim 4, wherein the heat storage body (10) comprises a plurality of coaxial annular walls (16) dividing the sectors (15) into subsectors (17),
characterized,
in that the seal arm segments (2022, 2023, 2024) each extend in the radial direction of the heat storage body via one or more subsectors (17) adjoining one another.
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Dichtungsarm (202) drei Dichtungsarmsegmente (2022, 2023, 2024) aufweist, wobei ein der Wärmespeicherkörperlängsachse am nächsten liegendes inneres Segment (2022) konusförmig ausgebildet ist und sich in Radialrichtung aufweitet, ein mittleres Segment (2023) sich in Radialrichtung verjüngt und ein äußeres Segment (2024) sich in Radialrichtung aufweitet und gegenüber dem mittleren Segment (2023) abgewinkelt angeordnet ist.Regenerative heat exchanger according to claim 5,
characterized,
that at least one sealing arm (202) has three sealing arm segments (2022, 2023, 2024), wherein a heat storage body longitudinal axis closest-lying inner segment (2022) is cone-shaped and widens in the radial direction, a middle segment (2023) is tapered in the radial direction and an outer segment (2024) widens in the radial direction and is angled relative to the central segment (2023).
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dichtungsarme (202) gleichförmig ausgebildet sind.Regenerative heat exchanger according to one of the preceding claims, wherein the radial seal (20) comprises at least two sealing arms (202) each extending substantially from the heat storage body longitudinal axis radially outwardly to the heat storage body edge (13),
characterized,
that the sealing arms (202) are formed uniformly.
dadurch gekennzeichnet,
dass wenigstens ein Dichtungsarm (202) asymmetrisch ausgebildet ist.Radial seal for use with a regenerative heat exchanger intended for heat exchange of gaseous media, the radial seal (20) comprising at least two sealing arms (202),
characterized,
in that at least one sealing arm (202) is asymmetrical.
dadurch gekennzeichnet,
dass der wenigstens eine Dichtungsarm (202) drei sich aneinander anschließende und in Dichtungsarmaxialrichtung hintereinander angeordnete Dichtungsarmsegmente (2022, 2023, 2024) aufweist, wobei ein äußeres Segment (2022) konusförmig ausgebildet ist und sich in Axialrichtung nach innen hin aufweitet, ein mittleres Segment (2023) sich in Axialrichtung verjüngt und ein weiteres äußeres Segment (2024) sich nach außen hin in Axialrichtung aufweitet und gegenüber dem mittleren Segment (2023) abgewinkelt angeordnet ist.Radial seal according to claim 8,
characterized,
in that the at least one sealing arm (202) has three adjoining seal arm segments (2022, 2023, 2024) arranged one after the other in the sealing arm axial direction, wherein an outer segment (2022) is conical and widens inwardly in the axial direction, a middle segment ( 2023) tapers in the axial direction and a further outer segment (2024) widens outwardly in the axial direction and is angled relative to the central segment (2023).
dadurch gekennzeichnet,
dass die Dichtungsarme (202) gleichförmig ausgebildet sind.Radial seal according to claim 8 or 9,
characterized,
that the sealing arms (202) are formed uniformly.
dadurch gekennzeichnet,
dass von den hintereinander angeordneten Wärmespeicherkammern (19) eines Sektors (15) die Öffnung mindestens einer Wärmespeicherkammer (19) in jedem Betriebszustand höchstens teilweise abgedeckt wird.A method of separating gaseous media in a regenerative heat exchanger comprising a substantially cylindrical heat storage body (10) having a plurality of substantially radially extending sector walls (12), each two adjacent sector walls (12) defining a sector (15). and in each sector (15) there are provided at least two heat storage chambers (19) through which the gaseous media can flow in the radial direction and which have openings for the ingress and outflow of the gaseous media in the area of the end faces of the heat storage body (10), wherein in order to separate the streams of the gaseous media at the end faces, the openings of the heat storage chambers (19) are alternately completely covered during operation,
characterized,
that the opening of at least one heat storage chamber (19) in each operating state is at most partially covered by the heat storage chambers (19) of a sector (15) arranged one behind the other.
dadurch gekennzeichnet,
dass von den hintereinander angeordneten Wärmespeicherkammern (19) eines Sektors (15) in jedem Betriebszustand die Öffnung höchstens einer Wärmespeicherkammer (19) vollständig abgedeckt wird.Method according to claim 11,
characterized,
in that, in each operating state, the opening of at most one heat storage chamber (19) is completely covered by the heat storage chambers (19) of a sector (15) arranged one behind the other.
Priority Applications (12)
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---|---|---|---|
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