Pierwszenstwo: 2.II.1967 Francja Opublikowano: 15.IIL1969 56914 KI. 17 f, 12/07 MKP F 28 c 2(OZ UKD Wspóltwórcy wynalazku: Wojciech Brzozowski, Jerzy Dul, David Yerouchalmi Wlasciciel patentu: Instytut Badan Jadrowych, Warszawa (Polska) Wymiennik akumulacyjny ciepla o zlozu ruchomym Przedmiotem wynalazku jest akumulacyjny wy¬ miennik ciepla o zlozu ruchomym z kul z materia¬ lu zaroodpornego, pracujacy w bardzo wysokich temperaturach. Czesc srodkowa wymiennika mies¬ ci gardziel laczaca dwa zbiorniki aparatu wraz ze wszystkimi urzadzeniami dodatkowymi.Akumulacyjne wymienniki cieplne o zlozu ru¬ chomym z kul byly juz stosowane, szczególnie w przemysle petrochemicznym. Wymienniki te skladaja sie z dwu zbiorników umieszczonych je¬ den nad drugim, polaczonych specjalnym urzadze¬ niem laczacym, tworzacym gardziel o mniejszej srednicy niz srednica zbiorników. Przez gardziel te kule przedostaja sie ze zbiornika górnego do dolnego. Kule przesuwaja sie w zbiorniku górnym od góry ku dolowi pobierajac w czasie obsuwania sie cieplo od gazu ogrzewajacego, plynacego ku górze i dostarczanego przez zródla cieplne, zew¬ netrzne, zasilajac otwory umieszczone u dolu zbior¬ nika. Tak ogrzane kule opadaja dzieki dzialaniu sily ciazenia do zbiornika dolnego poprzez gardziel i opadaja w tym zbiorniku oddajac poprzednio po¬ brane cieplo gazowi wznoszacemu sie ku górze.Gardziel .powinna oczywiscie uniemozliwic mie¬ szanie sie gazów ogrzewajacego i ogrzewanego, które znajduja sie pod jednakowym cisnieniem, utrzymywanym w czuly sposób dzieki regulacji cisnienia za posrednictwem przewodów wychodza¬ cych z obu stron gardzieli. Celem unikniecia, aby przypadkowa zmiana cisnienia w jednym zbiorni- 15 20 25 30 ku nie wywolala zanieczyszczenia gazu ogrzewa¬ nego przez gaz ogrzewajacy lub zmniejszenia spraw¬ nosci urzadzenia, gardziel laczaca oba zbiorniki powinna miec mala srednice oraz odpowiednia dlugosc, przy której kule, jakie ona zawiera, po¬ wodowalyby opór przeplywu dostateczny dla unik¬ niecia wymiany gazów.Zastosowanie tego rodzaju wymiennika do wy¬ miany ciepla miedzy gazem ogrzewajacym, który przy wlocie ma bardzo wysoka temperature, po¬ chodzacej na przyklad z generatora magnetohydro- dynamicznego, a gazem wtórnym, ogrzewanym równiez do wyzszej temperatury, wiaze sie z trud¬ nosciami: dzialanie wymiennika pod znacznym cie¬ zarem zloza stwarza problemy cieplne i mecha¬ niczne, jesli chodzi o wytrzymalosc urzadzenia la¬ czacego i objawia sie w stosowanych dotychczas urzadzeniach w postaci zwiekszenia scieralnosci gardzieli przez kule.Celem wynalazku jest-urzadzenie odpowiadajace lepiej wymaganiom niz dotychczas znane, odpo¬ wiadajace wymaganiom praktycznym, zwlaszcza jesli chodzi o dzialanie przy uzyciu gazów o bar¬ dzo wysokiej temperaturze, na przyklad dostarcza¬ nych przez generator MHD, w szczególnosci roz¬ wiazujace problemy cieplne i mechaniczne, zwia¬ zane z tymi wysokimi temperaturami.W tym celu wynalazek wprowadza w akumula¬ cyjnym wymienniku ciepla o zlozu ruchomym z kul z materialu zaroodpornego, stosowanego do 5691456914 gazów o bardzo wysokiej temperaturze, uzycie urzadzenia laczacego, umieszczonego miedzy zbior¬ nikiem górnym, przez który wznosi sie strumien gazu ogrzewajacego, a zbiornikiem dolnym przez który wznosi sie strumien gazu ogrzewanego. Urza¬ dzenie laczace odznacza sie w szczególnosci tym, ze zawiera gardziel laczaca, zlozona z kilku ele¬ mentów zaroodpornych, podzielonych na segmenty, z których kazdy jednoczesnie ogranicza przeplyw pionowy wspierajac sie na oddzielnych sklepie¬ niach przenoszacych ich ciezar na konstrukcje podtrzymujaca. Sklepienie dolne przebite jest ka¬ nalami laczacymi zbiornik dolny z wylotem gazu ogrzanego. Drugie sklepienie umieszczone nad dol¬ nym, tworzy oslone cieplna.Wynalazek dotyczy równiez innych urzadzen, które z korzyscia mozna zastosowac lacznie z po¬ przednio wymienionymi, choc mozna je uzyc rów¬ niez niezaleznie. Wynalazek jest dokladniej wyjas¬ niony na rysunku, na którym na fig. 1 w sposób bardzo schematyczny pokazany jest w przekroju wzdluz osi pionowej uklad ogólny akumulacyjnego wymiennika ciepla o zlozu ruchomym z kul.Na fig. 2 pokazane zostalo urzadzenie laczace, w postaci jednego z wariantów rozwiazan wyna¬ lazku, stosowane w wymienniku z fig 1 i przed¬ stawione w przekroju wzdluz osi pionowej.Na fig. 3 przedstawione jest w widoku od góry dolne sklepienie urzadzenia z fig. 2.Wymiennik ciepla pokazany schematycznie na fig. 1 sklada sie z dwu pionowych wiez cylindrycz¬ nych A i B, umieszczonej jedna na drugiej i po¬ laczonych urzadzeniem laczacym C. Wieza górna A wylozona od wewnatrz wykladzina zaroodpor¬ na 10, odporna na dzialanie wysokich temperatur, jest wyposazona od dolu w komore pierscieniowa 12, ograniczona przez obrzeze 14 i przegrode 16.Do tej komory wchodza stycznie doprowadzenia 18 gazu goracego, wiodace od nie pokazanych tu ko¬ mór spalania.Komora pierscieniowa laczy sie z dolna czescia wiezy A za posrednictwem szeregu przelotów pro¬ mieniowych 20.Gaz goracy przenikajacy przez przeloty 20, wzno¬ si sie w wiezy i wydostaje sie na zewnatrz przez wylot górny 22, przebiegajac droge zaznaczona strzalkami fo.Wieza dolna B, oddzielona od wiezy górnej urza¬ dzeniem laczacym C, zawiera u dolu wlot 24 gazu zimnego, (na przyklad powietrza), przedostajacego sie do komory pierscieniowej 26, ograniczonej rusztem 28. Gaz zimny, który ma sie ogrzac wzno¬ si sie zgodnie z kierunkiem strzalek fi i opuszcza wieze dolna przenikajac przez sklepienie zarood¬ porne 30, a nastepnie uchodzac kanalem 32. Ka¬ naly 34 i 36 sluza do wyrównywania cisnien.Przez caly wymiennik przesuwaja sie od góry ku dolowi kule z materialu zaroodpornego (na przyklad stali nierdzewnej lub materiaiu cera¬ micznego). Kule te wpadaja przez kanal wlotowy 38 do wiezy górnej A, w. której sie gromadza. Prze¬ nikaja one do wiezy, dolnej B poprzez gardziel ograniczona urzadzeniem laczacym C. Z wiezy B uchodza one przez ruszt stanowiacy jej dolna czesc.Ruszt ten polaczony jest z kanalem wlotowym 38 za posrednictwem urzadzenia powrotnego D, wy¬ posazonego w podnosnik nie pokazany na rysun¬ ku, który transportuje z powrotem kule poprzez 5 nastawialny uklad zasilania. Droga powrotna kul pokazana jest na fig. 1 strzalkami F.Urzadzenie laczace, wedlug wynalazku, pokaza¬ ne na fig. 2, przeznaczone jest do wykorzystania w wymienniku typu schematycznie przedstawio- io nego na fig. 1. Dla ulatwienia elementy fig. 2 odpowiadajace elementom juz pokazanym na fig. 1 oznaczone sa takim samym numerem, a kule nie zostaly tu uwidocznione.Dolna czesc wiezy górnej A zlozona z podtrzy- 15 mujacej, metalowej sciany zewnetrznej 40 oraz wykladziny wewnetrznej 10 z cegiel z materialu zaroodpornego, spoczywa za posrednictwem pod¬ stawy 42, zlozonej z kilku warstw cegiel zarood¬ pornych na podstawie 44, przenoszacej ciezar ele- 20 mentów umieszczonych powyzej na podpore nie pokazana na figurze. Podstawa 44 sklada sie z plyt metalowych, chlodzonych woda.We wnetrzu wykladziny zaroodpornej dolnej czesci wiezy górnej A znajduje sie komora piers- 25 cieniowa, laczaca sie z podstawa zbiornika gór¬ nego ograniczonego przez wieze przelotami 20 znajdujacymi sie w wykladzinie.Wykladzina ta ogranicza u dolu zbiornika ob¬ szar stozkowy prowadzenia ku gardzieli. 30 Przeloty 20 w przedstawionym wariancie reali¬ zacji przybieraja postac pionowych szczelin, wy¬ stepujacych miedzy przyleglymi ceglami. Aby umozliwic przedostawanie sie kul do komory pier¬ scieniowej 12 i uniknac zapychania jej nimi, w szczelinach znajduja sie elementy zdolne do prze¬ suwania sie jedynie wzgledem drugich (celem unikniecia pojawienia sie naprezen mechanicznych) i tworzace kanaly o dostatecznie malych rozmia¬ rach; w wariancie realizacji przedstawionym na 40 fig. 2 urzadzenia te stanowily uklad kul 46 o ta¬ kiej samej srednicy.Kule te ograniczajace przeswity do dostatecznie malych rozmiarów uniemozliwiaja ucieczke zloza do komory 12 w czasie ruchu zstepujacego wzdluz 45 wiezy A ku' urzadzeniu laczacemu C.Poniewaz dla zmniejszenia strat cisnienia roz¬ miary kanalów miedzy kulami powinny byc jak najwieksze, jest pozadane, aby jak najbardziej zblizyc sie do skrajnej wartosci tych rozmiarów. 50 W innym wariancie realizacji przejscia 20 mozna zastapic dziurkowana przegroda z materialu zaro¬ odpornego, pelniaca analogiczna role jak kule.Wytwornice gazu goracego lacza sie z komora pierscieniowa za posrednictwem jednego lub sze- 55 regu kanaków doprowadzajacych 18, wchodzacych stycznie do komory 12. Gardziel laczaca zbiorniki, znajdujace sie w wiezach A i B, stanowi uklad ele¬ mentów z materialu zaroodpornego, umieszczonych jedne na drugich i ograniczajacych przelot gazów 60 w kierunku pionowym. Celem unikniecia popekania elementów tworzacych gardziel, zwiazanego z roz¬ szerzalnoscia cieplna i z wyzwalaniem naprezen wewnetrznych w podwyzszonej temperaturze, kaz¬ dy z elementów gardzieli sklada sie z szeregu po- 65 dobnych wycinków. 3556914 Element górny 48 tworzy stozkowa sciane zew¬ netrzna, wspierajaca sie na podstawie 44 za po¬ srednictwem elementów izolujacych 50. Ogranicza on przelot wewnetrzny, tworzac czesc ujscia stoz¬ kowego odpowiadajaca stozkowatej scianie spodu 5 zbiornika w wiezy górnej A, a u dolu przechodzac w walcowy kanal.Gardziel moze skladac sie z dowolnej ilosci ele¬ mentów, wiekszej niz dwa. Gardziel przedstawio¬ na na fig. 2 sklada sie z trzech elementów umiesz- 10 czonych jeden na drugim. Element srodkowy 52 ma sciane zewnetrzna równiez o ksztalcie stozko¬ wym i ta wlasnie sciana wspiera sie na pierwszym nosnym sklepieniu kopulastym 54, wykonanym z cegiel zaroodpornych. 15 Kopula ta sluzy jednoczesnie jako zapora ciepl¬ na miedzy podstawa 44, a gazami ogrzanymi do wysokiej temperatury, które uchodza z wiezy dol¬ nej kanalem 32, przenikajac wpierw przez obszar kolektora 56. Wspomniane sklepienie tworzy górna 20 sciane tego wlasnie kolektora.Element dolny 58 gardzieli o ksztalcie podob¬ nym do elementu srodkowego, wspiera sie na dru¬ gim sklepieniu kopulastym 60 z cegiel zaroodpor¬ nych; cegly te posiadaja kanaly przelotowe 62 do 25 przelotu goracych gazów (fig. 2 i 3), utworzone przez cylindryczne otwory, lub lepiej przez zesta¬ wienie zlobków, wystepujacych na powierzchniach cegiel. Czesc obwodowa drugiego sklepienia pod¬ trzymuje ciezar górnego sklepienia kopulastego za 30 posrednictwem poprzecznych elementów zarood¬ pornych 64, o wystarczajacej grubosci by stworzyc dla gazu naplywajacego z kanalów przelotowych przestrzen kolektora 56 o odpowiedniej wysokosci.Ta sarna czesc obwodowa drugiego sklepienia ko- 35 pulastego 60 spoczywa na drugiej podstawie 66, najlepiej utworzonej z elementów metalowych, chlodzonych woda biezaca, która z kolei wspiera sie na rusztowaniu. Wieza dolna B ma budowe podobna do wiezy górnejA. 40 Zastosowanie sklepien kopulastych, podtrzymu¬ jacych indywidualnie kazdy z elementów tworza¬ cych gardziel, i podzielenie ich na wycinki umoz¬ liwia unikniecia wystepowania wiekszych napre¬ zen. Ograniczenie kanalów wejsciowych gazu go- 45 racego za posrednictwem kul zdolnych do wzajem¬ nego przemieszczania sie, przeciwdziala ucieczce zloza do komory wlotowej, nie stwarzajac proble¬ mów zwiazanych z rozszerzalnoscia duzych ele¬ mentów. PL