Pierwszenstwo: Opublikowano: 5.1.1971 61629 KI. 24 c, 5/02 Wspóltwórcy wynalazku: Jan Madejski, Jaroslaw Mikielewicz Wlasciciel patentu: Polska Akademia Nauk (Instytut Maszyn Przeplywo¬ wych), Gdansk (Polska) Rekuperator wysokotemperaturowy Przedmiotem wynalazku jest rekuperator wyso¬ kotemperaturowy sluzacy do wymiany ciepla przy wysokich temperaturach i znacznych róznicach cis¬ nien przewidziany do zastosowania w obiegach cieplnych z generatorem magnetogazodynamicznym lub tez mogacy miec zastosowanie w obiegach cieplnych turbin gazowych czy tez hutnictwie.Obiegi magnetogazodynamiczne (obiegi m-g-d) do bezposredniej zamiany energii cieplnej w ener¬ gie elektryczna wymagaja stosowania wysokich temperatur dla zapewnienia odpowiedniego stop¬ nia jonizacji czynnika roboczego.Aby uzyskac te wysokie temperatury nalezy do komory spalania w obiegu m-g-d doprowadzac silnie nagrzane powietrze. Stosuje sie w tym celu regeneracyjne podgrzewanie powietrza do tempe¬ ratury okolo 1000—1500°C.Znane sa urzadzenia do przekazywania ciepla przy wysokich temperaturach skladajace sie z zamknietej rury ceramicznej podgrzewanej w jed¬ nym koncu. W drugim koncu rury nastepuje kon- densowanie czynnika, który nastepnie jest sciaga¬ ny za pomoca knota na zasadzie sil kapilarnych do strefy ogrzewanej.Pozorna przewodnosc cieplna rury jest bardzo wysoka — 103 razy wieksza niz dobrego przewod¬ nika metalowego.Ze wzgledu jednak na zmienne cisnienie nasyce¬ nia podczas rozruchu i wylaczania zywotnosc urza¬ dzenia jest bardzo krótka. Znane sa równiez reku- 20 30 peratory, w których nosnikiem ciepla sa drobne elementy ceramiczne, które umieszczone w rurze przedmuchiwane od dolu spalinami intensyfikuja wymiane ciepla miedzy scianka rury a powietrzem ja oplywajacym.Powazna wada tej konstrukcji jest iszybkie zu¬ zywanie sie elementów ceramicznych na skutek zmiennego obciazania termicznego a wiec zmien¬ nych naprezen dzialajacych zmeczeniowo na ma¬ terial ceramiczny. Inna wada tych wymienników jest wymagana stosunkowo niewielka predkosc przeplywu gazu powoduje zwiekszenie wymiarów konstrukcji.Trudne warunki pracy rekuperatorów m-g-d spowodowane wysokimi temperaturami, znaczny¬ mi róznicami cisnien pomiedzy wymieniajacymi cieplo czynnikami, trudnosciami w laczeniu i uszczelnianiu materialów ceramicznych powoduja brak dotychczas zadowalajacego rozwiazania tego typu wymiennika.Celem wynalazku jest usuniecie tych niedogod¬ nosci i opracowanie rekuperatora o duzej wydaj¬ nosci cieplnej pracujacego przy bardzo wysokich temperaturach i przy znacznej róznicy cisnien.Zgodnie z wynalazkiem intensyfikacja wymiany ciepla polega na zredukowaniu oporu cieplnego, grubej ze wzgledu na róznice cisnien, ceramicznej przepony rozdzielajacej strumienie wymieniajace cieplo. Uzyskuje sie to przez zastosowanie zamk- 6162961629 nietych petli rurowych wypelnionych cieklym me¬ talem przenikajacych przez przepone wymiennika.W ogrzewanym od dolu cieklym metalu powsta¬ ja naturalne ruchy konwekcyjne powodujace bar¬ dzo intensywna wymiane ciepla — praktycznie przekazywanie ciepla bez spadku temperatury.Scianki petli rurowych sa cienkie poniewaz we¬ wnatrz plynnego metalu mozna, na przyklad przez doprowadzenie sprezonego gazu obojetnego, wy¬ tworzyc cisnienie posrednie miedzy cisnieniami czynników wymieniajacych cieplo.Tak wiec w rekuperatorze wymiana ciepla od¬ bywa sie nie przez przepone rozdzielajaca stru¬ mienie wymieniajace cieplo, lecz przez cienkie scianki petli rurowych.Wyeliminowano w ten sposób problem uszczel¬ nien. Dodatkowa- zaleta Tekuperatora wedlug wy¬ nalazku polega na tym, ze cisnienie substancji po¬ sredniczacej w wymianie ciepla a wiec plynnego metalu wynika z cisnien czynników wymieniaja¬ cych cieplo i jest ograniczone przez wartosc tych cisnien, podczas gdy w znacznych urzadzeniach cisnienie to wynika z zakresu temperatur, a w zwiazku z tym zmienia sie bardzo silnie podczas rozruchu i wylaczania rekuperatorów.Rekuperator wedlug wynalazku charakteryzuje sie wiec stalym obciazeniem termicznym i mecha¬ nicznym co zapewnia mu dlugotrwalosc pracy.Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia rekupefator w widoku z boku, w czesciowym przekroju podluznym, fig. 2 — przekrój wzdluz linii A—A na fig. 1, a na fig. 3 przyklad zastosowania rekuperatora wysokotem¬ peraturowego jako regeneracyjnego podgrzewacza powietrza w obiegu m-g-d.Rekuperator stanowi zamkniety uklad rurowy 1 w postaci petli przechodzacych przez przepone 2 i wypelnionych plynnym metalem 3. 10 15 20 30 35 Uksztaltowanie rur moze byc dowolne — na przyklad moga to byc rury proste polaczone u góry i u dolu ze zbiornikami, tak aby mozliwy byl obieg zamkniety plynnego metalu.Zastosowanie rekuperatora jest pokazane na schemacie silowni z generatorem m-g-d, obieg otwarty (fig. 3), na której 4 — oznacza sprezarke, 5 — regeneracyjny podgrzewacz powietrza, 6 — komore spalania, 7 — generator m-g-d, 8 — dy- fuzor, 9 — parogenerator, 10 — kierunek przeply¬ wu pary do turbiny, 11 — doplyw wody zasila¬ jacej.Wysokie temperatury pracy rekuperatora wy¬ magaja materialów konstrukcyjnych ognioodpor¬ nych, zaroodpornych, materialów odpornych na erozje i dzialanie chemiczne spalin.Wymagania te spelniaja materialy ceramiczne: tlenki, wegliki i azotki metali oraz niektóre czyste metale jak wolfram lub molibden. Moga wiec byc uzyte materialy których glównymi skladnikami sa: Si02, A1203, Zr02 lub grafit.Czynnik posredniczacy w wymianie ciepla — plynny metal powinien charakteryzowac sie na¬ stepujacymi wlasciwosciami: zachowac stan ciekly w calym zakresie temperatur pracy rekuperatora, miec duza przewodnosc cieplna, duza rozszerzalnosc termiczna, niska lepkosc kinetyczna i niska dyfu- zyjnosc cieplna, wysoka temperature wrzenia i niska temperature krzepniecia. Wlasnosci te posiadaja na przyklad: aluminium, gal, cyna, olów, stop Pb—Bi i inne. PL PL