SE535337C2

SE535337C2 - Ways to increase the efficiency of a regenerative heat exchanger

Info

Publication number: SE535337C2
Application number: SE1000963A
Authority: SE
Inventors: Torgny Lagerstedt
Original assignee: Torgny Lagerstedt Ab
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2012-07-03
Also published as: SE1000963A1; WO2012044230A2; WO2012044230A3

Abstract

Ett primärt ändamål med föreliggande uppﬁnning är ett förbättrat sätt att överföravärme/kyla i en regenerativ värmeväxlare enlig de särdrag som anges i patentkraven. Därett störelement placeras i strömningskanalerna i rotorn i en regenerativ värmeväxlare.Störelementen placeras på en begränsad sträcka nära mynningen en bit in i kanalema ivärmeväxlarens rotor. Avståndet från kanalens mynning in till den punkt därstörelementen ska börja införas ska motsvara ungefär halva längden hos en ursprungligtostörd övergångszon. Övergångszonen är den axiella sträckan i kanalen under vilkengasen går från kall till varm temperatur eller tvärtom Störelementens funktion är att lokaltnedströms störelementen öka värmeöverföringsförmågan mellan gas ochströmningskanalens vägar. Denna lokalt ökade värrneöverföringsförmåga medför attkanalens längd kan minskas med bibehållen verkningsgrad hos värrneväxlaren. Genomatt störelementen införs på en begränsad sträcka i värmeväxlaren begränsas påverkan på tryckfallet för ﬂödet genom värmeväxlaren samt att risken för i gensättning reduceras. A primary object of the present invention is an improved method of transferring heat / cooling in a regenerative heat exchanger according to the features set forth in the claims. There interference elements are placed in the flow channels of the rotor in a regenerative heat exchanger. The interference elements are placed at a limited distance near the mouth a bit into the channels in the rotor of the heat exchanger. The distance from the mouth of the duct to the point where the disturbance elements are to be introduced shall correspond to approximately half the length of an originally disturbed transition zone. The transition zone is the axial distance in the duct below which the gas goes from cold to hot temperature or vice versa. This locally increased heat transfer capacity means that the length of the channel can be reduced while maintaining the efficiency of the heat exchanger. Because the interference elements are introduced on a limited distance in the heat exchanger, the effect on the pressure drop for the genom through the heat exchanger is limited and the risk of reconnection is reduced.

Description

535 33? utförande. Den vidare beskrivningen kommer att koncentreras på RVX av Ljungströms utförande. Uppﬁnningens applicerbarhet är dock ej begränsad till RVX av Ljungströms utförande. I en vänneväxlare av Ljungströms utförande får varm gas strömma genom strömningskanaler i ett plåtpaket varvid plåtpaketet värms upp av den varma gasströmmen samtidigt som gasen kyls. I nästa steg värms en kall gas genom att det nu uppvärmda plåtpaketet flyttas genom rotation av plåtpaketet in i en kall gasström varvid plåtpaketet kyls och den kalla gasströmmen värms upp. Det kalla plåtpaketet ﬂyttas därefter åter in i den varma gasströmmen och plåtpaketet värms upp igen och processen upprepas. Strömningsriktníngama i en RVX kan antingen vara medström eller motström. 535 33? performance. The further description will be concentrated on RVX by Ljungström's design. However, the applicability of the solution is not limited to RVX by Ljungström's design. In a friend changer of Ljungström's design, hot gas is allowed to flow through flow channels in a sheet metal package, the sheet metal package being heated by the hot gas stream at the same time as the gas is cooled. In the next step, a cold gas is heated by moving the now heated sheet metal package by rotating the sheet metal package into a cold gas stream, whereby the sheet metal package is cooled and the cold gas stream is heated. The cold sheet metal package ﬂ is then flushed back into the hot gas stream and the sheet metal package is heated again and the process is repeated. The flow directions in an RVX can be either cocurrent or countercurrent.

I medströms utförandet går kall och varm gas genom elementen i värmeväxlaren i samma strömningsriktning. I en motströmsvärrneväxlare växlar den varma och kalla gasen strömningsriktning. En motströmsvärmeväxlare har högre verkningsgrad än en medströmsvärrneväxlare. Motströmsvärrnevåxlaren är också den vanligaste varianten.In the co-current design, cold and hot gas pass through the elements in the heat exchanger in the same flow direction. In a countercurrent alternator, the hot and cold gas change flow direction. A countercurrent heat exchanger has a higher efficiency than a cocurrent heat exchanger. The countercurrent alternator is also the most common variant.

Uppﬁnningen kan appliceras på en medströmsvärmeväxlare men uppfinningen lämpar sig bäst för en motströmsvänneväxlare. Den följande beskrivningen av uppfinningen koncentrerar sig på motströmsvärmeväxlare.The invention can be applied to a co-current heat exchanger, but the invention is best suited for a counter-current friend exchanger. The following description of the invention concentrates on countercurrent heat exchangers.

Betydelse av bra värmeövergång: Uppﬁnningen avser att förbättra värrneövergången i en RVX på ett sådant sätt att värmeväxlaren kan göras kompaktare utan att ett förhöjt tryckfall erhålles. För att klargöra fördelama med föreliggande uppfinning ges en beskrivning av värmeövergångsprocessen i en RVX. Värmeövergången, värmeövergångstalet, mellan en yta och ett strömmande medium står i direkt relation till tryckfall. Ett högt tryckfall ger ett högt värmeövergångstal. Och motsvarande ger ett lågt tryckfall ett lågt värmeövergångstal. Ett högt värmeövergångstal kan erhållas om en yta förses med störelement som stör strömningen och skapar omblandning och turbulens. Detta ger dock ett förhöjt tryckfall. Störelementen ökar också risken för att skräp och föroreningar fastnar på ytoma vilket kraftigt reducerar värmeövergångstalet. Stora ansträngningar har gjorts för att ta fram ytstrukturer som ger högt värmeövergångstal men som ej försmutsas.Significance of a good heat transfer: The invention is intended to improve the heat transfer in an RVX in such a way that the heat exchanger can be made more compact without an increased pressure drop being obtained. To clarify the advantages of the present invention, a description is given of the heat transfer process in an RVX. The heat transfer, the heat transfer rate, between a surface and a flowing medium is directly related to pressure drop. A high pressure drop gives a high heat transfer rate. And correspondingly, a low pressure drop gives a low heat transfer rate. A high heat transfer rate can be obtained if a surface is provided with interfering elements which interfere with the flow and create mixing and turbulence. However, this results in an increased pressure drop. The interference elements also increase the risk of debris and contaminants sticking to the surfaces, which greatly reduces the heat transfer rate. Great efforts have been made to produce surface structures that provide a high heat transfer rate but which are not polluted.

Detta gäller speciellt konventionella icke regenerativa plattvärrneväxlare. En icke regeneratív plattvärmeväxlare med ett högt värmeövergångßtal kan göras kompakt. Vid l5 535 337 konstruktion av plattvärrneväxlare så är val av plåtstruktur en sammanjämkning mellan kompakthet, tryckfall och risk för Fórsmutsning som ger den slutliga konstruktionen.This is especially true of conventional non-regenerative plate protection exchangers. A non-regenerative plate heat exchanger with a high heat transfer coefficient can be made compact. In l5 535 337 construction of plate protection exchangers, the choice of sheet metal structure is a reconciliation between compactness, pressure drop and risk of contamination that gives the final construction.

Regenerativa värmeväxlare har ett något annorlunda arbetsätt. Det gängse sättet att förbättra värmeövergången i en RVX har varit analogt med sättet att förbättra vänneövergången för en konventionell värmeväxlare. Vilket innebär att hela ytan i värmeväxlaren modiﬁeras till att få en högre värmeövergång. I en RVX behöver emellertid enligt uppfinningen inte all yta i värmeväxlaren modifieras. För att utnyttja fórdelama med bra värmeövergång kan värmeövergången enlig uppfinningen ökas selektivt på RVX ytan. Bakgrunden till detta ges i den följande beskrivningen.Regenerative heat exchangers have a slightly different approach. The common way of improving the heat transfer in an RVX has been analogous to the way of improving the heat transfer for a conventional heat exchanger. Which means that the entire surface of the heat exchanger is modified to have a higher heat transfer. In an RVX, however, according to the invention, not all the surface of the heat exchanger needs to be modified. In order to utilize the advantages of a good heat transfer, the heat transfer according to the invention can be selectively increased on the RVX surface. The background to this is given in the following description.

Vad är känt: Det är väl känt att värmeövergångstalet kan ökas med störelement på en värmeväxlares yta, se t.ex. US005983985. Patentet avser att öka omblandningen mellan zoner med långsamströmníng och snabb strömming. Detta sker genom att störelement placerar längs stömingsytor i de sektioner som har stor strömningsarea.What is known: It is well known that the heat transfer coefficient can be increased with interference elements on the surface of a heat exchanger, see e.g. US005983985. The patent is intended to increase the mixing between zones with slow flow and fast flow. This is done by placing disturbance elements along disturbance surfaces in the sections which have a large flow area.

Detaljbeskrivning av värmeöverfóringsprocessen i en RVX: Gasen som skall kylas/värmas leds genom element i värmeväxlaren bestående av plattor eller rörformade kanaler. En mer detaljerad beskrivning av värmeöverfóringsprocessen ges i det följande där vi betraktar rörforrnade kanaler vars väggar värms av en gasström.Detailed description of the heat transfer process in an RVX: The gas to be cooled / heated is led through elements in the heat exchanger consisting of plates or tubular ducts. A more detailed description of the heat transfer process is given in the following where we consider tubular ducts whose walls are heated by a gas stream.

En varm gasström strömmar igenom en initial kall kanal i värmeväxlarens rotor. Kanalen (materialet i kanalväggama) värms upp och gasen kyls och denna värrnning/kylning börjar från inströmningssidan av kanalen. I en ideal RVX erhåller kanalens väggar den vamla gasen temperatur på en mycket kort axiell sträcka i kanalen och gasen erhåller den kalla kanalväggens temperatur på motsvarande korta sträcka. För en helt ideal värmeväxlare ska denna sträcka vara noll. l verkligheten övergår gasen från gasens initialt Vanna temperartur till kanalväggens initialt kalla temperatur i en med kanalen axiellt utsträckt övergångszon. I samma övergångszon värms materialet i kanalens väggar till gasen temperatur. Övergångszonen längd beror på ﬂera parametrar, vilka är: gasens strömningshastighet, kanalens diameter, gasens vänneledningsfórmåga och värmekapacitivitet samt värmeövergången mellan kanalens väggar och gas. 535 33? Med kanaldiameter avses här för icke eirkulära kanaler en ekvivalent kanaldiameter enligt gängse definition. Under värmeväxlingens process ﬂyttar sig övergångszonen med oförändrad längd längs kanalen. När övergångszonen nått utströmningssidan hos kanalen börjar vann gas strömma ut från vänneväxlaren. Värmeväxlaren nått nu nått sin optimala punkt och gasströmmen ska nu vändas och den omvända värmeöverfóringsprocessen påbörjas. I en regenerativ värmeväxlare av Ljungströms utförande sker denna vändning genom att kanalema i rotom genom rotoms rotation ﬂyttas ner i den kalla gasströmmen.A hot gas stream flows through an initial cold duct in the rotor of the heat exchanger. The duct (the material in the duct walls) is heated and the gas is cooled and this heating / cooling starts from the inflow side of the duct. In an ideal RVX, the walls of the duct receive the temperature of the cold gas in a very short axial distance in the duct and the gas obtains the temperature of the cold duct wall in a correspondingly short distance. For a completely ideal heat exchanger, this distance should be zero. In reality, the gas changes from the initial water temperature of the gas to the initial cold temperature of the duct wall in a transition zone extending axially with the duct. In the same transition zone, the material in the duct walls is heated to the gas temperature. The length of the transition zone depends on ﬂ your parameters, which are: the flow rate of the gas, the diameter of the duct, the gas conduction capacity and heat capacity of the gas and the heat transfer between the duct walls and gas. 535 33? By channel diameter is meant here for non-circular channels an equivalent channel diameter according to the usual definition. During the heat exchange process ﬂ, the transition zone of unchanged length moves along the channel. When the transition zone has reached the outflow side of the channel, water gas begins to flow out of the friend exchanger. The heat exchanger has now reached its optimal point and the gas flow must now be reversed and the reverse heat transfer process started. In a regenerative heat exchanger of Ljungström's design, this reversal takes place by the channels in the rotor being flown down into the cold gas stream by the rotation of the rotor ﬂ.

Längden på övergângszonen har en stor betydelse för en värmeväxlares effektivitet och för ett ytterligare klargörande visas övergångszonen längd beroende av parametrama nedan. Uttrycket gäller för laminär strömning i kanalerna en RVX.The length of the transition zone is of great importance for the efficiency of a heat exchanger and for further clarification the length of the transition zone is shown depending on the parameters below. The term applies to laminar flow in the channels an RVX.

M z U-Dfk -p-C 0 Nu - K Lö Övergångszonens längd.M z U-Dfk -p-C 0 Nu - K Sat Length of the transition zone.

U Strömningshasti ghet i kanalen.U Flow rate in the channel.

D ,, Kanalens ekvivalenta diameter. m Gasens densitet.D ,, The equivalent diameter of the channel. m The density of the gas.

Gasens vännekapacitivitet.Gas friend capacitance.

Nfïiä Gasens vänneledningsfórmåga.Nfïiä The gas conduction capacity of the gas.

Nu Nusselts tal. Nusselts tal anger värmeöverfóringsfonnågan mellan kanalvägg och gas.Now Nusselt's tal. Nusselt's number indicates the heat transfer capacity between duct wall and gas.

I en kanal med turbulent rörströmning har längden av övergångszonen beroende av olika parametrar ett annat utseende. Men resonemanget om avkortnin g av övergångszonens längd och sätta att åstadkomma detta är fortfarande giltigt och förfarandet enligt uppfinningen kan också appliceras på värrneväxlare med turbulent strömning. Övergångszonen: Vid dimensionering av en RVX dimensioneras RVX för en värmeövertörande längd (massa) plus en extra längd (extra massa). Den extra längden beror på övergångszonen l5 535 337 och ges av längden på övergångszonen. För en motströms RVX måste dimensioneringen ta hänsyn till en övergångszon i båda ändar av RVX kanalema. Detta då gas strömmar i båda riktningama genom kanalerna. En förkortning av övergångszon gör att en RVX kan göras motsvarande längd kortare. Detta innebär att en RVX kan tillverkas med mindre massa i rotom. De sammanlagda övergångszonemas längder hos kanalens båda ingångar kan motsvara ca 50 till 75 % av kanalens totala längd. Det inses lätt att stora viktreduceringar av rotorn är möjliga om övergångszonen kan kortas.In a channel with turbulent pipe flow, the length of the transition zone depends on different parameters depending on different parameters. But the reasoning about shortening the length of the transition zone and setting to achieve this is still valid and the method according to the invention can also be applied to heat exchangers with turbulent flow. The transition zone: When dimensioning an RVX, the RVX is dimensioned for a heat-transmitting length (mass) plus an extra length (extra mass). The extra length depends on the transition zone 15535 337 and is given by the length of the transition zone. For a countercurrent RVX, the dimensioning must take into account a transition zone at both ends of the RVX channels. This is because gas flows in both directions through the channels. A shortening of the transition zone means that an RVX can be made correspondingly shorter. This means that an RVX can be manufactured with less mass in the rotor. The lengths of the total transition zones at both inputs of the channel can correspond to about 50 to 75% of the total length of the channel. It is easily understood that large weight reductions of the rotor are possible if the transition zone can be shortened.

Avkortning av övergångszonen: Enda möjliga sätten att minska övergångszonen längd är att minska diametem hos kanalen eller att öka värmeövergången mellan kanalvägg och gas.Shortening the transition zone: The only possible way to reduce the transition zone length is to reduce the diameter of the duct or to increase the heat transfer between duct wall and gas.

En minskning av strömningshastigheten ger en avkortning av övergångszonen Men detta är inte en framkomlig väg då detta leder till att rotordiskens diameter måste ökas för att klara ett oförändrat flöde, vilket ger en viktökning hos rotom.A decrease in the flow rate results in a shortening of the transition zone. But this is not a passable path as this leads to the diameter of the rotor disk having to be increased to cope with an unchanged flow, which gives a weight gain of the rotor.

Diametem hos kanalen kan minskas men dagen värmeväxlare tillverkas med så liten diameter på kanalen som det är praktiskt möjligt. Diametem påverkas bl.a. av kanalens väggtjocklek, tillverkningsmetoder, tryckfall och risk för igensättning.The diameter of the duct can be reduced but the day heat exchangers are manufactured with as small a diameter of the duct as is practically possible. The diameter is affected i.a. of the channel wall thickness, manufacturing methods, pressure drop and risk of clogging.

Gasens densitet, värmekapacitivitet och värmeledningsförmåga är materialparametrar som ej kan väljas fritt. Ett sätt att korta av den tidigare beskrivna övergångszonen är att öka vänneöverföringen mellan gas och kanalvägg, d.v.s. en ökning av Nusselts tal.The density, heat capacitance and thermal conductivity of the gas are material parameters that cannot be chosen freely. One way to shorten the previously described transition zone is to increase the friend transfer between gas and duct wall, i.e. an increase in Nusselt's speech.

Värmeöverföringen kan ökas med att ändra kanalväggens yta, t.ex. genom att öka ytans råhet i kanalen Lex. genom att införa geometriska stömingar i kanalens vägg i fonn av upphöjningar utefter insidan på kanalen. Nackdelen med detta är att stömingama/den ökade råheten i kanalen ger ett högt tryckfall. Här kan nämnas att ett lågt tryckfall är väsentligt för driﬁen av en RVX då högt tryckfall ger högre driftskostnader för drift av ﬂäktama som driver ﬂödet genom värmeväxlaren. Rå yta efter kanalens hela längd medför också en hög risk för i gensättning. Vidare kan det vara praktiskt svårt att applicera stömingar utefter hela kanalens längd. Ett sätt enligt uppfinningen att korta av övergångszonen utan onödigt högt tryckfall beskrivs nedan. 535 337 Förfarande enligt uppfinningen i den tidigare beskrivningen har vi sett att övergångszonen längd har stor betydelse för materialåtgången i en rotor. Ett sätt att korta övergångszonen är att öka värmeöveríöringstönnågan mellan kanalvägg och gas. Med en insikt i det tidigare beskrivna värmeövertöringstörloppet inses enligt uppﬁnning att värmeövertöringsförrnågan inte behöver ökas utefter hela kanalens längd i värmeväxlaren utan det räcker med att korta av övergångszonen i utströmningsdelen av kanalen.The heat transfer can be increased by changing the surface of the duct wall, e.g. by increasing the roughness of the surface in the Lex channel. by introducing geometric disturbances in the channel wall in the form of elevations along the inside of the channel. The disadvantage of this is that the disturbances / the increased roughness in the channel give a high pressure drop. It can be mentioned here that a low pressure drop is essential for the operation of an RVX as a high pressure drop results in higher operating costs for the operation of the som husks that drive the genom through the heat exchanger. Raw surface along the entire length of the channel also entails a high risk of reconnection. Furthermore, it can be practically difficult to apply disturbances along the entire length of the channel. A method according to the invention to shorten the transition zone without unnecessarily high pressure drop is described below. 535 337 Method according to the invention in the previous description we have seen that the transition zone length is of great importance for the material consumption in a rotor. One way to shorten the transition zone is to increase the heat transfer tone between duct wall and gas. With an insight into the previously described heat transfer duct, it is realized according to the invention that the heat transfer capacity does not need to be increased along the entire length of the duct in the heat exchanger, but it is sufficient to shorten the transition zone in the outflow part of the duct.

Eftersom strömningsriktning alternerar i kanalerna i en motströmsvänneväxlare bör, tör att få bästa effekt, åtgärder som reducerar övergångszonens längd genomföras vid båda ändama av kanalen. Det är dock ej nödvändigt att reducera övergångszonen vid båda ändarna för att få en gynnsam effekt. Som förtydligande nämns att en lång övergångszon inne i själva kanalen inte påverkar kanalens totala längd utan det är övergångszonemas längd i respektive ända av kanalen som påverkar behövlig kanallängd. Övergångszonen längd i vardera ändan av kanalen minskas enligt uppfinningen med att införa en stöming i fonn av ett störelement nära eller i kanalens yta. Avsikten med störelementen är att skapa en störd strömning med virvelbildning nedströms störelementen som ger en ökad vämieövergång mellan kanalvägg och gas. Stömingen kan ha många geometriska utformningar t.ex. i form av ökad ytråhet, förhöjningar eller gropar. Störelementen kan vara punktformiga eller långsträckta. Störelementen kan också ha fonnen av element som sträcker sig tvärs kanalen. Störelementen placeras i anslutning till en mynning eller båda mynningama i en kanal. Störelementen startar en axiell sträcka från kanalens mynning som motsvarar uppskattad längd på den förkortade övergångszonen. En fördubbling av värmeövertöringstörmågan med störelement medför en reducering av övergångszonen längd med hälﬁen. Detta innebär att en värmeväxlare som ursprungligen har övergångszoner som motsvarar 50 % av värmeväxlaren längd kan tillverkas med 25 % kortare kanallängd, vilket motsvarar en material reducering med 25 %. Stömingen som ger den högre värmeöverfóringen ger ett högre tryckfall i övergångszonen men detta högre tryckfall kompenseras av den kortare rörlängden. l5 535 337 Sammanfattning av uppfinningen Ett primärt ändamål med föreliggande uppfinning är ett förbättrat sätt att överföra vänne/kyla i en regenerativ vänneväxlare enlig de särdrag som anges i patentkrav 1. Där ett störelement placeras i strömningskanalema i rotom i en regenerativ värmeväxlare.Since the flow direction alternates in the channels of a countercurrent switch, in order to have the best effect, measures which reduce the length of the transition zone should be carried out at both ends of the channel. However, it is not necessary to reduce the transition zone at both ends to have a favorable effect. As a clarification, it is mentioned that a long transition zone inside the channel itself does not affect the total length of the channel, but it is the length of the transition zones at each end of the channel that affects the required channel length. The transition zone length at each end of the channel is reduced according to the invention by introducing a disturbance in the form of a disturbing element near or in the surface of the channel. The purpose of the disturbance elements is to create a disturbed flow with vortex formation downstream of the disturbance elements which provides an increased heat transition between duct wall and gas. The disturbance can have many geometric designs e.g. in the form of increased surface roughness, elevations or pits. The interfering elements can be point-shaped or elongated. The interfering elements may also have the form of elements extending across the channel. The interference elements are placed adjacent to an estuary or both estuaries in a channel. The interfering elements start an axial distance from the mouth of the channel which corresponds to the estimated length of the shortened transition zone. A doubling of the heat transfer capacity with disturbance elements results in a reduction of the transition zone length with the heel. This means that a heat exchanger that originally has transition zones corresponding to 50% of the heat exchanger length can be manufactured with 25% shorter duct length, which corresponds to a material reduction of 25%. The disturbance that gives the higher heat transfer gives a higher pressure drop in the transition zone, but this higher pressure drop is compensated by the shorter pipe length. Summary of the Invention A primary object of the present invention is an improved method of transferring heat / cold in a regenerative heat exchanger according to the features set forth in claim 1. Where a perturbation element is placed in the flow channels in the rotor of a regenerative heat exchanger.

Störelementen placeras nära mynningen men en bit in i kanalema i vänneväxlarens rotor.The interference elements are placed near the mouth but a bit into the channels in the rotor of the friend changer.

Avståndet från kanalens mynning in till störelementen ska motsvara ungefär halva längden hos en ursprungligt ostörd övergångszon. Övergångszonen är den axiella sträckan i kanalen under vilken gasen går från kall till vann temperatur eller tvärtom.The distance from the mouth of the channel into the disturbing elements must correspond to approximately half the length of an originally undisturbed transition zone. The transition zone is the axial distance in the channel during which the gas goes from cold to water temperature or vice versa.

Störelementens funktion är att lokalt nedströms störelementen öka värmeöverföringsförrnågan mellan gas och strömningskanalens vägar. Denna lokalt ökade värmeöverföringsfönnåga medför att kanalens längd kan minskas med bibehållen verkningsgrad hos värmeväxlaren. Genom att störelementen införs på en begränsad sträcka i värmeväxlaren begränsas påverkan på tryckfallet för flödet genom värmeväxlaren samt att risken för igensättning reduceras.The function of the interference elements is to locally locally downstream the interference elements increase the heat transfer capacity between gas and the paths of the flow channel. This locally increased heat transfer capacity means that the length of the duct can be reduced while maintaining the efficiency of the heat exchanger. By introducing the disturbing elements on a limited distance in the heat exchanger, the effect on the pressure drop for the flow through the heat exchanger is limited and the risk of clogging is reduced.

Uppﬁnningen avser också ett sätt att åstadkomma denna förbättring enligt de särdrag som är angivna i patentkrav 2. Där störelementen har en sådan form att strömningsmotståndet och graden av stöming är olika för de två strömningsriktningama genom kanalen.The invention also relates to a method of achieving this improvement according to the features stated in claim 2. Where the disturbing elements have such a shape that the flow resistance and the degree of flow are different for the two flow directions through the channel.

Störelementen riktas på ett sådant sätt att störelementen på kanalen utströmningssida ger en stor stöming men på inströmningssidan är störningen på strömningen begränsad.The disturbing elements are directed in such a way that the disturbing elements on the channel outflow side give a large disturbance, but on the inflow side the disturbance on the flow is limited.

Uppfmningen avser också ett sätt att åstadkomma denna förbättring enlí gt de särdrag som är angivna i patentkrav 3. Där störelementen utgörs av en ur kanalmaterialet präglad utbuktning.The invention also relates to a method of achieving this improvement according to the features stated in claim 3. Where the disturbing elements consist of a bulge embossed from the channel material.

Uppﬁnningen avser också ett sätt att åstadkomma denna förbättring enligt de särdrag som är angivna i patentkrav 4. Där störelementen stansas ur kanalväggen och sträcker sig in i kanalen på ett sådant sätt att störelementen som stansas ur kanalväggen sträcker sig in i kanalen och fortfarande sammanhänger med kanalväggen och har en sådan form att 535 337 strömningsmotståndet och graden av stöming är olika för de två strömningsriktningarna genom kanalen. 535 337 Kort beskrivning av figurerna Figur 1 visar en schematisk bild på en regenerativ värmeväxlare (RVX) av Ljungströms utförande.The invention also relates to a method of achieving this improvement according to the features stated in claim 4. Where the interfering elements are punched out of the channel wall and extend into the channel in such a way that the interfering elements which are punched out of the channel wall extend into the channel and are still connected to the channel wall. and has such a shape that the flow resistance and the degree of disturbance are different for the two flow directions through the channel. 535 337 Brief description of the figures Figure 1 shows a schematic view of a regenerative heat exchanger (RVX) of Ljungström's design.

Figur 2 visar en rotordisk med rörformade kanaler.Figure 2 shows a rotor disk with tubular channels.

Figur 3 visar utseendet på de rörfonnade kanalema elementen i en RVX som tillverkas med altemerande plana och veckade plåtar.Figure 3 shows the appearance of the tubular channel elements in an RVX made with alternating flat and pleated plates.

Figur 4a visar temperaturen i en kanal i rotom när övergångszonen har nått slutet på värmeväxlarkanalen.Figure 4a shows the temperature in a channel in the rotor when the transition zone has reached the end of the heat exchanger channel.

Figur 4b visar hur ett störelement som placerats i närhet av utloppssidan av kanalen påverkar övergångszonens längd.Figure 4b shows how a disturbing element placed near the outlet side of the channel affects the length of the transition zone.

Figur 5 visar en utformning av stömíngen som ger en liten stöming och ett lågt tryckfall vid inströmning i kanalen men som ger en stor stöming och därmed en förkortning av övergångszonen vid utströmning ur kanalen Figur 6 visar en stöming i form av en ur kanalväggen utstansad ﬂik som sträcker sig in i kanalen. 535 33? Detaljbeskrivning av föredragna utföringsformer Figur l visar en principskiss på en regenerativ värnieväxlare 12 av Ljungströms utförande med en rotor 1 som är upphängd på en axel 2. Rotorn 1 med kanaler 10 roterar runt axeln 2. Rotom roterar i en kanal 3 som delas av en mellanvägg 4 som skiljer de in- och utgående gasströmmama. Figur 1 visar en värmeväxlare i motströmsutförande där de in- och utgående gasströmmama som skiljs ut av mellanväggen 4 går åt olika håll. I en medströmsvärmeväxlare, som ej visas med figur, går gasströmmama på de båda sidoma av mellanväggen 4 åt samma håll. Strömningsriktning med kall gas in i värmeväxlaren visas med en strömningspil 5. Den kalla gasen går in i den varma rotoms 1 översida 9 där gasen värms och rotoms översida kyls. Den varma gasen lämnar rotom med en riktning enligt strömmingspil 6. Den kylda sidan av rotom ﬂyttas genom rotation av rotom ner till värmeväxlarens undersida I 1 där varm gas med riktning enligt strömningspil 7 strömmar igenom rotorns undersida ll varvid gasen kyls och lämnar rotom med en strömningsriktning enligt strömningspil 8.Figure 5 shows a design of the disturbance which gives a small disturbance and a low pressure drop when inflowing into the channel but which gives a large disturbance and thus a shortening of the transition zone when flowing out of the channel Figure 6 shows a disturbance in the form of a punched out extends into the channel. 535 33? Detailed description of preferred embodiments Figure 1 shows a principle sketch of a regenerative heat exchanger 12 of Ljungström's design with a rotor 1 which is suspended on a shaft 2. The rotor 1 with channels 10 rotates around the shaft 2. The rotor rotates in a channel 3 which is divided by a partition 4 which separates the incoming and outgoing gas streams. Figure 1 shows a heat exchanger in a countercurrent design where the incoming and outgoing gas streams which are separated by the partition wall 4 go in different directions. In a co-current heat exchanger, not shown in the figure, the gas streams on both sides of the partition wall 4 go in the same direction. Flow direction with cold gas into the heat exchanger is indicated by a flow arrow 5. The cold gas enters the top 9 of the hot rotor 1 where the gas is heated and the top of the rotor is cooled. The hot gas leaves the rotor with a direction according to flow arrow 6. The cooled side of the rotor ﬂ is moved by rotation of the rotor down to the underside I 1 of the heat exchanger where hot gas with direction according to flow arrow 7 flows through the underside ll of the rotor. according to flow arrow 8.

Figur 2 visar rotom 1 med strömningskanalema 10 som går igenom rotom. Rotom omges av ett hölje 21 och roterar runt axeln 2.Figure 2 shows the rotor 1 with the flow channels 10 passing through the rotor. The rotor is surrounded by a housing 21 and rotates about the axis 2.

Figur 3 visar utseendet på strömningskanalema i en rotor framställd enligt ett vanligt förfarande vid tillverkning av rotorer i en roterande värmeväxlare. Strömningskanal 30 bildas genom sammanläggning av en plan plåt 32 och en veckad plåt 31.Figure 3 shows the appearance of the flow channels in a rotor manufactured according to a conventional method in the manufacture of rotors in a rotary heat exchanger. Flow channel 30 is formed by joining a flat plate 32 and a pleated plate 31.

Figur 4a visar temperaturfördelningen i en ursprungligen kall Strömningskanal 40a med kanalmynningama 41, 44 där mynningen 41 utgör en inloppssida och mynningen 44 utgör en utloppssida. Figur 4a visar en strömningskanal som inte är åtgärdad enligt uppfinningen. Kanalmynningen 44 utgör utloppssida för den i figur 4a visade strömningsriktnin gen för gas 42. Strömningskanalen 40a har genomströmmats av en den varma gasen 42 under en viss tid varvid kanalens väggar 43 har värrnts upp till den Vanna gasens temperatur och gasen som lämnar kanalen har kylts till kanalväggens kalla temperatur. Figur 4a visar temperaturfórdelningen i kanalen 40a när värmeväxlaren nått 535 337 11 sitt optimala läge. Med ”optimalt läge” avses att den till strömningskanalen inlopp 41 inströmmande gasen 42 är kyld till den kanalväggens 43 kalla temperatur precis i det läget som gasen lämnar kanalen på utloppssidan 44. Temperatur förloppet i en övergångszon 45 visas schematisk med + och - rastrering. Där gasen i början av övergångszonen har samma temperatur som den ingående varma gasen och att gasen i slutet av övergångszonen har strömningskanalens ursprungligt kalla temperatur. För klarläggande ska här nämnas att för tydlighet visas i ﬁgur 4a, b en kanal med stark förvrängda proportioner. En verklig kanal har en diameter/längd förhållande på 1/ 100 - l/200.Figure 4a shows the temperature distribution in an originally cold flow channel 40a with the channel mouths 41, 44 where the mouth 41 forms an inlet side and the mouth 44 forms an outlet side. Figure 4a shows a flow channel which is not remedied according to the invention. The channel orifice 44 forms the outlet side for the flow direction of gas 42 shown in Figure 4a. The flow channel 40a has been flowed through by the hot gas 42 for a certain time, the walls 43 of the channel the cold temperature of the duct wall. Figure 4a shows the temperature distribution in the duct 40a when the heat exchanger has reached its optimum position. By "optimal position" is meant that the gas 42 flowing into the flow channel inlet 41 is cooled to the cold temperature of the channel wall 43 exactly in the position where the gas leaves the channel on the outlet side 44. The temperature course in a transition zone 45 is shown schematically with + and - rasterization. Where the gas at the beginning of the transition zone has the same temperature as the incoming hot gas and that the gas at the end of the transition zone has the original cold temperature of the flow channel. For clarification, it should be mentioned here that for clarity, a channel with strongly distorted proportions is shown in Figure 4a, b. An actual channel has a diameter / length ratio of 1/100 - l / 200.

Figur 4b visar en strömningskanal 40b försedd med störelement 46 enlig uppfinningen.Figure 4b shows a flow channel 40b provided with disturbing elements 46 according to the invention.

Kanalen befinner sig i samma optimala läge som beskrivs i ﬁgur 4a. Störelementen 46 stör strömningen nedströms störelementen 46 och vänneövergången ökar därvid nedströms störelementen. Denna ökade värmeövergång medför att längden hos en övergångszon 47 minskar och strömningskanalen kan också göras motsvarande kortare vilket visas i en jämförelse mellan ﬁgur 4a och 4b.The channel is in the same optimal position as described in Figure 4a. The disturbing elements 46 disturb the flow downstream of the disturbing elements 46 and the friend transition thereby increases downstream of the disturbing elements. This increased heat transfer means that the length of a transition zone 47 decreases and the flow channel can also be made correspondingly shorter, which is shown in a comparison between 4 gur 4a and 4b.

Figur 5 visar störelement 52 och 54 i en kanal 50. Störelementen 52, 54 har en sådan form att stömingen från störelementen minimeras på inströmningssidan av kanalen. I fall med inströmning enligt strömningspil 53, ger störelementet 52 en liten störning och ett lågt tryckfall. På utströmningssidan av kanalen 50 ger störelementet 54 en stor stöming nedströms störelementet vilket ger en ökning av värmeövertöringen nedströms störelementet 54 vilket resulterar i en kort övergångszon nedströms störelementet 54.Figure 5 shows jamming elements 52 and 54 in a channel 50. The jamming elements 52, 54 have such a shape that the disturbance from the jamming elements is minimized on the inflow side of the channel. In the case of inflow according to flow arrow 53, the disturbance element 52 gives a small disturbance and a low pressure drop. On the outflow side of the channel 50, the disturbance element 54 gives a large disturbance downstream of the disturbance element, which gives an increase in the heat transfer downstream of the disturbance element 54, which results in a short transition zone downstream of the disturbance element 54.

Figur 6 visar en kanal 60 med störelement i form av ﬂikar 62, 64 som är utstansade ur materialet i en kanalvägg 61 men hänger fortfarande ihop med kanalväggen 61.Figure 6 shows a channel 60 with disturbing elements in the form of 62s 62, 64 which are punched out of the material in a channel wall 61 but are still connected to the channel wall 61.

Utstansningen av ﬂikama 62 och 64 är gjorda på ett sådant sätt att den stöming som ﬂiken skapar är låg för flik 62 med inströmning i kanalen 60 enligt strömningspil 63.The punching of the 62s 62 and 64 is done in such a way that the disturbance which the skapar creates is low for the flap 62 with inflow into the channel 60 according to the flow arrow 63.

Flik 64 ger däremot en stor störning som ger en ökning av värmeöveriöringstönnågan nedströms ﬂiken 64 vilken resulterar i en kort övergångszon.Tab 64, on the other hand, causes a large disturbance which causes an increase in the heat transfer tone downstream ﬂ 64 which results in a short transition zone.

Claims

10 15 20 25 535 337 12 Patent claims

1.) In the channels of a regenerative heat exchanger (12), to increase the heat transfer capacity between the flowing medium to be cooled / heated and the channel wall in channels (10, 30) in the heat exchanger (12) in such a way that the length of the channels can be reduced with unchanged capacity of the heat exchanger by inserting interfering elements (46, 52, 54, 62, 64) into the channels to increase the heat transfer payoff between flowing medium and channel wall characterized in that the interfering elements are placed in close proximity to a channel orifice (41, 44) or both channel orifices (41, 44) wherein an area free from disturbing elements is located in the axially central part of the channel.

2. A method according to claim 1, characterized in that the disturbing element consists of an element (52, 54, 62, 64) which has different flow resistances for different flow directions.

3. A method according to claim 1, characterized in that the disturbing element (46) consists of an elevation embossed from the channel material (31, 32, 43, 51).

4. A method according to claim 1, characterized in that the disturbing elements (62, 64) consist of a ﬂ ik punched out of the channel material (31, 32, 43, 61) which extends into the channel and has such a shape that the flow resistance is different in different flow directions .