DE3015115C2 - - Google Patents

Description

Der Erfindung betrifft einen drehenden Wärmetauscher mit einem Gehäuse und einem darin aufgenommenen und relativ dazu drehbaren Wärmespeicher, bestehend aus einer zylindrischen Nabe und einem dazu konzentrischen Außenmantel sowie einer Anzahl diese verbindender radialer Trennwände, zwischen denen stirnseitig offene Sektorkammern zur Aufnahme einer wärmetauschenden Masse gebildet sind, die abwechselnd von den durch Ein- und Auslaßkanäle an den Stirnenden des Gehäuses zu- und abgeführten wärmetauschenden Medien axial durchström­ bar sind, wobei der Außenmantel des Wärmespeichers Schlitze aufweist und an wenigstens einem seiner stirnseitigen Enden mit einem in dem Spalte zwischen Gehäuse und Wärmespeicher angeordneten Dichtring versehen ist.

Bei drehenden Wärmetauschern dieser aus der US-PS 29 81 521 bekannten Art wird ein die Abtei­ lungen des wärmeabsorbierenden Materials tragender zylin­ drischer Rotor zunächst von einem wärmeabgebenden Medium wie einem heißen Abgas durchströmt, das durch einen be­ grenzten Umfangsabschnitt des Rotors gerichtet wird. Nach Drehung des Rotors um seine Achse gelangt das wärmeabsorbieren­ de Material in den Strömungspfad eines zu erwärmenden relativ kalten Mediums wie Luft, wodurch die Wärme des Gases auf dieses übertragen wird. Der Rotor ist von einem Gehäuse mit undrehbaren Ein- und Auslaßkanälen an den Seitenenden um­ schlossen, welche gleichzeitig das wärmeabgebende und das wärmeaufnehmende Medium durch in Umfangsrichtung zueinander versetzte Abteilungen des Rotors leiten.

Der Rotor wird im Betrieb einen beträchtlichen Temperatur­ gradienten unterworfen, wodurch sich seine Bestandteile in einem solchen Ausmaß verbiegen und verwerfen, daß die Auf­ rechterhaltung einer wirksamen Abdichtung zwischen dem Rotor und dem umgebenden Gehäuse schwierig, wenn nicht gar unmöglich wird.

Die ungleichmäßigen Temperaturverteilungen und die damit verbundene Deformation der Bauteile können vor allem bei den radialen Trennwänden zu einem Bruch der Schweißverbindungen und anderen Beschädigungen führen.

Um dem entgegenzuwirken, ist der aus der US-PS 29 81 521 bekannte Wärmetauscher mit formsteifen Dichtringen versehen, und die Außenwand, die mit den Dichtringen verschraubt ist, weist Schlitze auf. Eine ähnliche Ausgestaltung weist der Wärme­ tauscher nach der GB-PS 13 76 122 auf. Hier ist der Dichtungsring mit Fugen versehen. Diese Maßnahmen bauen jedoch die thermischen Spannungen nur bedingt ab.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen drehenden Wärmetauscher der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Dichtflächen den üblichen thermischen Verwerfungen nicht unterworfen sind und bei dem die Schweiß­ verbindungen des Wärmespeichers von gefährlichen Bean­ spruchungen verschont bleiben.

Die erfindungsgemäße Lösung der obigen Aufgabe beruht dem­ gegenüber auf der Isolierung der Tragkonstruktion von der Dichtkonstruktion, so daß die thermische Verformung der Tragkonstruktion nicht zu einer Verformung der steifen Dicht­ ringkonstruktion führen kann, und besteht darin, daß das radial äußere oder innere Ende einer jeden Trennwand in einem axial verlaufenden Schlitz des Außenmantels bzw. der Nabe des Wärmespeichers radial verschieblich aufgenommen ist, während das andere Trennwandende an der Nabe bzw. dem Außenmantel des Wärmespeichers fest angebracht ist, wobei, in Umfangsrichtung betrachtet, zumindest jede weitere Trenn­ wand in dieser Weise verschieblich mit dem Außenmantel des Wärmespeichers verbunden ist und außerdem die Trennwände den Dichtring bzw. die Dichtringe radial verschieblich er­ fassen.

In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist der bzw. jeder Dichtring mit radialen Führungsmitteln wie Schlitzen für die radialen Kanten der Trennwände versehen.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung an einem Ausführungsbeispiel erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Längsschnitt durch den drehenden Wärmespeicher eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers in schematischer Dar­ stellung,

Fig. 2 einen Querschnitt durch den Wärmespeicher nach Linie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 in größerem Maßstab einen ausschnitts­ weisen Längsschnitt durch den Wärme­ speicher mit einem Teil einer Trennwand und einem Dichtring,

Fig. 4 einen ähnlichen ausschnittsweisen Längs­ schnitt in einer anderen Schnittebene mit einer besonderen Zentriereinrichtung für den Dichtring,

Fig. 5 einen Tangentialschnitt nach Linie V-V in Fig. 4,

Fig. 6 in noch größerem Maßstab einen ausschnitts­ weisen Querschnitt einer anderen Aus­ führungsform des Wärmespeichers mit einer Gleitverbindung zwischen einer Trennwand und dem zylindrischen Außenmantel und

Fig. 7 in wiederum kleinerem Maßstab einen ausschnittsweisen Querschnitt durch den Wärmetauscher mit der Gleitverbindung nach Fig. 6.

Der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Wärmetauscher weist einen Drehspeicher 1 mit einer zylindrischen Nabe 2 und einem zylindrischen Außenmantel 3 auf, der mit der Nabe 2 durch eine Vielzahl von radialen Trennwänden 4 ver­ bunden ist, die zwischen sich eine entsprechende Anzahl stirnseitig offener Sektorkammern 5 bilden, welche (nicht gezeigte) Körbe aus wärmeübertragenden Metallplatten auf­ nehmen.

Die Trennwände 4 sind mit ihren Innenkanten an der Nabe 2 verschweißt und mit ihren Außenkanten in Axialschlitzen 6 des Außenmantels 3 sowie in radialen Schlitzen 7 zweier formsteifer Dichtringe 8, 9 geführt, welche dichtend mit den im Abstand zueinander liegenden Enden der Wandungssegmente des Außenmantels 3 verbunden sind.

Der obere Dichtring 8 ist an diesen Wandungssegmenten ange­ schweißt, und der untere Dichtring 9 ist mittels Schwingen 10 aufgehängt, die an dem oberen Dichtring 8 angebracht sind. Der untere Dichtring 9 enthält eine Ringnut 11, welche das untere Ende des Außenmantels 3 auf­ nimmt.

Auf diese Weise sind die Trenn­ wände 4 radial in den Schlitzen 6 des Außenmantels 3 und den radialen Schlitzen 7 der Dichtringe 8, 9 verschieblich. Die Dichtringe 8, 9 sind konzentrisch zu der Nabe 2 und dem Außenmantel 3 angeordnet. Durch die Schlitze 7 verlagern sich die Dichtringe 8, 9 nicht.

Der Wärmetauscher ist mit üblichen Sektorplatten 12 an den entgegengesetzten Stirnenden des Drehspeichers 1 versehen, und die radialen Trennwände tragen flexible radiale Dicht­ leisten 13.

Unter bestimmten Bedingungen erfolgt im Betrieb ein "Abwärts­ verdrehen" der radialen Trennwände 4 aufgrund der thermischen Verwerfung der Rotorkonstruktion. Die Sektorplatten 12 und die radialen Dichtleisten 13 werden dabei um einen Winkel α gemäß der Darstellung in Fig. 3 gebogen. Hingegen werden die formsteifen Dichtringe 8, 9 und die Wandungssegmente des Außenmantels 3 nicht deformiert, sondern nur um einen ent­ sprechende Entfernung nach unten verlagert.

In den Fig. 4 und 5 ist gezeigt, wie zumindest der Dicht­ ring 8 mit der Nabe 2 des Drehspeichers durch eine Zentrier­ einrichtung verbunden ist, die aus einer Anzahl sich radial erstreckender elastischer Speichen 14 besteht. Die Speichen 14 können während des Zusammenbaus des Wärmetauschers ver­ wendet und danach entfernt werden.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine andere Ausführungsform der Erfindung, bei welchem ein ununterbrochener Außenmantel 3 mit axial verlaufenden Rinnengliedern 17 im Inneren anstelle einer Unterteilung des Außenmantels 3 in Wandungssegmente durch Schlitze 6 verwendet ist. Eine jede zweite Trennwand 4 ist an der zentralen Nabe 2 angeschweißt und mit ihrem radial äußeren Ende verschieblich in einem der mit Schlitzen versehenen Rinnenglieder 17 aufgenommen, die am Außenmantel 3 angeschweißt sind. Die übrigen Trennwände 4 sind an dem Außenmantel 3 angeschweißt und mit ihren radial inneren Enden verschieblich in ent­ sprechenden axialen Schlitzen 18 in der Nabe 2 aufge­ nommen. In diesem Fall ist der obere Dichtring 8 schwimmend von dem Außenmantel 3 getragen und nur durch äußere radiale Wandteile 4′ geführt, die am Außenmantel 3 angeschweißt sind und Verlängerungen der Trennwände 4 bilden. Es ist auch möglich, die Trennwände 4 dergestalt anzuordnen, daß alle Trennwände 4 fest, beispielsweise durch Schweißung, an der Rotornabe 2 angebracht sind und alle radial äußeren Enden der Trennwände 4 in Rinnengliedern 17 verschieblich aufgenommen sind.

Claims (2)

1. Drehender Wärmetauscher mit einem Gehäuse und einem darin aufgenommenen und relativ dazu drehbaren Wärme­ speicher, bestehend aus einer zylindrischen Nabe und einem dazu konzentrischen Außenmantel sowie einer Anzahl diese verbindender radialer Trennwände, zwischen denen stirnseitig offene Sektorkammern zur Aufnahme einer wärmetauschenden Masse gebildet sind, die abwechselnd von den durch Ein- und Auslaßkanäle an den Stirnenden des Gehäuses zu- und abgeführten wärmetauschenden Medien axial durchström­ bar sind, wobei der Außenmantel des Wärmespeichers Schlitze aufweist und an wenigstens einem seiner stirnseitigen Enden mit einem in dem Spalt zwi­ schen Gehäuse und Wärmespeicher angeordneten Dichtring versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das radial äußere oder innere Ende einer jeden Trenn­ wand (4) in einem axial verlaufenden Schlitz (6; 17 bzw. 18) des Außen­ mantels (3) bzw. der Nabe (2) des Wärmespeichers radial verschieblich aufgenommen ist, während das andere Trenn­ wandende an der Nabe (2) bzw. dem Außenmantel (3) des Wärmespeichers fest angebracht ist, wobei, in Umfangs­ richtung betrachtet, zumindest jede zweite Trennwand (4) in dieser Weise verschieblich mit dem Außenmantel (3) des Wärmespeichers verbunden ist und außerdem die Trenn­ wände (4) den Dichtring bzw. die Dichtringe (8, 9) radial verschieblich erfassen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der bzw. jeder Dichtring (8, 9) mit radialen Führungsmitteln wie Schlitzen (7) für die radialen Kanten der Trennwände (4) versehen ist.