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Regenerativwärmeaustauscher Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Regenerativwärmeaustauscher.
Es sind Regenerativwärmeaustauscher mit rotierenden Speichermassen bekannt, bei denen die Hauptschwierigkeit darin besteht, die wärmeaustauschenden Medien längs der rotierenden Speichermasse wirksam gegeneinander abzudichten.
Diese Schwierigkeit ist bei bekannten Regenerativwärmeaustauschern mit stationärer Speichermasse zwar dadurch behoben, dass die Speichermasse abwechselnd mit Hilfe von beidseitig derselben angeordneten Absperrventilen mit dem wärmeren und kälteren Medium beschickt wird.
Die Erfindung bezieht sich auf einen Re- generativwärmeaustauscher mit wenigstens einer in einem Gehäuse angeordneten Wärmeaustauschereinheit, welche letztere mit einer Wärmespeichermasse und einem Schieber, der den Strom der wärmeaustauschenden Medien durch die Speichermasse steuert, ausgerüstet ist, und ist dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichermasse in zwei Teile unterteilt ist und innerhalb eines Schieberführungsteils liegt, der gegenüberliegende Endzonen und dazwischen eine Mittelzone aufweist, von welchen Zonen jede Ein- und Auslässe für die Medien besitzt, wobei die Strömung der Medien so verläuft,
dass das wärmere Medium durch den 3fittel- zoneneinlass wenigstens einem der Speichermassenteile zuströmt und diesen Teil in Richtung vom Mittelzoneneinlass gegen einen Endzonenauslass durchströmt und dass das kältere Medium durch einen Endzoneneinlass wenigstens einem der Speichermassenteile zuströmt und diesen Teil in Richtung von diesem Endzoneneinlass gegen den 2 & ttel- zonenauslass durchströmt, und dass die beiden Speichermassenteile mit Hilfe des Schiebers abwechselnd mit dem wärmeren und dem kälteren Medium beschickt werden.
An Hand der beiliegenden Zeichnung werden mehrere Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes näher beschrieben, und zwar zeigt Fig.l einen Regenerativwärmeaustau- scher mit einer einzigen Wärmeaustauscher- einheit, bei welcher die Speichermasse in einem Schieber eingebaut ist, Fig. 2 eine zu Fig. 1 ähnliche Konstruktion, Fig. 3 und 4 zwei zueinander senkrechte Schnitte einer Zwillingsanordnung von Wär- meaustauschereinheiten, Fig. 5 einen pneumatisch betätigten Antriebsmechanismus für den Schieber,
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Fig. 6 bzw. 7 einen elektrisch bzw. einen pneumatisch betätigten Antriebsmechanismus für den Schieber, Fig. 8 ein Ausführungsbeispiel, bei welchem der Antriebsmechanismus für den Schieber und der Einlass für das kältere Medium auf derselben Seite angeordnet sind, Fig. 9 und 10 die Kombination von mehreren Wärmeaustauschereinheiten in einem einzigen Gehäuse, wobei Fig. 10 teils einen Schnitt nach Linie X-X in Fig. 9 darstellt, Fig. 11 eine der Fig. 10 ähnliche Aus- führungsform, aber mit unterteiltem Gehäuse,
Fig. 12 und 13 einen Schieberantriebs- mechanismus mit Untersetzungsgetriebe, Fig. 14 Dichtungen für Schieber mit gro- ssem Durchmesser, Fig. 15 einen Schieber mit Kolbenringdichtungen, Fig. 16 eine der Fig. 15 ähnliche Schieberkonstruktion, aber mit konischer Speichermasse, Fig. 17 und 18 eine Wärmeaustauscher- anlage mit paarweise koaxial angeordneten Wärmeaustauschereinheiten, Fig. 19 eine Wärmeaustauschereinheit mit einer stationären Speichermasse,
Fig.20 einen Regenerativwärmeaustau- scher mit vertikal angeordneten Schiebern der in Fig. 19 dargestellten Art und Fig. 21 eine Einrichtung, um einen Schieber in Drehung zu versetzen.
In der folgenden Beschreibung wird angenommen, dass der Regenerativwärmeaus- tauscher in einer Gasturbinenanlage verwendet werde, wobei das kältere Medium in einem Kompressor komprimierte Luft ist und das wärmere Medium -entspannte Abgase der Turbine sind.
Fig. 1 zeigt einen Wärmeaustauscher mit einer in einem annähernd zylindrischen Gehäuse 1 angeordneten Wärmeaustauscher- einheit, die aus dem beweglichen Schieber 3 und der darin untergebrachten Wärmespei- chermasse 2, die fortan kurz Speichermasse genannt wird, besteht. Der Schieber weist vier Abteile a, ss, y und 8 auf, die durch innere, zylindrische Wandteile 4, durch ko- nische Wandteile 6 und durch mit Öffnungen versehene äussere zylindrische Wandteile 5 begrenzt sind. Diese Wandteile werden durch das zentrale Rohr 7, welches sich durch den Schieber erstreckt, zusammengehalten.
Um den Schieber herum erstrecken sich unmittelbar aneinandergereihte Kammern Al, B1, Cl, D, C2, B2 und A., welche mit Ausnahme der Endkammern Al und A, ringförmig sind und durch das Gehäuse 1 gebildet sind, das einen innern mit als Ein- und Auslässe dienenden Öffnungen versehenen zylindrischen Schieberfühilingsteil 1b auf-,veist, der als Gleit- und Dichtungsfläche für den Schieber 3 dient.
Der Schieberführungsteil 1b weist zwei gegenüberliegende Endzonen auf, die von den Kammern Al, B1 bzw. A2, B2 umgeben sind, sowie eine dazwischenliegende Mittelzone; die von den Kammern Cl, D und C2 umgeben ist. Die beiden Endkammern Al und A2 sind durch das zentrale Rohr 7 verbunden. Die Speichermasse 2 ist in zwei ringförmige, koaxial angeordnete Teile unterteilt, wovon sich je ein Teil auf einer Seite des Schiebers befindet und um die zylindrischen Wandteile 4 des mit den Speichermassen- teilen koaxialen Schiebers 3 herum angeordnet ist.
Zur Herabsetzung der Wärmeleitung längs der Speichermassenteile ist jeder Teil durch einen Luftspalt in zwei Abschnitte geteilt, die hintereinander in Strömungsrichtung angeordnet sind. Der Schieber 3 ist axial hin und her schiebbar.
Im Betrieb tritt kalte zu erwärmende unter Druck stehende Luft durch die Seiteneintrittsöffnung a des Gehäusedeckels 8 in die Endkammer Al und gelangt durch das zentrale Rohr 7 auch in die Endkammer A2,. Bei der dargestellten Schieberstellung strömt die Luft in das Schieberabteil a, durch den Einlass k der in Fig. 1 links dargestellten Endzone des Schieberführungsteils und durch den linken Wärmespeichermassenteil in Richtung gegen den Auslass l der Mittelzone in die Kammer Cl und nimmt von der Speichermasse Wärme auf.
Dieser Speichermassenteil ist nämlich kurz vorher durch die heissen Turbinenabgase erhitzt worden, wie aus dem
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Folgenden noch ersichtlich sein wird. Die erwärmte Luft wird von der Kammer C,. durch eine nicht dargestellte Austrittsöffnung in eine Brennkammer geleitet, um vor der Expansion in der Turbine noch weiter erhitzt zu werden.
Die heissen Turbinenabgase treten in die Kammer D ein und durch den Einlass irz der Mittelzone in den Schieberführungsteil lb, wie es durch die Pfeile dargestellt ist. Die Gase strömen dann durch den rechten Speichermassenteil, vvo sie abgekühlt werden, und gelangen durch einen Auslass n der in Fig. 1 rechts dargestellten Endzone des Führungsteils 1b in die Kammer B2, und durch eine Seitenaustrittsöffnung b in die Atmosphäre, wie es durch Pfeile dargestellt ist.
Die in der Kammer A2 befindliche zu erwärmende Luft kann nicht weiter strömen, bis der Schieber nach einer gewissen Zeit, während welcher sich die Speichermassenteile erhitzt bzw. abgekühlt haben, etwas nach rechts verschoben wird.
Dadurch wird die Verbindung zwischen der Kammer AI und dem Abteil a unterbrochen, dagegen tritt die Druckluft aus der Kammer A2 in das Abteil ö und durch den rechten Speichermassenteil in die Kammer C2, von wo sie in erhitztem Zustand über einen nicht dargestellten Ausgang wie vorher der Brennkammer zugeleitet wird. Gleichzeitig strömen nun die in Kammer D eingetretenen heissen Abgase in das Abteil /3, durch den linken Speichermassenteil und in abgekühltem Zustand in die Kammer Bi und von dort in die Atmosphäre durch eine zweite Seitenaustrittsöffnung b.
Der Schieber wird periodisch von der einen in die andere Stellung bewegt, wobei die Dauer der Periode von der zur Erhitzung und zur Abkühlung der Speichermasse notwendigen Zeit abhängig ist.
Beim beschriebenen Wärmeaustauscher nimmt die Temperatur von den Endteilen gegen die Mitte allmählich zu, und die Temperaturschwankungen in den einzelnen Querschnitten lassen sich bei entsprechendem Betrieb relativ klein halten. Der Schieber kann in den kühleren Endteilen mit relativ geringem Spiel geführt bzw. gelagert sein und wirkt zusammen mit dem zentralen Rohr 7 als Wärmeleiter, so dass er von der noch relativ kühlen Luft stets gekühlt wird.
Ein weiterer Vorteil dieser Konstruktion liegt darin, dass der in den Kammern A1 und A2 auf den Schieber ausgeübte Druck infolge gleicher Formgebung der beiden Schieberenden ausgeglichen ist.
Die unter Druck in der Speichermasse enthaltene Luftmenge expandiert, ohne Arbeit zu leisten, wenn die Schieberstellung gewechselt wird, und dies hat einen Verlust zur Folge. Dieser Verlust wird reduziert, indem sowohl der Schieberführungsteil 1b als auch die innern zylindrischen Wandteile 4 des Schiebers einzelne nicht gezeigte Öffnungen oder, wie in Fig. 2 dargestellt, ringförmige Spalten w, x, y, z, die miteinander durch eine Anzahl von über den Umfang verteilten Rohren 14 in Verbindung stehen, für den Gasdurchlass vorgesehen sind.
Dies hat zur Folge, dass während dem Stellungswechsel des Schiebers zu einer Zeit, zu der alle Ein- und Auslässe geschlossen sind, die die beiden Speichermassenteile enthaltenden Räume für kurze Zeit in Verbindung stehen, so däss die Drücke in ihnen auf eine mittlere Höhe ausgeglichen werden.
Wenn. eine neue Endstel- lung des Schiebers erreicht ist, tritt eine arbeitsfreie Expansion iii dem mit der Niederdruckseite verbundenen Teil der Speichermasse nur von diesem mittleren Drucke aus auf, während der mit der Hochdruckseite in Verbindung stehenden Teil der Speichermasse auf den dort herrschenden Druck vom mittleren Druck aus gebracht wird.
Ein weiterer Gewinn kann erreicht werden, indem besondere Verbindungen für die ringförmigen Spalten w und z bzw. x und y, die mit den kälteren bzw. wärmeren Teilen des Wärmeaustauschers in Verbindung stehen, geschaffen werden. .
Bei der in der Fig. 3 und 4 dargestellten Zwillingsanordnung von Wärmeaustauscher- einheiten werden nur kurze, gerade Gasdurch- lässe w, x, y, z in. den Wänden benötigt, wel-
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ehe die Kammern A,. und B,, C,. und D, C2 und D, B2, und A2 trennen, um raschen und getrennten Druckausgleich auf den Heissund Kaltgasseiten während dem Stellungswechsel des Schiebers zu schaffen.
Der Antriebsmechanismus für den Stel- lungswechsel des Schiebers kann so beschaffen sein, dass er einen raschen, zeitlich und räumlich scharf begrenzten Wechsel von einer Endstellung in die andere ergibt. Der Antrieb kann hydraulisch, pneumatisch, elektrisch oder mechanisch sein, oder eine Kombination dieser Mittel darstellen.
In Fig. 5 ist ein pneumatisch angetriebener Steuerkolben 17 für den Antrieb des Schiebers durch eine zylindrische Stange 15 und einen Radstern 16 verbunden, welcher es der zu erwärmenden Luft ermöglicht, un- behindert durch das Rohr 7 zu strömen. Der Steuerkolben 17 ist so ausgeführt, dass er eine beschränkte Kippbewegung relativ zur Stange 15 gestattet, die genügt, um die Än- derung der Zentrierung zu kompensieren, die sich aus der Abnützung des Schiebers im Betrieb ergibt. Dies wird z.
B. dadurch erreicht, dass die Aussenwand des Steuerkolbens an der Stange 15 mit Hilfe von zylindrischen Gummikörpern 18 befestigt wird, welche der Stange 15 genügend Bewegungsfreiheit lassen und eine geeignete Dämpfung bei Erreichen der Endstellung des Schiebers garantieren.
Die Exzentrizität des Schiebers wegen dem anfänglichen Spiel wird ausgeglichen, indem der Steuerzylinder 9 auf dem Enddeckel 8 entsprechend exzentrisch angeordnet wird. Der Steuerzylinderraum ist von der End- kammer A2 mit Hilfe einer Kohlenringstopf- büchse 19 abgedichtet, deren Packung in radialer Richtung frei beweglich ist. Abwechslungsweise kann die eine oder die andere Seite des Steuerzylinderraumes mit Druckluft durch eine der beiden Einlässe 11 beliefert werden, um den Schieber von einer Seite auf die andere hinüber zu wechseln.
Bei dem in Fig. 6 gezeigten elektrischen Antrieb ist auf dem grössten Umfang eines an einem Radstern 16 befestigten hohlzylindrischen Spulenkörpers 15 eine Elektromagnet- spule 20 angebracht. Eine periodische Umkehrung der Polarität dieser Spule, welche in das Magnetfeld eines Permanentmagneten oder eines Elektromagneten 21 vorsteht, hat eine Hin- und Herbewegung des Spulenkör- pers 15 und damit des Schiebers zur Folge.
Die in Fig. 5 gezeigte pneumatische Steueranordnung kann vereinfacht werden, indem die Kohlenringstopfbüchse 19 weggelassen wird. In diesem Falle, der in Fig. 7 dargestellt ist, wirkt eine nach aussen gerichtete, von Druck der zu erwärmenden Luft herrührende Kraft während des Betriebes ständig auf den Steuerkolben 17, wobei die Grösse dieser Kraft vom Querschnitt des Steuerkolbens 17 und dem vorerwähnten Druck in den Endkammern A, und A2 abhängt. Eine Schraubenfeder 22 ist so angeordnet, dass sie eine genügende solche Kraft auch bei niederen Drücken der zu erwärmenden Luft oder beim Anlassen der Anlage gewährleistet.
In diesem Falle ist ein periodischer Wechsel des Druckes der Pressluft auf der Aussenseite des Steuerkolbens 17 genügend, um die Wechselbewegung des Schiebers hervorzurufen. Wenn diese Steueranordnung für ziemlich kleine Wärmeaustauscherein- heiten verwendet wird, für welche sie hauptsächlich gedacht ist, sind die Anforderungen im Hinblick auf die Axialverschiebung des Steuerkolbens 17 so gering, dass der Steuerzylinder 9 in seinen Dimensionen klein gehalten werden kann und mit der Endplatte 8 ein Stück nach Fig. 7 bilden kann. Der Steuerkolben 17 ist durch Kolbenringe genügend abgedichtet, auch wenn er'infolge Abnützung des Schiebers eine beschränkte Kippbewegung relativ zur Stange 15 ausführt.
In vielen Fällen wird Platz gespart und die Pressluftleitungsanordnung vereinfacht, wenn der Steuermechanismus und der Einlass für dielzu erwärmende Luft auf derselben Seite im Wärmeaustauscher angeordnet werden. Nach Fig. 8 ist hier der Steuerkolben 9 ein Stück mit dem zentralen Rohr 7, und die Pressluft wird durch ein Rohr 23 eingeführt, das an einem im Kolben 9 vorgesehenen Tragkörper 17 befestigt ist.
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Eine besonders leichte Konstruktion des Wärmeaustauschers wird erreicht, indem die in den Fig. 7 und 8 gezeigte Gehäuseform verwendet wird.
Die Besonderheit dieses Gehäuses 1 ist, dass ein innerer Teil Ir, desselben die drei mittleren ringförmigen Kammern Cl, D und C2 begrenzt, wobei der Schie- berführungsteil 24 mit Durchlässen für die wärmeaustauschenden Medien aus dem Gehäuse 1 an seinen beiden Enden vorsteht. Bei diesen beiden Enden ist der Schieberführungsteil 24 mittels nicht dargestellter Klemm- oder Schraubenverbindungen an schalenförmigen Enddeckeln 8 befestigt, die die Endkammern A, und A2 begrenzen. Ein Blechmantel 25, der den ringförmigen Raum B begrenzt, ist zwischen den schalenförmigen Enddeckeln 8 eingeklemmt.
Diese Anordnung ist besonders geeignet zur Vereinigung von verschiedenen Wärmeaustauschereinheiten in einem einzigen Gehäuse.
Wie es in den Fig. 9 und 10 dargestellt ist, sind eine Anzahl von Wärmeaustauscher- einheiten in einem Gehäuse ringförmig angeordnet, wobei die Turbinenabgase durch die Öffnung d in den Wärmeaustauscher eintreten und in radialer Richtung nach aussen strömen.
Die ringförmigen Kammern Cl und C2 sind, wie in den Fig. 7 und 8 gezeigt, auf beiden Seiten der ringförmigen Kammer D vorgesehen und durch Röhren 26 (Fig. 10) miteinander verbunden. Die erhitzte Luft in den Kammern C, und C2 kann an irgendeiner geeigneten (nicht dargestellten) Stelle am Umfang des Gehäuses 1 den Wärmeaus- tauscher verlassen.
Eine Besonderheit dieses Wärmeaustau- sehertyps ist, dass die Zahl und Lage der Stellen, an denen die Luft den Wärmeaustau- seher verlässt, nachdem sie erwärmt worden ist, die Symmetrie der Temperaturverteilung im Wärmeaustausehergehäuse nicht beeinträchtigt.
Eine besonders geeignete Art der Ableitung wird erhalten, indem der Schieber und die Speichermasse in einem der Schieberführungsteile 24 weggelassen wird und alle Durchlässe in diesem Schieberführungsteil abgeschlossen werden, mit Ausnahme der den Kammern C, und C2 zugeordneten Durchlässe, so dass die zu erwärmende Luft von allen Wärmeaustauschereinheiten in diesen Schieberführungsteil strömt und einem ihrer Enddeckel entnommen werden kann. Im Falle, wo diese Luft in einer oder mehreren Brennkammern weiter erhitzt werden muss, können letztere im Wärmeaustauscher- gehäuse an der Stelle von einer oder mehreren Wärmeaustauschereinheiten angeordnet werden.
Der innere Teil 1c und der äussere Teil 25 des Gehäuses 1 umgeben die Wärmeaustau- schereinheiten vollständig und begrenzen einen Raum 27, welcher gleichzeitig zur Sammlung des aus den Speichermassen austretenden abgekühlten Turbinenabgases dient, welche dann durch die Austrittsöffnung b weggeführt werden. Die Eintrittsöffnung für die zu erwärmende Luft und der Steuermechanismus sind auch hier bei jeder Wär- meaustauschereinheit mit einem Enddeckel 8 verbunden.
In Fällen, wo ziemlich grosse Gasmengen auftreten, ist es erwünscht, das Gehäuse 1 zu unterteilen, was vorzugsweise in zwei Teile, wie in Fig. 11 dargestellt; geschieht. Hier ist auch eine gemeinsame Eintrittsöffnung d für die wärmeabgebenden Turbinenabgase vorgesehen. Das gekühlte Turbinenabgas sammelt sich im Raum 27 zwischen den Gehäuseteilen 25 und 1c und zieht durch die Austritts- öffnung b ab.
Die Kammern C,. und C2 des Gehäuses sind an ihren äussern Umfängen durch flexible Verbindungen 28 verbunden, wodurch zwei zu einem Ring geschlossene Leitungen entstehen, aus denen die erwärmte Luft an einem geeigneten Teil des Umfanges des Gehäuses abgezogen wird.
Für alle Schieber des Wärmeaustauschers nach Fig. 11 ist ein gemeinsamer Nockenwellenantrieb mit Reduktionsgetriebe vorgesehen, wie in den Fig. 12 und 13 dargestellt. Eine Nockenscheibe 29 mit einem einzigen Nocken, der sich über 180 erstreckt, ist koaxial zum Wärmeaustauschergehäuse in
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diesem montiert. Auf die Nockenscheibe wird für jede Wärmeaustauschereinheit eine Rolle 30 gedrückt, an welcher ein Stössel 31 befestigt ist.
Jeder Stössel 31 ist in dem End- deckel 8 der betreffenden Wärmeaustauscher- einheit beweglich gelagert und vom Gehäuse 1 durch einen Schild 32 abgeschirmt, und sein Durchgang durch den Enddeckel 8 ist mit Hilfeeiner Stopfbüchse 33 abgedichtet. Über eine gewisse Länge ist jeder Stössel 31 mit seitlichen Zähnen versehen, die mit einem Ritzel 34, das auf einer Welle 36 festsitzt, in Eingriff stehen, auf welcher Welle ebenfalls ein Zahnrad 35 befestigt ist.
Dieses Zahnrad 35 steht in Eingriff mit parallelen Quer- rinnen auf dem am zentralen Rohr 7 der betreffenden Wärmeaustauschereinheit befestigten zylindrischen Stift 15, der somit wie eine Zahnstange arbeitet.
Eine Schraubenfeder 22, die in Fig. 12 am dem Antrieb gegenüberliegenden Ende des Schiebers befestigt ist und die bei einer Variante auch koaxial mit dem Stössel 31 angeordnet werden kann, wirkt zusammen mit der Kraft, die durch den Druck der zu erwärmenden Luft auf die Querschnittsfläche des Stössels 31 ausgeübt wird, so dass diese Feder 22 die Rolle 30 stets in Berührung mit der Nockenscheibe 29 hält. Die Höhe des Nockens auf der Nockenscheibe 29 entspricht der totalen Axialbe- wegung des Schiebers reduziert um das Durchmesserverhältnis des Ritzels 34 zum Zahnrad 35.
Regenerativwärmeaustauscher nach der Art der Fig. 10 und 11 erlauben die Verwendung einer ungeraden Anzahl von Schiebern statt einer geraden Anzahl wie dargestellt, so dass keine zwei Schieber gleichzeitig betätigt werden, da dies zu unerwünschten Fluktuationen der Gasströme führen könnte.
Als Folge der beschriebenen Anordnung sind alle Schieber der einen Hälfte des Wär- meaustauschers in einer Endstellung und alle Schieber der andern Hälfte in der andern Endstellung. Die Gasleitungen können besser ausgenützt werden, indem zwei Nockenscheiben koaxial nebeneinander montiert werden, deren Nocken relativ gegeneinander verschoben sind und von denen jede einen Teil des Steuermechanismus betätigt.
Für Schieber von ziemlich kleinen Dimensionen ist das zur Gewährleistung eines befriedigenden Gleitens in dem sie umgebenden Schieberführungsteil 24 nötige Spiel so klein, dass eine genügende Dichtung erreicht wird, ohne besondere Massnahmen zu diesem Zwecke zu treffen. Die Dichtung kann jedoch verbessert werden, indem der Schieber mit einem Schmiermittel, z. B. mit einer graphit- haltigen Paste überzogen wird. Insbesondere kann eine gleichmässige Verteilung eines Filmes von Schmiermittel über die Oberfläche des Schiebers erreicht werden, wenn der letztere langsam gedreht wird.
Grössere Mengen der Wärmeaustauschmedien verlangen im allgemeinen eine Vergrösserung des Durchmessers, aber nicht notwendigerweise der Länge des Schiebers und dies wiederum verlangt eine Vergrösserung des Spiels des Schiebers im Schieberführungs- teil und somit besondere Massnahmen für die Dichtung. Eine besonders wirksame Anordnung zu diesem Zwecke ist in Fig. 14 dargestellt. Hier sind an allen Dichtungsflächen feststehende Dichtungsringe 37 vorhanden, auf deren Innenseiten der Schieber gleitet, und die in den sie umgebenden Räumen radial verschiebbar sind.
Der Schieber ist über das zentrale Rohr in den Lagerbüchsen 38 gelagert, die an den beiden relativ kalten Enden des Wärmeaustauschers angeordnet sind und in denen das zentrale Rohr 7 gleitet.
Eine andere wirksame Möglichkeit zur Dichtung des Schiebers beruht auf der Verwendung von Kolbenringen 39, die, wie es in den Fig. 15 und 16 dargestellt ist, in der äussern Fläche des Schiebers angeordnet sind. Diese Ringe sind vorzugsweise aus selbstschmierendem Material hergestellt oder sind Metallringe mit Graphiteinlagen.
Bei grossen Mengen von Turbinenabgasen mit hohen Spitzentemperaturen muss die ganze Gleitfläche des Schiebers auf einer mittleren Temperatur gehalten werden, um eine wirksame Schmierung und Dichtung zu gewährleisten. Zu diesem Zwecke sind die
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ringförmigen Räume C und D auf ihren Innenseiten mit Wärmeisolationen versehen. Zudem können Kühlrippen oder Kühlmäntel auf der Aussenseite des Gehäuses 1 vorhanden sein.
Weiter ist dann die Speichermasse so angeordnet, dass nur eine kleine Wärmemenge in die Wände des Schiebers fliessen kann, was z.B., wie in Fig. 15 dargestellt, dadurch erreicht wird, dass die Speichermasse in einem dünnwandigen Zylinder 40 untergebracht ist, der so dimensioniert ist, dass ein wärmeisolierender Luftspalt zwischen ihm und dem äussern Wandteil 5 des Schiebers liegt. Wenn die Speichermasse ein System von parallel zur Schieberachse verlaufenden Kanälen enthält, wirkt sie selbst gegenüber der Gleitfläche des Schiebers isolierend, sofern die äussersten Kanäle an den Stirnwänden der Speichermasse mit Hilfe von Lippen 41 auf dem Schieber abgedichtet sind.
Die Speichermasse kann, wie es in Fig. 16 dargestellt ist, im Schieber die Form eines Kegelstumpfes aufweisen, durch welchen die wärmeaustauschenden Medien beinahe radial fliessen, das wärmeabgebende Gas von innen nach aussen und die wärmeaufnehmende Luft von aussen nach innen. Auf diese Weise wird die ganze äussere zylindrische Aussenwand 5 des Schiebers auf der niedrigeren Temperatur des Wärmeaustauschers gehalten. Der Mittelteil des Schiebers ist vor dem heissen Gas geschützt durch Isolation auf einer Seite und durch Kühlung auf der Gegenseite.
Diese Kühlung wird passenderweise erreicht, indem das zentrale Rohr 7 in der Mitte unterbrochen ist und indem der Schieber in zwei Hälften geteilt wird, zwischen welchen eine senkrecht zur Schieberachse stehende Scheibe 42 eingeführt ist, welche kalte zu erwärmende Luft aus dem zentralen Rohr 7 in den Raum 43 ablenkt, wodurch der mittlere gleitende Teil des Schiebers kühl gehalten wird. Die Wände 44 und 45, die mit der genannten Luft gefüllt sind, verhindern den Wärmefluss zur Schiebermitte beim Ausströmen der erwärmten Luft aus der Wärmeaustauschereinheit.
Die beiden in den Fig. 15 und 16 dargestellten Schieber enthalten Speichermassen von stark unterschiedlichen Eigenschaften, die nur zwei Beispiele solcher Speichermassen darstellen. Die Speichermasse der Fig. 15 ist gekennzeichnet durch eine beträchtliche Tiefe und relativ kleine Eintrittsfläche, wie sie für eine Speichermasse mit geraden, glatten Kanälen erforderlich sind, die z. B. durch Röhrenbündel oder Wellblechanordnungen entstehen.
Die Speichermasse der Fig. 16 ist gekennzeichnet durch eine geringe Tiefe und eine beträchtliche Eintrittsfläche, wie sie für eine Speichermasse mit unregelmässigen, rauhen Durchgängen erforderlich ist, die z. B. durch Drahtnetz- oder körnige evtl. keramische Masse entsteht.
Eine weitere erwünschte Eigenschaft, die bei der Speichermasseanordnung nach Fig.15 erreicht werden kann, ist ihre Unterteilung in aufeinanderfolgende Teile, was zwei Vorteile zur Folge hat, nämlich eine Abnahme der Wärmeleitung längs des Schiebers und die Möglichkeit der Verwendung von verschiedenen Materialien und Dimensionen der vorgenannten Kanäle an den heissen und kalten Enden der Speichermasse.
Eine Wärmeaustauscheranlage mit Schiebern der beschriebenen Art ist in den Fig.17 und 18 dargestellt. Sie enthält vier parallel zueinander angeordnete Zylinder, von denen jeder zwei koaxial angeordnete, nicht dargestellte Wärmeaustauschereinheiten enthält. Die kalte komprimierte Luft fliesst durch die Leitungen a in die Anlage und verlässt sie erhitzt durch die Leitungen c. Das eintretende heisse Turbinenabgas fliesst durch längliche Leitungen d und wird im gekühlten Zustand durch die Leitungen b aus dem Wärmeaustauscher abgeführt.
Fig. 19 zeigt eine Wärmeaustauscherein- heit mit stationärer Speichermasse.
Im Schieberführungsteil 1 ist eine in zwei Teile unterteilte stationäre Speichermasse 2 untergebracht, zwischen welchen Teilen im Schieberführungsteil 1' zwei Reihen von Öffnungen p angeordnet sind, von denen abwechslungsweise die eine von einem axiale Durchlässe aufweisenden Schieberteil 46 verschlossen wird. Der Schieberteil 46 ist am
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zentralen Rohr 7 befestigt, das durch die beiden: Speichermassenteile geht.
An seinen Enden trägt das zentrale Rohr 7 zwei gleiche aber entgegengesetzt angeordnete Schieberkörper 47 und 48, deren Endwände 50 und 51 verhindern, dass zu erwärmende Luft aus den Endkammern A1 und A2 durch den Schieber in die Speichermasse eintritt.
Die Öffnungen p im Schieberführungsteil 1', welcher den Schieber umgibt, sind so angeordnet, dass in der dargestellten Endstellung das durch die Kammer D eintretende Turbinenabgas, durch die beiden Speichermassenteile auf beiden Seiten gekühlt, in die ringförmigen Räume B1 und B2 strömen kann; während in der andern Endstellung die zu erhitzende Luft aus den beiden Endkammern A1 und A2 durch die Speichermassenteile in die Kammer C strömen kann. Bei dieser Anordnung be- sitzt.der Mittelteil des Schiebers einen grö- sseren Durchmesser als seine Endteile.
Die Öffnungen p in der Mittelzone des Schieberführungsteils 1' vermögen so ein grösseres Volumen an durchströmendem erwärmtem Wärmeaustauschmedium zu schlucken, als die Öffnungen p in den Endzonen des Schie- berführungsteils 1' kaltes zu erwärmendes Wärmeaustauschmedium schlucken. Alle oben beschriebenen Massnahmen im Hinblick auf Dichtung, Wärmeisolation und andere Faktoren können auf diesen Wärmeaustauschertyp angewandt werden.
Fig.20 zeigt einen Wärmeaustauscher, der Wärmeaustauschereinheiten gemäss Fig. 19 enthält, wobei die durch das Gewicht der Schieber verursachte Belastung der Gleitflächen dadurch eliminiert ist, dass die Schieber von zwei Gruppen von Wärmeaustauschereinheiten vertikal angeordnet sind. Die heissen Gase, die z.
B. aus einer Gasturbinenanlage für Schiffsantrieb austreten, strömen durch zwei Leitungen d und durch die damit verbundenen Rohre 52 zentral in zwei Wärmeaustauschertrommeln und, nachdem sie einen Teil ihrer Wärme an die mit der Niederdruckseite verbundenen Wärmeaustauschereinheiten abgegeben haben, sammeln sie sich im diese Einheiten umgebenden Gehäuse 53, um anschliessend durch den Aus- läss 54 abgeführt zu werden.
Die frische, vom Kompressor kommende Luft strömt durch die Leitungen a in die Ringleitungen 55 ein und dann durch flexible Verbindungen 56 in die untern Enddeckel der zu dieser Zeit mit der Hochdruckseite verbundenen Wä.rmeaus- tauschereinheiten, in welchen sie erhitzt wird, worauf sie in die Leitung 57 strömt, von wo es durch die Öffnungen c den nicht dargestellten Brennkammern zugeführt wird. Die Schieber werden mit Hilfe von hydraulisch arbeitenden Zylindern 58 verstellt, die in ihre untern Enden eingebaut sind.
Fig. 21 zeigt eine Vorrichtung zur.Erzie- lung einer Drehbewegung des Schiebers. Ein Zylinder 59 ist am Enddeckel 8 befestigt und weist an einem seiner Enden eine feste Stange 60 auf. Im Zylinder 59 gleitet. ein Kolben 61, der zwei diametral gegenüberliegende Schlitze 62 unter einem Winkel gegen die axiale Richtung aufweist, in welchen die Stange 60 gleitet. Auf dem einwärtsgerichteten Ende des Kolbens 61 sind Zähne 63 eingeschnitten, welche mit entsprechenden Zähnen in einer Endplatte 64 des Rohres 7 in Eingriff treten können.
Eine Verlängerung 65 des Kolbens 61 geht mit Spiel durch ein Loch in der End- platte 64 und weist an ihrem Ende eine Mutter 66 auf, welche auf eine zwischen ihr und der Endplatte liegende Feder 67 drückt.
Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist die folgende: Wenn der Schieber nach rechts in der Fig. 19 bewegt wird, lösen sich die Zähne auf der Endplatte 64 aus dem Eingriff mit den Zähnen 63 auf dem Kolben 61 entgegen der Wirkung der Feder 67, welche eine schwache Feder ist. Der Kolben 61 wird ebenfalls nach rechts verschoben, verursacht aber wegen der Lösung des Eingriffs der Zähne 63 mit ihren Gegenzähnen auf der Endplatte 64 keine Drehbewegung.
Wenn der Schieber gegen links in die in der Fig. 19 dargestellte Lage bewegt wird, treten die Zähne in Eingriff, und die Bewegung der Schlitze 622 über die feste Stange 60 verursacht eine Drehbewegung des Kolbens 61 und damit des Schiebers.
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Diese kleine Drehbewegung des Schiebers ist deshalb zweckmässig, damit eine gute Verteilung des auf den Dichtungsflächen desselben vorhandenen Schmiermittels erzielt wird, und zwar gleichgültig, ob Dichtungsringe vorhanden sind oder nicht.