CH329165A - Regenerativwärmeaustauscher - Google Patents

Regenerativwärmeaustauscher

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CH329165A
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Inventor
Ludolf Ritz Hugo Heinrich
Original Assignee
Parsons & Co Ltd C A
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Publication date
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Publication of CH329165A publication Critical patent/CH329165A/de

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D17/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description


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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.

Claims (1)

  1. ' PATENTANSPRUCH Regenerativwärmeaustauscher mit wenigstens einer in einem Gehäuse angeordneten Wärmeaustauschereinheit, welch letztere mit einer Wärmespeichermasse und einem Schieber, der den Strom der wärmeaustauschenden Medien durch die Speichermasse steuert, ausgerüstet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmespeichermasse in zwei Teile unterteilt ist und innerhalb eines Schieberführungs- teils liegt, der gegenüberliegende Endzonen und dazwischen eine I4Zittelzone 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 Mittelzoneneinlass wenigstens einem der Speichermassenteile zuströmt und diesen Teil in Richtung vom Mittelzonenein- lass 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 Mittelzonenauslass durchströmt, und dass die beiden Speichermassenteile mit Hilfe des Schiebers abwechselnd mit dem wärmeren und dem kälteren Medium beschickt werden.
    UNTERANSPRÜCHE 1. Wärmeaustauscher nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Speichermassenteile ringförmig ausgebildet und koaxial zueinander angeordnet sind und slass der Schieber seinerseits zu den Speichermassenteilen koaxial angeordnet ist. 2. Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber axial hin und her schiebbar ist. 3. Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber so angeordnet ist, dass ihm eine Drehbewegung erteilt werden kann. 4.
    Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Speichermassenteil in mehrere Abschnitte geteilt ist, die hintereinander in Strömungsrichtung angeordnet sind. 5. Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich um den Schieber herum ringförmige Kammern erstrecken, welche von den wärmeaustauschenden Medien durchströmt werden, und dass das Gehäuse einen innern mit als Ein- und Auslässe dienenden Öffnungen versehenen' zylindrischen Schieberführungsteil aufweist, der als Gleit- und Dichtungsfläche für den Schieber dient,
    wobei Endkammern des Wärmeaustauschers durch ein sich durch den Schieber erstreckendes Rohr für das zu erwärmende Medium miteinander verbunden sind. 6. Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber innere und äussere Wandteile aufweist und die Speichermassenteile um die innern Wandteile herum angeordnet sind. 7.
    Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass' die eine Endkammer mit einer Eintrittsöffnung für das zu erwärmende Medium versehen ist, während an dem Ende des Schiebers, das dieser Kammer entfernt liegt, ein Antriebsmechanismus für die Verstellung des Schiebers angeschlossen ist.
    B. Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Mitte des Schiebers eine senkrecht zur Schie- berachse stehende Scheibe angeordnet ist, um das durch den Schieber strömende kühlere Medium zur Kühlung des mittleren Schieberteils abzulenken. 9. Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber an seinen Enden gelagert ist. 10. Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Speichermasse im Schieber untergebracht ist. <Desc/Clms Page number 10> 11.
    Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieber vier Abteile aufweist, die durch innere und äussere zylindrische und durch konische Wandteile begrenzt sind, welche Teile durch ein zentrales Rohr zusammengehalten werden. 12. Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ringförmigen Kammern und die Endkam- mern in Achsrichtung des Schiebers in folgender Reihenfolge aneinandergereiht sind:
    eine Endkammer, welcher das zu erwärmende Medium zugeführt wird, eine ringförmige Kammer zum Sammeln des in der Speichermasse abgekühlten Mediums, eine ringförmige Kammer für das Sammeln des in der Speichermasse erwärmten Mediums, eine ringförmige Kammer, welcher das abzukühlende Medium zugeführt wird, eine ringförmige Kammer für das Sammeln des in der Speichermasse erwärmten Mediums, eine ringförmige Kammer für das in der Speicher- masse abgekühlte Medium und eine End- kammer, welcher zu erwärmendes Medium zugeführt wird, so dass die Temperatur von den Endteilen des Schiebers gegen die Mitte allmählich zunimmt. 13.
    Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass in den die Kammern trennenden Wänden Öffnungen vorgesehen sind, die durch Rohre so verbunden sind, dass während dem Stellungswechsel des Schiebers zu einer Zeit, zu der alle Ein- und Auslässe geschlossen sind, die beiden Speichermassenteile momentan in Verbindung stehen. 14. Wärmeaustauscher nach Unteranspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlässe im Schieberführungsteil verschieden gross sind, indem sie auf verschieden grossen Durchmessern des letzteren angeordnet sind.
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