DE4420131C2 - Wärmerückgewinnungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Wärmerückgewinnungsvor­ richtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Aus der DE-AS 10 29 517 ist eine derartig aufgebaute Vor­ richtung als umlaufender regenerativer Wärmeaustauscher mit einem aus einem feststehenden Unter- und Oberteil und einem dazwischen drehbar gelagerten Mittelteil gebildeten Gehäuse bekannt geworden, welches durch radial verlaufende, vertikale Wände in Sektorkammern unterteilt ist; im Unter- und Oberteil sind Endplatten vorgesehen, die Trennbalken zwischen der Gas­ kammer und der Luftkammer zum unterteilen der Kammern bilden.

Bei diesem bekannten Wärmeaustauscher liegt jedoch in jeder Drehstellung nur eine vertikale Wand abgedichtet an den beiden Trennbalken an; die Öffnung der Gasseite erstreckt sich bis unter einen oberen Querträger und dieser liegt im Abstand ober­ halb des Mittelteiles und dichtet nicht gegen die vertikalen Wände ab.

Somit wird der gasseitige Raum und der luftseitige Raum jeweils nur durch eine Wand voneinander getrennt. Hier liegt aber genau das Problem, da durch die ständige Rotation der Trennwände gegenüber dem oberen Trennbalken die Dichtungen stark belastet werden und daher anfällig für Leckagen sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, Wärmerückgewinnungsvorrichtung mit den in dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 genannten Merkmalen der Gestalt weiter zu entwickeln, das sie bei kompakter und kostengünstiger Ausführung einen besonders hohen Wirkungsgrad aufweist und die Gas- und Luftführung sicher hermetisch getrennt ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Die sich daran anschließenden Unteransprüche beinhalten Gestaltungsmerkmale, welche vorteilhafte und förderliche Weiterbildungen der Aufgabenlösung darstellen.

Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung gemäß der Erfindung ist als Drehbett-Regenerator ausgebildet, der eine kompakte Bauweise besitzt und als mobile Baueinheit ausgeführt und vielseitig einsetzbar ist.

Dieser Drehbett-Regenerator ermöglicht eine zentrale Wärme­ rückgewinnung bei hermetischer Trennung der Gas- und Luft­ führung innerhalb der Baueinheit und ergibt dadurch einen hohen Wirkungsgrad bei starker Schadstoffreduzierung (NOx). An die vom Regenerator zur Feuerungsanlage führende Warmluftleitung kann eine beliebige Anzahl an Brennern, auch mit verschiedenen Befeuerungseigenschaften, angeschlossen werden.

Der Regenerator setzt sich aus einem dreiteiligen Gehäuse zusammen, welches in einem Gestell ein feststehendes Oberteil und ein feststehendes Unterteil hat, und zwischen diesen beiden Teilen ein drehbares, motorisch angetriebenes Mittelteil aufweist. Das drehbare Mittelteil ist durch Vertikalwände in eine Vielzahl an Sektorkammern aufgeteilt und mit einem Loch­ boden ausgestattet; in die Kammern und auf dem Lochboden sind Wärmespeicherkörper aus Keramik, vorzugsweise in Kugelform, lose eingefüllt. Die Kugeln haben eine hohe spezifische Oberfläche und kommen in guten Kontakt mit dem heißen Rauchgas, so daß sie sich schnell aufheizen.

Als Wärmespeicherkörper können auch feste Körper mit Durch­ strömkanälen in Form von festen Schwammkörpern in die Sektorkammern eingesetzt werden.

Das Ober- und Unterteil sind praktisch im Aufbau identisch ausgeführt und jeweils durch einen Trennbalken in zwei gegen­ einander hermetisch abgeschlossene Kammern, und zwar eine Rauchgaskammer und eine Luftkammer, unterteilt. Das Ober- und Unterteil und Mittelteil zeigen mantelseitig umlaufende, Gleit- und Dichtflächen bildende Randprofile, die mit den Tragbalken eine Abdichtung zwischen Mittelteil und Ober- und Unterteil ergeben. Dabei ist jeder Tragbalken als langgestreckter Balken mit beidendseitigen schwalbenschwanzförmigen Erweiterungen aus­ geführt, durch die in jeder Drehstellung des Mittelteiles mindestens zwei Sektorwände anliegen und dadurch eine Abdichtung zwischen den beiden Kammern im Ober- und Unterteil erreicht wird, so daß eine einwandfreie Gas- und Luftführung erfolgt.

Weiterhin kann das Mittelteil untenseitig durch eine höhenan­ paßbare Dichtung gegenüber dem Unterteil und obenseitig durch Sektorplatten aus keramischem Werkstoff gegenüber dem Oberteil abgedichtet werden. Dieses dreigeteilte Regeneratorgehäuse ist bei Verschleiß und zur Wartung einfach zu demontieren. Durch die Trennung der Wärmeregenerierung und der Brennerart wird eine hohe Schadstoffarmut erzielt.

Auf den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, welches nachfolgend näher erläutert wird. Es zeigt:

Fig. 1 einen Vertikalschnitt durch eine Feuerungsanlage (Ofen) mit angeschlossener Wärmerückgewinnungsvorrichtung,

Fig. 2 eine schematische Vorderansicht der Wärmerückgewinnungsvorrichtung mit in einem Gestell fest angeordneten Gehäuse-Ober- und Unterteil und dazwischen drehbar gelagertem Gehäuse-Mittelteil,

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Teil des Gehäuse- Mittelteiles mit Sektorkammern und darin eingefüllten Wärmespeicherkörpern,

Fig. 4 einen Vertikalschnitt durch einen Teil des Mittelteiles,

Fig. 5 eine Draufsicht auf das Gehäuse-Unterteil mit einem dasselbe in eine Gas- und eine Luftkammer aufteilenden Trennbalken,

Fig. 6 einen Vertikalschnitt durch einen Teil des Unterteiles,

Fig. 7 einen Vertikalschnitt durch den Abdichtbereich zwischen Mittel- und Unterteil,

Fig. 8 einen Vertikalschnitt durch den Abdichtbereich zwischen Mittel- und Oberteil,

Fig. 9 eine Draufsicht auf einen Teil des Mittelteils mit Abdeckung als Abdichtung.

Die Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung in Form eines Regenerators weist ein in einem Gestell (1) angeordneten Gehäuse (2) mit Feuergaseintritt (3) (für heißes Rauchgas), Abgasaustritt (4) (für kaltes Rauchgas), Kaltluftaustritt (5) (für kalte Luft) und Warmluftaustritt (6) (für die die zurückgewonnene Wärme aufgenommene Luft) auf; in dem Gehäuse (2) sind Wärmespeicherkörper (7) zum Wärmeaustausch angeordnet.

Das Gehäuse (2) setzt sich aus einem feststehenden Unter- und Oberteil (8, 9) und einem dazwischen drehbar gelagerten Mittelteil (10) zusammen.

Das Mittelteil (10) hat einen Lochboden (11) und ist durch eine Vielzahl an radial verlaufenden, vertikalen Wänden (12) in Sektorkammern (13) aufgeteilt, die mit Wärmespeicherkörpern (7) ausgefüllt sind.

Das Unter- und Oberteil (8, 9) ist jeweils durch einen Trennbalken (14) in eine Gas- und eine Luftkammer (15, 16) unterteilt, und dabei liegt das drehbare Mittelteil (10) in jeder Drehstellung mit mindestens zwei vertikalen Sektorwänden (12) abgedichtet an den beiden Trennbalken (14) an, wodurch die Gas- und Luftführung in beiden Kammern (15, 16) bei der Mittelteildrehung immer hermetisch getrennt wird.

Das Unterteil (8), das Oberteil (9) und das Mittelteil (10) sind als in der Grundform kreisförmige Zylinder ausgebildet und dabei ergibt das Unterteil (8) mit einem Boden (17), das Oberteil (9) mit einem Deckel und das Mittelteil (10) mit seinem Lochboden (11) eine Topfform. Das topfförmige Unter- und Oberteil (8, 9) sind konstruktiv gleich ausgebildet und praktisch um 180° gedreht und angeordnet, so daß der Boden (17) des Unterteiles (8) beim Oberteil (9) den Deckel ergibt.

Das Unterteil (8) hat mantelseitig den Abgasaustritt (4) und den Kaltlufteintritt (5), und das Oberteil (9) im Deckel den Feuergaseintritt (3) und den Warmluftaustritt (6).

Das Unterteil (8) und das Oberteil (9) haben je ein umlaufendes, eine horizontale, ebene Gleit- und Dichtfläche bildendes Randprofil (18), und das Mittelteil (10) zeigt ebenfalls ein umlaufendes Randprofil (19) als horizontale, ebene Gleit- und Dichtfläche, mit dem das Mittelteil (10) an (unter und auf) den Randprofilen (18) von Unter- und Oberteil (8, 9) abgedichtet anliegt.

Der Trennbalken (14) erstreckt sich auf dem Durchmesser des Unter- und Oberteiles (8, 9) über die offene Topfseite und hat an beiden Enden eine zu dem Mantel von Unter- und Oberteil (8, 9) hin verlaufende Schwalbenschwanzverbreiterung (14a), die mit dem gestreckten Mittelstück (14b) des Trennbalkens (14) eine in sich ebene, horizontale Gleit- und Dichtfläche für die Sektorwände (12) des Mittelteiles (10) ergeben.

Durch die Schwalbenschwanzverbreiterungen (14a) des Tragbalkens (14) wird gewährleistet, daß bei der Drehung des Mittelteiles (10) immer zwei oder drei Sektorwände (12) sich auf/unter den Schwalbenschwanzverbreiterungen (14a) und auch auf dem Mittelstück (14b) befinden, so daß die hermetische Abdichtung zwischen beiden Kammern (15, 16) im Unter- und Oberteil (8, 9) gewährleistet wird.

Unter dem Lochboden (11) des Mittelteiles (10) ist im Randbereich eine umlaufende Dichtung (20) in einer Halterung (21) frei höhenbeweglich gelagert, welche sich höhenanpassend auf dem Randprofil (18) des Unterteiles (8) abstützt.

Wie Fig. 7 zeigt, lagert die Dichtung (20) mit Langlöchern (22) um horizontale Bolzen (23) der Halterung (21), so daß sie die durch Wärme- und Kälteeinflüsse entstehenden Höhendifferenzen zwischen Unter- und Mittelteil (8, 10) automatisch ausgleichen kann und somit immer dicht auf dem Randprofil (18) anliegt.

Das Mittelteil (10) besitzt gemäß Fig. 8 und 9 obenseitig eine Abdeckung aus keramischem Werkstoff, welche aus mit Nuten (24) auf die Wände (12) des Mittelteiles (10) aufgesteckten und mit Nut-Feder-Verbindung (25/26) ineinandergreifenden Sektorplatten (27) gebildet sind, welche unter dem Randprofil (18) und dem Trennbalken (14) des Oberteils (9) abgedichtet gleiten. Die Sektorplatten (27) sind als Lochplatten - Löcher (28) - für den Gas- und Luftdurchtritt ausgebildet.

Die Sektorplatten (27) greifen mit einem nahe dem Mittelteil- Randprofil (19) umlaufenden angeformten, nach oben vorstehenden Federprofil (29) abgedichtet in eine umlaufende Nut (30) des Randprofiles (18) des Oberteiles (9) ein.

Im linken Teil der Fig. 8 ist das Federprofil (29) gezeigt und dabei in strichpunktierten Linien sein Querschnitt dargestellt, mit dem es in die Nut (30) des Oberteiles (9) abdichtend einfaßt.

Der rechte Teil der Fig. 8 zeigt die Sektorplatten (27) ohne Federprofil (29) und hierbei liegen die Sektorplatten (27) plan am Randprofil (18) des Oberteiles (9) abdichtend an.

Die Wärmespeicherkörper (7) sind in bevorzugter Weise von Kugeln aus keramischem Werkstoff gebildet und lose in die Sektorkammern (13) eingefüllt oder als feste Durchströmkörper eingesetzt.

Das Mittelteil (10) weist eine zentrale, in ein Drehlager (31) des Oberteiles (8, 9) drehbar einfassende Welle (32) auf, an der die vertikalen Wände (12) in einem derartigen Abstand zueinander befestigt sind, das im Zentrierwinkel - Stoßbereich zweier benachbarter Wände (12) und der Welle (32) - mindestens ein Wärmespeicherkörper (7) unter Vermeidung eines Gas- oder Luftdurchflusses als Kurzschluß von unten nach oben liegt.

Das Oberteil (9) ist in dem Gestell (1) aufgehängt und das im Gestell (1) gehaltene Unterteil (8) wird von mindestens einem über Kraftmesser (33) - Kraftmeßdosen - gesteuerten Druckmittelzylinder (34) in der Abdichtkraft zwischen Unter-, Mittel- und Oberteil (8, 9, 10) höhenbewegbar beaufschlagt, so daß immer eine einwandfreie Abdichtung zwischen diesen drei Teilen (8, 9, 10) gewährleistet wird (Fig. 2).

Das Mittelteil (10) ist durch am Gestell (1) und/oder dem Unterteil (8) angeordnete an einem Auflagerrand (37) oder unter dem Randprofil (19) am Mittelteil (10) angreifende Rollen (35) drehgeführt und mit einem Drehantrieb (36) ausgestaltet.

Der Auflagerrand (37) kann gleichzeitig als Tragteil bei Demontage- und Wartungsarbeiten dienen, wobei der Druckmittelzylinder (34) mit Unterteil (8) abgesenkt wird und der Auflagerrand (37) sich dann auf einem Gestell-Ausleger abstützt und das Mittelteil (10) trägt.

Die Vorrichtung wird über eine Feuergasleitung (38) und eine Warmluftleitung (39) mit Brenner (40) an eine Feuerungsanlage - Ofen - (41) angeschlossen.

Das Feuergas strömt aus dem Ofen (41) durch die Leitung (38) und den Eintritt (3) in die Kammer (15) des Gehäuses (2) ein, gibt die Wärme (Heißluft) an die Wärmespeicherkörper (7) im sich drehenden Mittelteil (10) ab, tritt dann als kaltes Abgas aus dem Austritt (4) des Gehäuses (2) aus und wird in einen Kamin abgeführt.

Durch den Eintritt (5) wird ständig in die Kammer (16 des Gehäuses (2) Kaltluft eingebracht, diese durchströmt die Wärmespeicherkörper (7), nimmt die Wärme auf und wird dann über den Austritt (6) und die Leitung (39) zum Brenner (40) als warme Verbrennungsluft geführt.

Durch das sich ständig drehende Mittelteil (10) nehmen sämtliche Wärmespeicherkörper (7) Wärme auf und geben diese wieder ab.

Eine Vermischung von Feuergas und Warmluft ist durch die hermetische Abdichtung (18, 19, 14, 20, 27) ausgeschlossen.

Claims (12)

1. Wärmerückgewinnungsvorrichtung, weiche ein Gehäuse mit Feuergaseintritt, Abgasaustritt, Kaltlufteintritt und Warmluftaustritt aufweist, welches aus einem feststehenden Unter- und Oberteil (8, 9) und einem dazwischen drehbar gelagerten Mittelteil (10) gebildet ist, wobei
das Mittelteil (10) durch eine Vielzahl an radial verlaufenden, vertikalen Wänden (12) in Sektorkammern (13) aufgeteilt ist, die mit Wärmespeicherkörpern (7) ausgefüllt sind und
das Unter- und Oberteil (8, 9) jeweils durch einen Trennbalken (14) in eine Gas- und eine Luftkammer (15, 16) unterteilt sind, dadurch gekennzeichnet, daß das drehbare Mittelteil (10) einen Lochboden (11) aufweist und in jeder Drehstellung mit jeweils mindestens zwei benachbarten vertikalen Wänden (12) abgedichtet an den beiden Trennbalken (14) beidseitig von der Drehachse entlang des Trennbalkens (14) anliegt und die Gas- und Luftführung in beiden Kammern (15, 16) hermetisch abtrennt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (8), das Oberteil (9) und das Mittelteil (10) als in der Grundform kreisförmige Zylinder ausgebildet sind und dabei das Unterteil (8) mit einem Boden (17), das Oberteil (9) mit einem Deckel und das Mittelteil (10) mit seinem Lochboden (11) eine Topfform haben.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Unterteil (8) und das Oberteil (9) ein eine horizontale, ebene Gleit- und Dichtfläche bildendes Randprofil (18) aufweisen und das Mittelteil (10) mit einem umlaufenden, eine ebene, horizontale Dichtfläche bildendes Randprofil (19) an (unter und auf) den Randprofilen (18) von Unter- und Oberteil (8, 9) abgedichtet anliegt.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Trennbalken (14) auf dem Durchmesser des Unter- und Oberteiles (8, 9) verläuft und an beiden Enden eine zu dem Mantel von Unter- und Oberteil (8, 9) hin verlaufende Schwalbenschwanzverbreiterung (14a) hat, die mit dem gestreckten Mittelstück (14b) des Trennbalkens (14) eine in sich ebene, horizontale Gleit- und Dichtfläche für die Sektorwände (12) des Mittelteiles (10) ergeben.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß unter dem Lochboden (11) des Mittelteiles (10) im Randbereich eine umlaufende Dichtung (20) frei höhenbeweglich gelagert ist, welche sich höhenanpassend auf dem Randprofil (18) des Unterteiles (8) abstützt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelteil (10) oberseitig eine Abdeckung aus keramischem Werkstoff aufweist, welche aus mit Nuten (2,4) auf die Sektorwände (12) des Mittelteiles (10) aufgesteckten und mit Nut-Federverbindung (25, 26) ineinandergreifenden Sektorplatten (27) mit Durchströmlöchern (28) für Gas und Luft gebildet sind, welche unter dem Randprofil (18) und dem Trennbalken (14) des Oberteiles (9) abgedichtet gleiten.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Sektorplatten (27) mit einem umlaufenden, angeformten Federprofil (29) abgedichtet in eine umlaufende Nut (30) des Randprofiles (18) des Oberteiles (9) eingreifen.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmespeicherkörper (7) von Kugeln aus keramischem Werkstoff gebildet sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelteil (10) eine zentrale Welle (32) aufweist, die im Lager (31) des Unter- und Oberteiles (8, 9) drehbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (9) in einem Gestell (1) aufgehängt ist und das im Gestell (1) gehaltene Unterteil (8) von mindestens einem über Kraftmesser (33) gesteuerten Druckmittelzylinder (34) höhenbewegbar beaufschlagt ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mittelteil (10) durch am Gestell (1) und/oder dem Unterteil (8) angeordnete, am Mittelteil (10) ein reifende Rollen (35) drehgeführt ist und einen Drehantrieb (36) aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Unter- und Oberteil (8, 9) im Aufbau gleich sind und das Unterteil (8) zwei mantelseitige Stutzen (4, 5) für Kaltlufteintritt und Abgasaustritt und das Oberteil (9) im Deckel zwei Stutzen (3, 6) für Feuergaseintritt und Warmluftaustritt aufweist.