DE1451241C

DE1451241C - Radial rotary storage heat exchanger with granular storage mass

Info

Publication number: DE1451241C
Authority: DE
Inventors: Aymar; Scherer Charles; Genf Lefrancois (Schweiz)
Original assignee: Lefrancois, Aymar, Genf (Schweiz)

Description

1 21 2

Die Erfindung betrifft einen Radialdrehspeicher- tor ß gemeinsame horizontale Rotorachse 17 angewärmetauscher, dessen Rotor mindestens in Um- ordnet ist, und das durch eine aus drei in gleicher fangsrichtung in Kammern unterteilt ist, die körnige Ebene voneinander getrennt angeordneten Ab-Speichermasse enthalten. schnitten 6 a, 6 b und 6 c bestehende Trennwand 6The invention relates to a radial rotary storage tor ß common horizontal rotor axis 17, the rotor of which is at least rearranged, and which is divided by one of three in the same catch direction into chambers that contain granular planes separated from each other from storage mass. cut 6 a, 6 b and 6 c existing partition 6

Bei den bekannten Wärmetauschern dieser Art ist 5 in zwei Abteile 4 und 5 aufgeteilt ist, die ihrerseits ein Vorteil der körnigen Speichermasse ihre Billig- durch den Rotor B wiederum in radiale Außen- und keit. Andererseits besteht der Nachteil, daß das Innenabteile 4 a, 4 b bzw. 5 a, 5 b aufgeteilt sind. Porenvolumen der festen Schüttung dieser körnigen Während des Betriebes wird der Rotor B verhält-In the known heat exchangers of this type, 5 is divided into two compartments 4 and 5, which in turn, an advantage of the granular storage mass, its cheap due to the rotor B in turn in radial outer and speed. On the other hand, there is the disadvantage that the inner compartments 4 a, 4 b and 5 a, 5 b are divided. Pore volume of the solid bed of this granular During operation, the rotor B behaves-

Speichermasse oft nicht ausreicht, um einen befrie- nismäßig langsam um seine Längsachse gedreht, wodigend kleinen Druckverlust in der Speichermasse zu io bei über einen Einlaß 11 unter Druck stehende Heißermöglichen, ohne dabei die Wärmeübergangszahl gase in das radial abgegrenzte Innenabteil Ab des zwischen der Speichermasse und dem durchströmen- Gehäuseabteils 4 eingebracht und über einen Binden Fluid herabzusetzen. tritt 12 unter Druck stehende Kaltgase in das Außen-Storage mass is often not sufficient to be rotated slowly around its longitudinal axis, where small pressure loss in the storage mass is possible when the heat is under pressure via an inlet 11, without the heat transfer coefficient gases in the radially delimited inner compartment Ab of between the storage mass and the flow through housing section 4 introduced and reduce fluid via a binding. 12 pressurized cold gases enter the outside

Es ist ferner ein Radialdrehspeicherwärmetauscher abteil 5 α des Gehäuseabteils 5 eingelassen werden, bekannt, bei dem die Rotorachse liegend angeordnet 15 Sowohl die Heiß- wie auch die Kaltgase werden durch ist. Hier besteht jedoch die Speichermasse aus den Rotor B und die Speichermasse 3 hindurchge-Blechen. Eine solche aus Blechen bestehende, feste preßt, so daß sie, wie durch die Pfeile 13 und 14 an-Speichermasse erlaubt zwar grundsätzlich eine be- gedeutet ist, das radiale Außenabteil 4 a des Abteils 4 liebige Vergrößerung der Gasdurchlaßquerschnitte, bzw. das radiale Innenabteil 5 b des Abteils 5 erreium die Druckverluste herabzusetzen, sie hat jedoch 20 chen, worauf sie das Gehäuse A über den Auslaß 15 den Nachteil eines relativ geringen Wärmeübergangs und den Austritt 16 verlassen. Beide Gase strömen zwischen den Blechen und den durchströmenden Ga- also in radialer Richtung durch den Rotor B sowie sen. Sogar eine erhebliche Erhöhung der Gasge- durch die Speichermasse 3 hindurch, wobei jedoch schwindigkeiten ergibt nur eine geringfügige Ver- bei dieser Ausführungsform die Gase in einander entbesserung der Wärmeübergangszahlen. Ferner ist bei 25 gegengesetzten radialen Richtungen strömen, nämlich einer solchen Anordnung die je Volumeneinheit ver- die Heißgase radial nach außen und die Kaltgase fügbare Wärmeaustauschfläche sehr beschränkt, radial nach innen.There is also a radial rotary storage heat exchanger compartment 5 α of the housing section 5 are known, in which the rotor axis is arranged horizontally 15 Both the hot and the cold gases are through. Here, however, the storage mass consists of the rotor B and the storage mass 3 through metal sheets. Such a sheet-metal, firm presses so that it, as indicated by the arrows 13 and 14 on storage mass, is basically the radial outer compartment 4 a of the compartment 4 any enlargement of the gas passage cross-sections, or the radial inner compartment 5 b of the compartment 5 ereium to reduce the pressure losses, but it has 20 surfaces, whereupon it leaves the housing A via the outlet 15, the disadvantage of a relatively low heat transfer and the outlet 16. Both gases flow between the metal sheets and the gas flowing through, ie in the radial direction through the rotor B and sen. There is even a considerable increase in the gas flow through the storage mass 3, although there is only a slight improvement in the heat transfer coefficients in this embodiment of the gases. Furthermore, there is a flow in opposite radial directions, namely in such an arrangement, the heat exchange surface that can be joined per unit volume is very limited, the hot gases radially outwards and the cold gases radially inwards.

jedenfalls geringer als z. B. bei Speicherwärmeaus- Da der Rotor B verhältnismäßig langsam gedrehtin any case less than z. B. at Speicherwärmeaus- Since the rotor B rotates relatively slowly

tauschern mit körnigen Speichermassen. wird, werden die Teilchen der Speichermasse 3exchangers with granular storage masses. becomes, the particles of the storage mass 3

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die 30 nur einer unbedeutenden Zentrifugalkraft untervorerwähnten Nachteile der bekannten Speicher- worfen. Um zu verhindern, daß sich die Speicherwärmetauscher zu vermeiden und insbesondere bei masse unter Einwirkung der Schwerkraft am Boden Wärmetauschern der eingangs genannten bekannten des Rotors B ansammelt, ist dieser mit einer UmGattung auf einfache Weise die Relativgeschwindig- fangsreihe von in gleichem Abstand nahe beieinander keit zwischen den Körnern der Speichermasse und 35 angeordneten radialen Trennwänden 18 versehen, dem durchströmenden Fluid und damit den Wärme- die den Rotor in eine entsprechende Anzahl von Übergang zu erhöhen, ohne daß dabei der Druck- Kammern 19 aufteilen, die je eine bestimmte Menge verlust in unzulässigem Ausmaß ansteigt. der Speichermasse 3 enthalten, die somit um denThe invention is based on the object of reducing only an insignificant centrifugal force under the aforementioned disadvantages of the known storage throws. In order to avoid the accumulation of the storage heat exchangers and, in particular, in the case of mass under the action of gravity on the bottom heat exchangers of the known rotor B mentioned above, this is with a UmGarus in a simple manner the relative speed of the same distance close to each other between the grains of the storage mass and 35 arranged radial partition walls 18 provided to increase the flowing fluid and thus the heat which the rotor in a corresponding number of transition, without dividing the pressure chambers 19, which each lose a certain amount in impermissible Extent increases. contain the storage mass 3, which is thus around the

Diese Aufgabe wird bei einem Radialdrehspeicher- ganzen Rotor B herum verteilt wird. Da, um eine wärmetauscher der eingangs angegebenen Gattung 40 Fluidisierung der körnigen Speichermasse zu ermögdadurch gelöst, daß die Kammern mit der Speicher- liehen, diese die Kammern 19 nur in einem begrenzmasse jeweils nur zum Teil gefüllt sind und die ten Umfang ausfüllt, können sich die Teilchen der Rotorachse liegend angeordnet ist. Speichermasse beim Umlaufen des Rotors B in die-This task is distributed all around rotor B with a radial rotary storage system. Since, in order to enable a heat exchanger of the initially specified type 40 fluidization of the granular storage mass, the fact that the chambers with the memory borrowed, these chambers 19 are only partially filled to a limited extent and the extent fills, the Particles of the rotor axis is arranged horizontally. Storage mass when the rotor B rotates in the

Der bei dem Radialdrehspeicherwärmetauscher sen Kammern frei verlagern oder umwälzen. Demzunach der Erfindung auftretende Auflockerungs- und +5 folge wird, wenn eine Rotorkammer sich in ihrer Umschichtungseffekt, der an sich bei Rohrmühlen, dem Auslaß 15 gegenüberliegenden obersten Stel-Drehrohröfen u. dgl. bekannt ist, führt dazu, daß der lung befindet, die in ihr enthaltene Speichennasse die Wärmeaustausch zwischen der Speichermasse und Neigung haben, sich zwischen den radial abgrenzendem hindurchströmenden Fluid verbessert wird, ohne den Trennwänden 18 auf dem Innenmantel 2 und in daß dabei die Wirtschaftlichkeit des Wärmetauschers 50 der untersten Stellung der Rotorkammer gegenüber in erheblichem Ausmaß beeinträchtigende Druck- dem Eintritt 12 zwischen den Trennwänden 18 auf Verluste auftreten. dem Außenmantel 1 des Rotors gleichmäßig anzu-The chambers in the radial rotary storage heat exchanger can move freely or circulate. After that the invention occurring loosening and +5 result when a rotor chamber is in their Redeployment effect, the uppermost Stel rotary kiln located opposite the outlet 15 in tube mills and the like is known, leads to the fact that the treatment is located, the spoke wetness contained in it Heat exchange between the storage mass and have a tendency to move between the radially delimiting fluid flowing through is improved without the partition walls 18 on the inner jacket 2 and in that the economy of the heat exchanger 50 compared to the lowest position of the rotor chamber to a considerable extent impairing pressure on the inlet 12 between the partition walls 18 Losses occur. to the outer casing 1 of the rotor evenly

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des sammeln, wobei die Speichermasse fortwährend entWärmetauschers ist der Rotor durch in Umfangsrich- lang der einen oder anderen der beiden Trennwände tung verlaufende fluiddurchlässige Zwischenwände 55 18 von einem Endabschnitt der Kammer in den auch in radialer Richtung in Kammern unterteilt. anderen fließt oder verlagert wird, während sich dieIn a preferred embodiment of the collect, the storage mass continuously EntWärmetauschers the rotor is through one or the other of the two partition walls in the circumferential direction Device extending fluid-permeable partition walls 55 18 from one end portion of the chamber into the also divided into chambers in the radial direction. another flows or is relocated while the

Die Zeichnung veranschaulicht einen Querschnitt Kammer aus ihrer obersten Stellung in ihre unterste eines Ausführungsbeispiels des Radialdrehspeicher- Stellung oder umgekehrt bewegt. Wenn die Kammer Wärmetauschers. eine bestimmte Neigung oder Schräglage erreicht,The drawing illustrates a cross section of the chamber from its uppermost position to its lowest an embodiment of the radial rotary storage position or vice versa. When the chamber Heat exchanger. reaches a certain inclination or inclination,

Der dargestellte Wärmetauscher weist einen 60 wird der eine oder der andere der Mäntel 1 und 2, Rotor B auf, der einen gasdurchlässigen Außen- auf dem sich die Speichermasse angesammelt hat, mantel 1, einen gasdurchlässigen Innenmantel 2, kör- durch diese teilweise freigelegt, so daß in den Kamnige Speichermasse 3 sowie an den einander gegen- mem unerwünschte Kanäle entstehen, durch welche überliegenden Enden der Mäntel 1 und 2 vorgese- die Heiß- oder Kaltgase ohne oder bei nur geringhene (nicht dargestellte) ringförmige Begrenzungs- 65 fügiger Fluidisierung der Speichermasse frei hinwände enthält. Ferner ist ein feststehendes zylindri- durchströmen könnten. Folglich werden die Zonen, sches Gehäuse A vorhanden, in dem der Rotor B in denen diese unerwünschte freie Gasströmung aufdrehbar um eine für das Gehäuse A und den Ro- treten kann, durch von den TrennwandabschnittenThe heat exchanger shown has a 60, one or the other of the jackets 1 and 2, rotor B , which partially exposes a gas-permeable outer jacket on which the storage mass has accumulated, jacket 1, a gas-permeable inner jacket 2, so that undesired channels arise in the chamber mass 3 as well as on the opposite sides, through which overlying ends of the jackets 1 and 2 are provided the hot or cold gases with no or only slight (not shown) annular limitation 65 compliant fluidization of the Contains storage mass free walls. Furthermore, a stationary cylindri- can flow through it. As a result, there are the zones, the housing A , in which the rotor B, in which this undesired free gas flow can be rotated by one for the housing A and the rotor, through from the partition wall sections

6 a, 6 b und 6 c getragene kreisbogenförmige Schuhe oder Laschen 21, 22, 23 und 24 umgrenzt, die mit gegen die Mantel 1 und 2 abdichtend anliegenden Auskleidungen 25, 26, 27 und 28 versehen sind. Außerdem sind zur Verhütung von Gasleckverlusten durch den Rotor hindurch aus einem Gehäuseabteil in das andere die radial abgrenzenden Trennwände 18 gasundurchlässig. 6 a, 6 b and 6 c, which are worn circular arc-shaped shoes or flaps 21, 22, 23 and 24, which are provided with linings 25, 26, 27 and 28 which are in sealing contact with the jacket 1 and 2. In addition, to prevent gas leakage through the rotor from one housing compartment to the other, the radially delimiting partition walls 18 are impermeable to gas.

Der Rotor B ist außerdem mit einer Vielzahl von in radialer Richtung voneinander getrennt angeordneten Sieben oder sonstigen porösen oder gasdurchlässigen Zwischenwänden 20 versehen, die sich konzentrisch zu den Mänteln 1 und 2 erstrecken und jede Kammer 19 in mehrere Einzelkammern 19 a bis 19 e aufteilen, wobei die in jeder Kammer enthaltene Speichermasse auf die Einzelkammern gleichmäßig verteilt ist. Indem man also die Kammern 19 in Einzelkammern unterteilt, wird die bei der Fluidisierung der Speichermasse entstehende Teilchenturbulenz nicht auf die volle radiale Abmessung der Rotorkammern, sondern auf Schichten begrenzt. Demzufolge entwickeln die Heißgase, wenn sie durch den Rotor radial nach außen strömen, in der Speichermasse ein radial nach außen abnehmendes Temperaturgefälle, so daß beim Hindurchwandern der Speichermasse 3 durch das Gehäuseabteil 5 die durch die Speichermasse hindurch radial einwärts zum Austritt 16 strömenden Kaltgase gegenstromartig aufgewärmt werden.The rotor B is also provided with a plurality of sieves or other porous or gas-permeable partition walls 20 which are arranged separately from one another in the radial direction and which extend concentrically to the shells 1 and 2 and divide each chamber 19 into several individual chambers 19 a to 19 e , with the storage mass contained in each chamber is evenly distributed over the individual chambers. By dividing the chambers 19 into individual chambers, the particle turbulence that occurs during the fluidization of the storage mass is not limited to the full radial dimensions of the rotor chambers, but to layers. As a result, when the hot gases flow radially outward through the rotor, a temperature gradient decreasing radially outward in the storage mass is developed, so that when the storage mass 3 migrates through the housing section 5, the cold gases flowing through the storage mass radially inward to the outlet 16 are warmed up in a countercurrent manner will.

Während bei der beschriebenen Ausführungsform zum Erreichen der gewünschten Fluidisierung der Speichermasse auf ihrem Weg durch die beiden Gehäuseabteile 4 und 5 ein aufwärts gerichteter Strom sowohl für die Heiß- wie auch für die Kaltgase erwünscht ist, ist klar, daß man die Heißgase auch durch das Abteil 5 und die Kaltgase durch das Abteil 4 bei entsprechender Umkehrung des Wärmegefälles strömen lassen könnte.While in the described embodiment to achieve the desired fluidization of the Storage mass on its way through the two housing compartments 4 and 5 an upwardly directed current is desirable for both the hot and cold gases, it is clear that the hot gases can also be used through the compartment 5 and the cold gases through the compartment 4 with a corresponding reversal of the heat gradient could flow.

Außerdem ließe sich die in der Zeichnung veranschaulichte Ausführungsform in mancherlei Hinsicht abändern. Beispielsweise könnte jede Kammer 19 des Rotors an Stelle der durchlässigen Zwischenwände 20 zwei zueinander versetzte oder gestaffelte Reihen von in radialer Richtung voneinander getrennt angeordneten, zu den Trennwänden 18 des Rotors senkrecht angebrachten Stau- oder Leitblechen aufweisen. Außerdem könnte die Trennwand 6, da der Raum zwischen der zylindrischen Wand des Gehäuses A In addition, the embodiment illustrated in the drawing could be modified in a number of ways. For example, instead of the permeable partition walls 20, each chamber 19 of the rotor could have two mutually offset or staggered rows of baffles or baffles arranged perpendicular to the partition walls 18 of the rotor and arranged separately from one another in the radial direction. In addition, the partition 6, since the space between the cylindrical wall of the housing A

ίο und den Schuhen oder Laschen 21 und 24 und einem Teil der Kammerabteile Ab und 56 ein Totraum ist, durch zwei Trennwände ersetzt werden, die an den entgegengesetzten Enden der Schuhe 21 und 24 vorgesehene Abschnitte entsprechend den Abschnitten 6 a und 6 c darstellen, sowie dem Abschnitt 6 b entsprechende Abschnitte aufweisen, die die angrenzenden Enden der Schuhe 22 und 23 verbinden und hinter Einlaß 11 bzw. Austritt 16 herum verlaufen. Ferner könnte man auf die Teile des Gehäuses A verziehten, die sich zwischen den vier Trennwandabschnitten erstrecken, die an den Enden der Schuhe oder Laschen 21 und 24 vorgesehen werden könnten. Es ist somit klar, daß das Gehäuse nicht geschlossen zylindrisch sein muß.ίο and the shoes or flaps 21 and 24 and part of the chamber compartments Ab and 56 is a dead space, are replaced by two partition walls, which represent sections provided at the opposite ends of the shoes 21 and 24 corresponding to sections 6 a and 6 c, as well the section 6 b have corresponding sections which connect the adjacent ends of the shoes 22 and 23 and run behind the inlet 11 and outlet 16 around. Furthermore, one could draw on the parts of the housing A which extend between the four partition wall sections which could be provided at the ends of the shoes or tabs 21 and 24. It is thus clear that the housing need not be closed and cylindrical.

Claims

Patent claims:

1. Radial rotary storage heat exchanger, the rotor of which is divided at least in the circumferential direction into chambers containing granular storage mass, characterized in that the chambers (19 a to 19 e ) are only partially filled with the storage mass (3) and the rotor axis (17) is arranged lying down.

2. Heat exchanger according to claim 1, characterized in that the rotor (B) is also divided into chambers in the radial direction by fluid-permeable partition walls (20) extending in the circumferential direction.

1 sheet of drawings