DE2206621B2 - Umlauf-Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umlauf- Wärmetauscher mit einer Heißgasleitung, einer Kahgas leimng und einem in einer Unterbrechung der be.den Leitungen ^geordneten drehbaren Austauschspe.cher aus hiueSdigem Material, welcher m Axialnchtung vöTzellenartigen Durchlässen zum Überbrücken der l?nterbShuni der beiden Leitungen durchsetzt ist, bf um den Austauschspeicher herum ein damit koaußen verzahnter Antnebs-Zahnkranz ani zwischen dem Zahnkranz und dem Aus- ^ Umfangsfläche belastendes

le^m^r^^PS 1557 390 bekan, _ten Umlauf-Wärmetauscher läuft das Druckband e,n-L den Umfang des Austausch-Speichers herum, r bildet oberhalb seiner Um angsflache m„ t einem äußeren Zahnkranz m Verbindung ste-Halbnngen einen Ringraum, m dem sich koden Rotor das an den Halbnngen befestigte

Diese bekannte Druckbandanordnung recht jedoch „ nicht aus die bei der Drehung auftretenden Zentnfu- «ikräto zu kompensieren und som.t eine R.Qbildung S Umfang des Austauschspeichers zu vermeiden Dieses ^dadurch bedingt, daß das Druckband n.cht auf der ganzen Breite der Umfangsfläche des Austausch-,„ soeichers liegt. Ferner kann sich das einteilige Druckband nicht genügend gleichmäßig an den Rotorumfang anschmiegen sowie seinen Wärmedehnungsbewegungen folgen. Es ergeben sich dadurch unkontrollierbare Spannungen und auch Stöße im Antrieb. _4S Aufgabe der Erfindung ist es. einen neuen Umlauf-Wärmetauscher der genannten Art zu schaffen, bei demTas Speichermaterial am Umfang zuverlässig ab-Stzt und ein stoßfreier Antrieb gewährleistet »t ^g äese Aufgabe ist erf.ndungsgemäß dadurch gelost, daß das Druckband aus kreisbogenförm.gen dünnen Teilbändern besteht, welche auf der ganzen Breite des Urnfanges des Austauschspeichers anl.egen und durch eistSe Spannvorrichtungen verbunden sind die zwischCT ringefartig ineinandergreifenden Endstucken jess weis zweier benachbarter Teilbänder wirken, und daß Ξ schmiegsame wärmeisolierende Zw.schene.nlage zwischen den Teilbändern und der Umfangsflache des Au tauschspeichers eingelegt ist. wöbe, mindesten, eine der elastischen Spannvorrichtungen an dem Zahnen kranz starr befestigt ist, während die anderen Spannvorrichten in geringem Maße in Umfangsnchtung

Su?chdiese Ausbildung erfolgt ein im wesentlichen konstanter, genau dosierbarer Druck au die ganze Um ngsfläche, wodurch die Gefahr der R.ßbüdung im Austauschspeicher selbst dann verringert wird, wenn Sch das Druckband unter Einwirkung hoher Temperauren und Zugspannungen in beträchtlichem Maße aus-

IO

• fait p_er Stützdruck greift außerdem über die ganze Soeicherbreite an. Außerdem erfolgt ein weicherer An-Sjeb des Austauschspeichers, während die Übertra !Lg übermäßiger Spannungen zwischen Zahnkranz find Austauschspeicher vermieden wird.

In einer vorteilhaften Ausführung weisen die Spannvorrichtungen jeweils zwei Stützwinkel auf, welche sich jeweils in einem hakenförmigen Falz am Ende der Teilbänder abstützen und von einer sie auseinandertreibenden elastischen Kraft beaufschlagt sind.

Zum Erzeugen der elastischen Kraft weisen bei einet Ausführerg die Spannvorrichtungen jeweils einen Staj _von Scheibenfedern auf, der zwischen den Innenseiten der Stützwinkel eingesetzt und auf einen in den Stützwinkeln sitzeaden Zapfen aufgeschoben ist.

Gemäß einer anderen Ausführung weisen die elastischen Spannvorrichtungen jeweils eine Blattfeder auf, welche sich mit ihren Enden jeweils an dem hakenförmigen Falz am Ende der Teilbänder abstützt wobei das Mittelteil der Blattfeder mittels eines Exzenterstückes in bezug auf das Druckband ein- bzw. feststellbar ist.

Je näher das Mittelteil der Blattfeder in dieser Ausführung dem Druckband ist, um so größer ist die Kraft mit der sich ihre Enden in den Falzen der Teilbänder abstützen. Somit ist auch die durch das Druckband entlang dem Umfang des Austauschspeichers ausgeübte Spannkraft um so größer, je näher sich das Mittelteil der Blattfeder dem Druckband befindet.

Bei einer solchen Ausbildung ist vorzugsweise an we nigstens einer der elastischen Spannvorrichtungen ein thermostatisches Korrekturelement zwischer dem Ex tenter und dem Mittelteil der Blattfeder eingesetzt. Da bei findet ein solches Element, beispielsweise eine An eroiddose. Verwendung, welches sich unter Wärmeeinwirkung ausdehnt. Treten dann an der Außenseite des Druckbandes erhöhte Temperaturen auf. welche eine starke Wärmedehnung des Druckbandes zur Folge haben so dehnt sich das thermostatische Korrekturelement ebenfalls aus, wodurch sich die Spannung des Druckbandes automatisch erhöht. In dieser Weise läßt sich der auf den Umfang des Austauschspeichers ausgeübte Spanndruck unabhängig von der Temperatur im wesentlichen konstant halten.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind beiderseits des Zahnkranzes zwei mit ihren inneren Rändern einander angenäherte, flach kegelstumpfförmige Ri^gstege angeordnet, welche mit ihren äußeren Umfangsflächen eine Laufrinne für am Rahmen des Wärmetauschers gelagerte Rollen bilden, von denen wenigstens eine auf einer Antriebswelle befestigt ist und eine mit der Außenzahnung des Zahnkranzes in Eingriff stehende Verzahnung trägt.

Diese Anordnung ermöglicht den Antrieb und die Führung des Zahnkranzes sowie eine radiale und axiale Zentrierung der aus dem Austauschspeicher, der warmeisolierenden Zwischenlage, dem Druckband, den elastischen Spannvorrichtungen und dem Zahnkranz gebildeten drehbaren Einheit. «.....,-

Diese Einheit stellt eii.e Untereinheit des Warmetauschers dar, welche sich vor dem Einbau zusammensetzen und im Falle von Reparaturen insgesamt ausbauen läßt so daß Wartung und Pflege des Wärmetauschers beträchtlich vereinfacht und erleichtert sind.

Die Lager der Antriebsrolle sind vorzugsweise fest angeordnet, während die wenigstens einer der ubngen ". Rollen radial beweglich und durch eine in Radialnchtung wirksame elastische Rückführkraft belastet sind. Durch eine solche Ausbildung können gegebenenfalls vorhandene Unregelmäßigkeiten der Laufrille nicht zu Spannungen führen, und Änderungen der Abmessungen der Laufrinne auf Grund von Dehnung oder Abnützung sind automatisch abgleichbar.

Die neue Anordnung bietet den Vorteil, daß die gesamten Antriebseinrichtungen an den Außenrand des Austauschspeichers gelegt i,ein können. Da am Außenrand des Austauschspeichers kein Gegendruck ausgeübt zu werden braucht befinden sich die Antriebseinrichtungen in einer Zone mit atmosphärischem Druck und niedriger Temperatur, so daß für ihre Fertigung Werkstoffe mittlerer Qualität verwendbar sind. Außerdem ergibt sich die Möglichkeit die Antriebseinrichtung durch Zwangsbelüftung mit Umgebungstemperatur zu kühlen.

Die Erfindung wird an Hand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert Im einzelnen zeigt

F i g. 1 eine schematisierte Axialschnittansicht eines Umlauf-Wärmetauschers gemäß der Erfindung,

F i g. 2 eine schematisierte Radialschnittansicht des Wärmetauschers nach F i g. 1,

F i g. 3 eine vergrößerte Teil-Schnittansicht des Wärmetauschers,

F i g. 4 eine Teil-Schnittansicht zur Darstellung einer

der elastischen Spannvorrichtungen,

F i g. 5 eine Teildarstellung der fingerartig ineinandergreifenden Endstücke zweier aneinanderstoßender Teiibänder des Druckbandes,

F i g. b eine Axialschnittansicht der in F i g. 4 gezeigten Spannvorrichtung,

F i g. 7 eine Radialschnittansicht einer anderen Ausführungsform einer elastischen Spannvorrichtung,

F i g. 8 eine Radialschnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer elastischen Spannvorrichtung und

F i g. 9 eine Axialschnittansicht der mit dem Zahnkranz fest verbundenen Laufrinne mit einer Antriebsrolle.

Der in F i g. 1 gezeigte Umlauf-Wärmetauscher hat eine Niederdruck-Heißgasleitung I und eine Hochdruck-Kaltgasleitung 2. in welcher ein Kaltgas, wie durch die Pfeile 3 angedeutet in Gegenrichtung zum Heißgas strömt. Das aktive Teil des Wärmetauschers ist von einem drehbaren Austauschspeicher 4 aus hitzebeständigem Keramikwerkstoff gebildet, welcher in Längsrichtung, d. h. in Richtung der Achse 5 des Austauschers, von zellenartigen Durchlässen durchsetzt ist Der Austauschspeicher 4 ist in einer Unterbrechung der beiden Leitungen 1 und 2 derart angeordnet, daß die jeweilige Unterbrechung der einzelnen Leitungen 1 und 2 in bekannter Weise mittels der Durchlässe überbrückbar ist. wobei eine Wärmeübertragung vom Heißgas zum Kaltgas stattfindet.

An beiden Seiten des Austauschspeichers 4 ist jeweils eine Brille 6 angeordnet, an welcher sich jeweils ein Faltenbalg 7 abdichtend in Anlage befindet Die Faltenbälge 7 sind mit den Enden der Hochdruck-Kaltgasleitung 2 verbunden. Die Brillen 6 bestimmen das Größenverhältnis der aktiven Oberflächen 8 und 9, von welchem der thermische Wirkungsgrad des Austau schers abhängig ist

Gemäß der Erfindung ist der Austauschspeicher ' entlang seinem Umfang durch ein entlang dem Umfang geführtes elastisches Druckband 10 mit einem im we i sentlichen konstanten Druck belastet. Zwischen den Austauschspeicher 4 und dem Druckband 10 ist ein wärmeisolierende Zwischenlage 11 eingelegt. Da Druckband 10 ist aus drei gleich langen, kreisbogenföi

mig verlaufenden Teilbändern 10a, 106 und 10c gebildet, welche mittels dreier elastischer Spannvorrichtungen zusammengefügt sind. Die Spannvorrichtungen 12 greifen jeweils an fingerartig ineinandergreifenden Endstücken zweier aneinanderstoßender Teilbänder an (F i g. 5). In den Ausführungen nach F i g. 2 bis 4 und 7 enthalten die Spannvorrichtungen 12 jeweils zwei Stützwinkel 12a, 126, welche sich in hakenförmigen Falzen 136 bzw. 13a an den Enden der Teilbänder 10f> und 10a abstützen. Die Stützwinkel 12a und 12b sind von einer elastischen Kraft beaufschlagt, welche sie auseinander zu bewegen trachtet. Sie wird von vier Stapeln 14 etwa kegelstumpfförmiger, paarweise einander entgegengesetzt angeordneter Federscheiben ausgeübt. Die Federstapel 14 stützen sich an den Innenseiten der Stützwinkel ab und sind auf daran sitzende, die Federscheiben unter Spannung zentriert haltende Zapfen 15 aufgeschoben.

Man erkennt, daß der Austauschspeicher in der erfindungsgemäßen Anordnung entlang seinem Umfang durch das Druckband mit einem hohen Druck einwärts belastet ist. selbst wenn dieses sich unter Wärmeeinwirkung ausdehnt. Dies ist dadurch bewirkt, daß die Längungen der drei das Druckband bildenden Teilbänder jeweils» von den Federscheibenstapeln 14 aufgenommen werden, welche in einem genügend weiten Bereich eine praktisch konstante, die Stützwinkel auseinander belastende Kraft ausüben.

In einer in F i g. 8 gezeigten anderen Ausführungsform weisen die elastischen Spannvorrichtungen jeweils eine Blattfeder 16 auf. welche sich mit ihren Enden 16a bzw. \6b mit den Falzen 13b und 13a an den Enden der Teilbänder 10ö und 10a im Eingriff befindet. Die Stellung des Mittelteils 16c der Blattfeder 16 ist mittels einer Stelleinrichtung in oezug auf das Druckband 10 ein- bzw. feststellbar. Die Stelleinrichtung ist durch ein Exzenterstück mit zwei exzentrisch zueinander angeordneten Zapfen 17 und 18 gebildet. Die Achse des Zapfens 17 ist gegenüber dem Druckband 10 unverrückbar, während sich die Achse des Zapfens 18 durch Verdrehen des Zapfens 17 gegenüber dem Druckband verstellen läßt. Der Zapfen 18 stützt sich auf einer fest mit der Blattfeder 16 verbundenen Lagerschale 19 ab. so daß sich die Spannung der Feder 16 und damit des Druckbandes 10 durch Verdrehen des Exzenterstücks verändern läßt

Bei dieser Ausführungsform ist an wenigstens einer der elastischen Spannvorrichtungen, deren eine F i g. 8 zeigt, ein thermostatisches Korrekturelement 20. beispielsweise eine Aneroiddose zwischen der Lagerschale 19 und dem Mittelteil der Blattfeder 16 eingesetzt, woraus sich der vorstehend angeführte Vorteil eines zusätzlichen Ausgleichs ergibt.

Die Ausbildung der Antriebseinrichtungen für den drehbaren Austauschspeicner ist aus F i g. 1.4 und 7 bis 9 ersichtlich. Sie enthalten einen entlang dem Umfang des Austauschspeichers 4 koaxial mit diesem angeordneten außenverzahnten Zahnkranz 21. Eine bewe gungsübertragende Verbindung zwischen dem Zahnkranz 21 und dem Austauschspeicher 4 ist durch eine der drei elastischen Spannvorrichtungen gebildet. Dazu ist ein in radialer Richtung unbeweglich in einer Auskehlung 23 des Stützwinkels 12a gehaltener Bolzen 22a in festem Eingriff mit dem Zahnkranz 21 und mittels (nicht dargestellter) Splinte gegen axiale Verschiebung gesichert. Die beiden anderen elastischen Spannvorrichtungen tragen ebenfalls Bolzen 22b bzw. 22c, welche jedoch in Führungsschlitzen 24b und 24c im Zahnkranz 21 frei beweglich sind. Die begrenzte Beweglichkeit der Bolzen 22b und 22c in den Schlitzen 24b bzw. 24c in Umfangsrichtiing erbringt die vorstehend bereits

ίο angeführten Vorteile (F i g. 3).

In der Ausführung nach F i g. 7 trägt die für die bewegungsübertragencle Verbindung mit dem Zahnkranz 21 vorgesehene elastische Spannvorrichtung 12 eine Nase 25, welche mit einer Kerbe 26 im Zahnkranz in Eingriff ist.

In der in F i g. 8 gezeigten Ausführung ist der Zapfen 17 in einer Bohrung im Zahnkranz 21 gelagert, so daß das Exzenterstück sowohl die bewegungsübertragende Verbindung zwischen dem Zahnkranz und dem Austauschspeicher als auch die konzentrische Ausrichtung der beiden Teile übernimmt.

Der Zahnkranz 2ΐ ist fest mit zwei mit ihren inneren Rändern einander angenäherten, flach kegelstumpfförmigen Ringstegen 27,28 verbunden (F i g. 9). Die äußeren Umfangsflächen 27a und 28a der Ringstege bilden eine Laufrinne für Rollen 29, 30 und 31. Die Rolle 29 sitzt fest auf einer Antriebswelle 32 und trägt eine mit der Außenverzahnung des Zahnkranzes 21 in Eingriff stehende Verzahnung 33. Sie bewirkt somit den Antrieb des Zahnkranzes 21 und damit des Austauschspeichers 4.

Die Lager 34 der Antriebsrolle 29 sind in bezug auf den Rahmen 35 des Wärmetauschers fest angeordnet, während die der Rolle 31 radial beweglich und. beispielsweise durch eine Feder 36. elastisch radial einwärts belastet sind (F i g. 2). In dieser Weise bewirken die drei Rollen eine sichere Axial- und Radialführung des Zahnkranzes, wobei gegebenenfalls auftretende Spannungen oder übermäßiges Spiel durch die radiale Beweglichkeit der Lager der Rolle 31 ausgeglichen werden.

Die drehbare Einheit des Austauschers ist in einem Gehäuse 37 angeordnet, welches eine mit der Heißgasieitung 1 strömungsverbundene Niederdruckkammer umschließt (Fig. 1). Die Abdichtung zwischen dieser Kammer und den unter atmosphärischem Druck stehenden Antriebseinrichtungen ist mittels von Blattfedern 39 gehaltener Randdichtungen 38 bewirkt, welche im Zusammenwirken mit Wärme-Abschirmwänden 40 Leckgase nach außen ableiten, so daß diese die Antriebseinrichtungen nicht unzulässig stark erwärmer können.

Die Antriebseinrichtungen sind mittels Luft mit at mopshärischem Druck und niedriger Temperatui zwangsbelüftet, wie durch die Pfeile 41 in F i g. 2 angedeutet.

Man erkennt, daß die Antriebseinrichtungen für den Austauschspeicher sicher vor überhöhten Temperatu ren geschützt sind Sie können daher aus Werkstoffen von nicht mehr als durchschnittlicher Qualität gefertigt sein, wodurch sich der Gestehungspreis des Wärmetau schers senken läßt.

Hierzu S Blatt Zeichnungen

Claims (6)

Patentansprüche:

1. Umlauf-Wärmetauscher mit einer Heißgasleitung, einer Kaltgasleitung und einem in einer Unterbrechung der beiden Leitungen angeordneten drehbaren Austauschspeicher aus hitzebeständigem Material, welcher in Axialrichtung von zellenartigen Durchlässen zum Oberbrücken der Unterbrechung der beiden Leitungen durchsetzt ist, wobei um den Austauschspeicher herum ein damit koaxialer, außen verzahnter Antriebs-Zahnkranz angeordnet und zwischen dem Zahnkranz und dem Austauschspeicher ein dessen Umfangsfläche belastendes, elastisches Druckband befestigt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckband (10) aus kreisbogenförmigen dünnen Teilbändern (10a, 10b, 10c) besteht, welche auf der ganzen Breite des Umfanges des Austauschspeichers (4) anliegen und durch elastische Spannvorrichtungen (12) verbunden sind, die zwischen fingerartig ineinandergreifenden Endstücken jeweils zweier benachbarter Teilbänder wirken, und daß eine schmiegsame wärmeisolierende Zwischenlage (11) zwischen den Teilbändern (10a, 10b, 10c) und der Umfangsfläche des Austauschspeichers (4) eingelegt ist, wobei mindestens eine der elastischen Spannvorrichtungen (12) an dem Zahnkranz (21) starr befestigt ist, während die anderen Spannvorrichtungen (12) in geringem Maße in Umfangsrichtung beweglich sind (F i g. 3).

2. Umlauf-Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Spannvorrichtungen (12) jeweils zwei Stützwinkel (12a. 12b) aufweisen, welche sich jeweils in einem hakenförmigen Falz (13a. 13b) am Ende der Teilbänder (10a, 10b) abstützen und von einer sie auseinandertreibenden elastischen Kraft beaufschlagt sind (F ig. 7.8).

3. Umlauf-Wärmetauscher nac^> Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, dab die elastischen Spannvorrichtungen (12) jeweils einen zwischen den Innenseiten der Stützwinkel (12a, 12b) eingesetzten und auf einen an den Stützwinkeln sitzenden Zapfen (15) aufgeschobenen Federscheibenstapel (14) aufweisen (F i g. 7).

4. Umlauf-Wärmetauscher nach Anspruch 2. dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Spannvorrichtungen (12) jeweils eine Blattfeder (16) aufweisen, welche sich mit ihren Enden (16b, 16a) jeweils in dem hakenförmigen Falz (13a, 13b) am Ende der Teilbänder (10a, 10b) abstützt, und daß das Mittelteil der Blattfeder (16) mittels eines Exzenterstückes (17,18) in bezug auf das Druckband (4) ein- bzw feststellbar ist (F i g. 8).

5. 'Jrr.'aiii-Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer der elastischen Spannvorrichtungen (12) ein thermostatisches Korrekturelement (20) zwischen dem Exzenter (18) und dem Mittelteil (16c) der Blattfeder (16) eingesetzt ist (F i g. 8).

6. Umlauf-Wärmetauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß beiderseits des Zahnkranzes (21) zwei mit ihren inneren Rändern einander angenäherte, flach kegelstumpfförmige Ringstege (27, 28) angeordnet sind, welche mit ihren äußeren Umfangsflächen (27a, 28a) eine Laufrille für am Rahmen (35) des Wärmetauschers gelagerte Rollen (29,20,31) bilden, von denen wenigstens eine auf einer Antriebswelle S) befestigt ist und eine mit der Außenverzahnung _deY Zahnkranzes (21) in Eingriff stehende Verzahnung (33) trägt (F i g. 9).