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Speicher für einen drehenden Speicherwärmetauscher Die Erfindung bezieht
sich auf drehende Speicherwärmetauscher und betrifft die Ausbildung des Speichers
zur Verwendung bei sehr hohen Temperaturen.
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Bei Drehspeicherwärmetauschern wird bekanntlich ein Wärmetauschmaterial
in einem Rotor, d. h. Drehspeicher, angeordnet, der zunächst das Material
in den Strömungsweg eines Heizmediums bringt, damit es Wärme von dem hindurchströmenden
Medium absorbiert; beim Drehen des Rotors um seine Achse wird das Wärmetauschmaterial
in einen zweiten S'trömungsweg gebracht, wo es die absorbierte Wärme auf ein zu
beheizendes Medium wieder abgeben kann. Der Rotor ist von einem Gehäuse umgeben,
das End- oder Sektorplatten aufweist, die mit öffnungen zur Bildung der Strömungswege
für die Medien ausgebildet sind. Um zu verhindern, daß die Medien sich vermengen,
sind Abdichtvorrichtungen an den Enden des Rotors vorgesehen, die an dem nicht perforierten
Teil des benachbarten Gehäuses entlangstreichen oder in dichtem Abstand dazu vorbeiführen.
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Derartige Dri#hspeicherwärmetauscher erlauben eine wirksame Wärmeübertragung,
und die Verwendung derartiger Tauscher ist bei Temperaturen, die innerhalb des Arbeitsbereiches
von Stahl oder Stahllegierungen liegen, durchaus geläufig. Für Temperaturen hingegen,
die über diesen Grenzen liegen, wie sie häufig bei verschiedenen metallurgischen
und chemischen Verfahren auftreten, läßt sich ein gewöhnlicher Wärmetauscher mit
metallischem Drehspeicher wegen der Temperaturgrenzen des Materials nicht ohne weiteres
verwenden, und zwar auch deshalb nicht, weil Verunreinigungen in den Medien, die
durch den Wärmetauscher strömen, sich mit dem Metall bei höheren Temperaturen nicht
vertragen.
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Es wurde bereits versucht, keramische Stoffe als wärmeabsorbierende
Materialien für derartige Wärmetauscher zu verwenden. Die meisten dieser keramischen
Stoffe brechen jedoch leicht, wenn sie thermi&chen Beanspruchungen ausgesetzt
werden, wie sie bei Temperaturunterschieden innerhalb des Materials auftreten. Mechanische
Beanspruchungen an den verschiedenen keramischen Elementen bringen zusätzliche Schwierigkeiten,
da das Element dadurch zerbrochen oder zumindest beschädigt wird.
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So ist ein Drehspeicher für einen um eine senkrechte Achse unflaufenden
Wärmetauscher bekannt, bei dem ein Teil der Speichermasse aus feuerfesten keramischen
Elementen in der Form von stehend eingesetzten Rohren oder in anderer Weise dicht
gepackten feuerfesten Formk6rpem besteht und auch die Nahe und der Mantel des Rators
sowie die radialen Scheidewände der Sektoren aus keramischem Material gebildet sind.
Die dichte Packung der Speichermasse innerhalb der druckempfindlichen Rotorwandungen
erlaubt jedoch mit Rücksicht auf Wärmespannungen nur begrenzte Temperaturdifferenzen
innerhalb der keramischen Elemente, weswegen ihre Anwendung auf nur einen axiaIen
Teilabschnitt des Rotors beschränkt ist.
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Bei stationären Speichern drehender Speicherwärinetauscher sind in
die sektorförmigen Kammern
eines aus Nabe, Mantelwand und radialen Scheidewänden
zusammengesetzten Speichergerippes, axial und radial in mehrere Lagen aneinandergereiht,
wabenförmige Blöcke aus keramischem Material mit Durchlässen in axialer Richtung
eingesetzt Auch bei diesen Drehspeichem ist die Bruchgefahr der Blöcke infolge thermischer
Ausdehnung des keramischen Materials bei hohen Temperaturen groß. Außerdem können
die Blöcke nicht mit so großer Genauigkeit hergestellt werden, daß die a)dalen
Durchlässe hintereinanderhegender Blöcke, genau miteinander fluchten, so daß der
übertritt der Gase von einem Block z= anderen beeinträchtigt wird.
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Um größere axiale Wärmegefälle in Drehspeichern zu beherrschen, die,
insbesondere nach Art einer Siebtrommel, aus fortlaufend aufgewickelten Siebblechlagen
zusammengesetzt sind, ist auch bereits vorgeschlagen worden, die radialen Zwischeirwände
zwischen den Sektoren aus einer Masse verfoTrabaren Materials herzustellen, die
vorzugsweise aus Einzelelementen zwischen den Siebblechlagen zusanunengesetzt sind.
Schließlich
ist es zur Vermeidung von Korrosions-und Zerstörungsersch6inungen am kalten Ende
von nach dem Drehspeicherprinzip ausgebildeten Luftvorwärmern auch bereits bekannt,
die Speichermasse des Drehspeichers vorzugsweise am kalten Ende aus korrosionsbeständigen
--Blocksegmenten auszubilden, die die Sektoren ati#füllen. Für diese Blocksegmente
sind Metaffgußstücki#- oder ausgebohrte Metallkörper vorgesehen. . L.-Aufgabe
der ErfkdÜng ist es, einen Speicher für einen drehenden Speicherwärmetauscher, dessen
Speichermasse aus sektorförmigen, sich radial jeweils von der Nabe bis zum Mantel
des Speichers erstrekkenden Blöcken besteht, die in axialer Richtung für die wärmetauschenden
Mittel durchlässig ausgebildet sind, wobei an den radial verlaufenden Oberflächen
der Blöcke angreifende Abstandshalter vorgesehen sind, die die Blöcke in Umfangs-
und axialer Richtung festlegen, so weiterzubilden, daß er bei Ermöglichung von nicht
zu großen axialen Blockabmessun-Glen. auch bei gr6ßdr-äüäler Speicherabmessung für
C
besonders hohe Betriebstemperaturen verwendungsfähig ist. Gemäß der-jErfindung
wird diese Aufgabe durch die Gesamtheii -folgender- Merkmale gelöst.
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a) Die Blöcke sowie Nahe und Mantel des Speichers t bestehen--in an
'S'-Ich bekannter Weise aus keramischem Werkstöff b) in axialer Richtung
sind an sich bekannter Weise mindestens zwei Lagen von Blöcken vorgesehen; c) die
- Abstandshälf6r zwischen den einzelnen Blöcken und iiiileich den eInz
' elnen Blocklagen C sind als die radial verlaufenden Kantenbereiche der
Blöcke umgreifeiide, im Querschnitt kreuzförmige Haltestäbe. ausgebildet.
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Diese Ausbildung gemäß. der Erfindung bringt in Hinblick auf
die.zu Ißsende Aufgabe eine Reihe von Vorteilen mit sich:. Das keramische Material
schafft die Voraussetzung-füt. die Verwendung der Speichermasse für hohe Temperaturen.
Durch die Aufteilung der Speichermasse in..mehrere Lagen von Blöcken kann die Höhe
der Blöcke beliebig klein gewählt .werden, was der-Herabsetzung der Wärmebeanspruchung
zugute kommt-und gleichzeitig die Herstellung 'der Blöcke erleichtert. Das Gewicht
der ganzen Speichermasse kann - von emiem metallischen Läuferkörper
getragen werden, der am kalten Ende des Rotors angeordnet ist; während es am warmen
Ende keine wärmeempfindlichen metallischen Teile gibt. Da die Blöcke von den Haltestäben
in axialer Richtung auf Abstand gehalten werden, wird der übertritt der Gase von
einem, Block zum anderen auch bei nicht fluchtenden Durchlässen in den Blöcken nicht
beeinträchtigt. Da die Abstandhalter lose zwischen die Blöcke eingelegt sind, können
sie sich in axialer und seitlicher Richtung in Abhängigkeit von thermischen Verwerfungen
frei bewegen.
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In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist ein Haltestab füi
den erfindungsgemäßen Speicher derart ausgebildet, daß seine die radial verlaufenden
Kantenbereiche der##Blöcke umgreifenden Flächen mit einer an sich bekannten nachgiebigen
keramischen Packung versehen sind. Hierdurch wird die spannungslose thermischä,'Ausdehnung
der Blöcke noch weiter begünstigt. Im folgenden'-wird an Hand eines Ausführungsbeispieles
die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt F i
g. 1 einen Schnitt duTch einen Drehspeicherwärmetauscher gemäß der Erfindung,
F i g. 2 eine perspektivische Ansicht einer Elementanordnung innerhalb des
Rotors und F i g. 3 einen Querschnitt durch einen Haltestab für die kerainischen-Blöcke
gemäß der Erfindung. In der Zeichnung ist der zylindrische Mantel 8
eines
Drehspeichers oder Rotors aus wärmewiderstandsfähigem keramischem Material hergestellt,
das vorzugsweise ein solches Maß an natürlicher Festigkeit aufweist, daß eine Beschädigung
gegenüber thermischen oder mechanischen Beanspruchungen ausgeschlossen ist. Der
Mantel 8 liegt auf dem ring förmigen Umfang eines metallischen Läuferkörpers
auf, der -am »kalten, Ende« des Rotors angeordnet ist, wo die Zerstörungseffekte
durch Wärme und Korrosion ein Minimum sind. Der Rotor wiederum wird von einem Drehzapfen
14 getragen, der um die vertikale Achse über einen nicht dargestellten Antrieb in.
Drehung versetzt wird. Eine keramische Rotornabe16 wird auf dem Läuferkörper koaxial
innerhalb des. zylindrischen Mantels 8 gehalten, so daß ein ringförmiger
Raum dazwischen für eine Speichermasse 18'aus keramischem wärmeübertragendem Material
ausgebildet wird, die in mehrere, axial aufeinanderlie- ,en de ring gförmige Reihen
von Sektorblöcken 39 unterteilt ist.
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Der Rotor ist von einem Gehäuse umgeben, das ein keramisches Futter
22 in einem Stahlgehäuse 24 aufweist. Der Ringraum dazwischen ist mit Isoliermaterial
26 aus nachgiebigem keramischem Fasermaterial ausgefüllt. Eine andere faserförnüge
keramische Packung ist um die Rotornabe 16 herum in den Abständen zwischen
den Blöcken 39 und dem Rotormantel 8 vorgesehen. Da die Elementblöcke
39
vollständig von dem nachgiebigen Packungsmaterial umgeben sind, können
sie sich relativ frei ausdehnen, zusammenziehen oder auf andere Weise verändern,
ohne daß die Beziehung der verschiedenen zusam:-inenwirkenden Elemente zueinander
nachteilig beeinflußt wird.
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Das Rotorgehäuse ist an den beiden Stirnenden mit ke(ramischen End-
oder Sektorplatten 32 und 34 wersehen, welche öffnungen 33 bzw.
35 für den Durchfluß eines Heizmediums und eines zu beheizenden Mediums durch
die Blöcke 39 der Speichermasse 18 aufweisen. Eine keramische Abdichtplatte
37 mit einem ringförmigen Rand,. der mit einem Nabenteil über radiale Speichen
in übereinstimmung mit radialen Abständen zwischen den Blöcken 39 verbunden
ist, ist drehfest durch das obere Ende der Rotornabe 16 gehalten. Die Abdichtplatte
ergibt eine schwimmende Abdichtfläche, die sich selbst auf die Ebene der benachbarten
Sektorplatte einstellt und ungleichmäßige axiale Deformationen des Rotors ausgleicht.
Eine nachgiebige Packung aus faserförmigem keramischem Material wird zwischen die
nicht perforierte Oberfläche der Abdichtplatte 37 und die benachbarte Kante
des Rotors eingesetzt, so daß eine Abdichtung vorhanden ist, die sich ausdehnt oder
zusammen ieht, um den sich ändernden Raum zwischen benachbarten Blöcken zu
füllen, und das den Durchfluß des Mediums verhindert.
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Die sektorförmig ausgebildeten keramischen Blöcke 39 weisen
axiale Durchlässe für den Durchfluß der
Gase sowie gasundurchlässige
Seitenwände auf, die eine Querströmung der Gase zwischen seitlich benachbarten Blöcken
verhindert. Die erste ringförmige Reihe von sektorförmig ausgebildeten Blöcken wird
von dem metallischen Läuferkörper unmittelbar getragen, während weitere ringförmige
Reihen von Blöcken auf radialen Haltestäben 42 gehalten werden, die die parallelen
Kantenbereiche benachbarter Blöcke 39 umschließen. Die Haltestäbe 42, die
an beiden Enden frei sind, können sich in axialer und/ oder seitlicher Richtung
in Abhängigkeit von der thermischen Deformation der Blöcke bewegen. Die Haltestäbe
bestehen aus keramischem Material und sind gepreßt oder in anderer Weise mit einem
kreuzförmigen Querschnitt versehen, so daß horizontale Arme44 gebildet werden, die
die benachbarten Blöcke in axialer Richtung im Abstand zueinanderhalten, während
senkrechte Arme46 in ähnlicher Weise die seitlich benachbarten Blöcke trennen.
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Da die keramischen Blöcke 39 an sich zerbrechlich sind und
durch thermische und mechanische Beanspruchungen leicht zerstört werden können,
werden die Oberflächen der Haltestäbe 42 vorzugsweise mit Streifen 48 aus faserförmigem
keramischem Packungsmaterial versehen, das eine natürliche Nachgiebigkeit gegen
Stöße aufweist und das jeden Block von den benachbarten anderen Blöcken isoliert.
Die Streifen aus keramischem Packungsmaterial können insbesondere in die ebenen
Flächen der Haltestäbe 42 eingebettet sein, um sie in ihrer Stellung während des
Zusammenbaues des Drehspeichers zu sichern und sie in dieser Stellung während des
Betriebes zu halten.
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Nach dem in vorbesehriebener Weise erfoleten Zusammenbau werden die
keramischen Blicke kräftig, aber elastisch nach allen Seiten durch eine nachgiebige
Packung gehalten, die eine Berührung benachbarter Blöcke Fläche an Flädhe verhindert
Während die Blöcke an einer Bewegung gehindert worden, ermöglicht die nachgiebige
Packung eine begrenzte Ausdehnung, Zusammenziehung oder andere Veränderung, die
in solchen Einrichtungen auftritt. Darüber hinaus stellt die nachgiebige Packung
eine Stöße aufnehmende Federung für die Rotorelemente dar, die eine Beschädigung
durch mechanische Stöße während des Zusammenbaues weitgehend verhindert.
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Die Einrichtung gemäß der Erfindung wurde vorstehend an Hand eines
Ausführungsbeispieles erläutert. Durch kinematische Umkehrung kann die wärmespeichemde
Masse auch den stationären Teil des Speicherwärmetauschers bilden, während die Zu-und
Ableitungen für die Wärmetauschmedien rotieren (Drehstutzen-Speicherwärmetauscher).
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Im Hauptanspruch wird Schutz nur für die Gesamtheit der darin enthaltenen
Merkmale beansprucht.