DE2942126A1 - Waermeuebertragende elemente fuer regenerativen waermeaustausch - Google Patents

Description

L. ic C. Steinmüller GmbH 527o Gummersbacn, den 16.1ο. 1979 Postfach 1949/196Ο Pa 7919

Bth./Al.

Patentanmeldung

"Wärmeübertragende Elemente für regenerativen Wärmeaustausch"

Die Erfindung betrifft wärmeübertragende Elemente für regenerativen Wärmeaustausch.

Die Erfindung Qfeht aus von den bekannten Wärmerohren (heat-pipes), die als Elemente für sehr intensiven Wärmeaustausch bekannt sind.

Diese Wärmerohre übertragen die Wärme aus dem heißen Bereich in den kalten Bereich mittels indirektem Medium, z. B. Wasser, welches am heißen Ende des Rohres verdampft, und kondensiert an seinem kalten Ende.

Die Wärmerohre (heat-pipes) sind unbewegte, starre Körper, die die Wärme aus einem wärmeren in einen kälteren Raum transportieren.

In vielen technischen Fällen, besonders bei Wärmeaustauschern, zwischen Gasen mit hohem Staubgehalt oder verunreinigten Flüssigkeiten bilden sich an der Rohroberfläche der bekannten Wärmerohre Verkrustungen, die nur sehr schwer zu entfernen sind.

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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, wärmeübertragende Elemente zu schaffen, die einen problemlosen und intensiven Wärmeaustausch ermöglichen und deren Reinigung ohne großen apparativen Aufwand erfolgt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Elemente als starre Hohlkugeln oder als hohler Vielflächner ausgebildet sind, wobei der freie Innenraum teilweise mit einer wärmeleitenden Flüssigkeit sowie Dampf aus dieser Flüssigkeit gefüllt ist.

Aus wärmetechnischen Gesichtspunkten ist es in bestimmten Fällen erforderlich, die starre Kohlkugel erfindungsgemäß als elastisches Element auszubilden mit im Innern angeordneten Versteifungselementen.

Des weiteren können die erfindungsgemäßen Elemente in einer Wirbelschicht bzw. einer statischen Schicht Verwendung finden.

Im Unterschied zu den bekannten heat-pipes sind die erfindungsgemäßen Elemente während der Arbeit in Bewegung, d. h. sie sind zyklisch transportierbar zwischen den heißen und den kalten Bereichen.

Im Heißraum erfolgt die Wärmespeicherung in den Elementen durch Erhitzung der Wand und der Flüssigkeit (innen), aber auch durch Verdampfung eines Teils der Flüssigkeit.

Nach dem Transport der Elemente in den Kaltraum erfolgt die Wärmeabgabe durch Abkühlung der Wand, Flüssigkeit und Kondensation des Dampfes.

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Der entscheidende Vorteil der Erfindung besteht darin, daß die erfindungsgemäßen Elemente leiclt zu reinigen sind, d. h. sie reinigen sich bei der Verwendung als Wirbelschicht zwangsläufig von selbst. Die erfindungsgemäßen Elemente funktionieren ähnlich wie die Wärmerohre und haben zumindest vergleichbare Wärmeübertragungswerte.

Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 das erfindungsgemäße Element als Hohlkugel,

Fig. 2 das erfindungsgemäße Element als

Hohlkugel mit einer elastischen Aussenhülle bei niedriger Temperatur,

Fig. 3 das Element gem. Fig. 2 bei hoher Temperatur,

Fig. 4, 5, verschiedene Anordnungen des erfin-6 und 7 dungsgemäßen Elementes in einem Ljungström-Wärmetauscher,

. Fig. 8 die Verwendung der erfindunsgemäßen Elemente in einem Kolonnen-Wärmetauscher als Wirbelschicht,

Fig. 9 die Anordnung der Elemente in einem Kolonnen-Wärmetauscher als statische Schicht.

Das erfindungsgemäße Element, wie es Fig. 1 zeigt, besteht aus der Hohlkugel 1, die aus der Wandung 2, der Flüssigkeit 3 und dem Dampf 4, der aus der Flüssigkeit gebildet wird, besteht. Dabei kann die Flüssigkeit aus Wasser, Freon, Alkolholen od.dgl. be-

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stehen. Die Wandung 2 kann dabei bei starrer.Ausgestaltung der Elemente 1 aus metallischen oder nichtmetallischen Werkstoffen bestehen. Eine besondere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Elementes weisen die Fig. 2 und 3 auf. Hierbei besteht die Wandung 2 aus einer elastischen Hülle 5 in Form von wärmebeständigem Gummi oder Kunststoff. Damit die einzelnen elastischen Elemente bei mehreren Schichten der Elemente übereinander sich nicht zusammendrücken, sind im Innern der kugelförmigen Elemente, wie sie die Fig. 2 und 3 darstellen, Versteifungselemente 6 angeordnet. Dabei legt sich die elastische Außenhülle 5 bei niedrigeren Temperaturen auf die Versteifungselemente 6 auf (Fig. 2),und bei hohen Temperaturen dehnt sie sich entsprechend aus (Fig. 3).

Die Fig. 4 bis 6 zeigen einen Rotor eines Ljungström-Wärmetauschers 7 mit senkrechter Achse 8. Bei Fig. 4 befinden sich die erfindungsgemäßen .Elemente 1 oberhalb konventioneller Speichermassen 9, bei Fig. 5 unterhalb. Die Fig. 6 zeigt einen Ljungström-Wärmetauscher ohne konventionelle Speichermassen nur mit den erfindungsgemäßen Elementen 1. Mit Io ist der Kaltgaseintritt und mit 11 ist der Heißgaseintritt bezeichnet. Je nach der Richtung, in der die Elemente 1 angeströmt werden, bildet sich eine statische Schicht oder eine Wirbelschicht. Die Wirbelschicht bildet sich nur dann, wenn die Gasströmung von unten in den Wärmetauscher eingeführt wird. Wenn zum Beispiel die Achse 8 des Rotors 7 waagerecht angeordnet ist (Fig. 7), dabei die Elemente 1 als statische Schicht ausgebildet sind, erfolgt die Reinigung der Elemente durch die Umwälzung im Sektorraum ohne zusätzlichen Energiebedarf für eine Abblasevorrichtung. Die Fig. 8 zeigt einen Kolonnen-Wärmetauscher mit

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einer Wirbelschicht, bei der das heiße Gas bei 12 eingeführt wird, die Elemente 1 erwärmt und bei 13 die Kolonne wieder verläßt. Das Kaltgas tritt bei 14 ein und verläßt die Kolonne bei 15. Die erhitzten Elemente sinken durch eine Vorrichtung 16 nach unten in den unteren Teil der Kolonne und werden über ein nicht näher dargestelltes pneumatisches oder mechanisches Transportsystem 17 in den oberen Teil der Kolonne zurückgeführt.

Die Fig. 9 zeigt eine Wärmetausch-Kolonne mit statischer Schicht, bei der die erwärmten Elemente 1 mittels z. B. einer Zellenradschleuse 18 in den unteren Teil der Kolonne portionsweise gelangen, dort das Kaltgas erwärmen und über das Transportsystem in den oberen Teil der Kolonne zurückgeführt werden.

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Claims (3)

L. & C. Steinmüller GmbH 527o Gummersbach, den 16.1ο.1979 Postfach 1949/196Ο Pa 7919 Bth./Al. Patentansprüche

1. Wärmeübertragende Elemente für regenerativen Wärmeaustausch, dadurch gekenn zeichnet, daß die Elemente (1) als starre Hohlkugel oder als hohler Vielflächner ausgebildet sind, wobei der freie Innenraum teilweise mit einer wärmeleitenden Flüssigkeit (3) sowie Dampf (4) aus dieser Flüssigkeit gefüllt ist.

2. Wärmeübertragende Elemente nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hohlkugel eine elastische Außenhülle (5) aufweist mit im Innern angeordneten Versteifungselementen (6).

3. Verwendung der wärmeübertragenden Elemente nach den Ansprüchen 1 und 2 als Wirbelschicht und/oder statische Schicht.

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