PT1584869E - Regenerador rotativo - Google Patents

Description

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DESCRICÃO "Regenerador rotativo" [0001] A invenção refere-se a um regenerador rotativo, conforme o conceito genérico da reivindicação 1, que é operado numa rede integrada com um queimador.

[0002] Estes dispositivos são utilizados para a conservação de recursos, através da minimização do consumo de combustível, e para a redução das emissões de C02, entre outras, na área dos processos de combustão a altas temperaturas nas indústrias do ferro, aço, metal não ferroso e cerâmica. Através de um permutador de calor, uma quantidade de calor aí contida é retirada dos gases de escape do processo de combustão a altas temperaturas e utilizada para o pré-aquecimento do ar que é introduzido para a combustão. Este ar conduzido para o fogo é também designado como ar de combustão. O calor do ar de combustão aumentado deste modo substitui uma parte da energia contida no combustível e, assim, a quantidade de combustível necessária para a combustão é reduzida. Isto aumenta consideravelmente o grau de eficácia de uma combustão, uma vez que uma perda comum de gases de escape em fornos industriais de ferro e aço é de cerca de 70 %. No contexto de custos energéticos visivelmente crescentes, existe uma necessidade cada vez maior de processos de combustão termotécnicos optimizados e de dispositivos adequados para o efeito.

[0003] Para a recuperação de calor, estão disponíveis sistemas essencialmente recuperativos ou regenerativos de permutadores de calor. No caso permutadores de calor recuperativos, o fluxo quente de gases de escape é aplicado directamente no fluxo frio de ar de alimentação e o calor é transmitido, de forma directa, através de uma parede de separação. No caso de regeneradores, o calor é transmitido com a ajuda de um material intermédio acumulador de calor.

[0004] Os regeneradores rotativos demonstraram ser especialmente vantajosos para fornalhas industriais. Nestes regeneradores, é injectado, por um lado, gás de escape quente e, por outro, ar de combustão frio num rotor em rotação lenta. O gás de escape quente passa através do rotor e aquece os elementos de aquecimento aí dispostos que armazenam este calor. Através da rotação do rotor, os elementos de aquecimento aquecidos entram no fluxo frio do ar de combustão e aquecem, então, o ar de combustão frio que aí passa.

[0005] Uma vez que os gases de escape e o ar de combustão não podem misturar-se, nos regeneradores rotativos, a separação fiável entre o fluxo de gases de escape e o fluxo de ar de combustão é especialmente importante. Normalmente, isto acontece porque o rotor ou a caixa do rotor é dividido numa multiplicidade de câmaras de fluxo, através de paredes divisórias de sectores estanques ao gás que funcionam para fora, radialmente ao eixo de rotação do rotor. Através das diferentes câmaras, os gases de escape e o ar de combustão podem então correr, simultaneamente, em separado.

[0006] Normalmente, o fluxo de gases de escape e o fluxo de ar de combustão são conduzidos pelo rotor em sentidos opostos. Assim, do lado no qual os gases de escape são introduzidos no rotor, também o ar de combustão aquecido é conduzido para fora do rotor. Fala-se aqui do lado quente do rotor. No lado oposto saem os gases de escape arrefecidos e é introduzido o ar de combustão ainda frio. Este é o chamado lado frio do rotor. 2 [0007] As fendas entre a caixa rotativa do rotor e as tubagens adjacentes de ar ou gás são normalmente vedadas através de um sistema de vedação periférico que abrange o rotor. Nesta vedação periférica, o rotor é inserido numa caixa fixa do regenerador, englobando-o de forma estanque ao gás. No lado quente, a caixa do regenerador apresenta uma entrada de gás e uma saída de ar. No lado frio da caixa do regenerador estão dispostas, de forma correspondente, uma saída de gás e uma entrada de ar. Os gases de escape passam também por uma área de escape que se estende desde o lado quente até ao lado frio do regenerador, enquanto que o ar de combustão passa por uma área de ar de combustão que se estende desde o lado frio até ao lado quente.

[0008] A separação da área de escape e da área de ar de combustão da caixa do regenerador é efectuada através de dois elementos estruturais de separação que se estendem até ao rotor. Os elementos estruturais de separação estendem-se ao longo do rotor, de modo a que as divisórias de sectores do rotor que lhe são adjacentes sejam cobertas. Ao contrário das divisórias e sectores do rotor, a área de escape e a área de ar de combustão da caixa do regenerador são vedadas através de uma vedação periférica que se estende ao nível dos elementos estruturais de separação.

[0009] A vedação periférica engloba uma fita isoladora que é disposta num nível que corre paralelamente ao eixo rotativo do rotor e é colocada na caixa do regenerador. Por isso, a fita isoladora é composta, pelo menos, por duas linhas de vedação axiais e duas radiais que são pressionadas a partir de fora no rotor. Assim, as linhas de vedação axiais passam paralelamente à caixa do rotor e as linhas de vedação radiais passam ao longo de ambas as partes dianteiras do rotor. No caso de um rotor que roda à volta de um eixo rotativo vertical, as secções da vedação radial são, por isso, dispostas praticamente na horizontal e sobrepostas e as vedações axiais são dispostas no sentido vertical e paralelas umas às outras, sendo que as vedações axiais unem as vedações radiais entre si. Na vista lateral, um sistema de vedação destes tem o aspecto de um rectângulo que, juntamente com as divisórias de sectores do rotor, separa ambas as secções de gás uma da outra. Para as vedações, são utilizadas fitas isoladoras estreitas e lineares em cerâmica ou metal, de acordo com o estado da tecnologia.

[0010] O único factor problemático é que, devido às diferentes temperaturas, o interior de um rotor dilata de forma irregular e o seu lado quente arqueia convexamente para fora. Uma vez que, normalmente, a caixa do regenerador que envolve o rotor não está sujeita, nem de perto, a deformações tão fortes provocadas pela temperatura, as secções axiais e radiais da vedação periférica têm de ser adaptadas ao rotor deformado. Isto ocorre de forma sofisticada através da compressão hidráulica das vedações axial e radial no rotor, o que é, no entanto, uma operação muito dispendiosa e susceptível a problemas. Muitas vezes, a vedação não atinge resultados satisfatórios e o grau de eficácia destes regeneradores rotativos diminui devido a uma vedação inadequada.

[0011] Como alternativa, foram já concebidos regeneradores rotativos nos quais o rotor é construído, tal como uma panela, com um fundo perfurado e uma tampa perfurada, não estando presente um revestimento lateral do rotor. Em vez da caixa única do regenerador, são utilizadas duas tampas fixas entre as quais o rotor roda. Para simplificar, aqui, a tampa no lado quente do rotor é designada como tampa quente e a no lado frio como tampa fria. De forma correspondente, a tampa quente apresenta uma entrada de gás e uma saída de ar que são divididas através de um primeiro elemento estrutural de 3 separação, e a tampa fria tem uma saída de gás de uma entrada de ar, separadas uma da outra por um segundo elemento estrutural de separação.

[0012] Nestes rotores, a vedação é assumida pelo fundo e pela tampa da panela do rotor que são directamente comprimidos contra a tampa fria ou a tampa quente, com as secções da vedação radial entre eles, sendo que, entre a respectiva tampa e o rotor, está disposta uma vedação. Este sistema de vedação também já não abrange o rotor a partir de fora. A vedação está, em vez disso, dividida em duas partes e é composta por um rotor em formato de panela e por dois níveis de vedação separados um do outro nas partes dianteiras do rotor. No entanto, nesta solução, a desvantagem é a construção de grandes dimensões das tampas que, muitas vezes, perturba o fluxo de ar ou gás.

[0013] Um outro problema dos regeneradores rotativos conhecidos está nos elementos de aquecimento que são utilizados nos rotores. Normalmente, tratam-se de placas metálicas planas com secção transversal do perfil ondulada que formam canais de ar sobrepostos entre as placas. Estas placas são, em regra, colocadas em várias camadas em andaimes e montadas em pacotes nos andaimes, entre as divisórias de sectores dos rotores. Para a protecção contra fluxos agressivos de gases de escape ou impurezas devido às partículas de fuligem aí contidas, as placas metálicas são esmaltadas. No entanto, estas placas metálicas esmaltadas apenas podem ser expostas a temperaturas limitadas dos gases de escape. Contudo, sobretudo para melhorar o grau de eficácia do processo de combustão a altas temperaturas, é preferível utilizar um regenerador, mesmo no caso de temperaturas especialmente elevadas de 1400° C e superiores.

[0014] Recentemente, foram também concebidos rotores nos quais, como substituto para os elementos de aquecimento metálicos, são vertidos corpos esponjosos ou esferas de cerâmica soltos nos sectores subdivididos. As esferas de cerâmica têm a vantagem de serem muito mais resistentes ao calor e insensíveis ao efeito dos gases queimados do que os elementos de aquecimento metálicos esmaltados. No entanto, ao mesmo tempo, estes rotores têm uma resistência mais elevada ao fluxo e um tamanho maior.

[0015] Um regenerador rotativo do tipo supracitado está descrito na patente US 4,627,485 A. Outros dispositivos deste tipo que provocam um arrefecimento de outras peças do regenerador, como por exemplo, os elementos axiais de vedação, a tampa quente ou as peças de suporte, são conhecidos através das patentes GB 960 821 A, GB 798 108 A ou GB 917 307 A. A desvantagem em todos os regeneradores já mencionados é a vedação dispendiosa ou insuficiente do rotor e os tamanhos relativamente grandes com uma resistência à temperatura limitada.

[0016] Por isso, o objectivo desta invenção é a apresentação de um regenerador rotativo que garanta uma melhor vedação do rotor, seja consideravelmente mais pequeno e aplicável mesmo com temperaturas bem mais elevadas dos gases de escape, superiores a 1400° C, e cuja construção seja, no total, mais económica.

[0017] A solução alcançou esta finalidade com o regenerador rotativo conforme a reivindicação 1. Outros desenvolvimentos vantajosos são indicados nas reivindicações secundárias.

[0018] O regenerador rotativo em conformidade com esta invenção apresenta, como rotor, um permutador de calor rotativo entre uma tampa quente e uma tampa fria fixas com uma caixa do rotor, na qual estão dispostos elementos de aquecimento acumuladores de calor. O rotor não é, então, encapsulado numa caixa do regenerador e, consequentemente, também não é vedado por uma vedação periférica. 4 [0019] Como foi mencionado, como tampa quente ou tampa fria devem ser entendidos os dispositivos de entrada ou saída fixos que se encontram no lado quente do permutador de calor para o fluxo de passagem de gases de escape e para o fluxo de entrada de ar de alimentação para o fogo ou para o queimador. Assim sendo, a tampa quente apresenta uma entrada de gás e uma saída de ar, separadas uma da outra através de um primeiro elemento estrutural de separação. Por outras palavras, na tampa quente, o fluxo quente de gases de escape é introduzido e dirigido para o rotor.

[0020] A tampa fria corresponde à tampa quente apenas no sentido em que está disposta no lado frio do regenerador rotativo e, assim sendo, apresenta uma saída de gás e uma entrada de ar, separadas uma da outra por um segundo elemento estrutural de separação. Os gases de escape arrefecidos são, então, conduzidos para fora do rotor através da tampa fria e, ao mesmo tempo, o ar fresco ainda frio ou o ar de combustão é introduzido no rotor para aquecimento.

[0021] Além disso, no regenerador rotativo de acordo com esta invenção, está disposta, entre a tampa quente e o rotor, uma vedação quente e, entre a tampa fria e o rotor, uma vedação fria, sempre no lado da tampa quente ou da tampa fria voltado para o rotor. Assim, apenas as partes dianteiras do rotor são vedadas, sendo que os conceitos "vedação quente" e "vedação fria" devem esclarecer onde se encontra a respectiva vedação, ou seja, no lado quente ou no lado frio do rotor.

[0022] O regenerador rotativo em conformidade com esta invenção distingue-se dos regeneradores rotativos conhecidos pelo facto de que, tanto a vedação quente, como a vedação fria, é sempre um anel de vedação maciço correspondente de uma parede exterior tubular da caixa do rotor, para a vedação total do rotor, com uma secção de vedação interior que se encontra no respectivo elemento estrutural de separação para a vedação radial do rotor. Assim sendo, a secção de vedação interior do anel de vedação apresenta, preferencialmente, a largura do respectivo elemento estrutural de separação e a vedação quente dispõe de um dispositivo refrigeração. Além, estão presentes, na caixa do rotor, elementos de aquecimento capilares cerâmicos e elementos de aquecimento planos metálicos, dos quais os elementos de aquecimento planos metálicos estão dispostos, preferencialmente, no lado do rotor que está voltado para a tampa fria.

[0023] De acordo com esta invenção, também já não é utilizado um rotor em formato de panela, mas sim um rotor tubular, sendo que, através da construção tubular da parede exterior da caixa rotativa do rotor, resulta um comportamento de fluxo tecnicamente muito mais favorável. Isto reduz a necessidade de energia para o transporte dos fluxos de ar ou de gases de escape. Juntamente com os níveis de vedação que passam perpendicularmente ao eixo de rotação do rotor no lado frio e no lado quente do rotor, obtém-se uma caixa do rotor especialmente bem vedada, uma vez que as superfícies anulares da caixa do rotor sofrem menos deformações fortes, como por ex., nas tampas de vedação contínuas, dispostas na parte dianteira fria ou quente do rotor. Através das superfícies dianteiras circulares, é reduzida a resistência de fricção entre as vedações e o rotor. Ao mesmo tempo, é possível prescindir de um revestimento completo do rotor com a vedação axial paralelamente à parede exterior da caixa.

[0024] A vedação radial do rotor, ou seja, a separação dos gases de escape e do ar de combustão, é efectuada através das secções de vedação interior dispostas nos elementos estruturais de separação e que se estendem por todo o diâmetro do rotor. Estas actuam juntamente com os elementos de aquecimento 5 capilares e/ou as divisórias de sectores eventualmente dispostas para dividir o rotor em sectores de fluxo, na medida em que estas são directamente adjacentes aos revestimentos dos elementos de aquecimento ou às divisórias de sectores do rotor.

[0025] Com a ajuda da refrigeração, a vedação quente, fortemente carregada sobretudo devido a elevadas temperaturas, adapta o seu comportamento térmico ao comportamento do rotor. Deste modo, diminuem-se as tensões térmicas na vedação maciça e, com ajuda da refrigeração, é possível gerar com precisão as temperaturas ou as dilatações na vedação, que estão também presentes no rotor. Assim, é possível diminuir efectivamente, de forma fácil e sem um grande esforço mecânico, a fenda de vedação entre a tampa quente e, ao mesmo tempo, melhorar o efeito isolante da vedação.

[0026] Finalmente, através da combinação de superfícies de aquecimento cerâmicas e metálicas, é obtida, em comparação com um elemento de aquecimento composto apenas por elementos acumuladores cerâmicos, uma redução de 20 % do tamanho, com a mesma eficácia do permutador de calor. Isto aumenta, sobretudo, a área de aplicação do regenerador rotativo.

[0027] Como elementos de aquecimento planos metálicos devem ser entendidos os conjuntos de placas, descritos anteriormente e de conhecimento geral, compostos por placas metálicas planas e onduladas. Os elementos de aquecimento capilares cerâmicos distinguem-se pelo facto de serem elementos cerâmicos que são atravessados por uma multiplicidade de pequenos tubos contínuos paralelos. Os capilares dos elementos de aquecimento capilares são formados pelos revestimentos que, por sua vez, são também estanques ao gás. Através da utilização de elementos de aquecimento capilares opostos colocados no sentido do fluxo, é possível prescindir de uma série de paredes radiais para a vedação de ambos os fluxos na caixa do rotor, uma vez que os próprios elementos de aquecimento capilares impedem a mistura dos gases de escape com o ar de combustão. Assim, por exemplo, já não é necessário que, pelo menos, duas divisórias de sectores do rotor estejam presentes num elemento estrutural de separação para garantir uma vedação segura, pois, com o regenerador rotativo em conformidade com esta invenção, já não têm de existir praticamente quaisquer divisórias nos elementos estruturais de separação.

[0028] A combinação de superfícies de aquecimento metálicas e cerâmicas proposta por esta invenção resulta, então, numa economia de custos, uma vez que as peças da caixa são mais pequenas e em menor quantidade e o rotor é, no total, mais leve, mantendo o mesmo efeito isolante. Isto conduz também a poupanças na potência de accionamento que, por sua vez, aumentam ainda mais o grau de eficácia do regenerador rotativo.

[0029] Num desenvolvimento posterior preferencial do regenerador, a relação de superfície das superfícies de aquecimento metálicas para as cerâmicas encontra-se entre um terço e um quarto. Experiências mostraram que aqui é proporcionada uma mistura optimizada de elementos de aquecimento capilares cerâmicos e elementos de aquecimento planos metálicos, uma vez que, assim, existe uma relação ideal entre as superfícies de aquecimento cerâmicas relativamente grandes e as superfícies de aquecimento metálicas menos espaçosas. Além disso, esta relação considera as oscilações de temperatura, esperadas para a utilização em fornos industriais, entre o lado quente e o lado frio do rotor.

[0030] Para a refrigeração da vedação quente, é utilizada, com especial eficácia, uma refrigeração por fluidos. Como fluidos são considerados ar, água ou materiais de refrigeração igualmente adequados, sendo 6 que a vedação quente tem, preferencialmente, no seu lado exterior, um canal de refrigeração envolvente para a refrigeração do ar.

[0031] Para que eventuais fugas surgidas na vedação quente não danifiquem também a vedação ou o regenerador rotativo, é aconselhável que o canal de refrigeração possua uma saída de ar isolante com distribuição circular e voltada no sentido do rotor, para a formação de um processo de ar que envolva externamente uma fenda da vedação quente. Neste contexto, uma fenda da vedação quente significa uma fenda entre a vedação quente e o rotor ou uma fenda na própria vedação. O processo de ar garante que os gases quentes que saem através desta fenda se misturam com o ar de refrigeração e que não provocam outros danos na vedação e no ambiente. Isto prolonga a vida útil e aumenta ainda mais a impermeabilidade da vedação quente. Danos podem fazer, por exemplo, com que gás quente ou ar de combustão passe ao longo da vedação. Além disso, deste modo, a caixa do rotor é igualmente refrigerada e a sua carga térmica é mais reduzida.

[0032] De modo a reduzir as cargas térmicas e as dilatações daí resultantes da tampa quente, o primeiro elemento estrutural de refrigeração apresenta, num desenvolvimento posterior preferencial, uma refrigeração própria, construída, de preferência, como canal de refrigeração do ar, disposto entre a entrada de gás e a saída de ar. Este está colocado, de forma estanque, no lado exterior do elemento estrutural de separação, voltado para a vedação quente, sendo que outras soluções com um canal de ventilação disposto no elemento estrutural de separação são vantajosas, uma vez que, deste modo, também a secção de vedação interior adjacente à vedação quente pode ser refrigerada. Assim, com a refrigeração do elemento estrutural de separação e a refrigeração da vedação quente, é possível reduzir as diferenças térmicas entre o elemento estrutural de separação ou a tampa quente e a vedação quente. Independentemente da disposição do dispositivo de refrigeração no elemento estrutural de separação, a refrigeração do elemento estrutural de separação e a refrigeração da vedação formam, preferencialmente, um sistema de refrigeração comum e coeso.

[0033] Os elementos de aquecimento cerâmicos são compostos, de preferência, pelo menos em parte, por uma cerâmica de sal com propriedades latentes de acumulação de calor. No entanto, especialmente adequados são os elementos de aquecimento cerâmicos compostos, na totalidade, por cerâmica de sal, dispostos nas bordas exteriores do rotor.

[0034] Num desenvolvimento posterior, a parede exterior da caixa do rotor apresenta um tubo de revestimento de suporte e um isolamento térmico à prova de fogo, sendo que este isolamento se estende, preferencialmente, apenas na área dos elementos de aquecimento cerâmicos. Esta estrutura do revestimento da caixa em várias camadas reduz a deformação total do rotor, uma vez que o efeito de temperaturas mais elevadas sobre o tubo de revestimento de suporte é minimizado e este é, claramente, menos deformado. Isto melhora a vedação do rotor e reduz a fricção entre a vedação e a caixa do rotor. Além disso, esta estrutura do revestimento possibilita também a utilização do regenerador rotativo com elevadas temperaturas dos gases queimados, uma vez que o calor não é transmitido para os componentes exteriores de suporte e, por isso, não os danifica. Resumindo, o resultado é uma nova optimização do comportamento térmico do regenerador rotativo. 7 [0035] De acordo com esta invenção, o rotor é accionado por uma transmissão por corrente que, de preferência, apresenta uma roda de corrente fixada ao rotor que está termicamente desacoplada do rotor. O desacoplamento térmico pode ser realizado, por ex., através de uma suspensão ou de uma fixação elástica colocada entre o rotor e a roda de corrente. Através do desacoplamento térmico da roda de corrente, as dilatações térmicas do rotor não são transmitidas para roda de corrente, sendo que o diâmetro da roda de corrente se mantém constante, mesmo durante o funcionamento com temperaturas variáveis dos gases de escape.

[0036] O rotor é accionado através de uma transmissão por corrente. Esta transmissão é especialmente boa para uma aplicação fiável, mesmo a altas temperaturas, e possibilita a utilização do regenerador rotativo, em conformidade com esta invenção, com temperaturas especialmente elevadas dos gases de escape, o que, como é ilustrado, aumenta o seu grau de eficácia.

[0037] Em seguida, a invenção é explicada mais detalhadamente através de um desenho. Aí, mostra-se esquematicamente:

Fig. 1 uma secção transversal através de um primeiro exemplo de construção de um regenerador rotativo de acordo com a invenção;

Fig. 2 uma secção transversal através de um segundo exemplo de construção de um rotor de acordo com a invenção;

Fig. 3 uma vista de cima de uma vedação metálica fria;

Fig. 4 uma vista de cima de uma vedação cerâmica quente;

Fig. 5 uma representação aumentada da vedação quente assinalada na fig. 1 com um círculo;

Fig. 6 o corte A-A através da vedação quente representada na fig. 1 e na fig. 5;

Fig. 7 uma secção transversal de um elemento de aquecimento capilar com base rectangular;

Fig. 8 uma secção transversal de um elemento de aquecimento capilar com base circular;

Fig. 9 uma secção transversal de um elemento de aquecimento capilar com base trapezoidal;

Fig. 10 uma secção transversal de um elemento de aquecimento plano metálico.

[0038] O regenerador rotativo 1 representado na fig. 1 é um exemplo de construção para um regenerador concebido para a recuperação de calor num pré-aquecedor de panela de um sistema de aquecimento de panelas de aço numa instalação siderúrgica eléctrica. Este regenerador rotativo 1 apresenta um rotor 2 que roda à volta de um eixo rotativo vertical 29, com a ajuda de um motor 39 accionado através da transmissão por corrente 28. Este rotor está disposto entre uma tampa quente 3 e uma tampa fria 4. O regenerador rotativo em conformidade com esta invenção 1 está, então, alinhado na vertical, no entanto, também é possível operá-lo sem problemas numa outra posição angular, diferente da aqui representada.

[0039] A tampa quente 3 apresenta uma entrada de gás 7 e uma saída de ar 8, separadas uma da outra através de um elemento estrutural de separação 9. O elemento estrutural de separação 9 da tampa quente está aqui equipado com um dispositivo de refrigeração do ar 41. No outro lado do rotor está disposta uma saída de gás 10 juntamente com uma entrada de ar 11 na tampa fria 4, estando a saída de gás 10 e a 8 entrada de ar 11 separadas uma da outra, de forma estanque ao gás, através de um segundo elemento estrutural de separação 12.

[0040] Os fluxos de gases de escape que passam do pré-aquecedor de panela para o regenerador rotativo 1 são aqui simbolizados pela seta 100. Os gases de escape quentes 100 entram, através da entrada de gás 7, no regenerador rotativo 1 no sentido horizontal. Na entrada de gás 7, o fluxo horizontal de gases de escape 100 é desviado para o sentido vertical e dirigido para o rotor 2. Os gases de escape 100 passam para baixo, para o rotor 2 que roda lentamente à volta de um eixo rotativo vertical 29, seguindo então para os elementos de aquecimento 6 e, depois, arrefecem. Os gases de escape transmitem, então, calor para os elementos de aquecimento 6, que o acumulam, e, em seguida, passam como gases de escape arrefecidos 101, através da saída de gás 10, para fora do regenerador rotativo 1. O fluxo ainda vertical é então desviado para o sentido horizontal através da saída de gás 10.

[0041] No lado do regenerador rotativo 1 oposto aos gases queimados, o ar de combustão frio 102 entra na entrada de ar 11. Aí, este é desviado da sua direcção horizontal original para um fluxo vertical ascendente e dirigido para o rotor 2. O ar de combustão frio 102 passa, em seguida, para cima, pelo rotor 2 e pelos elementos de aquecimento 6 previamente aquecidos, transformando-se, assim, num fluxo quente de ar de combustão 103. O fluxo quente de ar de combustão 103 é desviado, através da saída de ar 8, da sua direcção vertical original para um sentido horizontal e conduzido para fora do regenerador rotativo 1.

[0042] A superfície de aquecimento 6 do rotor 2 é composta por duas camadas diferentes de elementos de aquecimento. No lado inferior frio, encontram-se elementos de aquecimento planos metálicos 22 e, no lado superior quente, estão dispostos os elementos de aquecimento capilares cerâmicos 21. Neste exemplo de construção, a parede exterior tubular 15 da caixa do rotor 5 apresenta uma estrutura em duas camadas composta por uma parede exterior de suporte 26 em aço e por uma camada interior de isolamento térmico 27 à prova de fogo, disposta apenas na área dos elementos de aquecimento capilares cerâmicos 21. O isolamento térmico 27 é uma argamassa refractária à prova de fogo que permite carregar o permutador de calor, sem qualquer problema, com temperaturas de 1400° C a 1600° C e superiores, enquanto que a caixa do rotor 5 soldada e, especialmente, a parede exterior 26 são protegidas contra um sobreaquecimento.

[0043] Na parede exterior 26 do rotor 2, a roda de corrente 42 da transmissão por corrente do rotor 28 está fixada através de elementos de fixação elásticos no sentido radial, desacoplados da dilatação térmica do rotor 2. Assim, juntamente com a já reduzida dilatação da parede exterior 26 devido ao isolamento térmico 27, é alcançado um diâmetro muito mais constante da roda de corrente 42. Por outras palavras, o accionamento do rotor 2 é efectuado sem perdas através da fixação rígida da roda de corrente 42 no rotor 2, no sentido de rotação, enquanto o rotor pode ser dilatado ou comprimido no sentido radial oposto à roda de corrente, sem que estas deformações afectem negativamente a roda de corrente 42.

[0044] A tampa quente 3 dispõe, tanto na entrada de gás 7, como na saída de ar 8, e no elemento estrutural de separação 9, no seu interior, ou seja, nas superfícies que se encontram em contacto com os fluxos de gás e de ar, de um isolamento de fibra cerâmico térmico 30. Na tampa fria 4 apenas a saída de gás 10 está revestida, também no interior, com uma camada de isolamento térmico 31, sendo que, neste exemplo de construção, é utilizado um isolamento de fibra. No interior do rotor 2 encontra-se o isolamento térmico 33, que veda, de forma estanque ao gás, a área interior à volta do eixo rotativo 29 do rotor e que. 9 na sua parte inferior, protege o eixo do rotor 32, contido num suporte 40 fixo, contra o calor. Esta área interior 33 do rotor 2 estende-se desde a vedação metálica 14 até à vedação cerâmica 13.

[0045] A vedação do rotor 2 em relação à tampa quente 3 é efectuada com a ajuda de uma vedação quente 13 cerâmica maciça e refrigerada por ar que apresenta, na sua área circundante, um dispositivo de refrigeração 20. A separação entre o fluxo de gases de escape 100 e o fluxo de ar de combustão 103 é efectuada através do elemento estrutural de separação 9, em cuja parte inferior se encontrar a secção de vedação interior 18 da vedação quente cerâmica 13. A vedação cerâmica está concebida, como se pode ver na fig. 4, como anel circular que corresponde, essencialmente, ao diâmetro da parede cilíndrica do rotor 15. O anel de vedação 16 apresenta uma secção de vedação interior 18 cuja largura, como é possível ver na fig. 1, corresponde ao elemento estrutural de separação 9. A largura do isolamento térmico refractário envolvente 33 do eixo do rotor 29 corresponde igualmente à largura da secção de vedação interior 18, sendo que a vedação assenta no isolamento térmico 33 e na secção de vedação interna 18.

[0046] No lado oposto ao lado frio do rotor 2 encontra-se uma vedação metálica 14 claramente mais fina, concebida também de forma maciça. Esta apresenta uma secção de vedação interior 19 e uma secção de vedação do anel circular 17. Além disso, a secção de vedação interior 19 tem uma abertura de passagem circular 40 para o eixo do rotor 32 que passa através da vedação fria metálica 14. A distância entre o rotor 2 e a vedação quente 13 e a vedação fria 14 podem ser ajustada em altura.

[0047] O segundo exemplo de construção de um rotor 2 em conformidade com esta invenção, representado na fig. 2, apresenta uma secção transversão em forma de escada. Esta resulta de uma versão dos elementos de aquecimento planos metálicos 22 mais estreita em comparação com os elementos de aquecimento capilares cerâmicos 21. Deste modo, é possível obter uma configuração mais compacta do regenerador rotativo 1. Os elementos de aquecimento capilares cerâmicos 21 estão dispostos, ao lado um do outro, na caixa do rotor 5 e estendem-se continuamente desde o lado superior do rotor até aos elementos de aquecimento planos metálicos 22.

[0048] As fig. 5 e 6 mostram outros detalhes sobre a vedação quente cerâmica 13. Como já foi mencionado, esta apresenta um dispositivo de refrigeração 20 que, no exemplo de construção aqui representado, é um dispositivo de refrigeração do ar com um canal de refrigeração 23. O canal de refrigeração 23 apresenta uma entrada de ar de refrigeração 34, através da qual entra um fluxo de ar de refrigeração 200. O fluxo de ar de refrigeração 200 é conduzido, através do canal de ar de refrigeração 23, para a refrigeração à volta da vedação quente 13 no sentido periférico. Assim, o comportamento térmico da vedação pode ser adaptado ao comportamento térmico da parede da caixa do rotor 15 e a impermeabilidade da vedação pode ser aumentada.

[0049] Como também é representado na fig. 6, as saídas de ar isolante 24 estão uniformemente distribuídas ao longo da vedação 13. As saídas de ar isolante 24 dirigem o ar de refrigeração para uma fenda de ar quente 25 formada entre a vedação 13 e a parede da caixa do rotor 15. O ar de refrigeração que sai por aqui corre para baixo, impedindo uma circulação da vedação 13 através do gás quente e diminui, assim, a carga térmica da vedação cerâmica 13, de uma forma benéfica.

[0050] Nas fig. 7, 8 e 9, são mostrados três formatos distintos de secções transversais dos elementos de aquecimento capilares cerâmicos 21. Tratam-se de elementos cerâmicos dispostos, de forma oblonga e em 10 paralelo, na caixa do rotor 5, sendo, por sua vez, atravessados por uma multiplicidade de pequenos tubos contínuos paralelos. A secção transversal dos canais capilares 35 pode ter um formato poligonal ou circular, por ex., formatos redondos, triangulares ou quadrados. O importante é apenas que os revestimentos capilares 36 sejam compostos por um material cerâmico e que sejam estanques ao gás. Como é ilustrado nas fig. 8 e 9, é possível seleccionar uma base redonda ou com secções redondas para o elemento de aquecimento 21. Sobretudo a planta trapezoidal mostrada na fig. 9 é adequada para uma disposição em sectores dos elementos de aquecimento 21.

[0051] A fig. 10 mostra, pelo contrário, uma secção transversal de um elemento de aquecimento plano metálico 22 disposto sob os elementos de aquecimento capilares cerâmicos 21. Aqui, trata-se de um elemento de aquecimento de alta potência conhecido e composto por chapas condensadas perfiladas. No exemplo aqui mostrado, entre duas chapas de aquecimento onduladas 37, está disposta uma chapa de aquecimento plana 38, para a formação de um canal.

Claims (9)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Regenerador rotativo (1) que apresenta, como rotor (2), um permutador de calor rotativo entre uma tampa quente (3) e uma tampa fria (4) fixas com uma caixa do rotor (5), na qual estão dispostos elementos de aquecimento (6) acumuladores de calor, sendo que a tampa quente (3) apresenta uma entrada de gás (7) e uma saída de ar (8), separadas uma da outra através de um elemento estrutural de separação (9) e a tampa fria (4) apresenta uma saída de gás (10) e uma entrada de ar (11), separadas uma da outra por um segundo elemento estrutural de separação (12), no qual está disposta, entre a tampa quente (3) e o rotor (2), uma vedação quente (13) e, entre a tampa fria (4) e o rotor (2), uma vedação fria (14), sempre no lado da tampa quente (3) ou da tampa fria (4) voltado para o rotor (2) e, assim, estão previstos na caixa do rotor (5) elementos de aquecimento capilares cerâmicos (21) e elementos de aquecimento planos metálicos (22), dos quais os elementos de aquecimento planos metálicos (22) estão dispostos, preferencialmente, no lado do rotor (2) que está voltado para a tampa fria (4), caracterizado pelo facto de que tanto a vedação quente (13), como a vedação fria (14), é sempre um anel de vedação (16, 17) maciço correspondente de uma parede exterior (15) tubular da caixa do rotor (5), para a vedação total do rotor (2), com uma secção de vedação interior (18, 19) que se encontra no respectivo elemento estrutural de separação (9, 12) para a vedação radial do rotor (2), e cuja secção de vedação interior (18,19) apresenta, preferencialmente, a largura do respectivo elemento estrutural de separação (9, 12) e de que a vedação quente (13) dispõe de um dispositivo de refrigeração (20).

2. Regenerador rotativo conforme a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de que a relação de superfície das superfícies de aquecimento metálicas para as cerâmicas (22, 21) se encontra entre 1/3 e 1/4.

3. Regenerador rotativo conforme a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de que a refrigeração (20) da vedação quente (13) é uma refrigeração por fluidos que é, de preferência, um canal de refrigeração (23) que envolve o lado exterior da vedação (13), para a refrigeração do ar.

4. Regenerador rotativo conforme a reivindicação 3, caracterizado pelo facto de que o canal de refrigeração (23) apresenta uma saída de ar isolante (24) com distribuição circular e voltada no sentido do rotor (2), para a formação de um processo de ar que envolva uma fenda da vedação quente (25).

5. Regenerador rotativo conforme uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de que o primeiro elemento estrutural de refrigeração (9) apresenta uma refrigeração própria (41), construída, de preferência, como canal de refrigeração do ar disposto entre a entrada de gás (7) e a saída de ar (8).

6. Regenerador rotativo conforme uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de que 2 os elementos de aquecimento cerâmicos (21) são compostos, pelo menos em parte, por uma cerâmica de sal.

7. Regenerador rotativo conforme uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de que a parede exterior (15) da caixa do rotor (5) apresenta um tubo de revestimento de suporte (26) e um isolamento térmico à prova de fogo (27), que se estende, preferencialmente, apenas na área dos elementos de aquecimento cerâmicos (21).

8. Regenerador rotativo conforme uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de que os componentes do regenerador (1) que entram em contacto com gases de escape quentes são resistentes ao calor, podendo estar sujeitos, preferencialmente, a temperaturas de 1200° C a 1600° C.

9. Regenerador rotativo conforme uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo facto de que o rotor (2) é accionado por uma transmissão por corrente (28) que, de preferência, apresenta uma roda de corrente fixada ao rotor (2) que está termicamente desacoplada do rotor (2).