REGENERADOR GIRATORIO.

Regenerador giratorio (1) que presenta como rotor (2) un intercambiador de calor que puede girar entre una campana caliente fija (3) y una campana fría fija (4),

con una carcasa de rotor (5) en la que están dispuestos cuerpos calefactores (6) que acumulan calor, en donde la campana caliente (3) presenta una entrada de gas (7) y una salida de aire (8), que están separadas por una primera pieza constructiva de separación (9), y la campana fría (4) presenta una salida de gas (10) y una entrada de aire (11) que están separadas entre sí por una segunda pieza constructiva de separación (12), en el que entre la campana caliente (3) y el rotor (2) está dispuesta una junta caliente (13) y entre la campana fría (4) y el rotor (2) una junta fría (14), en cada caso en el lado vuelto hacia el rotor (2) de la campana caliente (3) o de la campana fría (4), y en donde en la carcasa de rotor (5) están previstos cuerpos calefactores capilares cerámicos (21) y cuerpos calefactores superficiales metálicos (22), de los que los cuerpos calefactores superficiales metálicos (22) están dispuestos de forma preferida en el lado del rotor (2) vuelto hacia la campana fría (4), caracterizado porque tanto la junta caliente (13) como la junta fría (14) es un anillo de junta macizo (16, 17), correspondiente a una pared exterior tubular (15) de la carcasa de rotor (5), para la obturación periférica del rotor (2) con un segmento de junta interior (18, 19) que hace contacto con la respectiva pieza constructiva de separación (9, 12) para la obturación radial del rotor (2), y cuyo segmento de junta interior (18, 19) presenta de forma preferida la anchura de la respectiva pieza constructiva de separación (9, 12) y porque la junta caliente (13) dispone de una refrigeración (20)

La invención se refiere a un regenerador giratorio conforme al preámbulo de la reivindicación 1, que se hace funcionar en coordinación con un quemador.

Los dispositivos de este tipo se utilizan para asegurarse recursos minimizando el consumo de combustible y para reducir el CO2, entre otros en el sector de las combustiones de proceso a alta temperatura de las industrias del hierro, acero, metal NE y de la cerámica. Con ello se extrae mediante un intercambiador de calor, del gas de escape de la combustión de proceso a alta temperatura, una cantidad de calor contenida en la misma y se usa para precalentar el aire que se alimenta a la combustión. Este aire alimentado al fuego recibe también el nombre de aire de combustión. El calor del aire de combustión aumentado por medio de esto sustituye a partes de la energía contenida en el combustible, con lo que se reduce la cantidad de combustible necesaria para la combustión. Esto aumenta el grado de eficacia de una combustión notablemente, ya que una pérdida habitual de gas de escape en hornos industriales de hierro y acero es de aproximadamente el 70%. A la vista de los costes de energía claramente en aumento existe por ello una necesidad cada vez mayor de procesos de combustión optimizados en cuanto a técnica térmica y unos dispositivos adecuados para ello.

Para recuperar calor se dispone básicamente de sistemas de intercambiador de calor recuperativos o regenerativos. En los intercambiadores de calor recuperativos se aplica la corriente de gas de escape caliente directamente a la corriente de aire de entrada fría y el calor se transmite directamente a través de la pared de separación. En los regeneradores se transmite el calor con ayuda de un medio intermedio de acumulación de calor.

Han demostrado ser especialmente ventajosos para combustiones industriales los regeneradores giratorios, en los que por un lado se insufla gas de escape caliente y por otro lado aire de combustión frío en un rotor que gira lentamente. El gas de escape caliente fluye a través del rotor y calienta unos radiadores dispuestos dentro del mismo, que acumulan el calor. Mediante el giro del rotor llegan los radiadores calentados hasta la corriente de aire de combustión fría y calientan después el aire de combustión frío que fluye allí a lo largo.

Debido a que el gas de escape y el aire de combustión no deben mezclarse, es especialmente importante en los regeneradores giratorios la separación fiable entre la corriente de gas de escape y la corriente de aire de combustión. Normalmente esto se realiza por medio de que el rotor o su carcasa de rotor se divide en un gran número de cámaras de flujo mediante paredes de sector estancas a los gases, que discurren radialmente desde el eje de giro del rotor hacia fuera. A través de las diferentes cámaras puede fluir después, separado uno del otro, simultáneamente gas de escape o aire de combustión.

Normalmente una corriente de gas de escape y la corriente de aire de combustión son guiadas, en sentidos mutuamente contrapuestos, de tal forma que fluyen a través del rotor. De este modo, en el lado en el que se introduce el gas de escape en el rotor también se extrae del rotor el aire de combustión caliente. Aquí se habla del lado caliente del rotor. Enfrente del mismo se descarga por soplado el gas de escape enfriado y se insufla el aire de combustión todavía frío. Este es el llamado lado frío del rotor.

Las rendijas entre la carcasa de rotor que gira y los conductos de aire o gas adyacentes se obturan habitualmente mediante un sistema obturador de cerramiento comprensivo. En el caso de esta junta de cerramiento, el rotor se inserta en una carcasa de regenerador fija y que los circunda de forma estanca a los gases. La carcasa de regenerador presenta en el lado caliente una entrada de gas y una salida de gas. En el lado frío de la carcasa de regenerador están dispuestas de forma correspondiente una salida de aire y una entrada de aire. El gas de escape fluye por lo tanto a través de una región de gas de escape, que se extiende desde el lado caliente al frío del regenerador, mientras que el aire de combustión fluye a través de una región de aire de combustión que se extiende desde el lado frío al caliente.

La separación entre la región de gas de escape y la región de aire de combustión se realiza mediante dos piezas constructivas de separación que se extienden en cada caso hasta el rotor. Las piezas constructivas de separación se extienden en cada caso de tal modo a lo largo del rotor, que se cubren las paredes de sector del rotor adyacentes a las mismas. Enfrente de las paredes de sector del rotor se obturan la región de gas de escape y la región de aire de combustión de la carcasa de regenerador mediante la junta de cerramiento, que se extiende en el plano de las piezas constructivas de separación.

La junta de cerramiento comprende una banda de junta cerrada, que está dispuesta en un plano que discurre en paralelo al eje de giro del rotor y está aplicada a la carcasa de regenerador. La banda de junta se compone por ello de al menos dos líneas de junta axiales y dos radiales, que en cada caso son presionadas desde fuera sobre el rotor. Con ello las líneas de junta axiales discurren en paralelo a la carcasa de rotor y las líneas de junta radiales a lo largo de los dos lados frontales del rotor. En el caso de un rotor que gira alrededor de un eje de giro vertical los segmentos de junta radial están dispuestos por lo tanto casi horizontalmente y superpuestos y las juntas axiales en dirección vertical y mutuamente en paralelo, en donde las juntas axiales unen entre sí las juntas radiales. En una vista lateral, un sistema de junta de este tipo tiene el aspecto de un rectángulo que separa entre sí los dos segmentos de gas de escape, junto con las paredes de sector del rotor. Para las juntas se utilizan en el estado de la técnica bandas de junta estrechas lineales de cerámica o metal.

**(Ver fórmula)**

Ahora es problemático que un rotor, a causa de las diferentes temperaturas en su interior, se dilate de forma diferente y su lado caliente se abombe convexamente hacia fuera. Debido a que la carcasa de regenerador que circunda el rotor normalmente no sufre aproximadamente unas deformaciones por temperatura tan intensas, es necesario adaptar los segmentos de junta axiales y radiales de la junta de cerramiento con respecto a al rotor deformado. Esto se produce en el estado de la técnica mediante presión hidráulica de las juntas axiales y radiales sobre el rotor, lo que sin embargo es muy complicado y propenso a las averías. A menudo no se consigue ningún resultado de obturación satisfactorio y el grado de eficacia de estos regeneradores giratorios se resiente de la obturación imprecisa.

Como alternativa ya se han presentado regeneradores giratorios, en los que el rotor se configura a modo de cubeta con una base perforada y una tapa perforada y en el que puede prescindirse de un encapsulado lateral del rotor. En lugar de la carcasa de regenerador uniforme aparecen dos campanas fijas, entre las que gira el rotor. Para una mayor sencillez la campana en el lado caliente del rotor recibe el nombre de campana caliente y la del lado frío campana fría. De forma correspondiente la campana caliente presenta una entrada de gas y una salida de aire, que están separadas por una primera pieza constructiva de separación, y la campana fría tiene una salida de gas y una entrada de aire que están separadas entre sí por una segunda pieza constructiva de separación.

En estos rotores la obturación corre a cargo de la base de cubeta y de la tapa de cubeta del rotor, que son presionadas directamente sobre la campana fría o la campana caliente con los segmentos de junta radial situados entremedio, en donde entre la campana respectiva y el rotor está dispuesta en cada caso una junta. Este sistema de obturación ya no comprende por lo tanto el rotor desde fuera. Más bien la junta está desmontada en dos partes y se compone de un rotor de tipo cubeta con tapa y dos planos de junta, separados entre sí, en los lados frontales del rotor. Sin embargo, esta solución tiene el inconveniente de la estructura de tapa de estos rotores, que tiene una gran superficie y con frecuencia perturba el flujo de aire o gas.

Otro problema de los regeneradores giratorios conocidos radica en los cuerpos calefactores que se usan en los rotores. Habitualmente se trata aquí de placas metálicas planas con perfil de sección transversal ondulado, que forman canales de aire apilados unos juntos a otros entre las placas. Estas placas se introducen habitualmente en varias capas en... [Seguir leyendo]

1. Regenerador giratorio (1) que presenta como rotor (2) un intercambiador de calor que puede girar entre una campana caliente fija (3) y una campana fría fija (4), con una carcasa de rotor (5) en la que están dispuestos cuerpos calefactores (6) que acumulan calor, en donde la campana caliente (3) presenta una entrada de gas (7) y una salida de aire (8), que están separadas por una primera pieza constructiva de separación (9), y la campana fría (4) presenta una salida de gas (10) y una entrada de aire (11) que están separadas entre sí por una segunda pieza constructiva de separación (12), en el que entre la campana caliente (3) y el rotor (2) está dispuesta una junta caliente (13) y entre la campana fría (4) y el rotor (2) una junta fría (14), en cada caso en el lado vuelto hacia el rotor (2) de la campana caliente (3) o de la campana fría (4), y en donde en la carcasa de rotor (5) están previstos cuerpos calefactores capilares cerámicos (21) y cuerpos calefactores superficiales metálicos (22), de los que los cuerpos calefactores superficiales metálicos (22) están dispuestos de forma preferida en el lado del rotor (2) vuelto hacia la campana fría (4), caracterizado porque tanto la junta caliente (13) como la junta fría (14) es un anillo de junta macizo (16, 17), correspondiente a una pared exterior tubular (15) de la carcasa de rotor (5), para la obturación periférica del rotor (2) con un segmento de junta interior (18, 19) que hace contacto con la respectiva pieza constructiva de separación (9, 12) para la obturación radial del rotor (2), y cuyo segmento de junta interior (18, 19) presenta de forma preferida la anchura de la respectiva pieza constructiva de separación (9, 12) y porque la junta caliente (13) dispone de una refrigeración (20).

2. Regenerador giratorio según la reivindicación 1, caracterizado porque la relación superficial entre las superficies calefactoras metálicas y cerámicas (22, 21) es de entre un tercio y un cuarto.

3. Regenerador giratorio según la reivindicación 2, caracterizado porque la refrigeración (20) de la junta caliente (13) es una refrigeración por fluido, que de forma preferida es un canal de refrigeración (23) que circunda el lado exterior de la junta caliente (13) para la refrigeración por aire.

4. Regenerador giratorio según la reivindicación 3, caracterizado porque el canal de refrigeración (23) presenta salidas de aire de bloqueo (24) distribuidas periféricamente y dirigidas en la dirección del rotor (2), para formar una cortina de aire que circunda una rendija de junta caliente (25).

5. Regenerador giratorio según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la primera pieza constructiva de separación (9) presenta una refrigeración de pieza constructiva de separación (41), que de forma preferida está configurada como canal de refrigeración por aire dispuesto entre la entrada de gas (7) y la salida de aire (8).

6. Regenerador giratorio según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los cuerpos calefactores cerámicos (21) se componen al menos en parte de una cerámica salina.

7. Regenerador giratorio según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la pared exterior

(15) de la carcasa de rotor (5) presenta un tubo envolvente portante (26) y una protección calorífuga refractaria (27), que se extiende de forma preferida sólo en la región de los cuerpos calefactores cerámicos (21).

8. Regenerador giratorio según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las piezas constructivas del regenerador (1) que entran en contacto con el gas de escape caliente son refractarias y, de forma preferida, soportan temperaturas de entre 1.200 ºC y 1.600 ºC.

9. Regenerador giratorio según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el rotor (2) es accionado por un accionamiento de cadena (28), que de forma preferida presenta una rueda de cadena fijada al rotor

(2) que está desacoplada térmicamente del rotor (2).