Rekuperator, insbesondere f r Gase hoher Temperaturen
Bei bekannten Verfahren zum WÏrmeaustausch zwischen zwei Medien wird in den weitaus meisten Fällen die WÏrme in Rekupe- ratoren durch eine Wärmeaustauschfläche hindureli bertragen, die zugleich die Trennwand zwischen den beiden wärmeaustauschenden Medien bildet. Zufolge des schlechten Wärme überganges von Gas auf Gas, erreicht beim Wärmeaustausch zwischen Gasströmen die Temperatur der Wärmeaustauschfläche schon an sicle einen hohen Wert.
Dies ist aber besonders bei Rekuperatoren für hohe Betriebstemperaturen unerwünscht, da es in vielen Fällen. die VerwendunghochwertigerWerk- stoffe bedingt und die Lebensdauer und Betriebssicherheit des Rekuperators verringert.
Durch Undichtheiten der Wärmeaustausch- flÏche tritt eine Mischung der beiden wÏrmeaustauschenden Medien ein, die unter UmstÏnden sehr nachteilige Folgen haben kann und in vielen Fällen dazu zwingt, den Rekupe- rator, ja sogar die ganze Anlage, in deren Wärmefluss er eingeschaltet ist, abzuschalten.
Neben den Reparaturkosten laufen in solehen Fallen die hohen Kosten für Produk- tionsausfälle auf.
Dure1 Senkung der WÏrmeaustauschflÏehentemperatur wird die Materialbeanspru chung der Wärmeaustauschfläche herabgesetzt und damit die Verwendung billigerer, weniger hitzebeständiger Werkstoffe ermöglicht, be ziehungsweise die Lebensdauer und Betriebs Sicherheit des Rekuperators erhöht.
Bei bereits bekannten Rekuperatoren wird dies durch die Verwendung eines die Wärmeaustausch- wand des Rekuperators durchsetzenden, sowohl in den kälteren als auch in den wärmeren Raum desselben ragenden Hohlkörpers erreicht, in dem ein Wärmeübertragungsmittel enthalten ist, das im tiefer gelegenen wÏrmeaufnehmenden Teil des Hohlkörpers verdampft und im wärmeabgebenden Teil desselben kon densiert, um sodann wieder in den wÏrmeaufnehmenden Teil des Hohlkörpers zurück- zufliessen. Durch die gute Wärmeübertragung auf eine siedende Flüssigkeit wird eine wesent- liche Senkung der Wärmeaustauschflächentemperatur des Rekuperators erreicht.
Das Wärmeübertragungsmittel muss die Eigen- schaft haben, dass es bei der Betriebstemperatur verdampft, wobei der Dampfdruck in technisch beherrsehbarer Grösse zu bleiben hat, imd es muss auch chemisch beständig sein.
Die Erfindung betrifft nun eine besonders vorteilhafte Ausgestaltung dieser bekannten Art von Rekltperatoren. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Rekuperator mit einer Vielzahl soleher Hohlkörper versehen ist, wobei die Hohlkörper als beidseitig geschlossene, mit einer bestimmten Menge des Wärmeübertragungsmittels gefüllte Rohre ausgebildet und unabhängig voneinander aus der Wärmeaustauschwand des Rekuperators herausziehbar sind. Die Wärmeaustausch- iläche wird somit in erster Linie nicht von der den kälteren vom wärmeren Raum des Rekuperators trennenden Wand gebildet, sondern von der Summe der WÏnde aller als Rohre ausgebildeten Hohlkörper.
Durch die Verwendung einer Vielzahl voneinander unab- hängiger, einzeln herauszieh-und austausch- barer Hohlkörper wird vor allem eine weitere Herabsetzung der Wärmeaustauschflächen- temperatur und auch ein rascherer Umlauf des Wärmeübertragungsmittels, also eine in tensivere Wirkungsweise erzielt. Auch die Be triebssicherlieit ist erhöht, da bei Undicht- werden eines oder auch einiger Hohlkörper mur ein geringer Teil der Gesamtwärmeaus- tauschfläche ausfällt und vor allem eine Mischung der wÏrmetauschenden Medienstr¯me vermieden wird.
Um den ber dem Wärme übertragungsmittel entstehenden Dampfdruck möglichst niedrig zu halten und gleichzeitig den Wärmeübergang vom Wärmeübertra- gungsmittel. auf die Hohlkörperwand zu beg ist es zweckmϯig, vor dem Verschliessen der Hohlkörper die ber dem WÏrme bertragungsmittel im Hohlk¯rper be findliche Luft zu entfernen.
In der Zeichnung ist ein Ausf hrungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 einen zur Abgasverwer- tung einer Feuermgsanlage dienenden Relit- perator im Aufriss, wogegen Fig. 2 in gleicher Darstellung einen einzelnen Hohlk¯rper in grösserem Massstab wiedergibt.
Die in einer Vielzahl vorgesehenen, als beidseitig geschlossene Rohre ausgebildeten, schräg angeordneten Hohlkörper 1 durchset- zen die Wärmeaustauschwand 2 des Rekuperators und ragen nach einer Seite hin in den durch den Abzugsschacht 3 für die heissen Abgase gebildeten wärmeren Raum, und nach der andern Seite hin in den vom Schacht 3 durch die Wärmeaustausehwand 2 getrennten kälteren Raum 4 des Rekuperators. Beide RÏume werden von den zueinander parallel verlaufenden Hohlkörpern 1 vollständig durehquert.
Die rohrförmigen Hohlkörper 1 enthalten ein Wärmeübertragungsmittel 5 (Fig. 2), das auf der wärmeaufnehmenden Seite, also in den den Abzugssehaeht 3 durchquerenden
Teilen der Hohlkörper 1 unter dem Einfluss der Wärme der zmu Schornstein stromenden
Abgase verdampft und im dampfförmigen
Zustand in die den kälteren Raum 4 durch- querenden Teile der Hohlkörper 1 bertritt, um dort, also auf der wärmeabgebenden Seite, unter Abgabe der Kondensationswärme wie- der in den flüssigen Zustand berzugehen.
Das solcherart wieder verflüssigte Wärme- übertragungsmittel fliesst sodann unter dem
Einfluss der Schwerkraft in die tiefer liegen den Teile der Hohlk¯rper 1 zur ck, wo es abermals verdampft wird.
Die durch die Wärmeaustauschwand 2 hin durchgesteekten Hohlkörper 1 greifen mit ihren einen Enden 6 in entsprechende Vertie fungen der den Abzugssellaeht 3 nach au¯en hin begrenzenden Wand 7 ein. Die andern
Enden 8 der Hohlkörper 1 ragen in Ausneh- mungen 9 der den kÏlteren Raum 4 nach au¯en hin begrenzenden Wand 10. Die Aus nehmungen 9 sind mittels einer Platte 11 ab gedeckt. Der wärmeabgebende Pläehenteil. der
Hohlkörper 1 ist mit flächenvergrössernden Rippen 12 versehen.
Nach Abnahme der Platte
11 k¯nnen die Hohlkörper l unabhängig von- einander, also einzeln, aus der sie tragenden Wärmeaustauschwand 2 herausgezogen und vom Rekuperator entfernt werden, um sie bei spielsweise gegen andere auszutauschen (ver gleiche gestrichelte Partie in Fig. 1).
Der mit solchen, durch beidseits geschlos- sene Rohre gebildeten Hohlkörpern 1 ver sehene Rekuperator bietet auch den Vorteil, dass eine weitgehende Anpassung an gegebene
Platzverhältnisse und eine besonders gedrängte
Bauart ermöglicht ist. Durch zweckentspre- chende Bemessung von an den wärmeabgeben den oder wärmeaufnehmenden Hohlkörper teilen anzubringenden flÏchenvergr¯¯ernden
Rippen, Nadeln und dergleichen, kann das Fläehenverhältnis der beiden wärmeaustau schenden Flächenteile jedes Hohlkörpers 1 (wärmeaufnehmende und wärmeabgebende
FlÏche) den Raumverhältnissen weitgehend angepasst werden.
Somit ist der erfindungs gemässe Rekuperator bei Benützung von Wärmeübertragungsmitteln mit entsprechen- dem Siedepunkt in einem sehr weiten Tempe raturbereich verwendbar. Er ist mit billigen Werkstoffen verhältnismässig leicht herstell- bar, da als Hohlkörper handelsiibliche Rohre verwendet werden k¯nnen.
Der erfindungsgemässe Rekuperator ist, abgesehen von seiner Verwendbarkeit für die Abwärmeverwertung von Feuerungsanlagen jeder Art und für direkt befeuerte Luft- oder Gaserhitzer, f r alle Verfahren geeignet, bei clenen Gase erhitzt oder gekühlt werden sollen.
Recuperator, especially for high temperature gases
In known processes for exchanging heat between two media, in the vast majority of cases the heat in recuperators is transferred through a heat exchange surface which at the same time forms the partition between the two heat exchanging media. As a result of the poor heat transfer from gas to gas, the temperature of the heat exchange surface at sicle reaches a high value during heat exchange between gas flows.
However, this is particularly undesirable in recuperators for high operating temperatures, as it is in many cases. the use of high-quality materials is required and the service life and operational reliability of the recuperator are reduced.
Leakage in the heat exchange surface causes a mixture of the two heat exchange media, which under certain circumstances can have very detrimental consequences and in many cases forces the recuperator, and even the entire system in whose heat flow it is switched on, to be switched off.
In such cases, in addition to the repair costs, there are high costs for production downtimes.
By lowering the heat exchange surface temperature, the material stress on the heat exchange surface is reduced and thus the use of cheaper, less heat-resistant materials is possible and the service life and operational safety of the recuperator are increased.
In already known recuperators, this is achieved by using a hollow body that penetrates the heat exchange wall of the recuperator and projects into both the colder and the warmer space of the same, in which a heat transfer medium is contained that evaporates and in the lower-lying heat-absorbing part of the hollow body condenses in the heat-emitting part of the same, in order to then flow back into the heat-absorbing part of the hollow body. The good heat transfer to a boiling liquid results in a significant reduction in the heat exchange surface temperature of the recuperator.
The heat transfer medium must have the property that it evaporates at the operating temperature, with the vapor pressure remaining at a technically controllable level, and it must also be chemically resistant.
The invention now relates to a particularly advantageous embodiment of this known type of operator. The invention is characterized in that the recuperator is provided with a large number of hollow bodies, the hollow bodies being designed as tubes which are closed on both sides and filled with a certain amount of the heat transfer medium and can be pulled out of the heat exchange wall of the recuperator independently of one another. The heat exchange surface is thus primarily not formed by the wall separating the colder from the warmer space of the recuperator, but by the sum of the walls of all hollow bodies designed as tubes.
By using a large number of mutually independent, individually extractable and replaceable hollow bodies, a further reduction in the heat exchange surface temperature and also a faster circulation of the heat transfer medium, that is to say a more intensive mode of operation, is achieved. The operational reliability is also increased, since if one or even a few hollow bodies leak, a small part of the total heat exchange area is lost and, above all, a mixture of the heat exchanging media flows is avoided.
In order to keep the vapor pressure generated over the heat transfer medium as low as possible and at the same time the heat transfer from the heat transfer medium. To start on the wall of the hollow body, it is advisable to remove the air from above the heat transfer medium in the hollow body before the hollow body is closed.
The drawing shows an exemplary embodiment of the subject matter of the invention, namely FIG. 1 shows an elevation of a relay serving for exhaust gas recovery from a combustion system, whereas FIG. 2 shows a single hollow body on a larger scale.
The obliquely arranged hollow bodies 1 provided in a large number of tubes closed on both sides penetrate the heat exchange wall 2 of the recuperator and protrude to one side into the warmer space formed by the exhaust duct 3 for the hot exhaust gases, and to the other side in the colder space 4 of the recuperator separated from the shaft 3 by the heat exchange wall 2. Both spaces are completely traversed by the hollow bodies 1 running parallel to one another.
The tubular hollow body 1 contain a heat transfer medium 5 (FIG. 2), which is on the heat-absorbing side, that is to say in the one that traverses the hood 3
Divide the hollow body 1 under the influence of the heat of the zmu chimney flowing
Exhaust gases evaporate and in vapor form
State into the parts of the hollow body 1 crossing the colder space 4 in order to return to the liquid state there, that is to say on the heat-emitting side, releasing the heat of condensation.
The heat transfer medium liquefied again in this way then flows under the
Influence of gravity in the deeper lying parts of the hollow body 1, where it is evaporated again.
The hollow bodies 1 penetrated through the heat exchange wall 2 engage with one of their ends 6 in corresponding recesses in the wall 7 delimiting the exhaust duct 3 towards the outside. The others
Ends 8 of the hollow body 1 protrude into recesses 9 of the wall 10 delimiting the colder space 4 to the outside. The recesses 9 are covered by a plate 11. The heat-emitting part of the plan. of the
Hollow body 1 is provided with ribs 12 which increase the area.
After removing the plate
11, the hollow bodies l can be pulled out independently of one another, that is to say individually, from the heat exchange wall 2 carrying them and removed from the recuperator, in order to exchange them with others, for example (the same dashed section in FIG. 1).
The recuperator provided with such hollow bodies 1 formed by tubes closed on both sides also offers the advantage that it can be largely adapted to the given
Space and a particularly crowded one
Design is enabled. By appropriate dimensioning of the area enlarging parts to be attached to the heat emitting or heat absorbing hollow body parts
Ribs, needles and the like, the area ratio of the two wärmeaustau restrictive surface parts of each hollow body 1 (heat-absorbing and heat-emitting
Area) can be largely adapted to the spatial conditions.
Thus, the recuperator according to the invention can be used in a very wide temperature range when using heat transfer media with a corresponding boiling point. It is relatively easy to manufacture with cheap materials, since commercially available tubes can be used as hollow bodies.
The recuperator according to the invention is, apart from its usability for the waste heat recovery of all types of firing systems and for directly fired air or gas heaters, suitable for all processes in which gases are to be heated or cooled.