DD267782A1 - Regenerator - Google Patents

Abstract

Ein Regenerator besitzt zum Waermeaustausch im wesentlichen zueinander parallele duenn- und glattwandige Kanaele fuer die am Waermeaustausch beteiligten stroemenden Medien. Ziel und Aufgabe der Erfindung ist es, durch eine entsprechende Kanalgestaltung zu einer besseren Verwirbelung der Medien und damit zu einem effektiveren Waermeaustausch zu kommen. Deshalb werden die Kanaele um 20 bis 50 abgewinkelt. Die Abwinkelungen koennen im gleichen oder entgegengesetzten Sinn aufeinanderfolgen. Sie koennen bezueglich der Hauptstroemungsrichtung der Medien regelmaessig alternierend sein. Zur Kanalformung koennen schiefe Setzsteine, ggf. in Kombination mit geraden Setzsteinen, verwendet werden. Fig. 2

Description

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Titel der Erfindung Regenerator

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft einen Regenerator mit dünn- und glattwandigen Kanälen fUr am Wärmeaustausch beteiligte strömende Medien. Derartige Regeneratoren werden in der Hüttenindustrie, beispielsweise an flammenbeheizten Glassohmolzaggregaten, Siemens-Martinöfen und Winderhitzern verwendet.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

Wärmerliokgewinnungseinriohtungen, insbesondere Hoohtemperaturregoneratoren, die zur Verbrennungsluftvorwärmung für Industrieöfen dienen, bestehen meist aus senkrechten, seltener aus waagerechten Kanälen in einem Gitterwerk aus temperaturbeständigen Setzsteinen sowie aus Mitteln, die strömende Gase in eine gewünschte Riohtung fuhren. Bekanntlich kann das der Aufnahme, Speicherung und Abgabe der Abwärme dienende Gitterwerk aus Normalsteinen bestehen, die bevorzugt als Glattschaohtgitterung, Rostgitterung oder Korbgefleohtgitterung gesetzt sind (W. Trier, Glasschmelzöfen, Springerverlag 1984, Seiten 41 und 42). Glattsohaohtgitterungen haben zwar eine große Speicherkapazität, aber eine geringe Verwirbelung. Bei ihnen dauert die Aufnahme und Abgabe der Wärme länger ale bei den beiden anderen genannten Gitterungen. Rost- und Korbgefleohtgitterungen zeigen zwar reoht gute Verwirbelungen der strömenden Medien, sie sind jedooh ebenso wie die Glattsohaohtgitterung sehr materialaufwendig und haben darüber hinaus eine geringe Standfestigkeit und eine relativ große Neigung zur Verschmutzung. Bekannt sind auoh eohon dünnwandige Kreuz- und Topfsteine (DE-PS 33 17 876, W. Trier o. a.), die die aufgezeigten Mängel der Gitterwerke aus Normalsteinen verringern und die Verbesserungen hinsiohtlioh der Strukturstabilität und Beständigkeit, der gleichmäßigen Temperatur- und Spannungsverteilung, der spezifischen Heizfläche .lowie der Ablagerungsneigung und des Materialverbrauchs bewirken.. Jedoch sind die mit diesen Formsteinen realisierbaren Gitterwerke senkreohten Glattsohachtgltterungen gleichzusetzen, in den^n laminare Strömungsverhältnisse vorherrschen. Dabei ist der vorwiegend kon-

vektive Wärmeübergang wegen der im weaentliohen geradlinigen StrömungafUhrung unzureiohend.

Ziel d»r Erfindung

Die Erfindung εοΐΐ die aufgezeigten Naohteile vermeiden und eine Einsparung von Energie und Material ermöglichen. Sie soll zu einem raeohanisoh stabilen und Ablagerungen weitestgehend vermeidendem Regenerator fuhren.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe ier Erfindung ist es daher, einen Regenerator zu sohaffen, dessen Kanalgestaltung einen hohen konvektiven Wärmeübergang mit einer ausreichenden Wärmespeicherung und einer kleinen Bauform verbindet. Es soll eine gute Verwirbelung ebenso wie eine angemessene Strömungsgeschwindigkeit der am Wärmeaustausch beteiligten Medien erreioht werden. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, einen Regenerator so zu gestalten, daß seine Gitterung unter Anwendung von Formsteinen leioht herstellbar und formstabil ist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe daduroh gelöst, daß die im wesentlichen parallel zueinander verlaufenden Kanäle mit Abwinkelungen versehen sind und daß jede Abwinkelung 20° bis 50°, , vorzugsweise 30° bis ^5° beträgt. Dabei können zwei aufeinanderfolgende Abwinkelungen im gleiohen oder entgegengesetzten Sinn gerichtet sein.

Geht man von der Hauptströmungsriohtung der Medien bei der DurohfUhrung der Abwinkelungen aus, so ergibt sioh eine im Sinne der Verwirbelung und anliegenden Strömung günstige Anordnung, wenn die Abwinkelungen bezüglich der Hauptströmungsriohtung regelmässig alternierend, ziokzaokförmig sind. Zur Herstellung der abgewinkelten Kanäle können entsprechend geformte Steine verwendet werden. Ein hinsichtlich des Wärmeaustausches und der Verwirbelung der strömenden Medien günstiger Regenerator ergibt sioh, wenn schiefe Setzsteine aufeinanderfolgend oder in Kombination mit geraden Setzsteinen zur Kanalformung verwendet werden. Indem zwischen die sohiefen Setzsteine an geeigneten Stellen gerade

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Setzsteine eingefügt werden, so daß sioh zwischen den ziokzaokförmigen Absohnitten eines Kanals bzw. der Kanäle mindestens ein gerader Absohnitt ergibt, wird nioht nur für eine hinreichende Verwirbelung der wärmeabgebenden bzw. wärmeaufnehmenden Medien gesorgt, sondern es werden auoh Zonen der Sublimation für bestimmte Bestandteile der strömenden Medien geschaffen. Diese Sublimationszonen befinden sioh im Bereioh der geraden Setzsteine, in denen eine geringe Verwirbelung stattfindet, in denen aber die genannten Bestandteile aus dem gasförmigen in den festen Zustand Übergehen, ohne eine Gelegenheit der Ablagerung zu haben. Die so erzeugten Partikel werden duroh den Medienstrom der Austragung zugefUhrt.

Die Erfindung erfaßt auoh den Sonderfall eines Regenerators mit nur einem Kanal.

AuBführungsbeJBpiele

Die Erfindung wird nachstehend anhand der soheraatisehen Zeichnungen näher erläutert, in denen Ausschnitte aus erfindungsgemäßen Regeneratoren als Längssohnitte dargestellt sind. Es zeigen: Fig. 1 einen Teil eines eriten Regenerators, Fig. 2 einen Teil eines zweiten Regenerators und Fig. 3 einen Teil eines dritten Regenerators.

Die Fig. 1 zeigt Setzsteine 1 bis k, die nach unterschiedlichen, entgegengesetzten Richtungen geneigt aufeinander gesetzt sind und einen Regeneracurkanal 5 bilden. Ein Medium 6 durchströmt den Regeneratorkanal 5 entsprechend den Abwinkelungen wellenförmig, wobei vorzugsweise von den vorspringenden Kanten 7 im Regeneratorkanal 5 kräftige Verwirbelungen 8 und eine anliegende Strömung erzeugt werden, so daß der Effekt der Wärmeübertragung verbessert wird. Die Abwinkelungen oi des Regeneratorkanals 5 gegenüber der Hauptströmungsrichtung 9 des Mediums 6 alternieren regelmäßig und betragen 30°.

In Fig. 2 besitzt ein Regeneratorkanal 10 mit sohiefen Setzsteinen gesetzte Zickzackteile 11, 12 und ein mit geraden Setzsteinen gesetztes gerades Teil 13. Während in den Zickzackteilen 11, 12 mit Hilfe der schiefen Setzsteine die Richtungsänderung des Re-

3k¹?

generatorkanalB 10 bezüglich dar Hauptströraungsriohtung 14 einee strömenden gasförmigen Mediums 1? regelmäßig uiiioi » + 45° vorgenommen wird, betragen die Abwinkelungen des geraden Teiles 13 gegenUber dem letzten StUck des Ziokzaokteiles 11 bzw. des ersten Stückes des Ziokzaokteiles 12 gegenüber dem geraden Teil 13 45°, so daß das gerade Teil 13 parallel zur Hauptströmungsriohtung 14 verläuft. In den Ziokzaokteilen 11, 12 findet eine starke Verwirbelung des strömenden Mediums 15 an Kanten 16 statt, die duroh die alternierenden Abwinkelungen entstehen. Hingegen ist c'e Strömung des Mediums 15 im geraden Teil 13 relativ laminar. Am Übergang zwisohen dem Ziokzaokteil 11 und dem geraden Teil 13 hat das Medium, das mit einer entsprechend hohen Temperatur in den Regene-•ratorkanal 10 eingeströmt ist und das z. B. duroh Sulfatanteile verunreinigt ist, eine Temperatur von 1000 ⁰C. Am übergang vom geraden Teil 13 zum Ziokzaokteil 12 beträgt die Temperatur des strömenden Mediums 15 noch 800 ⁰C. In diesem Temperaturbereich geht der Sulfatanteil von der gasförmigen in die feste Phase über; es kommt zu Partikelbildungen, die duroh die relativ homogene Strömung des Mediums 15 im geraden Bereich 13 nioht zum Absetzen und Festkleben kommen. Hingegen könnten sioh bei den über dem Querschnitt heterogenen Strömungsverhältnissen des Mediums in einem Ziokzaokbereioh an Stelle des geraden Bereiches 13 erhebliche Sulfatanlagerungen bilden, die zu Verstopfungen Anlaß geben.

In Fig. 3 sind in einem Regeneratorgehäuse 18 drei aus geraden und schiefen Setzsteinen 19, 20 geformte Kanäle 21, 22, 23 angeordnet, duroh die gasförmige Medien 24, 25, 26 strömen. Im Bereich der sohiefen Setzsteine 20 kommt es zu einer mehrfachen Umlenkung der Medien 24, 25, 26 in den Kanälen 21, 22, 23 und damit zu Turbulenzen und einer anliegenden Strömung, die eine vollkommenere Wärmeabgabe der Medien (Abgase) 24, 25, 26 an die Wandungen der Kanäle 21, 22, 23 bzw. Wärmeaufnahme der Medien (Verbrennungsluft) 24, 25, 26 von den Wandungen derselben Kanäle 21, 22, 23 herbeiführt. Wärmeabgabe und Wärmeaufnahme geschehen abweohselnd und nacheinander.

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Die Erfindung ersohöpft sioh nioht in den dargestellten AusfUhrungsbeispielen. Sie ist sowohl hinsiohtlioh der Abwinkelungen zwisohen 20° und 30° als auoh der Kombination von geraden und abgewinkelten Kanalteilen und durch den speziellen Anwenolungsfall bedingt vielfältig variierbar. Ebenso ist es möglioh, die Regeneratorkanäle nioht nur in einer Ebene, sondern in awei, vorzugsweise zueinander reontwinkligen Ebenen sohief zu gestalten.

Claims (5)

1. -6-

   Patentansprüche

   . Regenerator mit Im wesentlichen zueinander parallelen dlliin- und glattwandlgen Kanälen für strömende, am Wärmeaustausch beteiligte Medien, gekennzeichnet dadui'oh, daß die Kanäle mit Abwinkelungen versehen sind und daß jede Abwinkelung 20° bis 50°, vorzugsweise 30° bie 45° beträgt.
2. 2. Regenerator gemäß Anspruch 1, gekennzeichnet daduroh, daß mindestens zwei aufeinanderfolgende Abwinkelungen eines Kanals gleichsinnig sind.
3. 3. Regenerator gemäß Anspruoh 1, gekennzeichnet daduroh, daß zwei aufeinanderfolgende Abwinkelungen eines Kanals entgegengesetzt geriohtet sind.
4. 4. Regenerator gemäß Anspruoh 3, gekennzeichnet daduroh, daß die Abwinkelungen, auf die Hauptstrjmungsriohtung der Medien bezogen, regelmäßig alternierend sind.
5. 5· Regenerator gemäß Anspruoh 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß zur Kanalformung schiefe Setzsteine aufeinanderfolgend oder kombiniert mit geraden Sotzsteinen angeordnet sind.

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