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Keramischer Rekuperator Die Erfindung beizeht sich auf einen keramischen
Rekuperator, bei dem im Abstand voneinander angeordnete senkrechte Rohrsäulen zur
Führung des einen Strömungsmittels, überlicherweise der Flugasche mitführenden Abgase,
und die zwischen diesen Rohrsäulen vorhandenen Durchlässe zur Führung des anderen
Strömungsmittels, der vorzawärmenden Verbrennungsluft, dienen, wobei die Rohrsteine
zur Bildung der Durchlässe mit an ihren Enden angeordneten ein Sechseck bildenden
Auskragungen aneinanderstoßen. Ein solcher Rekuperator ist insbesondere für Industrieöfen,
beispielsweise Siemens-Martin-Öfen, geeignet.
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Zum Aufbau solcher Rekuperatoren dienten bisher für die Rohrsäulen
Rohrsteine mit an ihrem einen Ende vorgesehenen Muffen, in die sich das andere glatte
Ende des nächsthöheren Steines einschob. Für die Einhaltung des Abstandes dieser
Säulen voneinander bzw. für die Schaffung der Durchlässe zur Führung des anderen
Strömungsmittels und auch zum Stützen der Säulen wurden auf die Muffenvorsprünge
waagerechte Platten aufgelegt. Diese Platten bildeten gleichzeitig die Leitwände
für das Führen des wärmeaufnehmenden Mittels durch den Rekuperator. An Stelle der
mit einem Rohrende fest verbundenen Muffe hat man auch selbständige muffenförmig
ausgebildete Rohrstücke vorgeschlagen, in deren Ausnehmungen sich die glatten Enden
zweier übereinanderstehender Rohrsteine einschoben. Die als Stütz- und Leitwände
dienenden Platten wurden zwischen diese Muffenstücke in hierzu vorgesehene Ausnehmungen
eingelegt.
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Auch hat man schon die selbständigen muffenförmigen Rohrstücke oder
nach einem anderen Vorschlag die mit den Enden eines Rohrsteines fest verbundene
Muffe mit einer wabenförmigen (sechseckigen) äußeren Begrenzung versehen, wobei
diese Muffen gleichzeitig Abstandshalter für die Rohrsäulen und Leitflächenbildner
in den Durchlässen zwischen den Rohrsäulen waren.
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Die bei diesen Rekuperatoren bisher als Dichtung für die Rohrsteine
der Rohrsäulen dienenden Muffen wiesen aber für die Bauweise und die Leistungsfähigkeit
solcher Rekuperatoren eine Reihe wesentlicher Nachteile auf.
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Die Vielzahl von einzelnen Bauelementen, nämlich die Muffenrohre und
die waagerechten Platten oder die in den einzelnen Rohrsäulen zwischen Rohrsteinen
eingelegten muffenförmigen Rohrstücke mit ihren waagerechten Platten, erschwert
den Aufbau des Rekuperators und gefährdet seine Standfestigkeit.
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Die Leistungsfähigkeit des Rekuperators hängt von der dichten Verbindung
zwischen den in den Rohrsäulen übereinanderstehenden Rohrsteinen und weiter von
der Erzielung möglichst geringer Durchlaßquerschnitte zwischen den Rohrsäulen ab.
Von den bei der bisherigen Muffenverbindung vorhandenen mehreren treppenförmig angeordneten
Dichtungsflächen besitzt überlicherweise nur eine, dabei schmale Fläche praktische
Bedeutung für die Dichtung. Bei den hier erforderlichen keramischen Rohrsteinen
bringt es der Formufigs- und Brennprozeß der Rohrsteine und die infolge der Betriebstemperatur
des Rekuperators sich ergebende Wärmedehnung mit sich, daß die Rohrsteine nur an
einer der beiden gleichlaufenden (waagerechten) Flächen aneinanderstoßen. Für die
zwischen diesen beiden Flächen liegende senkrechte Muffenfläche muß, materialbedingt,
ein Spielraum belassen bleiben, für den als Dichtungsmittel Mörtel vorgesehen ist.
Diese Mörteldichtung wird aber durch das ständige Arbeiten des keramischen Materials
infolge der periodisch wechselnden Betriebsternperatur frühzeitig gelockert. Zudem
können bei Verformungen, die sich während des Betriebes in den Rohrsäulen ergeben,
Seitenkräfte auftreten, die den Muffenrand aussprengen.
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Diese Nachteile werden bei dem erfindungsgemäßen Rekuperator dadurch
vermieden, daß die gesamte Stirnfläche an den beiden Enden der Rohre aus einer in
einer Ebene liegenden Planffäche in Form von Flanschen unter Vermeidung von zylindrischen
Zentrierungsflächen besteht. In den Planflächen ist lediglich eine zentrische Rille
ausgespart, in die eine elastische Dichtung eingelegt werden kann. Diese Flansche
dienen in bekannter Weise, an ihrer äußeren Begrenzung als Sechseck ausgebildet,
gleichzeitig als Abstandshalter für die Rohrsäulen und als Leitflächen für das zwischen
den Rohrsäulen
strömende Medium, üblicherweise die vorzuwärmende
Verbrennungsluft.
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Mit diesen im Verhältnis zur Wandstärke der Rohre um ein Vielfaches
größeren, in, einer Ebene liegenden Planflächen (Flanschen) ist eine breite, vollflächige,
unter der Wirkung des Gewichtsdruckes der Rohrsäule stehenden Dichtfläche geschaffen,
die mit der zusätzlichen, in die zentrische Rille eingelegten elastischen Dichtung
eine absolute Dichte der Rohrsäule an den Stößen der Rohrsteine gewährleistet. Auftretende
seitliche Kräfte können sich frei auswirken. Die eingelegte Dichtung vermag sich
infolge ihrer Elastizität auch bei auftretenden seitlichen Kräften so weit zu verformen,
daß sie radiale Verschiebungen der Rohre gegeneinander zuläßt, ohne auf die Rohre
oder ihr Verbindungsglied zerstörende Kräfte ausüben zu können.
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Die vollflächige Dichtung der Planflächen ermöglicht, die Breite des
Flansches gegenüber den Muffen gering zu halten, so daß die Rohrsäulen sehr nahe,
nur geringe Durchlaßquerschnitte frei lassend,nebeneinandergestellt werden können.
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Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Rekuperator können gegenüber
den Muffenrohren wesentlich mehr Rohrsäulen auf der gleichen Rekuperatorgrundfläche
untergebracht werden. Der erreichte geringe Durchlaßquerschnitt zwischen den Rohrsäulen
ermöglicht aber eine weitgehende Nutzung der Rohrheizfläche für das wärmeaufnehmende
Mittel. Infolge der Verringerung der Durchlaßquerschnitte kann die Strömungsgeschwindigkeit
der für den zugehörigen Ofen benötigten Luftmenge wesentlich erhöht werden, womit
infolge der sich ergebenden turbulenten Strömung eine wirksame Steigerung des Wärmeüberganges
an die die Rohrflächen bestreichende Luft erreicht wird. Diesen überhöhten Druck
in dem die Rohrsäulen umgebenden Raum läßt die große Dichtfläche der Rohrenden zu.
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Mit dieser Rekuperatorbauweise wird somit eine weit höhere Nutzung
der Abgaswärine auf geringerer Rekuperatorgrundfläche unter vollkommener Dichte
der Rohrsäulen bei einem im Vorwärmraum herrschendenhöherenDruck des Strömungsmittels
gegenüber dem in den Rohrsäulen herrschenden Druck der abzuführenden Abgase erreicht.
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Die Zeichnung veranschaulicht die erfindungsgemäße Rekuperatorbauweise
an Hand eines Ausführungsbeispieles. Es zeigt Fig. 1 einen senkrechten Längsschnitt
durch einen solchen Rekuperator nach der Linie a-b der Fig. 3,
Fig. 2 einen
senkrechten Querschnitt durch den Rekuperator nach der Linie c-d der Fig.
3,
Fig. 3 einen waagerechten Schnitt durch den Rekuperator nach der
Linie e-f der Fig. 1 und Fig. 4 und 5 je einen Längs- und Querschnitt
durch das erfindungsgemäß ausgebildete Rekuperatorrohr. Bei diesem Rekuperator dienen
in an sich bekannter Weise die senkrechten Rohrsäulen zur Führung der Flugasche
mitführenden heißen Abgase, während die Verbrennungsluft die Durchlaßquerschnitte
zu den Rohrsäulen in waagerecht angeordneten Zügen durchströmt.
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Der erfindungsgemäße Rckuperator wird ausschließlich aus den Rohrsteinen
1 gebildet, die wie Fig. 4 und 5 in großem Maßstab zeigen, an ihren
beiden Enden aus einer in einer Ebene liegenden Planfläche bestehende Flansche 2
besitzen. In den Planflächen ist die zur Aufnahme einer elastischen Dichtung dienende
zentrische Rille 4 ausgespart. Die äußeren senkrechten Begrenzungsflächen3 der Flansche
2 bilden ein Sechseck. Als elastische Dichtung kann beispielsweise Asbestschnur
dienen. Der Querschnitt des rohrförmigen Teiles 5 der Rohre 1 ist
kreisförmig; er kann auch vieleckig, beispielsweise sechs- oder achteckig sein.
Beim Aufbau des Rekuperators werden die Rohre 1 schichtweise mit den senkrechten
Begrenzungsflächen ihrer Flansche 2, wie Fig. 3 veranschaulicht, aneinandergestellt.
Das einer Muffe gegenüber wesentlich geringere Ausmaß der Flansche ermöglicht eine
größere Anzahl von Rohren auf einer geringen Rekuperatorfläche unterzubringen bzw.
infolge des geringen Flanschenausmaßes den günstigsten Durchlaßquerschnitt für das
wärmeaufnehmende Mittel zu bestimmen.
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Das einfache Aneinanderreihen der Flanschenrohrsteine in den einzelnen
Schichten vereinfacht den Aufbau des Rekuperators. Die in einer Ebene liegende breite
Flanschenfläche und die zusätzliche Dichtung der Rille 4 schaffen unter der Wirkung
des Gewichtsdruckes der Rohrsäule die angestrebte absolute Dichte dieser Säulen;
sie ermöglicht, die Strömungsgeschwindigkeit des wärmeaufnehmenden Mittels zu erhöhen.
Durch den mit der Flanschendichtung erzielten geringen Abstand der Rohrsäulen voneinander
kann Luftmenge und Strömungsgeschwindigkeit aufeinander abgestimmt werden.
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Eine unterhalb der Flansche 2 zum Flansch hin sich erstreckende Querschnittsverstärkung
der Rohrwand stützt die Flansche sowohl während des Herstellungsprozesses (formen,
trocknen, brennen) der Rohrsteine als auch während ihres Transportes und gegen Temperaturbeanspruchungen
bei Verwendung der Rohrsteine im Rekuperator.