DE1241930B

DE1241930B - Metallrekuperator fuer hohe Abgastemperaturen

Info

Publication number: DE1241930B
Application number: DE1960J0017848
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Friedbert M Heyn
Original assignee: IND CO KLEINEWEFERS KONST
Current assignee: IND CO KLEINEWEFERS KONST
Priority date: 1960-03-21
Filing date: 1960-03-21
Publication date: 1967-06-08
Also published as: GB954666A

Description

Metallrekuperator für hohe Abgastemperaturen Die Erfindung bezieht sich auf einen Metallrekuperator für hohe Abgastemperaturen mit einem geradlinigen Abgaskanal mit parallel zueinander angeordneten, zu einer Haupt- und einer in Strömungsrichtung der Abgase vor dieser gelegenen Vorschaltgruppe zusammengesetzten Rohrbündeln.
Zur Vermeidung der Überhitzung von Metallrekuperatoren ist es bekannt, dem wärmeabgebenden Medium Kaltluft od. dgl. zuzumischen, wodurch die Gesamttemperatur des wärmeabgebenden Mediums so weit gesenkt werden kann, daß sie eben noch unterhalb der Grenze liegt, die der hochhitzebeständige Werkstoff des Rekuperators zuläßt. Abgesehen davon, daß die Kaltluftzumischung einen Wärmeverlust darstellt, kann sie niemals so gleichmäßig sein, daß sich nicht Temperatursträhnen oder Schichten unterschiedlicher Temperatur einstellen, von denen die heißeren eine örtliche Überhitzung des Metallrekuperators bewirken können.
Auch ist zur Vermeidung der Überhitzung von Metallrekuperatoren das Vorschalten von Nebenrekuperatoren vor dem Hauptrekuperator bekannt, wobei das aufzuheizende Mittel, z. B. Luft, im Kreuzgegenstrom geführt wird.
Es ist weiterhin ein Metallrekuperator vorgeschlagen worden, bei dem in Strömungsrichtung des wärmeabgebenden Mediums, d. h. Abgase, vor dem Röhrenrekuperator ein korbartiger Strahlungsrekuperator angeordnet ist und in dem das aufzuheizende Mittel, d. h. Luft, in dem korbartigen Teil im Gleichstrom und in dem nachgeschalteten Rekuperatorteil im Kreuzgegenstrom geführt wird.
Die Erfindung bezweckt die Schaffung eines Metallrekuperators der eingangs genannten Gattung, bei dem eine örtliche Überhitzung der Metallteile des Rekuperators unter Fortfall der Zumischung von Kaltluft oder gekühlten Abgasen nicht eintritt und dennoch eine hohe Wärmeleistung erzielbar ist, die dicht an die Grenze der thermischen Beanspruchungsmöglichkeit des Metallwerkstoffes des Rekuperators heranreicht.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung bei einem Rekuperator der beschriebenen Art vor, daß luftseitig die Hauptgruppe in bekannter Weise vor die Vorschaltgruppe geschaltet ist und der Rohrabstand der Vorschaltgruppe quer zur Strömungsrichtung der Abgase größer ist als der Rohrabstand der Hauptgruppe in der gleichen Richtung.
Der erhöhte Seitenabstand der Rohre der Vorschaltgruppe bewirkt eine derartige Abgasgeschwindigkeit, daß die Bildung von Eintrittswirbeln an den ersten Rohren der Vorschaltgruppe weitgehend vermieden wird, während alle übrigen Rohre, die in Strömungsrichtung hinter diesen Rohren gelegen sind, d. h. alle Rohre innerhalb der Vorschaltgruppe, nahezu gleichmäßig beaufschlagt werden, so daß die Heizflächenbelastung auf alle Rohre innerhalb der Vorschaltgruppe gleichmäßig erfolgt. Damit nun eine Überlastung der zuerst beaufschlagten Rohre der Vorschalt gruppe nicht eintritt, wird das zu erwärmende Medium nach einer Vorwärmung in der Hauptgruppe im Kreuzgleichstrom in der Vorschaltgruppe geführt, wodurch zunächst der Teil der Luft mit niedrigerer Temperatur durch die stirnseitig in der Vorschaltgruppe vorgesehenen Vorschaltrohre strömt. Während also eine überhitzung der innerhalb der Vorschaltgruppe gelegenen Rohre durch gleichmäßige Beaufschlagung verhindert wird, werden die an der Stirnseite der Vorschaltgruppe gelegenen Rohre durch die Führung des zu erwärmenden Mediums vor Überhitzung geschützt.
Bei der praktischen Ausführungsform kann die Anzahl der Rohre der Vorschaltgruppe bei größerem Abstand senkrecht zur Strömungsrichtung der Abgase annähernd der Rohranzahl der Hauptgruppe entsprechen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Rekuperators dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 eine Seitenansicht, während F i g. 2 einen Schnitt nach der Linie 11-I1 der F i g. 1 wiedergibt.
Der Rekuperator zeigt im dargestellten Beispiel die aus den Abschnitten 1, 2 bestehende Hauptgruppe 3 und die aus den Abschnitten 4, 5 bestehende Vorschalt gruppe G. Die Strömungsrichtung des Abgases ist durch die Pfeile 7 wiedergegeben. Das zu erwärmende Medium tritt an dem Stutzen 8 in den Abschnitt 1 der Hauptgruppe ein, wird in dem Behälter 9 verteilt und strömt durch die Rohre 10 in den unteren Kasten 11, von dort über die Verbindung 12 im Gegenstrom zur Strömungsrichtung der Abgase in den unteren Kasten 13 des Abschnittes 2, um von dort wieder im Kreuzstrom durch die Rohre 14 zu dem oberen Behälter 15 zu gelangen.
Der Behälter 15 steht über die Leitung 16 mit dem oberen Behälter 17 des Abschnittes 5 der Vorschaltgruppe in Verbindung. Nach Durchströmen der Rohre 18 des unteren Kastens 19 sowie des Rohres 20 gelangt das aufzuwärmende Medium in den Abschnitt 4 und strömt an dessen Austrittsstutzen 21 ab.
Wie insbesondere aus der Darstellung in F i g. 2 zu erkennen ist, weisen die Rohre 18 des Abschnittes 5 und die Rohre 22 des Abschnittes 4 der Vorschaltgruppe 6 einen Abstand x senkrecht zur Strömungsrichtung 7 der Abgase auf, der ein Dreifaches des Durchmessers der Rohre 18 bzw. 22 ausmacht. Der Abstand der Rohre 10 und 14 in der gleichen senkrechten Ebene zur Strömungsrichtung kann einen bis eineinhalb Rohrdurchmesser betragen. In den Darstellungen sind die senkrechten Abstände der Rohre untereinander zur besseren Veranschaulichung der Unterschiede größer als beschrieben dargestellt.
Auf Grund des Abstandes der Rohre 18 und 22 in senkrechter Ebene zur Strömungsrichtung ergibt sich eine derartige Geschwindigkeit der Abgase, daß die Bildung von Eintrittswirbeln an den stirnseitigen Rohren 18 a verhindert wird und die in Strömungsrichtung der Abgase hinter diesen stirnseitigen Rohren gelegenen Rohre nahezu gleichmäßig beaufschlagt werden. Eine überhitzung insbesondere der in Strömungsrichtung gelegenen Rohre 18 wird weitgehend dadurch verhindert, daß das zu erwärmende Medium zunächst über das Rohr 16 aus der Hauptgruppe in den Abschnitt 5 geleitet wird, der in Strömungsrichtung vor dem Abschnitt 4 gelegen ist, in dem sich der heißeste Teil des aufzuwärmenden Mediums befindet.

Claims

Patentansprüche: 1. Metallrekuperator für hohe Abgastemperaturen in einem geradlinigen Abgaskanal mit parallel zueinander angeordneten, zu einer Haupt-und einer in Strömungsrichtung der Abgase vor dieser gelegenen Vorschaltgruppe zusammengesetzten Rohrbündeln, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß luftseitig die Hauptgruppe in bekannter Weise vor die Vorschaltgruppe geschaltet ist und der Rohrabstand der Vorschaltgruppe quer zur Strömungsrichtung der Abgase größer ist als der Rohrabstand der Hauptgruppe in der gleichen Richtung.
2. Metallrekuperatur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl der Rohre (18, 22) der Vorschaltgruppe (6) annähernd der Rohranzahl der Hauptgruppe (3) ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 93 991; Patentschrift Nr. 9649 des Amtes für Erfindungs-und Patentwesen in der sowjetischen Besatzungszone Deutschlands; USA.-Patentschriften Nr. 2 011119, 2 947 522; Zeitschrift: »Energie-Technik«, Oktober 1956, S. 448, F i g. 5.