DE1251897B - - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND DEUTSCHES #Ä PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

DeutscheKl.: 24 c-5/01

Nummer: 1 251 897

Aktenzeichen: C 107231 a/24 c

1 251 897 Anmeldetag: 10. Februar 1955

Auslegetag: 12. Oktober 1967

Die Erfindung betrifft ein Gitterwerk für Regenerativwärmetauscher, insbesondere Winderhitzer, aus Besatzsteinen auf derart gewellter Oberfläche, daß der Steinquerschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung der Heizgase etwa konstant ist und von den Besatzsteinen Strömungskanäle umschlossen werden, die etwa quadratischen Querschnitt aufweisen, wobei die Wandung des jeweiligen Strömungskanals derart gewellt ist, daß parallel zur Strömungsrichtung der Heizgase jeweils ein Wellenberg der einen Wandung einem Wellental der gegenüberliegenden Wandung zugeordnet ist.

Von einem Gitterwerk aus einzelnen Steinen nebeneinander bzw. Steinlagen übereinander zu einem Regenerativwärmetauscher zusammengesetzt, wird eine möglichst große und gleichmäßig wirksame Wärmespeicherfähigkeit zum Erzielen hoher Wärmekapazität gefordert, wie auch möglichst lange Speicherzeiten bei wiederum gleichmäßig sich ausbreitender Wärmeabgabe an in Schächten vorbeistreichend aufzuheizenden Luft oder Gase. Hierfür sind im Gitterwerkaufbau weiter erforderlich möglichst große Schachtquerschnitte von derartiger Abmessung, daß nur geringe Zugverluste der durchsteichenden Gase entstehen. Zur Schaffung möglichst großer wirksamer Heizflächen bzw. Wärmekapazität, müssen Besatz- wie auch gleicherweise eventuell Füllsteine eine möglichst große Oberflächengestaltung bei zugleich geringem hydraulischem Durchmesser wie auch Steingewicht besitzen, sowie möglichst geringe Wandstärken wie auch gleichbleibende Querschnitte für die Strömungskanäle umschließenden Steine vorhanden sein.

Für Regenerativöfen sind hohle Schachtsteine bekannt (französische Patentschrift 932 919), die innen und außen rippenartig gestaltet sind, derart, daß Rippen jeweils mit ebenflächigen Teilen auf der Steinoberfläche außen bzw. im Innern des Schachtes abwechseln. Durch aufeinanderfolgend anschließend ebene und gerundete Steinoberflächen wird aber eine völlig ungleichmäßige Aufheizung des Gitterwerkes erzeugt, da die ebenen Flächenteile immer eine geringere Wärmebeaufschlagung gegenüber rippenartig gerundeten Oberflächen erfahren, da an ebenen Flächen die Strömung träger fließt mit entsprechenden Zugverlusten. Ebenso ist die Wärmeabgabe wiederum ungleichmäßig, da die stärker erhitzten rippenartig vorstehenden Steinflächen entsprechend größere Wärmeabgaben schaffen. Weiter haben derart vorstehende Rippen den Nachteil, daß sie sich zu stark aufheizen und ein Abschmelzen der Kuppen erfolgt, so daß schon ,nach verhältnismäßig kurzer Besatzstein für Gitterwerk von
Regenerativwärmetauscher

Anmelder:

Chamotte Industrie Hagenburger Schwalb A. G., Hettenleidelheim (Pfalz)

Als Erfinder benannt:

Walter Hüppe, Grünstadt (Pfalz);

Paul Schwalb, Hettenleidelheim (Pfalz)

Zeit diese Rippen einebnen. Der freie Durchflußquerschnitt wird zudem abwechselnd kleiner bzw. größer, da die Rippen im Zugquerschnitt gegenüberstehen wie auch jeweils anschließende Wellentäler. Auch ändern sich laufend die Wandstärken derartiger Besatzsteine, womit wiederum ungleichmäßige Wärmeaufnahme bzw. Abgabefähigkeit entsteht.

Weiter ist es bekannt, Besatzsteine von Quaderform, jeweils vier mit ebenen Flächenteilen rechtwinklig im Viereck zu einem Zugschacht zusammenzusetzen, welcher dann ebenfalls ungleiche Seitenlängen im Querschnitt besitzt. Diese seitlichen Quaderflächen sind jeweils durch zueinander senkrecht verlaufende Wellungen nockenartig gestaltet, welche Kuppenvorsprünge in besonders starkem Maße aufheizbar, also leicht abschmelzen werden. Auch werden die winklig aneinanderstoßenden, ebenen Steinflächen besonders leicht zu Staubablagerungen in den Schachtecken führen (deutsche Patentschrift 507 499).

Auch ist wiederum für quaderartige, im Viereck zum Schacht aneinanderzufügende Einzelsteine bekannt (deutsche Patentschrift 382 332), auf jeder seitlichen Steinoberfläche eine einzige Wellung mit jeweils anschließenden ebenen Flächen derart anzuordnen, daß sich diese Einzelwellungen jeweils mit Wellenberg bzw. -tal im Schacht gegenüberstehen, so daß lediglich beim Übergang von ebenen Flächen zur Wellenform innerhalb des Schachtquerschnittes geringe Veränderungen der Steinquerschnitte auftreten. Die ebenen Schachtflächen ergeben aber wieder nachteilige Strömungsstauungen, zumal diese auch noch rechtwinklig in den Schachtecken anein-

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anderstoßen mit besonderer Verstopfungsneigung, wie auch abwechselnd ebene und gewellte Schachtoberflächen wiederum ungleichmäßige Wärmebeaufschlagungen bzw. -abgaben ergeben, wobei rechtwinklig aufeinanderstoßend ebene Flächen die Strö- mung im Schacht praktisch zum Stillstand kommen lassen. In vorbekannter Weise mußten deshalb gerade in derart gebildeten Schachtecken in jedem dieser vier Einzelsteine eine Durchflußöffnung jeweils zum Nachbarschacht geschaffen werden. Derartige Querverbindungen von Schacht zu Schacht, in den Ecken jeweils, sollen Strömungswirbel bzw. Wärmeaustausch in den Schachtecken erzeugen, neigen aber in der Praxis ebenso leicht zu Verstopfungen, so daß die angestrebte Wirkung sehr schnell wieder aufgehoben wird.

Schließlich ist es bekannt (britische Patentschrift 121 536), Gitterhohlsteine mit rundum innen und außen gewellten Oberflächen zu verwenden, wobei aber jeweils gegenüberliegend Wellenberge angeordnet sind wie anschließend Wellentäler sich gegenüberstehen, mit laufend sich ändernden Schacht- wie auch Steinquerschnitten mit unterschiedlich rundum sich ergebender Wärmeaufnahme bzw. -abgabe. Auch besitzen diese Hohlsteine über den Außenumfang as verteilt radial vorstehende, gewellte Ansätze, die sich mit entsprechenden Ansätzen von nebeneinandergesetzten Hohlsteinen zu entsprechenden Schachtquerschnitten dann ergänzen. Durch die rundum sich laufend ändernden Steinstärken ist entsprechend auch eine Aufheizzeit zu lang. Auch sind üblicherweise in Besatzsteine einzusetzende Füllsteine bekannt (britische Patentschrift 598 076), ebenfalls als Hohlzylinderstein innen und außen rundum gewellt ausgebildet, deren Querschnitt sich aber laufend ändert, da die Wellungen innen und außen auf verschiedenen Kreisradien liegend die Steinstärke zwangläufig verändern. Weiter sind auch im wesentlichen quadratische Lochsteine bekannt (französische Patentschrift 871219), welche innen und außen in Abständen halbkreisförmige mit Wellung versehene Einschnitte besitzen, welche von der Vertikalen abweichend noch geneigt auf einer Kegelfläche angeordnet sind, womit die Steinquerschnitte sich nicht nur im Horizontal-Querschnitt verändern, sondern auch noch im Vertikalschnitt, mit entsprechenden Nachteilen bezüglich Wärmeaufnahme bzw. -abgabe, hydraulischem Querschnitt und Steingewichten.

Zum Aufbau eines Gitterwerkes aus Besatz- und Füllsteinen werden, abgesehen von mit Abstand in Reihen nebeneinandergesetzten Besatzsteinen und von Lage zu Lage dann senkrecht dazu verlaufenden Steinreihen mit sich dazwischen ausbildenden zusätzlichen Zugschächten, auch Einfach- oder Mehrlochbesatzsteine verwendet, die durch Aussparungen bzw. Vorsprünge an ihren Ecken von Lage zu Lage übereinander ineinandergreifend, auf jeweils gewünschten gegenseitigen Abstand gehalten werden, welche Abstandshalterung aber nicht verhindern kann, daß der Besatz oder einzelne Besatzlagen nach außen auseinanderfallen, also Steine dann in der Senkrechten herunterfallen können (deutsche Patentschriften 636 684, 847 179; britische Patentschriften 377 342, 461458).

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Gitterwerk aus Steinen für Regenerativwärmetauscher, insbesondere für im Hochofen- bzw. Stahlwerkbau verwendete Winderhitzer zu schaffen, das schnelle und gleich-

mäßige Wärmebeaufschlagung bzw. Wärmeabgabe andererseits über den gesamten Querschnitt gewährleistet bei langer Speicherzeit, sowie im Zusammensetzen dieser neuartig beanspruchten Gittersteine einen besonders festen Zusammenhalt durch gegenseitiges Verklammern der Steine von Lage zu Lage zu schaffen, wobei gleichzeitig vorteilhaft ein hydraulischer Durchmesser wie auch die Steingewichte klein gehalten werden.

Unter Verwendung von senkrecht zur Strömungsrichtung der Heizgase etwa konstanten Steinquerschnitten mit von den Besatzsteinen umschlossenen Strömungskanälen von etwa quadratischem Querschnitt und jeweils derart gewellter Kanalwandung, daß parallel zur Strömungsrichtung der Heizgase jeweils ein Wellenberg der einen Wandung einem Wellental der gegenüberliegenden Wandung zugeordnet ist, kennzeichnet sich nun die Erfindung dadurch, daß jeder Gitterwerkstein mindestens einen vollständigen Strömungskanalquerschnitt mit einer Kontur von rundum ununterbrochenner Wellenlinie einschließt und die Projektion der Kontur der Kanalwandung einer Steinlage auf eine Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung der Heizgase auf die folgende Steinlage wechselweise vor- und zurückspringende Wellenlinien ergibt.

In zweckvoller Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes sind über den äußeren gleicherweise derart gewellten Steinumfang, daß die Kanalwandungen gleichbleibenden Querschnitt rundum aufweisen, an den Ecken verteilt gleichermaßen beidseitig gewellte Ansätze vorgesehen, die sich mit angrenzenden Besatzsteinen zu vollen Kanalquerschnitten ergänzen.

Für den besonderen Zusammenhalt im Sinne gegenseitiger Verklammerung der Besatzsteine im Aufbau des Gitterwerkes, weisen die Kanalwandungen und die jeweils äußeren Ansätze der Besatzsteine Nuten auf, in welche Vorsprünge von Steinen der nächsten Steinlage eingreifen, insbesondere durch derartig von Lage zu Lage im Aufbau zueinander versetzten Steinen, daß jeweils vier Steine der einen Lage von einem Stein der nächsten Lage gegen Verschieben zusammengehalten werden.

Bei Kombination von Besatzsteinen mit in die Strömungskanäle einzusetzenden Füllsteinen, werden diese Füllsteine ebenfalls mit rundum ununterbrochener Wellenform versehen, so daß wiederum jeweils gegenüberliegende Wellenberge bzw. -täler entstehen, wobei für zusätzlichen Zusammenhalt von Steinlage zu Lage die Füllsteine der Höhe nach innerhalb der Strömungskanäle zwei Lagen der Besatzsteine des Gitterwerkes zur Hälfte überlappen können.

Die Erfindung ist an Hand von Ausführungsbeispielen in nachfolgenden Figuren beschrieben, und zwar zeigt

F i g. 1 einen Besatzstein für Gitterwerk nach der Erfindung in Draufsicht und

F i g. 2 mit darunterliegendem Stein der nächsten Gitterwerklage und wechselweise vor- und zurückspringenden Wellenlinienkonturen,

F i g. 3 einen Besatzstein mit diagonal eingesetztem Füllstein im Aufbau des Gitterwerkes,

F i g. 4 in größerem Maßstab dargestellt Nuten in Kanalwandungen in welche entsprechende Vorsprünge von Besatzsteinen einer folgenden Gitterwerkslage eingreifen,

Fig. 5 ein Gitterwerksschema für versetzte Besatzzonen aus einzelnen Steinlagen übereinander.

In F i g. 1 ist ein Besatzstein nach der Erfindung mit im wesentlichen quadratischem Durchgangsloch 1 als Strömungskanal für Heizgase gezeigt, dessen vier Seitenwände 2, 3, 4, 5 innen und außen gleichsinnige Oberflächenwellungen rundum besitzen, womit diese Kanalwandungen gleichbleibende Wandstärken und der Zugquerschnitt des Kanals 1 trotz einer Rundumwellung in ununterbrochener Wellenlinie gleich bleibt, da rundum parallel zur Strömungsrichtung der Heizgase jeweils ein Wellenberg der einen Wandung einem gegenüberliegenden Wellental der anderen Kanalwand zugeordnet ist. Es sind mit 2 a innen und außen jeweils die Berge der Oberflächenwellungen und mit 2a' die Wellentäler für die Kanalwand 2 bezeichnet, und entsprechend für die übrigen Wände 3, 4 und 5 mit 3 α/3 a' bzw. 4 α/4 α' und 5 α/5 α'. Hiernach liegen ununterbrochen anschließend beispielsweise auf der Kanalwand 2 jeweils Wellenberge 2 a der einen Seite den Wellentälern 2 a' der anderen Wandseite gegenüber, aber gleichzeitig liegen in einem Kanalquerschnittl auch Wellenberge 2 α der Kanalwand 2 den Wellentälern 5 a' der gegenüberliegenden Kanalwand 5 ununterbrochen anschließend gegenüber. Es entstehen hierdurch auf jeweils gegenüberliegenden Wandseiten ungleiche sich laufend rundum ändernde Strömungswirbel größter Turbulenz für die Gesamtströmung in den Durchzügen, woraus resultierend eine bessere Wärmeübertragungsmöglichkeit, also große Speicherfähigkeit der Heizgastemperatur für die Kanalwandungen entsteht. Zufolge gleichbleibender Stärken bzw. Querschnitte der Kanalwandungen 2, 3, 4, 5 ist auch hydraulischer Querschnitt und Steingewicht innerhalb des Gitterwerkes nur gering bei Ausnutzung zugleich größtmöglichen Schachtquerschnittes mit geringsten Zugverlusten und zugleich aber rundum gleichbleibenden Kanalquerschnittes sowie andererseits nur geringer, aber jeweils auch gleichbleibender Wandstärken für die Kanäle. Dieselben Gesichtspunkte greifen Platz für die Wärmeabgabemöglichkeiten dieserart aufgeheizter Kanalwandungen an die in den Kanälen 1 usw. hindurchstreichenden Gase oder Winde, welche zufolge derart gewellter Wandungen rundum einen entsprechend intensiven Kontakt zu den großen Übertragungsflächen in entsprechender Strömungsturbulenz erhalten.

Weiter ergänzt sich eine rundum ununterbrochene Wellenlinienkontur jedes Gitterwerkbesatzsteines in ihrer Projektion auf eine Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung der Gase auf die jeweils folgende Steinlage derart, daß wechselweise vor- und zurückspringende Wellenlinien bzw. -flächen entstehen, d. h,. die RundumwelIung eines Besatzsteines verläuft zu der jeweils darüber- oder darunterliegenden Steinlage entsprechend gegensinnig, wie es in F i g. 2 gezeigt ist. Auf jeder Schachtwandung entstehen also in jeder Horizontaltrennfuge von Lage zu Lage des Gitterwerkes wechselweise vor- und zurückspringende Wellenabsätze, also beispielsweise für Kanalwand 2, dann innen und außen vor- und zurückspringende Wellenberge bzw. -täler 2a/2a'.

Weiter besitzt jeder Gitterwerkbesatzstein an seinen vier Ecken verteilt jeweils in Fortsetzung seiner Kanalwände 2, 3, 4, 5 auf beiden Seiten in gleicher Weise beidseitig gewellte Ansätze 272", 373", 474" und 575", die sich mit angrenzenden Besatzsteinen

innerhalb einer Lage dann zu vollen Kanälen ergänzen, wobei in F i g. 1 jeweils angrenzende halbe Kanalquerschnitte 1' bzw. diagonal über Eck liegend viertelquadratische Querschnitte 1" gezeigt sind bzw. in F i g. 2 wieder wechselweise vor- und zurückspringende Wellenlinienkonturen von Lage zu Lage der ununterbrochenen Wellung rundum auch für diese außen vorstehenden Ansätze 272", 373", 474" und 575" in Ergänzung zu angrenzenden Besatzsteinen, ίο In F i g. 3 ist eine Kombination von Besatzsteinen mit in den Strömungskanal eingesetzter Säule von Füllsteinen D/D' gezeigt, welche gleicherweise rundum ununterbrochene Oberflächenwellung in Strömungsrichtung der Gase besitzen, und ebenfalls wie die Besatzsteine von Lage zu Lage um 180° versetzt laufende Wellenlinienkonturen mit jeweils vor- und zurückspringenden Flächenteilen besitzen. Dieserart in den Schacht eingesetzte Füllsteine- ergeben eine Aufteilung in zwei Kanäle 11' und 11". Diese an sich flachen Füllsteine D/D' verjüngen sich zu beiden Seiten hin stetig, um in ununterbrochener Wellenform an beiden Enden umgerundet auszulaufen. Die Füllsteine D/D' werden weiter zweckmäßig in ihrem Säulenaufbau innerhalb des Schachtes so gesetzt, daß sie jeweils zwei Lagen der Gitterwerkbesatzsteine zur Hälfte überlappen, wodurch über jede Besatzsteinfuge hinweggreifend von Lage zu Lage eine zusätzliche Halterung von Besatz- und Füllsteinen innerhalb des gesamten Gitterwerkes nach Art einer Verklammerung gegen seitliche Verschiebung zu erzielen ist. Um einen besonders festen Zusammenhalt im Aufbau des Gitterwerkes durch gegenseitiges Verklammern der Besatzsteine zu erreichen, besitzen deren Kanalwandungen 2, 3, 4, 5 wie jeweils auch sich außen fortsetzende Wandansätze 272", 373", 474" und 575" eingearbeitete Nuten 21, in welche dann entsprechende Vorsprünge 20 von Steinen der nächsten Gitterwerkslage eingreifen, wie es in vergrößerter Form in F1 g. 4 gezeigt ist. Zweckmäßig sind die Vorsprünge 20 bzw. Nuten 21 beidseitig mit Schrägflächen 22/23 bzw. 24/25 versehen, um das Ineinanderfügen von Lage zu Lage zu erleichtern. Weiter sind Vorsprünge 20 bzw. Nuten 21 in ihrer Breitenabmessung derart verschieden, daß zwischen ihnen ein verhältnismäßig großer Zwischenraum 26 oder 27 auftritt. Derart können dann unterschiedliche Toleranzmaße der Steine zueinander als abweichende Maße von Nuten 21 zu Vorsprüngen 20 aufgefangen werden, so daß die Besatzsteine im Verband jederzeit leicht einsetzbar sind. Weiter zweckmäßig werden die Besatzsteine der einzelnen Gitterwerkslagen derart zueinander versetzt, daß jeweils vier Steine der einen Lage von einem Stein der jeweils nächsten Lage gegen Verschiebung zusammengeklammert werden, wie es im Schema nach F i g. 5 wiedergegeben ist. Dieser KlammerungseiIekt von Besatzsteinen von Lage zu Lage im Gitterwerksaufbau ist besonders vorteilhaft, da die aneinanderstoßend sich zu vollen Kanalquerschnitten gegenseitig ergänzenden Besatzsteine bzw. deren äußere Steinansätze, je zu vier Steinen nebeneinanderliegend durch einen in der nächsten Besatzlage gesetzten Stein zusammengeklammert werden. Diese gegenseitige Steinverklammerung von Besatzlage zu Lage darüber und darunter ergibt einen besonders fest stehenden Gitterwerkaufbau, auch im Zusammenfügen der äußeren Hälften von Nuten 21 bzw. Vorsprüngen 20 auf jeweils der anderen Steinseite, wie es in F i g. 1 und 2 noch bezeichnet

Claims (6)

ist, indem jeweils vier Steine einer Lage von einem Stein der folgenden Lage zusammengeklammert werden nach dem Schema in Fig. 5. Patentansprüche:

1. Gitterwerk für Regenerativwärmetauscher, insbesondere Winderhitzer aus Besatzsteinen mit derart gewellter Oberfläche, daß der Steinquerschnitt senkrecht zur Strömungsrichtung der Heizgase etwa konstant ist und von den Besatzsteinen Strömungskanäle umschlossen werden, die etwa quadratischen Querschnitt aufweisen, wobei die Wandung des jeweiligen Strömungskanals derart gewellt ist, daß parallel zur Strömungsrichtung der Heizgase jeweils ein Wellenberg der einen Wandung einem Wellental der gegenüberliegenden Wandung zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Besatzstein mindestens einen vollständigen Strömungskanalquerschnitt mit einer Kontur von rundum ununterbrochener Wellenlinie einschließt und die Projektion der Kontur der Kanalwandung einer Steinlage auf eine Ebene senkrecht zur Strömungsrichtung auf die folgende Steinlage wechselweise vor- und zurückspringende Wellenlinien ergibt.

2. Besatzstein für Gitterwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß über den äußeren gleicherweise derart gewellten Steinumfang, daß die Kanalwandungen gleichbleibenden Querschnitt rundum aufweisen, an den Ecken verteilt gleichermaßen beidseitig gewellte Ansätze vorge-

sehen sind, die sich mit angrenzenden Besatzsteinen zu vollen Kanalquerschnitten ergänzen.

3. Besatzstein für Gitterwerk nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanalwandungen und die jeweils äußeren Steinansätze Nuten (21) aufweisen, in welche Vorsprünge (20) von Steinen der nächsten Steinlage eingreifen.

4. Gitterwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Besatzsteine der einzelnen aufeinanderliegenden Lagen im Aufbau derart zueinander versetzt sind, daß jeweils vier Steine der einen Lage von einem Stein der nächsten Lage gegen Verschiebung zusammengehalten sind.

5. Gitterwerk nach Anspruch 4 in Kombination mit in die Strömungskanäle der Besatzsteine einsetzbaren Füllsteinen, gekennzeichnet durch gleicherweise ununterbrochene Wellenform für die Oberflächen von Füllsteinen.

6. Gitterwerk nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllsteine der Höhe nach innerhalb der Strömungskanäle jeweils zwei Lagen der Besatzsteine zur Hälfte überlappen.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 382 332, 496 378, 499, 636 684, 847 179;

französische Patentschriften Nr. 38431, 871219, 919;

britische Patentschriften Nr. 121 536, 377 342, 461458, 598 076;

USA.-Patentschriften Nr. 1 771 282, 2 577 170.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen