DE1501488C - Speicher Umschaltwarmetauscher - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Speicherkam- Wenn der untere Zu-. und Abströmraum der ermer eines Speicher-Umschaltwärmetauschers für Gas findungsgemäßen Speicherkammer durch die Ringmit einem stehenden rohrförmigen Gehäuse, das und Rotationskörper gebildet ist, kann der offene innen wärmedämmend gefüttert ist und mit Aus- Boden des Gehäuses auf einer kreisringförmigen nähme beidendiger freier Zu- und Abströmräume für 5 Schüttgutbettung ruhen, die mit freien Böschungsdie wärmetauschenden Gase von einer Speichennasse winkeln auf einem ebenen Fundament liegt. Vorzugsaus Schüttgut gefüllt ist, die mindestens gegenüber weise ist das Gehäuse wenigstens an einem Ende einem der freien Zu- und Abströmräume eine frei durch einen Deckelteil überwiegend geschlossen, der geschüttete Grenzfläche aufweist. eine kegelstumpfförmige und/oder kugelkalottenför-

Eine direkt befeuerte Speicherkammer dieser Art io mige Gestalt aufweist.

ist durch die deutsche Patentschrift 666 667 bekannt. Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung

Sie weist bereits den Vorteil auf, daß der Werkstoff mit der Zeichnung an Hand von Ausführungsbeispie-

für die Speichermasse einfach und billig ist und die len erläutert. Es zeigt

Speichermasse gegenüber den im Betrieb auftreten- Fig. 1 eine schematische Ansicht eines Gewölbes

den Wärmedehnungen unempfindlich ist. Bei der be- 15 eines Wärmetauschers gemäß der Erfindung in axia-

kannten Bauweise ist jedoch ein großer Bauaufwand lern Schnitt,

für die in herkömmlicher Weise ausgeführte und da- F i g. 2, 3 und 4 perspektivische Ansichten von her gegen Wärmedehnungen empfindliche wärme- Schüttgütern, die zum losen Auffüllen eines Wärmedämmende Ausfütterung des Gehäuses erforderlich tauschers gemäß der Erfindung verwendbar sind, und wird durch die frei geschüttete Grenzfläche nur 20 Fig. 5 eine schematische Ansicht eines Wärmeein kleiner Abströmquerschnitt für das Heizgas bzw. tauschers gemäß der Erfindung in axialem Schnitt, Zuströmquerschnitt für das zu erhitzende Gas er- F i g. 6 eine schematische Ansicht einer weiteren möglicht. Ausführungsform gemäß der Erfindung in verein-

Ferner ist bereits eine Vorrichtung zur kontinuier- fachter Darstellung in axialem Schnitt,

liehen Behandlung körniger Stoffe mit Gasen, ins- 25 F i g. 7 eine schematische Ansicht und teilweise

besondere zu ihrer Trocknung und Kühlung bekannt, einen Schnitt durch eine Gruppe von Speicherkam-

die innerhalb eines Gehäuses übereinanderliegende mern eines Speicher-Umschaltwärmetauschers gemäß

kegelförmige Rostflächen aufweist, zwischen denen der Erfindung und

sich jeweils eine trichterförmige Rostfläche befindet. F i g. 8 eine schematische Ansicht einer Ausfüh-

Die Rostflächen bestehen aus einzelnen, ringförmigen 30 rungsform, die besonders für Speicher-Umschalt-

Platten, die schuppenförmig übereinander angeordnet wärmetauscher gemäß der Erfindung geeignet ist, in

sind, derart, daß zwischen ihnen Durchgangsöffnun- einem axialen Schnitt.

gen für die Behandlungsgase frei bleiben. Wie die Der Gewölbeaufbau gemäß der Erfindung nach ringförmigen Platten in ihrer Lage gehalten werden, F i g. 1 zeigt als wesentlichen Vorteil, daß man mit ist aus der Darstellung dieser bekannten Vorrichtung 35 einfachen, billigen Schüttgutes arbeiten kann und (schweizerische Patentschrift 296 419) nicht ersieht- daß die Vorrichtung praktisch unempfindlich gegenlich. über Einflüssen auf Grund der Wärmeausdehnung Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei ist, so daß es möglich ist, die hauptsächlichen Nach-Speicherkammern der eingangs bezeichneten bekann- teile, die bei bisherigen Speicher-Umschaltwärmeten Art die Empfindlichkeit der wärmedämmenderi 40 tauschern des Cowper-Typs auftraten, zu verringern. Ausfütterung des Gehäuses gegen Wärmedehnungen Wie in F i g. 1 dargestellt, besteht ein derartiges Gezu beseitigen und auf einfachste Weise einen großen, wölbe aus genau ebenen Ring- und Rotationskördruckverlustsparenden Ab- bzw. Zuströmquerschnitt pern 1, die eine solche Abmessung aufweisen, daß für die wärmetauschenden Gase zu verwirklichen. ihr Durchmesser von unten nach oben im Gewölbe Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, 45 abnimmt. Diese Körper können z. B. aus Beton, aus daß mindestens eine Schicht der Ausfütterung durch gepreßtem Werkstoff, aus Metall u. dgl. bestehen. Es eine Schüttung körniger Festkörper gebildet ist und ist möglich, sie an Ort und Stelle aus einem Stück mindestens einer, der Zu- und Abströmräume durch und aus einem Werkstoff auf Zementbasis zu gießen, mehrere mit axialem Abstand in der Schüttgut- Ihr Querschnitt kann leicht profiliert sein, wie mit Speichermasse oder in der geschütteten Wärmedämm- 50 dem Körper Γ in F i g. 1 gezeigt ist, um eine hohe schicht liegende Ring- und Rotationskörper gebildet Festigkeit, eine einwandfreie Zentrierung, ein Überist, wobei die Außendurchmesser dieser Körper je- strömen von Schüttgut-Speichermasse 3 u. dgl. zu erweils nach oben zu abnehmen und die Körper ein- reichen. Der obere Körper 2 kann aus einer Scheibe ander in dem Maß überlappen, daß sich in den durch bestehen, die in gleicher Weise aufgebaut ist wie die die axialen Abstände gebildeten Ringspalten freie 55 Ringkörper 1. Alle Körper sind voneinander durch Böschungsflächen bilden. . die Schüttgut-Speichermasse 3 getrennt, wobei ein Am oberen Ende des Gewölbes mündet ein ring- Durchgang für die Gasströme zwischen den Körpern, förmiger Brenner in den Zuströmraum; er ist mit die das Gewölbe bilden, frei bleibt. Die Masse 3 liegt einer oder mehreren Zuleitungen für das Verbren- auf jedem Element frei mit einem natürlichen nungsgas und für die Verbrennungsluft verbunden. 60 Böschungswinkelα auf. Die ringförmigen Körper Des weiteren kann im Abströmraum ein entsprechen- liegen ihrerseits auf der Speichermasse 3 auf. Auch der Brenner oder eine Gruppe von Brennern vor- kann das Gewölbe unter dem Einfluß der Wärmegesehen sein, wobei die Brenner axial in den Zu- und ausdehnung ohne Bruchgefahr für die Ringkörper Abströmraum münden. freies Spiel haben. Wahlweise können die Dimensio-Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Ge- 65 nen der Ringkörper so gewählt werden, daß das Gehäuse konisch ausgebildet; hierbei ist der Brenner wölbe eine vorgegebene Form erhält. am Gehäuseende mit dem größeren Durchmesser an- Fig. 2 zeigt einen Rasching-Ring, wie zum Aufgeordnet, füllen von Absorptionstürmen verwendet wird, und

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der als Schüttgut zum Auffüllen eines Wärmeaus- Auskleidung aus Ziegeln 7 isolieren, die innerhalb

tauschers gemäß der Erfindung dienen kann. Solche eines äußeren Gehäuses 8 aus Blech vorgesehen ist.

Ringe haben in der Praxis die geometrische Form Die Zone 6 kann aus Schüttgütern ähnlich denen,

eines Zylinders, der in einen Würfel einbeschrieben welche die Schüttgut-Speichermasse 3 darstellen oder

wird. ' . 5 aus Wärmedämmstoffen hergestellt sein, die aus

Die F i g. 3 stellt eine andere Ausführungsform der feuerfesten, grobgesiebten Bruchstücken, aus ge-Schüttgut-Speichermasse dar, die zum Füllen einer brochenen Kieseln kleiner Körnung, aus grobem Speicherkammer gemäß der Erfindung dienen kann. Sand u.dgl. bestehen. Derartige Wärmedämmstoffe Das dargestellte Element hat die Form eines U, das können in gleicher Weise als Wärmedämmschicht zur in einen Kubus einbeschrieben wird. Elemente mit io Auskleidung 9 des oberen Gewölbes verwendet werdieser Gestalt haben die besondere Eigenschaft, daß den. Der Grundteil der Speicherkammer ruht über sie eine Schüttung ausbilden, deren Gasdurchlässig- einen Ringkörper des unteren Gewölbes auf einer keit durch die Wahl der Dimensionen der Elemente Schüttgutbettung 10, die ebenfalls aus feuerfestem einstellbar ist. Eine derartige Schüttung kann eine Wärmedämmstoff besteht, der für Gasströme durchinnere Oberfläche zwischen 80 und 200 m²/m³ je 15 lässig und auf dem Fundament 11 angeordnet ist. nach Wahl der Dimensionen (Dicke und Raum- Die Bettung 10 wird von einem ringförmigen, dichbed'arf) der U-förmigen Elemente aufweisen. Die ten Gehäuseteil 12 umschlossen, das mit einem Sam-Schüttung kann in Hinblick auf die zufälligen Bruch- melrohr 13 in Verbindung steht. Eine Rohrleitung 14, stücke praktisch nicht verstopfen, und es kann kein über die Kaltluft eingespeist wird, mündet in die Schaden auftreten, wenn die Wärmeausdehnung zur ao Mitte der Speicherkammer am Boden des unteren Wirkung kommt. Gewölbes. Das Sammelrohr 13 dient zur Abführung

Solche Elemente können vorteilhafterweise eine der Rauchgase, während in der Mitte der Speicher-Dicke zwischen 3 und 15 mm aufweisen, wobei ihr kammer am oberen Ende des oberen Gewölbes ein Raumbedarf dem eines Kubus mit einer Seitenabmes- oder mehrere konzentrisch angeordnete Warmluftsung von 10 X 100 mm entspricht. 25 auslasse 15 in eine oder mehrere Zuleitungen 16 für

In gleicher Weise kann man zur Füllung der Spei- Verbrennungsgas und eine oder mehrere Zuleitungen cherkammern gemäß der Erfindung auch aus dem 17 für Verbrennungsluft eines ringförmigen Brenners Steinbruch anfallende Steinbrocken, die gesiebt und 18 einmünden, der am oberen Ende des Gewölbes sortiert sind, verwenden, z. B. Quarzit 16/22, Por- vorgesehen ist. Dadurch ist eine Einwirkung auf die phyrit 33/50 und entsprechende Stoffe, die u. a. den 30 Aufteilung der Gasströme in der Schüttgut-Speicher-Vorteii aufweisen, daß sie korrosions- und hitze- masse 3 möglich, wozu in gleicher Weise das Vorbeständig, relativ billig und auf dem Markt leicht handensein des untersten Ringkörpers und einer erhältlich sind. Schutzvorrichtung 2' oder das Profil beiträgt, das der

Der Wärmetauscher nach F i g. 5 ist ein Beispiel Speichermasse 3 an ihrer Oberfläche gegeben wird

für die Anpassung eines Speicherwärmetauschers an 35 (vgl. Fig. 8).

eine zyklische Arbeitsweise mit nach abwärts gerich- Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 ist das Ge-

teter Verbrennung. Die gesamte Anordnung wie auch häuse an seinem oberen Ende durch eine Anordnung

die Ausbildung der Einzelteile hiervon können in aus Mehrfach-Kegelstümpfen abgeschlossen,

weitem Maße geändert werden, so daß die Erfindung Die Arbeitsweise ist bei der erfindungsgemäßen

insgesamt eine sehr anpassungsfähige Lösung ergibt. 40 Speicherkammer gleich der bei dem klassischen

Die erfindungsgemäße Speicherkammer weist im Cowper. In einem ersten Arbeitszyklus wird die Speioberen Teil einen Zuströmraum 4 in Form eines Ge- chermasse 3 mit Hilfe des Brenners 18 aufgeheizt, wölbes auf, wie es Fig. 1 zeigt; dieser Raum dient wobei die Rauchgase durch das Sammelrohr 13 entabwechselnd als Verbrennungskammer oder als Sam- weichen, und in einem zweiten Arbeitszyklus, wird melraum für Warmluftströme. Am unteren Teil der 45 Kaltluft durch die Rohrleitung 14 eingeführt und die Speicherkammer ist ein Abströmraum 5 vorgesehen, Warmluft durch den Auslaß 15 abgeleitet. Sobald der analog wie der obere Teil abwechselnd als Samm- sich die Speichermasse abgekühlt hat, wird die Aufler für die Rauchgase und als Verteiler für die Kalt- heizung von neuem vorgenommen, usw.
luft dient. Die Ringkörper, die die beiden Gewölbe Eine Ausführungsform, die in F i g. 6 mit ansteibilden, können auch noch perforiert sein, damit der 50 gender Verbrennung dargestellt ist, kann verwendet Durchgang der Gase weiter erleichtert wird, und es werden, wenn die zu erwärmende Luft angesaugt kann vorteilhaft sein, den Raum 4 mit größerem wird. Bei dieser Ausführungsform erfolgt die AbDurchmesser auszuführen als den Raum 5, womit führung der Rauchgase durch natürlichen Zug, und der Speicherteil der Speicherkammer eine umgekehrt die Umgebungsluft über der Speicherkammer stellt konische Form erhält, die zahlreiche Vorteile, z.B. 55 die Kaltluftquelle dar. Diese Ausführungsform weist in Hinblick auf die Zirkulation der strömenden Gase am unteren Teil einen Zu- und Abströmraum 19 ergibt. Der Speicherteil der Speicherkammer ist mit auf, der unterhalb eines Gewölbes angeordnet ist, das feuerfestem Schüttgut gefüllt, wie es in den F i g. 2, dem in F i g. 1 gezeigten gleicht. In Achsrichtung 3 und 4 gezeigt ist, wobei die äußeren Abmessungen mündet eine Rohrleitung 20 zum Ansaugen von und die Dicke der einzelnen Speicherkörper im unte- 60 Warmluft in den unteren Teil des Hohlraumes ein, ren Teil der Speicherkammer wesentlich größer sein ebenso ein ringförmiger Brenner 21 analog dem können als im oberen Teil, weil im unteren Teil der Brenner 18 nach Fig. 5, der mit Brennstoff und mit Speicherkammer die aktive Oberfläche weniger wich- Verbrennungsluft aus zwei Kanälen 22 und 23 getig ist als die Festigkeit, während das Umgekehrte im speist wird. Die Anordnung weist ein äußeres Geoberen Teil gilt. Der unterste Ringkörper des oberen 65 häuse in Form eines Kegelstumpfes 24 auf, das am Gewölbes 4 bestimmt eine ringzylindische vertikale oberen Ende geöffnet ist, und das mit Schüttgut 25 Zone (Schicht 6 der Ausfütterung), aus der Gas in gefülltlst sowie auf dem Fundament 26 aufsitzt,
geringerem Maß austritt; sie soll gegen eine weitere Die in F i g. 7 dargestellte Anordnung ist ein Bei-

spiel für die Anwendung der Erfindung bei den Cowpern der Hochöfen. Bei einer derartigen Anordnung genügen 400 Tonnen eines wärmebeständigen billigen Schüttguts, um einen Wannluftdurchsatz von mehr als 100 000 m³/h (das Volumen bezieht sich auf normale Umgebungsbedingungen) bei einer Temperatur von 1200⁰C zu erzielen. Die Sicherheitsvorkehrungen können dabei vereinfacht werden. Es gibt auch keine nennenswerte Beschränkung in bezug auf die Verbrennungstemperatur am Brenner. Es ist ferner auch möglich, die Speicherkammern völlig in der Fabrik herzustellen und als einzige Vorgänge an Ort und Stelle das Auffüllen mit Schüttgut-Speichermasse sowie die Herstellung der Rohrleitungsverbindungen durchzuführen.

Bei der Anlage nach der Fig. 7 dient der Kanal

27 zur Abführung der Warmluft, solange die Kanäle

28 und 28' für die Speisung der Brenner im Cowper-Wärmetauscher dienen. Der Kanal 29 dient zur Abführung der Rauchgase und die Rohrleitung 30 zur Einspeisung von Kaltluft. Zwei Gewölbe 31 und 32 sind am Boden und am oberen Teil jeder Speicherkammer wie im Beispiel nach F i g. 5 angeordnet, wobei die Ventile 33, 34, 35 und 36 es ermöglichen, die unterschiedlichen Kanäle zyklisch mit der einen oder anderen der identischen Speicherkammern 37 und 38 zu verbinden, die in an sich bekannter Weise wirken, wobei die eine die Warmluft liefert, während die andere durch die Brenner aufgeheizt wird.

Eine andere Ausführungsform der in den F i g. 5 und 7 dargestellten Speicher-Umschaltwärmetauscher ist schematisch in F i g. 8 gezeigt, der obere Teil besitzt eine annähernd halbkugelförmige Gestalt, die für bestimmte Anwendungsfälle an Stelle des umgekehrten Kegelstumpfes nach Fi g. 7 oder der übereinander angeordneten Mehrfachkegelstümpfe nach F i g. 5 bestimmte Vereinfachungen im Aufbau, in der Festigkeit, in der Wärmeabgabe, im Zugang und in der Verbindung ergibt. Diese Ausführungsform ergibt die maximalen Vorteile in Hinblick auf die Ausgestaltung und die Verwendung unterschiedlicher wärmespeichcrnder und wärmeisolierender Zonen von Schüttgütern an, wenn man die Volumenunterschiede der Gase bei den verschiedenen Temperaturen berücksichtigt.

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Speicherkammer eines Speicher-Umschaltwärmetauschers für Gas mit einem stehenden rohrförmigen Gehäuse, das innen wärmedämmend gefüttert ist und mit Ausnahme beidendiger freier Zu- und Abströmräume für die wärmetauschenden Gase von einer Speichermasse aus Schüttgut gefüllt ist, die mindestens gegenüber einem der freien Zu- und Abström räume eine frei geschüttete Grenzfläche aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Schicht (6, 9) der Ausfütterung durch eine Schüttung körniger Festkörper gebildet ist und mindestens einer der Zu- und Abströmräume (4, 5) durch mehrere mit axialem Abstand in der Schüttgut-Speichermasse (3) oder in der geschütteten Wärmedämmschicht (9) liegende Ring- und Rotationskörper (1) gebildet ist, wobei die Außendurchmesser dieser Körper (1) jeweils nach oben zu abnehmen und die Körper einander in dem Maß überlappen, daß sich in den durch die axialen Abstände gebildeten Ringspalten freie Böschungsflächen bilden.

2. Speicherkammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brenner (18, 21) oder eine Gruppe von Brennern in einen Zu- und Abströmraum (4, 19) axial münden.

3. Speicherkammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (24) eine konische Form aufweist, wobei der Brenner (21) am dickeren Gehäuseende angeordnet ist.

4. Speicherkammer, bei der mindestens der untere Zu- und Abströmraum durch Ring- und Rotationskörper gebildet ist, nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der offene Boden des Gehäuses (8) auf einer kreisringförmigen Schüttgutbettung (10) ruht, die auf einem ebenen Fundament (11) mit freien Böschungswinkeln liegt.

5. Speicherkammer nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (8) wenigstens an einem Ende durch einen Deckelteil überwiegend geschlossen ist, der eine kegelstumpfförmige und/oder kugelkalottenförmiue Gestalt aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen