DE19616288A1

DE19616288A1 - Rekuperator aus keramischem Material

Info

Publication number: DE19616288A1
Application number: DE19616288A
Authority: DE
Inventors: Hans Joachim Dipl Ing Dittmann; Michael Dipl Ing Seltmann
Original assignee: LBE BEHEIZUNGSANLAGEN GmbH
Current assignee: Elster GmbH
Priority date: 1996-04-24
Filing date: 1996-04-24
Publication date: 1997-10-30
Also published as: EP0803696B1; EP0803696A2; ATE197502T1; EP0803696A3; DE59702584D1

Description

Die Erfindung betrifft einen Rekuperator aus keramischem Material, insbesondere für Rekuperator-Brenner, mit einem Innenrohr, einem Außenrohr und einem wärmeübertragenden Zwischenrohr.

Rekuperatoren aus Keramik haben gegenüber Stahlrekupera toren den großen Vorteil der höheren Temperaturfestigkeit. Erkauft wird dieser Vorteil durch einen deutlich geringeren Wirkungsgrad, da keramische Rohre bisher nur in einfachen Formgebungen hergestellt werden konnten, z. B. als Glattrohre oder Wellrohre mit entsprechend begrenzter wärmeübertragen der Fläche.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Wirkungs grad des eingangs genannten Rekuperators zu verbessern.

Letzterer ist zur Lösung dieser Aufgabe dadurch gekenn zeichnet, daß die Wandung des Zwischenrohrs an einer Mehr zahl von über der Länge und über dem Umfang verteilten Stel len zur Bildung von nach außen gerichteten Noppen auswärts und zur Bildung von nach innen gerichteter Noppen einwärts gewölbt ist.

Die Noppen bewirken eine beträchtliche Vergrößerung der wärmeübertragenden Fläche des Zwischenrohres und damit eine erhebliche Steigerung des Wirkungsgrades des Rekuperators.

Überraschenderweise hat es sich außerdem gezeigt, daß diese Noppen in der Lage sind, die Strömung der Wärmeträger medien derart auf zureißen, daß Grenzschichtbildungen vermie den werden. Die Noppen erzielen dabei einen ähnlichen Effekt wie die Rippen von Rekuperatoren aus Stahl.

Keramisches Material läßt sich auf fertigungstechnisch vernünftigem Wege nicht mit Rippen versehen, und zwar auf grund der durch Rippen bedingten unterschiedlichen Wandstär ken. Glatte Rohre und Wellrohre werden im Schlickerverfahren hergestellt, bei dem sich die Keramik an der Wand der Gips form in gleichmäßiger Wandstärke verfestigt. Die Wölbungen, die die Noppen des Zwischenrohres bilden, bedingen keine un terschiedlichen Wandstärken. Ein wesentlicher zusätzlicher Vorteil der Erfindung besteht also darin, daß das wärmeüber tragende Zwischenrohr keine fertigungstechnischen Probleme mit sich bringt, sondern ebenso einfach herstellbar ist wie ein glattes Rohr.

In Weiterbildung der Erfindung wird vorgeschlagen, daß die nach außen gerichteten Noppen das Außenrohr und die nach innen gerichteten Noppen das Innenrohr zentrieren, wobei sie also gleichzeitig als Abstandshalter wirken.

Vorzugsweise sind die Noppen kranzförmig angeordnet, so daß also das wärmeübertragende Zwischenrohr einen gleichmä ßig geformten Körper bildet, der gleichförmige Strömungsver hältnisse über der Länge des Rekuperators erzeugt.

Dabei wird vorgeschlagen, daß in jedem Kranz nach außen gerichtete und nach innen gerichtete Noppen einander abwech seln.

Eine ganz besonders vorteilhafte Alternative besteht darin, daß Kränze von nach außen gerichteten Noppen und Kränze von nach innen gerichteten Noppen einander abwech seln. Zwischen je zwei in Umfangsrichtung benachbarten Noppen bildet sich eine Strömungsverengung, die zu einer Strömungsbeschleunigung und damit zu einer Drucksenkung führt. Im anschließenden Bereich steigt dann der Druck wie der an. Der besonders gute Wirkungsgrad, der mit dieser Bau form erzielt werden kann, ist auf den beschriebenen Wechsel von Kompression und Expansion zurückzuführen.

Dabei lassen sich beste Ergebnisse dadurch erzielen, daß die nach außen gerichteten Noppen und die nach innen gerich teten Noppen je auf gemeinsamen Mantellinien des Zwischen rohres liegen, wobei diese Mantellinien einander abwechseln. Die nach außen gerichteten Noppen und die nach innen gerich teten Noppen sitzen also auf Lücke. Dadurch bildet sich im Anschluß an jede Strömungsverengung eine Vertiefung an der Stelle der in Gegenrichtung gerichteten Noppe, die den Kom pressionseffekt zu verstärken vermag. Über der Länge des Zwischenrohres entstehen geradlinige Strömungswege mit auf einanderfolgenden Einschnürungen und Erweiterungen.

Vorzugsweise sind die Noppen kugelkalottenförmig ausge bildet, obwohl auch andere Ausbildungen möglich sind, z. B. linsenförmige Noppen.

Die Erfindung schafft ferner ein wärmeübertragendes Zwischenrohr für einen Rekuperator nach einem der Patentan sprüche 1 bis 8, wobei sich die Merkmale dieses Zwischenroh res aus den Patentansprüchen 9 bis 14 ergeben.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt in:

Fig. 1 einen Abschnitt eines wärmeübertragenden Zwischenrohrs;

Fig. 2 einen Schnitt durch einen Rekuperators ent lang der Linie II-II in Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt durch den Rekuperator entlang der Linie III-III.

Fig. 1 zeigt ein wärmeübertragendes Zwischenrohr 1 für einen Rekuperator 2, wie er sich aus den Fig. 2 und 3 er gibt. Der Rekuperator 2 ist für einen Rekuperatorbrenner vorgesehen. Er weist ein Innenrohr 3 und ein Außenrohr 4 auf, wobei das Zwischenrohr 1 den Ringraum zwischen dem In nenrohr 3 und dem Außenrohr 4 in zwei konzentrische, im we sentlichen ringförmige Kanäle unterteilt. Der innere Kanal wird von der vorzuwärmenden Verbrennungsluft durchströmt, während der äußere Kanal vom Abgas des Brenners durchströmt wird.

Das Zwischenrohr 1 trägt nach außen gerichtete Noppen 5 und nach innen gerichtete Noppen 6, wobei die Noppen die wärmeübertragende Fläche des Zwischenrohres gegenüber einem glatten Rohr vergrößern und dadurch den Wirkungsgrad stei gern. Wie deutlich aus den Fig. 2 und 3 hervorgeht, ist das Zwischenrohr 1 an den Stellen der Noppen kugelkalottenförmig gewölbt, und zwar nach außen für die Noppen 5 und nach innen für die Noppen 6. Dabei bleibt die Wandstärke des Zwischen rohres 1 konstant, so daß also eine Fertigung im Schlicker verfahren problemlos möglich ist.

Aus den Fig. 2 und 3 ergibt sich ferner, daß die nach außen gerichteten Noppen 5 das Außenrohr 4 und die nach innen gerichteten Noppen 6 das Innenrohr 3 des Rekuperators zentrieren.

Fig. 1 zeigt, daß die Noppen 5 und 6 in kranzförmigen Reihen angeordnet sind, wobei die Kränze der unterschiedli chen Noppen einander abwechseln. Außerdem sitzen die unter schiedlichen Noppen auf Lücke.

Bei einer Durchströmung des Rekuperators passieren die Gase am Orte der Noppen jeweils Einschnürungen, an die sich Erweiterungen anschließen. In letzteren bilden die entgegen gesetzt gerichteten Noppen Vertiefungen. Die Gase werden also auf ihrem Strömungsweg abwechseln komprimiert und expan diert. Dadurch werden Grenzschichtsbildungen vermieden, und es stellen sich Strömungsverhältnisse ein, die den Wirkungs grad des Rekuperators an den eines Rippenrekuperators aus Stahl heranbringen.

Der gesamte Rekuperator besteht aus siliziuminfiltrier tem Siliziumcarbit (SiSiC).

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmög lichkeiten gegeben. Dies gilt vor allen Dingen für die An ordnung der Noppen. Unter Beibehaltung der kranzförmigen Verteilung können entgegengesetzt gerichtete Noppen in jedem Kranz einander abwechseln. Ferner besteht die Möglichkeit, die unterschiedlich gerichteten Noppen nicht auf Lücke zu setzen, sondern auf gemeinsame Mantellinien des Zwischenroh res. Schließlich können sämtliche Noppen auch willkürlich verteilt werden. Der Effekt der abwechselnden Kompression und Expansion ist in diesen Fällen allerdings nicht so aus geprägt wie bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel. An stelle der kugelkalottenförmigen Noppen kommen auch bei spielsweise linsenförmige Noppen in Frage.

Claims

1. Rekuperator aus keramischem Material, insbesondere für Rekuperator-Brenner, mit einem Innenrohr (3), einem Außenrohr (4) und einem wärmeübertragenden Zwischenrohr (1) dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Zwischenrohres (1) an einer Mehrzahl von über der Länge und über dem Umfang verteilten Stellen zur Bildung von nach außen gerichteten Noppen (5) auswärts und zur Bildung von nach innen gerichteten Noppen (6) ein wärts gewölbt ist.

2. Rekuperator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen gerichteten Noppen (5) das Außenrohr (4) zentrieren.

3. Rekuperator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß die nach innen gerichteten Noppen (6) das In nenrohr zentrieren.

4. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Noppen (5, 6) kranzförmig angeordnet sind.

5. Rekuperator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Kranz nach außen gerichtete und nach innen ge richtete Noppen einander abwechseln.

6. Rekuperator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß Kränze von nach außen gerichteten Noppen (5) und Kränze von nach innen gerichteten Noppen (6) einander abwechseln.

7. Rekuperator nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die nach außen gerichteten Noppen (5) und die nach innen gerichteten Noppen (6) je auf gemeinsamen Mantellinien des Zwischenrohres (1) liegen, wobei diese Man tellinien einander abwechseln.

8. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Noppen (5, 6) kugelkalottenförmig ausgebildet sind.

9. Wärmeübertragendes Zwischenrohr für einen Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung des Zwischenrohres (1) an einer Mehrzahl von über der Länge und über dem Umfang verteilten Stellen zur Bildung von nach außen gerichteten Noppen (5) auswärts und zur Bildung von nach innen gerichteten Noppen (6) ein wärts gewölbt ist.

10. Zwischenrohr nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich net, daß die Noppen (5, 6) kranzförmig angeordnet sind.

11. Zwischenrohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß in jedem Kranz nach außen gerichtete und nach innen gerichtete Noppen einander abwechseln.

12. Zwischenrohr nach Anspruch 10, dadurch gekennzeich net, daß Kränze von nach außen gerichteten Noppen (5) und Kränze von nach innen gerichteten Noppen (6) einander ab wechseln.

13. Zwischenrohr nach einem der Ansprüche 9 bis 12, da durch gekennzeichnet, daß die nach außen gerichteten Noppen (5) und die nach innen gerichteten Noppen (6) je auf gemein samen Mantellinien des Zwischenrohres (1) liegen, wobei diese Mantellinien einander abwechseln.

14. Zwischenrohr nach einem der Ansprüche 9 bis 13, da durch gekennzeichnet, daß die Noppen (5,6) kugelkalottenför mig ausgebildet sind.