DE19652999C2 - Wärmespeicherblock für regenerative Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmespeicherblock für re­ generative Wärmetauscher mit einer Mehrzahl von Platten, die zur Bildung von Strömungskanälen im wesentlichen parallel zueinander angeordnet und mit ihren seitlichen Rändern an einer Halteeinrichtung befestigt sind, und mit einer Mehr­ zahl von Abstandshaltern, die zwischen benachbarten Platten angeordnet sind.

Regenerative Wärmetauscher dienen bevorzugt dazu, die Wärme eines heißen Gasstroms auf einen kalten Gasstrom zu übertragen. Ein wesentliches Anwendungsgebiet ist die Rauch­ gasreinigung, beispielsweise in Kraftwerks- und Müllverbren­ nungsanlagen, wobei das Rauchgas in einer Rauchgasentschwe­ felungsanlage (REA) gewaschen wird. Vorher wird es gekühlt, wobei es seine Wärme an den regenerativen Wärmetauscher ab­ gibt. Anschließend erfolgt eine Wiedererwärmung, und zwar unter Nutzung der im Wärmetauscher gespeicherten Wärme.

Bei der Abkühlung wird in aller Regel der Taupunkt der im Rauchgas enthaltenen kondensierbaren Stoffe unterschrit­ ten. Diese setzen sich an den Platten der Wärmespeicher­ blöcke ab und bilden dort Ablagerungen. Das aus der REA kom­ mende kalte Gas ist in gewissem Umfange mit Feststoffparti­ keln beladen, die sich ebenfalls an den Platten absetzen und den Ablagerungseffekt verstärken.

Die in den Wärmespeicherblöcken gebildeten Kanäle setzen sich also zunehmend zu und bedürfen daher einer regelmäßi­ gen, und zwar recht häufigen Abreinigung. Dies geschieht durch Bestrahlen mit Luft, Wasser oder Dampf. Bei jedem Rei­ nigungsvorgang bleibt ein Rest der frisch gebildeten Ablage­ rungen auf den Platten haften, so daß das Zuwachsen der Ka­ näle durch die Reinigungsvorgänge lediglich verzögert wird. Sobald die Strömungskanäle durch die Reinigungsvorgänge nicht mehr ausreichend erweitert werden können, muß ein Aus­ tausch der Wärmespeicherblöcke vorgenommen werden.

Bei einer bekannten Vorrichtung der eingang genannten Art (WO 88/06708) sind die Abstandshalter als Plattenrippen ausgebildet, die sich vom einen stirnseitigen Rand der Platten bis zum anderen erstrecken. Zusätzlich zu den obigen Nachteilen besitzt dieser Wärmespeicherblock mangels entsprechender Befestigungsmittel eine instabile Struktur.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Stabilität des eingangs genannten Wärmespeicherblocks zu erhöhen und dabei seine Standzeit zu verlängern.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist der eingangs genannte Wär­ mespeicherblock erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter die benachbarten Platten über Befestigungsmittel miteinander verbinden und mindestens auf der vom heißen Medium angeströmten Seite mit Abstand zu den stirnseitigen Rändern der Platten angeordnet sind.

Die einzelnen Platten liegen also nicht mehr lose einander an, sondern sind über die Befestigungsmittel miteinander verbunden. Es ergibt sich eine stabile, widerstandsfähige Struktur.

Im übrigen liegt der Erfindung die Erkenntnis zugrunde, daß sich die Ablagerungen vornehmlich im anströmseitigen Bereich der Platten bilden, wobei sie sich im wesentlichen nur ein relativ kurzes Stück in die Strömungskanäle hineinerstrecken. Überraschenderweise genügt die extrem einfache Maßnahme, diesen Bereich frei von Abstandshaltern zu lassen, um den Aufbau der Ablagerungen so stark zu verzögern, daß sich der Zeitabstand zwischen den nach wie vor erforderlichen Reinigungsvorgängen vervielfacht. Dementsprechend vervielfacht sich auch der Zeitabstand zwischen dem - ebenfalls nach wie vor erforderlichen - Austausch der Wärmespeicherblöcke.

Da die durch Kondensation entstehenden Ablagerungen vor­ herrschend sind, genügt es häufig, die Plattenränder ledig­ lich auf der Heißgasseite von Abstandshaltern freizuhalten.

Jedoch kann diese Maßnahme auch auf der Kaltgasseite ange­ wendet werden. Selbstverständlich erübrigt sie sich dort, wenn das Kaltgas heißgasseitig in die Wärmespeicherblöcke eingeleitet wird.

Als zusätzlicher vorteilhafter Effekt ergibt sich, daß die nicht gegeneinander abgestützten Plattenränder ein ge­ wisses Maß an Bewegungsfreiheit haben. Sie können also in Vibration kommen, und zwar vor allen Dingen bei der Bestrah­ lung mit dem Reinigungsmedium, wodurch ein Abplatzen der Ab­ lagerungen stark begünstigt wird.

Schließlich trifft das Reinigungsmedium mit verminderter Wucht auf die Abstandshalter, so daß die hier aufzunehmenden Kräfte in geringerem Maße dazu tendieren, Risse an den Be­ festigungsstellen hervorzurufen.

Vorzugsweise bestehen die Platten aus elastisch verform­ barem Kunststoff, da dieses Material resistent gegen che­ mische Angriffe ist und, anders als beispielsweise kerami­ sches Material, keine Verwandschaft mit dem Material der Ab­ lagerungen hat. Auch begünstigt es aufgrund seiner elasti­ schen Verformbarkeit das Abplatzen der Ablagerungen unter der Einwirkung von Vibrationen. Ferner können Einbauspannun­ gen und Wärmedehnungen ohne die Gefahr von Rißbildungen kom­ pensiert werden.

Diese Eigenschaften lassen sich noch dadurch steigern, daß die Platten eine vorzugsweise wellenförmige Profilierung aufweisen, deren Rippen im wesentlichen parallel zu den seitlichen Rändern der Platten verlaufen. Wärmedehnungen wirken sich unter diesen Umständen sogar günstig aus, da die hervorgerufenen Bewegungen das Abplatzen der Beläge unter­ stützen.

Vorteilhafterweise sind die Abstandshalter als klein­ flächige Ausbuchtungen der Platten ausgebildet. Sie werden bei der Herstellung der Platten ausgeformt und ermöglichen auf diese Weise eine sehr wirtschaftliche Fertigung der Wär­ mespeicherblöcke. Außerdem bilden sie nur eine relativ ge­ ringfügige Versperrung der Strömungskanäle.

Dabei wird als ganz besonders vorteilhafte Maßnahme vor­ geschlagen, daß die die Abstandshalter bildenden Ausbuchtun­ gen als Erhebungen und korrespondierende Vertiefungen der Platten-Profilierung ausgebildet sind. Jeder Abstandshalter besteht also aus einer Erhebung der einen und einer korre­ spondierenden Vertiefung der benachbarten Platte, wobei zwi­ schen der Erhebung und der Vertiefung die Befestigungsmittel wirksam sind. Diese können beliebig ausgebildet sein, bei­ spielsweise als Nieten oder Schrauben. Auch kommen Druck­ knopfverbindungen in Frage. Schließlich lassen sich Fügever­ fahren anwenden, wie Schweißen oder Verkleben.

In wesentlicher Weiterbildung der Erfindung wird vorge­ schlagen, daß die Erhebungen und korrespondierenden Vertie­ fungen der Platten-Profilierung in einem Raster angeordnet sind, welches eine Herstellung der Korrespondenz zwischen benachbarten Platten durch Verdrehen der einen Platte gegen­ über der anderen um 180° in der Plattenebene ermöglicht. Auf diese Weise wird lediglich eine einzige Plattenstruktur be­ nötigt. Die Platten werden in abwechselnder Orientierung ge­ stapelt und unter Bildung der Abstandshalter miteinander verbunden.

Als bevorzugtes Raster hat es sich erwiesen, je eine Er­ hebung und eine Vertiefung nebeneinander in den benachbarten Rippen der Platten-Profilierung auszubilden, wobei diese Paare in Richtung der seitlichen Ränder der Platten gegen­ einander versetzt sind. Es entsteht ein sehr stabiler Aufbau des Plattenpaketes unter Ausbildung günstiger Strömungsver­ hältnisse in den Kanälen, wobei es keinerlei Probleme berei­ tet, den Abstand der Abstandshalter von den anströmseitigen Plattenrändern ausreichend weit zu wählen.

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

Fig. 1 einen Grundriß eines Rotors eines regenerati­ ven Wärmetauschers;

Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Plattenstapel; und

Fig. 3 in vergrößertem Maßstab einen Schnitt entlang der Linie III-III in Fig. 2.

Der Rotor nach Fig. 1 besteht aus einer Mehrzahl von Wärmespeicherblöcken 1, von denen jeder aus einer Mehrzahl von Platten 2 zusammengesetzt ist. Diese sind mit ihren seitlichen Rändern 3 (Fig. 2) an einer Halteeinrichtung 4 befestigt und bilden Strömungskanäle, die senkrecht zur Zei­ chenebene von Fig. 1 verlaufen.

Die Platten 2 werden von Abstandshaltern 5 (Fig. 3) im Abstand zueinander gehalten und zu einem Plattenstapel mit­ einander verbunden. Als Befestigungsmittel dienen im vorlie­ genden Falle Klebeverbindungen.

Jeder Abstandshalter 5 besteht aus einer Erhebung 6 der einen Platte und einer Vertiefung 7 der benachbarten Platte. Dabei sind die Erhebungen 6 und die Vertiefungen 7 jeder Platte paarweise nebeneinander angeordnet (Fig. 2), und zwar derart, daß diese Paare in Richtung der seitlichen Ränder 3 der Platte gegeneinander versetzt sind.

Die Platten 2 bestehen aus elastisch verformbarem Kunst­ stoff und lassen sich ohne weiteres in der dargestellten Form herstellen. Dabei kann mit ein und demselben Raster ge­ arbeitet werden. Wie Fig. 3 zeigt, sind benachbarte Platten 2 von gleicher Form, jedoch von abwechselnder Orientierung, wobei benachbarte Platten um 180° gegeneinander verdreht sind. Im übrigen besitzen die Platten eine Profilierung, de­ ren Rippen 8 parallel zu den Seitenrändern 3 verlaufen.

Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind die Erhebungen 6 und die Vertiefungen 7, die die Abstandshalter 5 bilden, im Ab­ stand zu den stirnseitigen Rändern 9 der Platten 2 angeord­ net. Im Bereich dieser Ränder findet die Bildung der Ablage­ rungen statt, im vorliegenden Falle allerdings in stark ab­ geschwächtem Umfang, da sich die Abstandshalter 5 nicht in diesen Bereich hineinerstrecken. Bei den erforderlichen Ab­ reinigungsvorgängen werden die Abstandshalter auch entspre­ chend weniger beansprucht.

Da die Platten aus elastisch verformbarem Kunststoff be­ stehen, können sie durch Vibrationen und durch Bewegungen aufgrund von Wärmedehnungen ein Abplatzen der Ablagerungen unterstützen. Auch kompensieren sie Einbauspannungen.

Im Rahmen der Erfindung sind durchaus Abwandlungsmög­ lichkeiten gegeben. So kann die Profilierung der Platten an­ ders als in Fig. 3 dargestellt aussehen. Denkbar sind selbstverständlich auch ebene Platten. Ferner besteht die Möglichkeit, abgewandelte Ausführungsformen von Abstandshal­ tern zu verwenden. Beispielsweise kommen gesonderte Bauteile in Frage. Wesentlich ist, daß der stirnseitige Randbereich der Platten zumindest auf der Anströmseite des heißen Medi­ ums von Abstandshaltern freigehalten wird. Werden die Ab­ standshalter, wie dargestellt, als Ausbuchtungen ausgebil­ det, so kann die Formgebung derart gewählt werden, daß Aus­ buchtungen der einen Platte mit normalen Flächenabschnitten der benachbarten Platte zusammenwirken. Als Befestigungsmit­ tel kommt beispielsweise eine Punktschweißung in Frage.

Claims (7)

1. Wärmespeicherblock für regenerative Wärmetauscher mit einer Mehrzahl von Platten (2), die zur Bildung von Strö­ mungskanälen im wesentlichen parallel zueinander angeordnet und mit ihren seitlichen Rändern (3) an einer Halteeinrich­ tung (4) befestigt sind, und mit einer Mehrzahl von Ab­ standshaltern (5), die zwischen benachbarten Platten ange­ ordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (5) die benachbarten Platten (2) über Befestigungsmittel miteinander verbinden und mindestens auf der vom heißen Medium angeströmten Seite mit Abstand zu den stirnseitigen Rändern (9) der Platten (2) angeordnet sind.

2. Wärmespeicherblock nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Platten (2) aus elastisch verformbarem Kunststoff bestehen.

3. Wärmespeicherblock nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Platten (2) eine vorzugsweise wel­ lenförmige Profilierung aufweisen, deren Rippen (8) im we­ sentlichen parallel zu den seitlichen Rändern (3) der Plat­ ten (2) verlaufen.

4. Wärmespeicherblock nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstandshalter (5) als kleinflächige Ausbuchtungen der Platten (2) ausgebildet sind.

5. Wärmespeicherblock nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die die Abstandshalter (5) bildenden Ausbuch­ tungen als Erhebungen (6) und korrespondierende Vertiefungen (7) der Platten-Profilierung ausgebildet sind.

6. Wärmespeicherblock nach Anspruch 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Erhebungen (6) und die korrespondierenden Vertiefungen (7) der Platten-Profilierung in einem Raster angeordnet sind, welches eine Herstellung der Korrespondenz zwischen benachbarten Platten (2) durch Verdrehen der einen Platte gegenüber der anderen um 180° in der Plattenebene er­ möglicht.

7. Wärmespeicherblock nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß je eine Erhebung (6) und eine Vertiefung (7) nebeneinander in benachbarten Rippen (8) der Platten-Profi­ lierung angeordnet sind, wobei diese Paare in Richtung der seitlichen Ränder (3) der Platten (2) gegeneinander versetzt sind.