DE1965742A1 - Rekuperator - Google Patents

Description

Patentanwälte Dipl. - Ing. F. Weickmann, 1 9 6 5 7 r 2

Dipl.-Ing. H.Weickmann, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. F. A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

⁸ MÜNCHEN *6, DEN

POSTFACH 860 820

MÖHLSTRASSE 22, RUFNUMMER 48 39 21/22

The British Iron and Steel Research Association, 24, Buckingham Gate, London S.W. 1, England

Rekuperator

Die Erfindung betrifft einen Rekuperator oder Winderhitzer.

Aufgabe der Erfindung ist es, einen Rekuperator oder Winderhitzer zu schaffen, der in geeigneter Weise in den Abgasabzugkanal eines Brammentiefofens oder einer Wärmekammer angeordnet werden kann.

Gemäß der Erfindung ist ein Rekuperator zur Übertragung von Wärme von einem ersten, heißeren I'luid auf ein zweites, kälteres IPluid dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kanal für ein erstes heißes Pluid eine Vielzahl einstückig hergestellter ILotire aus keramischem Material vorgesehen sind, die sich mit Spiel in jede der einander gegenüberstehenden Abschnitte der Kanalwand erstrecken und an ihren Enden mit Umkehrkammerη in Verbindung stehen, die gegenüber der äußeren Oberfläche der Kanalwand abgedichtet sind und zumindest

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einige der Rohre in Reihen miteinander verbinden, durch die ein zweites kälteres Fluid nacheinander strömt, daß das Spiel zwischen der äußeren Oberfläche eines Endes eines jeden Rohres und der Kanalwandung mittels einer ringförmigen Dichtung im Bereich der äußeren Oberfläche der Kanalwandung abgedichtet ist und daß jedes dieser Rohrenden gegenüber der entsprechenden Dichtung in Längsrichtung verschiebbar ist.

Weiterbildungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen in Verbindung mit der Beschreibung eines in der beiliegenden Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles. Bs zeigt:

Pig. I einen Schnitt durch einen schematisch dargestellten Rekuperator gemäß der Erfindung, der in einem zentralen Abgasabzugskanal eines Brammentiefofens angeordnet ist;

!•'ig. 2 einen Querschnitt durch einen an der Decke und am Boden beheizten Brammentiefοfens, in dessen Abgasabzugskanälen Rekuperatoren gemäß der Erfindung angeordnet sind;

Pig. 3 einen Längsschnitt durch ein keramisches Rohr für den Rekuperator gemäß Pig. Ij

Pig. 4 eine Ausführungsform für den Einbau eines Rohres in der Kanalwandung des Rekuperators gemäß Pig. I in vergrößertem Maßstab;

Pig. 5 eine Klemmplatte für das Einspannen einer Gleitdichtung des Rekuperators gemäß Pig. I;

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Fig. 6 eine schaubildliche Darstellung eines Einsatzes für die Rohre des Rekuperators gemäß der Erfindung; und

Eig. 7 das untere Ende eines vertikal angeordneten Rohres für einen erfindungsgemäßen Rekuperator.

Ein Rekuperator oder V/inderhitzer 1 besitzt einen zentralen Abgasabzugskanal 5 für einen Brammentiefofen und eine Vielzahl horizontal angeordneter, einstückig hergestellter Rohre 3 aus keramischem Material, die sich mit Spiel in jede der einander gegenüberstehenden Abschnitte der Kanalwand (5a) erstrecken und an ihren Enden mit Umkehrkammerη 7 in Verbindung stehen, die gegenüber der äußeret. Oberfläche der Kanalwand abgedichtet sind und zumindest einige der Rohre in Reihe miteinander verbinden, so daß die aufzuheizende Verbrennungsluft nacheinander durch die reihenanordnung miteinander verbundener Rohre strömt. V/ie aus -t'ig. 4 ersichtlich, ist das Spiel zwischen der äußeren Oberfläche eines Endes 3a eines jeden Rohrec und der Kanalwand 5a durch eine ringförmige Dichtung 27 abgedichtet, die im Bereich der äußeren Oberfläche der Kanalwand angeordnet ist und daher in einer relativ kühlen Zone geringen Druckes angeordnet ist, die durch die ümkehrkammern 27 begrenzt sind, wobei die Enden 3a der lioiire relativ zu ihren entsprechenden Dichtungen 27 verschiebbar sind, um eine Ausdehnung der Rohre in Längsrichtung zu gestatten.

jJas Spiel zwischen der äußeren Oberfläche des anderen Endes 3b eines jeden Rohres und der Kanalwand 5a ist durch eine weitere Dichtung 27a abgedichtet, wobei dieses Ende 3b mittels einer Klemmplatte 28 gegenüber seiner Dichtung unverschiebbar gehalten ist. vobei die Klemmplatte 28 an äer äußeren Oberfläche der Kanalwand 5<z "befestigt ist und einen Flansch 3c an Ende ?b des .iohres gegen die Dichtung 27a drückt.

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Jede Dichtung 27 "besitzt eine Längenausdehnung in Längsrichtung des Rohres, die größer ist als die Dicke der Dichtung,· wodurch die Dichtung in ihrem nicht zusammengedrückten Zustand über die äußere Oberfläche der Kanalwand 5a hervorsteht. Ji e Dichtung wird in ihrer Längsrichtung durch einen Klemmring 29 zusammengedrückt, der an der äußeren Oberfläche der Kanalwand 5a gehalten ist. Der Klemmring 29 kann an der Kanalwand durch nicht dargestellte Schraubenbolzen oder wie inl'ig.5 gezeigt, durch einen Bajonettverschluß gehalten sein, der Ansätze 30 aufweist, die sich von der äußeren Oberfläche der Kanalwand 5a aus erstrecken und mit Ausnehmun-.gen 31 in dem Klemmring 29 zusammenwirken.

Die Dichtungen 27 und 27a bestehen vorzugsweise aus einem faserigen feuerbeständigen Material, wie z.B. !Eonerdesilikat-Wolle. Die Dichtung 27 besitzt vorzugsweise eine Länge von 3,8 cm und eine .Dicke von 1,3 cm.

ide Rohre bestehen aus einem hochwärmeleitendem keramischem Material, wie z.ii. Siliziumcarbid, welches selbstbindend ist oder durch Siliziumnitrid, ionerde, Äthylsilikat oder i'onbindemittel gebunden ist, wobei Leckverluste durch die Wände der itohre durch eine geeignete Glasur an der Innenseite und/ oder Außenseite der Rohre auf einem niedrigen Wert gehalten werden können.

Um den Druckverlust, der durch die Rohre strömenden Luft auf ein Minimum zu begrenzen, sollte die Anzahl der miteinander in Reihe verbundenen Rohre auf einem Minimum gehalten werden, da der iiruckverlust proportional zur Anzahl der Rohre und annähernd proportional dem Quadrat der Luftgeschv.'indigkeit ist, welche ihrerseits von der Anzahl der Rohre abhängt. Beispielsweise ist es möglich, daß eine Rohr-

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reihe 5 in Reihe angeordnete Rohre aufweist, wenn der Druckverlust auf den Wert von 20,32 cm Wassersäule beschränkt wird. Die Rohrlänge sollte daher möglichst lang gewählt werden; zur Zeit ist eine maximale Länge für Keramikrohre von 1,82 m möglich. Um die Menge der durch den Rekuperator strömenden Luft zu vergrößern, sind viele solcher Rohrreihen vorgesehen, die eine Vielzahl paralleler Luftströme/lurch den Rekuperator begrenzen.

Die Auswahl des günstigsten inneren Durchmessers der Rohre ist rieht einfach» Ein geringer Rohrdurchmesser ist für die Wärmeübertragung günstiger, jedoch wird dieser Vorteil durch höhere Kosten,größere Leckverluste und einen größeren Strömungswiderstand innerhalb der Rohre wieder aufgehoben. iTach sorgfältigen Untersuchungen wurde ein Innendurchmesser von 10 cm ausgewählt, wobei die Rohre einen Außendurchmesser von 14 cm besaßen. Um weitere Verbesserungen bei der Wärmeübertragung zu erzielen, sind die Rohre nicht in Reihen parallel zur Strömungsrichtung des Abgases durch den Rekuperator, wie in Eig. 2 gezeigt, sondern versetzt angeordnet.

Die Wärmeübertragung an jedem Rohr kann durch einen Einsatz 35 mit kreuzförmigem Querschnitt erreicht werden, der in das Rohr eingebracht wird. Dieser Einsatz 35 ist in Mg· 6 dargestellt und besteht aus einem Werkstoff mit ähnlichen Eigenschaften wie der Werkstoff der Rohre und kann, abgesehen von den bereits erwähnten Werkstoffen, auch aus hochtemperaturfestern Stahl bestehen.

Berechnungen haben gezeigt, daß durch den Einsatz der erforderliche Temperaturabfall von Rohrwandung zur Luftseite vermindert wird und für eine bestimmte Wärmemenge bei 65 ¹P liegen kann. Hierdurch ist es möglich, die Anzahl der Rohre um 40 $> zu verringern. Weitere Vorteile, die

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sich, aus der Anordnung des Einsatzes ergeben, sind folgende:

1. Falls der Einsatz aus einem Stück besteht, wird die festigkeit des Rohres erhöht.

2. Durch Erhöhung des luftseitigen "Wärmeübertragungskoeffizienten wird die Gesamttemperatur des Rohres verringert.

3. Durch Verringerung der Anzahl der R.ohre wird der Gesamtleckverlust verringert.

Bei den weiter oben beschriebenen Ausführungsformen sind die Rohre 3 mit ihren Längsachsen horizontal angeordnet. Die Rohre können jedoch mit ihren Längsachsen in vertikaler Richtung angeordnet werden, wie dies in Pig. 1 gezeigt ist. Dabei ist das untere Ende des Rohres in einer Ausnehmung 40 in der oberen Fläche einer horizontalen Rekuperatorwand 41 aufgenommen und durch eine Dichtung 42 umgeben.

Für den IPaIl einer Rohrbeschädgung sind Luft-Steuerventile 9 (vergleiche Fig. 2) in jeder Rohrreihe vorgesehen, um die Rohrreihe mit dem beschädigten Rohr abzusperren und den Einbau eines Ersatzrohres zu gestatten. Um das beschädigte Rohr entfernen zu können, sind die Rohre mit einem Außengewinde 11 (vergleiche Fig-. 3) an einem J^nde und mit einem Innengewinde 13 an dem anderen Ende versehen, wobei das Ersatzrohr in das eine Ende eingeschraubt wird, um das herausziehen des beschädigten Rohres zu erleichtern.

Gemäß Fig. 2 ist ein an Decke undBoden beheizter Wärmeofen 21 mit einem der weiter oben beschriebenen Rekuperatoren in einem zentralen Abgasabzugskanal 23 zur Vorwärmung von Verbrennungsluft für die Brenner zur Beheizung der Decke versehen, wobei die Verbrennungsluft durch die Abgase erhitzt

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wird. Dieser Wärmeofen besitzt ebenfalls in zwei seitlichen Abgasabzugskanälen 25 je einen Rekuperator zurVorwärmung
von Verbrennungsluft für die Brenner zur Beheizung des Bodons des Wärmeofens, wobei die vorgewärmte Lu:?t durch die Abgase dieser Brenner erfolgt. Um die Breite des Ofens auf ein
Minimum zu begrenzen, sind die Iiohre der Rekuperatoren in
den Abzugskanälen 25 im rechten './inkel zu denjenigen in dem Abzug 24 angeordnet.

Obwohl der liekuperator für die Verwendung in einem an Decke und Boden beheizten Ofen beschrieben ist, kann er ebenso in einem an der Decke beheizten Brammentieioi'en verwendet vier den.

- Patentansprüche —

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Claims (1)

1. - 8 Patentansprüche

   Rekuperator oder \/inderhitzer, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Kanal (5» 23» 25) für ein erstes heißes Fluid eine Vielzahl einstückig hergestellter Rohre (3) aus keramischem Material vorgesehen sind, die sich mit Spiel in jeder der einander gegenüberstehenden Abschnitte der Kanalwand (5a) erstrecken und an ihren Enden mit Umkehrkammern (7) in Verbindung stehen, die gegenüber der äußeren Oberfläche der Kanalv/and (5a) abgedichtet sind und zumindest einige der Rohre (3) in Reihen miteinander verbind-en, die/durch ein zweites kälteres .fluid nacheinander strömt , daß das J'luid zwischen der äußeren 0berflächo4±ies Endes (3a) eines jeden Rohres und der Kanalwandung (5a) mittels einer ringförmigen Dichtung (27) im Bereich der äußeren Oberfläche der Kanalwandung (5a) abgedichtet ist und daß jedes dieser Rohrenden gegenüber der entsprechenden Dichtung (27) in Längsrichtung verschiebbar ist.

   Rekuperator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das opiel zwischen der äußeren Oberfläche des anderen Endes (3b) eines jeden Rohres und der Kanalwand (5a) durch eine weitere Dichtung (27a) abgedichtet ist, wobei dieses andere Ende (3b) unverschiebbar in bezug auf die entsprechende andere Dichtung (27a) gehalten ist.

   Rekuperator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes andere Ende (3b) mittels einer Klemmplatte (28) gehalten ist, die an der Außenfläche der Kanalwand (5a) befestigt ist und einen Plansch (3c) am Ende (3b) des Rohres gegen die Dichtung (27a) drückt.

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   4. Rekuperator nach, einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen (27) eine Längenähmessung in Längsrichtung der Rohre (3) aufweisen, die größer ist als die Dicke der Dichtungen und daß Klemmvorrichtungen (29) vorgesehen sind, die die Dichtungen in Richtung ihrer Längsachsen zusammendrücken.

   5. Rekuperator nach Anspruch 4> dadurch gekennzeichnet, daß

   die Dichtungen (27) in ihrem nicht zusammengedrückten Zustand über die Oberfläche der Kanalwand (5a) hervorstehen und daß ein Klemmring (29) mittels einer bajonettartigen Halterung (30) an der Außenseite der Kanalwand (5) gehalten ist.

   6. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 5» dadurch gekennzeichnet, daß an einem Ende der Rohre (3) ein Innengewinde (13) oder eine ähnliche Ausbildung vorgesehen ist.

   7. Rekuperator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das gegeniterliegende Ende eines jeden Rohres ein entsprechendes Außengewinde (11) oder eine ähnliche Ausgestaltung besitzt.

   8. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch, gekennzeichnet, daß ein Einsatz (35) im Inneren der Rohre (3) vorgesehen ist, der sich über die gesamte Länge jedes Rohres (3) erstreckt.

   9. Rekuperator nach Anspruch 8, dadurch, gekennzeichnet, daß der Einsatz (35) aus dem gleichen Werkstoff wie die Rohre (3) besteht.

   10. Rekuperator nach Anspruch 8 oder 9_f dadurch gekennzeichnet, daß der Einsatz (35) einen kreuzförmigen Querschnitt besitzt.

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   11. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch, gekennzeichnet, daß die Rohre (3) aus abgebundenem Siliziumcarbid bestehen.

   12. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine oder beide Oberflächen eines jeden Rohres (5) mit einer Glasur überzogen sind.

   15. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (3) in eine Anzahl von in Reihe miteinander verbundenen Rohrreihen aufgeteilt sind, wobei jede Rohrreihe aus zwei bis fünf Rohren besteht.

   14. Rekuperator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zum Auswechseln eines beschädigtenRohres eine jede Rohrreihe mit einer Vorrichtung (9) zur Abschaltung dieser Rohrreihe versehen ist.

   15. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 14» dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (3) horizontal angeordnet sind.

   16. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 14» dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (3) vertikal angeordnet sind.

   17. Rekuperator nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre (3) versetzt angeordnet sind.

   ° 18. Rekuperator nach einem der Ansprüche 1 bis 17» dadurch co ■

   cd gekennzeichnet, daß er in dem Abgasabzugskanal (5, 23, 25) _o eines Brammentiefofens oder einer V/ärmekammer vorgesehen ^ ist.

   *» 19. An Decke und/oder Boden beheizter Brammentiefofen, gekennzeichnet durch einen Rekuperator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, der in einem zentralen Abgasabzugskanal (23) zur Vorheizung der Verbrennungsluft für die an der Decke vor-

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   gesehenen Brenner angeordnet ist und weiter gekennzeichnet durch einen weiteren Rekuperator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18, der in einem seitlichen Abgasabzugskanal (25) zur Vorheizun^ der Verbrennungsluft für die am Boden vorgesehenen Brenner angeordnet ist·

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