DE2007250A1 - Regenerative heat exchanger - Google Patents

Regenerative heat exchanger

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DE2007250A1
DE2007250A1 DE19702007250 DE2007250A DE2007250A1 DE 2007250 A1 DE2007250 A1 DE 2007250A1 DE 19702007250 DE19702007250 DE 19702007250 DE 2007250 A DE2007250 A DE 2007250A DE 2007250 A1 DE2007250 A1 DE 2007250A1
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DE19702007250
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German (de)
Inventor
Tadami Takasago; Nishlkawa Hideo; Kawaguchi Akihiro; Akashi; Hyogo; Gomi Shinpel Tokio; Washimi Koichi Iwaki Fukushima Imatake (Japan)
Original Assignee
Kureha Kagaku Kogyo K.K.; Mitsubishi Jyukogyo K.K.; Tokio
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D17/00—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles
    • F28D17/005—Regenerative heat-exchange apparatus in which a stationary intermediate heat-transfer medium or body is contacted successively by each heat-exchange medium, e.g. using granular particles using granular particles

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Air Supply (AREA)
  • Waste-Gas Treatment And Other Accessory Devices For Furnaces (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)

Description

200725° 200725 °

Kureha Ktgaku Kogyo Kabushiki Kaisha undKureha Ktgaku Kogyo Kabushiki Kaisha and

Mitsubishi Jyükogyo Kabushiki Kaisha, - Tokio /JapanMitsubishi Jyükogyo Kabushiki Kaisha, - Tokyo / Japan

Regenerativer WärmeaustauscherRegenerative heat exchanger

Die Erfindung bezieht s'ich auf einen regenerativen Wärmeaustauscher zur Verwendung als Dampf- oder Winderhitzer, als Vorwärmer für MHD Generatoren und dergleichen. Die Erfindung befasst sich insbesondere mit der wärmespeichernden Füllmasse t die in einem solchen Wärmeaustauscher benutzt wird. ■The invention relates to a regenerative heat exchanger for use as a steam or wind heater, as a preheater for MHD generators and the like. The invention is concerned in particular with the heat-storing filling compound t which is used in such a heat exchanger. ■

Bei den üblichen regenerativen Wärmeaustauschern werden Rollsteine oder sogenannte Kiesel von sphärischer Gestalt als wärmespeicherhdes Medium benutzt. Diese Rollsteine ergeben jedoch nicht immer die gewünschten günstigen Ergebnisse bezüglich der Widerstandsfähigkeit gegen die Erhitzung , und sie erhöhen auch den Druckverlust des wärmeaustauschenden Mediums sowohl auf der Hochtemperat U3?-, . als auch auf der lieftemperaturseite des Wärmeaustauschers, falls die Oberflächendimensionen des Mediums für den Wärmeaustausch vergrößert werden sollen . Der Grund hierfür ist, daß die spezifische Oberfläche der Rollsteine uca.gekehrt_ proportional ihrem Durchmesser ist. Man kann dies auch so ausdrucken, daß der Druckverlust in der Füllmasse auswärmespeicherndem. Material gewöhnlioh eine solche Beziehung hat,daß er umgekehrt proportional dem Durchmesser der wärmespeichernden Materialien ist, als auch der Porosität ( oder der Durchlassigkeit der ganzen Füllmasse)des wärmespeichernden Mediums und Irn Falle von Rollsteinen ist die Porosität der gesamten Füllmasse des wärmespeichernden Mediums nahezu konstant' und nicht recht konstrollierbar durch die Art und Weise, wie die kugeligen Rollsteine auf-'gehäuft sind. Mit anderen Worten kann man auch sagen, daßWith the usual regenerative heat exchangers Rolling stones or so-called pebbles of spherical shape used as a heat storage medium. These pebbles however, do not always give the desired beneficial results in terms of resistance to heating, and they also increase the pressure loss of the heat exchanger Medium both on the high temperature U3? -,. as well as on the supply temperature side of the heat exchanger, if the surface dimensions of the medium for the Heat exchange should be increased. The reason for that is that the specific surface of the pebbles uca is inverted_ proportional to their diameter. One can print this out so that the pressure loss in the filling compound heat-storing. Material usually such Relationship has that it is inversely proportional to the diameter the heat-storing materials, as well as the porosity (or the permeability of the entire filling mass) des heat-storing medium and in the case of rolling stones the porosity of the entire filling mass of the heat-storing Medium almost constant 'and not quite controllable by the way in which the spherical pebbles are piled up are. In other words it can also be said that

oomr/ur·oomr / ur

selbst wenn die Durchlässigkeit der Schicht aus dem wäremspeichernden Material in einem gewissen Ausmaß dadurch verändert werden kann,wie die Rollsteine aufgehäuft werden, so muß man doch davon ausgehen , daß bei der Verwendung des wäremespeichernden Materials in industriellem Maßstab die Art und Weise, wie die Rollsteine aufgehäuft werden , im wesentlichen immer die gleiche ist , so daß die Durchlässigkeit ( der Anteil der Lufträume) in der Füllmasse praktisch einen bestimmten Wert annimmt. Wenn daher die Wärmeübertragungsfläche der Rollsteine erhöht werden soll, muß ihr der Durchmesser kleiner gemacht werden,wodurch der Druokverlust des wärmeaustauschenden Mediums unausweichlich zunimmt. Außerdem sind die Rollsteine des wärmespeichernden Mediums verhältnismäßig teuer in der Herstellung. Neven if the permeability of the layer from the heat storage material can be changed to some extent by how the pebbles are piled up are, so one must assume that when using the heat-storing material on an industrial scale, the manner in which the pebbles are piled essentially always is the same, so that the permeability (the proportion of air spaces) in the filling compound is practically one assumes a certain value. Therefore, if the heat transfer area of the pebbles is to be increased, you must the diameter can be made smaller, whereby the pressure loss of the heat exchanging medium is inevitable increases. In addition, the pebbles of the heat-storing medium are relatively expensive to manufacture. N

Die Erfindung stellt sich daher die Aufgabe, einen regenerativen Wärmeaustauscher zu schaffen, bei dem gebrochene oder zerkleinerte Stücke aus einem hochhitzebeständigen Material als wärmespeicherndes Medium verwendet werden, wodurch es möglich wird, die spezifische Oberfläche in Vergleich zu Rollsteinen zu vergrößern, die einen im wesentlichen gleichförmigen Durchmesser aufweisen , so j ί, daß die Wärmeaustauschfläche des Wärmeaustauschers erhöhtThe invention therefore has the task of creating a regenerative heat exchanger in which the broken or crushed pieces made of a highly heat-resistant material are used as a heat-storing medium, whereby it becomes possible to increase the specific surface area in comparison with rolling stones which essentially have one have uniform diameter, so j ί that the heat exchange area of the heat exchanger increases

, und gleichzeitig der Druckverlust in dem wärmeaustausohenden Medium vermindert wird, indem die Durchlässigkeit oder Porosität zwischen den Bestandteilen der !Füllmasse erhöht wird, wodurch die Betriebsdauer des Wärmeaustauschers mit derartigen Füllmassen aus einem Material, das eine bessere Widerstandsfähigkeit gegenüber der Erhitzung aufweist, länger ist, als wenn Rollsteine verwendet werden., and at the same time the pressure loss in the heat exchanger Medium is reduced by increasing the permeability or porosity between the constituents of the filling compound is increased, whereby the service life of the heat exchanger with such filling masses made of a material that is better Resistance to heat is longer than when pebbles are used.

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Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbe.ispieIs hervor, das in der Zeichnung dargestellt ist.Further advantages and details of the invention go below from the following description of an exemplary embodiment which is shown in the drawing.

Pig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Wärmeaustauschers im Schnitt, undPig. 1 shows a schematic representation of a heat exchanger on average, and

Pig. 2 ist eine schaubildliche Ansicht von Stücken des wärmespeichernden Mediums, die gemäß der Erfindung verwendet werden. Pig. 2 is a perspective view of pieces of the heat storage medium used according to the invention.

Der regenerative Wärmeaustauscher der Pig. 1 hat ein hohles zylindrisches Gehäuse 1, das an "beiden· Enden offen ist und dessen Längsachse beim Betrieb vertikal· steht. Feuerfestes Mauerwerk 2 ist an der Innenseite . des Gehäuses mit einer vorbestimmten Dicke vorgesehen* Ein Einlaßrohr 3 ist am Boden des Gehäuses, angesetzt und mit Hilfe eines Flansches^ 3a befestigt „und bildet den Einlaß für Dampf oder ein anderes Medium tiefer Temperatur, das erhitzt werden soll und in das Gehäuse 1 eingeführt wird. Ein Auslaßrohr 4 führt durch die Seitenwand des Gehäuses 1 im oberen Teil des Gehäuses hindurch und bildet den Auslaß für.'das Medium hoher Temperatur, das in dem Gehäuse.erhitzt worden ist.'Ein wärmespeicherndes Medium 5 bildet die Füllmasse, die in dem Gehäuse 1 vom Boden nach oben bis in die Gegend des Auslaßrohres 4 aufgehäuft ist. Der,Bodenteil der Füllmasse 5 ruht auf einer Platte 6, die mit einer Anzahl von Bohrungen 6a versehen ist und am Ende des Gehäuses 1 in der Nähe des Einlaßrohres 3 angeordnet ist. Eine Wärmequelle 7, z.B. ein Brenner oder dergl., istThe Pig's regenerative heat exchanger. 1 has a hollow cylindrical housing 1, which at "both ends is open and its longitudinal axis is vertical during operation stands. Refractory masonry 2 is on the inside. of the housing provided with a predetermined thickness * An inlet pipe 3 is attached to the bottom of the housing and fastened with the aid of a flange 3 a "and forms the inlet for steam or other low temperature medium to be heated and into the housing 1 is introduced. An outlet pipe 4 leads through the side wall of the housing 1 in the upper part of the housing through and forms the outlet for the medium higher Temperature that has been heated in the housing heat-storing medium 5 forms the filling compound, which is piled up in the housing 1 from the bottom up to the area of the outlet pipe 4. The, bottom part of the Filling compound 5 rests on a plate 6 which is provided with a number of bores 6a and at the end of the housing 1 is arranged in the vicinity of the inlet pipe 3. A heat source 7 such as a burner or the like is

oben am Ende des Gehäuses 1 vorgesehen und dient dazu, die Füllmasse 5 zu erhitzen, damit sie die Wärme speichern kann. provided at the top of the housing 1 and serves to to heat the filling compound 5 so that it can store the heat.

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Die wärmespeichernde Masse 5 innerhalb des Gehäuses 1 besteht aus einem hoohtemperaturfesten Material, z.B. Aluminiumerde, Zirkonerde oder feuerfesten Ziegel oder Keramiksteinen und ist auf eine vorgegebene Größe gebrochen oder zerkleinert, derart, daß unregelmäßige Formen naoh Pig. 2 entstehen. Sie kann z.B.auch aus Zirkonerdesand dadurch hergestellt werden, daß der Sand erst geschmolzen wird, um Verunreinigungen zu entfernen, daß dann aus dem geschmolzenen Material ein Gußblock hergestellt wird, und daß der Gußblock dann in Stücke gebrochen oder zerkleinert wird, die jeweils eine Größe haben, so daß sie ein Maschennetz mit einer Maschengröße von 10 bis 50 mm passieren können. Es sei darauf hingewiesen, daß. bei Verwendung eines gebrochenen Materials als wärmespeichernde Füllmasse 5 eine obere Grenze bezüglich der Größe der einzelnen Stücke des Materials be steht, weil ein Verlust bezüglich der Wärmeübertragung stattfinden würde, wenn die Größe der gebrochenen Stüeke des Materials größer als notwendig gewählt wird, und weil ferner die Größenverteilung des, gebrochenen Materials wegen des Druckverlustes des wärmeaustauschenden Mediums, welohes die Füllmasse durchsetzt, in bestimmten Grenzen gehalten werden muß.The heat accumulating mass 5 within the housing 1 consists of a high temperature resistant material, e.g. Aluminum earth, zircon earth or refractory bricks or ceramic stones and is to a predetermined size broken or crushed, so that irregular shapes naoh Pig. 2 arise. For example, you can also choose from Zirconia sand can be produced in that the sand is first melted in order to remove impurities, then an ingot from the melted material is made, and that the ingot is then broken or crushed into pieces, each one size so that they can pass a mesh network with a mesh size of 10 to 50 mm. It should be noted that. when using a broken material as a heat-storing filler compound 5, an upper limit with respect to the size of each piece of material is due to the loss of heat transfer would take place if the size of the broken pieces of material is chosen larger than necessary, and because also because of the size distribution of the broken material the pressure loss of the heat-exchanging medium, which penetrates the filling compound, within certain limits must be kept.

Die wesentliche Eigenschaft der gebrochenen Stücke des als Füllmasse verwendeten Materials besteht darin, daß sie eine größere spezifische Oberfläche pro Volumeneinheit aufweisen, als die Rollsteine mit einem gleichförmigen durohsohnittlichen Durchmesser, und daß, wenn die gebrochenen Stüeke aufgehäuft werden, sich ein höherer Prozentsatz der Luftdurchlässigkeit oder Porosität ergibt, und zwar im Vergleich zwisohen denThe essential property of the broken pieces of the material used as filler is that they have a larger specific surface area per unit volume, than the pebbles of uniform diameter, and that when the broken ones Pieces are piled up, there is a higher percentage of air permeability or porosity, namely in comparison between the

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gebrochenen Stücken und den Rollsteinen. Das Verhält nis der Lufträume oder der Porosität innerhalb der Füllmasse beträgt im Fall von Rollsteinen etwa 0,4, während bei Verwendung eines gebrochenen Materials gemäß der Erfindung sich Werte zwischen 0,45 und 0,5 ergeben:, so daß sich stabile Verhältnisse für den Wärmeaustauscher erzielen lassen.broken pieces and the boulders. The ratio of the air spaces or the porosity within the filling mass is about 0.4 in the case of rolling stones, while when using a broken material according to the invention values between 0.45 and 0.5 result : so that stable ratios for the Let heat exchangers achieve.

Bei dem. regenerativen Wärmeaustauscher gemäß der Erfindung kann , wenn das zu erhitzende Medium in das Gehäuse 1 durch die Einlaßröhre 3 eingeführt wird', wobei es durch die Öffnungen 6a der Stützplatte 6 hindurchströtat, dieses Medium durch die Luitzwäschenräume in der "Füllmasse des wärmeaustauschenden Mediums hindurchst reichen, während es durch die in dem Medium 5' auf ge speicherte Wärme erhitzt wird, und kann dann durch den. Auslaß 4 aus dem Gehäuse herausgeführt werden. Aufgabe der feuerfesten Ausmauerung 2 ist die gleiche , wie bei den üblichen regenerativen Wärmeaustauschern.In which. regenerative heat exchanger according to the invention can, when the medium to be heated is introduced into the housing 1 through the inlet pipe 3 ', wherein it streamed through the openings 6a of the support plate 6, this medium through the Luitz laundry rooms in the "fill mass of the heat-exchanging medium" passes through range, while it is stored by the in the medium 5 'on ge Heat is heated, and can then pass through the. Outlet 4 are led out of the housing. task the refractory lining 2 is the same as with the usual regenerative heat exchangers.

Der Vorgang des Wärmeaustausches zwischen den gebrochenen Materialstücken kann weit wirksamer und wirkungsvoller ausgeführt werden, als bei Verwendung von Rollsteinen als Füllmasse, weil die spezifische Oberfläche des gebrochenen Materials größer ist, als die von Rollsteinen : gleichmäßigen Durchmessers ,wodurch die Wärmeübertragung^··· fläche ebenfalls im Verhältnis größer wird und weil gleichzeitig die Durchlässigkeit ,der Füllmasse besser ist, als bei-Roirsteineni so daß der Druckverlust des wärmeaustauschenden Mediums in umgekehrtem Verhältnis kleiner The process of heat exchange between the broken pieces of material can be carried out far more effectively and effectively than when using pebbles as a filling compound, because the specific surface of the broken material is larger than that of pebbles : uniform diameter, whereby the heat transfer ^ ··· surface is also proportionally larger and because at the same time the permeability of the filling compound is better than that of Roirsteineni so that the pressure loss of the heat-exchanging medium is smaller in inverse proportion

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Außer den genannten Vorteilen besteht noch der weitere Vorteil, daß das Herstellungsverfahren für die Füllmasse vereinfacht wird, so daß sich die Kosten senken lassen. Außerdem kann die Widerstandsfähigkeit gegenüber Erhitzung verbessert werden, so daß sich eine längere Betriebsdauer ermöglichen läßt.In addition to the advantages mentioned, there is the further advantage that the manufacturing process for the filling compound is simplified so that the cost can be reduced. It can also be resistant to Heating can be improved, so that a longer operating time can be made possible.

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Claims (3)

U- - U- - . : 6194 Patentansprüche. : 6194 Claims Iy Regenerativer Wärmeaustauscher mit einer an "beiden . Enden offenen zylindrischen Hülle, die mit hitzebeständigem Putter ausgekleidet^ ist und an dem einen Ende einen Einlaß zum· Einführen des zu erhitzenden Mediums und in der Seitenwand einen Auslaß zur Abgabe des erhitzten Mediums aufweist und Einrichtungen zum Erhitzen eines wärmespeichernden Materials enthält, da d u r c h g e k e η η ζ e i c h η et , daß eine Vielzahl von zerkleinerten Stücken des wärmespeichernden Materials in der Hülle in Form einer wärmespeichernden Füllmasse aufgehäuft ist.Iy Regenerative Heat Exchanger with one on two. Ends open cylindrical shell covered with heat-resistant Putter is lined ^ and on one End of an inlet for the introduction of the to be heated Medium and in the side wall has an outlet for discharging the heated medium and means for Heating a heat-storing material contains, since d u r c h g e k e η η ζ e i c h η et that a Variety of shredded pieces of heat retentive Material in the envelope in the form of a heat-storing Filling compound is piled up. 2. Wärmeaustauscher nach Anspruch !,dadurch2. Heat exchanger according to claim!, Characterized g e kenn ζ e ic h η e t , daß das wärmespeichernde Material aus einem'hochfeuerfesten Material besteht, das axis der Gruppe" von Tonerde, Zirkonerde und feuerfesten Ziegelsteinen ausgewählt ist, die zu unregelmäßigen Formen gebrochen sind, um eine höhere spezifische Fläche zur Erhöhung des Wärmeaustausches zu erzielen und die. eine höhere Durchlässigkeit der Füllmasse ergeben, wodurch die Druckverluste für das Austauschmedium verringert werden. ·we know that the heat-storing Material consists of a highly refractory material, the axis of the group "of alumina, zirconia and refractory bricks is selected that lead to irregular Shapes are broken in order to achieve a higher specific area to increase the heat exchange and the. result in a higher permeability of the filling compound, whereby the pressure losses for the exchange medium be reduced. · 3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 2, da d-u.-r c h g e k e ηη ζ ei ο h η et , daß die gebrochenen Stücke des wärmespeichernden Materials Abmessungen in der Größenordnung von 10 bis 50 mm aufweisen.3. Heat exchanger according to claim 2, since d-u-r c h g e k e ηη ζ ei ο h η et that the broken pieces of the heat-storing material dimensions in the order of magnitude from 10 to 50 mm. 009837/1A1 9009837 / 1A1 9 LeerseiteBlank page
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