DE2007291A1 - Wärmeaustauscheranlage - Google Patents

Description

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KUREHA KAGAKU KOGYO KABUSHIKI KAISHA und MITSUBISHI JYUKOGYO KABUSHIKI KAISHA, Tokyo-To, Japan

Y/ärmeaustauscheranlage

Die Erfindung betrifft Wärmeaustauscheranlagen und bezieht sich insbesondere auf Verbesserung von Anlagen, die eine Anzahl von Wärmeaustauschern enthalten, wobei die Wärmeaustauscher paarweise mit Luftvorwärmern oder Winderhitzern über Verbindungsrohre verbunden sind und die Verbrennungsluft durch ein wärmespeicherndes Material in den Vorerhitzern vorerwärmt wird, das von den Abgasen erhitzt worden ist, die während des Brennvorgangs in den V/ärmeaustauschern erzeugt worden sind, wodurch sich eine gleichmäßige und wirksame sowie kontinuierliche Arbeitsweise der Wärmeaustauscher ergibt.

Bei einem regenerativen V/ärmeaustauscher sollte die Luft für die Verbrennung vorerwärmt werden, wenn ein Gas sehr hoher Temperatur von mehr als 2000 ⁰C erzeugt werden soll, Für diesen Zweck werden gewöhnlich Abgase der Heizquelle verwendet. Die Temperatur der Abgase nimmt jedoch nach dem Heizbeginn mit wachsender Zeit zu, und dies ist eine besondere Eigenschaft der regenerativen Wärmeaustauscher. Wenn der Heizvorgang nach einer bestimmten Zeit durch abwechselndes Umschalten wiederholt wird, dann schwanken die Temperaturen der Abgase in weiten Grenzen, und wenn

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man die Temperaturschwankungen in Abhängigkeit von der Zeit graphisch darstellt, dann hat die Kurve einen etwa sägezahnförmigen Verlauf. Wenn die Abgase mit diesen Temperaturschwankungen behaftet zur Vorerwärmung der Luft in den üblichen zylindrischen Öfen verwendet werden, dann treten verschiedene Nachteile auf, z.B. schwankt die Temperatur der Luft, die vorerhitzt werden soll, ebenfalls pulsierend, wodurch sich unter Umständen ungünstige Auswirkungen auf die Verbrennung des Brennstoffes ergeben, und der Temperaturwirkungsgrad sinkt ab.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die eben beschriebenen Schwierigkeiten zu vermeiden.

Gemäß der Erfindung ist die Anlage, die eine Anzahl von regenerativen Wärmeaustauschern aufweist, von denen jeder mit einer Heizvorrichtung ausgerüstet ist und die auch eine Anzahl von regenerativen Lufterhitzern sowie Rohrleitungen enthält, welche jeden einzelnen Luftvorerhitzer mit einem der Wärmeaustauschern verbindet, so ausgeführt, daß die Abgase, die in der Heizvorrichtung erzeugt werden und von den Wärmeaustauschern abgegeben werden, den Luftvorerhitzern zugeführt werden, die die durchgeleitete Luft erwärmen, wobei die auf diese V/eise vorerwärmte Luft dann den oben erwähnten Heizvorrichtungen im Kreislauf wieder zugeführt werden kann. Bei einer solchen Ausführung der Wärmeaustauscheranlage ist es möglich, daß sowohl die Verbrennungsluft als auch das zu erhitzende Medium durch das wärmespeichernde Material erhitzt werden, so daß die durch Temperaturänderungen auftretenden Nachteile vermieden und die Luft und das Medium auf gleichmäßigen Temperaturen gehalten werden, wodurch sich die Abgase der Heizvorrichtungen wirksam ausnützen lassen und wodurch der Vorgang des Wärmeaustausches mit einem guten thermischen Wirkungsgrad ausgeführt werden kann, so daß der Gesamtwirkungsgrad der ganzen Anlage •verbessert wird.

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Weitere Maßnahmen und Merkmale der Erfindung gehen aus der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles hervor, das in Verbindung mit den Zeichnungen näher beschrieben wird.

In der Zeichnung ist schematisch der Plan einer Wärmeaustauscheranlage gemäß der Erfindung dargestellt.

Die Wärmeaustauscheranlage der Erfindung enthält eine Anzahl von regenerativen Wärmeaustauschern und Luftvorerwärmern, die paarweise angeordnet sind und durch Verbindungsleitungen in Verbindung miteinander stehen.

Der regenerative Wärmeaustauscher 1 ist mit einem Brener 1a als Heizqzelle ausgerüstet und enthält eine wärmespeichernde Füllmasse 2 im Innern. An den Abgasauslaß 3 des Wärmeaustauschers ist ein Winderhitzer 4 angeschlossen und zwar mit einem Abgaseinlaß 5 über eine Rohrleitung 7, die ein Steuerventil 6 enthält. In diesem Fall dient der Abgasauslaß 3 des Wärmeaustauschers 1 auch als Einlaß für ein zu erhitzendes Medium niedrigerer Temperatur, z.B. Luft. Der Winderhitzer 4 enthält ebenfalls ein wärmespeicherndes Medium oder eine Füllmasse 8 wie der Wärmeaustauscher selbst. Ein Abgasauslaß 9 des Winderhitzers 4 führt zu einem Schornstein 10 über eine Rohrleitung 11. An einen weiteren Wärmeaustauscher 12 ist ein anderer Winderhitzer 15 an der Abgasauslaßseite 14 des ersteren über eine Rohrleitung 18 angeschlossen, die über ein Steuerventil 17 zum Abgaseinlaß 16 führt. Die Ausgangsleitungen für das in den Wärmeaustauschern erhitzte Medium hoher Temperatur sind durch eine Rohrleitung 24 miteinander verbunden, welche Steuerventile 22 und 23 enthält. Eine Ausgangsleitung 25 für das erhitzte Medium ist zwischen den beiden Steuerventilen angeschlossen.

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An einer vorbestimmten Stelle auf der Abgasauslaßseite 20 des Winderhitzers 15 ist eine Einlaßleitung 26 für Verbrennungsluft niedrigerer Temperatur vorgesehen. Der Luftkompressor 27 ist an diese Einlaßleitung 26 über eine Rohrleitung 29 angeschlossen, in der sich ein Steuerventil 28 befindet. Eine Abzweigleitung 34, in der ein Steuerventil 33 angeordnet ist, führt von der Rohrlei-• tung-29 zur Abgasauslaßseite 9 des. Winderhitzers 4 und bildet einen Nebeneinlaß 32 für Zuführung von Verbrennungsluft niedriger Temperatur zum Winderhitzer 4. An einer vorbestimmten Stelle an der Seite der Abgaseinlaßleitung 16 des Winderhitzers 15 ist ein Auslaß 30 für die erhitzte Verbrennungsluft hoher Temperatur vorgese-" hen, die mit dem Brenner 1a des Wärmeaustauschers 1 über eine Rohrleitung 31 in Verbindung steht. In ähnlicher Weise ist an der Seite der Abgaseinlaßleitung 5 des Winderhitzers 4 eine seitliche Auslaßleitung 30a für die erhitzte Verbrennungsluft hoher Temperatur vorgesehen, die mit dem Brenner 12a des Wärmeaustauschers 12 über eine. Rohrleitung 35 verbunden ist.

Die Rohrleitungen 36 und 37 sind mit Steuerventilen 38 und 39 ausgerüstet und dienen dazu, ein zu erhitzendes Medium an der Niedertemperaturseite 3 und 14 der Wärmeaustauscher 1 bzw. 12 zuzuführen. Die Rohrleitungen 40 und 41 enthalten Steuerventile 42 und 43 und dienen dazu, den Brennern 1a und 12a der Wärmeaustauscher 1 und 12 Brennstoff zuzuführen.

Die Wärmeaustauscheranlage der Erfindung arbeitet auf folgende Weise. Es sei angenommen, daß das wärmespeichernde Medium in dem Wärmeaustauscher 1 durch den Brenner 1a erhitzt wird, dem ein Brennstoff über die Rohrleitung 41 stetig zugeführt wird und daß die wärmespeichernde Füllmasse 13 in dem Wärmeaustauscher 12 Wärme abgibt, die ihr durch den Brenner 12a zugeführt worden ist. Bei diesem Arbeitsvorgang sind die Ventile 4j5, 6,

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28, 39 und 23 geöffnet und die Ventile 42, 33, 17, 33 und 22 geschlossen.

Das Abgas, welches bei dem Verbrennungsvorgang entsteht, wenn Verbrennungsluft dem Wärmeaustauscher 1 über die Rohrleitung 31 zugeführt wird, tritt in den Winderhitzer 4 über die Rohrleitung 7» durchsetzt das wärmespeichernde Medium 8 in dem Winderhitzer und bringt es auf eine vorbestimmte Temperatur und wird dann über den Schornstein 10 fortgeleitet.

Andererseits wird Luft, die in dai Winderhitzer 15 von dem Luftkompressor 27 über eine Rohrleitung 29 zugeführt wird, in der gleichen Weise erwärmt, wie das wärmespeichernde Material 8. Die Luft durchsetzt das wärmespeichernde Material 19, welches Wärme abgibt, wird dabei erwärmt und in den Brenner 1a durch die Rohrleitung 31 eingeführt. Selbst wenn die Temperatur des Abgases des Wärmeaustauschers 12 in einem weiten Bereich schwankt, wie es bei üblichen Wärmeaustauscheranlagen der Fall ist, kann eine konstante Temperatur der Verbrennungsluft, die dem Brenner 1a zugeführt wird, erreicht werden, da sie schon auf eine praktisch konstante Temperatur durch die Wirkung des wärmespeichernden Materials 19 erhitzt ist, welches derartige TemperaturSchwankungen ausgleicht, welches ferner die Wärme aufgenommen hat und bereit ist, sie abzugeben. Auf diese Weise kann der Wärmeaustauscher ein Abgas außerordentlich hoher Temperatur erzeugen.

Das zu erwärmende Medium wird in den Wärmeaustauscher 12 über eine Rohrleitung 37 eingeführt, durchsetzt das wärmespeichernde Medium 13, während es durch dieses erwärmt· wird und wird dann über die Rohrleitung 24 abgegeben. Da in diesem Fall das wärmespeichernde Medium 13 durch den Brenner 12a bereits erwärmt worden ist und Wärme gespeichert hat und daher Wärme abgeben kann, ist es möglich,

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das Medium auf eine praktisch konstante Temperatur in dem Wärmeaustauscher mit gutem thermischen Wirkungsgrad zu bringen.

Nach Ablauf einer gewissen Zeit werden die Ventile 43, 6, 28, 29 und 23 geschlossen und die Ventile 42, 33, 17, 38 und 22 geöffnet. Die wärmespeichernden Medien 2 und 8 sind bereit Wärme abzugeben, und das wärmespeichernde Medium 13 beginnt von dem Brenner 12a erzeugte Wärme aufzunehmen. Das wärmespeichernde Medium 19 wird daher durch die Wärme der Abgase des Wärmeaustauschers aufgeheizt, wodurch Wärme in diesem Medium gespeichert wird. Die Verbrennungsluft, die in den Winderhitzer 4 W eingeführt wird, wird durch die wärmespeichernde Füllmasse 8 vorerhitzt und zwar auf eine im wesentlichen konstante Temperatur und kann in den Brenner 12a eingeführt werden. Auch das zu erwärmende Medium wird in den Wärmeaustauscher 1 über die Rohrleitung 36 eingeführt, wird hier durch das v/ärmespeichernde Medium 2 auf eine praktisch konstante Temperatur erhitzt und über die Rohrleitung 25 herausgeführt.

Dadurch daß gemäß der Erfindung die Verbrennungsluft und das zu erhitzende Medium ein wärmespeicherndes Medium durchsetzen, wird es möglich, diese Medien so zu erhitzen, daß die Wirkung von Temperaturschwankungen ausgeglichen wird und die Temperaturen auf einem im wesentlichen konstanten Pegel gehalten werden. Die Abgase des Brenners werden nutzbar gemacht, so daß ein Wärmeaustausch mit hohem thermischen Wirkungsgrad durchgeführt werden kann. Der thermische Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers wird verbessert, und das erhitzte Medium kann stetig abgenommen werden.

Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung sind nur zwei regenerative Wärmeaustauscher und Winder-

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hitzer in der beschriebenen Anordnung vorgesehen. Es können jedoch auch mehr als zwei Einheiten dieser Apparaturen verwendet werden. Die in dem Ausführungsbeispiel vorgesehenen Brenner zur Erzeugung der hohen Temperaturen können auch durch andere Heizvorrichtungen ersetzt werden, die in der Lage sind, das wärmespeichernde Medium aufzuheizen und Wärme zuzuführen.

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Claims (1)

1. -8- 20072^1

   Patentanspruch

   Wärmeaustauscheranlage,
   gekennzeichnet durch die Kombination folgender Teile: eine Anzahl von regenerativen Wärmeaustauschern, die je ein wärmespeicherndes Medium enthalten und mit Einrichtungen versehen sind, die das wärmespeichernde Medium aufheizen, die ferner eine Anschlußleitung, durch die ein Medium niedriger Temperatur zugeführt wird, das erhitzt werden soll und durch die die Abgase der Heizvorrichtung abgeführt wer-. den sowie einen seitlichen Auslaß für ein erhitztes Me-™ diura hoher Temperatur enthalten; durch eine Anzahl von Winderhitzern, die je mit einem der Wärmeaustauscher verbunden und mit einem wärmespeichernden Medium versehen sind, das die von den zugeführten Abgasen abgegebene Wärme speichert, und die je einen Einlaß für das Abgas des zugehörigen Wärmeaustauschers, einen Einlaß für Verbrennungsluft sowie einen Auslaß für die vorerhitzte Verbrennungsluft enthalten; durch Rohrleitungen, welche die Einlasse und Auslässe der Wärmeaustauscher und Winderhitzer verbinden und durch Ventile, welche den Durchfluß der Abgase, der Verbrennungsluft und des in dem V/ärmeaustauscher zu erhitzenden Mediums steuern, } wobei die Winderhitzer von den Abgasen der Brenner erhitzt werden, die ihnen von den Wärmeaustauschern zugeführt werden und wobei die in den V/inderhitzern erhitzte Luft den Heizvorrichtungen durch Umschaltung der Steuerventile zugeführt wird.

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