-
Die
Erfindung betrifft einen Hitzeschutzkörper für eine Ofeninneriwand mit einer
Vorderseite, einer Rückseite
und die Vorderseite mit der Rückseite verbindenden
Randseiten sowie ein Schutzsystem für eine Kesselrohrwand mit wenigstens
einem von der Kesselrohrwand abstehenden Halteelement und wenigstens
einem durch das Halteelement gehaltenen Hitzeschutzkörper.
-
Mithilfe
derartiger Hitzeschutzkörper
werden üblicherweise
die Innenwände
von Öfen
ausgekleidet, um diese von materialschädigender Überhitzung zu schützen. Dabei
weisen die meist plattenförmig ausgebildeten
Hitzeschutzkörper
an ihrer der Ofenwand zugewandten Rückseite eine Ausnehmung in Form
einer Bohrung oder Nut auf, in die ein an der Ofenwand befestigtes
Halteelement eingreift, wodurch die Hitzeschutzkörper an der Ofenwand verankert
werden. Zur Herstellung einer vollflächig wärmeleitenden Verbindung zwischen
den Hitzeschutzkörpern
und der Ofenwand sind diese an ihrer Rückseite mit einem wärmeleitenden
Füllmaterial,
z.B. Mörtel, bestrichen,
wobei auch die Ausnehmung, in die das Halteelement eingreift, vollständig mit
Mörtel
gefüllt ist.
Alternativ kann dieser Hohlraum auch beispielsweise mit Beton vergossen
werden.
-
In
der
US 5,243,801 ist
ein kachelförmiger Hitzeschutzkörper zur
feuerfesten Auskleidung eines Ofens, insbesondere zur Verkleidung
eines Wärmetauschers, beschrieben.
Zum Zwecke der Aufnahme eines T-förmigen Halteelementes weist
der Körper
in seiner der Kesselrohrwand zugewandten Rückseite eine zu einer Randseite
offene Nut auf, wobei die Nut in ihrer Längsrichtung zwei Abschnitte
umfasst, nämlich
einen randseitigen Abschnitt mit rechteckigem Querschnitt sowie
einen sich längs
daran anschließenden
zweiten Abschnitt mit T-förmigen
Querschnitt. Vorteilhaft an dieser Konstruktion ist, dass sie ein
einfaches Einsetzen des Halteelementes erlaubt. Dabei wird zunächst die
Hitzeschutzkachel auf das T-förmige
Halteelement aufgesetzt, so dass dieses in den randseitigen Nutabschnitt
mit rechteckigem Querschnitt eingreift. Anschließend wird die Hitzeschutzkachel
relativ zu dem Halteelement bis zu dem durch das innere Nutende
definierten Anschlag verschoben, wobei das Haltelement in den T-förmigen Nutabschnitt
eingreift und die Kachel fest an der Kesselrohrwand fixiert. Vor
der Montage wird die Kachel an ihrer Rückseite mit einem wärmeleitenden
Mörtel bestrichen.
Dabei ist zusätzlich
auch das von der Nut eingeschlossene Volumen zur Erzeugung einer
möglichst
großflächigen Wärmebrücke vollständig mit Mörtel gefüllt.
-
Dabei
ergibt sich regelmäßig das
Problem, dass der in der Nut befindliche Mörtel leicht aus dem nach oben
offenen Nutabschnitt mit rechteckigem Querschnitt herausfallen kann,
wodurch sich zwischen der Hitzeschutzkachel und der Kesselrohrwand
Lufteinschlüsse
bilden, die zu einer ungleichmäßigen Wärmeabfuhr
und damit zu punktuellen Überhitzungen
des keramischen Materials der Kachel führen.
-
Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Hitzeschutzkörper anzugeben,
der eine einfache Montage an einer auszukleidenden Ofeninnenwand
erlaubt und der so konstruiert ist, dass ein unbeabsichtigtes Austreten
des Füllmaterials
wirksam verhindert wird.
-
Die
Aufgabe wird mit einem Hitzeschutzkörper für ein Schutzsystem für eine Ofeninnenwand
mit einer Vorderseite, einer Rückseite
und die Vorderseite mit der Rückseite
verbindenden Randseiten gelöst,
- – wobei
der Hitzeschutzkörper
in seiner Rückseite wenigstens
eine Nut zur Aufnahme eines Halteelementes aufweist,
- – wobei
die Nut ein erstes zu einer Randseite offenes stirnseitiges Ende
und ein zweites im Inneren der Rückseite
liegendes stirnseitiges Ende aufweist und
- – wobei
die Nut einen sich von der Rückseite
in Richtung der Vorderseite erweiternden Querschnitt aufweist.
-
Der
erfindungsgemäße Hitzeschutzkörper weist
eine Nut mit sich in Richtung der Vorderseite erweiterndem Querschnitt
auf. Diese Nut dient der Aufnahme eines mit der Kesselrohrwand verbundenen Halteelementes,
welches seinerseits derart geformt sein sollte, dass es sich der
Form des Nutenquerschitts entsprechend in Richtung seines vorstehenden
Endes erweitert, so dass eine spielfreie Verbindung zwischen dem
Hitzeschutzkörper
und der Kesselrohrwand entsteht. Die Nut weist ein erstes zu einer
Randseite offenes stirnseitiges Ende und ein zweites im Inneren
der Rückseite
liegendes stirnseitiges Ende auf. Im Sinne der Erfindung ist hierunter zu
verstehen, dass das zweite Ende der Nut zu einem der Randseiten
des Hitzeschutzkörpers
beliebig beabstandet angeordnet ist, so dass es einen Anschlag für das einzusetzende
Halteelement bilden kann.
-
Zum
Zwecke der Montage des Hitzeschutzkörpers wird dieser im Gegensatz
zum vorstehend beschriebenen Stand der Technik über die an der einen Randseite
offene Stirnseite der Nut auf das freie Ende des Halteelementes
bis an den durch das andere Ende der Nut definierten Anschlag aufgeschoben,
wobei das mit der Wand verbundene Ende des Halteelementes entlang
der Öffnungsfläche der
Nut geführt
wird.
-
Der
besondere Vorteil der erfindungsgemäß gewählten Form des Nutquerschnitts
besteht darin, dass die zur Rückseite
des Hitzeschutzkörpers
offene Fläche
der Nut sehr schmal, praktisch schlitzförmig, ausgebildet sein kann,
so dass das in der Nut befindliche wärmeleitende Füllmaterial,
vorzugsweise Mörtel
oder Beton, praktisch keine Möglichkeit
hat, rückseitig
aus der Nut herauszufallen bzw. -zufließen. Das Halteelement seinerseits
ist durch den Hitzeschutzkörper
vollständig
vom Rauchgas des Ofens geschützt.
-
Vorzugsweise
ist der Hitzeschutzkörper
plattenförmig
ausgebildet. Diese Formgebung ermöglicht eine definierte, großflächige Vorder-
und Rückseite, die
durch schmal ausgebildete Randseiten miteinander verbunden sind.
Dies gewährleistet
einen effektiven Hitzeschutz der Ofenwand und eine lange Lebensdauer
der Hitzeschutzkörper.
Bei entsprechender Formgebung der Vorder- bzw. Rückseite, beispielsweise bei
rechteckig oder quadratisch ausgebildeten Hitzeschutzkörpern, lassen
auch ausgedehnte Ofenwände
großflächig durch
eine Vielzahl von Hitzeschutzkörpern
auskleiden.
-
Der
Querschnitt der in der Rückseite
des Hitzeschutzkörpers
vorgesehenen, sich in Richtung der Vorderseite erweiternden Nut
kann auf verschiedene Weise ausgeführt sein. So ist es einerseits
möglich, dass
sich der Nutquerschnitt von der Rückseite in Richtung der Vorderseite
stufenweise erweitert. Hierbei könnte
die Nut beispielsweise einen T-förmigen Querschnitt
aufweisen. Ebenso ist es möglich,
dass der Nutquerschnitt sich von der Rückseite in Richtung der Vorderseite
stetig erweitert, wobei in diesem Falle ein trapez- oder schwalbenschwanzförmiger Querschnitt
bevorzugt wird.
-
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
dass der Nutquerschnitt sich in Längsrichtung der Nut von der
Randseite nach innen verjüngt.
Dies hat insbesondere produktionstechnische Vorteile, da in diesem
Falle ein während
der Produktion des Hitzeschutzkörpers
in das Ausgangsmaterial eingebrachter Kern leichter aus dem fertig
hergestellten Hitzeschutzkörper
wieder entfernt werden kann. Ferner erleichtert diese Formgebung
auch das Einführen
des Halteelementes in die Nut, da dieses an der offenen Stirnseite
der Nut noch relativ viel Spiel hat und im Verlauf des Aufschiebens
des Hitzeschutzkörpers
auf das Halteelement allmählich
seine definierte Position in der Nut annimmt.
-
Um
eine große
Hitzebeständigkeit
und lange Lebensdauer des Hitzeschutzkörpers zu gewährleisten,
ist es zweckmäßig, diesen
aus einem keramischen Material, vorzugsweise aus Siliciumcarbid,
zu fertigen.
-
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist wenigstens
eine Randseite eine im wesentlichen parallel zur Vorderseite verlaufende
Stufe auf. Beim Einbau der Hitzeschutzkörper an der Ofenwand können somit
aneinanderstoßende Randseiten
benachbarter Hitzeschutzkörper über ihre
gestuften Seiten ineinandergreifen, wozu diese Randseiten entsprechend
entgegengesetzt zueinander abgestuft sein müssen. Dadurch wird einerseits eine
präzise
Platzierung der Hitzeschutzkörper
an der Ofenwand erleichtert. Zudem wird somit ein direkter Durchtritt
von Rauchgasen des Ofens zur abgeschirmten Ofenwand wirksam verhindert.
-
Dient
der Hitzeschutzkörper
nicht nur einer hitzebeständigen
Auskleidung einer Ofeninnenwand, sondern darüber hinaus auch der Wärmeabfuhr
in einen Wärmetauscher,
wie beispielsweise im Falle eines Kesselrohrwand, so ist ein möglichst
optimaler Wärmeübergang
vom Hitzeschutzkörper
in die rückseitige
Wand anzustreben. Dazu sollte der Hitzeschutzkörper an der Wand möglichst
dicht anliegen bzw. ein ggf. vorhandener Spalt zwischen dem Hitzeschutzkörper und
der Wand möglichst
schmal ausgeführt
sein. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Rückseite
an die Außenkontur
der Ofenwand angepasst ist.
-
Der
Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, ein Schutzsystem
für eine
Kesselrohrwand vorzusehen, welches einfach zu installieren ist und einen
wirksamen Schutz der Kesselrohrwand bei gleichzeitig größtmöglicher
Wärmeabfuhr
in die Kesselrohrwand ermöglicht.
-
Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem
Schutzsystem für
eine Kesselrohrwand mit wenigstens einem von der Kesselrohrwand
abstehenden Halteelement und wenigstens einem durch das Halteelement
gehaltenen Hitzeschutzkörper
nach einem der Ansprüche
1 bis 8 gelöst,
wobei das Halteelement ein zum Querschnitt der Nut korrespondierendes
freies Ende aufweist.
-
Wie
bereits vorstehend erwähnt,
ist insbesondere dann ein effektiver Wärmeübergang vom Ofeninneren in
die Kesselrohrwand möglich,
wenn der Hitzeschutzkörper
möglichst
spalt- und spielfrei an der Kesselrohrwand anliegt. Dabei kommt
es entscheidend auf die Abstimmung der Geometrien des Nutquerschnittes
und des Halteelementes an. Erfindungsgemäß weist das Halteelement ein
zum Querschnitt der Nut korrespondierendes freies Ende auf. Dies
bedeutet konkret, dass beispielsweise im Falle einer als T-Nut ausgebildeten
Nut das Halteelement entsprechend als T-Anker ausgebildet.
-
Das
Halteelement ist bevorzugt an Rohrflossen angebracht, die zwischen
den Rohren der Kesselrohrwand angeordnet sind. Insbesondere ist
die Längsachse
des Halteelements senkrecht zur Oberfläche der Kesselrohrwand, insbesondere
der Rohrflosse, angeordnet.
-
Die
Vorteile der Erfindung werden bei Schutzsystemen erreicht, die nur
einen Hitzeschutzkörper
aufweisen. In der Regel wird eine Kesselrohrwand jedoch durch eine
Wand von übereinander
und nebeneinander angeordneten Hitzeschutzkörpern geschützt. Hier werden die erfindungsgemäßen Vorteile
besonders dann erzielt, wenn alle Hitzeschutzkörper des Schutzsystems nach
dem erfindungsgemäßen Prinzip
an der Kesselrohrwand befestigt werden. Die Hitzeschutzkörper können direkt,
ohne wesentlichen Spalt auf- und nebeneinander gesetzt sein. Sie
können
aber auch mit Spalt gesetzt sein. Der Spalt zwischen den Hitzeschutzkörpern und
der Spalt zwischen jedem Hitzeschutzkörper und der Kesselrohrwand
sind dabei zur Optimierung des Wärmeübergangs
und zur Verbesserung des Schutzes vor Rauchgas sinnvollerweise mit
einem Füllmaterial,
insbesondere Mörtel
und Dehnfugenmaterial, gefüllt.
-
Im
folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel
darstellenden Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1:
ein Schutzsystem für
eine Kesselrohrwand, bei dem Kesselrohrwand teilweise mit Hitzeschutzkörpern ausgekleidet
ist in perspektivischer Ansicht,
-
2:
ein vergrößerter Ausschnitt
aus 1 entsprechend der Linie II aus 1,
-
3 einen
Hitzeschutzkörper
des Schutzsystems aus 1 in persepktivischer Ansicht
der Rückseite
des Körpers,
-
4 die
Rückseite
des Hitzeschutzkörpers des
Schutzsystems aus 1 in Aufsicht,
-
5 eine
seitliche Schnittansicht des Hitzeschutzkörpers des Schutzsystems aus 1 entlang der
Linie V-V aus 3,
-
6 eine
um 90° gedrehte
seitliche Schnittansicht des Hitzeschutzkörpers des Schutzsystems aus 1 entlang
der Linie IV-IV aus 3.
-
Das
Schutzsystem der 1 umfasst eine Kesselrohrwand 1,
welche ofenseitig mit Hitzeschutzkörpern 5 ausgekleidet
ist, wobei die Kesselrohrwand 1 im vorliegenden Fall aus
Gründen
der Übersichtlichkeit
nur teilweise mit Hitzeschutzkörpern 5 ausgekleidet
ist. Die Kesselrohrwand 1 selbst besteht aus parallelen
Rohren 2 und die Rohre paarweise stegartig verbindenden
Rohrflossen 3. Die Hitzeschutzkörper 5 sind jeweils über auf
die Rohrflossen 3 aufgeschweißte T-förmige Halteelemente 4 an der
Kesselrohrwand 1 befestigt, wie unten im Detail noch erläutert wird.
-
Jeder
Hitzeschutzkörper 5 ist
als quaderförmige
Platte ausgebildet und umfasst eine Vorderseite 7, eine
der Vorderseite 7 gegenüber
liegende Rückseite 8 sowie
die Vorderseite 7 mit der Rückseite 8 verbindende,
senkrecht zu diesen stehende Randseiten 11, 12, 13, 14.
Ebenso sind weitere Geometrien möglich,
so z.B. regelmäßige Sechsecke,
durch welche die Wand wabenartig ausgekleidet werden kann. Der Hitzeschutzkörper 5 besteht
zumindest an seiner den Rauchgasen des Ofens zugewandten Vorderseite 7 aus
einem hitzebeständigen
keramischen Material, vorzugsweise Siliciumcarbid. In seiner Rückseite 8 weist
der Hitzeschutzkörper 5 eine Nut 6 zur
Aufnahme des Halteelementes 4 auf, wobei die Nut 6 ein
erstes zu der Randseite 14 offenes stirnseitiges Ende 6a und
ein zweites im Inneren der Rückseite 8 liegendes
stirnseitiges Ende 6b umfasst. Weiterhin weist die Nut 6 einen
sich in Richtung der Vorderseite 7 erweiternden Querschnitt
auf. Vorliegend ist sie T-förmig
ausgebildet, so dass ein optimaler Sitz des T-förmigen Halteelements 4 in
der Nut 6 gewährleistet
ist. Ebensogut kann die Nut auch einen sich in Richtung der Vorderseite
stetig erweiternden Querschnitt, beispielsweise in Form eines Trapez, aufweisen,
wobei in diesem Fall das Halteelement eine entsprechende Form aufweist.
-
Die
Rückseite 8 des
Hitzeschutzkörpers 5 ist, wie
in 3 dargestellt, an die Form der Kesselrohrwand 1 angepasst.
Sie weist somit für
die Rohre 2 halbzylinderförmige Bereiche 9 sowie
eine dazwischen liegende ebene Fläche 10 auf, die im
befestigten Zustand des Hitzeschutzkörpers 5 der zwischen den
Rohren 2 angeordneten Rohrflosse 3 gegenüberliegt.
-
Zum
Zwecke der Montage des Hitzeschutzkörpers 5 an der Kesselrohrwand 1 wird
das T-förmige
Halteelement 4 über
das offene Ende 6a der Nut 6 in diese eingeführt und
im Anschluss daran der Hitzeschutzkörper 5 soweit relativ
zu dem ortsfesten Halteelement 4 verschoben, bis dieses
an dem im Inneren der Rückseite 7 liegenden
stirnseitige Ende 6b der Nut 6 anschlägt. Das
Einführen
des Halteelementes 4 in die Nut 6 wird auch dadurch
erleichtert, dass der Nutquerschnitt sich in Längsrichtung der Nut 6 von
dem offenen Ende 6a in Richtung des inneren Endes 6b verjüngt. Vorliegend
ist dies derart realisiert, dass die die Längsseiten der Querstrebe 4a (s. 2)
des T-förmigen
Halteelementes 4 begrenzenden Nutinnenflächen 6c schräg zueinander
verlaufen (s. 5). Beim Einführen in
die Nut 6 hat das Halteelement 4 somit an der
offenen Stirnseite 6a der Nut 6 noch relativ viel
Spiel, wobei es im Verlauf des Aufschiebens des Hitzeschutzkörpers 5 allmählich eine definierte
Position in der Nut 6 quer zu deren Verlauf annimmt.
-
Zur
Optimierung des Wärmeübergangs
in die Kesselrohrwand und zur Verbesserung des Schutzes der Kesselrohrwand 1 vor
Rauchgasen sind die engen Spalte zwischen den einzelnen Hitzeschutzkörpern 5 und
der Kesselrohrwand 1 sowie die Spalte zwischen den einzelnen
Hitzeschutzkörpern 5 mit
einem Füllmaterial,
insbesondere mit Mörtel,
Beton und/oder Dehnfugenmaterial, gefüllt. Ebenso ist das von der
Nut 6 eingeschlossene Volumen in jedem Hitzeschutzkörper 5 vollständig mit
dem Füllmaterial
gefüllt,
wobei die Mörtelschicht
in den 1 und 2 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt
ist. Der besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Hitzeschutzkörper 5 besteht
hierbei darin, dass aufgrund der sehr kleinen, praktisch schlitzförmigen, Öffnungsfläche der
Nut 6 der in der Nut 6 befindliche Mörtel praktisch
keine Möglichkeit
hat, rückseitig
aus der Nut herauszufallen, wobei sich Lufteinschlüsse bilden
würden,
die ihrerseits zu einer lokalen Überhitzung
des Materials führen
würden.
Auch durch das randseitige offene Ende 6a der Nut 6 kann das
Füllmaterial
nur schwer austreten.