DE2050172A1

DE2050172A1 - Warmeaustauschanordnung

Info

Publication number: DE2050172A1
Application number: DE19702050172
Authority: DE
Inventors: Carlisle Olner Houston. Tex Byrdjun (V St A )
Original assignee: Carborundum Co
Current assignee: Unifrax 1 LLC
Priority date: 1969-10-15
Filing date: 1970-10-13
Publication date: 1971-04-22
Also published as: US3630503A; GB1272692A; NL7015080A

Description

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Wärmeaustauschanordnung

Sie Erfindung betrifft eine Wärmeaustauschanordnung zum Erwärmen und Abkühlen von Gasen. Durch die Anordnung werden abwechselnd heiße und kalte Gase geleitet. Sie Wärme wird von den heißen Gasen auf die Austauschanordnung übertragen, die die Wärme wieder auf die kalten Gase überträgt. Für eine solche Art der Wärmeaustauschanordnung gibt es viele Terwendungs- f möglichkeiten. Beispielsweise arbeitet man in der Herstellung von Sauerstoff oder festem Kohlendstoffdioxid mit Wärmeaustauschern bzw. Regeneratoren zum Ausfrieren von Feuchtigkeit. Ein anderer Anwendungsbereich für Wärmeaustauscher liegt in der Rückgewinnung von Wärme aus Verfahrens- oder Verbrennungsgas en; dabei wird diese Wärme ausgenutzt, um Brennluft vorzuwärmen. Anwendung finden solche Regeneratoren auch im Cracken von Kohlenwasserstoffen zur Herstellung von Olefinen und Azetylen.

Es gibt die vielfältigsten Konstruktionen für Wärmeaustauschanordnungen. Sie Erfindung ist mit einer Verbesserung in den Λ Wärmeaustauschanordnungen befaßt, die aus einer Anzahl gekehlter Ziegel gebildet sind - die sogenannten Hasehe-Ziegel. Diese nach ihrem Erfinder benannten Ziegel sind in ihrem Aufbau den aus der US-Patentschrift 2 622 864 bekannten ähnlich. Gelegentlich lockert sich nach einer bestimmten Benutzungdauer eine Wärmeaustauschanordnung, die durch eine Anzahl dieser Ziegel gebildet ist, bis zu einem solchen Punkt, daß die Ziegel herausfallen. Das scheint die Folge einer Verlagerung bzw. des

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sogenannten "Krieehens" der Ziegel zu sein, die bzw. das vonstattengeht, wenn sich die Anordnung ausdehnt und zusammenzieht, jedesmal wenn eine Erwärmung und Abkühlung erfolgt.

Erfindungsgemäß ist eine Verbund-Wärmeaustauschanordnung vorgesehen, bestehend aus einer Anzahl von Ziegeln, die gestapelt und derart miteinander verbunden sind, daß ein "Kriechen" verhindert wird, gleichzeitig aber auch in den einzelnen Kacheln keine Spannungen erzeugt werden, die zu deren Brechen führen könnten. Sie erfindungsgemäße Lösung wird ohne Verwendung einer fc Feder-Nut-Verbindung erreicht. Bas ist wichtig, weil es ganz entscheidend ist, daß der Ziegel so flach wie möglich hergestellt wird und parallele gegenüberliegende Seiten hat. Gelegentlich ist es erforderlich, die Seiten flachzuarbeiten, beispielsweise durch Schleifen, und daß wäre unmöglich, wenn sich von den Seiten des Ziegels Federn wegerstrecken würden. Sa diese Ziegel ferner aus keramischen Hassen hergestellt werden, haben sie auch die Sprödigkeit dieser Massen. Es müßte deshalb auch eine sehr lästige Sorgfalt aufgewendet werden, wenn Ziegel transportiert werden, die mit solchen Federn versehen sind, da diese Federn abbrechgefährdet sind. Außerdem ließen sich die Ziegel dann nicht Seite auf Seite stapeln, ohne daß Spannungen auftreten, die häufig zu Brüchen führen.

Sie Erfindung ist im nachfolgenden an Hand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung sind:

Fig. 1 ein Schaubild einer Wärmevaustauscheranordnung mit Ziegeln in erfindungsgemäßer Ausbildung und

Fig. 2 ein Schaubild von vier dieser Ziegel in der übereinanderliegenden Anordnung, die sie innerhalb der Wärmeaustauschanordnung einnehmen.

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Gemäß Fig. 1 besteht eine Wärmeaustauschanordnung gemäß der Erfindung aus einem Gehäuse 3, das aus einem beliebigen geeigneten Werkstoff bestehen kann. Das Gehäuse ist mit einem Gaseinlaß 5 und mit einem gegenüberliegenden Gasauslaß (nicht dargestellt) versehen, und es hat vorzugsweise eine isolierende feuerfeste Auskleidung. Innerhalb des Gehäuses 3 befinden sich eine Anzahl rechteckiger, geschichteter feuerfester-Ziegel 11. .

Wie am besten aus Fig. 2 zu sehen ist, haben diese Ziegel jeweils gleiche ebene vordere und hintere Bänder 15 nnd gleiche λ ebene Seitenränder 17 sowie im wesentlichen parallele gegenüberliegende Seiten oben und unten. Sie Seiten weisen jeweils eine Anzahl von Erhöhungen 23 auf, die durch im wesentlichen halbrunde Nuten 25 voneinander getrennt sind; die Hüten verlaufen im wesentlichen gerade und im wesentlichen parallel zueinander und erstrecken sich über den Ziegel hinweg zwischen den Händern 15. Sie Hüten 25 in einer Seite sind gegenüber den Nuten in der dgegenüberliegenden Seite versetzt. An den Seitenrändern des jeweiligen Ziegels endet die Oberseite des Ziegels in schmalen Erhöhungen 27, die nur halb so breit wie die Erhöhungen 23 zwischen den Hüten 25 sind, während die Unterseite in viertelkreisförmigen Hüten 29 endet.

In der Wärmeaustauschanordnung sind diese Ziegel 11 Kante an Kante und Seite an Seite im Gehäuse 3 gelegt, um flache, parallele, übereinanderliegende Schichten zu bilden, wobei die Nuten in den Seiten des jeweiligen Ziegels in der einen Schicht mit den Nuten in den angrenzenden Seiten der damit in Berührung stehenden Ziegel der darüber und darunter befindlichen Schicht in einer Flucht liegen, um Fließwege durch die Anordnung zu bilden. Sie Ziegel in der jeweiligen Schicht können in ihrer Größe, von der der angrenzenden Schichten abweichen,

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so daß die Übergänge zwischen den Ziegeln in angrenzenden Schichten unterbrochen sind. Wenn zwei Ziegel 11 Seite an Seite gelegt werden, passen die beiden schmalen Erhöhungen 27 zusammen, um eine geteilte Erhöhung der gleichen Sreite zu bilden, die die Erhöhungen 23 haben, und ebenso fügen sich die viertelkreisförmigen Nuten 29 zusammen, um eine vertikal geteilte, im wesentlichen halbrunde Hut gleicher Größe wie die ITuten 25 zu bilden.

Die Sperrmittel, die vorgesehen sind, um die übereinanderliegenden Ziegel an einer Relativbewegung parallel zu deren Ober- und Unterseite zu hindern und damit ein "Kriechen" der Ziegel unter dem Einfluß abwechselnder Erwärmung und Abkühlung zu verhindern, bestehen aus einer Vielmahl von Haltern, die in Aufnahmen gesteckt werden, welche in den Erhöhungen 23 vorgesehen sind. Beim Fressen der Ziegel 11 in die vorgesehene Form werden eine Vielzahl von Aufnahmen 55 in die jeweilige Erhöhung geformt, und zwar in festgelegten Abständen von den Enden des Ziegels. Die übereinanderliegenden Erhöhungen haben also zusammenpassende Aufnahmen, und einige davon können Halter aufnehmen, während die Ziegel verlegt werden, um die verschiedenen Lagen miteinander zu verriegeln.

Die Aufnahmen 33 und natürlich auch die in sie einsusetzenden Halter können die verschiedensten Formen haben. Vorzugsweise sind, wie das in der Zeichnung dargestellt ist, die Aufnahmen jeweils im wesentlichen halbkugelförmig, und bei den in Fig. 2 gezeigten Haltern handelt es sich um Kugeln, die einen etwas kleineren Durchmesser als die Aufnahmen haben. Die Halter passen also lose ein, und es ist vorgesehen, die Größe der Aufnahmen und/oder der Halter zu ändern, je nach der thermischen Ausdehnung. Es versteht sich in diesem Zusammenhang natürlich, daß die Aufnahmen und die Halter auf Wunsch auch in anderen Formen vorgesehen sein können. Beispielsweise können die Aufnahmen zylindrisch

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s ein ρ und die dazu passenden Halter haben die Form kleiner Zylinder.

Vorzugsweise sind die erfindungsgemäß vorgesehenen Halter aus einer Keramikmasse hergestellt, die der der Ziegel gleicht₀ lot allgemeinen ist also eine feuerfeste Hasse mit hohem Aluminlumoxid-gehalt gut geeignet. Es können jedoch auch andere Werkstoffe verwendet werden, beispielsweise andere Keramikmassen oder ein wärmebeständiges Metall. Wie bereits erwähnt, müssen Vorkehrungen getroffen sein, um die Änderungen in den Größen aufzunehmen, die die Folge der Wärmeausdehnung des Ziegels und der " Halter sind, indem die Halter entsprechend dimensioniert werden. Indem sie aus demselben Keramikmaterial hergestellt werden, wird diese Schwierigkeit weitgehend ausgeschaltet. Die Halter können mit Hilfe jedes geeigneten Herstellungsverfahrens in die gewünschte Größe und Form gebracht werden. Abgesehen vom Spiel für die Wärmeausdehnung kann sich ein gewisses zusätzliches Spiel zwischen den Haltern und den Aufnahmen als vorteilhaft erweisen, um die geringe Verlagerung der Ziegel zu ermöglichen, ohne daß in dem einzelnen Ziegel unmäßige Spannungen erzeugt werden«

Bei der Herstellung einer erfindungsgemäßen Wärmeaustauschanord- J nung wird zunächst eine erste Lage Ziegel verlegt. Bann werden Halter in eine gewünschte Anzahl von Aufnahmen in den Ziegeln gesetzt, die bereite verlegt worden sind. Hit dem Verlegen weiterer Lagen Ziegel werden Halter in die entsprechenden Aufnahmen gesetzt, ehe die nächste Lage verlegt werden, bis ein Ziegelstapel der gewünschten Höhe erreicht ist. Dabei braucht nicht in jeder Aufnahme ein Halter vorgesehen zu sein. Im allgemeinen reichen zwei bis drei Halter zwischen jeweils zwei übereinanderliegenden Ziegeln. Sie Halter unterstützen die Ausrichtung der

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Ziegel bei einer Verlegung, so daß die aufeinander zu gericht teten Buten Durchgang bilden. Bisher war es im allgemeinen üblich₉ RiehtstÄbe in die Buten einer Lage einzulegen, um eine ordnungsgemäße Anordnung der nächsten Lage zu erreichen. Bei der Herstellung der erflndungsgeaaSen Anordnung übernehmen die Halter allein diese Funktion.

Pat entanspreche

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Claims

Patentansprüche

Wärmeaustauschanordnung, bestehend aus einem Gehäuse mit einer Anzahl geschichteter feuerfester Ziegel, die jveils zwei im wesentlichen parallele, rechteckige, einander gegenüberliegende Seiten aufweisen, welche durch eine Anzahl von Erhöhungen gebildet sind, die durch Nuten voneinander getrennt sind, wobei die Buten im wesentlichen gerade sind, im wesentlichen parallel zueinander liegen und sich ganz über den Ziegel erstrecken und die Nuten auf' einer Seite gegenüber den Hüten an der anderen Seite versetzt sind, wobei die Ziegel in dem Gehäuse Kante an Kante und Seite an Seite zur Bildung flacher, paralleler, übereinanderliegender Lagen angeordnet sind, bei "

denen die Übergänge zwischen den Ziegeln in aufeinanderliegenden Lagen unterbrochen sind und die Hüten in den Seiten des jeweiligen Ziegels in einer Flucht mit den Buten in den angrenzenden Seiten der damit in Berührung stehenden Ziegel darüber und darunter lieg^a, derart, daS Durchgänge durch die Anordnung gebildet werden, gekenaz eichet durch Sperrmittel (35»3.5)» die übereinanderliegende Ziegel (11) an einer Helativbewegung parallel zu den Seiten hindern.

2. Wärmeaustauschanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrmittel (33»35) durch Aufnahmen (33) ia den Erhöhungen (23) und durch Halter (33) gebildet sind, die in die Λ Aufnahmen (53) eingreifen.

3. Wärmeaustauschanord&ung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halter (35) und*die Aufnahmen (33) gekrümmte Oberflächen haben.

4. Wärmeaustauschanordnung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Halter (35) und die Aufnahmen (33) kugelförmig sind.

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5. Wärmeaustauschanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Halter und die Aufnahmen zylindrisch sind.

6. Wärmeaustauschanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Halter (35) "and. die Aufnahmen (33) aus demselben Material "bestehen.

7· Wärmeaustauschanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Aufnahme (33) in jeweils einem Ziegel in einer Flucht mit einer Aufnahme (33) ^^η einem daruberliegenden Ziegel liegt und innerhalb der in einer Flucht liegenden Aufnahmen (33»33) ein Halter (35) eingefaßtist.

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