DE2105978A1

DE2105978A1 - Self-cleaning radiation recuperator made up of elements

Info

Publication number: DE2105978A1
Application number: DE19712105978
Authority: DE
Inventors: Attila Dr. Miskolc Biro (Ungarn). F28d 1-04 17M1 2006225 AT 12.02.70 Bez: Dampfkondensator. Anm: Kraftanlagen AG, 6900 Heidelberg; Adolf 6100 Darmstadt; Stansky Rolf 6051 Rembrücken Neumann
Original assignee: Koho es Gepipari Miniszterium
Current assignee: Koho es Gepipari Miniszterium
Priority date: 1970-02-09
Filing date: 1971-02-09
Publication date: 1971-08-19
Also published as: DE2105978B2; AT309652B

Description

Beschreibung zu der Patentanmeldung Selbstreiniender, aus Elementen bestehender Strahlungsrekuperator Die Erfindung betrifft einen Strahlungsrekuperator. Description of the patent application self-cleaning, made of elements Existing radiation recuperator The invention relates to a radiation recuperator.

Bei einem Teil der bekannten Strahlungsrekuperatoren werden die in der Längsachse des Rekuperators strömenden, wärmeabgebenden Gase von zwei konzentrisch angeordneten Rohren umhüllt. In some of the known radiation recuperators, the in the longitudinal axis of the recuperator flowing, heat-emitting gases of two concentric arranged tubes enveloped.

Das zu erwärmende Medium strömt zwischen den beiden Rohren. Eine solche Anlage wird dem gewUnschten Wärmebedarf und der Gasmenge entsprechend einzeln proäektiert. Ausser der SinzelproJektierung haben solche Anlagen den Nachteil, dass das wärmeaufnehmende Medium infolge seiner Strömungsrichtung eine grosse Strömungsgeschwindigkeit haben muss, um einen ausreichenden Wirkungsgrad zu gewährleisten. Dieser Umstand erfordert die Verjüngung des Strömungsprofiles. Es ist eine schwierige und kostspielige technische Auf.-gabe, die beiden Rohre grossen Durchmessers konzentrisch und so anzuordnen, dass der Spalt zwischen ihnen gering (z.B. 20 mm) bleibt; die unterschiedliche Temperatur und Wärmeausdehnung des Innen- und Aussenrohres stellt schwierige Aufgaben und lehrt zu Betriebsstörungen.The medium to be heated flows between the two pipes. Such The system is configured individually according to the desired heat demand and the amount of gas. Apart from the individual projecting, such systems have the disadvantage that the heat-absorbing Medium have a high flow velocity due to its flow direction must in order to ensure sufficient efficiency. This That circumstance requires the tapering of the flow profile. It's a difficult one as well expensive technical task, the two large diameter pipes concentric and to be arranged so that the gap between them remains small (e.g. 20 mm); the different temperature and thermal expansion of the inner and outer pipe difficult tasks and teaches about operational disruptions.

Bei anderen bekannten Strahlungsrekuperatoren versuchte man die oben aufgeführten Nachteile dadurch-zu vermeiden, dass man keine konzentrischen Rohre, sondern viele, am Zylindermantel untergebrachte Rohre kleinen Durchmessers verwendet, durch die das zu erwärmende Medium strömt. Other known radiation recuperators have tried the above listed disadvantages by avoiding the fact that one does not have concentric pipes, but many tubes of small diameter housed on the cylinder jacket are used, through which the medium to be heated flows.

Auch diese Wärmeaustauscher müssen einzeln projektiert werden. Ihr Nachteil ist weiterhin noch, dass sich die eine Seite der die strömenden, heissen Gase umgebenden Rohre erwärmt, sodass es zu Verschiebungen kommt, die zu vorzeitigem Verschleiss führen, wenn die Rohre gebogen sind. These heat exchangers must also be configured individually. you Another disadvantage is that one side is called the flowing Gases surrounding pipes are heated, so that it comes to displacements that lead to premature Wear when the pipes are bent.

Ein gemeinsamer Nachteil der bekannten Rekuperatoren ist es, dass der Querschnitt des Abgaskanals bei einem gegebenen Ofen von der Menge des entstehenden Rauchgases abhängt; die Wärmeaustauscher mUssen entsprechend den Abmessungen der Rekuperatorkammer (Kanal) oder der Menge und Temperatur des Abgases in Einzelfertigung hergestellt werden. Die Wärmeaustauschereinheiten sind nicht in beliebiger Richtung aneinander anzuschliessen, sodass auch die Bauform festgelegt ist. Beim Defekt eines Wärmeaustauscherrohres muss der Betrieb des Rekuperators eingestellt werden; der Wärmeaustauscher ist auseinanderzubauen. A common disadvantage of the known recuperators is that the cross-section of the exhaust duct for a given furnace depends on the amount of the resulting Flue gas depends; the heat exchangers must correspond to the dimensions of the Recuperator chamber (duct) or the amount and temperature of the exhaust gas in individual production getting produced. The heat exchanger units are not in any direction to connect to each other so that the design is also specified. If a heat exchanger pipe is defective, the recuperator must stop operating will; the heat exchanger must be dismantled.

Der durch die wärmeabgebenden Gase transportierte Staub sammelt sich an den Rohren an und setzt den Wirkungsgrad des Wärmedurchganges herab. Der Staub kann während des Betriebes nicht entfernt werden. The dust transported by the heat-emitting gases collects on the pipes and reduces the efficiency of the heat transfer. The dust cannot be removed during operation.

Zweck der Erfindung ist, einen Strahlungsrekuperator zu schaffen, welcher aus auf einem Gerüst montierten vorgefertigten Elementen in beliebiger Lage, Grösse, Form und Leistung zusammenzubauen ist, der die konvektive Wärmeübsrtragung auf der Seite des zu erwärmenden Mediums verbessert und die Bauzeit des Rekuperators wesentlich verkürzt. The purpose of the invention is to create a radiation recuperator, which consists of prefabricated elements mounted on a scaffold in any position, To assemble size, shape and power is what the convective heat transfer improved on the side of the medium to be heated and the construction time of the recuperator significantly shortened.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass das Wärmeaustauschersystem bzw. seine lärmeaustauscherflächen aus blockweise vorgefertigten Elementen zusammengebaut ist. Das zu erwärmende Medium wird in die Elemente - diese sind mit Hilfe bekannter Verfahren gasdicht aneinander gebaut - senkrecht auf die Wärmeaustauscherfläche eingeführt, wodurch sich die konvektive WärmeUbertragung erhöht. Die die wärmeabgebenden und wärmeaufnehmenden Gase trennende Wand der Wårmeaustauscherelemente ist ein aus Blech gestanztes Profil, welches während seiner Temperaturänderung auch seine Form verandert, wodurch sich die auf seiner Oberfläche anhaftenden Verunreinigungen beim Erreichen einer bestimmten Schichtdicke auflockern und abfallen. According to the invention, this object is achieved in that the heat exchanger system or its noise exchanger surfaces are assembled from prefabricated elements in blocks is. The medium to be heated is in the elements - these are known with the help Process built gas-tight together - perpendicular to the heat exchanger surface introduced, whereby the convective heat transfer increases. The heat emitting and heat-absorbing gases separating wall of the heat exchanger elements is an off Sheet metal stamped profile, which also changes its shape during its temperature change changed, whereby the impurities adhering to its surface when Loosen and fall off when a certain layer thickness is reached.

Gegenstand der Erfindung ist ein aus selbstreinigenden Elementen bestehender, in beliebiger Lage, Form und Grösse zusammenzubauender Strahlungsrekuperator, wobei kennzeichnend ist, dass er ein vorgefertigtes, zum Mediumtransport zweckentsprechend ausgebildetes, in beliebiger Form zusammenzubauendes Gerüst, am Gerüst durch bekannte Profile zu befestigende, an jeder Seite zusammenzubauende Wärmeaustauscherelemente, für die Wärmeaustauscherelemente einen Wärmeaustauscherraum, für das aufzuwärmende Medium eine Düse zur Einführung in den Wärmeaustauscherraum, eine vorteilhaft aus Metall bestehende Wärmeaustauschfläche, eine auf der äusseren Fläche der Wärmeaustauscherelemente angebrachte Wärmeisolierung und eine Uberleitung zur Abführung des erwärmten Mediums enthält. The invention relates to a self-cleaning element existing radiation recuperator that can be assembled in any position, shape and size, whereby it is characteristic that it is a prefabricated, appropriate for the medium transport trained scaffolding to be assembled in any shape, on the scaffolding by known ones Heat exchanger elements to be attached to profiles, to be assembled on each side, a heat exchanger space for the heat exchanger elements, for the one to be heated up Medium a nozzle for introduction into the heat exchanger space, an advantageous one Metal existing heat exchange surface, one on the outer surface of the heat exchange elements Attached thermal insulation and a transfer line for discharging the heated medium contains.

Der erfindungsgemässe Strahlungsrekuperator bildet also unter Verzicht auf die herkömmliche Wäreeaustauschkammer, mittels auf ein Gerüst montierter Wärmeaustauscherelemente ein geschlossenes, gasdichtes, aussen isoliertes Warmeaustauscher-System. The radiation recuperator according to the invention thus forms with abandonment on the conventional heat exchange chamber, by means of heat exchanger elements mounted on a frame a closed, gas-tight, externally insulated heat exchanger system.

Dieses ist aus vorgefertigten Elementen in beliebiger Lage, Form und Grösse schnell und mit niedrigen Kosten zusammenzubauen; die Oberfläche der Wärmeaustauscherelemente ist selbstreinigend. Solche Rekuperatoren können vorteilhaft bei Industrieöfen, z.B. bei Walzwerkstossöfen, zur Erwärmung der Verbrennungsluft, verwendet werden.This is made of prefabricated elements in any position, shape and To assemble size quickly and at low cost; the surface of the heat exchanger elements is self-cleaning. Such recuperators can be beneficial for industrial furnaces, E.g. in rolling mill pusher furnaces to heat the combustion air.

Vorteile des erfindungsgemässen Strahlungsrekuperators sind insbesondere: Die Wärmeaustauscherelemente können an allen Seiten durch herkömmliche Verfahren aneinander angeschlossen werden. Dadurch bilden sie ein geschlossenes, vorteilhaft gasdichtes System. Advantages of the radiation recuperator according to the invention are in particular: the Heat exchanger elements can be joined on all sides by conventional methods be connected. As a result, they form a closed, advantageously gas-tight one System.

Die Wärmeaustauscherelemente sind auf einem Gerüst beliebiger Form und Grösse angebaut. Somit ermöglichen sie die Ausbildung eines Systems, welches in beliebiger Lage (horizontal, vertikal, Schräglage) aufgestellt werden kann. Aus der beliebigen Lage der Wärmeaustauscherelemente ergibt sich, dass bei gleichem Volumen der Gegenstand der vorliegenden Erfindung über eine weitaus grössere Wärmeaustauscherfläche verfügt, als bekannte Strahlungsrekuperatoren. Das kalte Medium kann also senkrecht auf die Wärmeübertragungsfläche strömen. Dies führt schon allein zur Verbesserung des Wirkungsgrades. Somit ist die auf die Volumeneinheit bezogene Leistung des Systems wesentlich besser als bei den herkömmlichen Rekuperatoren; der Aufstellungsplatz kann maximal ausgenützt werden. The heat exchanger elements are on a frame of any shape and size grown. Thus they enable the formation of a system which can be set up in any position (horizontal, vertical, inclined position). the end the arbitrary position of the heat exchanger elements results in the same Volume the subject of the present invention over a much larger heat exchanger surface as known radiation recuperators. The cold medium can therefore be vertical flow onto the heat transfer surface. This alone leads to improvement the efficiency. Thus, the performance of the system is related to the volume unit much better than conventional recuperators; the installation site can be used to the maximum.

Die konventionelle bauliche Ausführung der Wandung der Wärmeaustauscherkammer unterbleibt, da das vorteilhaft gasdichte, aussen isolierte System dies erübrigt. Dieser Umstand hat eine erhebliche Minderung der Baukosten zur Folge. The conventional structural design of the wall of the heat exchanger chamber is omitted, as the advantageously gas-tight, externally insulated system makes this unnecessary. This fact results in a considerable reduction in construction costs.

Da aus den Elementen ein Rekuperator beliebiger Ausführung und Grösse zusammengestellt werden kann, können die Wärmeaustauscherelemente in Massenherstellung gefertigt, bei niedrigen Selbstkosten ab Lager geliefert und schnell montiert werden. As a recuperator of any design and size from the elements can be assembled, the heat exchanger elements can be mass-produced manufactured, delivered from stock at low cost and quickly assembled.

Beim Ausfall (Defektwerden) eines Elementes ist nur das betreffende Element aus dem Rekuperator auszubauen, die Wärmeaustauschereinheit braucht nicht auseinandergebaut zu werden. If an element fails (becomes defective), only the element concerned is Remove the element from the recuperator, the heat exchanger unit is not required to be dismantled.

Anhand des in der beigefügten Zeichnung dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. With reference to the preferred shown in the accompanying drawing Exemplary embodiment, the invention is explained in more detail.

Es zeigen: Fig. 1 die Konstruktion eines aus Elementen zusammengebauten Wärmeaustauschers; und Fig. 2 eine Seitenansicht des Wärmeaustauschers.They show: FIG. 1 the construction of an assembled from elements Heat exchanger; and Fig. 2 is a side view of the heat exchanger.

Gemäss Fig. 1 werden Wärmeaustauscherelemente 3 von einer, zu einem vorgefertigten Gerüst 1 gehörenden, aus gewalzten Trägern 2 gefertigten Konstruktion gestützt. Die Wärmeaustauscherelemente 3 sind am Gerüst 1 an vier Stellen durch Verbindungselemente 12 befestigt. Zum Transport des zu erwärmenden Mediums trurde als vorteilhafte Lösung das Gerüst 1 vorgesehen. Das zu erwärmende Medium strömt vom Gerüst 1 zu dem Wärmeaustauschelement 3. Die Rohre 4, die zur Einführung des kalten, zuerärmenden Mediums dienen, sind aus gewöhnlichem Stahl gefertigt und an die Düsen 5, die im Mittelpunkt der Wärmeaustauscherelemente 3 angeordnet sind, angeschlossen. Die Düse 5 beschleunigt das zu erwärmende Medium und bringt es auf die Wärmeaustauscherfläche 6. Das erwärmte Medium wird aus einem Wärmeaustauscherraum 7 seitlich in einen Sammelkanal 8 weitergeführt. Von dort strömt es durch einen oder mehrere Ausfffhrungsstutzen über eine Überleitung 9 in die Sammelleitung des Verbrauchers. Soll die Vorwärmtemperatur erhöht werden, so können mehrere Elemente derart in Reihe geschaltet werden, dass die Überleitung 9 des ersten Elementes mit der Düse 5 des zweiten Elementes verbunden ist, sodass sich die Temperatur des in dem ersten Element erwärmten Mediums in den weiteren Elementen immer mehr erhöht. According to Fig. 1, heat exchanger elements 3 are from one to one prefabricated frame 1 belonging, made of rolled beams 2 construction supported. The heat exchanger elements 3 are through on the frame 1 at four points Fasteners 12 attached. Trurde to transport the medium to be heated the framework 1 is provided as an advantageous solution. The medium to be heated flows from the framework 1 to the heat exchange element 3. The tubes 4, which are used for the introduction of the cold, medium to be heated, are made of ordinary steel and are on the nozzles 5, which are arranged in the center of the heat exchanger elements 3, connected. The nozzle 5 accelerates the medium to be heated and applies it the heat exchanger surface 6. The heated medium is extracted from a heat exchanger space 7 continued laterally into a collecting channel 8. From there it flows through you or several execution nozzles via a transfer line 9 into the collecting line of the Consumer. If the preheating temperature is to be increased, several elements can be connected in series be switched that the transition 9 of the first element with the nozzle 5 of the second element is connected, so that the temperature of the in the first element heated medium in the other elements increased more and more.

Das Wärmeaustauscherelement 3 besitzt auf seiner äusseren Fläche eine Isolierung 10, welche einen unerwünschten Wärmeverlust verhindert. Die Strahlungswand der Wärmeaustauscherseite gegenüber der Isolierung wird zweckmässigerweise aus 2 mm dickem, wärmebeständigem Cr-Ni-Stahl durch Stanzen gefertigt. Die Wärmeaustauscherfläche ist in Richtung des zur FtPhrung des wärmeabgebenden Mediums dienenden Raumes 11 vorteilhaft gewölbt und in Richtung des Wärmeaustauschraumes hohl. Die Wärmeaustauscherfläche hat die Form eines Pyramidenmantels, welcher sich zweckmässig nach aussen wölbt. Die vier Seiten des Pyramidenmantels ändern während des Betriebes infolge der Dilatation oder Verschiebung durch Erwärmung den Radius ihrer Wölbung. Durch Abkühlung nimmt der Radius der Wölbung zu, durch Erwärmung vermindert er sich. Durch die Formänderung der ringsrum eingespannten Wärmeaustauscherfläche werden die auf der Oberfläche anhaftenden Verunreinigungen entfernt. The heat exchanger element 3 has on its outer surface an insulation 10 which prevents undesired heat loss. The radiation wall the heat exchanger side opposite the insulation is expediently made from 2 mm thick, heat-resistant Cr-Ni steel made by punching. The heat exchanger surface is in the direction of the space 11 serving to guide the heat-emitting medium advantageously arched and hollow in the direction of the heat exchange space. The heat exchanger surface has the shape of a pyramid jacket, which expediently bulges outwards. The four sides of the pyramid shell change during operation as a result of the dilation or displacement by heating the radius of its curvature. By cooling it takes the radius of the curvature increases; it decreases when heated. By changing the shape the heat exchanger surface clamped all around are those on the surface adhering impurities removed.

Durch geeignete Wahl der Zahl der Wärmeaustauscherelemente 3 können im horizontalen oder im vertikalen Schnitt Wärmeaustauscher von beliebiger Grösse zusammengestellt werden, ohne diese einzeln projektieren zu mUssen. By suitable choice of the number of heat exchanger elements 3 can in horizontal or vertical section heat exchangers of any size can be put together without having to configure them individually.

Der Wärmeaustauscher wird nicht mit einer zusätzlichen Isolierung versehen, da sich die Isolierung auf der äusseren Fläche der Elemente gleichzeitig als Isolierung des Wärmeaustauschers eignet. The heat exchanger does not come with additional insulation provided, as the insulation is on the outer surface of the elements at the same time suitable as insulation of the heat exchanger.

Es erweist sich als zweckmässig, die Wårmeaustauschelemente 3 durch Zusammenschweissen am Umfang angeschweisster wärmebeständiger Platten 13 gasdicht aneinander zu schliessen. Die Überleitung 9 kann mit Hilfe der allgemeinen Isolierverfahren schon im vorgefertigten Zustand oder beim Zusammenbau isoliert werden. Die Wärmeaustauscherelemente sind in ihrem Aufbau in Bezug auf ihre eine Diagonale symmetrisch. Diese Diagonale geht durch den zur Ausführung des zu erwärmenden Mediums dienenden Rohrenanschluss hindurch. Der horizontale und vertikale Schnitt eines Wärmeaustauscherelementes ist demnach identisch. It proves to be useful, the heat exchange elements 3 through Welding together on the periphery of welded heat-resistant plates 13 in a gas-tight manner to join together. The transition 9 can be done using the general isolation method be isolated in the prefabricated state or during assembly. The heat exchanger elements are symmetrical in their structure with respect to their one diagonal. This diagonal goes through the pipe connection used for the execution of the medium to be heated through. The horizontal and vertical section of a heat exchanger element is therefore identical.

Fig. 2 zeigt die Seitenansicht des Wärmeaustauschers. Fig. 2 shows the side view of the heat exchanger.

Als Beispiel ist ein Strahlungsrekuperator vertikaler Anordnung dargestellt; er kann aber in Jeder beliebigen Lage aufgestellt werden. Die Seitenansicht zeigt vier WErmeaustauscherelemente, ihre Anzahl kann aber in horizontaler oder vertikaler Richtung beliebig grnss sein.A radiation recuperator with a vertical arrangement is shown as an example; but it can be set up in any position. The side view shows four heat exchanger elements, but their number can be horizontal or vertical Any direction.

In Fig. 2 sind das, das erwErmte Medium führende und die Anlage stützende Gerüst 1, die das kalte Medium einführenden Rohre 4, die wärmeaustauscherelemente 3 und die das erwärmte Medium durch-bzw. ausführenden Überführungen 9 zu sehen. Bei Annahme eines Wärmeaustauschers im Gegenstromprinzip strömt das wärmeabgebende Medium entlang der Längsachse des Wärmeaustauschers von unten nach oben. In Fig. 2 those are the heated medium leading and the plant supporting Frame 1, the pipes 4 introducing the cold medium, the heat exchanger elements 3 and the the heated medium through or. executing transfers 9 to see. Assuming a heat exchanger based on the countercurrent principle, this flows heat-emitting medium along the longitudinal axis of the heat exchanger from below to above.

PatentanspruchClaim

Claims

Self-cleaning claims, consisting of elements, in any Position, shape and size of the radiation recuperator to be assembled, thereby g e k e n n n z e i n e t that he has a ready-made, appropriate for the promotion a medium designed frame (1) that can be assembled in any shape, to be attached to the frame (1) by profiles (2) to be assembled on each side Wårmeaustauscherelemente (3) for the heat exchanger elements (3) a heat exchanger space (7), for the medium to be heated, a nozzle (5) for introduction into the heat exchanger space (7), a metal heat exchange surface (6), one on the outer one Surface of the heat exchanger elements (3) attached thermal insulation (10) and a Contains transfer line (9) for discharging the heated medium.