DE273258C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- M 273258 KLASSE 18«. GRUPPE

WALTHER MATHESIUS in CHARLOTTENBURG.

Wärmeaustauschapparat. Patentiert im Deutschen Reiche vom 2. August 1911 ab.

Den Gegenstand des vorliegenden Patentes bildet ein Wärmeaustauschapparat, um in nutzbringender Weise die Hitze von Abgasen u. dgl. zu verwerten, und hat der Apparat insonderheit die Aufgabe, diese Gewinnung der Abhitze bei Bewältigung großer Gasmassen rationell durchzuführen. Im eisenhüttenmännischen Betrieb, insbesondere beim Betrieb von Cowperapparaten,

^: ergeben sich außerordentlich große Quantitäten

ίο von Abgasen, die mit einer Temperatur von etwa 500° in den Schornstein entweichen.

Zur Ausnutzung dieser Hitze ist mehrfach· vorgeschlagen worden, zwischen die Cowperapparate und den Schornsteinen eiserne Wärmeaustauschapparate einzuschalten, zu dem Zweck, unter Ausnutzung der Abhitze den für die Hochöfen bestimmten Gebläsewind vorzuwärmen, ehe derselbe zur weiteren Erwärmung den Cowperapparaten zugeführt wird. Die Konstruktion derartiger Wärmeaustauschapparate verlangt nun zunächst die Ausbildung einer möglichst großen Heizfläche, beispielsweise pro Hochofen von mittlerer Größe eine nutzbare Heizfläche von 1200 bis 1800 qm: Bei der Schaffung dieser großen Heizfläche müssen aber zwei Aufgaben erfüllt werden, ohne welche der Apparat nicht rationell arbeiten kann:

1. muß der Einbau derjenigen Flächen, an denen der Wärmeaustausch geschieht, derartig sein, daß der ganze Wärmeaustauschapparat dem strömenden Abgas einen möglichst geringen Widerstand entgegensetzt;

2. muß die Apparatur derart angeordnet sein, daß eine kontinuierliche Befreiung der mit den Abgasen in Berührung kommenden Heizflächen vom Flugstaub vorgenommen werden kann.

Der den Gegenstand des vorliegenden Patentes bildende Apparat löst diese beiden Aufgaben in einer der Praxis entsprechenden Weise. Will man strömenden Gasen in ökonomischer Weise durch Austausch an Heizflächen Wärme entziehen oder zuführen, so ist in Hinblick auf die geringe Wärmeleitungsfähigkeit der Gase notwendig, eine möglichst weit getriebene Unterteilung der Gasströme stattfinden zu lassen. Am zweckmäßigsten erfolgt diese Unterteilung, indem man die Gase durch Bündel von schmiedeeisernen Röhren hindurchgehen läßt. Von dieser Maßnahme geht der Erfindungsgegenstand aus, und zwar insbesondere davon, den zu erwärmenden Gebläsewind durch Rohrbündel zu schicken, welche von den Abgasen, deren Wärme verwertet werden soll, umspült sind. Ordnet man nun beispielsweise die Rohre in geradlinigen Reihen hintereinander an, so wird eine ökonomische Ausnutzung der Heizfläche nicht erzielt, da jedes Rohr der folgenden Reihe durch das davorstehende der Einwirkung des Abgasstromes zum größten Teil entzogen wird. Dieses läßt sich vermeiden, wenn man die Rohre derart anordnet, daß das Rohr jeder folgenden Reihe in der Lücke zwischen zwei Rohren der vorhergehenden Reihe steht. In diesem Falle ist die doppelte Anzahl der Rolire dem direkten Anprall der heißen Abgase ausgesetzt. Aber durch die an jeder Rohrreihe eintretende Ablenkung der Abgase aus der Gesamtströmungsrichtung, bei der die Gase fast um 90 ° in ihrer Richtung geändert werden, entsteht ein derartig großer Strömungswiderstand, daß eine Anwendung dieser Anordnung nur geschehen kann, wenn durch Einschaltung von Ventilatoren oder

dergleichen. Hilfsmittel für einen reichlichen Ersatz der vernichteten Strömungsenergie gesorgt wird. Dazu kommt noch, daß während bei geradliniger Anordnung der Rohrreihen die Möglichkeit der Einführung eines zum Abkratzen des Flugstaubes dienenden Instrumentes möglich ist, bei der versetzten Anordnung der Rohre diese Möglichkeit nicht gegeben ist, wenigstens solange man nicht die Lücke zwischen den Rohrreihen so groß wählt, daß eine ökonomische Ausbildung der einzelnen Heizelemente nicht möglich ist.

Der Erfinder umgeht nun die angedeuteten Schwierigkeiten dadurch, daß er die einzelnen Rohre derartig gegeneinander versetzt, daß schräge Rohrreihen entstehen, die in einem zur Strömungsrichtung der Abgase spitzen Winkel verlaufen. Diese Anordnung gestattet einerseits eine gute Ausnutzung der in den Abgasen enthaltenen Wärmeenergie, ohne Herbeiführung eines nennenswerten Strömungswiderstandes, und ferner die Anordnung eines relativ einfachen Instrumentes, um kontinuierlich den Flugstaub von den Rohren zu entfernen.

In den Zeichnungen ist eine Ausführungsform eines derartigen Wärmeaustauschapparates in den Einzelheiten dargestellt, und zwar stellt Fig. ι einen Längsschnitt durch den Apparat in der Linie G-H (Fig. 3) in Richtung der Bewegung der Abgase dar, Fig. 2 einen Vertikalschnitt im Sinne der Linien A _s B, C, D, E der Fig. i, Fig. 3 einen Horizontalschnitt in der Linie J-K der Fig. 1 und Fig. 4 einen Horizontalschnitt durch den Apparat in der Höhe der horizontalen Platten, in denen die Wärmeaustauschrohre eingewalzt sind. Die Zeichnungen Fig. 5 bis 7 zeigen Details für die Anordnung des Kratzapparates. Der Wärmeaustauschapparat selbst besteht im wesentlichen aus Bündein von Rohren a, welche in der Weise angeordnet sind, wie dieses aus Fig. 4 und 5 zu ersehen ist, also in Reihen, welche im spitzen Winkel zu der Strömungsrichtung der Abgase stehen. Die Rohrbündel, welche die Heizfläche bilden, sind angeordnet zwischen eisernen Köpfen b, die ebene Bodenplatten c besitzen, in denen die einzelnen schmiedeeisernen Heizrohre in üblicher Weise durch Einwalzung befestigt sind. Die Abgase werden bei d zugeführt, durchstreichen die zwei Abteilungen des Apparates und werden bei β nach Abgabe ihrer Wärme abgeführt. Der Kaltwind wird bei f zugeführt und verläßt, nachdem er das Rohrsystem passiert und die Wärme aufgenommen hat, den Apparat bei g, bewegt sich also im Gegenstrom zu den Abgasen. Der von den Abgasen mitgeführte Flugstaub setzt sich nun an den Rohren α und, soweit er von den Rohren α abfällt oder abgekratzt wird, auf den Bodenplatten c fest. Von hier aus wird er der Erfindung gemäß mittels Kettentriebes kontinuierlich entfernt.

Die Anordnung dieser Kettentriebe ist aus Fig. 4 zu ersehen. Zwischen den einzelnen Rohrreihen befinden sich Ketten h, die bei der dargestellten Ausführungsform durch die ganze Breite des Wärmeaustauschapparates hindurchgehen und an der einen Seite durch eine von einem Elektromotor i vermittels entsprechenden Vorgeleges betriebene Welle k in kontinuierlicher Bewegung gehalten werden.. Der Flugstaub wird durch diese Kette dauernd den Zwischenräumen /, die sich seitlich der Köpfe b der Rohrbündel α befinden, zugeführt und fällt in Staubkammern m. Die endlosen Ketten empfangen ihre Bewegung durch Kettenräder n, die auf der Welle k sitzen, und ihre Umkehr wird durch sorgfältig gelagerte Kettenrollen 0 bewirkt. Die Ketten h werden durch die trennenden Zwischenwände mit Hilfe eingemauerter, eng an- ' schließender, schmiedeeiserner Rohre p hindurchgeführt. Diese Rohre sind am besten an beiden Enden trichterförmig erweitert. Das gesamte Rohrsystem des Wärmeaustauschapparates wird von Mauerwerk umschlossen und ist innerhalb dieses Mauerwerkes an schmiedeeisernen Trägern zur Aufhängung gebracht, die gleichzeitig das Deckengewölbe tragen. Diese hängende Anordnung empfiehlt sich, um eine Inanspruchnahme der schmiedeeisernen Rohre auf Biegung zu verhüten und um gleichzeitig ihnen bei der Erwärmung des Apparates die ungehinderte Ausdehnung zu ermöglichen. Der Ummauerungsraum ist durch schmiedeeiserne Abdeckplatten q in zwei Teile geteilt, in deren unterem das Rohrsystem untergebracht ist, und deren oberer zur Anordnung des später zu beschreibenden Antriebes für die vertikal arbeitenden Flugstaubkratzer benutzt wird. Die Abdeckplatten q ruhen am besten auf den Flanschen der Köpfe b. In der oberhalb der Abdeckplatten befindlichen Kammer befindet sich, wie angedeutet, der Antriebsmechanismus für die Hin- und Herbewegung durch einen am besten außerhalb des Wärmeaustauschapparates angeordneten Elektromotors r, dessen elektrische Schaltung so gewählt sein kann, daß er automatisch stillgesetzt und zur Umkehr seiner Bewegung veranlaßt wird, sobald die Kratzerrahmen jeweilig an dem einen oder anderen Endpunkt ihrer Bahn angelangt sind. Die Abkratzvorrichtung für den an den Rohren sich ansetzenden Flugstaub besteht aus einer Rahmeneinrichtung, die sich innerhalb je eines Rohrbündels auf und nieder bewegt, wobei die Einrichtung aus Rücksicht auf den Kraftverbrauch am besten so geschaffen ist, daß je zwei Kratzerrahmen an einer Kette hängen und sich auf diese Weise gegenseitig ausbalancieren. Die Kratzerrahmen s bestehen, wie in Fig. 5 dargestellt ist, aus je zwei kräftigen U-Eisen t, die durch I-Eisen u und Stahlgußwinkel υ zu einem starren Rahmen verbunden sind. In der gleichen

Profilgröße wie die I-Eisen u sind weiter T-Eisen u¹ zwischen die beiden U-Eisen t eingelegt, und zwar derart, daß sich zwischen je zwei Reihen der Rohre α ein solches I-Eisen u¹ befindet. Die I-Eisen u¹ sind mit den U-Eisen t nicht starr verbunden, sondern werden in ihrer Lage durch die U-Eisen einerseits und durch die Rohrreihen andererseits gesichert. Diese I-Eisen tragen die die Rohre umfassenden

to Kratzer w, wie dieses in Fig. 6 und 7 gesondert dargestellt ist. Auf den I-Eisen u¹ befinden sich, durch Verschraubung befestigt, ausgestanzte Zwischenlager x. Die Rohrkratzer w selbst sind zweiteilig und bestehen aus einem ringförmigen Kragen w¹ mit zwei Knaggen w². Dieser Ring w¹ trägt Stege w^z, welche an ihrem unteren Ende den eigentlichen Kratzer w tragen. Die Kratzer werden nun auf die I-Eisen derart aufgelegt, daß die Knaggen w² in die Ausstanzungen der Zwischenlager χ eingelegt werden, während von oben her in geeigneter Weise durch Bügel, Schrauben o. dgl. ein umgekehrtes I-Eisen y gegen die Knaggen w² gelegt wird, um ein Herausheben der Kratzer nach oben hin aus den Zwischenlagern χ zu verhindern. Die beiden Kratzerhälften w sind so an dem Ringe befestigt, daß sie das Rohr unter federndem Druck umfassen. Dieses kann auch noch dadurch befördert werden, daß die Knaggen w² des Ringes w nach unten hin keilförmig verjüngt und eventuell an der Unterkante etwas abgerundet sind, so daß der leichte Druck der umgekehrten T-Eisen y, der von unten wirkt, ein Anpressen der Kratzer w an die Rohre a bewirkt. Zu diesem Zwecke empfiehlt es sich, die Ringe w¹ derartig um die Rohre zu legen, daß sie an den beiden Seiten, wo die Knaggen sitzen, das Rohr etwas enger umschließen als an den beiden 90 ° dazu liegenden Teilen. Dadurch, daß die Ringe w¹ die Rohre α dort mit etwas größerem Spiel umgeben, ist die Möglichkeit des Andrückens der Kratzer w gefördert. Die Kratzerrahmen s hängen an Ketten z, die in geeigneter Weise durch den Motor r in alternierende Bewegung gesetzt werden, derart, daß die Rahmen sich innerhalb der Rohrbündel kontinuierlich auf und ab bewegen und so vermittels der Kratzer w die Rohrwandungen dauernd frei von Flugstaub halten. Die beschriebene Konstruktion der Kratzer und der Kratzerrahmen ist derartig ausgebildet, daß der Einbau derselben in die fertig montierten Wärmeaustauschapparate erfolgen kann, und daß auch jede etwa notwendige Auswechselung der einzelnen Teile ohne Schwierigkeit ermöglicht ist.

Claims (4)

Pat ent-Ansprüche:

1. Wärmeaustauschapparat, bestehend aus Bündeln schmiedeeiserner Rohre, die zwischen den ebenen Endplatten eiserner Köpfe eingewalzt sind, und deren Gruppierung in einer die möglichst vollkommene Ausnutzung der Heizfläche erzielenden Weise bei gleichzeitig geringstem Strömungswiderstand für die auszunutzenden Abgase unter Wahrung der Möglichkeit einer Anbringung von selbsttätigen Kratzvorrichtungen erfolgt ist, gekennzeichnet durch eine Anordnung der Rohre in Reihen, deren Richtung mit der Strömungsrichtung der Abgase einen spitzen Winkel bildet.

2. Bei Wärmeaustauschapparaten nach Anspruch 1 die Anbringung von aus einem äußeren festen Viereck bestehenden, in bekannter Weise sich gegenseitig ausbalancierenden Kratzerrahmen, dadurch gekennzeichnet, daß die innerhalb des festen äußeren Vierecks ' angebrachten Kratzerträger verschiebbar angeordnet sind.

3. Bei dem Wärmeaustauschapparat nach Anspruch 1 und 2 die Anbringung.von zweiteiligen Kratzern, die mit Hilfe seitlicher Knaggen frei hängend zwischen den Kratzerträgern angeordnet sind und durch diese Aufhängung und ihr eigenes Gewicht während der Bewegung der Kratzerrahmen einen elastischen Druck auf die Wände der Rohre ausüben.

4. Bei einem Wärmeaustauschapparat nach Anspruch 1, 2 und 3 die Anbringung von Kettentrieben, die von den ebenen Platten der unteren Köpfe des Wärmeaustauschapparates den durch die Kratzer abgeschabten Flugstaub entfernen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen.