-
nRekuperatorelement zum Bau von Rekuperatoren unterschied-
-
lichster Querschnittsformen" Die Erfindung richtet sich auf ein Rekuperatorelement
zum Bau von Rekuperatoren unterschiedlichster Querschnittsformen aus zwei an ihren
Begrenzungskanten dicht miteinander verbundenen Blechpreßteilen mit unterschiedlich
gestalteten, verschiedene Winkelstellungen benachbarter Rekuperatorelemente erlaubenden
Stirnseiten, mit und ohne zusätzlicher feuerfester Verkleidung, sowie eine Vorrichtung
zur Herstellung der Rekuperatorelemente.
-
Bei bekannten Rekuperatoren dieser Art (DT-OS 20 57 495) ist das Rekuperatorelement
mit zwei verschiedenen Gestaltungen der Stirnflächen versehen. So ist eine Stirnfläche
konvex und die andere Stirnfläche dieser Konvexität angepaßt konkav ausgebildet.
Beim Zusammenbau eines Rekuperators mit den bekannten Elementen kann dieser daher
beispielsweise im Grundriß als Fünfeck, Achteck oder Sechzehneck ausgerührt werden,
wobei die jeweiligen Stirnseiten der Rekuperatorelemente durch die bekannte
Ausbildung
aneinander anliegen können, so daß eine sehr kompakte Bauweise möglich ist. Diese
bekannten Rekuperatorelemente können schon einen großen Teil der Forderungen erfüllen,
die an derartige Bauelemente gestellt werden. Als nachteilig hat sich Jedoch erwiesen,
daß die Rekuperatorelemente an ihren Stirnseiten nicht direkt miteinander verbindbar
sind, so daß beim Aufbau des Rekuperators zusätzliche Hilfsmittel nötig sind.
-
Aufgabe der Erfindung ist, bei Beibehaltung der Vorteile des Standes
der Technik, ein Rekuperatorelement mit konstruktiv- und fertigungstechnisch einfachen
stirnseitigen Verbindungselementen zu schaffen, die insbesondere beim Bau des Rekuperators
Zugkräfte aufnehmen können und eine Aufrechterhaltung der stirnseitigen Verbindung
der Elemente untereinander sicherstellen.
-
Bei einem Rekuperator der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe
gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß eine Stirnseite den korrespondierenden stirnseitigen
Bereich des Nachbarelementes hintergreifend ausgebildet ist.
-
Durch diese Ausgestaltung des Rekuperatorelementes wird erreicht,
daß der Aufbau eines Rekuperators wesentlich vereinfacht wird, da beispielsweise
die einzelnen Elemente 80 miteinander verbunden werden können, das zusätzliche Montagehilfsmittel
überflüssig sind.
-
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß eine Stirnseite als
den korrespondierenden stirnseitigen Bereich des Nachbarelementes beidseitig hintergreifendes
Klemmteil ausgebildet ist. Zusätzlich kann vorgesehen sein, daß eine Stirnseite
als in der Gebrauchslage vom Klemmteil des Nachbarelementes hintergriffener rohrförmiger
Körper ausgebildet ist. Diese Ausgestaltungen ermöglichen in besonders vorteilhafter
Weise die Herstellung der Rekuperatorelemente in Pressen durch Anformung entsprechender
bogenförmiger Stege am stirnseitigen Bereich, die beim Zusammenbau entweder zu einem
rohrförmigen Körper verschweißt oder als Klemmteile gestaltet werden können.
-
Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin, daß der rohrförmige
Körper mit dem Innenraum des Rekuperatorelementes in Verbindung steht. Durch diese
erfindungsgemäße Ausgestaltung des Rekuperatoreanentes wird erreicht, daß die Kupplungsstelle
zwischen zwei benachbarten Elementen ebenfalls von dem zu erwärmenden Medium durchströmt
wird, so daß die Kupplungsstelle gegenüber der restlichen Rekuperatorelemente die
praktisch gleiche Temperatur aufweist. Damit werden Spannungsunterschiede durch
unterschiedliche Erwärmung der einzelnen Teile von vornherein vermieden, was insbesondere
bei der Verkleidung der Elemente mit keramischen Werkstoffen nützlich ist.
-
Zur Anbringung einer feuerfesten Verkleidung, insbesondere die Anbringung
von feuerfesten Steinen ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das Rekuperatorelement
mit entsprechenden Halterungen versehen ist, insbesondere mit Haken, die von Ansätzen
der feuerfesten Steine hintergriffen werden können. Diese Ausbildung des Rekuperatorelementes
ermöglicht einen schnellen und kostengünstigen Aufbau, nicht nur der Rekuperatorelemente,
sondern auch deren Verkleidung.
-
Als besonders vorteilhaft sieht die Erfindung zusätzlich vor, daß
die den Stirnseiten zugeordneten Steine der feuerfesten Verkleidung des Rekuperatorelementes
als Jeweils die Endsteine des Nachbarelementes über- bzw. untergreifende, die Verdrehung
der Elemente ermöglichende Steine ausgebildet sind. Dadurch wird erreicht, daß nur
eine begrenzte Zahl von Formsteinen bzw. Anschlußsteinen bereitgehalten werden müssen,
um Jeweils mit dem gleichen Rekuperatorelement Rekuperat oren unterschiedlicher
Querschnittsformen erstellen zu können, da die stirnseitige Verdrehbarkeit der Elemente
durch die erfindungsgemäße Gestaltung der zugeordneten Endsteine der feuerfesten
Verkleidung die gleiche Vextellmöglichkeit erlauben.
-
Rekuperatoren werden nicht nur in unterschiedlichen Querschnittsgestaltungen
ausgeführt, sondern auch mit Elementare unterschiedlicher Führung des durchströmenden
Mediums
und unterschiedlicher Durchsatzkapazität. Eine Veränderung der Durchsatzkapazität
läßt sich gemäß der Erfindung durch die Veränderung der Prägetiefe der Blechpreßteile
erreichen, aus denen Jedes Element hergestellt ist. Erfindungsgemäß ist daher bei
einer Vorrichtung zur Herstellung dieser Blechpreßteile vorgesehen, daß die Prägetiefe
der Rinnen und der Randbereiche des Blechpreßteiles durch Veränderung der entsprechenden
Stempelelemente verstellbar ist, was sich in zweckmäßiger Weise erfindungsgemäß
dadurch erreichen läßt, daß die Tiefe und/ oder Höhe der Stege an dem Preßwerkzeug
über eine hydraulische und/oder mechanische Vorrichtung veränderbar ist.
-
Die spezielle erfindungsgemäße Gestaltung des Rekuperatorelementes
bedingt, daß es in Rekuperatoren Anwendung finden kann, die unterschiedlichste Bauweise
aufweisen. Dabei ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Elementes nicht auf eine
bestimmte Art der Wärmeübertragung beschränkt.
-
So ist erfindungsgemäß die kombinatorische Verwendung von Elementen
mit feuerfester Verkleidung zum Aufbau des Strahlungsraumes und die Verwendung von
baugleichen Elementen ohne feuerfeste Verkleidung zum Aufbau des nachgeschalteten
Konvektionsraumes eines Rekuperators vorgesehen.
-
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, daß die erfindungsgemäßen Elemente
in paralleler und/oder sternföniger
Anordnung im Konvektionsraum
eines Rekuperators Verwendung finden.
-
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise
näher erläutert. Diese zeigt in Fig. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Rekuperatorelementes
mit teilweise angedeuteter, feuerfester Verkleidung, Fig. 2 einen Schnitt gemäß
Linie II-II in Fig. 1 mit feurfester Verkleidung, Fig. 3 einen Schnitt gemäß Linie
III-III in Fig. 1 mit feuerfester Verkleidung und teilweise angedeutetem Nachbarelement,
Fig. 4 die vergrößerte Darstellung der Verbindung zweier Nachbarelemente im Schnitt
etwa nach Fig. 2, Fig. 5 einen Längsschnitt durch den oberen Teil eines Rekuperatorelementes
mit feuerfester Verkleidung, etwa nach der geknickten LinieIII-V in Fig. 1, Fig.
6 und 7 Ansicht und Aufsicht auf einen feuerfesten Stein nach Fig. 5, Fig. 8 schematisch
dargestellte Querschnitte durch ein
Rekuperatorelement mit verschiedener
Anzahl von Zügen für das strömende Medium, Fig. 9 eine vereinfachte Darstellung
des Preßwerkzeuges zur Herstellung der Blechpreßteile, Fig. 10 einen Schnitt durch
einen Rekuperator mit unten liegendem Strahlungs- und oben liegendem Konvektionsraum,
Fig. 11 einen Querschnitt durch den Rekuperator nach Linie XI-XI der Fig. 10, Fig.
12 einen Querschnitt durch den Rekuperator nach Linie XII-XII in Fig. 10, Fig. 13
einen Querschnitt nach Linie XIII1XIII in Fig. 10 und Fig. 14 eine andere Anordnung
der Rekuperatorelemente im Konvektionsteil des Rekuperators.
-
Dæ in Fig. 1 dargestellte Rekuperatorelement 1 ist als drei-zügiges
Element ausgebildet mit den Zügen 2, 3 und 4. Gebildet ist das Rekuperatorelement
1 aus zwei Blechpreßteilen 5 und 6, die miteinander verschweißt sind.
-
Zum Kombinieren einzelner Elemente 1 übereinander ist
am
unteren Ende des Elementes eine Feder 7 vorgesehen, während das obere Ende als Nut
8 ausgebildet ist, wodurch eine zusätzliche Versteifung des Elementes erreicht wird.
In der Gebrauchs lage steckt die Feder 7 des oberen in der Nut 8 des darunter sich
befindenden Elementes. Am oberen und unteren Ende des durch die Preßteile gebildeten
Kanales 9 sind Öffnungen 10 und 11 vorgesehen. Die oeffnung 10 stellt also beispielsweise
bei dem dargestellten Rekuperatorelement eine Eintrittsöffnung für das zu erwärmende
Medium dar, wenn das Element von oben rechts nach unten links durchströmt wird (Pfeilrichtung
12). Bei der Umkehrung des Strömungsverlaufes stellt die oeffnung 10 die Austrittsöffnung
dar. In der Gebrauchslage sind die Rekuperatorelemente so angeordnet, daß die Austrittsöffnung
eines Elementes mit der Eintrittsöffnung des darüber befindlichen Elementes fluchtet.
-
Wie aus'Fig. 3 und insbesondere Fig. 4 hervorgeht, ist im dargestellten
Beispiel die eine Stirnfläche 13 als Klemmelement 14 ausgebildet, während die gegenüberliegende
Stirnfläche 15 als rohrförmiger Körper 16 ausgebildet ist. Das Klemmelement 14 ist
dabei durch die Anformung eines bogenförmigen Teiles 17 am Blechpreßteil 5 und einem
bogenförmigen Teil 18 am Blechpreßteil 6 gebildet. Der Durchmesser und die Länge
der bogenrdnmigen Teile 17, 18 sind dabei so bemessen, daß der rohrtbrsige Körper
16 des Nachbarelementes klemmend wngrirren werden kann, wobei der Winkel dS den
die Hauptebenen der
Bekuperatorelemente einnehmen, entsprechend
der Verwendung der Elemente variieren kann. Wie aus Fig. 4 erkennbar, sind die Blechpreßteile
5 und 6 dort miteinander verschweißt, wo die bogenförmigen Teile 17 und 18 Jeweils
in den Stirnflächenbereich des Rekuperatorelementes übergehen.
-
Durch Anformung Je eines gleichgestalteten bogenförmigen Teiles 19
an den Blechpreßteilen 5 und 6 an der der Stirnfläche 13 gegenüberliegenden Stirnfläche
15 und durch Verschweißung dieser beiden Teile 19 durch eine Mittelnaht wird der
rohrförmige Körper 16 gebildet. Wie insbesondere aus Fig. 4 hervorgeht, ist der
rohrförmige Körper 16 mit dem Innenraum 20 des Rekuperatorelementes 1, beispielsweise
mit dem Gaszug 2 verbunden, so daß das zu erwärmende Medium ebenfalls durch den
rohrförmigen Körper 16 fließen kann.
-
Im Falle der Verkleidung der Rekuperatorelemente mit feuerfesten Steinen
21 sind die Endsteine so gestaltet, daß die gleichen Steine benutzt werden können,
unabhänging vom Winkel o(,, den die benachbarten Elemente zueinander einnehmen.
Aus diesem Grunde weist der innenseitige, den Slemmelement 14 zugeordnete Endstein
22, eine Verdickung alt bogenrõrmlger Außenfläche auf, die von dem dem rohrförmigen
Körper 16 zugeordneten inneren Endstein 23 des Nachbarelenentes durch eine bogenförmige
Zunge 24 übergrlften wird. Im Falle einer außenseitigen
Verkleidung
mit feuerfesten Steinen weist der dem rohrförmigen Körper 16 zugeordnete Endstein
25 des einen Elementes eine Verdickung auf, die von einer Zunge 26 des außenseitigen
Endsteines 27 des Nachbarelementes übergriffen wird. Durch die entsprechende Rasterwahl
können zur Verkleidung völlig gleiche feuerfeste Steine 21 herangezogen werden,
die an je zwei Seiten eine Nut 28 und 29 und den beiden benachbarten Seiten eine
Feder 30 und 31 aufweisen (Fig. 6 und 7). Auch die Endsteine 22, 23, 25 und 27 sind
entsprechend ausgerüstet.
-
In der Gebrauchs lage wird der zwischen den feuerfesten Steinen unddem
Rekuperatorelement entstehende Freiraum mit einer keramischen Masse 32 ausgefüllt.
Bei paralleler Anordnung der Rekuperatorelemente und den Einsatz oder Drücke sind
Distanzsteine 51 zwischen den einzelnen Elementen vorgesehen (Fig. 5).
-
Bei der Verkleidung mit feuerfesten Steinen sind am Rekuperatorelement
Haken 33 angebracht, die von Vorsprüngen 34 an den feuerfesten Steinen 21, 22, 23,
25 und 27 hintergriffen werden. Wie insbesondere aus Fig. 7 erkennbar, ist die Größe
der feuerfesten Steine so gewählt, daß die Trennfuge im Bereich des Hakens 33 verläuft,
so daß jeweils zwei feuerfeste Steine von einem Haken 33 gehalten werden.
-
Aus Fig. 5 ist darüber hinaus auch erkennbar, daß im Fuß der Nut 8
eine Asbestkordel 35 o. dgl. vorgesehen ist, die dem Schutz der Schweißnaht und
darüber hinaus der dämpfenden Lagerung des oberen Rekuperatorelementes dient. In
Fig. 5 ist bei 36 gestrichelt dargestellt,
daß bei Verwendung des
Rekuperatorelementes unter hohem Druck die feuerfesten Formseine entsprechend der
Auswölbung des Elementes ausgebildet sein können.
-
In der Fig. 8 ist das Rekuperatorelement 1 mit unterschiedlicher Zügeanzahl
dargestellt. la zeigt den Querschnitt durch ein Element einfachster Bauweise mit
nur einzügiger Ausführung, d.h. ohne zusätzliche Umlenkung des zu erwärmenden strömenden
Mediums innerhalb des Rekuperatorelementes. lb zeigt den Querschnitt durch ein zweizUgiges
Rekuperatorelement, während 1c ein dreizügiges Element gemäß Fig. 1 darstellt, mit
den Zügen 2, 3 und 4. 1d bezeichnet ein Rekuperatorelement mit vier Zügen, le ein
solches mit fünf Zügen und if eines mit acht Zügen. Bei geradzahliger Zügezahl befinden
sich die Offnungen 10 und 11 an der gleichen Seite des Rekuperatorelementes, während
bei ungeraden Zügezahlen diese öffnungen in der Regel diagonal gegenüberliegen.
-
Fig. 9 zeigt vereinfacht die Vorrichtung zur Herstellung der Blechpreßteile
5 und 6. Zur Vergrößerung des Durchsatzes eines Rekuperatorelementes wird in der
Regel dessen Strömungsquerschnitt vergrößert, wie dies in Fig. 8 unter Ib gestrichelt
dargestellt ist. Eine derartige Querschnittsvergrdßerung läßt sich durch Verstellen
der Eindringtiefe des Prägestempels 37 in die Matritze 38 erreichen, indem beispielsweise
die den Stempelstegen 39
gegenaberliegenden Anschläge 40 hydraulisch
oder mechanisch abgesenkt und die Länge der Stempelstege 39 in entsprechender Weise
vergrößert wird. Eine Vergrößerung der Stempelstege 39 kann auch beispielsweise
durch Hinzufügen von Beilagplatten erreicht werden.
-
In den Fig. 10 bis 14 sind Verlängerungs- und Variationsbeispiele
des Rekuperatorelementes 1 dargestellt. In Fig. 10 ist ein Rekuperator im Schnitt
gezeigt, dessen Strahlunggraum 41 ebenso wie der Konvektionsraum 42 mit den Bekuperatorelementen
1 gemäB der Erfindung ausgerastet ist. Im gezeigten Beispiel ist der Strahlungsraum
41 zylinderförmig mit achteckigem Querschnitt ausgebildete wobei die heißen Rauchgase
unten eintreten und oben den Rekuperator verlassen. Zum Schutz vor den sehr hohen
Eintrittstemperaturen sind die unteren Rekuperatorelemente 1 zusätzlich durch einen
einen Luftspalt gegenAber diesen Elementen aufweisenden Schutzring 43 geschtitzt,
während der mittlere Bereich mit einer direkt anliegenden feuerfesten Verkleidung
44 ausgerüstet ist.
-
Die Wirkungsweise des dargestellten Bekuperatore ist dabei die folgende:
Bei 45 tritt das heiße Rauchgas in den Bekuperator ein und verläßt diesen bei 46.
Die Kaltlurt tritt in den Retuperator bei 47 ein, durchlließt die oberen Bekuperatorelenente
1 ton innen nach außen und wird im Ringkanal 48 gesammelt. Je nach gewikischter
Endtemperatur
des Abgases können ein oder mehrere Rekupe;ratorelemente 1 übereinander im oberen
Konvektionsteil angeordnet werden. Die oberen Rekuperatorelemente 1 sind autgrund
der niedrigeren Rauchgastemperatur nicht mit einer feuerfesten Verkleidung versehen.
Über den Ringkanal 48 kann entweder Warmluft entnommen werden, oder aber den Elementen
1 des Strahlungsraumes 41 des Rekuperators zugeführtwerden, so daß die endgültig
vorgeheizte Luft über den Sammelring 49 bei 50 den Rekuperator verläßt.
-
Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispiele noch in vielfacher
Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Insbesondere
ist die Erindung nicht auf die dargestellte Art der scharnierartigen Verbindung
der einzelnen Rekuperatorelemente beschränkt. So kann vorgesehen sein, daß die Klemmteile
14 nicht die ganze Stirnseite überdecken, sondern nur an einzelnen Stellen der Stirnseite
vorgesehen sind, so daß auch eine versetzte, stufenweise Anordnung der Rekuperatorelemente
möglich ist. Auch kann statt des hintergriffenen rohrförmigen Körpers ein dem Klemmteil
14 entsprechendes Klemmteil vorgesehen sein, mit entsprechend geringerem Außendurchmesser,
so daß es von dem korrespondierenden Klemmteil hintergriffen werden kann. Auch ist
die Verwendung des Rekuperatorelementes nicht auf die wiedergegebenen Beispiele
beschränkt. So kann die Verwendung in einem Rekuperator mit Strahlungswärmeübertragung
auf
der Vorderseite der Elemente und Konvektionsübertragung auf der Rückseite der Elemente
durch Gegenstromführung des Rauchgases vorgesehen sein.
-
Neben den speziell beschriebenen Anordnungen der Rekuperatorelemente
lassen sich mit den erfindungsgemäßen Etementen alle denkbaren Rekuperatorsysteme
zu8ammen8e-tzEn.
-
Durch die Verwendung der errindungsgemäßen Rekuperatorelemente in
der beschriebenen Verwendung lassen sich Rekuperatoren erstellen, die mit Abgastemperaturen
von 17000 C und höher arbeiten. Gleichzeitig ist ein optimaler Schutz gegen aggressive
Abgase gewährleistet, was die Lebenä dauer der Rekuperatoren ganz erheblich steigert.
Auch der Wirkungsgrad, der bei der erfindungsgemäßen Anordnung bei ca. 0,9 liegt,
ist wesentlich höher als der Wirkungsgrad bekannter Rekuperatoren, wobei der Selbstkostenpreis
eines solchen Rekuperators um 30 - 50 % niedriger als bei herkömmlicher Bauweise
liegt.
-
Ansprüche
Leerseite