DE2735543C - Rekuperatorelement zum Bau von Rekuperatoren unterschiedlichster Querschnittsformen - Google Patents
Rekuperatorelement zum Bau von Rekuperatoren unterschiedlichster QuerschnittsformenInfo
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Description
Die Erfindung richtet sich auf ein Rekuperatorelement zum Bau von Rekuperatoren unterschiedlicher
Querschnittsformen und aus zwei an ihren Begrenzungskanten dicht miteinander verbundenen Blechpreßteilen mit unterschiedlich gestalteten, verschiedene
Winkelstellungen benachbarter Rekuperatorelemente erlaubenden Stirnflächen, mit und ohne zusätzliche
feuerfeste Verkleidung.
Bei bekannten Rekuperatoren dieser Art (DE-OS
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 Seehzehneek ausgeführt 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
Rekuperatoreiemente an ihren Stirnseiten nicht direkt
miteinander verbindbar sind, so daß beim Aufbau des Rekuperators zusätzliche Hilfsmittel nötig sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, 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, wobei aber zusätzlich die Verbindungsbereiche rauchgasgekühli
sein sollen, um jederzeit die Verbindung aufrecht zu erhalten, da durch unterschiedliche Temperaturen ggf.
Spannungsunterschiede die sichere Verbindung der einzelnen Elemente in Frage stellen könnten.
Bei einem Rekuperatorelement der eingangs bezeichneten Art wird diese Aufgabe der Erfindung dadurch
gelöst, daß eine der beiden Stirnflächen als Klemmelement und die andere Stirnfläche als rauchgasgekühlter
rohrförmiger Körper und die Stirnflächen als jeweils in der Gebrauchslage die korrespondierenden Stirnflächen hintergreifend bzw. als in diese eingreifend
ausgebildet sind.
Durch diese Ausgestaltung des Rekuperatorelementes wird einmal erreicht, daß der Aufbau eines
Rekuperators wesenUich vereinfacht wird, da beispielsweise die einzelnen Elemente so miteinander verbunden
werden können, daß zusätzliche Montagehilfsmittel überflüssig sind, zum anderen wird erreicht, daß die
Kupplungsstelle zwischen zwei benachbarten Elementen ebenfalls von dem zu erwärmenden Medium
durchströmt wird, so daß die Kupplungsstelle gegenüber der restlichen Rekuperatoreiemente 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
Aus der GB 9 33 243 sind Elemente zur Bildung von Strahlungsschirmen für Ofen oder Heizflächen bekannt,
die aus einzelnen, ineinander verhakbaren Elementen aus feuerfestem Material bestehen. Die dort offenbarten
Elemente dienen einem gegenüber der Erfindung gänzlich anderem Zweck. Auch gewährleistet die
bekannte Form nicht die gleichmäßige Erwärmung der besonders kritischen Kupplungszonen benachbarter
Elemente zueinander. Das Problem unterschiedlicher Wärmedehnung voti Metallteilen zu keramischen,
feuerfesten Steinen ist in dieser Druckschrift nicht angesprochen.
In Ausgestaltung sieht die Erfindung vor, daß der
rohrförmige Körper mit dem Innenraum des Rekuperatorelementes in Verbindung steht, wodurch eine
besonders günstige Gasführung und einfache Ausbildung des Rekuperatorelementes erreicht wird.
Als besonders vorteilhaft sieht die Erfindung bei
Rekuperatorelementen mit einer feuerfesten Verkleidung zusätzlich vor, daß die den Stirnflächen zugeordneten Steine der feuerfesten Verkleidung des Rekuperatorelementes als jeweils die Endsteine des Nächbärelementes 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 Rekuperatoren unterschiedlicher Querschnittsformen erstellen zu können, da die stirnseitiee
Verdrehbarkeit der Elemente durch die erfindungsgemäße
Gestaltung der zugeordneten Endsteine der feuerfesten Verkleidung die gleiche Verstellmöglichkeit
erlauben.
Rekuperatoren werden nicht nur in unterschiedlichen >
Querschnittsgestaltungen ausgeführt, sondern auch mit Elementen unterschiedlicher Führung des durchströmenden
Mediums und unterschiedlicher Durchsatzkapazität.
Die spezielle erfindungsgemäQe Gestaltung des i<
> 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 erfin- r·
dungsgemäß 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 Re- 2» kuperators vorgesehen.
Darüber hinaus kann vorgesehen sein, ^aB aie
erfindungsgemäßen Elemente in paralleler und/oder sternförmiger Anordnung im Konvektionsraum eines
Rekuperators Verwendung finden. ->">
Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beispielsweise näher erläutert. Diese zeigt in
F i g. 1 eine Ansicht eines erfindungsgemäßen Rekuperatorelementes
mit teilweise angedeuteter, feuerfester Verkleidung, )<>
Fig.2 einen Schnitt gemäß Linie H-Il in Fig. I mit
feuerfester Verkleidung,
Fig.3 einen Schnitt gemäß Linie III-IIII in Fig. 1 mit
feuerfester Verkleidung und teilweise angedeutetem Nachbarelement, r>
F i g. 4 die vergrößerte Darstellung der Verbindung zweier Nachbarelemente im Schnitt etwa nach F i g. 2,
F i g. 5 einen Längsschnitt durch den oberen Teil eines Rekuperatorelementes mit feuerfester Verkleidung,
etwa nach der geknickten Linie IH-V in Fig. I1 *n
Fig.6 und 7 Ansicht und Aufsicht auf einen feuerfesten Stein nach F i g. 5,
Fig.8 schematisch dargestellte Querschnitte durch
ein Rekuperatorelement mit verschiedener Anzahl von Zügen für das strömende Medium,
F i g. 9 ein? vereinfachte Darstellung des Preßwerkzeuges
zur Herstellung der Blechpreßteiüe,
Fig. 10 einen Schnitt durch einen Rekuperator mit
unten liegendem Strahlungs- und oben liegendem Konvektionsraum, 5"
Fig. 11 einen Querschnitt durch den Rekuperator nach LinieXl-XlderFig. 10,
Fig. 12 einen Querschnitt durch den Rekuperator
nach1 LinieXH-XHin Fig. 10,
Fig. 13 einen Querschnitt nach Linie XHI-XIII in v>
Fig. 10 und
Fig. 14 eine andere Anordnung der P'.ekuperatorelemente
im Konvektionsteil des Rekuperators.
Das in F i g. 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 vird. In der Gebrauchslage
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 Kanals 9 sind Öffnungen 10 und 11 vorgesehen. Die öffnung 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 öffnung 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 ronrförmiger 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 bogenförmigen Teile 17, 18 sind dabei so
bemessen, daß der rohrförmige Körper 16 des Nachbarelementes klemmend umgriffen werden kann,
wobei der Winkel α den die Hauptebenen der Rekuperatorelemente einnehmen, entsprechend der
Verwendung der Elemente variieren kann. Wie aus F i g. 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, unabhängig vom Winkel«, den die benachbarten
Elemente zueinander einnehmen. Aus diesem Grunde weist der innenseitige, dem Klemmelement 14
zugeordnete Endstein 22, eine Verdickung mit bogenförmiger Außenfläche auf, die von dem dem rohrförmigen
Körper 16 zugeordneten inneren Endstein 23 des Nachbarelementes durch eine bogenförmige Zunge 24
übergriffen wird. Im Falle einer außenseitigen Verkleidung mit feuerfesten Steinen weist der dem rohrförmigen
Korper 16 zugeordnete Endstein 25 des einen Elementes eine Verdickung auf, die von eine"· 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 10 und 31 aufweisen (F i g. 6 und 7). Auch die
Endsteine 22, 23, 25 und 27 sind entsprechend ausgerüstet.
In der Gebrauchslage wird der zwischen den feuerfesten Steinen und dem Rekuperatorelement
entstehende Freiraum mit einer keramischen Masse 32 ausgefüllt. Bei paralleler Anordnung der Rekuperatorelemente
und dem Einsatz hoher 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
Vorsprüngeri34anden 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 F i g. 5 ist darüber hinaus auch erkennbar, daß im Fuß der Nu! 8 eine Asbestkordel 35 o. dgl. vorgesehen
ist. die dem Schutz der Schweißnaht und darüber hinaus der dämpfenden Lagerung des oberen Rekuperatorcle
mentes dient. In F i g. 5 ist bei 36 gestrichelt dargestellt,
daß bei Verwendung des Rekuperatorelementes unter hohem Druck die feuerfesten Formsteine entsprechend
der Atiswölbung des Elementes ausgebildet sein können.
In der F i g. 8 ist das Rekuperatorelcment I mit
unterschiedlicher /ügcanzahl dargestellt, in zeigt den
Querschnitt durch tin Element einfachster Bauweise mit nur einzugiger Ausführung, d.h. ohne zusätzliche
Umlenkung des zu erwärmenden strömenden Mediums innerhalb des Rekuperatorelementes. \b zeigt den
Querschnitt durch ein zweizügiges Rekupcratorclement.
während If ein dreizügiges Element gemäß F ι g. I darstellt, mit den Zügen 2, 3 und 4. If/bezeichnet
ein Rekuperatorelement mit vier Zügen, leein solches
mit fünf Zügen und \f eines mit acht Zügen. Bei geradzahliger Zügezahl befinden sich die öffnungen IO
und 11 an der gleichen Seite des Rekuperalorelementes. während bei ungeraden Zügezahlen diese öffnungen in
der Regel diagonal gegenüberliegen.
F i g. 9 zeigt vereinfach! die Vorrichtung zur I lcrstellung
der Blechpreßteile 5 und 6. Zur Vergrößerung des Durchsatzes eines Rekuperatorclemcntes wird in der
Regel dessen .Strömungsquerschnitt vergrößert, wie
dies in F ι g. 8 unter tb gestrichelt dargestellt ist. Fine
derartige Querschnittsvergrößerung läßt sich durch Verstellen der Eindnngtiefe des Prägestempels 37 in die
Matrize Ϊ8 erreichen, indem beispielsweise die den
Stempelstcgen 39 gegenüberliegenden Anschläge 40
der Stempelstege 39 in entsprechender Weise vergrößert
w ird. Eine Vergrößerung der Stempelstege 39 kann auch beispielsweise durch Hinzufügen von Beilagplatten
erreicht werden.
In den Fig. 10 bis 14 sind Verlängerungs- und
Vanationsbeispiele des Rekuperatorelementes 1 dargestellt. In Fig. 10 ist ein Rekuperator im Schnitt gezeigt.
dessen Strahlungsraum 41 ebenso wie der Konvektionsraum
42 mit den Rekuperatorelementen 1 gemäß der Erfindung ausgerüstet ist. Im gezeigten Beispiel ist der
Strahiungsraum 41 z:ylinderförmig mit achteckigem Querschnitt ausgebildet, wobei die heißen Rauchgase
unten eintreten und oben den Rekuperator verlassen. Zum Schutz vor den sehr hohen Eintrittstemperaturen
sind die unteren Rekuperatorelemente I zusätzlich durch einen einen Luftspalt gegenüber diesen Elementen
aufweisenden Schutzring 43 geschützt, während der mittlere Bereich mit einer direkt anliegenden feuerfesten
Verkleidung 44 ausgerüstet ist.
Die Wirkungsweise des dargestellten Rekuperators ist dabei die folgende: Bei 45 tritt das heiße Rauchgas in
den Rekuperator ein und verläßt diesen bei 46. Die Kaltluft tritt in den Rekuperator bei 47 ein, durchfließt
die oberen Rekuperatorelemente I von innen nach außen und wird im Ringkanal 48 gesammelt. |e nach
gewünschter Endtemperatur des Abgases können ein oder mehrere Rekuperatorelemenie 1 übereinander im
oberen Konvektionsteil angeordnet werden. Die oberen Rekuperatorelemente I sind aufgrund der niedrigeren
Rauchgastcmperaiur nicht mit einer feuerfesten Vor kleidung versehen. Über den Ringkanal 48 kann
entweder Warmluft entnommen werden, oder aber den !!lementen 1 des Slrahliingsraiimrs 41 des Hrkiiriprniiirv
zugeführt werden, so daß die endgültig vorgeheizte Luft liber den Sammelring 49 bei 50 den Rekuperator
verläßt.
Natürlich sind die beschriebenen Ausführungsbeispie
Ie noch in vielfacher Hinsicht abzuändern, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Insbesondere
ist die Erfindung nicht auf die dargestellte Art der scharni^rartigen Verbindung der einzelnen RckuperatoreleniPite
beschränkt. So kann vorgesehen scm. daß die Klemmelemente 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 hintcrgriffcnen rohrförmigen
Körpers ein dem Klemmelement 14 entsprechendes Klemmelement vorgesehen sein, mit entsprechend
geringerem Außendurchmesser, so daß es von dem korrespondierenden Klemmelement hintergriffen wer
den kann. Auch ist die Verwendung des Rekuperatorelemcntcs
nicht auf die wiedergegebenen Beispiele
beschränkt. So kann die Verwendung in einem Rekuperator mit Strahliingswärmciibertragung auf der
Vorderseite der Elemente und Konvektionsübcrtragung .mi del Rückseite der F.iettieiite uiircn Cicgunstromiurtrung
des Rauchgases vorgesehen sein.
Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Rekuperatorelemente in der beschriebenen Verwendung
lassen sich Rekuperatoren erstellen, die mit Abgastemperaturen von 1700 C und höher arbeiten.
Gleichzeitig ist ein optimaler Schutz gegen aggressive Abgase gewährleistet, was die Lebensdauer 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.
Hierzu 7 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Rekuperatorelement zum Bau von Rekuperatoren unterschiedlicher Querschnittsformen und aus
zwei an ihren Begrenzungskanten dicht miteinander verbundenen Blechpreßteilen mit unterschiedlich
gestalteten, verschiedene Winkelstellungen benachbarter Rekuperatoreiemente erlaubenden Stirnflächen, mit und ohne zusätzliche feuerfeste Verkleidung, dadurch gekennzeichnet, daß eine
der beiden Stirnflächen (13) als Klemmelement (14) und die andere Stirnfläche (15) als rauchgasgekühlter rohrförmiger Körper (16) und die Stirnflächen als
jeweils in der Gebrauchslage die korrespondierenden Stirnflächen hintergreifend bzw. als in diese
eingreifend ausgebildet sind.
2. Rekuperatorelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Körper (16)
mit dem Innenraum (20) des Rekuperatorelememes (1) in Verbindung steht.
3. Rekuperatorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einer feuerfesten Verkleidung, dadurch gekennzeichnet, daß die den Stirnflächen zugeordneten Endsteine (22, 23, 25, 27) der
feuerfesten Verkleidung des Rekuperatorelementes (1) als jeweils die Endsteine des Nachbarelementes
über- bzw. untergreifende, die Verdrehung der Elemente ermöglichende Steine ausgebildet sind.
4. Rekuperatorelement nach Anspruch !,gekennzeichnet durch die kombinatorische Verwendung
von Rekuperatorelementen (1) mit feuerfester Verkleidung zum Aufbau des Strahlungsraumes (41)
und von baugleichen Rekup-.,ratorelementen (1) ohne feuerfeste Verkleidung zum Aufbau des
nachgeschalteten Konvektionsr nimes (42) eines
Rekuperators.
5. Rekuperatorelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die
Verwendung in paralleler und/oder sternförmiger Anordnung baugleicher Rekuperatoreiemente (1) im ■
Konvektionsteil (42) eines Rekuperators.
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