DE3409148A1

DE3409148A1 - Verbindungskonstruktion fuer ein rohr und einen sammlerkopf

Info

Publication number: DE3409148A1
Application number: DE19843409148
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Fujisawa Kanagawa Kido; Keiji Ichikawa Chiba Muramatsu; Noriyuki Chiba Oda
Original assignee: Asahi Glass Co Ltd
Current assignee: AGC Inc
Priority date: 1983-03-15
Filing date: 1984-03-13
Publication date: 1984-10-04
Also published as: GB2138119A; GB8406096D0; US4623017A; FR2542846A1; GB2138119B; FR2542846B1

Description

34Q9U8

1A-4538
A-340

ASAHI GLASS COMPANY, LTD,
Tokyo, Japan

Verbindungskonstruktion für ein Rohr und einen Sammlerkopf

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbindungskonstruktion für ein Rohr und einen Sammlerkopf, und zwar insbesondere eine Verbindungskonstruktion für ein in
erster Linie bei hohen Temperaturen eingesetztes Rohr, wie ein wärmeleitfähiges Keramikrohr, und einen Sammler-» kopf, der das offene Ende eines derartigen Rohres aufnimmt.

Das der Erfindung zugrundeliegende Problem wird anhand eines Wärmeaustauschers beschrieben. Der Wärmeaustauscher umfaßt eine Gasführungseinrichtung (im folgenden als "Gaskanal" bezeichnet), durch die ein Heizgas, wie ein hochtemperiertes Verbrennungsgas, strömt, sowie eine

Vielzahl von sich transversal erstreckender, wärmeleitfähiger Rohre, durch die ein Gas strömt, welches erhitzt werden soll. Bei einem derartigen Wärmeaustauscher erstrecken sich die wärmeleitfähigen Rohre durch die Wand des Gaskanals hindurch, und zwar so weit, daß ihre offenen Enden vorspringend außerhalb der Kanalwand angeord-. net sind. Die vorspringenden Bereiche sowie die offenen Enden der Rohre sind durch einen Sammlerkopf umschlossen. Es ist vorgeschlagen worden,einen derartigen Sammlerkopf an der Kanalwand zu befestigen und auf diese Weise eine Verbindungskonstruktion für die Rohre und den Sammlerkopf zu schaffen. Nach dem Zusammenbau wird der Wärmeaustauscher dieses Typs aufgeheizt und bei hohen Temperaturen verwendet. Es besteht somit eine beträchtliche Temperaturdifferenz zwischen dem Zeitpunkt des Zusammenbaus und dem Zeitpunkt des Betriebs. Darüber hinaus kommt es sogar während des Betriebs zu beträchtlichen Temperaturunterschieden und zu einer Temperaturverteilung zwischen den wärmeleitfähigen Rohren, in denen ein aufzuheizendes Gas strömt, und der Kanalwand, an der ein Heizgas entlangströmt. Ferner unterliegen sowohl das aufzuheizende Gas als auch das Heizgas im Verlauf der Zeit Temperaturveränderungen. Aufgrund derartiger Temperaturunterschiede, Temperaturverteilungen und Temperaturänderungen besteht eine Differenz hinsichtlich der thermischen Expansionsgrade zwischen den leitfähigen Rohren und der Kanalwand, was zu thermischen Spannungszuständen führt. Darüber hinaus kommt es in vielen Fällen, insbesondere wenn ein derartiger Wärmeaustauscher als großdimensionierte, schwere Struktur vorliegt, zu mechanischen Beanspruchungen durch das Eigengewicht der Bauteile sowie durch Beanspruchungen, welche durch Herstellungsfehler oder durch andere äußere Kräfte verursacht werden.

Um eine Verformung oder einen Bruch der Teile des Wärmeaustauschers aufgrund derartiger thermischer oder mechanischer Beanspruchungen zu verhindern, könnte man in Erwägung ziehen, die Durchgangslöcher, welche in der Kanalwand für die wärmeleitfähigen Rohre vorgesehen sind, so zu vergrößern, daß ihr Durchmesser größer als der Außendurchmesser der wärmeleitfähigen Rohre ist,und auf diese Weise eine Struktur zu schaffen, welche eine relative Verschiebung der wärmeleitfähigen Rohre bezüglich der Kanalwand ermöglicht. Eine derartige Struktur gestattet jedoch ein Auslecken der Gase durch den Freiraum zwischen den Durchgangs löchern und den wärmeleitfähigen Rohren, wodurch es zu einem Vermischen des Heizgases und des aufzuheizenden Gases kommt. Ein derartiger Zustand ist jedoch unerwünscht.

Falls der die offenen Enden der wärmeleitfähigen Rohre einschließende Sammlerkopf statt an der Kanalwand an den vorspringenden Abschnitten der wärmeleitfähigen Rohre befestigt wird, treten die oben erwähnten Probleme nach wie vor auf, wenn der Sammlerkopf zusätzlich an anderen Stützeinrichtungen befestigt ist. Falls andererseits der Sammlerkopf nur an den vorspringenden Abschnitten der wärmeleitfähigen Rohre befestigt ist und allein von diesen gestützt wird, beispielsweise gemäß dem Vorschlag in JA-OS 29993/1984, müssen die vorspringenden Abschnitte die Last des schweren Sammlerkopfes aufnehmen und werden einer übermäßigen Beanspruchung ausgesetzt. Dadurch kommt es leicht zu einer Verformung oder zu einem Bruch der wärmeleitfähigen Rohre. Um derartige Schwierigkeiten zu vermeiden, ist ein kompliziertes Stützsystem erforderlich. Eine weitere Verbindungskonstruktion ist in JA-OS 210489/1983 vorgeschlagen worden. Diese Verbindungskonstruktion ist jedoch lediglich bei einem

"■■·■ *"""■ """ ^: 3A09H8 - / - G-

System anwendbar, bei dem der Sammlerkopf an einem oberen Abschnitt des Systems vorgesehen ist. Darüber hinaus ist die Dauerhaftigkeit dieser Verbindungskonstruktion relativ gering.

Es 1st somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die oben erwähnten Schwierigkeiten zu vermeiden und eine Verbindungskonstruktion für Rohre und einen Sammlerkopf zu schaffen, bei der das in den Rohren und dem Sammlerkopf strömende Gas daran gehindert wird, auszulecken und mit dem in dem Gaskanal strömenden Gas oder Luft zu vermischen, wobei gleichzeitig eine relative Verschiebung des Gaskanals oder des Sammlerkopfes und der Rohre möglich ist, um übermäßige thermische oder mechanische Beanspruchungen dieser Teile zu verhindern. Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung einer Verbindungskonstrukticn für ein Rohr und einen Sammlerkopf, bei der die oben erwähnte Luftundurchlässigkeit leicht sichergestellt werden kann. Es ist ferner Aufgabe der Erfindung, eine Verbindungskonstruktion für ein Rohr und einen Sammlerkopf zu schaffen, bei der die oben erwähnte Luftundurchlässigkeit über einen langen Zeitraum aufrechterhalten werden kann. Schließlich ist es Aufgabe der Erfindung, eine Verbindungskonstruktion für ein Rohr und einen Sammlerkopf zu schaffen, welche bei einer kompakten Wärmeaustauschereinheit eingesetzt werden kann.

Erfindungsgemäß wird eine Verbindungskonstruktion für mindestens ein Rohr und einen Sammlerkopf geschaffen, wobei der Sammlerkopf eine Gaskammer, eine mit einem Dichtungssand gefüllte Sandkammer und eine die Gaskammer und die Sandkammer trennende Trennplatte umfaßt und bei der sich das Rohr von außerhalb des Sammlerkopfes durch

die Sandkammer hindurch erstreckt und mit seinem einen offenen Ende in die Gaskammer ragt.

Im folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen näher erläutert. In den Zeichnungen stellt

Fig. 1 eine Querschnittsansicht des wesentlichen Bereichs eines Wärmeaustauschers als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar;

Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht eines Bereichs, welcher dem Abschnitt A in den Fig. 1 und 3 entspricht, jedoch eine weitere Ausführungsform darstellt;

Fig. 3 ist ähnlich wie Fig. 2, stellt jedoch eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dar.

Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Bei dem in Fig. 1 dargestellten Hochtemperatur-Wärmeaustauscher ist ein Gaskanal 3 mit einem rechteckigen Querschnitt oder mit einer beliebigen anderen Form definiert durch eine Stützkonstruktion 2, welche unter Verwendung eines feuerfesten Materials, wie formbarer Feuerfestmaterialien, gebaut ist und bei der eine äußere Verkleidung aus einer Eisenplatte 1 vorgesehen ist. In dem Gaskanal 3 strömt ein Verbrennungsabgas mit hoher Temperatur, z.B. mit einer Temperatur von mindestens 900⁰C, als Heizgas in vertikaler Richtung. In dem Gaskanal 3 ist eine Vielzahl von Rohren 4 angeordnet, welche beispielsweise aus Keramik bestehen und eine dünne Wandstärke aufweisen. Die Rohre 4 erstrecken sich parallel zueinander in horizontaler Richtung. Durch die Rohre 4 strömt ein Gas, welches aufgeheizt werden soll. Die Rohre 4 erstrecken sich durch Durchgangslöcher 5, welche in der Stützkonstruktion 2 und der Eisenplatte 1

ausgebildet sind, und die offenen Enden 6 der Rohre 4 liegen außerhalb der Eisenplatte 1. Auf den Rohren 4 sind Außenrohre 7, welche vorzugsweise aus dem gleichen Material wie die Rohre 4 bestehen, befestigt, und zwar an den Abschnitten der Rohre 4, welche an der Innenseite der Stützkonstruktion 2 angeordnet sind. Der Innendurchmesser der Durchgangslöcher 5 ist größer als der Außendurchmesser der Außenrohre 7% um einen Freiraum zwischen diesen Bauteilen zu gewährleisten. Entlang der Peripherie derjenigen Abschnitte der Rohre 4, welche an der Außenseite der Stützkonstruktion 2 liegen, ist ein Kissen 4, z.B. eine Schnur oder ein Seil aus einem hitzefesten, anorganischen Fasermaterial, um die Rohre 4 gewickelt, um den Freiraum zwischen den Rohren 4 und den Durchgangslöchern 5 auszufüllen.

Außerhalb der Eisenplatte 1 ist ein Sammlerkopf 9 vorgesehen, welcher den vorspringenden Abschnitt bzw. Abschnitte eines Rohres 4 bzw. von Rohren 4 umschließt und der an der Eisenplatte 1 befestigt ist. Der Innenraum des Sammlerkopfes 9 1st durch eine Trennplatte 10 geteilt. Diese Trennplatte 10 erstreckt sich in der Weise durch den Innenraum des Sammlerkopfes 9, daß sie sowohl die Innenwand des Sammlerkopfes als auch die Peripherie der Rohre kontaktiert. Auf der Innenseite bezüglich der Trennwand 10 ist eine Sandkammer 11 ausgebildet. Die Sandkammer ist mit einem Dichtungssand 22 gefüllt, z.B. mit Feinsand oder einem entsprechenden Material, welches fähig ist, einen luftdichten Verschluß herbeizuführen. An der Außenseite bezüglich der Trennwand 10 ist eine Gaskammer 12 ausgebildet und die offenen Enden 6 sind in dieser Gaskammer 12 angeordnet.

3409H8

In einem öderen Abschnitt der Sandkammer 11 ist eine Prallplatte 13 vorgesehen und die Prallplatte ist an beiden Seitenwänden der Sandkammer luftdicht befestigt. In einem unteren Bereich der Sandkammer 11 ist eine Stützplatte 14 an der Bodenfläche der Sandkammer befestigt. Die Prallplatte 13 und die Trennplatte 10 sowie die Stützplatte 14 und die Trennplatte 10 sind Jeweils durch lange Gewindebolzen miteinander verbunden. Auf diese Weise wird die Trennwand 10 einerseits sicher gestützt und gleichzeitig kann die Trennwand 10 in der axialen Richtung der Rohre 4 bewegt werden, indem man die Verschraubung der Gewindebolzen entsprechend einstellt. Der Mechanismus, durch den die Trennwand 10 bewegt wird, ist nicht auf den oben beschriebenen Mechanis mus beschränkt. Man kann beispielsweise auch luftdichte Schlitze in den Seitenwänden des Sammlerkopfes vorsehen, durch welche sich Teile der Trennwand aus dem Sammlerkopf hinaus erstrecken und wobei diese lierausragenden Teile der Trennwand durch zweckentsprechende Einrichtungen manipuliert werden können, um die Trennwand in der axialen Richtung der Rohre zu bewegen. Die Trennplatte kann auch mit der Gaskammerwand verbunden sein, welche der Trennplatte gegenüberliegt, und zwar mittels langer Gewindebolzen in der Weise, daß ihre Position durch entsprechendes Verschrauben der Gewindebolzen einstellbar ist.

Falls erforderlich, kann in den Abschnitten, in denen die Trennplatte 10 mit den Rohren 4 und mit der Innenwand des Sammlerkopfes in Kontakt steht, ein Dichtungsglied 16 vorgesehen sein, wodurch ein Auslecken des Dichtungssandes 22 in die Gaskammer 12 verhindert wird. Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform steht

3409U8

das Dichtungsglied 16 mit der Trennplatte 10 auf der Sandkammerseite 11 in Kontakt. Diese Anordnung reicht in den Fällen aus, bei denen die Bewegung der Trennplatte 10 auf eine Richtung beschränkt ist, d.h. von der Gaskammerseite auf die Sandkammerseite hin. Um jedoch eine Bewegung der Trennplatte 10 in beiden Richtungen zu ermöglichen, d.h. sowohl auf die Gaskammerseite hin als auch auf die Sandkammerseite hin, ist es bevorzugt, daß, wie in Fig. 2 gezeigt, eine Nut 13 entlang der Peripherie der Trennplatte 10 vorgesehen ist und das Dichtungsglied 16 in diese Nut 23 eingepaßt ist. Diese Anordnung kann nicht nur in den Bereichen angewandt werden, in denen die Trennplatte 10 mit den Rohren 4 in Kontakt kommt, sondern auch in denjenigen Bereichen, wo die Trennplatte 10 die Innenwand des Sammlerkopfes kontaktiert.

An einem oberen Bereich der Sandkammer 11 ist eine obere Abdeckung 18 vorgesehen, mit der die obere öffnung der Sandkammer luftdicht verschlossen werden kann. Diese obere öffnung dient zum Einfüllen des Dichtungssandes oder ermöglicht eine Inspektion des Inneren der Sandkammer. Von der Mitte der unteren Oberfläche der oberen Abdeckung 18 erstreckt sich ein Vorsprung 19 nach unten, und dieser Vorsprung 19 steht mit der Oberkante der Prallplatte 13 über ein Dichtungsband 20 sowie mit beiden Seitenwänden der Sandkammer in luftdichtem Kontakt. Die obere Abdeckung 18, der Vorsprung 19, das Dichtungsband 20 und die Prallplatte 13 sind somit unter Bildung einer Prallfläche verbunden, welche auf luftdichte Weise den oberen Bereich der Sandkammer unterteilt, und zwar ausgehend von der oberen Seitenfläche der Sandkammer bis zu einem zweckentsprechenden Niveau nach unten. Die Gaskammer 12 ist ferner an eine Leitung 21 angeschlossen,

3A09H8

welche eine Verbindung zu der Gaskammer des benachbarten Sammlerkopfes herstellt.

Das Dichtungsband 20 und das Dichtungsglied 16 können aus dem gleichen Material wie das Kissen 8 bestehen, z.B. aus einem Seil aus hitzefestem, anorganischem Fasermaterial.

Fig. 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Hochtemperatur-Wärmeaustauscher gemäß Fig. 3 ist im wesentlichen der gleiche wie der in Fig. dargestellte Wärmeaustauscher. In diesem Fall sind jedoch Wänneaustauschereinheiten 24 miteinander verbunden, die Trennplatte 10 ist an der Innenwand des Sammlerkopfes befestigt und die bei der Ausführungsform gemäß Fig. 1 verwendeten Gewindebolzen 15 sind entfernt. Genauer gesagt, umfaßt der Wärmeaustauscher gemäß Fig. 3 eine Vielzahl von Wänneaustauschereinheiten 24, welche miteinander durch Flansche 25 verbunden sind. Zwischen benachbarten Wänneaustauschereinheiten ist ein Flanschdichtungsglied 26 eingelegt, welches beispielsweise aus einem Seil aus hitzefestem, organischem oder anorganischem Fasermaterial besteht. Der Sammlerkopf 9 ist an einer Eisenplatte 1 befestigt und das Innere des Sammlerkopfes ist durch eine Trennplatte 10 unterteilt, welche mit der Innenwand des Sammlerkopfes und mit der Peripherie der Rohre in Kontakt steht. In den Fig. 3 und 1 sind gleiche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Es wird daher darauf verzichtet, ihre Beschreibung zu wiederholen.

Gemäß Fig. 3 steht das Dichtungsglied 16 mit der Trennplatte 10 von der Seite der Sandkammer 11 her in Berührung. Diese Anordnung ist für solche Fälle ausreichend

3409H8

effektiv, in denen eine relative Verschiebung der Trennplatte bezüglich der Rohre aufgrund von Unterschieden bei der thermischen Expansion gering ist oder das Dichtungsglied 16 durch den Dichtungssand 22 in ausreichendem Maße gegen die Trennplatte 10 gedrückt wird. In solchen Fällen, in denen die relative Verschiebung zwischen der Trennplatte und den Rohren aufgrund des Unterschiedes bei der thermischen Expansion groß ist, wird es bevorzugt, eine Anordnung gemäß Fig. 2 vorzusehen, bei der eine Nut 23 entlang der Peripherie der Trennplatte 10 vorgesehen ist und das Dichtungsglied 16 in die Nut 23 eingepaßt ist. Diese Anordnung kann nicht nur in denjenigen Bereichen angewendet werden, in denen die Trennplatte 10 mit den Rohren 4 in Berührung steht, sondern auch in denjenigen Bereichen, in denen die Trennplatte 10 die Innenwand des Sammlerkopfes kontaktiert.

Nachdem die erfindungsgemäße Verbindungskonstruktion für die Rohre und den Sammlerkopf beschrieben wurden, sollen im folgenden die Effekte dieser Verbindungskonstruktion näher dargestellt werden. Falls die Rohre 4 und die Stützkonstruktion 2 innig und fest miteinander verbunden sind, besteht eine große Wahrscheinlichkeit, daß sich zwischen den Rohren und der Stützstruktur thermische oder mechanische Spannungszustände ausbilden, und zwar durch Faktoren, wie Unterschiede bei den thermischen Expansionskoeffizienten, Herstellungsfehlern, die zwischen dem Zeitpunkt der Herstellung dieser Teile und ihrem Einbau eintreten, oder eine Verschiebung, welche aufgrund des schweren Gewichts der Teile im Verlauf des Langzeitbetriebs auftreten. Es besteht daher eine große Wahrscheinlichkeit, daß in diesem Fall der Verbindungsbereich durch derartige thermische oder mechanische Beanspruchungen bricht. Diese nachteiligen Folgen sind

insbesondere im Fall der Rückgewinnung der Wärmeenergie von Hochtemperaturgas zu erwarten, wobei der Einsatz von Keramikrohren angestrebt wird, da Metallrohre, wie Stahlrohre bei derartig hohen Temperaturen nicht beständig sind. Keramikmaterialien sind jedoch spröde oder brüchig und daher gegenüber derartigen Beanspruchungen schwach. Demgegenüber sind bei dem Wärmeaustauscher gemäß Fig. 1 oder Fig. 3 die Durchgangslöcher 5 so ausgebildet, daß sie größer sind als die äußeren Durchmesser der Rohre 4 und der Außenrohre 7. Die Rohre werden über flexible Kissen 8 durch die Stützkonstruktion gestützt, und zwar in der Weise, daß die relative Verschiebung in einer Richtung vertikal bezüglich der Achse der Rohre sowie die relative Verschiebung in einer Richtung parallel zur Achse der Rohre möglich ist. Dadurch wird die Ausbildung übermäßiger Spannungszustände vermieden und somit die Deformation und der Bruch der Rohre verhindert. Ferner ist eine Sandkammer 11 zwischen der Stützkonstruktion 2 und der Gaskammer 12 vorgesehen und ein Dichtungssand 22 ist in die Sandkammer eingefüllt. Dadurch wird einerseits verhindert, daß das in dem Gaskanal strömende Heizgas in die Gaskammer eindringt, und andererseits wird verhindert, daß das Gas, welches aufgeheizt werden soll und welches in den Rohren und in der Gaskammer strömt, aus dem Sammelkopf ausströmt. Der Dichtungssand erlaubt die relative Verschiebung der Rohre in der Sandkammer.

Der Sammlerkopf ist an der Stützkonstruktion befestigt und wird von dieser getragen. Das Gewicht des Sammlerkopfes wird somit durch die Stützkonstruktion aufgenommen. Folglich müssen die Rohre das Gewicht des Sammlerkopfes nicht abstützen, und es besteht somit keine Gefahr, daß die Rohre aus diesem Grund einer möglichen Deformation oder einem Bruch unterliegen. Das Material

3409H8

der Rohre kann daher in einem breiteren Bereich ausgewählt werden und ein spezieller Vorteil besteht darin, daß Keramikrohre eingesetzt werden können.

Beim Zusammenbau des Wärmeaustauschers oder bei der Vorbereitung zu seinem Einsatz wird der Dichtungssand eingefüllt, und zwar im wesentlichen bis zum oberen Ende der Sandkammer. Das Einfüllen des Dichtungssandes von oben führt jedoch nicht notwendigerweise zu einer vollständigen Packung innerhalb der Sandkammer, und es kann vorkommen, daß unzureichend gepackte Bereiche zurückbleiben, verursacht durch Überbrückungsphänomene oder dergl. In einem derartigen Fall ist die Luftundurchlässigkeit in solchen unzureichend gepackten Bereichen unzureichend. Insbesondere bei wesentlichen Druckunterschieden zwischen dem Heizgas oder dem Atmosphärendruck und dem aufzuheizenden Gas werden die unzureichend gepackten Bereiche unter dem Einfluß der Vibrationen, die im Verlauf des Betriebs auftreten, dicht gepackt, und es bildet sich folglich ein Hohlraum in dem Dichtungssand aus. Falls ein derartiger Hohlraum an Größe zunimmt, kommt es eventuell zur Ausbildung einer Luftpassage in der Sandkammer, insbesondere in den Bereichen, in denen der Dichtungssand normalerweise mit den Rohren oder mit der Innenwand der Sandkammer in Berührung steht. Die Kissen 8 und die Dichtungsglieder 16 vermögen zwar ein Auslecken des Dichtungssandes zu verhindern, sie sind jedoch nicht notwendigerweise ausreichend, um das Auslecken der Gase zu vermeiden. So kommt es beispielsweise leicht dazu, daß das aufzuheizende Gas in das Heizgas gelangt, was unerwünscht ist. Bei der vorliegenden Erfindung kann jedoch die bewegbare Trennplatte 10, wie in Fig. 1 gezeigt, in die mit dem Dichtungssand gepackte Sandkammer hineinbewegt werden, und zwar von der Gaskammerseite aus

3409H8

auf die Sandkammerseite hin. Dadurch wird der Dichtungssand mit Druck beaufschlagt und etwa vorhandene, unzureichend gepackte Bereiche können verkleinert oder vollständig beseitigt werden. Es ist auf diese Weise möglich, im wesentlichen den gesamten Dichtungssand in einem dichtgepackten Zustand zu halten und dadurch die Luftundurchlässigkeit in der Sandkammer sicherzustellen. Es ist ferner möglich, den zweckentsprechend gepackten Zustand über eine längere Zeitspanne aufrechtzuerhalten. Die Trennplatte kann zum Zeitpunkt des Einfüllens des Dichtungssandes bewegt werden oder bei einer Inspektion des Wärmeaustauschers. Es ist mit dieser Anordnung ferner möglich, die Dicke der Dichtungssandschicht, abhängig von dem Druckunterschied oder dem Typ des verwendeten Gases, einzustellen, und man kann daher für jeden Fall den optimalen Zustand hinsichtlich der Luftundurchlässigkeit auswählen. Bei einer bewegbaren Trennplatte 10 ist es auch leicht möglich, die Trennplatte 10 auszubauen. Das wiederum ermöglicht eine leichte Entnahme der Rohre k in axialer Richtung, z.B. zum Zwecke der Inspektion oder der Reparatur.

Bei Verwendung eines Wärmeaustauschers ohne eine Pralleinrichtung über einen längeren Zeitraum besteht die Gefahr, daß der Dichtungssand mehr oder weniger ausleckt, z.B. zum Kissen 8 hin. Es kann auch während des Betriebs vorkommen, daß der Dichtungssand beispielsweise durch Abrieb oder Abnutzung pulverisiert wird oder verlorengeht, was dazu führt, daß die Menge des Dichtungssandes in der Sandkammer sich verringert und das Niveau des Dichtungssandes absinkt, was wiederum eine unzureichende Luftundurchlässigkeit zur Folge hat.

3AÜ9U8-

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird hingegen eine Pralleinrichtung eingesetzt, welche die gleiche Wirksamkeit hinsichtlich der Luftundurchlässigkeit schafft wie eine vergrößerte Dicke der dichtenden Sandschicht. Falls ferner die Trennplatte 10 bewegbar ist, dient die Prallplatte 13 als Widerlager für die Bewegung der Trennplatte 10. Die Pralleinrichtung ist nicht auf die oben beschriebene, spezielle Konstruktion limitiert. Es ist eine beliebige Pralleinrichtung brauchbar, solange sie nur in der Lage ist, den oberen Bereich der Sandkammer von der Oberseite der Sandkammer bis zu einer zweckentsprechenden Tiefe hinab luftdicht zu unterteilen. Beispielsweise kann sie lediglich durch den Vorsprung 19 der oberen Abdeckung 18 gebildet sein. Es kann auch eine Pralleinrichtung vorgesehen sein, die gesondert an der Oberseite der Sandkammer befestigt ist. Ferner kann eine Vielzahl von Prall- oder Ablenkeinrichtungen vorgesehen sein.

Wie aus Fig. 3 hervorgeht, ist es erfindungsgemäß möglich, die gesamte Wärmeaustauschereinheit 24 mit Ausnahme der Leitung 21 innerhalb der beiden Ebenen der Flansche 25 und 25' anzuordnen. Dennoch ist es möglich, eine Bauweise vorzusehen, bei der der Abstand zwischen den genannten Ebenen minimalisiert ist. Dadurch kann eine kompakte Wärmeaustauschereinheit erhalten werden.

Bei der vorliegenden Erfindung kann der Sammlerkopf an der Stützkonstruktion (der tragenden Struktur) befestigt sein oder auch nicht. Falls der Sammlerkopf, wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt, an der Stützkonstruktion befestigt ist, dient diese Stützkonstruktion 2 vorzugsweise nicht nur dazu, die Rohre 4 zu tragen, sondern dient auch als die den Gaskanal definierende Kanalwand. Die Stützkon-

struktion zur Halterung der Rohre und die Kanalwand können jedoch auch unabhängig voneinander gebaut sein.

Der Sammlerkopf kann bezüglich der Stützkonstruktion nach außen vorspringen. Falls beispielsweise die Stützkonstruktion dick ist, kann der Sammlerkopf teilweise oder vollständig in die Stützkonstruktion eingebettet sein. Ein Vorzug der vorliegenden Erfindung besteht ferner darin, daß die Rohre sich, wie anhand der bevorzugten Ausführungsformen gezeigt, horizontal erstrecken können. Die Anordnung der Rohre ist jedoch nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt, und die Rohre können sich auch vertikal oder in einer beliebigen, zweckentsprechenden Richtung erstrecken. Der Sammlerkopf kann somit, wie gezeigt, seitlich an der Stützkonstruktion angeordnet sein. Er kann jedoch auch oberhalb oder unterhalb der Stützkonstruktion vorgesehen werden. Die Richtung des Heizgasstroms ist gleichfalls nicht notwendigerweise auf die dargestellte, vertikale Richtung beschränkt und kann auch in horizontaler Richtung oder in einer beliebigen anderen, zweckentsprechenden Richtung verlaufen. Bevorzugt verläuft jedoch die Gasströmungsrichtung senkrecht bezüglich der axialen Richtung der Rohre. Die äußeren Rohre 7 sind nicht wesentlich. Statt der äußeren Rohre kann auch ein Vorsprung auf der inneren Oberfläche des Durchgangsloches 5 vorgesehen sein, um die Verschiebung des Kissens 8 zu verhindern.

Gemäß der vorliegenden Erfindung kann ein einziges Rohr vorgesehen sein, welches sich in einen einzigen Sammlerkopf erstreckt. Vorteilhafterweise wird jedoch eine Vielzahl von Rohren vorgesehen, welche sich in das Innere eines einzigen Sammlerkopfes erstrecken, und zwar durch

3409ΊΑ8

eine einzige Sandkammer, wobei ihre offenen Enden in einer einzigen Gaskammer angeordnet sind. Im letzteren Fall gestaltet sich die Konstruktion einfacher als im ersteren Fall und die Operation des Bepackens mit dem Dichtungssand ist im letzteren Fall leichter durchzuführen als im ersteren.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen strömt das Heizgas in dem Gaskanal, während ein aufzuheizendes Gas in den Rohren strömt. Es ist jedoch auch möglich, den Gaskanal mit einem Gas zu beschicken, welches aufgeheizt werden soll, und den Rohren ein Heizgas zuzuführen. Ferner kann der Druck des Gases in den Rohren der gleiche oder ein anderer sein als der Druck des Gases in dem Gaskanal oder atmosphärischer Druck. Der Druck kann in zweckentsprechender weise innerhalb eines Bereichs ausgewählt werden, in dem die Luftundurchlässigkeit durch die Dichtungssandschicht aufrechterhalten werden kann. Falls der Gasdruck in den Rohren höher ist als der Gasdruck oder atmosphärischer Druck in dem Gaskanal, wird der Gasdruck in der Gaskammer hoch, was dazu führt, daß die Trennplatte 10 auf die Sandkammer hin gedrückt wird. Ein derartiger Betriebszustand wirkt im Sinne der Aufrechterhaltung der Luftdurchlässigkeit durch die Sandkammer.

Erfindungsgemäß kann ferner die Wand der Gaskammer unabhängig von der Stützkonstruktion gebaut sein oder es kann, wie durch die bevorzugten Ausführungsformen erläutert, ein Teil der Wand der Gaskammer durch die Stützstruktur oder die Eisenplatte gebildet sein. Als Dichtungssand kann ein zweckentsprechendes Material sowie eine zweckentsprechende Teilchengröße in Abhängigkeit von den Temperaturbedingungen oder den Korrosions-

"*■■' "-" ^: 3409H8

-43-

- rr-

bedingungen ausgewählt werden, unter denen die Verbindungskonstruktion der vorliegenden Erfindung verwendet werden soll. Im allgemeinen werden Jedoch anorganische Teilchen mit einer Teilchengröße von höchstens 0,3 mm, vorzugsweise höchstens 0,05 mm, bevorzugt, um die Luftundurchlässigkeit zu gewährleisten. Die anorganischen Teilchen können beispielsweise aus Diatomeenerde, Siliciumdioxid, Cordierit, Graphit, Bornitrid oder dergl. bestehen.

Die erfindungsgemäße Verbindungskonstruktion eignet sich somit für einen Wärmeaustauscher, insbesondere für einen Hochtemperatur-Wärmeaustauscher, bei dem ein Heizgas mit einer Temperatur von einigen 100⁰C eingesetzt wird. Die Konstruktion ist auch brauchbar flir eine Vorrichtung zum Vermischen von strömenden Medien, für eine Vorrichtung zur Steuerung der Temperatur, für eine Vorrichtung zur Änderung der Strömungsrichtung, für einen Staubabscheider oder dergl. Bei Verwendung in einer Staubabscheidungsapparatur können die Rohre 4 aus einem gaspermeablen, porösen Material bestehen, welches als Filter dient, und Keramikrohre sind bevorzugt.

Claims

Patentansprüche 1.) VerMndungskonstruktion für mindestens ein Rohr

und einen Sammlerkopf, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammlerkopf (9) eine Gaskammer (12), eine mit einem Dichtungssand (22) gefüllte Sandkammer (11) und eine die Gaskammer (12) und die Sandkammer (11) trennende Trennplatte (10) umfaßt und das Rohr (4) sich von außerhalb des Sammlerkopfes (9) durch die Sandkammer (11) erstreckt und mit seinem einen offenen Ende (6) in der Gaskammer (12) angeordnet ist.
2. Verbindungskonstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammlerkopf (9) an einer das Rohr (4) haltenden Stützkonstruktion (2) befestigt ist.
3. Verbindungskonstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Rohr (4) horizontal erstreckt.
4. Verbindungskonstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Prallplatte (13) in einem oberen Bereich in der Sandkammer (12) vorgesehen ist.
5. Verbindungskonstruktion gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vielzahl von Rohren (4) sich von außerhalb des Sammlerkopfes (9) durch die Sandkammer (11) erstreckt und ihre offenen Enden (6) in der Gaskammer (12) angeordnet sind.
6. Verbindungskonstruktion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennplatte (10) bewegbar ist.
7. Verbindungskonstruktion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (4) ein Keramikrohr ist.
8. Verbindungskonstruktion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß ein Heizgas oder ein Gas, welches aufgeheizt werden soll, durch das Rohr (4) geleitet wird und in WänaeaustauschbeZiehung steht mit einem aufzuheizenden Gas bzw. einem Heizgas, das außerhalb des Rohres (4) vorbeigeführt wird.
9. Verbindungskonstruktion gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Rohr um ein gaspermeables, poröses Rohr handelt, welches als Filter wirkt.