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Baleke-Dürr Aktiengesellschaft,Homberger Str.2,4030 Ratingen
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Regenerativ-Wärmeaustauscher Die Erfindung betrifft einen vorzugsweise
zur Verwendung hinter Naßreinigungsanlagen bestimmten Regenerativ-Wärmeaustauscher
mit einer keramischen Speichermasse aus einer Mehrzahl von mit Strömungskanälen
versehenen Einbauelementen,die zur Bildung eines Sektors der Speichermasse in einer
Ebene liegend aneinander gefügt und mehrlagig übereinander gestapelt sind,wobei
die der An- und Abströmung dienenden Stirn flächen der Speichermasse eine ebene
Fläche bilden.
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Regenerativ-ärmeaustauscher mit einer keramischen Speichermasse sind
bekannt. Die Speichermasse wird aus mehreren Lagen von mit Strömungskanälen versehenen
Einbauelementen gebildet, die jeweils zur Bildung eines Sektors der Speichermasse
in einer Ebene liegend aneinandergefügt werden. Um Teile der Speichermasse zwecks
Durchströmung mit jeweils einem der im ärmeaustausch miteinander stehenden Medien
voneinander abtren nen zu können, sind die der An- und Abströmung dienenden Stirnflächen
der Speichermasse jeweils als ebene Fläche ausgebildet, auf der Dichtungen gleiten.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,die bekannten Regenerativ-Wärneaustauscher
derart weiterzubilden, daß sie auch hinter Naßreinigungsanlagen eingesetzt werden
können und daß die Speichermasse auf einfache Weise aus einzelnen Einbauelementen
gebildet werden kann, wobei gleichzeitig die wärmetechnische Wirkung der Speichermasse
verbessert werden soll.
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Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet,
daß die Einbauelernente aus einer surefesten Keramik hergestellt sind und da mindestens
die in Strömungsrichtung des kalten Wärmeaustauschmediums vorn liegende erste Lage
der Einbauelemente mit einer aus Kunststoff bestehen den Antihaftbeschichtung versehen
ist.
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Durch die Verwendung einer säurefesten Keramik läßt sich der erfindungsgemäße
Regenerativ-Wärmeaustauscher auch hinter Naßreinigungsanlagen, vorzugsweise Rauchgas-Entschwefelungsanlagen,
einsetzen, aus denen aggressive und feuchte Gase austreten. Die hierdurch gleichzeitig
auftretende Gefahr einer strkeren Verschmutzung der Speichermasse wird dadurch behoben,
daß mindestens eine Lage der Einbaueleriente mit einer aus Kunststoff bestehenden
Antihaftbeschichtuno versehen wird, durcl die es möglich ist, die durch feuchte
oder staubförmige Verschmutzungen in ihrem wärme- und strömungstechnischen Verhalten
beeinträchtigten Heizflächen der Speichermasse besser reinigen zu können. Die Antihaftbeschichtung
umschließt jeweils das gesamte Einbauelement,d.h.die An- und Abströmflächen, die
Außenflächen und die Strömungskanäle. Als Beschichtungsmaterial werden vorzugsweise
Fluorkunststoffe verwendet.
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Gemäß einen weiteren Iierkmal der Erfindung sind die Einbauelemente
mit im Strömungsquerschnitt sechseckigen Kanälen ausgebildet. Um Verstopfungen dieser
Strömungskanäle zu vermeiden, sollte der hydraulische Durchmesser der Strörlungskanäle
nicht kleiner als 6 mm sein.
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Um den Wirkungsgrad des Wärmeaustausches zu erhöhen, sind gemäß einem
weiteren Merkmal der Erfindung die Strömungskanäle beach barter Lagen von Einbauelementen
quer zur Strömungsrichtung zueinander versetzt. Durch diesen Versatz erden von Lage
zu Lage neue Anströmkanten gebildet. Hierdurch wird die Strörlungsgrenzschicht für
jede Lage der Einbauelemente innerhalb der
Speichermasse neu gebildet,wodurch
sich der Wärmeübergangskoeffizient erhöht und eine Steigerung des Wirkungsgrades
des Regenerativ-Wärmeaustauschers erzielt wird.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betragen der Abstand
der einander gegenüberliegenden Wände der sechseckigen Strümungskanäle etwa 17 mm
und die Dicke der Stege zwischen den Strömungskanälen etwa 5 mm. Benachbarte Lagen
der Einbauelemente sind jeweils derart zueinander versetzt,daß die sternförmigen
Kreuzungspunkte der Stege der einen Lage etwa in Verlänoerung der Mittelpunkte der
Strömungskanäle der andere Lage angeordnet sind. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung
werden strömungstechnisch und wärmetechnisch günstige Ergebnisse erzielt.
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Um die Speichermasse auf einfache Gleise aus einzelnen Einbauelementen
herstellen zu konnen,ist eä einem weiteren Merkmal der Erfindung jeder Sektor der
Speichermasse aus mehreren Reihen von Einbauelementen gebildet,die aus vier Elementtypen
bestehen. hiervon weisen zwei Elementtynen eine schräg zur Grundfläche verlaufende
Seitenfläche auf. Diese beiden Elementtypen bilden gemeinsan die radial am weitesten
innenliegende kürzeste Reihe. Ein quaderförmiger Elementtyp entspricht in seiner
Breite dem Breitenzuwachs zwischen den in radialer Richtung aufeinanderfolgenden
Reihen. Ein weiterer quaderförmiger Elementtyp ist mit der doppelten Breite dieses
Elementtyps ausgebildet. Mit den vier Elementtypen lassen sich beliebig grone Speichermassen
auf einfache Weise herstellen, wobei die einzelnen Einbauelemente miteinander durch
einen säurefesten Kitt verbunden werden können.
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Sofern ein Versatz der Strömungskanäle benachbarter Lagen der Einbauelemente
erwünscht ist,werden die mit einer schräg zur
Grundfläche verlaufenden
Seitenfläche ausgebildeten Elementtypen derart ausgeführt,daß sich ihre nittlere
Breite voneinander un den Betrag. des Versatzes zwischen benachbarten Lagen der
Einbauelemente unterscheidet. Auf diese Ieise ist es möglich,zwangsläufig den gewünschten
Versatz der Strömungskanäle in Durchströmrichtung durch die Speichermasse allein
dadurch zu erzielen, daß beim Aufbau der Speichermasse von Lage zu Lage tischen
den beiden Elementtypen mit schräg zur Grundfläche verlaufenden Seitenflächen gewechselt
wird.
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Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung zur Erzielung
eines Versatzes der Strömungskanäle zwischen benachbarten Lagen sind die Einbauelemente
mit quer zur Strömungsrichtung und in Längsrichtung der einzelnen Reihen geneigten
Strömungskanälen ausgebildet. Durch diese Neigung ergibt sich bein Aufbau der Speichermasse
aus mehreren Lagen selbsttätig der gewünschte Querversatz. Die einzelnen Einbauelemente
können beispielsweise aus stranggepreßten Profilen hergestellt tterden,die unter
dem Neigungswinkel schar abgeschnitten werden. Die Neigung der Strömungskanäle zwischen
Ein- und Austritt entspricht hierbei etwa dem mittleren Abstand der in Neigungsrichtung
benachbarten Strömungskanäle, so daß sich selbsttätig der gewünschte Versatz zwischen
Strömungskanälen benachbarter Lagen ergibt.
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lit der Erfindung wird weiterhin vorgeschlagen,die Jeweils unterste
Lage der Einbauelemente mit einem rückspringenden Absatz zur Auflage der Einbauelemente
auf zwischen den einzelnen Reihen angeordneten Tragleisten zu versehen. Diese Ausgestaltung
ermöglicht neben einem erleichterten Aufbau eine zuverlässige Lagerung der einzelnen
Elemente der Speichermasse.
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Schließlich ist es zur Lagefixierung einzelner Einbaueleneunte benachbarter
Lagen relativ zueinander möglich,Versatzbolzen vorzusehen, die
mit
einem Schaftteil jeweils in einen Strömungskanal des einen Einbauelements eingesetzt
und mit einem gabelförmigen Teil auf die Stege des benachbarten Einbauelements aufgesetzt
sind.
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Hierdurch ergibt sich eine zuverlässige Lagefixierung benachbarter
Einbauelemente,ohne daß die jeweils nur einen Strömungskanal verschließenden Versatzbolzen
die Durchströmung der Speichermasse behindern.
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Auf der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele von Einbauelementen
zur Bildung der Speichermasse von Regenerativ-Wärmeaustauschern dargestellt, und
zwar zeigen: Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausführungsbeispiels eines
Einbauelements, Fig. 2 eine Draufsicht auf einen Sektor einer Speichermasse, die
aus unterschiedlichen Einbauelementen gebildet wird, Fig. 3 eine der Fig.2 entsprechende
Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform,bei der zur Herstellung der Speichermasse
lediglich vier unterschiedliche Elementtypen von Einbauelementen verwendet werden,
Fig. 4 eine perspektivische Darstellung einer mehrlagigen Reihe eines Sektors einer
Speichermasse mit von Lage zu Lage versetzten Strömungskanälen,wiederum gebildet
aus lediglich vier Elementtypen von Einbauelementen gemäß Fig.3, Fig. 5 eine Draufsicht
auf einen Ausschnitt der Speichermasse gemäß Fig.4, Fig. 6 einen senkrechten Schnitt
durch einen Teil der Speichermasse,deren einzelne Einbauelemente durch Versatzbolzen
relativ zueinander fixiert sind, und Fig. 7 einen der Fig.6 entsprechenden Teilschnitt
durch die Speichermasse,deren Strömungskanäle von Lage zu Lage
durch
eine Neigung der Strömungskanäle quer zur Strömungsrichtung versetzt sind.
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Das in Fig. 1 dargestellte Einbauelement 1 zur Bildung der Speichermasse
von Regenerativ-Wärmeaustauschern besteht aus keramischem Material und ist mit Strömungskanälen
2 versehen, die parallel zueinander verlaufen und Wärmetauschflächen bilden. Als
Material für das Einbauelement 1 wird eine säurefeste Keramik verwendet. Das beim
Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 mit einer schräg zur Grundfläche verlaufenden Seitenfläche
ausgebildete Einbauelement 1 besitzt ebene Stirnflächen 3, in denen die Strömungskanäle
2 münden. An den parallelen Flächen ist das Einbauelement 1 mit einem rückspringenden
Absatz 4 versehen. Außerdem sind zwei Ecken des Einbauelements 1 mit Abschrägungen
5 versehen, die das Anlegen eines Transportaeschirrs ermöglichen.
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Die einen Block mit ebenen Stirn flächen bildende Speichermasse wird
aus mehreren Lagen von Einbauelementen 1 gebildet, wobei jede Lage wiederum aus
mehreren Sektoren zusammengesetzt wird. In den Figuren 2 und 3 ist jeweils ein derartiger
Sektor einer Lage der Speichermasse in der Draufsicht dargestellt.
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Diese Darstellungen lassen erkennen, daß die Sektoren wiederum in
mehrere Reihen unterteilt sind, deren Länge mit dem jeweils ligen Abstand vom Mittelpunkt
der Speichermasse zunimmt.
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In Fig. 2 ist in der Draufsicht eine erste Ausführungsform eines derartigen
Sektors einer Speichermasse zu erkennen, der durch insgesamt acht Reihen von Einbauelementen
1 gebildet wird. Diese Einbauelemente 1 befinden sich jeweils zwischen strahlenförmig
verlaufenden Trennwänden 6, die miteinander durch Tragleisten 7 und gegebenenfalls
Querwände verbunden sind.
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Auf diesen Tragleisten 7 liegen die rückspringenden Absätze 4 der
Einbauelemente 1 auf. Bei der Ausführungsform nach Fig.
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2 werden die radial innen liegenden vier ersten Reihen des Sektors
durch im Grundriß ~~~
kegelstumpfförmige Einbauelemente 1 gebildet,
wogegen die acht äußeren Reihen aus jeweils zwei Einbauelementen 1 zusammengesetzt
sind, die in der Mitte stumpf aneinanderstoßen.
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Bei dieser Ausführungsform müssen für jeden Sektor acht unterschiedlich
große Einbauelemente 1 verwendet werden, die entweder von Anfang an mit unterschiedlichen
Abmessungen hergestellt oder aus größeren Elementen zurechtgeschnitten werden.
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Bei der zweiten Ausführungsform nach Fig. 3 werden zur Bildung eines
Sektors lediglich vier unterschiedliche Elementtypen verwendet, die mit den Buchstaben
A, B, S und N gekennzeichnet sind. Bei dieser Ausführungsform ist ein quer zur Strömungsrichtung
verlaufender Versatz der Strömungskanle 2 zwischen benachbarten Lagen der Speichermasse
auf besonders einfache Weise möglich, wie sich im Zusammenhang mit den Figuren 4
und 5 ergibt.
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Bei den Elementtypen A und B handelt es sich um Einbauelemente 1,
die eine schräg zur Grundfläche verlaufende Seitenfläche aufweisen, die dem schrägen
Verlauf der Trennwände 6 erste spricht. Die beiden Elementtypen A und B besitzen
zusammen eine Breite, die der Länge der radial am weitesten innen liegenden und
damit kürzesten Reihe des Sektor entspricht. Der Elementtyp S ist ein quaderförmiges
Einbauelement, dessen Breite dem Breitenzuwachs zwischen den in radialer Richtung
aufeinanderfolgenden Reihen des Sektors entspricht. Der Elementtyp N ist wiederum
quaderförmig, jedoch mit einer Breite, die doppelt so groß ist wie die Breite des
Elementtyps S. In Fig. 3 ist zu erkennen, daß diese vier Elementtypen ausreichen,
den gesamten Sektor mit Einbauelementen 1 zu füllen, wobei jedes Einbauelement eine
Mehrzahl von Strömungskanälen 2 aufweist, die der besseren Ubersichtlichkeit wegen
in Fio.
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3 nicht eingezeichnet sind.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind die Strömungskanäle
2
in Strömungsquerschnitt sechseckig ausgeführt. Der Abstand der einander gegenüberliegenden
Wände der sechseckigen Strömungskanäle 2 beträgt beispielsweise etwa 17 mm. Die
zwischen den Strömungskanälen 2 verlaufenden Stege 3 haben eine Wandstärke von etwa
5 mm. Um die sich innerhalb jedes Einbauelements 1 in den Strömungskanälen 2 ausbildenden
Strömungsgrenzschichten für jede Lage der Einbauelemente 1 neu zu bilden, sind gemäß
Fig. 5 die Strömungakanäle 2 benachbarter Lagen von Einbauelementen 1 quer zur Strömungsrichtung
zueinander versetzt, und zwar beim Ausführungsbeispiel um die halbe Teilung der
Strömungskanäle 2. In Fig. 5 ist zu erkennen, daß die sternförnigen Kreuzungspunkte
der Stege 8 der einen Lage etwa in Verlängerung der Mittelpunkte der Strömungskanäle
2 der anderen Lage angeordnet sind. Hierdurch werden stets neue Anströmkanten gebildet,
die durch Neubildung der-Strömungsgrenzschicht und eine gewisse Wirbelbildung den
Wärmeübergangskoeffizienten erhöhen und damit den Wirkungsgrad des Wärmeübergangs
verbessern.
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Dieser Versatz der Strömungskanäle 2 von Lage zu Lage der Speichermasse
wird beim Ausführungsbeispiel nc Fig. 4 dadurch erreicht, daß sich die mittlere
Breite der Elenentt'jpen und B voneinander un den Betrag des Versatzes zwischen
benachbarten Lagen der Einbauelemente 1 unterscheidet. Durch diese Gestaltung der
Einbauelemente 1 ist es möglich, den gewünschen Versatz von Lage zu Lage dadurch
zu erzielen, deß an den Enden Jeder Reihe in übereinanderliegenden Lagen Jeweils
abwechselnd Einbauelemente der Elementtype A bzii. B verwendet werden. Die Darstellung
in Fig. 4 zeigt deutlich; daß sich hierdurch der Versatz der Strömungekanäle 2 selbsttätig
ergibt.
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Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zeigt e-ne andere Möglichlichkeit
zur Erzielung des gewünschten Versatzes der Strömungskanäle 2. Bei dieser Ausführungsform
sind die Einbaueleneunte
1 mit quer zur Ströntungsrichtung geneigten
Strömungs-'<anälen 2 ausgebildet, beispielsweise inc-em die Einbauelemente 1
von einen Strangpreßprofil unter einen Neigungswinkel 9 abgeschnitten werden. Hierdurch
entspricht die Neigung der Ströungskanäle 2 zwischen Ein- und Austritt etwa dem
mittleren Abstand der in Neigunnsrichtung benachbarten Strörnungskanäle 2, so daß
wiederum die in Fig. 5 dargestellte Situation erzielt wird.
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In Fi. 6 ist schließlich dargestellt, daß es auch mit Hilfe eines
Versatzbolzens 10 möglich ist, die Einbauelenente 1 benachbarter Lagen relativ zueinander
zu fixieren. Bei dem in Fig. 6 dargestellten Ausführungsbeispiel liegt der Versatzbolzen
10 mit einem Schaftteil 10a innerhalb eines Strömungskanals 2, wogegen ein gabelförmiger
Teil 1Db des Versatzbolzens 10 auf die Stege 8 des benachbarten Einbauelements 1
aufgesetzt ist.
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Die Einbauelemente 1 können mit einer aus Kunststoff bestehenden Antihaftbeschichtung
versehen sein, vorzugsweise aus einem Fluorkunststoff. Diese Beschichtung umschließt
jeweils das komplette Einbauelement 1, d.h. die Flächen der Strömunoskanäle 2, die
Stirnflächen der Stege 8 sowie die Außenflächen.
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Durch diese Antihaftbeschichtung können feuchte und/oder staubförmige
Verschmutzungen schneller und leichter entfernt werden.
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Der Einsatz einer derartigen Antihaftbeschichtuno ist deshalb besonders
für die kalte Seite" der Speichermasse geeignet.
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Für die nicht mit Kunststoff beschichteten Einbauelemente 1 ist ein
Glasurüberzug vorteilhaft.
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B e z u g s z e i c h e n l i s t e: 1 Einbauelement 2 Strömungskanal
3 Stirnfläche 4 Absatz 5 Abschrägung Trennwand 7 Tragleiste 8 Steg 9 Neigungswlnkel
10 Versatzbolzen 10a Schaftteil lOb gabelförmiger Teil A Elementtyp B Elementtyp
S Elementtyp N Elementtyp
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