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Wärmeaustauschvorrichtung mit abwechselnd nebeneinander angeordneten,
gleichgerichteten Heiz- und Kühlkanälen; insbesondere zur Vorwärmung von Verbrennungsluft
Die Erfindung betrifft eine Wärmeaustauschvorrichtung, in welcher der zu erhitzende
Luftstrom den Heizgasen in gleichgerichteten Heiz-und Kühlkanälen entgegengeführt
wird, und besteht darin, daß an sich bekannte, mit den Kanalwänden zur Erzielung
einer guten Wärmeleitung fest zusammenpreßbare Füllkörper derart in die Kanäle eingebaut
sind, daß diese letzteren in zahlreiche, hauptsächlich in der Stromrichtung der
Gase verlaufende Einzelkanäle unterteilt werden. Durch diese Aufteilung der Gasströme
in verhältnismäßig dünne Stromelemente unter gleichzeitiger Herstellung einer gut
wärmeleitenden Verbindung mit den Trennwänden der Kanäle wird sowohl eine große
Gleichmäßigkeit als auch eine Erhöhung des Wärmeaustausches erreicht. Durch festes
Einpressen der Füllkörper in die Kanäle wird eine gut wärm. eleitende Verbindung
zwischen den Einlagen und den die Kanalwandungen bildenden Platten erreicht, im
Gegensatz zu bekannten Anordnungen, bei denen ein Zusammenpressen lose zusammengesetzter
Teile nur zu dem Zweck erfolgte, einen dichten Abschluß zu erzielen.
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Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Abb. i stellt einen
Abgasvorwärmer nach der Erfindung im Längsschnitt nach der Linie i-i in Abb. 2 dar,
welch letztere einen Querschnitt nach der Linie 2-2 in Abb. i zeigt. Abb. 3 ist
ein Querschnitt nach der Linie 3-3 in Abb. i. Die Abbildungen 4, 5 und 6 stellen
eine abgeänderte Ausführung dar, wo bei Abb. 4 einen Längsschnitt nach der Linie
4-4 in Abb. 6, letztere einen Schnitt nach der Linie 6-6 in Abb. 4 oder 5 und Abb.
5 einen Querschnitt nach der Linie 5-5 in Abb. 6 zeigen. Abb. 7 und 8 zeigen einen
Längsschnitt bzw. einen Querschnitt einer dritten Ausführung. Abb. 9 und io beziehen
sich auf eine, vierte Ausführung, wobei Abb. 9 einen Längsschnitt nach der Linie
9-9 in Abb. io durch einen einzelnen Gaskanal und Abb. iö einen Querschnitt nach
der Linie io-io" in Abb. 9 darstellen.
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Bei der Ausführung nach Abb. i bis 3 ist der Vorwärmer in einem Abgasrohr
i einer Dampfkesselanlage angeordnet. Das Innere des Rohres i ist durch eine Anzahl
von U-förmig gebogenen Flachblechen in mehrere nebeneinanderliegende in der Längsrichtung
des Rohres verlaufende fiachende Kanäle 3 und 4 aufgeteilt. Die oberen freien Kanten
der aufwärts gerichteten Seitenflächen der U-Bleche 2 sind seitwärts nach außen
zu Flanschen 29. umgebogen, von denen jede über einen entsprechenden Flansch des
benachbarten U-Bleches greift (Abb.2). Die Kanäle 3, welche unten durch die untere
Wand 5 des Abzugsrohres i und nach oben durch die übereinandergreif nden Flanschen
29 abgeschlossen sind, dienen zur Führung der Abgase durch den Vorwärmer und sind
dementsprechend an ihren Enden offen gelassen, so daß sie bei 6 und 7 mit beiden
Enden des Abgasrohres i in Verbindung. stehen.
Anderseits sind die
Kanäle q., welche die zu erwärmende Luft durch den Vorwärmer leiten, gegen die Enden
des Abgasrohres durch Deckplatten 8 abgesperrt. Jede der letzteren ist aus einer
lappenförmigen Verlängerung der einen Seitenwand des betreffenden U-Bleches gebildet,
welche gegen die gegenüberstehende Kante der anderen Seitenwand umgebogen und nötigenfalls
mit dieser zusammengefalzt oder zusammengeschweißt ist. Die Kanäle q. sind oben
teilweise durch die obere Wand 9 des Abzugsrohres i abgeschlossen; an den Enden
aber stehen sie nach oben hin mit den Einlaß bzw. den Auslaß für die Lugt bildenden
Öffnungen 1o und 1i in der Wand 9 in Verbindung. Die Luft, welche durch die Einlaßöffnung
1o unmittelbar aus der Atmosphäre angesaugt wird, verläßt den Vorwärmer durch die
Auslaßöffnung 1i und tritt dabei in eine von dem Abgasrohr i seitwärts abgezweigte
Rohrleitung 12 ein, durch welche die Luft in vorgewärmtem Zustande nach der Feuerkammer
geführt wird. Jeder der Kanäle q. ist zum Teil durch eine Anzahl von Metallrohrstücken
f2 gefüllt, die ungefähr dieselbe.Weite haben wie die Kanäle und in der Richtung
des Rohres i sich erstrecken, so daß die Kanäle q. in eine große Zahl von kleinen
parallelen, in der Stromrichtung der Gase verlaufenden Einzelkanälen unterteilt
werden. Die Rohrstücke 13 erstrecken sich nur über diejenigen Teile der Kanäle q.,
die oben durch die Wand 9 abgedeckt sind, während die Enden der Kanäle unter den,Öffnungen
1o und 1i freigelassen sind, um eine unbehinderte Verbindung zwischen den von den
Rohrstücken ausgefüllten Teilen der Kanäle q. einerseits und den Ein- und Auslaßöffnungen
1o, 1i anderseits zu - gestatten. Die Kanäle 3 sind in ähnlicher Weise in eine große
Anzahl von kleinen parallelen Durchlässen geteilt, und zwar jeder Kanal durch ein
einziges Wellblechstück 1q., dessen in der Längsrichtung der Kanäle sich erstreckende
Wellen die Weite der Kanäle ausfüllen. Die Füllkörper 1q. der Kanäle 3 können entweder
wie die Rohrstücke 13 derart angeordnet sein, daß sie nur die den gefüllten Teilen
der Kanäle q. entsprechenden Teile der Kanäle 3 einnehmen oder bis an die Enden
der Kanäle verlängert werden. Der ganze aus'U-Blechen 2 und Füllkörpern 13, 1¢ zusammengesetzte
Vorwärmerkörper wird zwischen einer der Seitenwände des Abzugsrohres i und einer
Preßplatte 15 durch Schrauben 16 zusammengedrückt, die durch Ansätze 17 an
der entgegengesetzten Seitenwand eingeschraubt sind.
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Der Vorwärmerkörper bildet also ein steifes Paket oder ein Bündel,
dessen verschiedene Teile gegenseitig in innige wärmeleitende Berührung gebracht
sind. Die an die Füllkörper 14 von den heißen Abgasen abgegebene Wärme wird infolgedessen
leicht an die Kanalwandungen abgeleitet und durch die Füllkörper 13 der zu erwärmenden
Luft zugeführt.
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Die in den Abb. q. bis 6 dargestellte Ausführung unterscheidet sich
von der eben beschriebenen hauptsächlich dadurch, daß der Vorwärmerkörper in einem
senkrechten Teil des Abgasrohres i angebracht ist, und ferner durch die Anordnung
doppelter seitlicher Ein- und Auslaßöffnungen. Das Abgasrohr i ist über dem Vorwärmer
umgebogen und verläuft dann in horizontaler Richtung weiter. Die Kanäle 3 sind hier
durch flache Blechkörper 18 gebildet (Abb. 5), die in dem Abgasrohr i mit gegenseitigen
Zwischenräumen q. nebeneinander in der Strömungsrichtung der Gase angeordnet sind.
Die Zwischenräume q. bilden die Kanäle für die zu erwärmende Luft. Sie sind gegen
die bei 6 in den Vorwärmer eintretenden und bei 7 austretenden Abgase durch Deckplatten
8 abgesperrt. Die Deckplatten 8 bestehen hier aus U-förmigen Profileiserstücken,
die zwischen den flachen Seiten der benachbarten Körper 18 festgeklemmt und nötigenfalls
an die betreffenden Wände angeschweißt oder angenietet sind. Die Kanäle 3 sind ähnlich
wie die entsprechenden Kanäle des Vorwärmers nach Abb. i bis 3 mit Füllkörpern aus
Wellblech versehen; und zwarist in jedem Rohr 18 ein einzelnes Wellblechstück 14
angebracht, das gegen die Wandungen des Rohres anliegt. Die Füllkörper der Luftkanäle
4. bestehen ebenfalls, wie aus Abb. 5 ersichtlich, aus ähnlich angeordneten Wellblechen
f9 und dienen - zugleich als Abstandhalter zwischen den flachen Körpern 18. Die
Wellbleche f9 ersetzen hier die Rohrstücke 13 der Ausführung nach Abb. i, 2.
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Ein senkrecht angeordneter Vorwärmer, etwa nach Abb. q. bis 6, kann,
wie bekannt, in besonders zweckmäßiger Weise mit Vorrichtungen zum Entfernen von
Ruß aus den Abgaskanälen versehen werden. Die Abb. q. und 6 zeigen beispielsweise
eine solche Vorrichtung, bestehend aus einem über dem Vor-wärmer verschiebbar durch
die Wand des Abgasrohres feingeführten Zuführungsrohr ao für Dampf oder Preßluft,
dessen Mündung mit einem Mundstück oder Verteiler 21 mit abwärts gerichteten Verteilerlöchern
22 versehen ist. Der Verteiler 21 -besteht aus einem den flachen Seiten der Kanäle
3 parallelen Rohrstück, dessen Enden- in an den Seitenwänden des Abgasrohres vorgesehenen
Führungen gleiten, und kann durch Verschiebung des Zuführungsrohres 20 in dessen
Längsrichtung über jeden der Kanäle 3 eingestellt werden. Unter dem Vorwärmer .ist,
wie ebenfalls bekannt, ein Rußfänger 23 angeordnet; welcher in seitlichen Führungen
24 parallel zur Schubrichtung des Verteilers 21 mittels einer Schubstange 25 o.
dgl. mit dem Verteiler zusammen verstellt werden kann, und zwar derart,. de der
Ruß-.
fänger sich immer gerade unterhalb des Verteilers befindet.
Das Zuführungsrohr 2o und die Schubstange 25 sind, wie Abb. 6 zeigt, miteinander
verbunden. Der Rußfänger 23 ist mit einer seitlich angeordneten Tülle 26 versehen,
die über einer in der Schubrichtung verlaufenden Rinne 27 mündet. Wenn die Kanäle
3 von Ruß und Asche gereinigt werden sollen, wird Dampf oder Preßluft durch das
Rohr 2o zugeführt und der Reihe nach durch die Kanäle 3 hindurchgeblasen, wobei
die Niederschläge von Ruß und Asche abgefegt und in dem Bußfänger 23 aufgefangen
werden. Der Bußfänger entleert sich fortwährend in die Rinne 27, aus welcher die
abgefegten Verunreinigungen bequem entfernt werden können.
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Die Anordnung nach Abb. 7, 8 stimmt im wesentlichen mit der eben beschriebenen
überein; sie unterscheidet sich von dieser dadurch, daß die Flachkörper x8 senkrecht
in ihren Längsrichtungen derart U-förmig gewölbt sind, daß ein hufeisenförmiger
Querschnitt des Vorwärmers erreicht wird (Abb.8). Die Luft wird durch zwei Einlaßöffnungen
io am oberen Ende des Vorwärmers angesaugt und durch ein Rohr 12, das mit den beiden
Auslaßöffnungen am unteren Ende des Vorwärmers in Verbindung steht, zur Heizkammer
abgeführt.
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Falls jeder der Füllkörper 14 bzw. ig aus einem einzelnen Wellblech
hergestellt wird, müssen die zu den flachen Seiten senkrechten Querabmessungen der
Kanäle verhältnismäßig klein gewählt werden; es ist dann für einen bestimmten Gesamtquerschnitt
eine verhältnismäßig große Zahl von Kanälen erforderlich, wodurch die Herstellungskosten
erhöht werden. Zweckmäßig werden breitere Kanäle verwendet und in jeden-Kanal zwei
oder mehrere Wellblechstücke hineingelegt (Abb. io). Da verhindert werden muß, daß
die Wellenausbuchtungen der in einem Kanal nebeneinanderliegenden Füllbleche ineinander
hineinsinken, können zwischen die verschiedenen Wellbleche eines Kanals ungewellte
Zwischenlagen gelegt werden. Solche Zwischenlagen, die nur unwesentlich zur Wärmeübertragung
beitragen, werden aber bei der Anordnung nach Abb. g, io dadurch vermieden, daß
die nebeneinanderliegenden Wellblecheinlagen 28 eines jeden Kanals gegenseitig etwas
verschöben sind, derart, daß die einander zugekehrten Wellenrücken sich unter einem
spitzen Winkelkreuzen. An den Kreuzpunkten stützen sich die Wellblecheinlagen gegenseitig,
und es wird dadurch das Zusammenfallen der Wellbleche verhindert. Um das Verrosten
und Zerstören des Baustoffes im Vorwärmer durch Einwirkung der Rauchgase zu vermeiden,
kann dieser aus widerstandsfähigem Stoff hergestellt werden. Da aber das Anfressen
des Füllstoffes nicht in demselben Grade nachteilig ist wie die Zerstörung der Kanalwandungen,
wird man in vielen Fällen, um die Herstellungskosten herabzusetzen; sich damit begnügen
können, die Kanalwände aus widerstandsfähigem Stoff herzustellen und für die Füllkörper
gewöhnliches Blech zu benutzen.
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Vorwärmer der beschriebenen Art können natürlich auch für andere Zwecke
benutzt werden als zur Vorwärmung der Verbrennungsluft. Beispielsweise kann ein
solcher Vorwärmer mit Vorteil in Ventilationsanlagen verwendet werden, um einen
Teil des Wärmeinhalts der in einem Raum verbrauchten Luft zurückzugewinnen. Zu diesem
Zweck wird die frische Luft, ehe sie dem Raum zugeführt wird, durch den Vorwärmer
geleitet, wobei sie in der beschriebenen Weise mittels der warmen verbrauchten Luft
erwärmt wird.