DE8419655U1

DE8419655U1 - Regenerativ-waermeaustauscher

Info

Publication number: DE8419655U1
Application number: DE19848419655
Authority: DE
Original assignee: Balcke Duerr AG
Current assignee: Balcke Duerr AG
Priority date: 1984-06-30
Filing date: 1984-06-30
Publication date: 1984-09-27

Description

Balcke-Dürr Aktiengesellschaft ,Hornberger Str.2,4030 Ratingen

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 Stirnflächen der Speichermasse eine ebene Fläche bilden.

Regenerativ-Wärmeaustauscher 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 Wärmeaustausch miteinander stehenden Medien voneinander abtrennen zu können, sind die der An- und Abströmung dienenden Stirnflächen der Speichermasse jeweils als ebene Fläche ausgebildet, auf der Dichtungen gleiten.

;Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,die bekannten Regenerativ-Wärmeaustauscher derart weiterzubilden, daß sie auch hinter Naßreinigungsanlagen eingesetzt werden könneu und daß die Speichermasse auf einfache Weise aus einzelnen Einbau&lementen gebildet werden kann, wobei gleichzeitig die wärmetechnische Wirkung der Speichermasse verbessert werden soll.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist da-

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durcft Gekennzeichnet, daß die Einbauelerriente aus einer säurefesten Keramik hergestellt sind und daß mindestens die in Strömungsrichtung des kalten iJarmeaustauschmediums vorn liegende erste Lage der Einbauelemente mit einer aus Kunststoff bestehenden Antihaftbsschichtung versehen ist.

Durch die Verwendung einer säurefesten Keramik läßt sich der erfindungsgemäße Regenerativ-Wärmeaustauscher auch hinter Maßreinigungsanlagen , vorzugsweise Rauchgas-Entschwefelungsanlagen, einsetzen, aus denen aggressive und feuchte Gase austreten. Die hierdurch gleichzeitig auftretende Gefahr einer stärkeren Verschmutzung der Speichermasse wird dadurch behoben, daß mindestens eine Lage der Einbauelemente mit einer aus Kunststoff bestehenden Antihaftbeschichtung versehen wird, durch 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 Beschicntungssnaterial werden vorzugsweise Fluorkunststoffe verwendet.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung sind die Einbauelemente mit im Strömungsquerschnitt sechseckigen Kanälen ausgebildet. Um Verstopfungen dieser Strömungskanäle zu vermeiden, sollte der hydraulische Durchmesser der Strömungskanäle nicht kleiner als 6 mm sein.

Um den Wirkungsgrad des Wärmeaustausches zu erhöhen, sind gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung die Strömungskanäle benachbarter Lagen von Einbauelementen quer zur Strömungsrichtung zueinander versetzt. Durch diesen Versatz werden von Lage zu Lage neue Anströrnkanten gebildet. Hierdurch wird die Strörnungsgrenzschicht für jede Läge der Einbauelemente innerhalb der

Speichermasse neu gebildet,wodurch sich der Wärmeübergangskoeffizient erhöht und eine Steigerung des Wirkungsgrades des Regenerativ-Wärrneaustauscherc- erzielt wird.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betragen der Abstand der einander gegenüberliegenden Hände der sechst eckigen Strömungskanäle 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 Verlängerung der Mittelpunkte der Strömungskanäle der anderer Lage angeordnet sind. Bei dieser erfindungsgemäßen Ausbildung werden strömungstechnisch und wärmetechnisch günstige Ergebnisse erzielt.

Um die Speichermasse auf einfache Heise aus einzelnen Einbauelementen herstellen zu können,ist gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung jeder Sektor der Speichermasse aus mehreren Reihen von Einbauelementen gebildet,die aus vier Elementtypen bestehen. Hiervon weisen zwei Elementtypen eine schräg zur Grundfläche verlaufende Seitenfläche auf. Diese beiden Elementtypen bilden gemeinsam 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 große Speichermassen auf einfache Weise herstellen, wobei die einzelnen Einbauelemente miteinander durch einen säurefesten Kitt verbunden werden können.

Sofern ein Versatz der Strömungskanäle benachbarter Lagen der Einbauelemente erwünscht ist,werden die mit einer schräg zur

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Grundfläche verlaufenden Seitenfläche ausgebildeten Elementtypen derart ausgeführt,daß sich ihre mittlere Breite voneinander up den Betrag des Versatzes zwischen benachbarten Lagen der Einbauelemente unterscheidet. Auf diese Weise 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 zwischen den beiden Elementtypen mit schräg zur Grundfläche verlaufenden Seitenflächen gewechselt wird.

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 beim Aufbau der Speichermasse aus mehreren Lagen selbsttätig der gewünschte Querversatz. Die einzelnen Einbauelemente können beispielsweise aus stranggepreßten Profilen hergestellt werden,die unter dem Neigungswinkel schräg 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.

Mit 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.

Schließlich ist es zur LagefiKierUng einzelner EihbäUelemente benachbarter Lagen relativ zueinander möglich,Versatzbolzen vorzusehen,die

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mit einem Schaftteil jeweils in einen Strömungskanal des einen Einbauelements eingesetzt und mit einem gabelförmigen Teil auf die Stege des benachbarten Einbauelements aufgesetzt sind. Hierdurch ergibt sich eine zuverlässige Lagefixierung benachbarter Einbauelemente,ohne daß die jeweils nur einen Strömungs kanal verschließenden Versatzbolzen die Durchströmung der Speichermasse behindern.

Auf der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele von Einbaue.lementen zur Bildung der Speichermasse von Regenerativwärmeaustauschern 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 Speicherrnasse gemäß Fig.A,

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

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durch eine Neigung der Strömungskanäle quer zur Strömungsrichtung versetzt sind.

Das in Fig. 1 dargestellte Einbauelement 1 zur Bildung der Speichermasse von Regenerativ-Kärmeaustauschern 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 gemäQ 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 Transportgeschirrs ermöglichen.

Die einen Block mit ebenen Stirnflächen bildende Speichermasse wird aus mehreren Lagen von Einbauelementen 1 gebildet, wobei jede Lage wiederum aus mehreren Sektoren zusammengesetzt wird. In den Figuren 2 und ? ist jeweils ein derartiger Sektor einer Lage der Speichermasse in der Draufsicht dargestellt. Diese Darstellungen lassen erkennen, daß die Sektoren wiederum in mehrere Reihen unterteilt sind, deren Länge mit dem jeweiligen Abstand vom Mittelpunkt der Speichermasse zunimmt.

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* Auf diesen Tragleisten 7 liegen die rückspringenden Absätze 4 der Einbauelemente 1 auf. Bei der Ausführungsforrtl nach Fig. 2 werden die radial innen liegenden Vier ersten Reihen des Sektors durch im Grundriß

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kegelstumpfförmige Einbauelemente 1 gebildet, wogegen die acht äußeren Reihen aus jeweils zwei Einbauelementen 1 zusammengesetzt sind, die in der Mitte stumpf aneinanderstoßen. 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.

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 Strömungskanäle 2 zwischen benachbarten Lagen der Speichermasse auf besonders einfache Weise möglich, wie sich im Zusammenhang mit den Figuren 4 und 5 ergibt.

Bei den Elementtypen A und B handelt es sich um Einbauelementr 1, die eine schräg zur Grundfläche verlaufende Seitenfläche aufweisen, die dem schrägen Verlauf der Trennwände 6 entspricht. 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 Bieitenzuwachs zwischen den in radialer Richtung aufeinanderfclgenden 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 Übersichtlichkeit wegen in Fig.

3 nicht eingezeichnet sind*

Bei dem ftusführungsbeispiel nach Flg. 5 sind die Strömungs-

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kanüle 2 im Strömungsquerschnitt sechseckig ausgeführt. Der Abstand der einander gegenüberliegenden Wände der sechseckigen StrÖmungskanäie 2 beträgt beispielsweise etwa 17 mm. Die zwischen den Strönungskanäien 2 verlaufenden Stege O 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 Strömungskanäle 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 sternförmigen 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.

Dieser Versatz der Strönungskanäle 2 von Lage zu Lage der Speichermasse wird beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 dadurch erreicht, daß sich die mittlere Breite der Elementtypen A und B voneinander um den Betrag des Versatzes zwischen benachbarten Lagen der Einbauelemente 1 unterscheidet. Durch diese Gestaltung der Einbauelemente 1 ist es möglich, den gewünschten Versatz von Lage zu Lage dadurch zu erzielen, daß an den Enden jeder Reihe in übereinanderliegenden Lagen jeweils abwechselnd Einbauelemente der Elementtype A bzw. B verwendet werden. Die Darstellung in Fig. 4 zeigt deutlich, daß sich hierdurch der Versatz der Strömungskanäle 2 selbsttätig ergibt.

Das Ausführungsbeispiel nach Fig. 7 zeigt eine andere Möglichlichkeit zur Erzielung des gewünschten Versatzes der Strömungskanäle 2. Bei dieser Ausführungsform sind die Einbauele-

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mente 1 mit quer zur Strömungsrichtung geneigten Strömungskanälen 2 ausgebildet, beispielsweise indem die Einbauelemente 1 von einem Strangpreßprofil unter einem Neigungswinkel 9 abgeschnitten werden^ Hierdurch entspricht die Neigung der Strömungskanäle 2 zwischen Ein- und Austritt etwa dem mittleren Abstand der in Neigungsrichtung benachbarten Strömungskanäle 2, so daß wiederum die in Fig. 5 dargestellte Situation erzielt wird.

In Fig. 6 ist schließlich dargestellt, daß es auch mit Hilfe eines Versatzbolzens 10 möglich ist, die Einbauelemente 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 10b des Versatzbolzens 10 auf die Stege 8 des benachbarten Einbauelements 1 aufgesetzt ist.

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 Strömungskanäle 2, die Stirnflächen der Stege 8 sowie die Außenflächen. Durch diese Antihaftbeschichtung können feuchte und/oder staubförmige Verschmutzungen schneller und leichter entfernt werden. Der Einsatz einer derartigen Antihaftbeschichtung ist deshalb besonders für die "kalte Seite" der Speichermasse geeignet'. * Für die nicht mit Kunststoff beschichteten Einbauelemente 1 ist ein Glasurüberzug vorteilhaft.

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Bezugszeichenliste:

1	Einbauel6'ment
2	Strömungskanal
3	Stirnfläche
4	Absatz
5	Abschrägung
6	Trennwand
7	Tragleiste
8	Steg
9	Neigungswinkel
10	Versatzbolzen
10a	Schaftteil
10b	gabelförmiger Teil

A	Elementtyp
B	Elementtyp
S	Elementtyp
N	Elementtyp

Claims

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Ansprüche:

1. Regenerativ-Wärmeaustauscher, vorzugsweise zur Verwendung hinter Naßreinigungsanlagen, mit einer keramischen Speichermasse aus einer Mehrzahl von mit Strömungskanälen versehenen Einbauelementen, die zur Bildung eines Sektors der Speichermasse in einer Ebene liegend einandergefügt und mehrlagig übereinander gestapelt sind, wobei die der An- und Abströmung dienenden Stirnflächen der Speichermasse eine ebene Fläche bilden,

dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauelemente (1) aus einer säurefesten Keramik hergestellt sind und daß mindestens die in Strömungsrichtung des kalte ι Wärmeaustauschmediums vorn liegende erste Lage der Einbauelemente (1) mit einer aus Kunststoff bestehenden Antihaftbeschichtung versehen ist.

2. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauelemente (1) mit im Strömungsquerschnitt sechseckigen Kanälen (2) ausgebildet sind.

3. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (2) benachbarter Lagen von Einbauelementen (1) quer zur Strömungsrichtung zueinander versetzt sind.

A. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der einander gegenüberliegenden Wände der sechseckigen Strömungskanäle (2) etwa 17 mm und die Dicke der Stege (8) zwischen den Strömungskanälen (2) etwa 5 mm beträgt und daß die benachbarten Lägen der Einbauelemente (1) jeweils derart zueinander

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versetzt sind, daß die sternförmigen Kreuzungspunkte der Stege (3) der einen Lage etwa in Verlängerung der Mittelpunkte der Strömungskanäle (2) der anderen Lage angeordnet sind.

5. Regenerativ-Wärneaustauscher nach mindestens einen der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sektor der Speichermasse aus mehreren Reihen von Einbauelementen

(1) gebildet ist, die aus vier Elementtypen bestehen, von denen zwei Elementtypen (A und B) eine schräg zur Grundfläche verlaufende Seitenfläche aufweisen und gemeinsam die radial am weitesten innen liegende, kürzeste Reihe bilden, ein quaderförmiger Elenenttyp(S)in seiner Breite dem Breitenzuwachs zwischen den in radialer Richtung aufeinanderfolgenden Reihen entspricht und ein weiterer quaderförmiger Elementtyp(N)mit der doppelten Breite des Elementtyps(S) ausgebildet ist.

6. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die mittlere Breite der Elementtypen (A und B) voneinander un den Betrag des Versatzes zwischen benachbarten Lagen der Einbauelemente (1) unterscheidet.

7. Regenerativ-Wärneaustauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauelenentc (1) mit quer zur Strömungsrichtung und in Längsrichtung der einzelnen Reihen geneigten Strömungskanälen

(2) ausgebildet sind.

8. Regenerativ-Wärneaustauscher nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der StrÖmungskanäie (2)

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zwischen Ein- und Austritt etwa dem mittleren Abstand der in Neigungsrichtung benachbarten Strömungskanäle (2) entspricht.

9. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach mindestens einem" der Ansprüche Ϊ bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils unterste Lage der Einbaueiemente (1) mit einem rückspringen den Absatz (4) zur Auflage der Einbaueiemente (l) auf zwischen den einzelnen Reihen angeordneten Tragleisten (7) versehen ist*

10.Regenerativ-Wärmeaustauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur Lagefixierung einzelner Einbauelemente (1) benachbarter Lagen Versatzbolzen (10) vorgesehen sind, die mit einem Schaftteil (10a) jeweils in einem Strömungskanal des einen Einbauelements (1) eingesetzt und mit einem gabelförmigen Teil (10b) auf die Stege (8) des benachbarten Einbauelements (1) aufgesetzt sind.