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Winderhitzer, insbesondere für Hochöfen Die Erfindung hat die Aufgabe,
einen Winderhitzer zu schaffen, dessen Gitterbesatz im Verhältnis zur Kanalweite
große Heizflächen aufweist, ein hohes Wärmespeichervermögen besitzt und eine hohe
Standfestigkeit hat.
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Gemäß der Erfindung wird eine große Wärmeübergangsfläche in der Weise
erzielt, daß der Querschnittsform der von dem Gas und dem Wind durchströmten Kanäle
des Gitterbesatzes eine Umfangslinie nach Art von Kreisbogenfiguren gegeben wird.
Eine solche Form des Kanaldurchganges ergibt eine große senkrechte Heizfläche, die
sich in allen Zonen für den Übergang der Wärme günstig auswirkt. Die Auswirkung
erstreckt sich also nicht nur auf den Übergang der Wärme durch Strahlung, sondern
auch auf den Übergang der Wärme durch Konvektion.
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Die Erfindung macht es möglich, die Kanäle in einer solchen Abstufung
des Querschnitts zu halten, daß der freie Durchgang mit der arbeitsgünstigsten Geschwindigkeit
von Gas und Wind unter Berücksichtigung der Volumenänderung in Übereinstimmung gebracht
werden kann.
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Die Erfindung macht es möglich, einen Kanal in seinem freien Durchgang
dadurch zu verändern, daß nach innen gewölbte Kreisbogen der Kreisbogenfigur mehr
oder weniger nach innen gezogen werden. Werden die Kreisbogen stärker nach innen
gezogen, wird der freie Durchgang des Kanals verkleinert, die Umfangslinie des Kanalquerschnitts
aber
vergrößert, so daß trotz Verkleinerung des freien Kanalquerschnitts eine Vergrößerung
der senkrechten Heizfläche des Kanals erzielt wird. Die Maßnahme, mit einer Verkleinerung
des freien Kanalquerschnitts eine Vergrößerung der Heizfläche zu erreichen, ist
von großer Bedeutung bei der Übertragung der Wärme durch Konvektion, die von der
Geschwindigkeit des strömenden Gases oder der Luft und der bestrichenen Fläche abhängig
ist. Es läßt sich demnach ohne weiteres eine größere Wärmemenge übertragen, besonders
dort, wo die Wärme fast ganz durch Berührung übertragen werden muß und die Temperaturdifferenz
am geringsten ist. Es läßt sich der freie Kanalquerschnitt pro Flächeneinheit verkleinern
und gleichzeitig die Heizfläche und das Steingewicht pro Raumeinheit erhöhen. Dies
bedeutet nicht nur eine bessere Wärmeausnutzung und Übertragung, sondern eine größere
Wärmespeicherung. Im übrigen wirkt sich die Form des Kanalquerschnitts strömungstechnisch
günstig aus.
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Ordnet man gemäß der Erfindung für die heiße Zone die Kanäle in den
Besatzsteinen so an, daß die Kreisbogenfigur sich aus der Form eines Vierecks ergibt,
dessen Eckpunkte die Mittelpunkte von nach außen gewölbten Kreisbogen bilden, deren
Enden durch nach innen gewölbte Kreisbogen verbunden sind, und für die kältere Zone
engere Kanäle ähnlicher Kreisbogenfiguren in der Zahl an, daß auf jeden Kanal der
heißen Zone vier engere Kanäle treffen und schließlich die Mittelachsen der engeren
Kanäle mit den Mittelachsen der nach außen gewölbten Kreisbogen der weiten Kanäle
fluchten oder ungefähr fluchten, so wird ein Besatzstein erreicht, der den thermischen
Erfordernissen entsprechend eine gute Verteilung von freiem Durchgang und Steinmasse
erreichen läßt.
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Den Besatzsteinen nach der Erfindung wird man in ebener Richtung eine
viereckige Form von solcher Größe geben, daß auf einen Stein mit weiten Kanälen
je ein geschlossener Kanal und kreuzweise hierzu an jeder der vier Seiten, durch
entsprechend breite Stege getrennt, ein halber Kanal und an den vier Ecken je ein
Viertel eines Kanals kommt. Die Besatzsteine mit den engen Kanälen erhalten in ebener
Richtung viereckige Form und entsprechend der auf einen weiten Kanal treffenden
vier engen Kanäle vier geschlossene Kanäle und an den vier Seiten je zwei halbe
und an den vier Ecken je einen viertelgroßen Kanal. Die zwischen den Kanälen verbleibenden
Stege sind schmaler als bei den Besatzsteinen mit weitem Kanal, und der Stein ist
in seinem Viereck kleiner.
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Den Steinen wird eine solche Höhe gegeben, daß bei größter Heizfläche
eine gute Wärmespeicherung sich ergibt.
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Gibt man bei Steinen mit den weiten Kanälen allen Kanälen gleichen
Abstand voneinander und versieht man den Stein auf der einen Seite mit Vorsprüngen
und auf der anderen Seite mit Vertiefungen, in die sich die Vorsprünge einpassen,
so wird eine vielfache Verklammerung und Fixierung aller waagerechten Steinlagen
untereinander erzielt. Die verschiedene Größe der Steine und die erfindungsgemäße
Anordnung der Einpässe und die gegebene Möglichkeit des Versetzens der Steine in
waagerechter Richtung gestatten es, durch einen Stein vier Steine der oberen und
unteren Schicht im Verband und in senkrechter Richtung zu verklammern und zu binden.
Auf diese Weise wird es möglich gemacht, dem Gitterbesatz eine Standfestigkeit zu
geben, daß er ohne seitliche Verbindung mit dem Winderhitzermantel auskommen kann.
Dies bedeutet eine freie Ausdehnungsmöglichkeit des Gitterbesatzes ohne schädliche
Einflüsse auf den Winderhitzermantel. Hieraus resultiert eine größere Betriebssicherheit
und Wirtschaftlichkeit.
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Da erfindungsgemäß sämtliche Kanäle in ihrer senkrechten Lage fixiert
sind, ist eine seitliche Verschiebung während des Betriebs ausgeschaltet, und da
die engeren Kanäle in die weiten Kanäle münden, sind sämtliche Kanalzüge in der
ganzen Höhe des Besatzes von der oberen Zone aus zu befahren, was z. B. für die
Reinigung der Kanalzüge von besonderer Wichtigkeit ist.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung beispielsweise an
einem Winderhitzer mit drei Zonen und einem Übergang und Kanalquerschnitten, die
sich aus der Form eines Vierecks ergeben, veranschaulicht. Es stellt dar Abb. i
einen Aufbau des Gitterbesatzes in der Längsachse geschnitten, Abb.2 einen Querschnitt
durch einen Besatzstein der ersten Zone, Abb. 3 eine Draufsicht auf einen Besatzstein
der ersten Zone, zugleich die Vergatterung mit den darunter befindlichen Lagen der
ersten Zone zeigend, Abb. q. einen Querschnitt durch einen Besatzstein des Übergangs
von der ersten zur zweiten Zone, Abb. 5 eine Draufsicht auf einen Übergangsbesatzstein,
zugleich die Vergatterung mit der darunter befindlichen Schicht der zweiten Zone
zeigend, Abb.6 einen Querschnitt durch einen Besatzstein der Zone 2, Abb. 7 eine
Draufsicht auf einen Besatzstein der zweiten Zone, zugleich die Vergatterung mit
der darunter befindlichen Lage der Besatzsteine der dritten Zone zeigend, Abb. 8
Besatzstein der Zone 3 im Schnitt nach der Linie IV-IV nach Abb. g und Abb. g eine
Draufsicht auf die Steinzone 3 ; Abb. io, ii und 13 zeigen in perspektivischer Darstellung
aufeinanderfolgend jeweils einen Besatzstein der Zonen 1, 2 und 3, während Abb.
12 in gleicher Darstellung einen Besatzstein der Übergangslage von Zone i zu Zone
2 wiedergibt.
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In der Abb. i, die den Aufbau des von dem Gas bzw. der Luft durchströmten
Gitterbesatzes G darstellt, ist mit i die Zone i, mit 2 die Zone 2, mit 3 die Zone
3, mit 4, der Übergang von den Besatzsteinen der Zone i zu den Besatzsteinen der
Zone 2
und mit 5 der den Gitterbesatz G tragende Rost bezeichnet.
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Von der Zone 1, 2 und 3 ist jeweils nur ein Teil der obersten und
untersten Lage der Besatzsteine dargestellt. Die Heizgase treten oben in den Gitterbesatz
G ein, durchströmen nacheinander die Zone i, den Übergang 4, die Zonen 2 und 3 und
treten durch den Rost 5 aus dem Gitterbesatz G. Die Heizgase erhitzen entsprechend
ihrer Temperatur die Zone i am stärksten (heiße Zone) und die Zone 3 am geringsten
(kältere Zone). Die zu heizende Luft strömt in umgekehrter Richtung, von unten kommend,
zuerst durch die Zone 3 und tritt durch die Zone i, in der sie ihre höchste Temperatur
erhält, aus.
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Die Abb. 3, 5, 7 und 9 zeigen den Steinverband in den einzelnen Zonen
und die Abb. 2, 4, 6 und 8 die jeweiligen Steinformen im Querschnitt. Die Abb. 2
zeigt hierbei einen Besatzstein 6 der Zone i, Abb. 4 einen Übergangsstein 7 von
der ersten zur zweiten Zone, Abb. 6 einen Besatzstein 8 der Zone 2 und schließlich
Abb. 8 einen Besatzstein 9 der dritten Zone.
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Die Steine 6 besitzen Kanäle io, die Übergangssteine 7 Kanäle i i,
die Besatzsteine 8 Kanäle 12 und die Besatzsteine 9 Kanäle 13, die alle im Querschnitt
nach Art einer Kreisbogenfigur geformt sind.
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Die Kreisbogenfiguren der Kanäle io sind auf Grund eines Vierecks
gebildet, deren Ecken die ungefähren Mittelpunkte von nach außen sich wölbenden
Kreisbogen 14, 15, 16, 17 von kleinem Radius sind, deren Enden durch nach innen
sich wölbende Kreisbogen 18, i9, 20, 21 von größerem Radius verbunden sind.
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Die Mittelachsen 22 der Kanäle io haben gleichen Abstand 23 voneinander.
Sämtliche Kanäle io liegen im Querschnitt entsprechend dem Kanalv iereck seitenparallel
zueinander. Der Besatzstein 6 ist in der Draufsicht viereckig und hat an den Seiten,
die parallel zu den Seiten des Kanalvierecks laufen, einen halben Kanal io und an
den Ecken je ein Viertel des Kanals io. Durch diese Aufteilung wird dem Besatzstein
die Form eines Gitters gegeben, dessen Stäbe je zwei sich senkrecht kreuzende Stege
24, 25, 26, 27 von der Höhe 28 des Besatzsteines bilden und die die Länge des doppelten
Abstandes 23 der Kanäle io haben. Die Enden der Stege 29-3o, 31-32, 33-34 und 35-36
werden bei jeder Lage von Besatzsteinen entsprechend gegeneinandergestoßen und bilden
so ein über den Querschnitt des Besatzes sich erstreckendes gleichmäßiges Gitter
mit den Kanälen io als Öffnungen.
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Die Kanäle 12 der Besatzsteine 8 haben kleinere Querschnittsfläche
als die Kanäle io der Zone i und sind gleichfalls auf Grund eines Vierecks gebildet,
dessen Ecken die Mittelpunkte sich nach außen wölbender Kreisbogen 38, 39, 40, 41
sind, die durch ungefähr gleich große, nach innen gewölbte Kreisbogen 42, 43, 44,
45 verbunden sind.
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Die Verteilung der Kanäle 12 in den Besatzsteinen 8 ist so getroffen,
daß je vier der Kanäle 12 auf je einen Kanal io der Besatzsteine 6 kommen, und zwar
sind sie so angeordnet, daß die Mittelachse 37 je eines Kanals 12 ungefähr mit der
Mittelachse eines Eckkreisbogens 14, 15, 16, 17 fluchtet.
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Der Besatzstein 8 ist in seiner Draufsicht ebenfalls viereckig und
hat entsprechend der auf einen Kanal i o des Besatzsteines 6 treffenden vier Kanäle
12 vier geschlossene Kanäle 12 und an den Seiten je zwei halbe Kanäle und an den
Ecken je einen Viertelkanal. Durch diese Aufteilung der Durchgänge wird dem Besatzstein
8 ebenfalls die Form eines Gitters gegeben, dessen Stäbe je drei sich senkrecht
kreuzende Stege 46, 47, 48, 49, 50, 51 von der Höhe 28 des Besatzsteines bilden
und die Länge des anderthalben Abstandes 23 der Kanäle io in den Besatzsteinen 6
haben. Die Enden der Stege 52-53, 54-55 56-57 58-59 6o-61, 62-63 werden wie
bei den Besatzsteinen 6 bei jeder Lage von den Besatzsteinen entsprechend gegeneinandergestoßen
und bilden ebenfalls ein über den Querschnitt des Besatzes sich erstreckendes, gleichmäßiges
Gitter mit den Kanälen 12 als Öffnungen. Die Mittelachsen 37 der Kanäle 12 haben
den gleichen Abstand 64 voneinander.
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Die Kanäle 13 der Besatzsteine 9 gehen gleichfalls aus der Form eines
Vierecks mit der Mittelachse 65 hervor, dessen Eckpunkte die Mittelpunkte der nach
außen sich wölbenden Kreisbogen 66, 67, 68, 69 bilden, deren Enden jedoch durch
stärker nach innen gezogene Wölbungslinien 70, 71, 72, 73
stärker eingebuchtet
sind als die Kanäle 12 des Steines B.
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Die Kanäle 13 sind in dem Besatzstein 9 in der gleichen Weise verteilt
wie die Kanäle 12 in dem Besatzstein B. Die Mittelachsen 65 der Kanäle 13 fluchten
mit den Mittelachsen der Kanäle 12.
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Der Übergang eines Kanals io der Zone i auf vier Kanäle der Zone 2
wird durch den Übergangsstein 7 vermittelt, dessen Kanal i i oben den gleichen Querschnitt
wie der Kanal io besitzt, zur Vermeidung der Überdeckung der Kanäle 12 nach unten
sich konisch erweitert.
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Die Kanäle 13 der Zone 3 und die Kanäle 12 der Zone 2 liegen in einer
Flucht übereinander und münden über die Übergangssteine 7 in die Kanäle io der Zone
i und bilden so von oben nach unten frei durchgehende Kanalzüge. Durch die erfindungsgemäße
Anordnung der Kanäle sind diese von oben nach unten frei befahrbar, wie insbesondere
die Abb. i erkennen läßt.
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Um einen Aufbau des Gitterbesatzes von großer Stabilität zu erhalten,
sind die Besatzsteine 6, 7, 8, 9 auf der einen Seite mit einer Anzahl Vorsprüngen
74 und auf der anderen Seite mit der gleichen Zahl den Vorsprüngen entsprechenden
Vertiefungen 75 versehen, .die alle die durch alle Zonen fluchtenden Mittelachsen
37 und 65 der Kanäle 12 und 13 zum Mittelpunkt und damit auch gleiche Abstände voneinander
haben.
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Diese Anordnung ermöglicht es, durch einen Stein je vier Steine der
Lage oberhalb und unterhalb fest und unverrückbar zu verbinden, wie Abb. 3, 5 und
7 zeigen.
Durch den Aufbau im Verband werden weiterhin auch durchgehende
Spalten vermieden.