-
Gitterwerk für Regeneratoren Gegenstand der Erfindung ist ein Gitterwerk
für Regeneratoren, das aus aufeinandergestapelten Reihen senkrecht zueinanderliegender
Gittersteine besteht, die von oben bis unten durchgehende Schächte für Wind oder
Gas bilden. Diese Gitterwerke werden bekanntlich aus Normalsteinen oder Knüppeln
hergestellt. Diese müssen hierbei immer solche Abmessungen haben, daß sie in den
unteren Steinlagen eine genügende Standfestigkeit besitzen, um das darüber aufgebaute
Gitterwerk zu tragen.» Nun ist es erwünscht, in den unteren Lagen zwecks Aufnahme
der dort geringeren Wärme Steine mit möglichst dünnen Wandungen einzubauen, andererseits
aber auch eine genügende Wärmeaustauschfläche zu erzielen. Bei einer bekannten Winderhitzeranlage
mit kreuzweise übereinandergeschichteten Kanalsteinen dieser Art sind die Steine
als Sondersteine ausgebildet und außerdem mit Füßen versehen, so daß insgesamt ihre
Herstellung sehr teuer und damit unwirtschaftlich ist. Im übrigen nehmen dabei auch
die Innenflächen der Kanalsteine an der Wärmeübertragung teil.
-
Um nun diese Nachteile zu beheben, hat sich der Erfinder die Aufgabe
gestellt, möglichst gleichmäßige Temperaturverhältnisse auf dem ganzen, am Wärmeaustausch
beteiligten Teil der Steinmasse zu schaffen; hierzu soll der Temperaturabfall von
der Wandaußentemperatur des Steines zum Inneren möglichst gering sein was erfindungsgemäß
dadurch
erreicht wird, daß der Gitterstein an Stelle des am Wärmeaustausch nicht oder nur
unvollkommen teilnehmenden Kernes einen für Gas und Wind praktisch unzulänglichen
Hohlraum aufweist.
-
Nach den allgemeinen Gesetzen des Wärmedurchganges tritt beim Übergang
der Wärme von einer Wandung auf ein anderes Medium ein Temperatursprung auf. Dieser
Sprung erfolgt in einem Hohlstein zwischen der Innenoberfläche und dem den Hohlraum
füllenden Medium, z. B. Luft. Hierdurch wird bewirkt, daß der Temperaturabfall innerhalb
der Wandstärke des Hohlsteines geringer als in einer der Wandstärke des Hohlsteines
entsprechenden Randzone des Vollsteines wird, so daß das Wärmeaufnahmevermögen des
Hohlsteines größer als das dem Vollstein entsprechende Volumen der Randzone ist.
-
in weiterer Ausbildung des Erfindungsgegenstandes kann der Hohlraum
des Steines auch mit einem anderen Isoliermittel als Luft ausgefüllt sein.
-
Den Betriebsfall vorausgesetzt, daß bei einem Vollstein ein verhältsnismäßig
großer Kernteil am Wärmeaustausch nicht oder nur unvollkommen teilnimmt, weil er
innerhalb der Umstellzeiten nur geringere Temperaturschwankungen erfährt, tritt
vergleichsweise beim Hohlstein noch dadurch eine vorteilhafte Wirkung gegenüber
dem Vollstein auf, daß größere Temperaturunterschiede an der inneren Oberfläche
eines Hohlsteines als in der an gleicher Stelle wie die Innenoberfläche des Hohlsteines
liegenden Trennfläche zwischen dem am Wärmeaustausch wenig beteiligten Kern und
den Randzonen eines Vollsteines bestehen, so daß stärkere temperaturausgleichende
Wärmeströme zwischen den im Strömungsschatten liegenden Stellen und den günstig
beaufschlagten Steinteilen innerhalb der Steinmasse eines Hohlsteines als in den
Randzonen eines Vollsteines entstehen. Dies ergibt sich aus der Überlegung, daß
die Wärmeverteilung bei einem Hohlstein dem Extremfall zustrebt, bei welchem an
der äußeren und an der inneren Oberfläche die gleiche Temperatur herrscht.
-
Bei einem Hohlstein wird daher nicht nur an seiner äußeren Oberfläche
sondern auch an seiner inneren Oberfläche eine große Temperaturdifferenz zwischen
günstig und wegen der Lage im Strömungsschatten ungünstig beaufschlagten Steinteilen
herrschen. Beim Vollstein hingegen strebt der Temperaturverlauf mit rasch abfallender
Temperaturkurve der mittleren Steinkerntemperatur zu, so daß an den der inneren
Oberfläche eines Hohlsteines entsprechenden Stellen nicht nur geringe Temperaturschwankungen
auftreten sondern auch geringe Temperaturdifferenzen zwischen günstig und ungünstig
beaufschlagten Stellen des Steines.
-
Würde man den Hohlraum wieder mit zur Beaufschlageng der Medien heranziehen,
müßte er zum eigentlichen Schacht eine Verbindungsöffnung aufweisen, die zwar im
ersten Augenblick gleichmäßige Temperaturverhältnisse schaffen, sich aber in kürzester
Frist auf Grund ihres kleinen Querschnittes mit Schlackenstaub zum Teil zusetzen,
dadurch praktisch ihre Bedeutung verlieren und eine dem Voll- bzw. Normalstein gegenüber
wirtschaftliche Herstellung solcher Steine verhindern würde.
-
Hierdurch würde wertvolles am Wärmeaustausch teilnehmendes Speichervolumen
verlorengehen.
-
Für solche Fälle, bei denen die gleichmäßige Temperaturverteilung
in den Randzonen des Steines gegenüber dem Temperaturausgleich zwischen günstig
und ungünstig beaufschlagten Steinteilen in den Hintergrund treten kann, kann die
temperaturausgleichende Wärmeströmung innerhalb .des Steines erfindungsgemäß dadurch
begünstigt werden, daß der Steinhohlraum mit einem Werkstoff ausgefüllt wird, der
eine wesentlich höhere Wärmeleitfähigkeit als das Steinmaterial hat. Der gut leitende
Kern dient hierbei gewissermaßen als Zentralversorgung für die schlecht beaufschlagten
Schattenbereiche von innen her. Die sehr viel höhere Wärmeleitfähigkeit bewirkt
einen schnelleren Ausgleich zwischen Bereichen höherer und niedriger Temperatur
des Steines.
-
Es ist zwar ein Gitterstein bekannt, bei welchem die ihn kanalartig
durchsetzenden Hohlräume mit Eisen, also einem Werkstoff von wesentlich höherer
Wärmeleitfähigkeit als der Stein selbst gefüllt sind; hierbei dient jedoch die Kopffläche
der Steine als Heizfläche, so daß Zweck, Anordnung und Wirkungsweise anders als
nach dem Grundgedanken der Erfindung sind, die sich mit einer Erhöhung der Wärmeleitfähigkeit
der Steine nicht befaßt.
-
Bei einem anderen bekannten Gitterstein dient eine axiale runde Bohrung
zur Aufnahme des Tragsteines; sie wird also mit einem Werkstoff ausgefüllt, der
sich in bezug auf Wärmeaufnahme und -abgabe ebenso verhält, wie der eigentliche
Gitterstein, also nicht anders zu beurteilen ist als der praktisch am Wärmeaustausch
nicht teilnehmende, sogenannte »kalte Kern« des Steines.
-
Ein älterer, nicht zum vorbekannten Stande der Technik gehörender
Vorschlag, der sich aber in grundlegender Abweichung von der Erfindung eine Erhöhung
der Wärmeleitfähigkeit des Steines an sich zum Ziele gesetzt hat, um das Eindringen
der Wärme bis in den Kern hinein zu ermöglichen, geht dahin, zwischen die Steine
beim Zusammenbau Formkörper aus wärmeleitenden Metallverbindungen in Nuten oder
Aussparungen der Gittersteine einzulegen, wobei die Einlagern aber, abgesehen von
ihrer der Erfindung gegenüber ganz anderen örtlichen Anbringung am Stein natürlich
dem angegebenen Zweck entsprechend, so bemessen sein müssen, daß sie zusammen mit
den reinen feuerfesten Teilen des Steines einen vollen Stein ergeben. Im Gegensatz
hierzu wird bei der Ausfüllung des Hohlraumes mit einem gut leitenden Stoff ebenfalls
ein Ausgleich zwischen gut und schlecht versorgten Randzonen des Steines vermittelt.
Die
Gittersteine nach der Erfindung können in ihrem Inneren an Stelle eines einzigen
Hohlraumes, dessen Größe fallweise den im Gitterwerk herrschenden Temperaturen angepaßt
wird, auch mehrere sich in der Steinlängsrichtung erstreckende Hohlräume aufweisen.
Diese Hohlräume können an den Enden geschlossen sein. Es ist aber im Rahmen des
Erfindungsgedankens auch möglich, sie in den einzelnen Steinen so anzuordnen, daß
sie mit ihren Enden in die Hohlräume der sich stirnseitig anschließenden Steine
münden. Die Hohlräume können beliebige Form haben. Zweckmäßigerweise erhalten sie
einen runden oder elliptischen Querschnitt, damit der Stein seine Tragfähigkeit
behält.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung an einigen Ausführungsbeispielen
veranschaulicht.
-
Fig. i zeigt einen Teil eines Gitterwerkes in schaubildlicher Darstellung,
bei dem die oberen drei Lagen aus Knüppeln a bekannter Form und die unteren vier
Lagen aus Hohlknüppeln b nach der Erfindung gebildet sind: Diese Knüppel b weisen,
wie in Fig. 2 a noch im einzelnen veranschaulicht, einen größeren zylindrischen
Hohlraum c auf, durch dessen Achse bei den vordersten Knüppeln fein aufrechter Schnitt
geführt ist.
-
Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 b sind in dem Knüppel b' drei
entsprechend kleinere zylindrische Hohlräume c' vorgesehen, während die Knüppel
b" bzw. b"' nach Fig. 2 c und 2 d einen im Querschnitt etwa kleeblattartigen
bzw. länglichen Hohlraum c" bzw. c... enthalten.
-
Fig. 3 zeigt einen Knüppel b. gemäß Fig. 2 a, dessen Hohlraum mit
einer Auskleidung d von sehr hoher Wärmeleitfähigkeit versehen ist. Den Werkstoff
dieser Auskleidung wird man zweckmäßig so wählen, daß er die gleiche bzw. annähernd
dieselbe Ausdehnung bzw. Zusammenziehung aufweist wie der die Auskleidung umgebende
Stein.
-
Man wird also einen Füllstoff aus Metallen, wie Eisen, Aluminium u.
dgl., die bei sehr hoher Wärmeleitfähigkeit eine höhere Ausdehnung als der Stein
haben, mit einem Zusatzstoff, beispielsweise Ton, versetzen.
-
Die Steine bi bzw. b2 nach Fig. 4 bzw. 5 sind, wie die aufrechten
Längsschnitte durch die Steine zeigen, mit je zwei bzw. einem stirnseitig geschlossenen
Hohlraum ei bzw. e2 versehen.
-
Diese Ausbildung der Steine hat den Vorteil, daß die zur Auflage,
also zum Tragen dienenden Teile jedes Steines, insbesondere seine Enden, massiv
sind.
-
Bei dem ebenfalls aufrecht längs geschnitten dargestellten Stein b3
nach Fig. 6 erstreckt sich der Hohlraum e3 über seine ganze Länge, ist also an beiden
Stirnseiten offen, so daß demnach bei aneinandergereihten Steinen ein durchgehender
Hohlraum ebenso wie bei den Knüppeln f der Fig. i entsteht.
-
Fig. 7 zeigt einen waagerechten Schnitt durch ein erfindungsgemäß
aufgebautes Gitterwerk, der die Verteilung von totem oder nur gering am Wärmeaustausch
teilnehmendem Steingewicht g veranschaulicht.
-
Durch Verwendung der erfindungsgemäßen Steine, vorzugsweise in den
unteren Zonen des Gitterwerkes, während in den heißeren Zonen Vollsteine gewählt
werden, werden weitere große Vorteile erzielt.
-
Denn da sich die Hohlsteine mit annähernd gleichen Kosten :herstellen
lassen wie die Vollsteine, ergibt sich bei Verwendung der Hohlsteine eine Verbilligung
infolge des niedrigeren Steingewichtes gegenüber den sonst üblichen Normal-bzw.
Knüppelsteinen.
-
Auch kann bei Verwendung der Hohlsteine das gleiche Gitterwerk (Schachtquerschnitt
usw.) verwendet werden, wie sich dieses bei Knüppeln bzw. Normalsteinen bewährt
hat. Die Standfestigkeit des Gitterwerkes bleibt hierbei gleich.
-
Außerdem können die Hohlsteine nach ihrem Ausbau aus dem Gitterwerk
an anderen Stellen - z. B. bei Siemens-Martin-Öfen als Türisoliersteine - vorteilhaft
an Stelle von Vollsteinen erneut Verwendung finden.