DE3207213C2 - Speichermaterial aus Kunststoff für Wärmeübertragung zwischen Gasströmen in Wärmetauschern - Google Patents

Speichermaterial aus Kunststoff für Wärmeübertragung zwischen Gasströmen in Wärmetauschern

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Abstract

Speichermaterial aus Kunststoff für Wärmeübertragung zwischen Gasströmen in Wärmetauschern. Das insbesondere für die Wärmeübertragung zwischen den in einer Naßreinigungsstufe gereinigten Kesselabgasen und den der Naßreinigung zuzuführenden ungereinigten Kesselabgasen vorgesehene Speichermaterial ist aus Profilelementen (2; 4a, 4b, 4c) zusammengesetzt, die aus thermoplastischem Kunststoff aus der Gruppe der Polyphenylenoxide bestehen oder diese enthalten.

Description

Die Erfindung betrifft ein Speichermaterial aus Kunststoff für Wärmeübertragung zwischen Gasströmen in Wärmetauschern.
ι Metallische und keramische Wc'kMoffe werden als Speichermaterial in umlaufenden Regenerativ-Wärmetauschern für Kessel- und Klimaanlagen sowie für fahrbare und ortsfeste Gasturbinen eingesetzt. Dabei ist ein alter Vorschlag bekannt, nichtmetallische, die Wärme schlecht leitende Werkstoffe, wie Kunststoffe, Asbest. Papier oder Textilien im Niedertemperaturbereich — je nach Arbeitsternperatur im speziellen Anwendungsfall — auszuwählen, um diese Werkstoffe vornehmlich in Klimaaniagen für den Wärmetausch zwischen Raumab- und zuluft einzusetzen (CH-PS 3 34 078). Papier und Textilgewebe haben sich auch bei Verwendung entsprechend ausgewählter Imprägnierungen bzw. Textilhilfsmittel aufgrund ihrer geringen Naßfestigkeit, Formbeständigkeit, der leichten Entflammbarkeit und der geringen Beständigkeit gegenüber Agenzien, z. B. mineralischen oder organischen Säuren, nicht durchsetzen können. Darüber hinaus bestehen gegenüber Papier und Textilgeweben wegen der Gefahr der Verrottung erhebliche Bedenken bezüglich des Einsatzes dieser Werkstoffe in Lüftungsund Klimaanlagen.
Wenngleich Kunststoffe wiederholt als Austauschmaterial benannt wurden, liegen für Kunststoffe keine Erfahrungen über den technischen Einsatz vor. Einem breiten Einsatz von Kunststoffen als Wärmcspcichermatcrial stehen die den Kunststoffen in der Rcuel spezifischen wärmeisolierenden Eigenschaften sowie die geringe Zeitstandfestigkeit unter höheren Tempera-
türen entgegen. Eine wechselnde Beanspruchung von Kunststoffen hat eine mit der Zeit schnell abfallende Standfestigkeit derselben zur Folge.
Das Speichermaterial umlaufender Regenerativ-Wännetauscher für die Wiederaufheizung der zuvor in einer Naßreinigungsstufe gereinigten Kesselabgase durch Wärmeübertragung von den der Naßreinigung zuzuführenden ungereinigten Kesselabgasen ist besonderen betrieblichen Beanspruchungen unterworfen. Auf der bezüglich des Speichermaterials Wärme aufnehmenden Seite wird das Speichermaterial von höher temperierten Rohgasen beaufschlagt, die nicht oder nur unvollständig entstaubt sind, und auf der Wärme abgebenden Seite von niedriger temperierten Gasen hoher Feuchte, die zusätzlich Reste von chemischen Sorptions- und Neutralisationsmitteln und Produkte aus der Naßreinigung mit sich führen. Je nach der chemischen Zusammensetzung der innerhalb des Speichermaterials unter diesen Bedingungen beim Wärmetausch gebildeten Niederschläge erfolgt in kürzerer oder längerer Zeit ein Aushärten der Niederschläge zu mehr oder weniger fest auf dein Speichermaterial haftenden, in der Regel in Wasser unlöslichen Verkrustungen, weiche die Durchgangskanäle des Speichermaterials vollständig verschließen, so daß ein Weiterbetrieb des Wärmetauschers und im Gefolge damit auch der Kesselanlage nicht mehr möglich ist. Um stark verschmutzte und verkrustete Heizflächen — in üblicher Weise aus Stahl oder auch emailliertem Stahl — von Wärmetauschern in Nachschaltung zu Kesselaniagen zu reinigen, werden bereits besonders gestaltete Rußbläser eingesetzt, deren Reinigungsstrahlen das Speichermaterial im eingebauten Zustand reinigen, die Durchgangskanäle erneut öffnen und die festen Beläge zuverlässig und vollständig aus der Speichermasse des Wärmetauschers herausspülen. Die hierbei aus den Reinigungsdüsen der Rußbläser austretenden scharfen Reinigungsstrahlen führen zu örtlichen Verformungen, die in ihrer Gesamtheit eine walkartige Beanspruchung der plattenförmigen Bestandteile des Speichermaterials zur Folge haben. Andererseits sind gerade derartige walkartige Beanspruchungen in plattenförmig vorliegendem Speichermaterial in besonderem Maße dazu geeignet, auch fest auf dem Speichermaterial haftende Verkrustungen und Beläge abzusprengen.
Umlaufende Regenerativ-Wärmetauscher mit metallischen Speichermaterialien haben sich jedoch unter den vorbezeichneten besonderen Betriebsbedingungen nur mit begrenzter Betriebszeit und nur unter stark erhöhtem Reinigungsaufwand einsetzen lassen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Speichermaterial tiir wie VTarrncu^crtragüng anzugeben, das sich einfach und wirtschaftlich herstellen läßt, dessen Oberfläche eine geringe Affinität zu den Abgasbcstandteilen der Rohgase vor und der Reingast nach der Naßreinigung hat. und das eine hohe Zeitstandfestigkeit auch bei wechselnder Beanspruchung durch auftreffende Rcinigungsstrah:en aufweist.
Erfindungsgemaß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, t daß das .Speichermaterial aus absianclhaltcndcn. leistenförmigen Profiielementcn und mehreren, als Speicherelemente dienenden platienförmigen Profiielementcn /u Spcicherblöckcn zusammengesetzt ist. und diese Elemente aus Polvphen\lou>\id oder einem Copolyme- ' ris.ii ;ms Pol\ pheciyle'iovid und i'okstwol oder aus IOk pheinlenoxid-Polysis ml-Pols blends besiehe η. Die thermoplastischen Eigenschaften der für die Herstellung der Speichermaterialien vorgeschlagenen Kunststoffe ermöglichen eine einfache Herstellung der Profilelemer.te unter Beachtung der im späteren Betrieb vorgesehenen Betriebstemperaturen des Wärmetauschers, wobei die physikalischen Eigenschaften des Speichermaterials nach der Verarbeitung ebenso wie die Verarbeitungseigenschaften beispielsweise durch unterschiedliche Gehalte von Polyphenylenoxid und Polystyrol veränderbar und an vorgegebene Bedingungen anpaßbar sind.
Mit besonderem Vorteil wird das erfindungsgemäße Speichermaterial für die Wiederaufheizung der in einer Naßreinigungsstufe gereinigten Kesselabgase durch Wärmeübertragung von den der Naßreinigung zuzuführenden ungereinigten Kesselabgasen verwendet.
Die Herstellung der abstandhaltenden leistenförmigen Profilelemente erfolgt vorzugsweise durch Spritzgießen, während die die Speicherelemente bildenden plattenförmigen Profilelemente durch Extrusion hergestellt sind.
Für die Fertigung von Speicheri.öcken bringt es Vorteile, wenn die abstandhaltenden le.itenförmigen Profilelemente im vorgesehenen Anschlußbereich an den plattenförmigen Profilelementen axial unterbrochene, im Querschnitt dreieckförmige Stege aufweisen. Bei der Herstellung von Speicherblöcken werden die plattenförmigen Profilelemente und die die plattenförmigen Profilelemente auf Abstandhaltenden leistenförmigen Profilelemente zweckmäßig durch Ultraschallschweißung verbunden. Die Speichermasse umlaufender Regenerativ-Wärmetauscher wird in der Regei in sektorförmigen Räumen einer Tragkonstruktion untergebracht. Um diese Räume füllende Speicherblöcke auszubilden, sind die plattenförmigen Profilelemente bzw. die diese auf Abstand haltenden leistenförmigen Profilelemente zweckmäßig abwechselnd aufeinandergeschichtet und schrittweise durch Ultraschallschweißung miteinander zu einem Speicherblock verbunden.
Zur Erzielung einer festen Verbindung und um eine wirkungsvolle Ultraschallschweißung zu ermöglichen, aber auch für den späteren betrieblichen Einsatz, werden die plattenförmigen Profilelemente mit den abstandhalienden leistenförmigen Profilelementen durch in Längsrichtung der abstandhaltenden Profilelemente verlaufende, linienförmige, jedoch unterbrochene Schweißnähte verbunden.
Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Weiterbildung derart, daß die abstandhaltenden Profilelemente und die plattenförmigen Profilelemente jeweils abwechselnd mit einer oder mehreren linienförmigen Ultraschallschweißungen durch punktförmige Ultraschallschweißtingen verbunden sind.
Auf der einen Siirnsekc des Speichc-rblocks weisen die pun.a.'örmigen Schweißverbindungen vorzugsweise einen größeren Abstand von dieser Stirnseite auf. als -iuf der gegenüberliegenden Stirnseite, an welci.er diese Verbindungen zwischen plattenförmigen Profilelementen und abstandhaltenden. leistenförmigen Profiielcmenten jeweils mit einer punktförmigcn Schweißverbindung enden. Aui diese Art wird für die spätere Eintriitsscite des Reinigungsstrahls des Speichcnruucrials eine quasi gelenkige Einspannung der plat'enförmigcn Profilelcmente in den jeweiligen Feldern /wischen den abstandhaltenden Profilelementen erhalten, welche die zum Absprengen von Verkrustungen vorteilhaften Walkbewegungen zu labt.
Um einen unsymmetrischen Verzug des .Speicherblooks bei der Fertiüimi: aufgrund des schrittweisen
Abliiiils der ein/einen Sehweißvorgange /u νci'iiiculcii. wird auf der Seite do Speicherhlocks. ;in welcher die Piinktsehweil.Uingen einen größeren Abstand \mii der Stirnseite aufweisen, /wischen der jeweiligen Punkt schweißung und der Stirnseite vorzugsweise unmittelbar an dieser eine I leitschweißung in Form einer linienförmige!! Schweißnaht geringerer l.iinge vorgesehen, welche jeweils eine Sollbruchstelle für einen schvvingiiiigsfähigen Fintritlsabschnitt der Profilelcinente im betrieblichen Einsatz des Speichelblocks bildet. Die l.iinge dieser linienförmigeii lleftsehweilliiiiht wird /weckmüßig gegenüber den in /\\kilhclming auf dem abstandhaltenden Profilelement folgenden linienförmigeii Schweißnähten mil verkürzter Länge ausgeführt.
Rir die Fertigung sektorförmiger .Speicherblöcke in Anpassung an die Sektorriiume der Tragkonstruktion umlaufender Regenerativ-VViirmetaiischer wird zweckmäßig ein Speicherblock oder werden mehrere aneinandergereihte Speicherblöcke in die sektorförmigen Räume der Speichermaierial-Trägerkonstrukiion passend zugeschnitten.
Um die Eintrittsabschnitte der plattenförmigen Profilelemente der einzelnen Speieherblöcke besonders schwingungsfähig auszubilden, wird für die plattenförmigen Profilelement eine Stärke von 1 bis 3 mm, vorzugsweise 1.5 mm, gewählt, während der Speicherblock eine Höhe £ 100 mm hat.
Des weiteren empfiehlt es sich, die abstandhaltenden leistenförmigen Profilelemente mit einer Teilung von 20 bis 90 mm, vorzugsweise 50 mm, anzuordnen, wobei deren Abmessung über die Steghöhe 3 bis 6 mm. vorzugsweise 4 mm. und deren Breite 4 bis 6 mm. vorzugsweise 5 mm, beträgt.
Die Abstände zwischen aufeinanderfolgenden linienförmigen Schweißnähten wird zweckmäßig zwischen 8 bis 15 mm. vorzugsweise mit 12 mm. bemessen, wobei die punktförmigen Schweißverbindungen über die Plattenhöhe mit einer Teilung 50 bis 70 mm. vorzugsweise 60 mm. aufeinander folgen.Für die punktförmigen Schweißverbindungen ist es von Vorteil, wenn die leistenförmigen Profilelemente jeweils im Bereich der punktförmigen Schweißverbindungen eine ringförmige Verbreiterung mit beidseitig kreisringförmigen, im Querschnitt dreieckförmigen Stegen, aufweisen. -
Die knopfartig ausgebildeten Anschlußbereiche sind dabei auf einen Durchmesser /.wischen 8 und 15 mm. vorzugsweise 10 mm. verbreitert, wobei dann die kreisringförmigen Stege einen Durchmesser zwischen 6 und 13 mm, vorzugsweise 7.5 mm haben. "
Sehen ücr fur den Grundwerkstoff bekannten Beständigkeit im Bereich höherer Temperaturen wird überraschenderweise eine Zeitstundfcsiigkeit des SpeithcrblotlkS unter betrieblichen Belastungen, und /war insbesondere auch bezüglich der wechselnden : licinspruthiinucn der im .Speicherblock enthaltenen plattenförmigen Profilelemente durch die auftreffenden Keiiiieungsslrjhlen erreicht, die nur geringfügig herabgesetzt ist. Wesentlich für dieses Verhallen sind die gelenkigen Verbindungen /wischen den plattenförmi- t gen Profilelemenicn und den abstandhaltenden, leistenforinigcr, Profileiementen.
Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung ein Plattenstape! bei der Herstellung zum Speicherblock in Perspektive dargestellt.
eines Stapels ν cm plattend n'mii.'en Pro! ilelemenlen 2 mit /w ischeiiiresch.ilteien. ahsiandhaltcndcn. leistend innigen l'rofilelemenien A.i. 4Λ. 4c wahrend der I"cniLMini: des Speicherblocks.
In der Darstellung sind bereits sieben der pl.itieiil'orminen Pmlileleniente 2 im Wechsel mn abstandhaltenden leisieiiformigeii Profileiementen 4./. 4/'. 4*.' m drei R-.'ihen iibeieiiu.nJer durch I'liraschallschweiUuriL1 miteinander verbunden wurden. Auf das oberste Profilelement 2 des Plaltensiapels ist bereits die nächstfolgende Lage der abst.mdhaltenden Profilelement 4' aiifgesei/t worden. I ur die VerschweilJiuig mit dem nächstfolgenden (nicht ge/eigten) plattenförmigen Profilelement sind die ahstandhaltenden Profilelemente 4' beidseitig, d. h. auch auf der nicht sichtbaren Unterseite mit den aiii ihivr Oberseite dargestellten, sich in axialer Richtung erstreckenden, im Querschnitt dreieckförmigen Siegen iS für linienförmige Schweißverbindungen einerseits und krcisringförmigen Siegen 8 für puiiktförmige Schweil.lverbindungen andererseits versehen. Vorder Ultraschallschweißimg wird zunächst auf die oberste Lage der abstandhaltenden. leistenförmigen Profilelemente das nächstfolgende plattenförmige Profilelemente aufgelegt. Die Ultraschallschvveißung erfolgt somit schrittweise zugleich durch eine Fernschweißung zur Verbindung der Unterseite der leistenförmigen Profilelemente 4' mit dem darunter befindlichen plattenförmigen Profilelement 2 und durch eine Nahschweißung zur Verbindung hrer Oberseite mit dem noch auf sie aufzulegenden plattenförmigen Profilelement.
Die abstandhalienden. leistenlörmigen Profilelemente oder Stege sind im Bereich der vorgesehenen punktförmigen Schweißverbindungen ebenso wie die zu ihrer Durchführung vorgesehenen, in der Draufsicht kreisringiörmigen und im Querschnitt dreieckförmigen Stege 8 jeweils mit abgerundeten Verbreiterungen versehen, so daß ;n diesen Bereichen besonders belastungsfähige knopfartige Verbindungsbereiche gestaltet werden.
In dem in der Zeichnung dargestellten Ausschnitt des Plattenstapels liegen die in der Zeichnung rechts dargestellten geradlinigen Stirnkanten der plattenförmigen Profilelemente in der späteren Eintrittsfläche der staubbeladenen Gase, deren Strömungsriehtung durch den Pfeil G symbolisiert sein möge. In gleicher Richtung wirken auch die Reinigungsstrahlen des Rußbläsers, deren Wirkungsrichtung durch den Pfeil S veranschaulicht sein möge.
Die abstandhaltenden. leistenförmigen Profilelemente 4.1. Ab. Ac sind mit bezüglich dieser Eintritt"-fläche zurückversetzten Verbreiterungen mit den in der Draufsicht kreisringförmigen Stegen für die punktförmigen Ultraschall-Schweißverbindungen versehen. Unmittelbar an die Eintritifläche angrenzend sind gegenüber den anderen axial ausgerichteten Dreieckstegen 6 zur Herstellung der ünienförmigen Schweißverbindungen kürzere, im Querschnitt dreieckige Stege 10 vorgesehen. Diese Stege dienen allein als Montagehilfe. Sie fixieren den Plattenstapel bzw. den Speicherblock im Bereich der betreffenden Stirnseite und vermeiden dort eine Verformung aufgrund der schrittweise durchgeführten Ultraschallschweißungen während der Herstellung des Speicherblocks aus plattenförmigen und abstandhaltenden. leistenförmigen Profilelernenten.
Hierzu 1 Blatt Zeichnuneen

Claims (16)

Patentansprüche:
1. Speichermaterial aus Kunststoff für Wärmeübertragung zwischen Gasströmen in Wärmetauschern, dadurch gekennzeichnet, daß das Speichermaterial aus absiandshauenden. leistenförmigen Profilelementen (4a, 4b, 4t^und mehreren als Speicherelemente dienenden plattenförmigen Profilelementen (2) zu Speicherblöcken zusammengesetzt ist, und diese Elemente aus Polyphenylenoxid oder einem Copolymerisat aus Polyphenylenoxid und Polystyrol oder aus Polyphenylenoxid-Polysiyrol-Polyblends bestehen.
2. Speichermaterial nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die abstandshaitenden leistenförmigen Profilelemente (4a, 4b, 4c^ durch Spritzgießen und die plattenförmigen Profilelemente (2) durch Extrusion hergestellt sind.
3. Speichermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die abstandshaitenden, kastenförmigen Profilelemente (4a. 4b, 4c) zum Anschiußbereich an die plattenförmigen Profi! elemente (2) vorstehende, axial unterbrochene, im Querschnitt dreieckförmige Stege (6; 10) aufweisen.
4. Speichermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Profilelemente (2) mit den leistenförmigen Profilelementen (4a, 4b, 4c) durch in Längsrichtung der abstandhaltenden Profilelemente verlaufende, linienförmige, jedoch unterbrochene Schweißnähte zu einem Speicherblock verbunden sind.
5. Speichermaterial nach Anspruch 4. dadurch gekennzeichnet, daß die abstandhaltenden leistenförmigen Profilelemente (^a, 4b. 4c) und die plattenförmigen Profiltlemente (2) jeweils abwechselnd mit einer oder mehrten linienförmigen Ultraschallschweißungen durch punktförmige UltraschaJIschweißungen verbunden sind.
6. Speichermaterial nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Stirnseite des Speicherblocks die punktförmigen Schweißverbindungen einen größeren Abstand von dieser Stirnseite aufweisen als auf der gegenüberliegenden Stirnseite, an welcher die Verbindungen zwischen den plattenförmigen Profilelementen (2) und den abstandshaitenden, leistenförmigen Profilelcmenien (4a, 4b, 4c) jeweils mit einer punktförmigen Schweißverbindung enden.
7. Speichermaterial nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Stirnseite des Speicherblocks, an welcher die punktförmigen Schweißverbindungen einen größeren Abstand von der Stirnseite aufweisen, zwischen der punktförmigen Schweißverbindung und der Stirnseite eine Heftschweißung in Form einer linienförmigen Schweiß- ' naht geringer Länge vorgesehen ist.
8. Speichermaterial nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die plattenförmigen Profilelemente (2) eine Stärke von I bis 3 mm, vorzugsweise 1.5 mm, haben und der Speicherblock * eine Höhe ä 100 mm aufweist.
9. Speichermaterial nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die abstandhaltenden, leistenförmigen Profilelemente (4;;. 4b, 4c)eine Teilung von bis 90 mm, vorzugsweise 50 mm. aufweisen. "
10. .Speichermaterial nach Anspruchs oder 9. dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der leistenförmigen Profilelemente (4;i. 4b. 4c) über die Steghohe 3 bis 6 mm. vorzugsweise 4 mni.und ihre Breite 4 bis 6 mm. vorzugsweise 5 mm. beträgt.
11. Speichermaterial nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche» bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände zwischen aufeinanderfolsenden Linienförmigen Schweißnähten 8 bis 15 mm. vorzugsweise 12 mm, betragen.
12. Speichermaterial nach Anspruch 5 und einem der Ansprüche 8 bis 11.dadurch gekennzeichnet, daß r'.ie punktförmigen Schweißverbindungen über die Plattenhöhe mit einer Teilung von 50 bis 70 mm. vorzugsweise 60 mm, aufeinander folgen.
13. Speichermaterial nach Anspruch !2. dadurch gekennzeichnet, daß die leistenförmigen Profilelemente (4a. 4b. 4c) zur Ausbildung von jeweils knopfartigen Anschlußbereichen der punktförmigen Schweißverbindungen eine ringförmige Verbreiterung mit beidseitig kreisringförmigen, im Querschnitt dreieckförmigen Stegen (8) aufweisen.
14. Speichermaterial nach Anspruch 13. dadurch gekennzeichnet, daß die knopfartig ausgebildeten Anschlußbereiche auf einen Durchmesser zwischen 8 und 15 mm. vorzugsweise 10 mm. verbreitert sind.
15. Speichermaterial nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die kreisringförmigen Stege (8) einen Durchmesser zwischen 6 und 13 mm. vorzugsweise 7,5 mm, haben.
16. Verwendung des Speichermaterials nach Ansprüchen 1-15 für die Wiederaufheizung der in einer Naßreinigungsstufe gereinigten Kesselabgase durch Wärmeübertragung von den der Naßreinigung zuzuführenden ungereinigten Kesselabgasen.
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