DE3424159C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen vorzugsweise zur Verwendung hinter Naßreinigungsanlagen bestimmten Regenerativ-Wärme­ austauscher mit einer keramischen Speichermasse aus einer Mehrzahl von mit Strömungskanälen versehenen Einbauelementen, die zur Bildung eines Sektors der Speichermasse in einer Ebene liegend aufeinandergefügt und mehrlagig übereinander ge­ stapelt sind, wobei die der An- und Abströmung dienenden Stirnflächen der Speichermasse eine ebene Fläche bilden.

Derartige Einbauelemente aus keramischer Speichermasse für Regenerativ-Wärmeaustauscher sind beispielsweise aus der DE-PS 29 38 159 bekannt. Die Einbauelemente werden jeweils zur Bildung eines Sektors der Speichermasse in einer Ebene liegend aneinandergefügt. Um Teile der Speichermasse zwecks Durchströmung mit jeweils einem der im Wärmeaustausch mit­ einander stehenden Medien voneinander abtrennen zu können, sind die der An- und Abströmung diendenden Stirnflächen der Speichermasse jeweils als ebene Fläche ausgebildet, auf der Dichtungen gleiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die wärmetechnische Wirkung der Speichermasse eines derartigen Regenerativ-Wärme­ austauschers zu verbessern und diesen weiterhin derart auszubilden, daß die Speichermasse auf einfache Weise aus einzelnen Einbauelementen gebildet werden kann.

Die Lösung dieser Aufgabenstellung durch die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle benachbarter Lagen von Einbauelementen quer zur Strömungsrichtung zuein­ ander versetzt sind.

Hierdurch wird der Wirkungsgrad des Wärmeaustauschers erhöht, weil durch diesen Versatz von Lage zu Lage neue Anströmkanten gebildet werden, durch die die Strömungsgrenzschicht für jede Lage der Einbauelemente innerhalb der Speichermasse neu gebildet wird. Demgemäß erhöht sich der Wärmeübergangs­ koeffizient, so daß eine Verbesserung des Wirkungsgrades erzielt wird.

In Weiterbildung dieses Erfindungsgedankens sind die benachbarten Lagen der Einbauelemente jeweils derart zuein­ ander versetzt, daß die Kreuzungspunkte der Stege der einen Lage etwa in Verlängerung der Mittelpunkte der Strömungs­ kanäle der anderen Lage angeordnet sind. Hierdurch werden auf besonders einfache Weise strömungstechnisch und wärmetech­ nisch günstige Ergebnisse erzielt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Einbauelemente mit im Strömungsquerschnitt sechseckigen Strömungskanälen ausgebildet. Um Verstopfungen dieser Strömungskanäle zu vermeiden, sollte der hydraulische Durchmesser der Strömungskanäle nicht kleiner als 6 mm sein. Bei einer bevorzugten Ausführung beträgt der Abstand der einander gegenüberliegenden Wände der Strömungskanäle etwa 17 mm und die Dicke der Stege zwischen den Strömungskanälen etwa 5 mm.

Um die Speichermasse auf einfache Weise aus einzelnen Einbau­ elementen 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, von denen zwei Elementtypen eine schräg zur Grundfläche verlaufende Seitenfläche aufweisen und gemeinsam die radial am weitesten innenliegende, kürzeste Reihe bilden, ein quaderförmiger Elementtyp in seiner Breite dem Breitenzuwachs zwischen den in radialer Richtung aufein­ anderfolgenden Reihen entspricht und ein weiterer quaderförmiger Elementtyp mit der doppelten Breite des Elementtyps ausgebildet ist, wobei sich die mittlere Breite der Elementtypen voneinander um den Betrag des Versatzes zwischen benachbarten Lagen der Einbauelemente unterscheidet. Mit diesen vier Elementtypen lassen sich beliebig große Speichermassen auf einfache Weise herstellen, wobei die einzelnen Einbauelemente miteinander durch einen säurefesten Kitt verbunden werden können.

Um den Versatz der Strömungskanäle benachbarter Lagen zu erzielen, werden die mit einer schräg zur Grundfläche verlaufenden Seitenfläche ausgebildeten Elementtypen derart ausgeführt, daß sich ihre mittlere Breite voneinander um den Betrag des Versatzes zwischen benachbarten Lagen der Einbau­ elemente 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 Seitenwänden gewechselt wird.

Bei einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind zur Erzielung eines Versatzes der Strömungskanäle zwischen benachbarten Lagen die Einbauelemente mit quer zur Strömungs­ richtung 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 Lagefixierung einzelner Einbauelemente benachbarter Lagen möglich, Versatzbolzen vorzusehen, die mit einem Schaftteil jeweils in einem Strömungskanal des einen Einbauelementes 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 Strömungskanal verschließenden Versatzbolzen die Durchströmung der Speichermasse behindern.

In der Zeichnung sind verschiedene Ausführungsbeispiele von Einbauelementen zur Bildung der Speichermasse von Regenerativ- Wärmeaustauschern dargestellt, und zwar zeigt

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 Speicher­ masse 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 Speichermasse gemäß Fig. 4,

Fig. 6 einen senkrechten Schnitt durch einen Teil der Speicher­ masse 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 durch eine Neigung der Strömungskanäle quer zur Strömungsrichtung versetzt sind.

Das in Fig. 1 dargestellte Einbauelement 1 zur Bildung der Speichermasse von Regenerativ-Wärmeaustauschern 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 säure­ feste Keramik verwendet. Das beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 mit einer schräg zur Grundfläche verlaufenden Seiten­ fläche ausgebildete Einbauelement 1 besitzt ebene Stirnflä­ chen 3, in denen die Strömungskanäle 2 münden. An den parallelen Flächen ist das Einbauelement 1 mit einem rückspringenden Ab­ satz 4 versehen. Außerdem sind zwei Ecken des Einbauelements 1 mit Abschrägungen 5 versehen, die das Anlegen eines Trans­ portgeschirrs ermöglichen.

Die einen Block mit ebenen Stirnflächen bildende Speichermasse wird aus mehreren Lagen von Einbauelementen 1 gebildet, wo­ bei jede Lage wiederum aus mehreren Sektoren zusammengesetzt wird. In den Fig. 2 und 3 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 jewei­ ligen 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 Ausführungsform nach Fig. 2 werden die radial innen liegenden vier ersten Reihen des Sektors durch im Grundriß kegelstumpfförmige Einbauelemente 1 gebildet, wogegen die acht äußeren Reihen aus jeweils zwei Einbauelementen 1 zu­ sammengesetzt sind, die in der Mitte stumpf aneinanderstoßen. Bei dieser Ausführungsform müssen für jeden Sektor acht unter­ schiedlich große Einbauelemente 1 verwendet werden, die ent­ weder von Anfang an mit unterschiedlichen Abmessungen herge­ stellt 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 Strömungs­ richtung verlaufender Versatz der Strömungskanäle 2 zwischen benachbarten Lagen der Speichermasse auf besonders einfache Weise möglich, wie sich im Zusammenhang mit den Fig. 4 und 5 ergibt.

Bei den Elementtypen A und B handelt es sich um Einbauelemen­ te 1, die eine schräg zur Grundfläche verlaufende Seitenfläche aufweisen, die dem schrägen Verlauf der Trennwände 6 ent­ spricht. Die beiden Elementtypen A und B besitzen zusammen eine Breite, die der Länge der radial am weitesten innen lie­ genden und damit kürzesten Reihe des Sektors entspricht. Der Elementtyp S ist ein quaderförmiges Einbauelement, dessen Brei­ te dem Breitenzuwachs zwischen den in radialer Richtung auf­ einanderfolgenden Reihen des Sektors entspricht. Der Element­ typ 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 ausrei­ chen, 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 Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 sind die Strömungs­ kanäle 2 im Strömungsquerschnitt sechseckig ausgeführt. Der Abstand der einander gegenüberliegenden Wände der sechseckigen Strömungskanäle 2 beträgt beispielsweise etwa 17 mm. Die zwischen den Strömungskanälen 2 verlaufenden Stege 8 haben eine Wandstärke von etwa 5 mm. Um die sich innerhalb jedes Einbauelements 1 in den Strömungskanälen 2 ausbildenden Strö­ mungsgrenzschichten für jede Lage der Einbauelemente 1 neu zu bilden, sind gemäß Fig. 5 die Strömungskanäle 2 benachbar­ ter Lagen von Einbauelementen 1 quer zur Strömungsrichtung zu­ einander versetzt, und zwar beim Ausführungsbeispiel um die halbe Teilung der Strömungskanäle 2. In Fig. 5 ist zu erken­ nen, daß die sternförmigen Kreuzungspunkte der Stege 8 der einen Lage etwa in Verlängerung der Mittelpunkte der Strömungs­ kanäle 2 der anderen Lage angeordnet sind. Hierdurch werden stets neue Anströmkanten gebildet, die durch Neubildung der Strömungsgrenzschicht und eine gewisse Wirbelbildung den Wär­ meübergabekoeffizienten erhöhen und damit den Wirkungsgrad des Wärmeübergangs verbessern.

Dieser Versatz der Strömungskanäle 2 von Lage zu Lage der Speichermasse wird beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 da­ durch erreicht, daß sich die mittlere Breite der Elementtypen A und B voneinander um den Betrag des Versatzes zwsichen be­ nachbarten Lagen der Einbauelemente 1 unterscheidet. Durch diese Gestaltung der Einbauelemente 1 ist es möglich, den ge­ wünschten 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 Mög­ lichkeit zur Erzielung des Versatzes der Strö­ mungskanäle 2. Bei dieser Ausführungsform sind die Einbauele­ mente 1 mit quer zur Strömungsrichtung geneigten Strömungs­ kanälen 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 mittle­ ren Abstand der in Neigungsrichtung benachbarten Strömungs­ kanäle 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 Versatz­ bolzen 10 mit einem Schaftteil 10 a innerhalb eines Strömungs­ kanals 2, wogegen ein gabelförmiger Teil 10 b des Versatz­ bolzens 10 auf die Stege 8 des benachbarten Einbauelements 1 aufgesetzt ist.

Die Einbauelemente 1 können mit einer aus Kunststoff bestehen­ den Antihaftbeschichtung versehen sein, vorzugsweise aus einem Fluorkunststoff. Die Beschichtung umschließt jeweils das komplette Einbauelement 1, d. h. die Flächen der Strömungskanä­ le 2, die Stirnflächen der Stege 8 sowie die Außenflächen. Durch diese Antihaftbeschichtung können feuchte und/oder staub­ förmige 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.

Claims (9)

1. Regenerativ-Wärmeaustauscher, vorzugsweise zur Verwendung hinter Naßreinigungsanlagen, mit einer keramischen Speichermasse aus einer Mehrzahl von mit Strömungskanälen versehenen Einbauelemen­ ten, die zur Bildung eines Sektors der Speichermasse in einer Ebene liegend aneinandergefügt und mehrlagig übereinander gesta­ pelt sind, wobei die der An- und Abströmung dienenden Stirnflä­ chen der Speichermasse eine ebene Fläche bilden, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (2) benachbarter Lagen von Einbauelemen­ ten (1) quer zur Strömungsrichtung zueinander versetzt sind.

2. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die benachbarten Lagen der Einbauelemente (1) je­ weils derart zueinander versetzt sind, daß die Kreuzungspunkte der Stege (8) der einen Lage etwa in Verlängerung der Mittel­ punkte der Strömungskanäle (27) der anderen Lage angeordnet sind.

3. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 1 und 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Einbauelemente (1) mit im Strömungsquer­ schnitt sechseckigen Strömungskanälen (2) ausgebildet sind.

4. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach den Ansprüchen 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß der Abstand der einander gegenüberlie­ genden Wände der Strömungskanäle (2) etwa 17 mm und die Dicke der Stege (8) zwischen den Strömungskanälen (2) etwa 5 mm be­ trägt.

5. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Sektor der Speicher­ masse 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 innenliegende, kürzeste Reihe bilden, ein quaderförmiger Elementtyp (S) in sei­ ner Breite dem Breitenzuwachs zwischen den in radialer Richtung aufeinanderfolgenden Reihen entspricht und ein weiterer quader­ förmiger Elementtyp (N) mit der doppelten Breite des Elementtyps (S) ausgebildet ist, wobei sich die mittlere Breite der Element­ typen (A und B) voneinander um den Betrag des Versatzes zwischen benachbarten Lagen der Einbauelemente (1) unterscheidet.

6. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Einbauelemente (1) mit quer zur Strömungsrichtung und in Längsrichtung der einzelnen Reihen geneigten Strömungskanälen (2) ausgebildet sind.

7. Regenerativ-Wärmeaustauscher nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Neigung der Strömungskanäle (2) zwischen Ein- und Austritt etwa dem mittleren Abstand der in Neigungsrichtung benachbarten Strömungskanäle (2) entspricht.

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

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