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DE2035250C3 - Heat-absorbing matrix for regenerative heat exchangers - Google Patents

Heat-absorbing matrix for regenerative heat exchangers

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Publication number
DE2035250C3
DE2035250C3 DE19702035250 DE2035250A DE2035250C3 DE 2035250 C3 DE2035250 C3 DE 2035250C3 DE 19702035250 DE19702035250 DE 19702035250 DE 2035250 A DE2035250 A DE 2035250A DE 2035250 C3 DE2035250 C3 DE 2035250C3
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DE
Germany
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heat
coating
absorbing matrix
metal plates
absorbing
Prior art date
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Expired
Application number
DE19702035250
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German (de)
Other versions
DE2035250A1 (en
DE2035250B2 (en
Inventor
Harold Winters Andover N.Y. Huffcut (V.St.A.)
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Svenska Rotor Maskiner AB
Original Assignee
Svenska Rotor Maskiner AB
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Publication date
Application filed by Svenska Rotor Maskiner AB filed Critical Svenska Rotor Maskiner AB
Publication of DE2035250A1 publication Critical patent/DE2035250A1/en
Publication of DE2035250B2 publication Critical patent/DE2035250B2/en
Application granted granted Critical
Publication of DE2035250C3 publication Critical patent/DE2035250C3/en
Expired legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D19/00Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium
    • F28D19/04Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier
    • F28D19/041Regenerative heat-exchange apparatus in which the intermediate heat-transfer medium or body is moved successively into contact with each heat-exchange medium using rigid bodies, e.g. mounted on a movable carrier with axial flow through the intermediate heat-transfer medium
    • F28D19/042Rotors; Assemblies of heat absorbing masses

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
  • Coating By Spraying Or Casting (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine wärmeabsorbierende Matrix für regenerative Wärmetauscher, bestehend aus einer Anzahl auf Abstanu übereinanderliegenden mit einem korrosions- und ei osJonsfeslen Material belchichteter Metallplatten mit wel mförmigen Sicken, welche die Platten unter Bildung von Strömungswegen auf Abstand halten.The invention relates to a heat-absorbing matrix for regenerative heat exchangers, consisting of a number with spacing on top of each other a corrosion- and egg-resistant material exposed Metal plates with wel m-shaped beads, which keep the plates at a distance to form flow paths.

Regenerative Wärmetauscher bestehen im wesentlichen aus einer Masse eines wärmeabsorbierenden Materials, welches wechselweise mit dem heißen Fluid lind mit dem zu erwärmenden Fluid in Berührung gebracht wird. Das wärmeabsorbierende Materia! erwärmt sich während des Durchgangs des heißen Fluids und gibt nach Umschalten die gespeicherte Wärme an das zu erwärmende Fluid ab. Das wärmeabsorbierende Material wird bei dieser Arbeitsfolge wechselnden Bedingungen ausgesetzt, die an gewöhnlichen Metallplatten zu Korrosionen und Erosionen führen.Regenerative heat exchangers essentially consist of a mass of heat absorbing material Material, which alternately with the hot fluid lind with the fluid to be heated in contact is brought. The heat-absorbing materia! heats up during the passage of the hot Fluids and, after switching, releases the stored heat to the fluid to be heated. That During this work sequence, heat-absorbing material is exposed to changing conditions ordinary metal plates lead to corrosion and erosion.

Der Verwendung von Edelstahl zur Beseitigung dieser schädlichen Einwirkungen stehen die hohen Kosten dieses Materials gegenüber. Es ist deshalb auch bereits die Verwendung keramischer Materialien wie beispielsweise feuerfester Steine vorgeschlagen worden (US-PS 3114 413. 3183963 und 3209058). Die Verwendung derartiger Materialien hat sich aber als nachteilig herausgestellt, weil solches Material ein außerordentlich großes Volumen/Masse-Verhältnis aufweist, das zu unverhältnismäßig großen Abmessungen des Wärmetauschers führt. Der Einsatz keramischer Materialien auf breiter Basis ist deshalb bisher Unterblieben. -The use of stainless steel to get rid of these harmful agents is at high cost Cost of this material compared. It is therefore already the use of ceramic materials such as for example, refractory bricks have been proposed (US Pat. Nos. 3,114,413, 3183963 and 3209058). the The use of such materials has been found to be disadvantageous because such a material is a has extremely large volume / mass ratio, resulting in disproportionately large dimensions the heat exchanger leads. The use of ceramic materials on a broad basis is therefore up to now Did not take place. -

Man hat deshalb auch bereits versucht, metallische Elemente mit einem korrosionsfesten Material zu beschichten (Huffcut, Porcelain Enamel for Heat Exchange Surfaces, The American Ceramic Society Bulletin, VoL 43, No. 2 vom 07,02,1964; DE-AS 12 47 360). Mit Wellenbögen versehene, emaillebeschichtete Stahlplatten haben an sich die gewünschten wärmeabsorbierenden Eigenschaften sowie eine geringe Masse und geringen Strömungswiderstand, Sie sindAttempts have therefore already been made to cover metallic elements with a corrosion-resistant material coating (Huffcut, Porcelain Enamel for Heat Exchange Surfaces, The American Ceramic Society Bulletin, Vol 43, No. 2 dated 07.02.1964; DE-AS 12 47 360). Enamel-coated steel plates with curved arcs have the desired properties heat-absorbing properties, as well as low mass and low flow resistance, you are

s auch wirksam von alten Ablagerungen zu reinigen. Ihre Korrosions- und Erosionsfestigkeit ist jedoch gering, da die Plattenelemente beim Betrieb eines Wärmetauschers fortwährend Stoßen, Vibrationen, Korrosionen und Erosionen ausgesetzt sind, die dazu führen, daß dieIt's also effective in cleaning old debris. However, their resistance to corrosion and erosion is low because the plate elements during the operation of a heat exchanger are constantly knocking, vibrating and corroding and are exposed to erosions that lead to the

ίο Emaillebeschichtung relativ früh bricht und abblättert, wodurch das Grundmaterial dann selbst sehr bald dem direkten Angriff der korrodierenden Gase ausgesetzt wird. Die ständige Vibrations- und Stoßbelastung führt weiterhin dazu, daß die Platten an den Stellen der größten Spannungskonzentration auseinanderbrechen. Diese Einflüsse werden durch die notwendigen Wellenbögen verstärkt, deren dauerhafte Beschichtung mit einer Schmelzgassubstanz erhebliche Schwierigkeiten bereitet, so daß die Schutzschicht im Bereich der Wellenbögen besonders schnell abblättert Darüber hinaus stellt sich an den Stellen, an denen das Beschichtungsmaterial abgeblättert ist eine Spannungskonzentration ein, die zur vorzeitigen Materialermüdung und zur Zerstörung des Plattenelements führt.ίο Enamel coating breaks and flakes off relatively early, as a result, the base material itself is soon exposed to direct attack by the corrosive gases will. The constant vibration and shock load also leads to the fact that the plates at the points of break apart with the greatest concentration of stress. These influences are caused by the necessary wave arcs reinforced, their permanent coating with a melt gas substance considerable difficulties Prepared so that the protective layer flakes off particularly quickly in the area of the wave arcs In addition, there is a stress concentration at the points where the coating material has peeled off, which leads to premature material fatigue and leads to the destruction of the plate element.

Ebene flache Plattenelemente mit Emaillebeschichtung würden zwar zu einer Verringerung der Ermüdungserscheinungen und Bruchgefahren führen; sie würden aber auch < ine wesentliche Verringerung des Wirkungsgrades mit sich führen.Flat, flat plate elements with an enamel coating would reduce the symptoms of fatigue and risk of breakage; but they would also lead to a substantial reduction in the Lead efficiency with it.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine wärmeabsorbierende Matrix für regenerative Wärmetauscher zu schaffen, deren mit Abstand übereinanderliegende Metallplatten wellenförmige Sikken aufweisen, welche die Platten unter Bildung von Strömungswegen auf Abstand halten und dabei dennoch mit einem korrosions- und erosionsfesten Material beschichtet sind, das ungeachtet der im Wärmetauscher herrschenden Bedingungen eine lange Lebensdauer aufweist und für lange Zeit das Grundmaterial gegen direkten Angriff der korrodierender Gase schützt.The invention is therefore based on the object of a heat-absorbing matrix for regenerative To create heat exchangers, the metal plates of which are spaced one above the other, wave-shaped sinks have, which keep the plates at a distance while forming flow paths and yet are coated with a corrosion- and erosion-resistant material, regardless of the in the heat exchanger The prevailing conditions have a long service life and for a long time the base material against protects against direct attack by corrosive gases.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Sicken im Querschnitt eintn Bogenradius von mindestens 2,4 mm zur sicheren Haftung des Beschichtungsmaterials aufweisen.According to the invention, this object is achieved in that the cross-section of the beads has an arc radius of be at least 2.4 mm for secure adhesion of the coating material.

Durch die Erfindung werden ideale Flächen zur Aufbringung eine- Porzellanemaille oder einer andersartigen Beschichtung mit guten Wärmeübertragungseigenschaften geschaffen. Die erfindungsgemäße Begrenzung der Bogenradien führt zu Plattenelementen, die annähernd optimale Wärmeübertragungseigenschaften besitzen und gleichzeitig eine wirksame und dauerhafte Beschichtung mit Porzellanemaille oder dergleichen gestatten. Darüber hinaus führt die sich aus dem erfindungsgemäßen Mindestbogenradius ergebende Abrundung der bisher spitz zulaufenden Rillen oder Sickenprofile zu einer Verringerung der Spannungskonzentrationen in diesen Bereichen, wodurch sich die Lebensdauer der aufgebrachten Beschichtung sowie auch der diese tragenden Metallplatte wesentlich erhöht.The invention makes ideal surfaces for the application of a porcelain enamel or something else Coating created with good heat transfer properties. The inventive limitation the arc radius leads to plate elements that have approximately optimal heat transfer properties have and at the same time an effective and permanent coating with porcelain enamel or the like allow. In addition, the resultant from the minimum arc radius according to the invention leads Rounding of the previously tapered grooves or bead profiles to reduce stress concentrations in these areas, thereby increasing the life of the applied coating as well the metal plate supporting this is also significantly increased.

Die Erfindung wird nachstehend in Verbindung mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt
■; Fi g, 1 den typischen Aufbau eines regenerativen Drehspeicher-Wärmetauschers im Axialschnitt,
The invention is explained in more detail below in connection with the drawing. It shows
■; Fi g, 1 the typical structure of a regenerative rotary storage heat exchanger in axial section,

F i g. 2 in perspektivischer Darstellung ein wärmeab-" sörbierendes Plattenelement in erfindüngsgerrtäßef Ausgestaltung,F i g. 2 a perspective view of a heat-dissipating " sörbierendes plate element in erfindüngsgerrtäßef Design,

F i g. 3 in größerem Maßstab einen Querschnitt durchF i g. 3 shows a cross-section through on a larger scale

das Plattenelement nach F i g. 2,the plate element according to FIG. 2,

F i g. 4 einen ähnlichen Querschnitt wie F i g. 3 durch ein Plattenelement in bisheriger Ausgestaltung,F i g. 4 shows a similar cross-section to FIG. 3 by a plate element in the previous design,

Fig.5 in noch weiterer Vergrößerung einen Ausschnitt aus F i g. 3 mit der dabei ersichtlichen beidseitigen Beschichtung im Bereich zweier Wellenbögen.5 shows a section in a still further enlargement from Fig. 3 with the visible coating on both sides in the area of two wave arcs.

Der in Fig. 1 gezeigte Wärmetauscher besteht aus einem Gehäuse 10, in welchem ein mit wärmetauschendem Material 14 gefüllter Rotor 12 drehbar gelagert ist Das wärmetauschende Material 14 wird von einem Heißgasstrom, der über einen Einlaßstutzen 16 zum Rotor 12 gelangt, durchströmt und verläßt nach Wärmeabgabe an das wärmetauschende Material den Wärmetauscher durch einen Auslaßstutzen 18. Kaltluft oder ein anderes zu erwärmendes Gas gelangt über einen Einlaßstutzen 22 zu dem diametral gegenüberliegenden Bereich des Rotors 12 und verläßt diesen nach Durchströmen des wärmetauschenden Materials durch einen Auslaßstutzen 24. Während dieser Durchströmungsvorgänge wird der Rotor um seine Achse mittels eines Antriebs 22 gedreht, so daß jeder Teil des wärmetauschenden Materials wechselweise dem Heißgas und der Kaltluft ausgesetzt wird.The heat exchanger shown in Fig. 1 consists of a housing 10 in which a heat-exchanging Material 14 filled rotor 12 is rotatably mounted. The heat-exchanging material 14 is of a Hot gas stream, which reaches the rotor 12 via an inlet connection 16, flows through and then leaves The heat exchanger gives off heat to the heat exchanging material through an outlet port 18. Cold air or another gas to be heated passes through an inlet port 22 to the diametrically opposite one Area of the rotor 12 and leaves this after flowing through the heat exchanging material an outlet port 24. During these flow processes, the rotor is about its axis by means of a drive 22 rotated so that each part of the heat exchanging material alternately the hot gas and exposed to cold air.

Das im Rotor 12 befindliche wärmetauschende Material besteht aus einer Vielzahl von wärmeabsorbierenden Platten, die mit wellenförmigen Sicken versehen sind, die das Obereinanderschichten der Platten zu einer Matrix unter Belassung von Strömungswegen zwischen den Platten gestattet Die Platten sind nach einer bestimmten Ordnung in einen Metallkorb eingesetzt, welcher im Wärmetauscher befestigt wird.The heat-exchanging material located in the rotor 12 consists of a large number of heat-absorbing materials Panels that are provided with wave-shaped beads that stack the panels into one Matrix allowed while leaving flow paths between the plates. The plates are after a a certain order placed in a metal basket, which is fastened in the heat exchanger.

Bei der in F i g. 4 gezeigten bekannten Plattenausführung sind die Sicken 27 in der Platte 26 durch scharfe Abkantungen hergestellt, die einen schlechten Untergrund für das Beschichtungsmaterial abgeben.In the case of the in FIG. 4 shown known plate design are the beads 27 in the plate 26 by sharp Bends made, which make a bad substrate for the coating material.

Demgegenüber sind bei der in Fig.3 gezeigten Stahlplatte 32 die Sicken, im Querschnitt gesehen, von gusgerundeten Wellenbögen gebildet, deren Bogenradius »r«, wie F i g. 5 erkennen läßt, nirgends geringer als 2,4 mm ist, wobei die obere Grenze 4,0 mm beträgtIn contrast, in the steel plate 32 shown in FIG. 3, the beads, seen in cross section, are formed by cast-rounded corrugated arcs, the arc radius of which "r", as shown in FIG. 5 shows, is nowhere less than 2.4 mm, the upper limit being 4.0 mm

Die in ihrer Wellenform in Fig.3 dargestellte Metallplatte 32 wird nach ihrer Formgebung einem Verfahren unterworfen, in dessen Verlauf eine Porzellanemailleschicht auf die Plattenflächen aufgebracht wird. Dies kann durch eines der bekannten Beschichtungsverfahren, wie beispielsweise durch Besprühen oder Eintauchen, erfolgen da das Verfahren keinen Einfluß auf die Eigenschaften des Endprodukts hat Nach der Bedeckung mit der Schmelzglassubstanz wird die Platte bis mindestens zur Schmelztemperatur der Emailleschicht, also bis auf 840—900°C, erhitzt Nach dem Zusammenschmelzen wird die Platte mit der Beschichtung sehr schnell abgekühlt so daß die Beschichtung sehr schnell erstarrt und die Außenflächen schneller eine vorbestimmte geringere Tempe'-.tur erreichen als die Innenzone. Dadurch erhärten die Außenflächen der Emaillebeschichtung sehr viel früher als die Innenzonen, und es wurde gefunden, daß sich durch diese Maßnahme ein ständiger Druck auf die äußeren Flächen der Emailleschicht erreichen läßt Daraus folgt daß die ■ gesamte hitzeabsorbierende Fläche gekühlt wird, bevor das Element in den Wärmetauscher eingesetzt wird. Da die Betriebstemperaturen in herkömmlichen Wärmetauschern dieser Art 43O0C nur selten übersteigen, bleibt die Außenfläche der Porzellanemaillebeschichtung im Zustand einer kontinuierlichen Druckbeanspruchung, so daß die Porzellanschicht nicht in dem Maße der Gefahr des Abblätterns ausgesetzt ist wie bei bekannten emaillebeschichteten Elementen.The metal plate 32 shown in its wave shape in FIG. 3 is subjected to a process after its shaping, in the course of which a porcelain enamel layer is applied to the plate surfaces. This can be done using one of the known coating processes, such as spraying or dipping, as the process has no influence on the properties of the end product C. After melting together, the plate with the coating is cooled very quickly so that the coating solidifies very quickly and the outer surfaces reach a predetermined lower temperature more quickly than the inner zone. As a result, the outer surfaces of the enamel coating harden much earlier than the inner zones, and it has been found that a constant pressure on the outer surfaces of the enamel layer can be achieved by this measure. It follows that the ■ entire heat-absorbing surface is cooled before the element is in the Heat exchanger is used. As the operating temperatures seldom exceed in conventional heat exchangers of this type 43o 0 C, remains the outer surface of porcelain enamel coating in a state of continuous compressive stress, so that the porcelain layer to the extent of the danger of delamination is not exposed as in known enamelled elements.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims (5)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Wärmeabsorbierende Matrix für regenerative Wärmetauscher, bestehend aus einer Anzahl auf Abstand übereinander liegender, mit einem korrosions- und erosionsfesten Mate;ial beschichteter Metallplatten mit wellenförmigen Sicken, welche die Platten unter Bildung von Strömungswegen auf Abstand halten, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken (34) im Querschnitt einen Bogenradius von mindestens 2,4 mm zur sicheren Haftung des Beschichtungsmaterials aufweisen.1. Heat-absorbing matrix for regenerative heat exchangers, consisting of a number Spacing of lying one on top of the other, with a corrosive and erosion-proof material of coated metal plates with undulating beads that form the Keeping plates at a distance to form flow paths, characterized in that that the beads (34) in cross section have an arc radius of at least 2.4 mm for secure adhesion of the Have coating material. 2. Wärmeabsorbierende Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung der Metallplatten (32) aus einer Schmelzglasur besteht2. Heat-absorbing matrix according to claim 1, characterized in that the coating of the Metal plates (32) consists of a melt glaze 3. Wärmeabsorbierende Matrix nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschichtung der Metallplatten (32) aus einer Porzellanemaille besteht. 3. Heat-absorbing matrix according to claim 1, characterized in that the coating of the Metal plates (32) consists of a porcelain enamel. 4. Wärmeabsorbierende Matrix nach Anspruch 3, dadurch gel-ennzeichnet, daß der Bogenradius der Sicken oder Wellen 4.0 mm nicht übersteigt4. Heat-absorbing matrix according to claim 3, characterized in that the radius of curvature of the gel Corrugations or corrugations does not exceed 4.0 mm 5. Wärmeabsorbierende Matrix nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausdehnungskoeffizient der Metallplatten größer als der der Porzellanemaillebeschichtung ist5. Heat-absorbing matrix according to one of the preceding claims, characterized in that that the expansion coefficient of the metal plates is greater than that of the porcelain enamel coating is
DE19702035250 1969-07-24 1970-07-16 Heat-absorbing matrix for regenerative heat exchangers Expired DE2035250C3 (en)

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DE2035250A1 DE2035250A1 (en) 1971-02-25
DE2035250B2 DE2035250B2 (en) 1980-04-17
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FR (1) FR2053132B1 (en)
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