DE3031606A1

DE3031606A1 - Rekuperator.

Info

Publication number: DE3031606A1
Application number: DE19803031606
Authority: DE
Inventors: William Reynolds Monroeville Pa. Coates; Macy William Export Pa. Vance
Original assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Current assignee: USS Engineers and Consultants Inc
Priority date: 1979-08-23
Filing date: 1980-08-21
Publication date: 1981-03-12
Also published as: ES8104547A1; FR2463907A1; US4269266A; JPS5659198A; GB2058326A; CA1125276A; ES494460A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Rekuperator mit einer verbesserten Röhren-Haiterungs- und-Verbindungs-Konstruktion insbesondere zur Anwendung bei
"Hazen"-Rekuperatoren.

Ein herkömmlicher "Hazen"-Rekuperator weist eine Vielzahl von sich in vertikaler Richtung erstreckenden metallischen Außenrohren, die an ihren unteren Enden
verschlossen sind, und entsprechende metallische Innenrohre auf, welche an ihren beiden Seiten offen und innerhalb der Außenrohre aufgehängt sind. Um die Außenseite der Außenrohre strömen heiße Abgase. Gewöhnlxcherweise strömt vorzuwärmende Luft, welche für eine Verbrennung herangezogen wird, nach unten durch die Innenrohre und dann nach oben durch die ringförmigen Kanäle zwischen

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] den Rohren; die Strömungsrichtung kann dabei natürlich auch umgekehrt werden. Zur Veranschaulichung können die "Hazen"-Patente mit dem Aktenzeichen 2,841,383 oder 2,937,855 herangezogen werden. Die Außenrohre, und insbesondere diejenigen Außenrohre, welche in dem Bereich angeordnet sind, in dem die Abgase zuerst in den Rekuperator strömen, sind hohen Temperaturen ausgesetzt, welche sich negativ auf deren Lebensdauer auswirken. Es wurde bereits vorgeschlagen, Rekuperator-Röhren aus keramischem Werk-

"IO stoff, wie z.B. Silicium-Carbid herzustellen, welches hohen Temperaturen besser als Metall standhält, wie das z.B. in dem Stookey-Patent Nr. 3,220,713, dem Cummings-Patent Nr. 3,309,072 oder dem Heyn-Patent Nr. 4,106,556 gezeigt wird. Die dafür verwendeten keramischen Rekuperator-Röhren bringen jedoch nicht die besten Vorteile mit sich. Die Patentschriften von Stookey und Cummings . zeigen einzelne Röhren, welche an ihren beiden Seiten offen sind und durch die Luft nur in einer Richtung strömt; die Ausführungsformen dieser Patentschriften sind deshalb für "Hazen"-Rekuperatoren nicht anwendbar. Das Heyn-Patent zeigt einen Rekuperator, welcher einem "Hazen"-Rekuperator ähnlich ist, der jedoch einstückige · keramische Röhren aufweist, die sowohl die Außen- als auch die metallischen Innenröhren ersetzen.

Der Erfindung liegt dieshalb die Aufgabe zugrunde, einen Rekuperator mit Außen- und Innenröhren zu schaffen, bei dem die Außenröhren aus keramischem Werkstoff bestehen, bei dem diese keramischen Röhren jedoch einfacher hergestellt und eingebaut werden können, und der sich durch verbesserte Halterungseinrichtungen auszeichnet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Rekuperator des oben beschriebenen Aufbaus gelöst, bei dem zur Erleichterung der Fabrikation und der Handhabung die

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keramischen Außenröhren aus Röhren-Abschnitten bestehen, welche mit ihren jeweiligen Endabschnitten untereinander verbunden sind, und bei dem die Außenröhren an ihrem unteren Ende auf kompakten Sockelblöcken gehalten werden.

Nachstehend werden anhand schematischer Zeichnungen

mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Es zeigen

IQ Fig. 1 einen in vertikaler Richtung verlaufenden

Schnitt durch einen Abschnitt eines Rekuperators mit erfindungsgemäß ausgeführten Röhren, und

Fig. 2 einen in vertikaler Richtung verlaufenden

Teilschnitt einer abgewandelten Ausführungsform der Außenröhre.

Fig. 1 zeigt einen Abschnitt eines Rekuperators, der eine,aus einem geeigneten feuerfesten Werkstoff bestehende Bodenplatte 10 und eine ebenfalls aus einem geeigneten feuerfesten Werkstoff bestehende Deckplatte 12 besitzt, über der eine Kaltluft-Kammer 13 und eine Heißluft-Kammer 14 ausgebildet sind. Bevorzugterweise liegt auf der Deckplatte 12 eine Metallplatte 15. Eine Vielzahl von Außenrohren 16 und Innenrohren 17 erstrecken sich in vertikaler Richtung von der Deckplatte 12 nach unten. Die Innenrohre sind an ihren beiden Enden offen und stehen mit ihren oberen Enden mit der Kaltluft-Kammer 13 in Verbindung. Die Außenrohre bzw.-röhren 16 sind an ihren jeweils unteren Enden geschlossen und stehen mit ihren oberen Enden mit der Heißluft-Kammer 14 in Verbindung. Heiße Abgase strömen durch den Rekuperator um die Außenflächen der Außenröhren 16. Vorzuwärmende Kaltluft tritt aus der Kaltluft-Kammer 13 in die Innenröhren 17 ein,

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fließt nach unten durch die Innenröhren und nach oben durch die jeweiligen ringförmigen Kanäle 18 zwischen den Röhren und tritt dann in die Heißluft-Kammer 14 aus. Der Rekuperator kann > abgesehen von der im folgenden zu beschreibenden Ausgestaltung der Außenröhren und ihrer Halterungs-Einrichtungen\ herkömmlichen Aufbau besitzen; andere Teile werden daher nicht im Detail gezeigt.

Jede Außenröhre bzw. jedes Außenrohr 16 setzt sich erfindungsgemäß aus einer Vielzahl von relativ kurzen

Rohrabschnitten zusammen. Die dargestellten Rohre weisen drei solche Rohrabschnitte 21, 22 und 23 auf. Die Rohrabschnitte bestehen aus keramischem Werkstoff, vorzugsweise aus Silicium-Carbid, es können jedoch auch Alter-IS nativwerkstoffe, wie z.B. hochreines Aluminiumoxid, Schamotte, Hartfeuerporzellan bzw. "fused silica" oder Siliciumnitrid verwendet werden. In einer typischen Ausgestaltung des Rekuperators sind die Außenröhren über 2,7 m lang, und jeder Rohrabschnitt hat annähernd die Länge von 0,9 m; es versteht sich jedoch von selbst, daß die Anzahl und die Länge der Rohrabschnitte variieren kann. Einstückige Siliciumcarbid-Röhren der erforderlichen Gesamtlänge sind nicht nur schwer erhältlich bzw. zu beschaffen, sie würden darüberhinaus für den Monteur

für die Handhabung und die Installation zu schwer sein.

Der oberste Rohrabschnitt 21 erstreckt sich durch übergroße Löcher in der Deckplatte 12 und der Platte Die.Verbindungsabschnitte bzw. die Stoßstellen zwischen dem mittleren Rohrabschnitt 22 und dem obersten und dem untersten Rohrabschnitt 21 bzw. 23 besitzen ringförmige Verbindungsmuffen 24, welche bevorzugterweise aus dem gleichen keramischen Werkstoff wie die Rohrabschnitte hergestellt sind. Der unterste Rohrabschnitt liegt auf einem kompakten und aus feuerfesten! Werkstoff bestehenden

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Sockelblock 25 auf, der das Gewicht des Außenrohrs trägt. Die Freiräume (a) um den obersten Rohrabschnitt 21, wo dieser in die Deckplatte 12 hineinragt, (b) innerhalb der Verbindungsmuffen 24 und(c)um die Kontaktfläche des untersten Rohrabschnitts 23 mit dem Sockelblock 25 werden mittels Dichtungsmanschetten 26 abgedichtet, welche aus einem vakuumverformten oder spritzgegossenen keramischen Fasermaterial, beispielsweise aus einem der folgenden, unter den Bezeichnungen "Saffil", "Fiberfrax-H", "Cerachrome" oder "Kaowool 2600" erhältlichen Materialien bestehen. Bevorzugterweise werden diese Dichtungen jeweils mit einer Mörtelschicht 27 abgedeckt. Wenn sich die Außenrohre bei Erwärmung ausdehnen drücken sie die Dichtungen an den Verbindungsbereichen bzw. an den Stoßstellen zusammen. Die Stoßstellen weisen somit im wesentlichen keinerlei Leckage auf.

Fig. 2 zeigt eine abgewandelte konstruktive Ausgestaltung, in der die Außenrohr-Abschnitte einstückig anqeformte Verbindungsmuffen bzw. -kragen 30 besitzen. Die Verbindung sab schnitte werden in der gleichen Weise abgedichtet, wie dies in der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform erfolgt.

Es liegt natürlich im Rahmen der Erfindung, alle Außenrohre des Rekuperators in der dargestellten Weise in keramischem Werkstoff auszuführen; bevorzugterweise soll diese konstruktive Ausgestaltung jedoch nur in den ersten Reihen der Rohre bzw. Röhren Verwendung.finden, welche sich in der Nachbarschaft des Bereichs befinden, in dem die heißen Abgase in den Rekuperator eingeleitet werden. Herkömmliche metallische Außenrohre haben an anderen Stellen innerhalb des Rekuperators, an denen die Temperatur niedriger ist eine ausreichende Lebensdauer. Bevorzugterweise sind die Innenrohre innerhalb des

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gesamten Rekuperators aus Metall gefertigt.

Aus der vorangehenden Beschreibung geht hervor,daß die Erfindung ein keramisches Rohr schafft, welches hohen Temperaturen standhält und das aus einfach zu handhabenden Abschnitten zusammengesetzt ist. Die Außenrohre sind an ihren unteren Enden verschlossen und werden formschlüssig auf kompakten Sockelblöcken getragen.

Die Erfindung schafft einen Rekuperator bzw. einen Gegenstrom-Luft- bzw. Gas-Vorwärmer mit sich vertikal erstreckenden Außenrohren und entsprechenden, innerhalb der Außenrohre angeordneten Innenrohren. Heiße Abgase strömen um die Außenseite der Außenrohre.vorzuwärmende Luft strömt durch die Innenrohre und durch ringförmige Kanäle zwischen den Rohren. Die Außenrohre setzen sich aus relativ kurzen, aus keramischem Werkstoff bestehenden Rohrabschnitten zusammen, die an ihren jeweiligen Endabschnitten untereinander verbunden sind. Die untersten Rohrabschnitte liegen auf kompakten Sockelblöcken auf, die das Gewicht der Außenrohre tragen.

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Claims

Patentansprüche

1 Λ Rekuperator mit sich vertikal erstreckenden Außenrohren und mit entsprechenden, innerhalb der Außenrohre angeordneten Innenrohren, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenrohre (16) eine Vielzahl von relativ kurzen, aus keramischem Werkstoff bestehenden Rohrabschnitten (21, 22, 23) aufweisen, die mit ihren jeweiligen Endabschnitten untereinander verbunden sind, und daß kompakte Sockelblöcke (25) , auf denen die jeweils untersten Rohrabschnitte (23) aufliegen, um die Außenrohre (16) zu halten, und Dichtungs-Einrichtungen (24, 26, 27) zur Abdichtung der Stoßstellen bzw. Verbindungsbereiche zwischen den Rohrabschnitten (21, 22, 23) und an den Enden der Außenrohre (16) vorgesehen sind.
2. Rekuperator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Verbindungsbereichen bzw. Stoßstellen Verbindungsmuffen (24) vorgesehen sind und daß die Dichtungs-Einrichtungen Dichtungsmanschetten (26) aus keramischem Fasermaterial besitzen, die innerhalb der Verbindungsmuffen (24) angeordnet sind und die Endabschnitte der jeweils untersten (23) und obersten Rohrabschnitte (21) umgeben.

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3. Rekuperator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmuffen (3g) einstückig mit den Rohrabschnitten (16, 21, 22, 23) ausgebildet sind.
4. Rekuperator, mit einer Boden- und einer oberen Deckplatte, über der Kaltluft- und Warmluftkammern ausgebildet sind, und einer Vielzahl sich vertikal erstreckender Außenrohre und entsprechender innerhalb dieser angeordneter Innenrohre, wobei die Außenrohre an ihren unteren Enden verschlossen sind und mit ihren oberen Enden mit einer der Luftkammern in Verbindung stehen, wobei die Innenrohre auf ihren beiden Seiten offen sind und mit ihren oberen Enden mit der anderen Luftkammer in Verbindung stehen, und wobei die Außenseite der Außenrohre einer Beaufschlagung mit heißen Abgasen ausgesetzt ist, um die durch die Rohre strömende Kaltluft zu erwärmen, dadurch gekennzeichnet, daß

die Außenrohre (16) eine Vielzahl von relativ kurzen, aus keramischem Werkstoff bestehenden Rohrabschnitten (21, 22, 23) aufweisen, die mit ihren jeweiligen Endabschnitten untereinander verbunden sind, daß

auf der Bodenplatte (10) kompakte Sockelblöcke (25) vorgesehen sind, auf denen die jeweils untersten Rohrabschnitte (23) aufliegen, um das Gewicht der Außenrohre (16) zu tragen, daß

sich die jeweils obersten Rohrabschnitte (21) durch die Deckplatte (12) hindurcherstrecken, und daß

Verbindungsmuffen (24), welche die Stoßstellen bzw. Verbindungsabschnitte zwischen den Rohrabschnitten (21, 22, 23) umgeben, und Dichtungsmanschetten (26) aus keramischem Fasermaterial· vorgesehen sind, welche Dichtungen an den Stellen, an denen sich der oberste Rohrabschnitt (21) durch die Deckplatte (12) erstreckt, innerhalb der Verbindungsmuffen (24) und an den Stellen, "" an denen der unterste Rohrabschnitt (23) den Sockelblock (25) berührt, ausbilden.

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1 5. Rekuperator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtungen mit Mörtel (27) abgedeckt sind.
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6. Rekuperator nach Anspruch 4, dadurch gekenzeichnet, daß die Innenrohre (17) aus Metall bestehen.
7. Rekuperator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Rohre (16), die in dem Bereich an-10 geordnet sind, in dem die heißen Abgase zuerst in den Rekuperator eintreten, in keramischem Werkstoff ausgeführt s ind.

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