DE817484C

DE817484C - Iron recuperator

Info

Publication number: DE817484C
Application number: DEP31091D
Authority: DE
Inventors: Eduard Bender
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1949-01-07
Filing date: 1949-01-07
Publication date: 1951-10-18

Description

Eiserner Rekuperator 1)ie Erfindung betrifft einen eisernen Rippenrekuperator mit Rippen beiderseits der Heizfläche zur Erhitzung von Luft oder Gas mit hoher Wärmedurchgangsleistung je Quadratmeter Heizfläche, Stunde und ° C Temperaturdifferenz zwischen den Feuergasen und der Luft, mit großer Sicherheit gegen Zerstörung durch Überhitzung und zur Erreichung hoher Lufttemperaturen, wobei die Rohre in Abgaskanälen angeordnet werden.Iron recuperator 1) The invention relates to an iron rib recuperator with ribs on both sides of the heating surface for heating air or gas with high Heat transfer rate per square meter of heating surface, hour and ° C temperature difference between the fire gases and the air, with great security against destruction Overheating and reaching high air temperatures, with the pipes in exhaust ducts to be ordered.

Es handelt sich also um einen Rekuperator aus Rohren mit Innen- und Außenrippen, wobei die lZohre von rundem, ovalem oder flachem Querschnitt aus legiertem, unlegiertem Gußeisen oder Stahl bestehen und einzeln oder in kleinen Gruppen zusammengesetzt in von Feuergasen durchzogenen Riiumen untergebracht sind.So it is a recuperator made of pipes with internal and external Outer ribs, the tubes of round, oval or flat cross-section made of alloyed, unalloyed cast iron or steel and put together individually or in small groups are housed in rooms permeated by fire gases.

In der Zeichmnng ist ein solcher Rekuperator in stehender Anordnung und nach Gegenstromprinzip dargestellt.In the drawing, such a recuperator is in an upright position and shown according to the countercurrent principle.

Fig. i ist ein Vertikalschnitt durch den Rekuperator nach Linie a-b von Fig. 2, Fig. 2 ist ein Vertikalschnitt nach Linie c-d von Fig. 3, Fig.3 ist ein Horizontalschnitt nach Linie e-f von Fig. 2, Fig.4 ist ein Teil eines Horizontalschnittes in größerem Maßstab.Fig. I is a vertical section through the recuperator along line a-b of Fig. 2, Fig. 2 is a vertical section on line c-d of Fig. 3, Fig. 3 a horizontal section along line e-f of Fig. 2, Fig.4 is part of a horizontal section on a larger scale.

Die Rippenrohre i, hier von flachem Querschnitt, sind in einem gemauerten Schacht, durch den die Feuergase vom Eintrittskanal i i von oben nach unten ziehen und vom Kamin oder Saugzug durch Kanal 12 unten abgesaugt werden, nebeneinander in kleinen Gruppen untergebracht.The finned tubes i, here of flat cross-section, are in a masonry Shaft through which the fire gases from the inlet channel i i pull from top to bottom and extracted from the chimney or induced draft through duct 12 below, side by side housed in small groups.

Die Rohre haben Außenrippen 2 und Innenrippen 3. In den Rohren r sind zwischen den Innenrippen 3 sehr starke, möglichst eiserne Füllkörper untergebracht.The tubes have outer ribs 2 and inner ribs 3. In the tubes r between the inner ribs 3 are very strong, preferably iron fillers housed.

Die Rohre i, durch die die Luft von unten nach oben streicht, stehen auf 'dem Luftzuführungskasten 5 oder einzeln auf Luftzuführungsrohren 7. Die Heißluft wird oben entweder gemeinsam durch eine ausgemauerte Haube 6 oder aus jedem Rohr getrennt durch Stutzen 8 abgeführt.The pipes i, through which the air passes from the bottom to the top, are standing on 'the air supply box 5 or individually on air supply pipes 7. The hot air is at the top either together through a lined hood 6 or from each pipe discharged separately through nozzle 8.

Zwischen den Rohren Und der Haube und zwischen den oberen Rohrenden sind in Rillen Dichtungen vorgesehen, 9 und i o, die auch während des Betriebes durch entsprechende öffnungen im unteren Haubenrand nachgedichtet werden können. Raum 13 dient zur Beobachtung der Dichtungen zwischen den Rohren und den Kaltluftzuführungen.Between the pipes and the hood and between the upper ends of the pipe are provided in grooved seals, 9 and i o, which also during operation can be re-sealed through corresponding openings in the lower edge of the hood. Space 13 is used to observe the seals between the pipes and the cold air supply.

Der Rekuperator soll wegen einer guten Unterbringungsmöglichkeit und der Anschaffungskosten von möglichst kleinen Dimensionen sein, deshalb muß seine Wärmeübertragungsleistung der Grundheizfläche je Quadratmeter und Stunde und ° C Temperaturdifferenz zwischen den Abgasen und der Luft möglichst hoch sein. Als Grundheizfläche soll das Mittel zwischen Rohraußenfläche und Rohrinnenfläche, beide ohne Rippen gedacht, gelten.The recuperator should because of a good accommodation and the acquisition costs must be as small as possible, so his Heat transfer capacity of the basic heating surface per square meter and hour and ° C The temperature difference between the exhaust gases and the air must be as high as possible. As a basic heating surface should be the mean between the outer surface of the pipe and the inner surface of the pipe, both without ribs thought to apply.

Zur Erhöhung der Leistung wird angestrebt, daß sowohl die Rohraußenfläche die größtmögliche Wärmemenge aus den Feuergasen aufnehmen kann als auch, daß die Rohrinnenfläche eine sehr große Wärmemenge an die Luft abgeben kann. Durch die Anwendung von Rippen wird die Rohroberfläche vergrößert. Die Außenrippen werden so geformt, daß sie einer an allen Stellen gleichmäßigen und starken Berührung der mit möglichst hoher Geschwindigkeit entlangstreichenden Abgase mit den Außenheizflächen nicht hinderlich sind. Die Rippen werden daher in Strömungsrichtung angeordnet. Die Außenrippen werden keilförmig mit ziemlich scharfer Schneide ausgebildet und an ihren Wurzeln nach den Nachbarrippen hin kreisförmig ausgerundet und so angeordnet, daß zwischen je a Nachbarrippen und den entsprechenden Rippen der Nachbarrohre kreisförmige oder ovale freie Querschnitte für die Abgase gebildet werden, wobei die Ovale höchstens zweimal so lang als breit sein sollen.To increase the performance, the aim is that both the pipe outer surface can absorb the greatest possible amount of heat from the fire gases as well as that the The inner surface of the pipe can give off a very large amount of heat to the air. Through the application the pipe surface is enlarged by ribs. The outer ribs are shaped so that they have an even and strong contact in all places with as much as possible Exhaust gases do not sweep along with the outside heating surfaces at high speed are a hindrance. The ribs are therefore arranged in the direction of flow. The outer ribs are wedge-shaped with a fairly sharp edge and at their roots rounded to the neighboring ribs and arranged so that between each a neighboring ribs and the corresponding ribs of the neighboring pipes circular or oval free cross-sections for the exhaust gases are formed, the ovals at most twice as long as they should be wide.

Damit die Luft mit der Innenfläche des Rohres in allerinnigste Berührung kommt, wird im Innern des Rohres zwischen den Rippen 3 ein starker, möglichst eiserner Füllkörper 4 angeordnet, der die Luft zwingt, mit hoher Geschwindigkeit durch die engen Querschnitte zwischen dem Füllkörper, den Innenrippen und der Rohrwand hindurchzustreichen und alle Flächen sehr kräftig zu berühren. Die Füllkörper unterstützen die Wärmeübertragung, indem sie durch Strahlung Wärme von den Rohren aufnehmen und sie wieder an die Luft abgeben und dienen als Schutzwärmespeicher, welche die Wärme aufnehmen, die evtl. den Rohren schädlich sein könnte, und schützen daher die Rohre vor überhitzung bei Temperaturstößen.So that the air with the inner surface of the pipe in the most sensible contact comes, inside the tube between the ribs 3 is a strong, iron as possible Packing 4 arranged, which forces the air at high speed through the pass through narrow cross-sections between the filler body, the inner ribs and the pipe wall and to touch all surfaces very vigorously. The packing supports the heat transfer, by absorbing heat from the pipes through radiation and releasing it back into the air release and serve as protective heat storage, which absorb the heat that may could be harmful to the pipes and therefore protect the pipes from overheating Temperature surges.

Um die Leistung des Rekuperators weiter zu erhöhen, wird vorgeschlagen, daß die Rohre in ihrem größten Teil nach außen aufgebaucht werden, wodurch die Abgasquerschnitte verkleinert und die Feuergase gezwungen werden, mit erhöhter Geschwindigkeit unter stärkster Berührung mit den Flächen an den Rohren vorbeizustreichen. Es wird dadurch eine sehr große Wärmeabgabe an die Rohre erreicht und die wärmeisolierend wirkende Staubablagerung an den Flächen vermieden. Vergrößert werden beide Erfolge noch durch die Anwendung von Saugzug, der sehr hohe Abgasgeschwindigkeiten gestattet.In order to further increase the performance of the recuperator, it is proposed that that the pipes are bulged outward in their major part, whereby the exhaust gas cross-sections downsized and the fire gases are forced to take at increased speed the strongest contact with the surfaces on the pipes. It becomes through it A very large amount of heat is given off to the pipes and it has a heat-insulating effect Avoid dust deposits on the surfaces. Both successes are further enhanced by the use of induced draft, which allows very high exhaust gas velocities.

Ein teurer eiserner Rekuperator muß gegen Zerstörungen, die durch Überhitzungen verursacht werden und die zu großen Betriebsunterbrechungen und teuren Reparaturen führen, weitgehend geschützt werden. Sicherheitsmaßnahmen gegen überhitzungen versagen sehr oft oder sie sind nicht ausreichend. Die Materialtemperaturen, besonders bei dünnwandigen Rohren, schnellen bei Temperaturstößen, die kaum ganz zu vermeiden sind, zu leicht in die Höhe. Der Rekuperator hat in sich selbst aus Mangel an Masse keine Sicherheit, er ist zu empfindlich. Aus Sicherheitsgründen muß man sich deshalb mit niedrigeren Materialtemperaturen und davon abhängigen Lufttemperaturen begnügen.An expensive iron recuperator must protect against damage caused by Overheating and causing major business interruptions and expensive Carry out repairs, are largely protected. Safety measures against overheating very often they fail or they are insufficient. The material temperatures, especially in the case of thin-walled pipes, rapid temperature surges that can hardly be avoided entirely are too easy to get up. The recuperator has in itself for lack of bulk no security, he's too sensitive. For security reasons you have to be content with lower material temperatures and the air temperatures that depend on them.

Bei den eingangs erwähnten Rekuperatoren wurden daher gemäß der Erfindung starke, möglichst eiserne Füllkörper vom doppelten Gewicht der Rohre in diese zwischen die Innenrippen eingebaut und die Rippen stets in Längsrichtung parallel zum jeweiligen Gas- oder Luftstrom angeordnet. Hierdurch werden in den gefährlichen Momenten die Temperaturspitzen abgefangen, weil die Füllkörper wegen ihrer großen Masse den größten Teil der überschüssigen Wärme aus den Rohren aufnehmen. Da, wo die Rohre besonders gefährdet sind, wie bei Gleichstromrekuperatoren mit hohen Abgastemperaturen oder bei den ersten Rohren von Querstromrekuperatoren, auf welche die heißen Feuergase direkt draufstoßen, und bei Gegenstromrekuperatoren in dem Teil, in dem Abgase und Luft am heißesten sind, soll das Gewicht der Füllkörper mindestens doppelt so hoch sein als das Gewicht des gußeisernen Rohres und etwa achtmal so hoch sein als das Gewicht eines Stahlrohres.The recuperators mentioned at the beginning were therefore according to the invention strong, preferably iron fillings with twice the weight of the pipes in between the inner ribs built in and the ribs always parallel to each other in the longitudinal direction Arranged gas or air flow. As a result, in the dangerous moments the Temperature peaks are intercepted because the fillers are the largest due to their large mass Absorb part of the excess heat from the pipes. Where the pipes are particularly special are at risk, such as with direct current recuperators with high exhaust gas temperatures or at the first tubes of cross-flow recuperators on which the hot fire gases directly on it, and in the case of countercurrent recuperators in the part where the exhaust gases and When air is the hottest, the weight of the packing should be at least twice as high than the weight of the cast iron pipe and about eight times as much as that Weight of a steel pipe.

Um an den heißesten Stellen der Rekuperatoren, wie z. B. beim dargestellten an den oberen Rohrenden, die Materialtemperaturen der Lufttemperatur möglichst anzunähern, nehmen die Außenrippen von einer bestimmten Stelle an an Höhe ab und fallen an den Rohrenden, besonders da, wo die heißen Feuergase in den Rekuperator eintreten, ganz weg. Die Rohroberfläche wird also verkleinert. Die Abgasgeschwindigkeit ist im oberen Rekuperatorteil gering, weil die Rohre dort nicht seitlich aufgebaucht sind. Durch diese beiden Maßnahmen wird die spezifische Wärmeaufnahme der Heizfläche nach oben hin sehr verkleinert. Dagegen wird in den Rohren durch Engstellen der Rippen die Rohrinnenfläche vergrößert und die Luftquerschnitte werden kleiner, so daß die Luft, die mit erhöhter Geschwindigkeit durch sehr enge Kanäle streichen muß, intensiv mit den Heizflächen in Berührung kommen muß. Diese Wirkung kann dadurch erhöht werden, daß man die Füllkörper im oberen Rohrteil mit nach oben höher werdenden Rippen versieht, die in die Zwischenräume zwischen den Rippen oben tiefer hineinragen als unten und für den Luftdurchtritt nur einen engen Schlitz freilassen, durch den die Luft sozusagen von unten nach oben hindurchgepreßt werden muß. Die Wärmeaufnahme des Füllkörpers aus dein Rohr wird durch seine Oberflächenvergrößerung dabei erhöht. Durch Anwendung der vorgeschlagenen Anordnungen wird die spezifische Wärmeabgabe der Rohrinnenfläche an die Luft auf das höchste gesteigert. Da im Beharrungszustand der Wärmeübergang von den Feuergasen zur Luft gleich dem Wärmeübergang von der Rohrinnenfläche zur Luft sein muß, so folgt daraus, daß auf Abgasseite eine sehr hohe Temperaturdifferenz sein muß, während die Temperaturdifferenz auf der Luftseite sehr gering ist. Die Materialtemperatur läßt sich auf diese Weise bis auf 30 bis 4o° an die Heißlufttemperatur annähern. Die so gewährleistete niedrige Materialtemperatur soll nun nirgends überschritten werden, was dadurch erreicht wird, daß die Außenrippen erst in dem unteren Teil ihre volle Höhe haben. Die Sicherheit gegen Überhitzung des Rohrmaterials ist danach an allen Teilen der Rohre sehr hoch.To get to the hottest parts of the recuperators, such as B. in the illustrated at the upper pipe ends, the material temperatures as close as possible to the air temperature, the outer ribs decrease in height from a certain point and fall completely away at the pipe ends, especially where the hot fire gases enter the recuperator. The pipe surface is therefore reduced. The exhaust gas speed is low in the upper part of the recuperator because the pipes there are not bulging at the sides. These two measures reduce the specific heat absorption of the heating surface towards the top. On the other hand, narrowing the ribs in the pipes enlarges the pipe inner surface and the air cross-sections become smaller, so that the air, which has to pass through very narrow ducts at increased speed, has to come into intensive contact with the heating surfaces. This effect can be increased by providing the filler bodies in the upper tube part with ribs that become higher upwards, which protrude deeper into the spaces between the ribs at the top than at the bottom and only leave a narrow slot free for air to pass through, through which the air can so to speak from must be pressed through at the bottom upwards. The heat absorption of the filler from your pipe is increased by its surface enlargement. By using the proposed arrangements, the specific heat dissipation of the pipe inner surface to the air is increased to the highest. Since the heat transfer from the fire gases to the air must be the same as the heat transfer from the pipe inner surface to the air in the steady state, it follows that there must be a very high temperature difference on the exhaust side, while the temperature difference on the air side is very small. In this way, the material temperature can be approximated to the hot air temperature by up to 30 to 40 °. The low material temperature guaranteed in this way should not be exceeded anywhere, which is achieved by the fact that the outer ribs only have their full height in the lower part. The security against overheating of the pipe material is then very high on all parts of the pipes.

Nach denselben Gesichtspunkten werden bei Gleichstrom- und Querstromrekuperatoren an den gefährdeten Rohrstellen die Außenrippen verkleinert oder weggelassen.The same criteria are used for direct-current and cross-flow recuperators The outer ribs are reduced or omitted at the endangered pipe points.

Da der vorgeschlagene Rekuperator eine große Sicherheit gegen Überhitzungen bietet, kann man bei gleicher Sicherheit wie bei anderen Rekuperatoren höhere Lufttemperaturen erreichen, zumal man durch leichte Auswechselbarkeit der Rohre keine längeren Betriebsunterbrechungen zu befürchten hat.Because the proposed recuperator provides great security against overheating offers, you can achieve higher air temperatures with the same safety as with other recuperators Achieve, especially since the easy interchangeability of the tubes means that there are no longer interruptions in operation has to fear.

Bei anderen Rekuperatoren rechnet man mit Temperaturunterschieden zwischen der Heißluft und dem Rohrmaterial von i5o bis 200° C, wobei die Materialtemperatur nochmals 25o bis 300° unter der mit Rücksicht auf die Hitzebeständigkeit des Materials höchstzulässigen Temperatur liegt. Letztere liegt also .I00 bis 5oo° höher als die Heißlufttemperatur. Diese große Differenz kann bei der vorliegenden Ausführung beträchtlich verkleinert «-erden. Durch den Einbau der Füllkörper kann man ohne Gefahr die Temperaturdifferenz oberhalb der Materialtemperatur auf 200° begrenzen, d. h. die Materialtemperatur darf um 5o bis ioo° höher werden als bei anderen Rekuperatoren. Daher kann die Temperatur der Luft um i5o bis 25o° höher getrieben werden als bei anderen Rekuperatoren, ohne daß die Sicherheit darunter leidet. Will man sich mit den früher erreichbaren Lufttemperaturen begnügen, so kann man billiges Legierungsmaterial verwenden.With other recuperators, temperature differences are expected between the hot air and the pipe material from i5o to 200 ° C, whereby the material temperature again 25o to 300 ° below that with regard to the heat resistance of the material maximum permissible temperature. The latter is therefore .100 to 500 ° higher than that Hot air temperature. This large difference can be considerable in the present embodiment scaled down «- earth. By installing the packing you can see the temperature difference without risk limit above the material temperature to 200 °, d. H. the material temperature may be 50 to 100 ° higher than with other recuperators. Hence the temperature the air can be driven 15o to 25o ° higher than with other recuperators without that security suffers. If you want to get used to the air temperatures that could be reached earlier be satisfied, cheap alloy material can be used.

Claims

PATENT CLAIMS: i. Iron rib recuperator with ribs on both sides Heating surfaces for high heat transfer per hour, ° C and square meter without ribs measured basic heating surface, with great security against overheating and to achieve high air temperatures, from tubes with internal and external ribs, the tubes that can be of round, oval or flat cross-section and of alloyed or unalloyed Cast iron or steel exist, are arranged in the exhaust ducts, and where the Fire gases outside the air-carrying pipes in counter-current, co-current or cross-flow brush to the inner flow, characterized in that the ribs are always in the longitudinal direction run parallel to the respective gas or air flow, in order to achieve a high Heat transfer per square meter without ribs measured basic heating surface, hour and ° C temperature difference between the fire gases and the air strong, if possible iron Packing bodies with twice the weight of the pipes in the pipes between the inner ribs be built in, forcing the air through the narrow remaining cross-sections between the fillers, the inner ribs and the inner surface of the pipe at high speed stroke through and come into intense contact with the heating surfaces, whereby the packing serves as a heat store.

2. recuperator according to claim i, characterized characterized in that the outer ribs have sharp cutting edges in order to increase performance have, rounded at their roots and arranged so that between two adjacent ribs and the corresponding ribs of the adjacent pipe are circular or oval cross-sections are formed for the exhaust gas passage, the ovals at most should be three times as long as wide, which enables the fire gases to to come into very intensive contact with the heating surfaces.

3. Recuperator after the Claims i and 2, characterized in that for the purpose of increasing the performance of the heat transfer from the exhaust gases to the pipe outer surface, the pipes to about three quarters of their Length to be bulged so that the exhaust gas cross-sections between the pipes narrowed so that the exhaust gases have to pass through at a very high speed, where they come into strongest contact with the pipe surfaces and heat them up and kept it dust-free. .

4. recuperator according to claims i and 2, characterized characterized that in order to increase the security against overheating of the pipes Temperature at the endangered areas of the hot air temperature is approximated what is achieved in that the air by installing the filler, through sealing points the inner ribs on the endangered pipe parts and reduction of the air cross-section is forced to sweep through very narrow canals at increased speed, and that further the outer ribs decrease in height towards the endangered pipe parts and thereby the outer surface reduce and there completely omitted, where the hot exhaust gases meet the pipes.

5. recuperator according to claims i, 2 and 4, characterized in that for the purpose of strongest contact with the hot air the heating surfaces in the endangered pipe part are provided with ribs, which ground increasingly higher in the direction of the hottest part and into the spaces in between protrude between the inner ribs and only narrow slots for air passage set free.

6. recuperator according to claim r, characterized in that for the purpose Avoid longer interruptions in operation. The recuperator is divided into small groups is and that the tubes can be easily replaced individually.