DE4238652C1 - Regenerator zum Aufheizen von Gasen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Regenerator zum Aufheizen von Gasen mit einer zwischen zwei koaxialen zylin­ derförmigen Rosten angeordneten ringförmigen Wärmespeichermasse aus Schüttgut, ei­ nem von dem inneren, heißen Rost eingeschlossenen heißen Sammelraum und einem, zwi­ schen dem äußeren, kalten Rost einerseits und der Gehäuse-Wandung des Regenerators andererseits eingeschlossenen kalten Sammelraum.

Ein solcher Regenerator ist aus der US-PS 2,272,108 und der DE-PS 41 08 744 bekannt. Bei den in diesen Druck­ schriften beschriebenen Ausführungsformen des Regenerators ist der heiße Sammelraum nach oben offen ausgebildet und mündet in einen im oberen Teil der Gehäuse-Wandung bzw. im Dach des Regenerators vorgesehenen Auslaß für die während des Kaltblasens ent­ stehenden heißen Gase.

Das Dach des Regenerators überdeckt auch den um den heißen Sammelraum konzentrisch angeordneten ringförmigen Raum für die Wärmespeichermasse, die zwischen kaltem und heißem Rost angeordnet ist. Die Wärmespeichermasse besteht aus einem Schüttgut. In der Außenwandung bzw. dem Dach des Regenerators sind Öffnungen vorgesehen, durch welche das Schüttgut in den ringförmigen Raum einge­ füllt werden kann.

Das Dach des Regenerators stützt sich auf der vertikalen Gehäuse-Wandung des Regenerators auf, und zwar bei der US-PS 22 72 108 unter Zwischenschaltung eines Ringankers zur Aufnahme der Schubkräfte.

Der von dem äußeren Rost einerseits und der Gehäuse-Wandung des Regenerators ande­ rerseits gebildete Ringraum dient während der Aufheizphase als Sammelraum für die ab­ gekühlten Abgase, in der Windphase jedoch zur Verteilung des Kaltwindes über den Um­ fang des Regenerators bzw. der Wärmespeichermasse. Durch diese Ausbildung ergibt sich, daß fast die gesamte Außenhaut des Regenerators nur mit kaltem Gas in Berührung kommt und daher eine Wärmeisolation nicht notwendig ist.

Der koaxial angeordnete innere heiße Rost begrenzt einerseits die heiße Seite der ringför­ migen Wärmespeicherschicht und andererseits den zylinderförmigen Sammelraum für den erhitzten Wind bzw. bildet den Verteilerraum für heiße Verbrennungsgase. Dieser Sammel­ raum und damit auch der innere Rost befinden sich ständig auf hoher Temperatur und kön­ nen daher nur aus keramischen feuerfesten Elementen aufgebaut werden, wobei diese ke­ ramischen Elemente eine hinreichende Durchlässigkeit für die durchtretenden Gase ge­ währleisten müssen. Insbesondere die Verwendung von Schüttgut mit sehr geringen Kör­ nungen als Wärmespeichermasse bedingt, daß diese Elemente zwar die Gase hindurchtre­ ten lassen, aber nicht Teile des Schüttgutes.

Dieser heiße Rost ist aufgrund seiner unterschiedlichen Temperaturbelastung Wärmedeh­ nungen ausgesetzt, die bei seiner Konstruktion unbedingt Berücksichtigung finden müssen. So ist insbesondere darauf zu achten, daß sich nach einer Abkühlung nicht Spalte im hei­ ßen Rost öffnen bzw. sich dieser nicht in seinem oberen, offenen Randbereich so verändert, daß die verhältnismäßig feinkörnige Schüttung aus dem ringförmigen Raum zwischen kal­ tem und heißem Rost in den heißen Sammelraum eindringen kann.

So ist es bekannt, diesen Bereich des heißen Rostes mit Dichtungen nach Art eines Laby­ rinthes aus sich überlappenden Elementen abzudichten, wobei diese Elemente wegen der großen Hitzebeaufschlagung aus Metall gefertigt und, wegen ihrer Verbindung zur Außen­ wandung des Regenerators dann mit einer Wasserkühlung ausgerüstet sein müssen.

Aufgabe der Erfindung ist es nun, diese vorstehend beschriebenen Nachteile zu beseitigen.

Insbesondere soll kein Schüttgut in den heißen Sammelraum gelangen und der obere Bereich der Gehäuse-Wandung geschützt werden.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei einem Regenerator der eingangs genannten Art der heiße Sammelraum mit einem auf dem oberen Rand des heißen Rostes aufliegenden Deckel abgeschlossen ist und daß in einem Abstand über dem Deckel eine Abschirmung vorge­ sehen ist, die an der Außenwandung des Regenerators befestigt ist und mit dem Deckel in keiner körperlichen Verbindung steht.

Der Abschluß des heißen Sammelraumes durch die Anordnung eines solchen Deckels ge­ währleistet, daß unabhängig der sich im heißen Rost und im Deckelbereich abspielenden Wärmedehnungen kein Schüttgut in den inneren Sammelraum eindringen kann, anderer­ seits auch die Außenwandung des Regenerators in diesem oberen Bereich gegen Hitzeein­ wirkungen durch die heißen Gase im inneren Sammelraum geschützt wird.

Vorteilhaft besteht der Deckel aus Keramik.

Dieses Material weist eine große Festigkeit auf und besitzt im übrigen eine große Hitzebe­ ständigkeit.

In weiterer Ausbildung der Erfindung ist der Deckel aus einer feuerfesten Gußmasse herge­ stellt und sind in seinem Randbereich feuerfeste Amierungsteile eingeschlossen. Diese Amierungsteile befähigen den Deckel dazu, in seinem Randbereich Schubkräfte und, über seinen Umfang auch Zugkräfte aufzunehmen.

Hierbei sind die Amierungsstäbchen im Randbereich des Deckels horizontal und tangential zum Deckeiradius sowie über die Höhe des Randbereiches in der Gußmasse angeordnet. Diese Ausbildung der Amierungsteile erlaubt, diese bezüglich ihrer Abmessungen verhält­ nismäßig klein, insbesondere von geringer Länge auszubilden und aus einem Material her­ zustellen, welches nicht biegefest ist.

Vorteilhaft sind die Amierungsteile hochfeste Keramikstäbchen.

Diese Keramikstäbchen sind ebenso wie der aus Keramik hergestellte Deckel hoch feuer­ fest.

In weiterer vorteilhafter Ausbildung der Erfindung ist die Abschirmung als kegelförmige Überdeckung ausgebildet, welche mit ihrem äußeren Rand den Deckel und den heißen Rost überragt.

Diese Ausbildung der Abschirmung gewährleistet einen vollständigen Hitzeschutz der Au­ ßenwandung des Regenerators in diesem oberen Bereich.

Vorteilhaft ist oberhalb des Deckels und unterhalb der Abschirmung eine Isolierung vorge­ sehen.

Diese Isolierung erhöht den Schutz der Außenwandung des Regenerators und verhindert im übrigen einen Wärmeverlust im Bereich des Deckels.

Vorteilhaft schließt die Abschirmung mit der Gehäuse-Wandung des Regenerators einen Zwischen­ raum ein, der mit dem von den beiden koaxialen zylindrischen Rosten eingeschlossenen Raum für die Wärmespeichermasse in Verbindung steht.

Diese Ausbildung des Zwischenraumes ergibt durch seine ringförmige Ausbildung eine gleichmäßige Beschickungsmöglichkeit für das Schüttgut der Wärmespeichermasse.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung ist der heiße Rost aus einzelnen Bausteinen zu­ sammengesetzt, welche aus hoch hitzebeständigem, keramischem Material bestehen und einen Hohlraum aufweisen, welcher sich in den ringförmigen Raum mit der Wärmespeichermasse öffnet, wobei der Hohlraum mit einem besonders feinkörnigen Schüttgut ausgefüllt ist und eine, ausgehend von der dem heißen Sammelraum zugewandten Wandung des Bausteines in den mit Schüttgut ausgefüllten Hohlraum hineinreichende Sacklochbohrung vorgesehen ist.

Diese besondere Ausbildung des Bausteines gewährleistet, daß der nicht unmittelbar zur Wärmeübertragung bzw. zum Wärmetausch dienende Materialanteil der einzelnen Bau­ steine bzw. der gesamten aus solchen Bausteinen zusammengesetzten inneren Wandung verhältnismäßig gering ist, weiterhin durch die vorgesehene Sacklochbohrung die Heißgase bzw. die aufzuheizenden Kaltgase verhältnismäßig widerstandsfrei in das Schüttgut eindrin­ gen und den Wärmetausch vornehmen können. Insbesondere gewährleistet diese Bau­ steinausbildung aber, daß als Wärmespeichermasse Teilchen von besonders geringer Kör­ nung verwendet werden können und dennoch die Gefahr ausgeschlossen wird, daß das feinkörnige Schüttgut durch aufgrund von Wärmedehnungen im heißen Rost auftretende Spalten und Risse in den heißen Sammelraum hindurchtritt.

Vorteilhaft ist das Schüttgut im Hohlraum durch einen hitzebeständigen Kleber verfestigt.

Abgesehen davon, daß diese Verklebung die Kompaktheit des Bausteines erhöht, verhin­ dert sie auch, daß das feinkörnige Schüttgut in dem Hohlraum des Bausteines nicht durch das in dem ringförmigen Raum zwischen dem kalten und heißen Rost nachrutschende Schüttgut herausgelöst wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Vertikal-Schnitt durch den oberen Bereich des Regenerators,

Fig. 2 einen Vertikal- sowie einen Horizontal-Schnitt durch den Deckel und

Fig. 3 eine perspektivische und teilweise geschnittene Darstellung eines Bau­ steines.

Der Regenerator, der besteht im wesentlichen aus einer Gehäuse-Wandung 1, welche den Reaktorinnenraum umgibt.

Dieser Reaktorinnenraum wird durch zwei koaxiale und zylinderförmige Roste 2 und 3 in einen für die heißen Gase vorgesehenen zentralen heißen Sammelraum 4, einen zwischen kaltem Rost 2 und heißem Rost 3 eingeschlossenen ringförmigen Raum 5 für die Wärme­ speichermasse und einem von dem kalten Rost 2 mit der Gehäuse-Wandung 1 gebildeten kalten Sammelraum 6 unterteilt.

Der kalte Rost 2 kann aus Metall hergestellt sein, wohingegen der heiße Rost 3 aus hoch hitzebeständigen, weiter unten näher beschriebenen Bausteinen 7 errichtet ist.

Der heiße Innenraum 4 ist durch einen, auf dem oberen Rand 8 des heißen Rostes 3 auflie­ genden Deckel 9 abgeschlossen, der wiederum von einer Isolierschicht 10 und diese wie­ derum von einer über den Außendurchmesser des heißen Rostes 3 ragenden Abschirmung 11 abgedeckt wird.

Diese bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel als kegelförmige Überdeckung 12 ausge­ bildete Abschirmung 11 ragt mit ihrem äußeren Rand 12′ über den Randbereich 13 des Deckels 9 hinaus und schließt mit dem obersten Bereich der Gehäuse-Wandung 1 des Reaktors einen Zwischenraum 14 ein, welcher eine Öffnung 15 aufweist, durch die das die Wär­ mespeichermasse bildende Schüttgut 16 in den Reaktor eingeführt werden kann. Dieser Zwischenraum 14 mündet in Form eines ringförmigen Spaltes 17 in den für die Aufnahme des Schüttgutes 16 vorgesehenen Raum 5.

Diese Ausbildung des Zwischenraumes 14 für die Einfüllung und Verteilung des Schütt­ gutes 16 in den ringförmigen Raum 5 hat den Vorteil, daß lediglich eine einzige Öffnung 15 für das Einfüllen des Schüttguts 16 am Reaktor vorzusehen ist, wohingegen bei den be­ kannten Ausführungsformen des Regenerators nach der US-PS 2,272,108 mehrere, über den Umfang des ringförmigen Raumes 5 für die Wärmespeichermasse verteilte Einzel­ öffnungen vorgesehen sind.

Dadurch, daß der obere Rand 8 des heißen Rostes 3 durch den Deckel 9 und die Isolier­ schicht 10 vollständig gegenüber dem Raum 5 für die Wärmespeichermasse abgeschlos­ sen ist, kann es aufgrund der durch die Wärmedehnungen bewirkten Änderungen im heißen Rost 3 nicht mehr dazu kommen, daß das Schüttgut 16 in den heißen Sammelraum 4 ge­ langt.

Der in Fig. 2 in zwei Schnitten dargestellte Deckel 9 ist aus einer feuerfesten Keramik-Guß­ masse hergestellt, wobei im Randbereich 13 des Deckels Armierungsteile 18 vorgesehen sind, welche es ermöglichen, den Deckel ohne Anordnung eines Ringankers auf dem obe­ ren Rand 8 des heißen Rostes 3 zu lagern.

Diese Armierungsteile 18 bestehen aus verhältnismäßig kurzen und hochfesten Keramikstäbchen, welche jeweils horizontal und tangential zum Radius des Deckels 9 im Randbereich 13 angeordnet sind. Diese Keramikstäbchen bilden in ihrer über den gesamten Randumfang des Deckels 9 verteilten Gesamtheit und durch ihre feste Einbindung in die ke­ ramische Gußmasse des Deckels 9 einen vollständig integrierten Ringanker, der die in die­ sem Bereich auftretenden Kräfte aufnehmen kann. Diese Art der Armierung des Deckels ge­ währleistet, daß durch die auftretenden Temperaturschwankungen keine Zerstörung des Deckels 9 auftreten kann.

Die Bausteine 7, aus denen der heiße Rost 3 aufgebaut ist, bestehen ebenfalls aus hoch hitzebeständigen Materialien. Dazu wird auf Fig. 3 verwiesen, welche eine vergrößerte und perspektivische Darstellung eines solchen Bausteines 7 zeigt.

Bevorzugt wird ein keramisches Material verwendet, wobei die massiven, also keine Durch­ lässe aufweisenden Teile des einzelnen Bausteines 7 möglichst gering im Verhältnis zu dessen Gesamtvolumen ausgebildet sein sollen.

Dazu weist der abgebildete Baustein 7 einen Hohlraum 19 auf, welcher nach allen Seiten des Bausteines 7 durch die jeweiligen keramischen Wandungen abgeschlossen ist, mit Ausnahme derjenigen Wandung 23, welche sich in den ringförmigen Raum 5 für die Wär­ mespeichermasse erstreckt. Dieser Hohlraum 19 ist mit Pellets 20 ausgefüllt, wobei diese mit einem hitzebeständigen Kleber untereinander verfestigt und gegen Herausfallen aus dem Baustein 7 gesichert sind.

Die der Wandung 23 gegenüberliegende Wandung 21, welche sich in den heißen Sammel­ raum 4 des Regenerators erstreckt, weist eine Sacklochbohrung 22 auf, die sich verhältnis­ mäßig weit in den mit Pellets 20 ausgefüllten Hohlraum 19 erstreckt und den Eintritt der Heizgase in die Wärmespeichermasse bzw. den Austritt der aufgeheizten Kaltgase in den Sammelraum 4 des Regenerators erlaubt.

Der Baustein 7 weist gemäß Fig. 2 eine teilweise konische Form auf, nämlich die Breite b der Wandung 21 ist geringer als die Breite B der Wandung 23. Höhe und Länge des Bau­ steines 7 sind auf allen Seiten gleich. Diese Ausbildung des Bausteines 7 ermöglicht die Errichtung des ringförmigen heißen Rostes 3.

Claims (11)

1. Regenerator zum Aufheizen von Gasen mit einer zwischen zwei koaxialen zylinderförmigen Rosten angeordneten ringförmigen Wärmespeichermasse aus Schüttgut, einem von dem inneren, heißen Rost eingeschlossenen heißen Sammelraum und einem, zwischen dem äußeren, kalten Rost einerseits und der Gehäuse-Wandung des Regenerators andererseits eingeschlossenen kalten Sammelraum, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Sammelraum (4) mit einem auf dem oberen Rand (8) des heißen Rostes (3) aufliegenden Deckel (9) abgeschlossen ist und daß in einem Abstand über den Deckel (9) eine Abschirmung (11) vorgesehen ist, die an der Gehäuse-Wandung (1) des Regenerators befestigt ist und mit dem Deckel (9) in kei­ ner körperlichen Verbindung steht.

2. Regenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (9) aus einer feuerfesten Gußmasse hergestellt ist und in seinem Randbereich (13) feuerfeste Armie­ rungsteile (18) eingeschlossen sind.

3. Regenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Deckel (9) aus Keramik besteht.

4. Regenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Armierungsteile (18) im Randbereich (13) des Deckels (9) horizontal und tangential zum Deckelradius sowie über die Höhe des Randbereiches (13) verteilt in der Gußmasse angeordnet sind.

5. Regenerator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Armierungsteile (18) hochfeste Keramikstäbchen sind.

6. Regenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (11) als kegelförmige Überdeckung (12) ausgebildet ist, welche mit ihrem äußeren Rand (12′) den Deckel (9) und den heißen Rost (3) überragt.

7. Regenerator nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Deckel (9) und der Abschirmung (11) eine Isolierung (10) vorgesehen ist.

8. Regenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abschirmung (11) mit der Gehäuse-Wandung (1) des Regenerators einen Zwischenraum (14) einschließt, der mit dem von den kalten und heißen Rosten (2 bzw. 3) eingeschlossenen Raum (5) für die Wär­ mespeichermasse in Verbindung steht.

9. Regenerator nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen dem Zwischenraum (14) einerseits und dem Raum (5) für die Wärmespeichermasse als ringförmiger Spalt (17) ausgebildet ist.

10. Regenerator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der heiße Rost (3) aus einzelnen Bausteinen (7) zusammengesetzt ist, welche aus hoch hitzebeständigem, keramischem Material bestehen und einen Hohlraum (19) aufweisen, welcher sich in den ringförmigen Raum (5) mit der Wärmespeichermasse öffnet, wobei der Hohlraum (19) mit einem Schüttgut (20) ausgefüllt ist und eine, ausgehend von der dem heißen Sammelraum (4) zugewandten Wandung (21) des Bausteines (7) in den mit Schüttgut (20) ausgefüllten Hohlraum (19) hineinreichende Sacklochbohrung (22) vorgesehen ist.

11. Regenerator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Schüttgut (20) im Hohlraum (19) durch einen hitzebeständigen Kleber verfestigt ist.