Speichermaterial für Wärmeübertragung

Die Ei-findung betrifft ein Speichermaterial aus Kunst¬ stoff für Wärmeübertragung zwischen Gasströmen in Wärme tauschern, insbesondere Speichermaterial für die Wieder aufheizung der in einer Naßreinigungsstufe gereinigten Kesselabgase durch Wärmeübertragung von den der Naß— reinigung zuzuführenden ungereinigten Kesselabgasen.

Metallische und keramische Werkstoffe werden als Speich material in umlaufenden Regenerativ—Wärmetauschern für Kessel- und Klimaanlagen sowie für fahrbare und ortsfeste Gasturbinen eingesetzt. Dabei ist ein alter Vorschlag bekannt, nichtmetallische, die Wärme schlecht leitende Werkstoffe, wie Kunststoffe, Asbest, Papier oder Textilien im Niedertemperaturbereich - je nach Arbeitstemperatur im speziellen Anwendungs¬ fall - auszuwählen, um diese Werkstoffe vornehmlich in Klimaanlagen für den Wärmetausch zwischen Haumab- und -zuluft einzusetzen (CH-PS 33*4- 078). Papier und Textilgewebe haben sich auch bei Verwendung entsprechen ausgewählter Imprägnierungen bzw. Textilhilfsmittel aufgrund ihrer geringen Naß estigkeit, Formbeständigkei der leichten Entflammbarkeit und der geringen Beständig

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keit gegenüber Agenzien, z.B. mineralischen oder organischen Säuren, nicht durchsetzen kannen. Darüber hinaus bestehen gegenüber Papier und Textilgeweben wegen der Gefahr der Verrottung erhebliche Bedenken bezüglich des Einsatzes dieser Werkstoffe in Lüftungs— und Klimaanlagen.

Wenngleich Kunststoffe wiederholt als Austausch— material benannt wurden, liegen für Kunststoffe keine Erfahrungen über den technischen Einsatz vor. Einem breiten Einsatz von Kunststoffen als Wärmespeieher- raaterial. stehen die den Kunststoffen in der Regel spezifischen wärmeisolierenden Eigenscha ten sowie die geringe Zeitstand estigkeit unter höheren Temperaturen entgegen. Eine wechselnde Beanspruchung von Kunststoffen hat eine mit der Zeit schnell abfallende Stand es igkeit derselben zur Folge.

Das Speichexmaterial umlaufender Regenerativ-Wärme— tauscher für die Wiederau heizung der zuvor in einer Naßreinigungsstufe gereinigten Kesselabgase durch Wärmeübertragung von den der Naßreinigung zuzuführenden ungereinigten Kesselabgasen ist besonderen betrieblichen Beanspruchungen unterworfen. Auf der bezüglich des Speichermaterials Wärme aufnehmenden Seite wird das Speichermaterial von höher temperierten Rohgasen beau schlagt, die nicht oder nur unvollständig ent¬ staubt sind, und auf der Wärme abgebenden Seite von niedriger temperierten Gasen hoher Feuchte, die zusätzlich Reste von chemischen Sorptions- und

Neu-tralisationsmitteln und Produkte aus der Naßreinigun mit sich führen. Je nach der chemischen Zusammensetzung

der innerhalb des Speichermaterials unter diesen Bedingungen beim Wärmetausch gebildeten Niederschläge erfolgt in kürzerer oder längerer Zeit ein Aushärten der Niederschläge zu mehr oder weniger fest auf dem Speichermaterial haftenden, in der Regel in

Wasser unlöslichen Verkrustungen, welche die Durch¬ gangskanäle des Speichermaterials vollständig ver¬ schließen, so daß ein Weiterbetrieb des Wärmetauschers und im Gefolge damit auch der Kesselanlage nicht mehr möglich ist. Um stark verschmutzte und verkrustete Heizflächen - in üblicher Weise aus Stahl oder auch emailliertem Stahl - von Wärmetauschern in Nach¬ schaltung zu Kesselanlagen zu reinigen, werden bereits besonders gestaltete Rußbläser eingesetzt, deren Reinigungsstrahlen das Speichermaterial im eingebauten Zustand reinigen, die Durchgangskanäle erneut öffnen und die esten Beläge zuverlässig und vollständig aus der Speichermasse des Wärmetauschers heraus¬ spülen. Die hierbei aus den Reinigungsdüsen der Ruß- bläser austretenden scharfen Reinigungsstrahlen führen zu örtlichen Verformungen, die in ihrer Gesamtheit eine walkartige Beanspruchung der plattenför i en. Bestandteile des Speichermaterials zur Folge haben. Andererseits sind gerade derartige walkartige Beanspiudiu gen in plat enförmig vorliegendem Speicheππaterial in besonderem Maße dazu geeignet, auch fest auf dem Speichermaterial haftende Verkrustungen und Beläge abzusprengen.

Umlaufende Regenerativ-Wärmetauscher mit metallischen Speichermaterialien haben sich jedoch unter den vor¬ bezeichneten besonderen Betriebsbedingungen nur mit begrenzter Betriebszeit und nur unter stark erhöhtem Reinigungsaufwand einsetzen lassen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Speichermaterial für die Wärmeübertragung anzu¬ geben, das sich einfach und wirtscha tlich herstellen läßt, dessen Oberfläche eine geringe Affinität zu den Abgasbestandteilen der Rohgase vor und der Rein¬ gase nach der Naßreinigung hat, und das eine hohe Zeitstand es ^* tigkeit auch bei wechselnder Beanspruchung durch au tref ende Reinigungsstrahlen aufweist.

Erfindun sgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das Speicherele ent aus Profilelementen zusammen¬ gesetzt i-st und diese Elemente aus Thermoplasten aus der Gruppe der Polyphenylenoxide bestehen oder diese enthalten. Aus Polyphenylenoxi en lassen sich — unabhängig von bestimmten Formgebungen - beliebig gestaltete Profilelemente, und zwar abstandhaltende, leistenförmige Profilelemente einerseits und den Wärmetausch bewirkende plattenförmige Profilelemente andererseits nach unterschiedlichen Verfahren, z.B. durch Spritzgießen im einen und durch Extrudieren im andern Fall unter Einhaltung entsprechender Um— formtemperaturen, die beispielsweise bei 200 C liegen, herstellen, wobei zugleich eine hohe Güte der Ober¬ flächenbeschaf enheit und überraschende Oberflächen— effekte erzielt werden, die einer festhaf enden

Verbindung zwischen der Oberfläche der Speicherelemente und der Beläge entgegenwirken.

Um die thermoplastischen Eigenschaften für eine einfache ^> Herstellung der Profilelemente unter Beachtung der vorgesehenen Betriebstemperaturen des Wärmetauschers zu verbessern, sind Copolymerisate des Polyphenylen-

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oxids mit Polystyrol oder Polyphenylenoxid-Polystyrol- RAyblends mit Vorteil einsetzbar, wobei die physikalisch

Eigenschaften des Speichermaterials nach der Verarbeitun ebenso wie die Verarbeitungseigenschaften durch unter- schiedliche Gehalte von Polyphenylenoxid und Polystyrol veränderbar und an vorgegebene Bedingungen anpaßbar sind.

Für Polyphenylenoxide sind die für den vorgesehenen Einsatzzweck an sich nachteiligen Eigenschaften, wie Spannungsrißempfindlichkeit, Versprödung und schnelle Alterung bekannt. Polyphenylenoxid-Polystyrol- Mischungen als Grundstoff schaffen die Voraus.setzung einer einfachen Herstellung von Profilelementen mit ausreichender thermischer Stabilität für den vorge¬ sehenen betrieblichen Einsatz.

Das erfindungs emäße Speichermaterial ist vorzugsweise so aufgebaut, daß abstandhaltende, leistenförmige Profile mehrere als Speicherelemente dienende platten- förmige Profile miteinander zu Speicherblöcken verbinden.

Andererseits besteht auch die Möglichkeit, die abstand- haltenden Profile als Teilbereiche aus plattenförmigen Speicherelementen auszuformen.

Für eine einfache Herstellung wird hierbei als Her¬ stellungsverfahren das Spritzgießen für die abstand- haltenden leisten örmigen Profile und das Extrudieren

für die plattenförmigen Speicherelemente gewählt.

Des weiteren bringt es für die Fertigung von Speicher¬ blöcken Vorteile, wenn die abstandhaltenden, leisten- örmigen Profile im vorgesehenen Anschlußbereich an den plattenförmigen Speicherelementen axial unter¬ brochene, im Querschnitt dreiec ör ige Stege auf¬ weisen. Bei der Herstellung von Speicherblöcken werden die plattenförmigen Speicherelemente und die die platten örmigen Speicherelemente auf Abstand haltenden leisten örmigen Profile zweckmäßig durch Ultraschall— schweißung verbunden.

Die Speichermasse umlaufender Regenerativ—Wärmetauscher wird in der Regel in sektorförmigen Räumen einer Trag¬ konstruktion untergebracht. Um diese Räume füllende Speicherblöcke auszubilden, sind die plattenförmigen Speicherelemente bzw. die diese auf Abstand haltenden leisten örmigen Profile abwechselnd aufeinander- geschichtet und schrittweise durch Ultraschallschweißung miteinander zu einem Speicherblock verbunden.

Zur Erzielung einer festen Verbindung und um eine wirkun volle Ultraschallschweißung zu ermöglichen aber auch für den späteren betrieblichen Einsatz, werden die platten örmigen Speicherelemente mit den leisten- örmigen Profilen durch in Längsrichtung der abstand¬ haltenden Profile verlaufende, linienförmige, jedoch unterbrochene Schweißnähte verbunden,

Besonders vorteilhaft ist hierbei eine Weiterbildung derart, daß die abstandhal enden Profile und die plattenförmigen Speicherelemente jeweils abwechselnd mit einer oder mehreren linien rmigen Ultraschall- schweißungen durch punktförmige Ultraschallschweißungen verbunden sind.

Auf der einen Stirnseite des Speicherblocks weisen die punktf rmigen Schweißverbindungen vorzugsweise einen größeren Abstand von dieser Stirnseite auf als auf der gegenüberliegenden Stirnseite, an welcher diese Verbindungen zwischen platten örmigen Speicher¬ elementen und abstandhaltenden, leistenförmigen Profilen jeweils mit einer punktförmigen Schweiß- Verbindung enden. Auf diese Art wird für die spätere Eintrittsseite des ReinigungsStrahls eine quasi gelenkige Einspannung der platten örmigen Speicher¬ elemente in den jeweiligen Feldern zwischen den ab¬ standhaltenden Profilen erhalten, welche die zum Ab- sprengen der Verkrustungen vorteilhaften Walkbewegungen zuläß .

Um einen unsymmetrischen Verzug des Speicherblocks bei der Fertigung aufgrund des schrittweisen Ablaufs der einzelnen Schweißvorgänge zu vermeiden, wird auf der Seite des Speicherblocks, an welcher die Punkt- schweißungen einen größeren Abstand von der Stirnseite aufweisen, zwischen der jeweiligen Punktschweißung und der Stirnseite vorzugsweise unmittelbar an dieser eine Heftschweißung in Form einer linienf rmigen Schweißnaht geringerer Länge vorgesehen, welche Sollbruchstellen für einen schwingungs-

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fähigen Eintrittsabschnitt der Speicherelemente im betrieblichen Einsatz des Speicherblocks bildet. Die Länge dieser linienförmigen HeftSchweißnaht wird zweckmäßig gegenüber den in Axialrichtung auf dem abstand haltenden Profil folgenden linien örmigen Schwei߬ nähten mit verkürzter Länge ausgeführt.

Für die Fertigung sektor δrmiger Speicherblöcke in Anpassung an die Sektorräume der Tragkonstruktion umlaufender Regenerativ-Wärmetauscher wird zweckmäßig ein Speicherblock oder werden mehrere aneinander¬ gereihte Speicherblöcke in die sektorförmigen Räume der Speichermaterial-Trägerkonstruktion passend zugeschni 1en.

Um die Eintrittsabschn tte der plattenförmigen Speicher¬ elemente der einzelnen Speicherblöcke besonders schwingungsfähig auszubilden, wird für das platten- örmige Speicherelement ein Stärke von 1 bis 3 ι~ ^m * vorzugsweise 1,5 mm, gewählt, während der Speicher¬ block eine Höhe = 100 mm hat.

Des weiteren empfiehlt es sich, die abstandhaltenden, leistenförmigen Profile mit einer Teilung von 20 bis 0 m

-en vorzugsweise 0 mm, anzuordnen, wobei der/ bmessung über die Steghöhe 3 bis 6 mm, vorzugsweise 4 mm, und deren Breite bis 6 mm, vorzugsweise 5 π_ _» beträgt.

Die Abstände zwischen au einanderfolgenden linien- förmigen Schweißnähten wird zweckmäßig zwischen 8 bis 15 mm _» vorzugsweise mit 12 mm, bemessen, wobei die punktförmigen Schweißverbindungen über die Platten- höhe mit einer Teilung von 50 bis 70 mm, vorzugsweise 60 mm, aufeinander folgen. Für die punktförmigen Schweißverbindungen ist es von Vorteil, wenn die leisten örmigen Profile jeweils im Bereich der punkt¬ förmigen Schweißverbindungen eine ringförmige Ver- - breiterung mit bβidseitig kreisringförmigen, im Querschnitt dreieckförmigen Stegen, aufweisen.

Die knöpfartig ausgebildeten Anschlußbereiche sind dabei auf einen Durchmesser zwischen 8 und 15 ^m _» vorzugsweise 10 mm, verbreitert, wobei dann die kreis- ringförmigen Stege einen Durchmesser zwischen 6 und 13 vorzugsweise 7»5 mm haben.

Neben der für den Grundwerkstoff bekannten Beständigkei im Bereich höherer Temperaturen wird überraschender¬ weise eine Zeitstandfestigkeit des Speicherblocks unter betrieblichen Belastungen, und zwar insbesondere auch bezüglich der wechselnden Beanspruchungen der im Speicherblock enthaltenen plattenförmigen Speicher- elemente durch die auftre fenden Reinigun sstrahlen erreicht, die nur geringfügig herabgesetzt ist. Wesentlich für dieses Verhalten sind die gelenkigen Verbindungen zwischen den plattenförmigen Speicher- _. elementen und den abstandhaltenden, leistenförmigen Profilen.

Zur Erläuterung der Erfindung ist in der Zeichnung ein Plattenstapel bei der Herstellung zum Speicherblock in Perspektive dargestellt.

Die Zeichnung zeigt einen Ausschnitt im Bereich eines Stapels von plattenförmigen Speicherele enten 2 mit zwischengeschalteten, abstandhaltenden, leiste förmigen Profilen 4a, 4b, 4c, während der Fertigung des Speicher¬ blocks.

In der Darstellung sind bereits sieben der platten¬ förmigen Speicherelemente 2 im Wechsel mit abstand¬ haltenden, leistenförmigen Profilen 4a, 4b, 4c in drei Reihen übereinander durch Ultraschallschweißung miteinander verbunden worden. Auf das oberste Speicher- eleraent 2 des Plattenstapels ist bereits die nächst¬ folgende Lage der abs andhaltenden Profile 4' aufge¬ setzt worden. Für die Verschweißung mit dem nächst¬ folgenden (nicht gezeigten) Speicherelement sind die abstandhal enden Profile 4' beidseitig, d.h. auch auf der nicht sichtbaren Unterseite mit den auf ihrer Oberseite dargestellten, sich in axial Richtung er¬ streckenden, im Querschnitt dreieck örmigen Stegen 6 für linienförmige Schweißverbindungen einerseits und kreisringförmigen.Stegen8 für punktförmige Schwei߬ verbindungen andererseits versehen. Vor der Ultra¬ schallschweißung wird zunächst auf die oberste Lage der abstandhaltenden, leistenförmigen Profile das nächst olgende plattenförmige Speicherelement aufge- legt. Die Ultraschallschweißung erfolgt somit schrittweise zugleich durch eine Fernschweißung zur

Verbindung der Unterseite der leisten örmigen Profile 4' mit dem darunter befindlichen Speicherelement 2 und durch eine Nahschweißung zur Verbindung ihrer Oberseite mit dem noch auf sie aufzulegenden platten— förmigen Speieherele ent.

Die abstandhaltenden Profile oder Stege sind im Bereich der vorgesehenen punktförmigen Schweißverbindungen ebenso wie die zu ihrer Durchführung vorgesehenen, in der Draufsicht kreisring örmigen und im Querschnitt dreieckförmigen Stege 8 jeweils mit abgerundeten Verbreiterungen versehen, so daß in diesen Bereichen besonders belastungsfähige, knöpfartige Verbindungs¬ bereiche gestaltet werden. In dem in der Zeichnung dargestellten Ausschnitt des Plattenstapels liegen die in der Zeichnung rechts dargestellten geradlinigen "Satirnkanten der plattenf rmigen Speicherele ente in der späteren Eintrittsfläche der staubbeladenen Gase, deren Strömungsrichtung durch den Pfeil G symbolisiert sein möge. In gleicher Richtung wirken die Reinigun sstrahlen des Rußbläsers, deren Wirkungs¬ richtung durch den Pfeil B veranschaulicht sein möge.

Die abstandhaltenden, leistenförmigen Profile 4a, 4b, 4c sind mit bezüglich dieser Eintrittsfläche zurück¬ versetztenVerbreiterungen mit den in der Draufsicht kreisringförmigen Stegen für die punktförmigen Ultra¬ schall-Schweißverbindungen versehen.

Unmittelbar an die Eintritts läche angrenzend sind gegenüber den anderen axial ausgerichteten Dreieck¬ stegen 6 zur Herstellung der linienförmigen Schwei߬ verbindungen kürzere im --iuerschnitt dreieckige Stege 10 vorgesehen. Diese Stege dienen allein als Montage— hilfe. Sie fixieren den Plattenstapel bzw. den Speicherblock im Bereich der betreffenden Stirnseite und vermeiden dort eine Verformung aufgrund der schritt¬ weise durchgeführten Ultraschallschweißung während der Herstellung des Speicherblocks aus Speicher¬ platten und abstandhaltenden, leistenförmigen Profilen.