專利名稱：建造交流換熱器用的耐火材料構(gòu)件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及砌建交流換熱器用的構(gòu)件。
為了完成模擬試驗(yàn)，本發(fā)明是與法國熱交換器研究公司(GRETH)合作開發(fā)的。
在法國專利號2，147，624中，介紹了一種特別適合于在玻璃熔爐中砌建蓄熱室用的可碼垛的單塊耐火材料構(gòu)件。該構(gòu)件為通常的平行六面體，它至少包括有三個(gè)輻射狀桿或凸緣，通過其上的一個(gè)側(cè)面與六面體的中央連接件連成整體。該構(gòu)件可以由事先熔化的一或幾種難熔氧化物模壓而成，而這種輻射狀桿或凸緣是一致的，厚度至少應(yīng)為50毫米。
帶有四個(gè)等厚度正交輻射式桿的這種構(gòu)件已由該專利申請人在市場上出售，現(xiàn)在還可以買到。這種構(gòu)件通常被稱為“十字形”構(gòu)件。
除了上述專利以外，該專利申請人又在法國專利號2，248，748中介紹了一種在№2，147，624專利中所述構(gòu)件的改進(jìn)方案。為改善在該構(gòu)件與被加熱流體之間的對流所形成的熱交換條件，輻射式桿或凸緣的厚度改變成從下向上逐漸減小。
這種“十字形”構(gòu)件的最大優(yōu)點(diǎn)在于由于只有單一形式的構(gòu)件，所以裝配方便，并且可使格子磚砌體的構(gòu)造中具有不同橫截面的通道，各種氣體和空氣可以從這些通道中流過。
當(dāng)玻璃熔爐蓄熱室的格子磚砌體工作時(shí)，熔爐工作時(shí)所產(chǎn)生的熱氣或煙氣即通過蓄熱室的頂部進(jìn)入該格子磚砌體中放出其熱能，然后從一個(gè)煙道中排出。此時(shí)，從上一個(gè)工作循環(huán)中被加熱的另一個(gè)格子磚砌體的下部所供給的冷空氣，便在該格子體的頂部回收這部分熱能而變成熱空氣，然后再把這熱空氣輸送到熔爐的燃燒器中，以保證燃料在最佳熱耗條件下燃燒。
當(dāng)煙氣從頂部向下進(jìn)入格子體中時(shí)，不僅放出了它們的熱能，而且根據(jù)熔爐的作業(yè)情況和玻璃液的類型，可以使熔化池中揮發(fā)出的粉塵或其構(gòu)成元素沉積下來。
這些沉積物有可能使空氣和煙氣的通道發(fā)生堵塞。為了克服這一缺點(diǎn)，迄今為止，總是在上述“十字形”構(gòu)件中，建立一個(gè)光滑的水力學(xué)通道，即利用其平滑的凸緣表面以及不采用任何吊掛件而裝配牢固的內(nèi)部通道。
此外，還包括有那種最優(yōu)方法，即去提高蓄熱室中格子體的熱效率，這是通過增加被加熱流體與蓄熱室中格子體之間的熱交換來實(shí)現(xiàn)的。這種熱交換的增加要求在最短的時(shí)間周期(即空氣流過其間的這段時(shí)間)內(nèi)強(qiáng)化熱交換。實(shí)際上，耐火材料/空氣之間的熱交換系數(shù)(對流)是煙氣/耐火材料之間的熱交換系數(shù)(輻射)的幾分之一。但是必須注意，上述方法并不能非常有效地避免在格子體的構(gòu)成部件上發(fā)生沉積現(xiàn)象(特別是在冷凝區(qū))。
因此，對用來建造玻璃熔爐蓄熱室格子體的構(gòu)件需要作出改進(jìn)，以便在煙氣進(jìn)入格子體時(shí)使沉積現(xiàn)象減至最小，并且還要改善被加熱流體與蓄熱室格子體之間的熱交換。
本發(fā)明的目的在于為玻璃熔爐蓄熱室的砌筑提供一種經(jīng)過改進(jìn)的新型陶瓷構(gòu)件來滿足上述要求。
更具體地說，本發(fā)明涉及一種用來砌建玻璃熔爐蓄熱室的陶瓷構(gòu)件，該構(gòu)件至少有一個(gè)垂直壁板，該壁板的平均厚度最大為40mm，其特征在于在該垂直壁板的至少一個(gè)面上有許多擋流板，它們是構(gòu)件的一個(gè)組成部分，這些擋流板的突起部分比垂直壁板的基面至少高出5mm，兩個(gè)相鄰擋流板之間的垂直距離與該突起部分的高度的比值在3～15之間，檔流板與沿給定的煙氣流動(dòng)方向的壁板基面之間夾角為X，擋流板與沿給定的被加熱空氣流動(dòng)方向的壁板基面間的夾角為Y，X與Y兩者的關(guān)系是X小于或等于Y?！盎妗币辉~的含義是指每塊檔流板的前表面或后表面。
本發(fā)明的新型構(gòu)件可使蓄熱室效率顯著的提高。實(shí)際上，壁板上的擋流板通過擾動(dòng)壁板附近事先被煙氣加熱了的氣流，而使耐火材料/空氣之間的熱交換加強(qiáng)。
壁板的“平均厚度”一詞的含義是指不帶有擋流板的平面壁板的厚度，在本發(fā)明中，它與帶有擋流板的壁板具有相同的體積。該平均厚度應(yīng)當(dāng)小于或等于40mm。
擋流板的“突起部分”一詞的含義是擋流板相對于壁板基面有最大高度的部分。該“突起部分”至少不小于5mm，最好至少不小于10mm。
該陶瓷構(gòu)件可以具有各種不同的形狀。它們可以呈帶有許多輻射狀桿或凸緣的構(gòu)件形式，如上面法國專利2，142，624中所述的構(gòu)件形式，更具體地說，最佳的十字形構(gòu)件具有4個(gè)正交的輻射狀桿，但是它在水平橫截面上的形狀也可以是一般的空心方體，空心六角體，L形體或者很簡單地由一塊壁板構(gòu)成。
如本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例中所示，壁板的兩個(gè)表面上都裝有擋流板。
每塊擋流板可以連續(xù)延伸到壁板的整個(gè)寬度，也可以只占壁板寬度的一部分。在后面這種情況下，通常采用若干個(gè)擋流板，它們相互間隔一定距離并排地排列在壁板上。也可以在全部或某些擋流板中，只將擋流板的一部分裝在給定的構(gòu)件上，而將其另一部分裝在格子體中該構(gòu)件的上面或下面的相鄰構(gòu)件上。
裝在壁板上的各個(gè)擋流板的形狀可以完全相同，也可以將各種不同形狀的擋流板加以組合。兩個(gè)相鄰擋流板在垂直方向的間距可以是相同的或不相同。最重要的問題是兩個(gè)相鄰擋流板之間的垂直距離與擋流板的突起部分的高度的比值應(yīng)在3～15之間，最好在5～10之間。
遵守該比值范圍可以使空氣的界面層在到達(dá)下一個(gè)擋流板之前，可以先通過一個(gè)擋流板從壁板上脫離然后再與該壁板(即壁板的基面)重新結(jié)合。因此，這種強(qiáng)化熱傳導(dǎo)的主要部分是在位于空氣運(yùn)動(dòng)方向上的擋流板后面(下一個(gè)擋流板的前面)的空氣流動(dòng)區(qū)內(nèi)進(jìn)行的，在該區(qū)域內(nèi)，空氣通過某個(gè)擋流板先從壁板上脫離，然后再重新附到該壁板上。
如本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例中所示，垂直壁板的一個(gè)表面上的擋流板相對于該壁板的另一個(gè)表面上的擋流板而言，在垂直方向上是相互交錯(cuò)排列的。換句話說，從垂直截面上看，該壁板的外形是不對稱的。擋流板在同一壁板的反面上的交錯(cuò)排列可以帶來很大好處。實(shí)際上，它使得該壁板的最厚部分的位置與空氣重新附著區(qū)域相對。因此，在在壁板熱容量最大的這些位置上進(jìn)行著最強(qiáng)烈的能量交換。此外，擋流板的交錯(cuò)排列還具有另外的好處。假定等效的構(gòu)件具有一致的厚度，那么，一個(gè)裝有交錯(cuò)排列擋流板的構(gòu)件通常比裝有對稱排列擋流板的構(gòu)件所具有的機(jī)械強(qiáng)度要大得多。這是因?yàn)榍罢叩淖钚【植亢穸缺群笳叩拇蟆?br> 擋流板本身外形可以是對稱的或不對稱的。但它們最好是不對稱的，特別是在格子體中會(huì)發(fā)生沉積的那些區(qū)域內(nèi)更應(yīng)如此。擋流板的外形可以用X角和Y角來確定其特征，其中X角為擋流板與沿?zé)煔膺\(yùn)動(dòng)方向(通常從構(gòu)件的頂部到底部)的壁板基面間的夾角，Y角為擋流板與沿被加熱空氣運(yùn)動(dòng)方向(通常從構(gòu)件的底部到頂部)的壁板基面間的夾角。在本發(fā)明中X角必須小于或等于Y角。最好是X角小于Y角，這樣，擋流板就可以為煙氣的流動(dòng)提供一個(gè)盡可能光滑的水力學(xué)表面，以便減少有害的沉積，同時(shí)，擋流板還可以為空氣的流動(dòng)提供一個(gè)盡可能粗糙的水力學(xué)表面，以便改善熱交換情況，并保證先前的工作循環(huán)中儲存于陶瓷構(gòu)件內(nèi)的熱量可以最大限度地回收。
本發(fā)明構(gòu)件可用處于熔融狀態(tài)的這方面常用的耐火陶瓷成分經(jīng)模壓而成，如氧化鋁基的耐火陶瓷成分(例如其中含有重量百分比為氧化鋁87.5%，氧化鎂8%，氧化鈉4.5的一種組成)或者一種氧化鋁-氧化鋯-二氧化硅基的成分(例如一種重量百分比為氧化鋁50.6%，氧化鋯32.5%，二氧化鋁15.6%，氧化鈉1.1%的組成)。這類組成是按照普遍用來熔化這類材料的常規(guī)方法，在電爐、等離子體加熱爐或感應(yīng)爐內(nèi)熔化的，例如可使用法國專利號2，088，185中所介紹的方法來熔化，然后再把它們用模澆鑄。
本發(fā)明所述構(gòu)件還可以通過對可澆鑄的組成(諸如耐火混凝土或耐火泥漿)經(jīng)模壓制成，或通過對某種合適的組成進(jìn)行壓制而成。
下面將結(jié)合附圖來敘述，以便更清楚地了解本發(fā)明。


圖1為本發(fā)明所述構(gòu)件的壁板的透視圖;
圖2為圖1所示壁板的縱剖面圖;
圖3為由四個(gè)如圖1、圖2中所示的壁板正交而成的本發(fā)明十字形構(gòu)件的透視圖;
圖4A1.2.3～4D1.2.3示出了各種不同形狀的擋流板;
圖5為本發(fā)明所述另一種構(gòu)件壁板的透視圖，該壁板由傾斜的擋流板組成;
圖6為由四個(gè)裝有傾斜排列擋流板的壁板正交而成的本發(fā)明十字形構(gòu)件的透視圖;
圖7為圖6中所示本發(fā)明構(gòu)件實(shí)施例的一種改型方案;
圖8為本發(fā)明所述構(gòu)件壁板的另一種改型方案的透視圖;而圖9為本發(fā)明所述構(gòu)件壁板的另一種改型方案的透視圖;
圖1和圖2示出了本發(fā)明所述構(gòu)件的壁板。該壁板通常為矩形，一般用標(biāo)記1表示，它有一個(gè)基面2，上面裝有多個(gè)從壁板的兩側(cè)面水平延伸出的擋流板5，這些擋流板沿壁板側(cè)面的整個(gè)寬度延伸。每個(gè)擋流板的突出部分(最大高度部分)與基面之間的距離為d，相鄰兩個(gè)擋流板之間的距離為p。每個(gè)擋流板與沿給定的煙氣流動(dòng)方向的壁板基面間所形成的夾角為X，每個(gè)擋流板與沿給定的被加熱空氣流動(dòng)方向的壁面基面間所形成的夾角為Y。在本發(fā)明所述情況下，X＜Y。H表示壁板的高度。如圖所示，在壁板一個(gè)側(cè)面上的擋流板3相對于壁板另一個(gè)側(cè)面上的擋流板是互相交錯(cuò)排列的。但是位于壁板頂部或底部的某些擋流板是不完整的，它們的補(bǔ)足部分將在格子體中排在該壁板上部或下部的另一壁板上。
此外，在壁板的頂部，有一個(gè)從壁板頂面突起的小肋4，而在壁板的底部則有一個(gè)與其形狀對應(yīng)的凹槽5，它們的作用將在下面敘述。
圖3示出了一個(gè)十字形構(gòu)件，該構(gòu)件是由圖1和圖2所示的四個(gè)壁板1與一個(gè)中心連接件6連成一個(gè)整體而成。四個(gè)壁板按成對正交排列。小肋4和凹槽5(它們的相關(guān)位置是可以顛倒的)的作用是在蓄熱室裝配過程中，有利于對給定的一層格子體中的各相鄰構(gòu)件間的距離進(jìn)行調(diào)整，而這些相鄰構(gòu)件之間并不相互固定。此外，把某個(gè)構(gòu)件的小肋插入相鄰構(gòu)件的凹槽中可以保證所有各列構(gòu)件都具有良好的穩(wěn)定性。當(dāng)然，這些小肋和凹槽并不是必須使用的，它們既可以用其它等效裝置來代替或者也可以取消。
還須指出，如有需要，在各壁板的橫向自由端附近，壁板一側(cè)或兩側(cè)的擋流板可以是傾斜的。
圖4A1.2.3～4D1.2.3中示出了擋流板的各式各樣的型面，這些型面都可用來代替圖1和圖2中擋流板的型面(后兩圖中的型面與圖4A.2中所示的型面相對應(yīng))，這說明了可用的擋流板型面是極其繁紛的。應(yīng)該指出，在圖4D1.2.3所示的型面中，X＝Y(jié)。
圖5示出了裝有擋流板13的壁板11，擋流板13的型面與圖1和圖2中所示的壁板上的擋流板的型面相同，而兩者的不同之處在于這些擋流板以一定的傾角向上偏斜而不是水平地安裝在壁板上。
圖6示出了由四個(gè)裝有如圖5所示傾斜排列的擋流板的壁板所組成的十字形構(gòu)件。如圖6所示，相鄰兩壁板相對的兩個(gè)面上的傾斜擋流板形成人字形，使用這種構(gòu)件時(shí)，由于減少了氣流向連接壁板的中心件處集中而改善了熱傳導(dǎo)。
圖7示出了一種由圖6演變而來的一種構(gòu)件，它與圖6所示構(gòu)件不同，該構(gòu)件還裝有輔助擋流板14，該板在兩個(gè)相鄰的傾斜擋流板13之間沿垂直方向排列。這可從沿傾斜擋流板流動(dòng)的氣流的熱點(diǎn)接合處得到更大的益處。實(shí)際上，垂直擋流板14是用來進(jìn)行傾斜氣流流動(dòng)的，就象擋流板13用于進(jìn)行垂直氣流流動(dòng)一樣。除了相鄰的兩個(gè)擋流板之間的距離必須沿水平方向而不是沿垂直方向測量之外，輔助擋流板14是都能滿足上述擋流板的一般條件的。
圖8示出了另一種構(gòu)件壁板，該壁板已不再具有沿整個(gè)壁板的寬度方向連續(xù)延伸的擋流板，而只有幾個(gè)不連續(xù)的擋流板。更確切地說，每一個(gè)如圖1，圖2中所示的擋流板3在本實(shí)施例中都由三塊相同的擋流板23所代替。這些擋流板23的型面與圖1和圖2中所示擋流板的型面相同，它們位于該壁板的一個(gè)給定高度上，而且與其上下相鄰的高度上的擋流板交錯(cuò)排列。
圖9示出了圖8實(shí)施例中所述構(gòu)件的一種改型方案，在該改型構(gòu)件中，擋流板33用截錐體形(X＝Y(jié))型面代替了如圖1和圖2中的型面。
當(dāng)然，通過采用各種等效技術(shù)裝置，還可以提出許多與上面所述的實(shí)施例不同的改型方案，而并不脫離本發(fā)明的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用來砌建玻璃熔爐蓄熱室的陶瓷構(gòu)件，該構(gòu)件至少有一個(gè)垂直壁板，該壁板的平均厚度最大為40mm，其特征在于在該垂直壁板的至少一個(gè)面上有許多擋流板，它們是該構(gòu)件的一個(gè)組成部分，這些擋流板的突起部分比垂直壁板的基面至少高出5mm，兩個(gè)相鄰擋流板間的垂直距離與突起部分高度的比值在3～15之間，擋流板與沿給定的煙氣流動(dòng)方向的壁板基面間的夾角為X，擋流板與沿給定被加熱空氣流動(dòng)方向的壁板基面間的夾角為Y，X與Y兩者的關(guān)系是X小于或等于Y。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)件，其特征在于X＜Y。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)件，其特征在于擋流板突起部分的高度至少為10mm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)件，其特征在于兩個(gè)相鄰擋流板間的垂直距離與突起部分高度之比在5～10之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)件，其特征在于壁板的兩面都有擋流板。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的構(gòu)件，其特征在于垂直壁板的一個(gè)表面上的擋流板相對于該壁板的另一個(gè)表面上的擋流板在垂直方向上是交錯(cuò)排列的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)件，其特征在于擋流板是水平排列的。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)件，其特征在于擋流板是傾斜排列的。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的構(gòu)件，其特征在于該構(gòu)件還包括有在相鄰兩個(gè)傾斜的擋流板之間垂直排列的輔助擋流板。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的擋流板，其特征在于擋流板沿壁板的整個(gè)寬度上連續(xù)延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)件，其特征在于擋流板的寬度只占壁板寬度的一部分。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的構(gòu)件，其特征在于該構(gòu)件由四個(gè)壁板與一個(gè)中心連接件連成一個(gè)整體而成，四個(gè)壁板按成對正交排列。
13.玻璃熔爐的蓄熱室，其特征在于其它的格子磚砌體包括一個(gè)由權(quán)利要求1中所述構(gòu)件組成的那種格子磚砌筑裝置。
全文摘要
本發(fā)明介紹用來砌建玻璃熔爐蓄熱室的陶瓷構(gòu)件，該構(gòu)件至少有一個(gè)垂直壁板，特征在于在該壁板的至少一個(gè)面上有許多擋流板，它們是構(gòu)件的一部分，擋板的突起部分比垂直壁板的基面至少高出5毫米，相鄰兩個(gè)擋流板間的垂直距離與該突起部分的高度之比在3～15之間，擋流板與沿?zé)煔饬鲃?dòng)方向的壁板基面之間的夾角為X，而與沿被加熱空氣的流動(dòng)方向的壁板基面間的夾角為Y。X應(yīng)小于或等于Y。本發(fā)明適用于玻璃工業(yè)。
文檔編號F28D17/02GK1040264SQ89105540
公開日1990年3月7日 申請日期1989年8月9日 優(yōu)先權(quán)日1988年8月10日
發(fā)明者茲若里·阿萊恩·波爾·博那德, 瑞卡散思·喬塞浦 申請人:歐化耐火材料產(chǎn)品公司