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Die
Erfindung betrifft einen Gas-Sand-Wärmetauscher mit einem Schacht,
der einen Sandeinlass und einen Sandauslass mit einer dazwischen gelegenen
Sandstrecke aufweist, und der einen Gaseinlass und einen Gasauslass
mit einer dazwischen gelegenen Gasstrecke aufweist, wobei das Gas
den in der Sandstrecke befindlichen Sand quer durchströmt. Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Wärmeaustausch zwischen Sand
und einem den Sand durchströmenden
Gas. Der Begriff Sand wird hier gebraucht, stellvertretend für einen
feinkörnigen Feststoff
mit einem mittleren Korndurchmesser von etwa 1 Millimeter.
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Aus
DE 101 49 806 C2 ,
die ein Solarturmkraftwerk zur solarthermischen Nutzung von Sonnenstrahlung
betrifft, ist zur Wärmeübertragung
von Heißluft
auf Sand ein Sand-Heißluft-Wärmetauscher bekannt, der nach
dem Gegenstromprinzip arbeitet. Dabei rieselt der Sand, bedingt
durch die Schwerkraft durch einen aufwärts gerichteten Heißluftstrom
und wird dabei erwärmt,
während
sich die Luft abkühlt. Dieses
Gegenstromprinzip ist für
die Wärmeübertragung
vorteilhaft, da es die Grädigkeit
minimiert. Unter der Grädigkeit
ist die Temperaturdifferenz zwischen Sand und Luft am Eintritt der
Luft beziehungsweise am Eintritt des Sandes zu verstehen. Aufgabe
eines solchen Wärmetauschers
ist es, die Temperatur des austretenden Sandes möglichst nahe an die Temperatur
der eintretenden Heißluft
zu bringen bzw. die Temperatur am Luftaustritt möglichst weit abzusenken. Während ein
Gegenstrom-Wärmetauscher,
wie in
DE 101 49 806
C2 skizziert, zur Erzielung einer geringen Grädigkeit
sehr gut geeignet ist, besitzt er einen Nachteil, der den Einsatz
in einem Solarturmkraftwerk mit größerer Leistung erschwert. Die
Widerstandskraft und die Auftriebskraft, die aufgrund der Gasströmungsrichtung
entgegen der Schwerkraft wirken, führen bei den hier zu verwendenden
geringen Sand-Korngrößen bereits
bei niedrigen Gasgeschwindigkeiten dazu, dass sich die Bewegungsrichtung
der Partikel umkehrt. Damit ist aber auch das Prinzip des Gegenstrom-Wärmetausches
nicht mehr gegeben. Deshalb erfordern diese Gegenstrom-Rieselfilm
Wärmetauscher
sehr große
freie Querschnitte, die auf einem Turm eines Solarturmkraftwerks nicht
zur Verfügung
gestellt werden können.
Darüber hinaus
stellt die gleichmäßige Verteilung
des Sandes über
den gesamten durchströmten
Querschnitt ein Problem dar. Ein Wärmetauscher mit Trennung der beiden
Stoffströme
von Gas und Sand durch eine für beide
Stoffe undurchlässige
Wand müsste
zur Erzielung der erforderlichen Wärmeübertragungsleistung sehr kleine
Querschnitte für
die beiden Stoffe aufweisen und hätte deshalb einen inakzeptablen
Druckverlust auf der Luftseite. Dieser hohe Druckverlust erfordert
wiederum eine entsprechend hohe Antriebsleistung der Gebläse.
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DE 1 173 920 B von
dem die Oberbegriffe der Ansprüche
1 und 15 ausgehen, betrifft einen Umwälz-Speicherteilchenwärmetauscher
für zwei
gasförmige
Medien. Der Wärmetauscher
führt einen Kaltgasstrom
in einer ersten Wärmetauschzone
quer durch einen Strom aus Speicherteilchen, wie z. B. Stahlsand
oder Quarzsand. Der Speicherteilchenstrom wird durch Gravitation
in einem vertikalen Kanal von oben nach unten gefördert. Der
Kaltgasstrom ist senkrecht zu dem Speicherteilchenstrom geführt, wobei
das Gas durch gasdurchlässige
Wandteile in den Kanal gelangt. Die in der ersten Wärmetauschzone
abgekühlten
Speicherteilchen strömen
innerhalb des Kanals durch eine Zwischenzone in eine zweite Wärmetauschzone,
in der die Speicherteilchen quer von einem zweiten Gasstrom mit
heißem Gas
durchströmt
werden, wobei das Gas wiederum durch gasdurchlässige Wandteile in den Kanal
gelangt. Am unteren Ende des die Speicherteilchen führenden
Kanals ist eine Einrichtung zur Regelung des Speicherteilchendurchsatzes
vorgesehen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Gas-Sand-Wärmetauscher mit geringer Grädigkeit,
geringem Druckverlust und hoher Wärmeübertragungsleistung bei kompakter
Bauweise zu schaffen, und ein entsprechendes Verfahren zum Wärmeaustausch
zwischen Sand und Gas anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird durch den durch die Merkmale des Patentanspruchs 1
definierten Gas-Sand-Wärmetauscher
gelöst.
Hiernach ist der Schacht des Gas-Sand-Wärmetauschers durch mindestens
zwei poröse
Schachtwände
begrenzt, die einen Gaseinlass und einen Gasauslass bilden. Die porösen Schachtwände sind
dabei gasdurchlässig aber
nicht sanddurchlässig,
so dass das Gas durch sie hindurchströmen kann, während sie den in dem Schacht
befindlichen Sand eingrenzen. Dadurch ist es möglich, eine Gasstrecke quer
zu einer Sandstrecke zwischen einem Sandeinlass und einem Sandauslass
des Schachts anzuordnen. Quer ist hierbei als senkrecht oder nahezu
senkrecht zu der Sandstrecke zu verstehen. Bei einer solchen Anordnung
besteht auch bei höherer
Gasgeschwindigkeit nicht die Gefahr des Austrags von feinen Sandkörnern, da
dies durch die poröse
Wand am Gasauslass verhindert wird. Durch den direkten Kontakt zwischen den
beiden Medien wird ein guter Wärmeübergang und
eine geringe Grädigkeit
erreicht. Aufgrund des guten Wärmeübergangs
zwischen Gas und Feststoff bildet sich in der Sandstrecke ein steiler
Temperaturgradient aus, der in Verbindung mit der Sandbewegung genutzt
werden kann, um die Charakteristik des Wärmetauschers vorteilhaft zu
beeinflussen. Bei dem hier beschriebenen Wärmetauscher entspricht die
Strömungsführung derjenigen
eines Kreuzstromwärmetauschers.
Bei einem Kreuzstromwärmetauscher
herkömmlicher
Bauart erreicht das Wärme
aufnehmende Medium am Austritt allerdings nur eine Maximaltemperatur,
die deutlich unterhalb der Temperatur liegt, mit der das Wärme abgebende
Medium in den Wärmetauscher
eintritt. Gleichzeitig liegt auch die Austrittstemperatur des Wärme abgebenden
Mediums erheblich über
der Eintrittstemperatur des Wärme
aufnehmenden Mediums. Das heißt
die Grädigkeit
eines solchen Kreuzstromwärmetauschers
ist zu hoch für
die Anwendung in einem solarthermischen Kraftwerk, bei der die Temperaturen
sich möglichst
weit annähern
sollen, damit der Anlagenwirkungsgrad möglichst groß wird.
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Der
Gas-Sand-Wärmetauscher
weist mindestens zwei parallele Schächte auf, wobei jeweils zwei
benachbarte Schächte
an einen gemeinsamen Kanal zur Gaszufuhr oder Gasabfuhr angrenzen,
so dass baulicher Aufwand und Größe des Gas-Sand-Wärmetauschers
reduziert sind.
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Die
Kanäle
können
derart angeordnet sein, dass die Hauptströmungsrichtung des Gases in
den Kanälen
im wesentlichen quer zu der Hauptströmungsrichtung des Gases in dem
Schacht und quer zu der Hauptströmungsrichtung
des Sandes in dem Schacht verläuft.
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Die
Fläche
der Schachtwand ist vorzugsweise um einen Faktor 20 oder mehr größer als
die Querschnittsfläche
des Gaseinlasses. Die Strömungsgeschwindigkeit
des Gases durch die porösen Schachtwände und
durch den Sand ist vorzugsweise geringer als 1 m/Sek. Der Druckverlust
des Gases in dem Wärmetausche
ist dadurch reduziert.
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Der
steile Temperaturgradient im Bereich der Sandstrecke wandert durch
die Bewegung des Sands von der Gaseinlassseite zur Gasauslassseite und
erreicht diese idealerweise am Sandauslass. Zur Einstellung der
Sandgeschwindigkeit in der Höhe, dass
der Temperaturgradient am Sandauslass gerade den Gasauslass erreicht,
ist ein Stellglied zur Veränderung
des Sandstromes vorgesehen.
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Im
einfachsten Fall ist das Stellglied manuell verstellbar, um den
Sandstrom besonders einfach und schnell beeinflussen zu können.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass
das Stellglied Bestandteil eines Regelkreises zur Regelung des Wärmeübergangs
zwischen Gas und Sand durch Veränderung des
Sandstromes ist. Dabei wird die Temperatur des Sandes an der Stelle
des Sand- und Gasauslasses mit einem Messfühler gemessen.
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Das
Stellglied kann aus einem sich in Strömungsrichtung des Sandes erweiternden
Körper
bestehen, der in einem trichterförmigen
Kanal in Strömungsrichtung
verschiebbar ist. Die Konstruktion eines solchen Stellgliedes ist
technisch einfach.
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Das
Stellglied kann ferner im Bereich des Sandauslasses vorgesehen sein.
Dadurch wird der Sandstrom in dem Schacht nicht behindert, so dass die
Strömungsgeschwindigkeit
des Sandes in dem gesamten Schacht nahezu konstant ist.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführung
sieht einen Temperaturfühler
zur Erfassung der Temperatur des Sandes am Sand- und Gasauslass
vor, wobei die Positionierung des Stellgliedes in Abhängigkeit
von der Temperatur des Temperaturfühlers erfolgt. Hierdurch wird
eine technisch einfache und zuverlässige automatisierte Regelung
des Wärmeübergangs
zwischen Gas und Sand durch Veränderung
des Sandstromes ermöglicht.
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Die
Sandstrecke kann erfindungsgemäß vertikal
angeordnet sein, damit die Sandförderung
durch Gravitation erfolgt und keine Vorrichtung zur Förderung
des Sandes bereitgestellt werden muss.
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Des
weiteren ist es von Vorteil, wenn die Richtung des Gasstromes zum
Zwecke des Rückspulens
der porösen
Wand kurzzeitig umkehrbar ist.
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Es
ist zweckmäßig, dass
die porösen Schachtwände aus
einem hochtemperaturbeständigen
Keramikmaterial bestehen, um Anwendungstemperaturen von mehr als
900°C zu
ermöglichen.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Wärmeaustausch zwischen Sand
und einem den Sand durchströmenden
Gas. Das Verfahren ist definiert durch die Merkmale des Anspruchs
15. Erfindungsgemäß wird dabei
der Sand durch einen Schacht mit mindestens zwei porösen Schachtwänden geleitet,
während
die porösen
Schachtwände von
dem Gas durchströmt
werden. Die quer zu der Sandströmung
gerichtete Gasströmung
ermöglicht eine
gleichmäßige Durchdringung
des Gases durch den Sand und damit, in Verbindung mit der Bewegung
des Sandes, Wärmeübertragung
von dem Gas auf den Sand, die der Charakteristik eines Gegenstromwärmetauschers
entspricht.
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Bei
größeren Sand-
und Gasströmen
ist es vorteilhaft, wenn der Wärmetauscher
mehrflutig ausgeführt
wird. Das heißt,
sowohl der Sand als auch das Gas werden am Eintritt in mehrere Teilströme aufgeteilt
und nach dem Wärmetauscher
jeweils wieder zusammen geführt.
Dabei ist es vorteilhaft, wenn zwischen zwei Schächten ein Kanal gebildet wird, dem
das Gas zugeführt
wird, wobei das Gas von dem Kanal durch die angrenzende poröse Schachtwand in
den betreffenden Schacht gelangt. Dadurch lassen sich baulicher
Aufwand und Kosten zur Realisierung dieses Verfahrens gering halten.
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Des
weiteren ist es bei der mehrflutigen Ausführung von Vorteil, wenn zwischen
zwei Schächten ein
Kanal gebildet wird, dem das Gas zugeführt wird, wobei das Gas von
dem betreffenden Schacht durch die angrenzende poröse Schachtwand
in den Kanal gelangt. Dadurch lassen sich baulicher Aufwand und Kosten
zur Realisierung des Verfahrens reduzieren.
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Es
ist vorteilhaft, wenn der Sandstrom in Abhängigkeit von der Temperatur
am Sandauslass geregelt wird. Dadurch wird ein optimaler Austausch
der Wärme
zwischen Gas und Sand ermöglicht.
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Zudem
ist es zweckmäßig, dass
die poröse Schachtwand
durch Umkehren der Richtung des Gasstromes rückgespült wird.
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Im
Folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung näher
erläutert.
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Es
zeigen:
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1 einen
Vertikalschnitt eines erfindungsgemäßen Gas-Sand-Wärmetauschers entlang der Linie
I-I von 2,
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2 einen
Horizontalschnitt des Gas-Sand-Wärmetauschers
nach 1 entlang der Linie II-II von 1,
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3 den
Ort des steilen Temperaturgradienten in dem Gas und dem Sand, und
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4 den
Verlauf der Temperatur des Gases in drei horizontalen Schnittebenen
des Schachtes.
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In 1 und 2 ist
ein Gas-Sand-Wärmetauscher 1 dargestellt.
Der Gas-Sand-Wärmetauscher 1 besitzt
zwei Schächte 2,
an deren oberem Ende sich jeweils ein Sandeinlass 3 befindet
und an deren unterem Ende sich jeweils ein Sandauslass 4 befindet.
Zwischen Sandeinlass 3 und Sandauslass 4 verläuft eine
Sandstrecke 5. In den beiden Schächten 2 befindet sich
jeweils eine Schüttung
mit Sand 14. Die Sandstrecke 5 erstreckt sich über die
gesamte Länge
der Schächte 2.
Die beiden Schächte 2 sind durch
poröse
gasdurchlässige
Schachtwände 9, 10 begrenzt,
wobei die Schachtwand 9 jeweils einen Gaseinlass 6 und
die Schachtwand 10 einen Gasauslass 7 bildet.
Die porösen
Schachtwände 9, 10 erstrecken
sich über
die gesamte vertikale Länge
der beiden Schächte 2.
Die poröse
Ausgestaltung der jeweils gesamten Schachtwand 9, 10 ist
für die
erfindungsgemäße Funktion
des Wärmetauschers
notwenig. Zwischen der porösen
Wand auf der Seite des Gaseinlasses 9 und der porösen Wand
auf der Seite des Gasauslasses 10 verläuft eine Gasstrecke 8,
wobei das Gas 18 den in der Sandstrecke 5 befindlichen Sand 14 quer
zu der Sandstrecke 5 durchströmt. Die oberen Enden der Schächte 2 grenzen
an trichterförmige
Kanäle 19 und
die unteren Enden an trichterförmige
Kanäle 13 zur
Führung
des Sandes 14. Die porösen
Wände 9 grenzen
an einen gemeinsamen. Kanal 15 zur Gaszufuhr. Die porösen Wände 10 grenzen
jeweils an einen Kanal 16 zur Gasabfuhr. Die Gasströmung ist
in 1 im Bereich des Kanals 15 zur Gaszufuhr
und des Kanals 16 zur Gasabfuhr aus der Zeichenebene heraus
gerichtet. Die beiden Schächte 2 besitzen
die Höhe
h. Im Bereich des Sandauslasses 4 befindet sich auf der
Gasauslassseite ein Temperaturfühler 12,
der die Temperatur des Sandes 14 an dieser Stelle misst.
In den trichterförmigen
Kanälen 13 befinden
sich in Strömungsrichtung
des Sandes 14 erweiternde Stellglieder 11. Der Sand 14 besteht
vornehmlich aus feinkörnigem
Feststoff (z. B. Quarzsand). Der vornehmlich mittlere Durchmesser
der Sandkörner
beträgt
weniger als 1 mm.
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Der
Transport des Sandes 14 erfolgt durch Gravitation vertikal
von oben nach unten (1). Der Sand 14 wird
von dem trichterförmigen
Kanal 19 in Richtung des Sandeinlasses 3 des Schachtes 2 geführt. Durch
den Sandeinlass 3 strömt
der Sand 14 in den Schacht 2. Er durchströmt den Schacht 2 und
tritt durch den Sandauslass 4 in den Kanal 13,
durch den er aus dem Gas-Sand-Wärmetauscher 1 geführt wird.
Das Gas 18 durchströmt
zunächst
den gemeinsamen Kanal 15 zur Gaszufuhr und gelangt durch
die poröse
gasdurchlässige
Schachtwand 9, die den Gaseinlass 6 bildet, des
Schachtes 2 entlang der gesamten Höhe h des Schachtes 2 und
entlang der gesamten Tiefe t des Schachtes 2 in den vollständig mit Sand 14 gefüllten Innenraum
des Schachtes 2. Dort durchdringt das Gas 18 den Sand 14 von
innen nach außen
quer zu der Strömungsrichtung
des Sandes 14. Die Strömungsrichtung
des Sandes 14 ist in 2 in die
Zeichenebene hinein gerichtet. Das Gas 18 gelangt anschließend durch
die der Schachtwand 9 gegenüberliegende poröse gasdurchlässige Schachtwand 10,
die den Gasauslass 7 bildet, in den jeweiligen Kanal 16 zur
Gasabfuhr. Durch den Kanal 16 verlässt das Gas 18 den
Gas-Sand-Wärmetauscher 1.
Während
das Gas 18 den Sand 14 innerhalb der beiden Schächte 2 durchdringt,
findet ein Wärmeaustausch
zwischen Gas 18 und Sand 14 statt. Ist die Temperatur
des Gases 18 am Gaseinlass 6 höher als die Temperatur des
Sandes 14 am Sandeinlass 3, gibt das Gas 18 bei
der Durchdringung des Sandes 14 Wärme an den Sand 14 ab.
Am Gasauslass 7 besitzt das Gas 18 eine geringere
Temperatur, während der
Sand 14 am Sandauslass 4 eine höhere Temperatur
besitzt als am Sandeinlass 3. Ein entsprechender Wärmeaustausch
ist erfindungsgemäß auch möglich von
dem Sand 14 auf das Gas 18. Die Temperatur des
Gases 18 am Gaseinlass 6 ist dann geringer als
die des Sandes 14 am Sandeinlass 3. In diesem
Fall nimmt das Gas 18 bei der Durchdringung des Sandes 14 in
den Schächten 2 Wärme des
Sandes 14 auf. Die Temperatur des Gases 18 am
Gasauslass 7 ist dann höher
als die Temperatur des Gases 18 am Gaseinlass 6.
Die Temperatur des Sandes 14 am Sandauslass 4 ist
geringer als am Sandeinlass 3. Diese Strömungsführung von
Gas und Sand entspricht derjenigen eines herkömmlichen Kreuzstrom-Wärmetauschers.
Im Gegensatz zu einem solchen herkömmlichen Kreuzstromwärmetauscher,
der eine hohe Grädigkeit
aufweist, ist die Grädigkeit
bei dieser vollständigen
Durchdringung von Gas 18 und Sand 14 und der Sandbewegung
vom Eintritt zum Austritt minimal.
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Das
Stellglied 11 dient der Regelung der Temperatur des Sandes,
um die Grädigkeit
minimal zu halten. In Abhängigkeit
von der von dem Temperaturfühler 12 gemessenen
Temperatur im Bereich des Sandauslasses 4 wird das konische
Stellglied 11 parallel zu der Strömungsrichtung des Sandes 14 verschoben.
Wird das Stellglied 11 entgegen der Strömungsrichtung des Sandes 14 verschoben,
so wird die Querschnittsfläche
der Öffnung
des Sandauslasses 4 verringert und der Sandstrom wird verlangsamt.
Wird das Stellglied 11 von dem Sandauslass 4 fortbewegt,
so wird der Öffnungsquerschnitt
des Sandauslasses 4 vergrößert und die Sandströmung beschleunigt.
Um den Druckverlust des Gases 18 im Schacht 2 zu
reduzieren, kann die baulich variable Tiefe t des Schachtes 2 genutzt
werden. Dieser Druckverlust ist minimal, wenn die Fläche h × t der
Schachtwand 9, 10 um vorzugsweise einen Faktor 20 oder
mehr größer ist
als die Querschnittsfläche
b × h
des Gaseinlasses 6. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases 18 durch
die porösen
Schachtwände 9, 10 und
den Sand 14 sollte deutlich geringer sein als 1 m/Sek,
damit der Druckverlust möglichst
gering wird.
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In 3 ist
die Position einer Temperaturfront 17 in dem Schacht 2 dargestellt.
Die Temperaturfront 17 wird gebildet von dem Übergang
der Eintrittstemperatur TGas,ein des Gases 18 am
Gaseinlass auf die Austrittstemperatur TGas,aus des
Gases 18 am Gasauslass 7 sowie durch den Übergang
der Eintrittstemperatur TSand,ein des Sandes 14 am
Sandeinlass 3 auf die Austrittstemperatur TSand,aus des
Sandes 14 am Sandauslass 4. Bedingt durch den
direkten Kontakt zwischen Gas und Sand, sowie durch den feinkörnigen Sand,
ist der Wärmeübergang
zwischen Gas und Sand sehr gut und der Übergangsbereich ist örtlich eng
begrenzt. Die Position des Übergangsbereichs
ist in 3 durch die Kurve 17 dargestellt. Der Sand 14 strömt durch
den Sandeinlass 3 in den Schacht 2 und wird dann
von dem Gas 18, das durch die poröse Schachtwand 9 in
den Schacht 2 strömt, durchströmt. Im Bereich
der Temperaturfront 17 gibt das Gas 18 Wärme an den
Sand 14 ab, so dass die Temperatur TGas des
Gases 18 im Bereich der Temperaturfront 17 von
der Eintrittstemperatur TGas,ein auf die
Austrittstemperatur TGas,aus fällt. Dadurch
steigt die Temperatur TSand des Sandes 14 im
Bereich der Temperaturfront 17 von der Eintrittstemperatur
TSand,ein auf die Austrittstemperatur TSand,aus. Mit zunehmender Lauflänge x verschiebt
sich die Temperaturfront 17 in Richtung der Breite y des
Schachts 2. Die räumliche Ausdehnung
der Temperaturfront in Richtung der Schachtbreite y klein ist gegenüber der
gesamten Schachtbreite. Dies wird erreicht durch den Direktkontakt
zwischen Gas und Sand und den guten Wärmeübergang zwischen diesen beiden
Medien.
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Oberhalb
der Temperaturfront 17 besitzt der Sand 14 in
etwa seine geringere Eintrittstemperatur TSand,ein.
Rechts von der Temperaturfront 17 besitzt das Gas 18 in
etwa seine niedrigere Austrittstemperatur TGas,aus.
In dem Bereich oberhalb und rechts der Temperaturfront 17 erfolgt
daher annähernd
kein Temperaturübertrag
von dem Gas 18 auf den Sand 14. Unterhalb der
Temperaturfront 17 besitzt der Sand 14 seine höhere Austrittstemperatur
TSand,aus. Links von der Temperaturfront 17 besitzt
das Gas 18 seine höhere
Eintrittstemperatur TGas,ein. Im Bereich unterhalb
und links der Temperaturfront 17 erfolgt daher ebenfalls
annähernd
kein Temperaturübertrag von
dem Gas 18 auf den Sand 14.
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Auf
Höhe A
des Schachtes 2 nahe dem Sandeinlass 3 besitzt
der Sand auf der gesamten Breite des Schachtes seine niedrige Eintrittstemperatur
TSand,ein und wird von dem Gas 18 mit
hoher Eintrittstemperatur TGas,ein im Bereich
des Gaseinlasses 6 durchströmt. Daher erfolgt der Temperaturübertrag von
dem Gas 18 auf den Sand 14 in der Höhe A nahe der
Schachtwand 9. Auf Höhe
B des Schachtes 2 durchströmt das Gas 18 zunächst bereits
zuvor erhitzten Sand 14. Das Gas 18 durchströmt erst
weiter in Richtung der Schachtmitte noch nicht erhitzten Sand der
Temperatur TSand,ein. Die Temperaturfront 17 liegt
daher in der Höhe
B näher
in Richtung der Mitte des Schachts 2. Auf Höhe C des
Schachtes 2 ist der Sand 14 fast über die
gesamte Breite y des Schachtes 2 bereits zuvor von dem
Gas 18 erhitzt worden. Der Sand 14 besitzt seine
niedrige Eingangstemperatur TSand,ein nur
noch im Bereich der Schachtwand 10. Daher befindet sich
die Temperaturfront 17 in der Höhe C in der Nähe der Schachtwand 10.
Kurz unterhalb der Höhe
C ist der Sand dann nahezu vollständig erhitzt. Mit Hilfe des
Stellgliedes 11 (1) kann die
Strömungsgeschwindigkeit
des Sandes eingestellt werden. Um die gewünschte niedrige Austritttemperatur
des Gases zu erreichen, wird die Strömungsgeschwindigkeit des Sandes
so eingestellt, dass die Position der Temperaturfront 17 am
unteren Endes der Sandstrecke die poröse Wand am Gasauslass fast
erreicht.
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In 4 ist
der Verlauf 19 der Temperatur TGas des
Gases 18 in Breitenrichtung y parallel zu der Gastrecke 8 in
verschiedenen Höhen
x des Schachtes 2 schematisch dreidimensional dargestellt.
Das Gas 18 besitzt eine Eintrittstemperatur TGas,ein vor dem
Durchströmen
der porösen Schachtwand 9 sowie
eine Austrittstemperatur TGas,aus nach dem
Durchströmen
der porösen
Schachtwand 10. Während
das Gas 18 den Sand 14 im Bereich der Temperaturfront 17 durchströmt, gibt
das Gas 18 Wärme
an den Sand 14 ab. In diesem Bereich nimmt daher die Temperatur
TGas des Gases 18 von der Eintrittstemperatur
auf die Austrittstemperatur ab. Die Wärme wird in diesem Bereich
auf den Sand übertragen
und die Temperatur des Sandes steigt von der Sandeinlasstemperatur auf
die Sandauslasstemperatur an. Sowohl links, als auch rechts von
dem skizzierten Übergangsbereich besitzen
Sand und Gas nahezu die gleiche Temperatur. Im Bereich des Sandauslasses 4 ist
der Sand 14 fast über
die gesamte Breite y des Schachtes 2 erhitzt worden, so
dass der Temperaturübergang
in der Nähe
des Sandauslasses 4 an der Position yGas,aus erfolgt.
Aufgrund der hohen Temperaturdifferenz zwischen eintretendem Gas 18 der
Temperatur TGas,ein und eintretendem Sand 14 der
Temperatur TSand,ein erfolgt der Wärmeübergang
nur auf einem kurzen Teilabschnitt der Breite yGas,aus des
Schachtes 2. Die Steigung des Gastemperaturgefälles ist
daher hoch.
