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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Temperieren von Schüttgut.
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Bei
derartigen, nachfolgend als Schüttgut-Wärmetauscher
bezeichneten Vorrichtungen treten bei der Füllstands-Regelung Probleme
auf. Diese auf zahlreiche Ursachen zurückgehenden Probleme führen dazu,
dass am Austritt des Schüttgut-Wärmetauschers
unterschiedliche Schüttgut-Temperaturen auftreten
können.
Des Weiteren ist bei Durchführung von
Reinigungsarbeiten eine Unterbrechung notwendig. Schließlich können bei
Verstopfungen oder Teilverstopfungen des Schüttgut-Wärmetauschers erhebliche Störungen auftreten.
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Aus
der
EP 0 973 716 B1 ist
ein Schüttgut-Wärmetauscher
bekannt, der zur Kühlung
von kristallinen Carbonsäuren
ausgelegt ist. Dem Wärmetauscher
wird in dessen unterem Bereich das Schüttgut zugeführt und dort fluidisiert. Die
gröberen Partikel
strömen
unten ab. Die feineren Partikel werden in einer Wirbelschicht durch
eine Kühlzone
transportiert und oberhalb der Kühlzone
aus dem Wärmetauscher
ausgetragen. Die Förderluft
wird nach oben abgezogen und kann zum nachgeordneten Transport zu
einem Silo eingesetzt werden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der
allgemeinen Gattung so auszugestalten, dass ein störungsfreier
Betrieb möglich
ist.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die
Merkmale des Anspruches 1 gelöst.
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Der
Kern der Erfindung liegt darin, dass bei Überschreiten eines durch die
Lage der Eintritts-Öffnung
der Überlauf-Rohrleitung
im Puffer-Abschnitt vorgegebenen Schüttgut-Spiegels im Puffer-Abschnitt
das Schüttgut
durch die Überlauf-Rohrleitung abfließt und erst
hinter dem Schüttgut-Wärmetauscher wieder mit dem
Schüttgutstrom
zusammengeführt
wird, wodurch sich eine Mischtemperatur im Schüttgut einstellt. Bei einer
vorübergehenden
Außerbetriebsetzung
durch eine Betriebsstörung,
z. B. eine Verstopfung, des Schüttgut-Wärmetauschers, kann
der gesamte Schüttgutstrom
durch die Überlauf-Rohrleitung
fließen.
In der Regel wird die Austrags-Schleuse so betrieben, dass ein erheblicher Anteil,
in der Regel mindestens 80 Prozent der normalerweise anfallenden
Schüttgut-Menge
durch den Schüttgut-Wärmetauscher
geführt
werden. Darüber hinaus
gehende Mengen werden dann durch die Überlauf-Rohrleitung gleichsam
im Bypass am Schüttgut-Wärmetauscher
vorbeigeführt.
Die Überlauf-Rohrleitung
weist eine große
Nennweite auf, die in der Regel größer ist als die einer vorgeordneten pneumatischen
Förderleitung, über die
Schüttgut
zugeführt
wird. Bei einer großen
Nennweite kann das Schüttgut
durch die Überlauf-Rohrleitung
abfließen, ohne
dass ein zu großer
Druckverlust entsteht.
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Bei
der weiteren Ausgestaltung nach Anspruch 2 wird auch die in den
Puffer-Abschnitt eintretende Förderluft
durch die Überlauf-Rohrleitung
abgeführt.
Diese Ausgestaltung bietet u. a. sich bei einer Weiterbildung nach
Anspruch 3 an, wobei dann die Gesamtentlüftung erst in einem nachgeordneten Silo
erfolgt.
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Gemäß einer
weiteren Weiterbildung gemäß Anspruch
4 wird der Schüttgut-Wärmetauscher
mit der Überlauf-Rohrleitung
in eine pneumatische Förderleitung
integriert, wobei das mit einer ankommenden Förderleitung zugeführte Schüttgut zumindestens
ganz überwiegend
im Schüttgut- Wärmetauscher temperiert wird
und wobei die Förderluft
durch die Überlauf-Rohrleitung
am Schüttgut-Wärmetauscher
vorbeigeführt
wird und hinter diesem mit dem Schüttgutstrom wieder zusammengeführt wird.
Dadurch erfolgt dann eine Weiterförderung in einer weiterführenden
Förderleitung.
Gerade bei dieser Ausgestaltung ist es von Vorteil, dass die Überlauf-Rohrleitung
eine große
Nennweite aufweist. Bei einer dem Schüttgut-Wärmetauscher
als Austragsorgan nachgeordneten Zellenrad-Schleuse liegt dann kein
Differenzdruck an dieser an. Ein solcher Differenzdruck würde nämlich zu
Leckluft führen,
die dem Schüttgut im
Schüttgut-Wärmetauscher entgegenströmen und zu
Störungen
des Schüttgutflusses
führen
würde.
Ein solcher negativer Effekt würde
insbesondere bei feinkörnigen
oder pulvrigen Schüttgütern auftreten.
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Alternativ
kann das im Schüttgut-Wärmetauscher
temperierte Schüttgut
auch in eine nachgeordnete Förderleitung
eingeschleust werden, wozu die Weiterbildung nach Anspruch 5 eine
Lösung
angibt.
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Durch
die Weiterbildungen nach den Ansprüchen 6, 7 und 8 wird erreicht,
dass die Entlüftung
der dem Schüttgut-Wärmetauscher
nachgeordneten Einrichtungen über
die Überlauf-Rohrleitung
erfolgt. Dies gilt insbesondere für die Leckluft, die aus der Zuführ-Schleuse
austritt.
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Anspruch
9 gibt schließlich
wieder, dass auch ein geschlossener Fördergas-Kreislauf vorgesehen sein kann, was
insbesondere bei Einsatz von Stickstoff als Fördergas anstelle von Förderluft zweckmäßig sein
kann.
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Grundsätzlich kann
der Schüttgut-Wärmetauscher
in üblicher
Weise ausgestaltet sein. So kann das Produkt durch parallel angeordnete
Platten oder um quer zur Fließrichtung
des Schüttguts
eingebaute Rohre unterschied lichster Querschnittsform, in denen
das Wärmeträger-Fluid
strömt,
fließt;
besonders vorteilhaft ist aber eine Ausgestaltung nach Anspruch 10.
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Anspruch
11 gibt eine Konkretisierung der Querschnittsverhältnisse
von pneumatischer Förderleitung
und Überlauf-Rohrleitung
an, wobei durch diese Querschnittsverhältnisse sichergestellt wird, dass
eine Regelung des Schüttgut-Füllstands
im Puffer-Abschnitt nicht erforderlich ist.
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Weitere
Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der
Zeichnung. Es zeigt
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1 eine
Vorrichtung nach der Erfindung in vertikalem Längsschnitt in schematischer
Darstellung,
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2 eine
Anordnung einer Vorrichtung nach der Erfindung auf einem Silo,
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3 eine
Anordnung einer Vorrichtung nach der Erfindung in einer pneumatischen
Förderung,
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4 eine
Vorrichtung nach der Erfindung mit vorgeordneter Schwerkraft-Zuführung von Schüttgut und
nachgeordneter pneumatischer Förderung,
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5 eine 4 entsprechende
Anordnung jedoch mit pneumatischer Zuführung des Schüttguts zur
Vorrichtung und
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6 eine
Anordnung einer Vorrichtung nach der Erfindung mit einer Kreislaufführung des Fördergases.
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Die
in 1 dargestellte Vorrichtung zum Temperieren von
Schüttgut
weist einen oberen Puffer-Abschnitt 1, einen mittleren
Wärme-Austausch-Abschnitt 2 und
einen unteren Austrags-Abschnitt 3 auf. Die Abschnitte 1, 2, 3 weisen
jeweils Kreisquerschnitte auf. Der gehäuseartige, im Wesentlichen
umschlossene Puffer-Abschnitt 1 ist mit einem oberen Zulauf-Stutzen 4 zur
Zuführung
eines zu temperierenden Schüttguts
versehen. Der Zulauf-Stutzen 4 wird
bevorzugt tangential in den Puffer-Abschnitt 1 eingeführt, um
eine gute Abscheidung des Schüttguts
entlang der Innenwand des Puffer-Abschnitts 1 zu bewirken.
Diese Vorrichtung wird nachfolgend auch als Schüttgut-Wärmetauscher bezeichnet.
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Der
Wärme-Austausch-Abschnitt 2 weist
ein Gehäuse 5 auf,
in dessen Innenraum 6 parallel zueinander Wärmetauscher-Rohre 7 jeweils
mit Abstand voneinander angeordnet sind. Der Innenraum 6 ist also
ein Wärmetausch-Raum.
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Benachbart
zum Austrags-Abschnitt 3 mündet in den Innenraum 6 des
Gehäuses 5 des
Wärmeaustausch-Abschnitts 2 ein
Zuführ-Stutzen 8 für Wärmeträger-Fluid
ein. Benachbart zum Puffer-Abschnitt 1 mündet ein
Abführ-Stutzen 9 aus
dem Innenraum 6 des Gehäuses 5 aus.
Im Innenraum 6 sind Umlenk-Platten 10 jeweils
quer zur Längsrichtung
der Rohre 7 im Abstand voneinander derart angebracht, dass
ein über
den Zuführ-Stutzen 8 zugeführtes Wärmeträger-Fluid
entsprechend dem Strömungs-Richtungs-Pfeil 11 mäanderförmig durch
den Innenraum 6 jeweils quer zur Längsrichtung der Rohre schrittweise
nach oben zum Abführ-Stutzen 9 strömt. Der Wärme-Austausch-Abschnitt 2 ist
also für
einen Kreuz-Gegen-Strom des Wärmeträger-Fluids
ausgelegt. Der Innenraum 6 kann mit einer die Rohre 7 umhüllenden
Schüttung 12 aus
Glaskugeln, Stahlkugeln und Kunststoffgranulat gefüllt sein,
die zur Verbesserung des Wärmeübergangs
zwischen dem Wärmeträger-Fluid
und den Rohren 7 beiträgt.
Die Einfüllung dieser
Schüttung
in den Innenraum 6 erfolgt über den Abführ-Stutzen 9; eine
eventuelle Entnahme erfolgt über
den Zufuhr-Stutzen 8. Zur Sicherung der Schüttung im
Innenraum 6 sind in den Stutzen 8, 9 herausnehmbare
Rückhalte-Siebe 13 angeordnet.
Die Größe der Partikel
der Schüttung 12 sollte
so sein, dass sie nach der Herstellung des Wärme-Austausch-Abschnitts 2 in
diesen eingebracht werden können.
Die Partikel der Schüttung 12 müssen auf
jeden Fall also kleiner sein als der Teilungsabstand der Rohre 7.
Die Partikel der Schüttung 12 haben
bevorzugt Kugel-, Linsen- oder
Zylinderform.
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Die
Rohre 7 sind oben in einem fest mit dem Gehäuse 5 verbundenen
Einlauf-Rohrboden 14 und unten mit einem Auslauf-Rohrboden 15 derart
verbunden, dass sie zum Puffer-Abschnitt 1 und zum Austrags-Abschnitt 3 hin
offen sind. Zwischen dem Puffer-Abschnitt 1 und dem Wärme-Austausch-Abschnitt 2 einerseits
und dem Wärme-Austausch-Abschnitt 2 und
dem Austrags-Abschnitt 3 bestehen Flanschverbindungen 16 bzw. 17.
Wie der Zeichnung entnehmbar ist, ist der Einlauf-Rohrboden 14 so
ausgestaltet, dass jedes Rohr 7 einen sich zum Puffer-Abschnitt 1 hin
erweiternden, zum jeweiligen Rohr 7 hin also verengenden
Zulauf-Trichter 18 aufweist, wobei benachbarte Trichter 18 wiederum
so dimensioniert sind, dass sie sich oben in einer verhältnismäßig scharfen
Kante 19 treffen. Die Zulauf-Trichter 18 weisen
einen Öffnungswinkel α auf, der
mindestens 30° und
maximal 120° ist,
vorzugsweise aber im Bereich von 40° bis 100° liegt. Hierdurch wird vermieden,
dass im Einlauf-Rohrboden 14 zwischen benachbarten Rohren 7 Toträume bzw.
Totflächen entstehen,
auf denen Schüttgut 20 liegen
bleibt, das insbesondere bei der Entleerung des Wärme-Austausch-Abschnittes 2 nicht
einem Rohr 7 durch Schwerkraft zugeführt wird und daher auf dem
Einlauf-Rohrboden 14 liegen bleibt.
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An
der Außenseite
des Gehäuses 5 sind
Vibratoren 21 angebracht, mittels derer der gesamte Wärme-Austausch-Abschnitt 2 und
damit die Rohre 7 in Vibrationen versetzt werden, wodurch
ein Wärmeübergang
auf der Innenseite der Rohre 7, also zwischen diesen und
dem Schüttgut 20 verbessert
wird.
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Der
Austrags-Abschnitt 3 ist in Form eines sich nach unten
verjüngenden
kegelförmigen
Trichters ausgebildet. Eine solche Form bewirkt, dass das Schüttgut 20 im
Austrags-Abschnitt 3 an allen Stellen eines beliebig ausgewählten Querschnitts
mit nahezu der gleichen Geschwindigkeit fließt, wobei bei dieser Betrachtung
der unmittelbare Wandbereich nicht berücksichtigt wird, da hier immer
eine Verzögerung durch
Wandreibung eintritt. Als Austrags-Einrichtung ist eine Zellenrad-Schleuse 22 vorgesehen,
deren Gehäuse 23 über ein
Fallrohr 24 mit dem Austrags-Abschnitt 3 verbunden
ist. Im Gehäuse 23 ist ein
Zellenrad 25 angeordnet, das von einem Motor 26 drehantreibbar
ist. Außer
Zellenrad-Schleusen kommen selbstverständlich auch andere Austrags-Einrichtungen
in Betracht, wie z. B. Austragsschnecken, Vibrationsrinnen oder
Dosierschieber.
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Aus
dem Puffer-Abschnitt 1 mündet eine Überlauf-Rohrleitung 27 aus.
Diese Überlauf-Rohrleitung 27 führt am Wärme-Austausch-Abschnitt 2 und am
Austrags-Abschnitt 3 vorbei und mündet unterhalb der als Austrags-Schleuse
dienenden Zellenrad-Schleuse 22 in ein Abführ-Rohr 28.
Die Eintritts-Öffnung 29 der Überlauf-Rohrleitung 27 befindet sich
etwa auf halber Höhe
des Puffer-Abschnitts 1. Wie 1 entnehmbar
ist, stellt sich der Schüttgut-Spiege 30 im
Puffer-Abschnitt 1 etwa so ein, dass bei einem die Eintritts-Öffnung 29 der Überlauf-Rohrleitung 27 erreichenden
bzw. überschreitenden Schüttgut-Spiegel 30 das überschießende Schüttgut 20 durch
die Überlauf-Rohrleitung 27 abfließt. Durch die
tangentiale Zuführung
des Schüttguts
durch den Zulauf-Stutzen 4 in den Puffer-Abschnitt 1 wird
eine gleichmäßige, d.
h. etwa niveaugleiche Füllung
des Puffer-Abschnitts 1 erreicht.
Hierdurch wird erreicht, dass nicht zu viel Schüttgut mit der Förderluft
in die Überlauf-Rohrleitung 27 mitgerissen
wird. Sobald der Schüttgut-Spiegel 30 bis
auf das Niveau der Eintritts-Öffnung 29 absinkt
oder darunter liegt, geht der Abfluss von Schüttgut 20 durch die Überlauf-Rohrleitung 27 gegebenenfalls
auf Null. Hierdurch können Schwankungen
in der Schüttgut-Zufuhr über den
Zulauf-Stutzen 4 ausgeglichen werden. Des Weiteren können Störungen im
Schüttgut-Transport
durch den Wärme-Austausch-Abschnitt 2 und
im Bereich der Zellenrad-Schleuse 22 ausgeglichen
werden.
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2 zeigt
einen Schüttgut-Wärmetauscher auf
einem Silo 31. Dem Puffer-Abschnitt 4 wird über eine
pneumatische Förderleitung 32 in
Förderrichtung 33 Schüttgut 20 zugeführt, das
durch den Zulauf-Stutzen 4 in den Puffer-Abschnitt 1 eintritt.
Die Förderung
des größten Teils
des Schüttgutes 20 erfolgt
durch den Wärme-Austausch-Abschnitt 2 und die
Austrags-Schleuse 22 und
das Abführ-Rohr 28 in einen
Einlass 34 des Silo 31. Die durch die Förderleitung 32 mit
dem Schüttgut 20 in
den Puffer-Abschnitt 1 geförderte Förderluft wird vollständig über die Überlauf-Rohrleitung 27 in
den Silo 31 gefördert
und tritt dort durch einen Abluft-Stutzen 35 aus. In letzterem ist
regelmäßig ein
Filter 36 angeordnet. Diese Ausgestaltung und Anordnung
ist insbesondere bei Einsatz besonders großer Silos 31 mit großem Durchmesser geeignet,
wo nämlich
der Einlass 34 und der Abluft- Stutzen 35 einen möglichst
großen
Abstand von beispielsweise 10 m voneinander aufweisen, so dass eine
ausreichende Beruhigung der in den Silo 31 eintretenden
Förderluft
stattfindet.
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Bei
der Anordnung nach 3 ist ein Schüttgut-Wärmetauscher
in eine pneumatische Förderleitung 37 integriert
und steht somit während
des Betriebes unter Über-
oder Unterdruck, da in der pneumatischen Förderleitung 37 grundsätzlich eine
Saug- oder eine Druckförderung
stattfinden kann. Die Förderleitung 37 tritt – wie bereits
in 2 geschildert – über den Zulauf-Stutzen 4 in
den Puffer-Abschnitt 1 ein. Das Abführ-Rohr 28, in das
die Überlauf-Rohrleitung 27 einmündet, geht
wiederum in die weiterführende
Förderleitung 38 über. Die Überlauf-Rohrleitung 27 ist
also Teil des Luft-Fördersystems,
wobei lediglich im Bereich des Wärme-Austausch-Abschnitts 2 die
Förderluft
und das Schüttgut 20 zumindest
weitgehend voneinander getrennt werden. Hinter der Austrags-Schleuse 22 werden
der Schüttgutstrom
und die Förderluft
wieder zusammengeführt.
In der ankommenden Förderleitung 37 und
der weiterführenden
Förderleitung 38 sind
jeweils eine Weiche 39, 40 vorgesehen, die über eine
Bypass-Leitung 41 miteinander
verbunden sind. Bei schweren Störungen
in der Vorrichtung zum Temperieren von Schüttgut 20 oder bei
einer Reinigung dieser Vorrichtung kann das Schüttgut 20 dann an der
Vorrichtung vorbei gefördert
werden. Gerade bei dieser Ausführungsform
kann es zweckmäßig sein,
wenn in die Überlauf-Rohrleitung 27 ein
Kühler 27a integriert
ist, damit die Förderluft
gekühlt
wird. Bei einem solchen Kühler 27a kann
es sich beispielsweise um einen Doppelrohr- oder Rohrbündel-Wärmetauscher handeln.
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Bei
der Anordnung nach 4 wird das Schüttgut 20 dem
Puffer-Abschnitt 1 durch
Schwerkraft zugeführt.
Beispielsweise handelt es sich bei dem Schüttgut 20 um Kunststoffgranulat,
das von einem Extruder 42 mit nachgeordneter Unterwasser-Granulierung 43 einem
Trockner 44 zugeführt wird.
Von dort gelangt es über
ein Klassier-Sieb 45 durch Schwerkraft über den Zulauf-Stutzen 4 in
den Puffer-Abschnitt 1. Der Austrags-Schleuse 22 ist hierbei ein
sogenannter geschlossener Vor-Behälter 46 nachgeordnet,
in den das Abführ-Rohr 28 mündet. Die Überlauf-Rohrleitung 27 mündet ebenfalls
in diesen Vor-Behälter 46,
aus dem eine als Zuführ-Schleuse
dienende motorisch angetriebene Zellenrad-Schleuse 47 das
Schüttgut 20 in
eine pneumatische Förderleitung 48 eingibt.
Die Förderluft
wird mittels eines Gebläses 49 erzeugt.
Die Förderung
erfolgt in Förderrichtung 33.
Die aus der Zellenrad-Schleuse 47 in den Vor-Behälter 46 eintretende Leckluft
wird über
die Überlauf-Rohrleitung 27 in
den Puffer-Abschnitt 1 abgeführt, aus dem sie durch einen
Abluft-Stutzen 50 austritt. Die Förderung durch die Förderleitung 48 erfolgt
zu Silos 51, 52.
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Die
Ausgestaltung nach 5 unterscheidet sich von der
nach 4 nur dadurch, dass die Zufuhr des Schüttgutes 20 bereits über eine
pneumatische Förderleitung 32 erfolgt,
wie es auch bei der Anordnung nach 2 der Fall
ist. Außer
der Leckluft aus dem Vor-Behälter 46 wird
die gesamte Förderluft
aus der pneumatischen Förderleitung 32 über den
Abluft-Stutzen 50 abgeblasen.
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Die
Anordnung nach 6 unterscheidet sich von der
nach 5 dadurch, dass ein Kreislauf der Fördergases
vorgesehen ist; dies ist beispielsweise dann von Interesse, wenn
anstelle von Förderluft
Stickstoff als Fördergas
eingesetzt wird. Durch die erste Förderleitung 32 wird
Schüttgut 20 über den Zulauf-Stutzen 4 in
den Puffer-Abschnitt 1 eingegeben. Der Abluft-Stutzen 50 ist über eine
Verbindungs-Leitung 53 mit einem Kühler 54 und einem
Sicherheitsfilter 55 mit dem Gebläse 49 verbunden. Auch
hier wird die Leckluft aus der Zellenrad-Schleuse 47 bzw.
dem vorgeordneten Vor-Behälter 46 über die Überlauf-Rohrleitung 27 in
den Puffer-Abschnitt 1 geführt und von dort über den
Abluft-Stutzen 35 und die Verbindungs-Leitung 53 der zweiten Förderleitung 48 zugeführt.
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Durch
die Kühlung
des Fördergases
im Kühler 54 wird
das Schüttgut
in der Förderleitung 48 zusätzlich gekühlt. Eine
entsprechend der Ausgangstemperatur des gekühlten Fördergases niedrigere Mischungstemperatur
von Schüttgut
und Fördergas stellt
sich hierbei bereits nach wenigen Metern Förderweg ein. Hierin liegt ein
Vorteil der Anordnung nach 6 gegenüber der
nach 3.