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Die
Erfindung betrifft eine Zellenradschleuse zum dosierten Ein- und/oder
Austrag eines Guts in bzw. aus einer Anschlussvorrichtung, insbesondere in
bzw. aus einem Aggregat für
einen thermischen Behandlungsprozess wie einen Dampftrockner oder dgl.,
umfassend ein Gehäuse
zum Anschluss an die Anschlussvorrichtung, und ein Zellenrad, das
rotierbar im Gehäuse
angeordnet ist und Zellen zur Aufnahme des Guts aufweist. Ferner
betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Beheizen eines Zellenrads einer
Zellenradschleuse zum dosierten Ein- und/oder Austrag eines Guts,
insbesondere einer Zellenradschleuse, wie oben genannt, wobei die
Zellenradschleuse ein Gehäuse
zum Anschluss an eine Anschlussvorrichtung, insbesondere an ein
Aggregat für
einen thermischen Behandlungsprozess wie einen Dampftrockner oder
dgl., aufweist, das Zellenrad rotierbar im Gehäuse angeordnet ist und Zellen
zur Aufnahme des Guts aufweist.
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Eine
herkömmliche
Zellenradschleuse ist beispielsweise aus der europäischen Patentanmeldung
EP 0 732 280 A1 bekannt.
Die Zellenradschleuse wird als Aufgabe oder Ausschleusvorrichtung
in bzw. aus einem Dampftrockner verwendet. Die Übergabe des Guts an den Dampftrockner
kann aufgrund der spezifischen Konstruktion der Zellenradschleuse mittels
einer Dampfzuführung
und einer Abdampföffnung
unter Druckausgleich erfolgen.
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Es
ergibt sich jedoch bei herkömmlichen
Zellenradschleusen das Problem, dass der in die Zellen gelangte
Dampf oder der vom Dampftrockner an die Zellen abgegebene Dampf
an den Zellenwänden kondensiert.
Wenn das zu fördernde
Medium aufgrund des Kondenswassers in den Taschen anhaftet oder
durch das Kondensat verklumpt, wird die kontrollierte Förderung
erheblich behindert.
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Ausgehend
davon ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den störenden Einfluss
von sich an den Wänden
der Zellen absetzendem Kondenswasser weitestgehend auszuschalten.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die Bereitstellung einer Zellenradschleuse gemäß Anspruch
1 und einem Verfahren zum Beheizen eines Zellenrads nach Anspruch
11.
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Insbesondere
umfasst die Zellenradschleuse zum dosierten Ein- und/oder Austrag
eines Guts in bzw. aus einer Anschlussvorrichtung, insbesondere in
bzw. aus einem Aggregat für
einen thermischen Behandlungsprozess wie einen Dampftrockner oder dgl.,
ein Gehäuse
zum Anschluss an die Anschlussvorrichtung, und ein Zellenrad, das
rotierbar im Gehäuse
angeordnet ist und Zellen zur Aufnahme des Guts aufweist. Erfindungsgemäß umfasst
die Zellenradschleuse ferner ein Beheizungssystem mit Kanälen zur
Aufnahme und zum Durchführen
eines Heizmediums durch die Zellenradschleuse zum Beheizen des Zellenrads.
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Unter
Kanälen
des Beheizungssystems sollen im Zusammenhang mit dieser Erfindung
Leitungen und Hohlräume
zur Aufnahme bzw. zum Durchfluss des Heizmediums verstanden werden.
Die Kanäle
können
durch Gehäusekomponenten
und/oder durch Komponenten des Zellenrads begrenzt werden. Die Hohlräume sind
in erster Linie im Bereich der zu beheizenden Flächen angeordnet und werden durch
Leitungen verbunden.
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Durch
das Beheizen der Wände
des Rotors der Zellenradschleuse überhitzen die entsprechenden
Begrenzungsflächen
der Zellen derart, dass sich Wasserdampf nicht an den Begrenzungsflächen niederschlagen
oder an den Flächen
kondensieren kann. Dies ist besonders vorteilhaft, wenn die Zellenradschleuse
zum Beschicken oder Austragen von Gut aus einem Dampftrockner verwendet
wird, da aus der Öffnung
des Dampftrockners, an die die Zellenradschleuse angeschlossen ist,
stets Dampf in die Zellen eindringt. Darüber hinaus kann eine Zellenradschleuse
den Dampftrockner unter Druckausgleich mit dem zu trocknenden Gut
beschicken. Der Druckausgleich wird durch das Zugeben von Dampf
in die Zellen zwischen der Zugangsöffnung unter Atmosphärendruck
und der Ausgangsöffnung
unter dem Arbeitsdruck des Dampftrockners bewerkstelligt. Bei herkömmlichen
Zellenrädern
setzt sich der zugegebene Dampf an den Zellenwänden ab.
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Als
Heizmedium kann jeder geeignete Wärmeträger verwendet werden, insbesondere
Wasserdampf.
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Insbesondere
umfasst das Zellenrad wenigstens zwei Stirnwände, die jeweils eine Stirnfläche zur Begrenzung
der Zellen bilden, und ein axiales Element zwischen den Stirnwänden, das
den Zellengrund der Zellen bildet, insbesondere eine Nabe. Die Kanäle sind
in dieser Ausführungsform
so angeordnet und ausgebildet, dass die Stirnflächen und/oder der Zellengrund
der Zellen beheizbar sind.
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Die
Zellen werden prinzipiell durch zwei Stirnwände und den Zellengrund sowie
Speichen zwischen den einzelnen Zellen begrenzt. Die Nabe kann mit
einer Rotationswelle starr verbunden sein. Wird die Rotationswelle
angetrieben, so rotiert das Zellenrad um die Welle.
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Bevorzugt
weist das Zellenrad eine konische Form mit einer ersten kleineren
Stirnfläche
und einer zweiten größeren Stirnfläche zur
Begrenzung der Zellen auf. Das Zellenrad kann jedoch auch im Wesentlichen
zylindrisch mit zwei in etwa gleich großen Stirnflächen ausgebildet sein.
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In
einer besonderen Ausführungsform
ist ein erster, im Wesentlichen ringförmig ausgebildeter Kanal, im
Bereich der ersten Stirnfläche
zum Beheizen der ersten Stirnfläche
angeordnet. Der Kanal kann beispielsweise als ringförmiger Hohlraum
(Ringraum) in der ersten Stirnwand ausgebildet sein. Der Ringraum
kann durch Teile des Gehäuses
und/oder des Zellenrads, insbesondere aber wenigstens durch eine
der Stirnwände
des Rotors begrenzt sein.
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Ferner
kann ein zweiter im Wesentlichen ringförmig ausgebildeter Kanal zum
Beheizen des Zellengrunds der Zellen im Bereich des axialen Elements
angeordnet sein. Auch dieser Kanal kann beispielsweise als Ringraum
zwischen einer Nabe und einer Rotationswelle, an der die Nabe befestigt
ist, ausgebildet sein.
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Vorzugsweise
kann auch ein dritter, im Wesentlichen ringförmig ausgebildeter Kanal, im
Bereich der zweiten Stirnfläche
zum Beheizen der zweiten Stirnfläche
angeordnet sein. Für
diesen Kanal kann gleiches gelten wie für den ersten Kanal.
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Durch
das Beheizen der Stirnflächen
wird nicht nur ein Auskondensieren von Wasser an den Innenfläche der
Zellen verhindert. Es wird darüber
hinaus erreicht, dass sich die Kanäle – statt über ihre gesamte Länge entlang
der Drehachse zu verlaufen – von
der Drehachse entlang der Stirnwände
radial nach außen
erstrecken, so dass das Heizmedium nicht in den Bereich der Lager
der Rotationswelle gelangt, sondern weiträumig um diese Lager herum geführt wird.
In anderen Worten erstreckt sich das Beheizungssystem entlang der
Achse lediglich über
den Bereich des Zellengrunds. Die vom Heizmedium mitgeführte und
an die Zellenradschleuse abgegebene Wärme wird so optimal ausgenützt.
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In
einer speziellen Ausführungsform
weist die Zellenradschleuse eine Eintrittsöffnung zum Zufluss des Heizmediums
in das Beheizungssystem auf, wobei die Eintrittsöffnung an einer Oberseite des Gehäuses ausgebildet
ist. Das Heizmedium wird also von oben zugeführt, um das Beheizungssystem
zu durchfließen.
Die Zuführung
von oben, insbesondere axial versetzt vom Zellenrad, führt dazu,
dass im Kanal kondensiertes Heizmedium in die Flussrichtung des
dampfförmigen
Heizmediums abfließt.
Ein Rückfluss
kondensierter Materie wird verhindert. Durch die Anordnung der Eintrittsöffnung an
der Oberseite des Gehäuses
wird, wie bereits beschrieben, auch die Möglichkeit eröffnet, die
Leitungen weiträumig
am Lager der Rotationswelle vorbeizuführen.
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In
einer besonderen Ausführungsform
weist die Zellenradschleuse eine Austrittsöffnung zum Abfluss von Heizmedium
und Kondensat des Heizmediums auf, wobei die Austrittsöffnung an
einer Unterseite des Gehäuses
ausgebildet ist. Auf diese Weise kann insbesondere das im Beheizungssystem
entstandene Kondensat gut abfließen. Das Beheizungssystem kann
sich nicht mit Wasser füllen.
Zusätzlich sorgt
das kontinuierliche Durchströmen
des Heizmediums dafür,
dass kondensierte Partikel mitgerissen und nach unten aus dem System
hinaus transportiert werden.
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Bevorzugt
weist die Zellenradschleuse eine Eintragsöffnung zum Zuführen des
Guts an die Zellenradschleuse und eine Austragsöffnung zur Abgabe des Guts
von der Zellenradschleuse an eine angeschlossene Anschlussvorrichtung,
insbesondere an einen Dampftrockner, und eine Dampfzuführung und/oder
eine Abdampföffnung
zur Zufuhr bzw. Abfuhr von Dampf, insbesondere vom Prozessdampf
eines Dampftrockners, zu bzw. von den rotierenden Zellen zum Druckausgleich
zwischen der Eintragsöffnung
und der Austragsöffnung
auf.
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Insbesondere
weist die Zellenradschleuse Mittel zur Zufuhr von Prozessdampf einer
Anschlussvorrichtung, insbesondere eines Dampftrockners, an die
Eintrittsöffnung
des Beheizungssystems auf. Die Beheizung des Beheizungssystems mit
Prozessdampf hat den Vorteil, dass mit unterschiedlichen Druckstufen
gefahren werden kann. Der Dampfdruck kann auf die vorhandenen Prozessparameter
eingestellt werden. Insbesondere wird mit einer Temperatur beheizt,
die mindestens der Prozesstemperatur entspricht. Die Temperatur
kann entsprechend der Notwendigkeit auch höher liegen, um eine höhere Temperatur
an den Metallflächen
der Tascheninnen seiten zu erreichen. Außerdem wird ein bereits vorhandenes
Heizmedium genutzt, so dass neben dem Prozessdampf kein Heizmedium
erzeugt und erhitzt werden muss.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Beheizen eines Zellenrads einer Zellenradschleuse, insbesondere
einer Zellenradschleuse wie oben beschrieben, zum dosierten Ein-
und/oder Austrag eines Guts, wobei die Zellenradschleuse ein Gehäuse zum
Anschluss an eine Anschlussvorrichtung, insbesondere an ein Aggregat
für einen
thermischen Behandlungsprozess wie einen Dampftrockner oder dgl.,
aufweist, und das Zellenrad rotierbar im Gehäuse angeordnet ist und Zellen
zur Aufnahme des Guts aufweist, verwendet zum Beheizen des Zellenrads der
Zellenradschleuse für
die Anschlussvorrichtung erzeugten Prozessdampf.
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Insbesondere
wird der Prozessdampf zum Beheizen des Zellenrads durch in der Zellenradschleuse
ausgebildete Kanäle
geführt.
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Das
Zellenrad umfasst bevorzugt zwei Stirnwände, die jeweils eine Stirnfläche zur
Begrenzung der Zellen bilden, und ein axiales Element, das den Zellengrund
der Zellen bildet, zwischen den Stirnwänden, insbesondere eine Nabe,
wobei die Stirnflächen
und/oder der Zellengrund der Zellen beheizt werden.
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In
einer besonderen Ausführungsform
wird der Prozessdampf über
eine Eintrittsöffnung,
die in der Zellenradschleuse gebildet ist, von oben her zugeführt.
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Bevorzugt
werden der Prozessdampf und Kondensat des Prozessdampfes über eine
Austrittsöffnung,
die in der Zellenradschleuse gebildet ist, aus der Zellenradschleuse
nach unten hin abgeführt.
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Insbesondere
wird während
des Betriebs der Zellenradschleuse durch Zufuhr von Dampf, insbesondere
von Prozessdampf eines Dampftrockners, ein Druckausgleich zwischen
einer Eintragsöffnung zum
Zuführen
des Guts an die Zellenradschleuse und einer Austragsöffnung zur
Abgabe des Guts von der Zellenradschleuse durchgeführt.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung. Es zeigen:
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2 einen
Querschnitt längs
der Linie II-II der 1;
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3 eine
Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zellenradschleuse;
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4 einen
Querschnitt längs
der Linie II-II der 3; und
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5 eine
weitere, detaillierte Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung.
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In
den 1 und 2 ist eine bekannte Zellenradschleuse 1 dargestellt.
Die Zellenradschleuse 1 kann beispielsweise an einen Dampftrockner
(nicht dargestellt) derart angeschlossen werden, dass der Austrag 2 der
Zellenradschleuse 1 mit einer Eintragsöffnung des Trockners verbunden ist.
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Im
Wesentlichen besteht die Zellenradschleuse 1 aus einem
ortsfest am Dampftrockner befestigten Gehäuse 4 und einem Zellenrad 5,
das drehfest an einer Welle 6 befestigt ist. Das Zellenrad 5 ist
in der vorliegenden Ausführungsform
in seiner axialen Richtung konisch ausgebildet. Die Welle 6 wird
durch Lager 7 und 8 drehbar am Gehäuse 4 abgestützt. Sie
kann etwa durch einen Elektromotor angetrieben werden.
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Etwa
gegenüber
dem Austrag 2 weist die Zellenradschleuse 1 eine
Aufgabeöffnung 3 auf, über die
das thermisch zu behandelnde, beispielsweise zu trocknende Gut der
Zellenradschleuse 1 unter Atmosphärendruck zugeführt wird.
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Wie
aus der 2 deutlich wird, kann zwischen
dem Gehäuse 4 und
dem Zellenrad 5 eine Verschleißbüchse 9 angeordnet
sein. Die im Zellenrad ausgebildeten Zellen 10 werden durch
die Speichen 11 des Zellenrads 5, die Nabe 12 des
Zellenrads 5 und die Innenwand der Verschleißbüchse 9 begrenzt. An
den beiden Stirnseiten weist das Zellenrad 5 eine kleinere
Stirnwand 15 mit einer kleineren Stirnfläche 15' sowie die größere Stirnwand 16 mit
einer größeren Stirnfläche 16' auf, die die
Zellen 10 axial abgrenzen.
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Um
einen Druckausgleich zwischen dem ausgangsseitigen Dampftrockner
und dem an der Aufgabeöffnung 3 herrschenden
Atmosphärendruck herzustellen,
weist die vorliegende Zellenradschleuse 1 eine Dampfzuführung 13 und
eine Abdampföffnung 14 auf
(vgl. 2). Während
die Zellen 10 an der Dampfzuführung 13 vorbei bewegt
werden, werden sie mit Dampf beaufschlagt, der etwa einen Druck
entsprechend dem Druck des Prozessdampfes im nachgeschalteten Dampftrockner
aufweist. Entsprechend entweicht beim Passieren der Abdampföffnung 14 der
in den Zellen 10 eingeschlossene Dampf, so dass sich vor
dem Erreichen der Aufgabeöffnung 3 in
etwa Atmosphärendruck
in der Zellen 10 einstellt. Zur Beaufschlagung der Zellen 10 mit Dampf über die
Dampfzuführung 13 kann,
wie erwähnt,
u. a. der im Dampftrockner verwendete Prozessdampf verwendet werden.
Auf diese Weise werden in den Zellen 10 beim Passieren
der Dampfzuführung 13 in
etwa die gleichen Druckverhältnisse
erzeugt wie im Dampftrockner selbst.
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Nachteilig
an dieser Ausführungsform
ist allerdings, dass der den Zellen 10 zugeführte oder
der in die Zellen gelangende Wasserdampf an den Zellenwänden kondensiert
und sich am kälteren
Zellenrad 5 niederschlägt.
Das zu fördernde
Gut kann dadurch verklumpen oder an den Zellenwänden anhaften. Dies betrifft
insbesondere die Oberflächen
der Nabe 12, der kleineren Stirnfläche 15' des Zellenrads 5 und
der größeren Stirnfläche 16' des Zellenrads 5.
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In
der 3 ist die erfindungsgemäße Lösung dieses Problems dargestellt.
Die Zellenradschleuse 1 entspricht im Wesentlichen der
Zellenradschleuse 1 aus der 1. Entsprechende
Bauteile sind mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Wie
aus der 3 hervorgeht, weist die Zellenradschleuse 1 zusätzlich Kanäle 18, 19, 20, 21, 22,
und 23 zum Durchfluss eines Heizmediums auf. Als Heizmedium
wird insbesondere der Prozessdampf eingesetzt, der auch im Dampftrockner
verwendet wird, jedoch durchaus auf einem höheren Temperaturniveau.
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Der
Prozessdampf tritt dabei über
eine Eintrittsöffnung 17,
die an einer Oberseite des Gehäuses 4 angeordnet
ist, in einen ersten Kanalabschnitt 18 ein. Über den
Leitungskanal 18 wird der Prozessdampf in einen ersten
Ringraum 19 transportiert. Der Ringraum 19 erstreckt
sich als ringförmiger
Kanal um die Welle 6. Der Ringraum 19 wird einerseits
begrenzt durch eine entsprechende Ausbildung des Hohlraums im Gehäuse 4,
andererseits durch die größere Stirnwand 16 des
Zellenrads 5. Auf diese Weise wird die große Stirnfläche 16 des
Zellenrads 5 beheizt. Die Temperatur entspricht dabei in
etwa der Prozesstemperatur im Dampftrockner und, falls vorgesehen,
der Temperatur des durch die Dampfzuführung 13 zugeführten Prozessdampfes.
Es wäre
auch denkbar, den ersten Ringraum 19 komplett im Zellenrad 5 innerhalb
der größeren Stirnwand 16 auszubilden.
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Vom
ersten Ringraum 19 führt
ein zweiter Kanalabschnitt 20 als Leitung zu einem zwischen
der Welle 6 und der Nabe 12 des Wellenrads 5 angeordneten
zweiten Ringraum 21.
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Wie
insbesondere aus der 4 deutlich wird, erstreckt sich
der zweite Ringraum 21 im Querschnitt ringförmig zwischen
der Welle 6 und der Nabe 12. Auf diese Weise wird
die Außenwand
der Nabe 12 und damit der Taschengrund der Zellen 10 beheizt.
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Über einen
dritten als Leitung ausgebildeten Kanalabschnitt 22 fließt der Dampf
weiter in einen dritten Ringraum 23. Dieser wird zumindest
auf einer Seite durch die kleiner Stirnwand 15 des Zellenrads 5 begrenzt.
Auf diese Weise wird die kleinere Stirnfläche 15' beheizt.
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Vom
dritten Ringraum 23 führt
ein vierter Leitungs- bzw. Kanalabschnitt 24 den Dampf
zur Austrittöffnung 25.
Der Austritt 25 ist bewusst an einer Unterseite des Gehäuses 4 der
Zellenradschleuse 1 angeordnet. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass
Kondensat, welches sich in den Heizkanälen bildet, komplett abfließen kann.
Das im Wesentlichen aus dem Kanalsystem bestehende Beheizungssystem
kann sich somit nicht mit Wasser füllen. Ein kontinuierliches
Durchströmen
des Prozessdampfes mit relativ hohem Druck sorgt zudem dafür, dass
kondensierte Wasserpartikel mit gerissen und über die Ausrittöffnung 25 nach
unten abgeführt
werden.
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In
der 5 ist eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zellenradschleuse 1 illustriert.
Im Folgenden wird insbesondere auf das Beheizungssystem der Zellenradschleuse 1 eingegangen.
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In
einem Gehäusedeckel 4' des Gehäuses 4 der
Zellenradschleuse 1 ist eine Eintrittsöffnung 17 für das Heizmedium
vorgesehen. Die Öffnung 17 ist an
einer oberen Seite des Gehäuses 4 angeordnet, so
dass evtl. in der Heizleitung entstehendes Kondensat nicht in die
Zuleitung zurückfließen kann.
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Über eine
Bohrung 18, die einen ersten Kanalabschnitt bildet, gelangt
das Heizmedium in einen ersten Ringraum 19, der auch als Übergaberaum
bezeichnet werden kann. Der erste Ringraum 19 ist in einem
Bereich der kleineren Stirnwand 15 der Zellenradschleuse 1 als
ringförmiger
Kanal angeordnet. Der in den Ringraum 19 eingeleitete Dampf
beheizt die kleinere innere Stirnwandfläche 15' des Zellenrads 5.
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Über eine
zweite Bohrung 20 gelangt das Heizmedium anschließend in
einen Ringraum 21 zwischen Welle 6 und den Rotor
des Zellenrads 5 bzw. zwischen Welle 6 und die
Nabe 12 des Zellenrads 5. Dadurch wird der Taschengrund
des Rotors 5 direkt beheizt.
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Ein
Kanal 22 führt
vom zweiten Ringraum 21 in einen dritten Ringraum 23,
der im Bereich der größeren Stirnwand 16 ausgebildet
ist. Der Ringraum 23 wird auf der wenigstens auf der zellenseitigen
Seite durch die größere Stirnwand 16 begrenzt,
wodurch die größere Stirnfläche 16' an der Innenseite
der Zelle 10 direkt beheizt wird. Auf der der Zelle abgewandten
Seite wird der dritte Ringraum 23 durch einen teil des
Lagergehäuses 4 begrenzt.
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Vom
dritten Ringraum 23 aus wird der Dampf über eine vierte Bohrung 24 im
Gehäuse 4 zu
einer Austrittsöffnung 25 geführt, die
sich im unteren Bereich des Gehäuses 4 befindet,
so dass Kondenswasser aus dem Beheizungssystem leichter abfließen kann.
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Mittels
der erfindungsgemäß beheizten
Zellenradschleuse 1 wird eine effektive Beheizung der Innenwände der
Zellen 10 des Zellenrads 5 erreicht. Bei der Verwendung
von Prozessdampf als Heizmedium kann die Beheizung mit unterschiedlichen Druckstufen
und Temperaturen gefahren werden. Außerdem kann sichergestellt
werden, dass sich die Heiztemperatur im Bereich der Prozesstemperatur oder
darüber
bewegt.
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Durch
die Beheizung der Stirnflächen 15' und 16' des Zellenrads 5 und
die entsprechende Kanalführung
wird vermieden, dass eine erhebliche Wärmemenge an die Lager 7 und 8 abgeführt wird. Stattdessen
wird die Wärmemenge
zur Beheizung der Stirnflächen 15' und 16' effektiv genutzt.
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Die
im Zusammenhang mit der 1 beschriebene bekannte Zellenradschleuse 1 (die
vorzugsweise aus Metall oder einem anderen wärmeleitfähigen Material hergestellt
ist) wurde lediglich zum Verständnis
der Erfindung beschrieben. Sie stellt jedoch lediglich ein Beispiel
für eine
bekannte Zellenradschleuse dar. Die erfindungswesentlichen Merkmale,
insbesondere betreffend das Beheizungssystem, sollen jedoch auch
im Zusammenhang mit allen anderen bekannten Zellenradschleusen geschützt sein.