DE102006015778B3

DE102006015778B3 - Vorrichtung zum Kühlen von rieselfähigen Schüttgütern in Lagerbehältern

Info

Publication number: DE102006015778B3
Application number: DE200610015778
Authority: DE
Inventors: Lothar Dr. Ing. Straßberger; Thomas Dipl.-Ing. Koch
Original assignee: BRANDENBURGISCHE TECH UNI; Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Current assignee: BRANDENBURGISCHE TECH UNI; Brandenburgische Technische Universitaet Cottbus
Priority date: 2006-04-04
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2007-06-28
Anticipated expiration: 2026-04-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von rieselfähigen Schüttgütern in Lagerbehältern (1) gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches und ist insbesondere geeignet, einen ungewollten Anstieg der Temperatur im Schüttgutbehälter zu verhindern. DOLLAR A Die Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der es möglich ist, beim Auftreten von lokalen Erwärmungen im Lagergut oberhalb einer bestimmten Temperatur so viel Wärme abzuführen, dass das Überschreiten der kritischen Temperaturen zumindest für einen gewissen Zeitraum verhindert werden kann wird gelöst, indem eine Latentwärmespeichermasse (4), bei der der Temperaturbereich der Phasenumwandlung unterhalb der für die Schüttgüter (2) kritischen Temperaturen liegt, in indirektem Kontakt mit den Schüttgütern (2) angeordnet wird. Das kann gemäß dieser Erfindung sowohl der innerhalb des Schüttgutes (2) als auch als Bestandteil des Lagerbehälters (1) das Schüttgut (2) teilweise oder vollständig umschließend geschehen. Insbesondere bei großen Lagerbehältern (1) kann es auch sinnvoll sein, sowohl im Inneren des Lagerbehälters (1) als auch auf dessen Wandung eine Latentwärmespeichermasse (4) anzuordnen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von rieselfähigen Schüttgütern in Lagerbehältern gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruches und ist insbesondere geeignet, einen ungewollten Anstieg der Temperatur im Schüttgutbehälter zu verhindern. Bei einer Reihe von Schüttgütern tritt unter bestimmten Umständen, insbesondere im Inneren von größeren Anhäufungen, auf Grund chemischer oder biologischer Reaktionen eine Erwärmung auf. Insbesondere wegen der in den Schüttgütern eingeschlossenen Luftmassen und deren guter Wärmeisolation kann diese nicht abgeführt werden, so dass die Temperatur Werte erreichen kann, die zur Entzündung oder explosionsartigen Zersetzung führen kann.

Aus diesem Grunde ist man bestrebt, die chemischen oder biologischen Reaktionen zu verhindern, oder zumindest so viel Wärme abzuführen, dass ein Temperaturanstieg in kritische Bereiche, in denen gefährliche Vorgänge eingeleitet werden, verhindert wird.

Dazu wird beispielsweise der gesamte Inhalt des Lagers ständig durchmischt, um die Bildung von Erwärmungsherden zu stören. Ein anderes Verfahren bedient sich der ständigen Durchlüftung mit unterkühlter Zuluft. Ein weiteres Mittel geht davon aus, dass das Lager mit einem inerten Gas gefüllt wird, um die Reaktion mit dem Luftsauerstoff zu verhindern.

Hierfür beschreibt beispielsweise die DE 100 64 821 ein Verfahren zur sicheren Lagerung von Natriumpercarbonat in einem gegenüber der Umgebungsatmosphäre im Wesentlichen geschlossenen Schüttgutbehälter. Natriumpercarbonat zerfällt bei höheren Temperaturen in einer exothermen Reaktion zu Soda, Wasser und Sauerstoff. Wird die hierbei anfallende Wärme nicht abgeführt, kommt es zu einem schnellen Temperaturanstieg, der wiederum die Zerfallsreaktion beschleunigt. Deshalb wird vorgeschlagen, an mindestens einer Stelle innerhalb des in loser Schüttung gelagerten Natriumpercarbonats die Temperatur zu messen, bei einer Temperatursteigerung im Bereich von 0,5 bis 10°C pro Tag, insbesondere 1 bis 5°C pro Tag, Trockenluft mindestens so lange periodisch oder kontinuierlich durch die Schüttung zu leiten, bis die Temperatursteigerung auf einen Wert von weniger als 1°C pro Tag abgesunken ist.

Umfangreiche Maßnahmen schlägt die JP 2003 206 010 A vor. Dieses Brandverhütungssystem soll spontane Entzündungen innerhalb von Festbrennstoffsilos verhindern. Es beruht vor allem darauf, dass gekühlte Luft ständig durch den Festbrennstoff geführt wird, diesen dabei kühlt und gleichzeitig durchmischt. Durch ständige Temperatur- und CO-Überwachung sollen kritische Zustände ermittelt und ggf. ein Wassersprühsystem eingeschaltet werden.

Lediglich der Kühlung von erhitzten Schüttgütern dient eine Vorrichtung die in der CH 555283 beschrieben wird. Diese schlägt vor, in das Zentrum eines zylindrischen Behälters koaxial zu diesen ein Zuführrohr anzuordnen, durch das kalte Luft in das daran vorbeirieselnde Gut geblasen wird. Diese Vorrichtung ist nicht zur Lagerung von Schüttgütern gedacht.

In der DE 2152870 wird vorgeschlagen, zur Vermeidung von Wärmestauungen bei der Lagerung von organischen Stoffen wie Kunstdünger, Heu, Textilien, Getreide, Wolle, Papierfaserstoff, Sojabohnen, Fischmehl und dergleichen flüssigen Stickstoff durch dünne Rohrleitungen, die im Haufen oder Stapel verlegt sind, der Stätte der Wärmeentwicklung zuzuführen. Vorteilhaft bei diesem Verfahren ist, dass durch den flüssigen Stickstoff zur Verdampfung große Wärmemengen beansprucht werden und dass gleichzeitig der zur Wärmeentwicklung benötigte Sauerstoff durch das reaktionsträge Gas verdrängt wird. Das Verfahren ist allerdings bei Großraumsilos sehr schwer anzuwenden, da die hierfür benötigten dünnen Rohrleitungen den mechanischen Belastungen nicht standhalten würden.

Die DE 19858794 A1 beschreibt einen Latentwärmekörper mit in einem Aufnahmeräume aufweisenden Trägermaterial aufgenommenen Latentwärmespeichermaterial auf Paraffinbasis, welche zum Kühlen eines Lagerbehälters verwendet wird. Um einen solchen Latentwärmekörper in der Weise weiterzubilden, dass er bei einfacher Herstellbarkeit ein hohes Wärmespeichervermögen aufweist, auch im erwärmten Zustand eine ausreichende Strukturfestigkeit besitzt und sich das Trägermaterial möglichst selbsttätig mit dem Latentwärmespeichermaterial füllt, schlägt diese Erfindung vor, dass innerhalb des Trägermaterials kapillare Aufnahmeräume für das Latentwärmespeichermaterial ausgebildet sind und dass das Trägermaterial einen Mineralstoff mit einer offenen kapillaren Porenstruktur enthält.

Die DE 299 07 830 U1 zeigt eine Kühlvorrichtung für einen mit Stoffen befüllbaren Behälter. Ein solcher Behälter kann beispielsweise ein Reaktor, Silo-, Rühr- oder sonstiger Behälter sein, in dem bestimmte Stoffe erzeugt, aufbewahrt oder auch zuerst aufbereitet und anschließend aufbewahrt werden. Dabei wird zum zwecke der Beheizung oder Kühlung der Stoffe ein Heiz- oder Kühlmedium zwischen Halbrohrschlangen und Behälterwand hindurchgeführt, wobei die Halbrohrschlangen innen oder außen auf der Behälterwand verlegt sind.

Davon ausgehend, dass die zu einer Erwärmung führenden Prozesse in der Regel nur dann ablaufen können, wenn eine gewisse Feuchtigkeit vorhanden ist, schlägt die FR 1098070 vor, die im Behälter vorhanden Luft abzusaugen, über ein Kälteaggregat zu entfeuchten und, nachdem die Luft über den Kondensator des Kälteaggregates wieder erwärmt worden ist, diese am Boden des Gefäßes wieder einzublasen. Dadurch dass die Luft, die so behandelt worden ist, eine geringe Dampfsättigung hat, ist es möglich, nach und nach die Feuchtigkeit aus dem Lagergut zu entfernen. Diese Einrichtung ist aber nicht geeignet, das Lagergut herunterzukühlen, wenn der Erwärmungsprozess bereits eingesetzt hat.

Durch Rohrleitungen, die im Zentrum und an den Wänden des Silos senkrecht angeordnet sind, sowie darin verschieblich angeordnete Absperreinrichtungen soll gemäß der FR 1032709 konditionierte Luft schichtweise durch den Speicher geleitet werden. Ein solches Vorgehen ist sinnvoll zur Prävention. Damit kann jedoch kaum auf das Entstehen einzelner Wärmeherde reagiert werden.

Aufgabe der Erfindung ist demzufolge, eine Vorrichtung vorzuschlagen, mit der es möglich ist, beim Auftreten von lokalen Erwärmungen im Lagergut oberhalb einer bestimmten Temperatur so viel Wärme abzuführen, dass das Überschreiten der kritischen Temperaturen zumindest für einen gewissen Zeitraum verhindert werden kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zum Kühlen von rieselfähigen Schüttgütern in Lagerbehältern gemäß den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst.

Bei einer solchen Vorrichtung wird zur Verringerung der Gefahr lokaler Überhitzungen durch Wärmebildung im Lagergut, eine Latentwärmespeichermasse, bei der der Temperaturbereich der Phasenumwandlung unterhalb der für die Schüttgüter kritischen Temperaturen liegt, in indirektem Kontakt mit den Schüttgütern angeordnet. Das kann gemäß dieser Erfindung sowohl der innerhalb des Schüttgutes als auch als Bestandteil des Lagerbehälters das Schüttgut teilweise oder vollständig umschließend geschehen. Insbesondere bei großen Lagerbehältern kann es auch sinnvoll sein, sowohl im Inneren des Lagerbehälters als auch auf dessen Wandung eine Latentwärmespeichermasse anzuordnen. Als Latentwärmespeichermasse kann dabei jegliche Substanz verwendet werden, in der bei einer bestimmten Temperatur eine Strukturumwandlung stattfindet, für die eine größere Wärmemenge benötigt wird. Derartige Strukturumwandlungen können beispielsweise Schmelzprozesse, chemische Gleichgewichtsreaktionen, die in einem bestimmten Temperaturbereich ihre Richtung umkehren oder Lösungsvorgänge sein.

Prinzipiell sind hier drei verschiedene Stoffklassen anzutreffen.

Zum ersten benutzt man eutektische Wasser-Salzlösungen, die für einen weiten Temperaturbereich einsetzbar sind.

Die zweite Gruppe bilden organische Verbindungen. Hier wird die Schmelzwärme von verschiedenen Paraffinen und anderen langkettigen Kohlenwasserstoffen ausgenutzt. Vertreter dieser Gruppe sind beispielsweise Erythiol, Mannitol und Sorbitol.

Die dritte Gruppe der Latentwärmespeichermassen sind Salzhydrate. Als Beispiel sei hier nur das Calziumchlorid-Hydrat (CaCl₂·6 H₂O), bei dem die Phasenumwandlungstemperatur bei 27°C liegt und das Natriumhydrogenphosphat Na₂HPO₄·12H₂O mit einer Phasenumwandlungstemperatur von 35°C genannt.

Für die Stabilisierung der Temperatur bei 0°C wäre als eine solche Substanz beispielsweise Wassereis einsetzbar.

Praktisch ist die Erfindung so auszuführen, dass im Zentrum eines Lagerbehälters ein mit der Latentwärmespeichermasse gefüllter Kühlkörper angeordnet wird. Dieser Kühlkörper kann zweckmäßigerweise ein zylindrischer Hohlkörper sein, dessen Achse senkrecht angeordnet ist und der oben und unten mit einem halbkugel- oder kegelförmigen Abschluss versehen ist. Um die Kontaktoberfläche zu vergrößern, kann es jedoch auch sinnvoll sein, wenn dieser Hohlkörper einen von der Kreisform abweichenden Querschnitt hat. Durch einen sternförmigen Querschnitt des Hohlkörpers lässt sich die Oberfläche wesentlich vergrößern, wodurch, wie leicht einzusehen ist, der Wärmeübergang von dem den Kühlkörper umgebenden Gut zu der im Körper befindlichen Latentwärmespeichermasse erheblich zu verbessern ist.

Zur Kontrolle des Zustandes der Latentwärmespeichermasse schlägt die Erfindung vor, innerhalb der Latentwärmespeichermasse einen Temperaturfühler anzuordnen, der zumindest beim Erreichen oder Überschreiten der Phasenumwandlungstemperatur ein Steuersignal abgibt.

Zur Regenerierung der Latentwärmespeichermasse wird durch die Erfindung vorgeschlagen, dass durch den Kühlkörper eine Rohrleitung geführt wird. Bei Erreichen oder Überschreiten der Phasenumwandlungstemperatur der Latentwärmespeichermasse wird durch diese Rohrleitung eine Kühlflüssigkeit geleitet, die die aufgenommene Wärme aus der Latentwärmespeichermasse abführt.

Zur Überwachung des Prozesses enthält die vorgeschlagene Vorrichtung eine Steuerung, mit der in Abhängigkeit von der Temperatur der Latentwärmespeichermassen die Zufuhr der Kühlflüssigkeit eingeschaltet und ggf. weitere Maßnahmen zur Sicherung des im Lagerbehälter gelagerten Gutes eingeleitet werden können.

So kann beispielsweise durch die Steuerung eine Entleerung des Lagerbehälters durch die Bodenschleuse oder die Flutung des Lagerbehälters mit Inertgas veranlasst werden.

Um einen Erwärmung im Außenwandbereich des Lagerbehälters sowohl durch Wärmeeinwirkung von außen, wie beispielsweise durch Sonneneinstrahlung oder Wärmenester im Außenwandbereich des Lagergutes zu vermeiden, schlägt die Erfindung vor, die Außenwand ebenfalls mit einer Latentwärmespeichermasse zu überziehen.

Dabei ist es sowohl im Sinne der Erfindung, wenn die Außenwand des Lagerbehälters doppelwandig ausgeführt ist und die Latentwärmespeichermasse zwischen beiden Wandungen angeordnet ist, als auch wenn die Außenwand des Lagerbehälters mit einer Masse beschichtet ist, die aus einer Latentwärmespeichermasse und einer Trägersubstanz, die die Latentwärmespeichermasse einschließt, besteht.

Eine solche Beschichtung besteht vorzugsweise aus Mikrokapseln, die mit der Latentwärmespeichermasse gefüllt sind und einem aushärtenden Bindemittel. Diese Beschichtung kann wie ein Putzmörtel auf die Außenwand des Lagerbehälters aufgespritzt und gegebenenfalls geglättet werden.

Wenn in einem derartig ausgerüsteten Lagerbehältern ein Selbsterwärmungsprozess einsetzt, so wird beim Erreichen der durch die Latentwärmespeichermasse bestimmten Temperatur der Phasenumwandlungsprozess anlaufen. Die hierfür benötigte Wärme wird dem Lagergut entzogen. Dadurch kann ein weiterer Anstieg der Temperatur, der in der Regel zur Beschleunigung des Selbsterwärmungsprozesses führt, über einen Zeitraum verhindert werden, der eventuell benötigt wird, um die Ursachen der Selbsterwärmung auszuschalten oder anderweitige Sicherungsmaßnahmen einzuleiten. Sobald ein Teil der Latentwärmespeichermasse umgesetzt ist, wird durch den Temperatursensor über die Steuerung eine Kühlung der Latentwärmespeichermasse eingeleitet. Damit wird gewährleistet, dass die Vorrichtung nach Beseitigung der Ursachen für die Selbsterwärmung wieder einsatzbereit ist.

Im Folgenden soll die Erfindung in Form eines Ausführungsbeispiels an Hand der Zeichnungen erläutert werden. Dabei zeigt
1 einen erfindungsgemäß ausgerüsteten Lagerbehälter 1 im Querschnitt und
2 Beispiele für Ausführungen des Querschnittes des Kühlkörpers 3.
Eine Vorrichtung zum Kühlen von rieselfähigen Schüttgütern 2 in Lagerbehältern 1 kann wie folgt realisiert werden.
Im Zentrum eines Lagerbehälters 1 wird ein mit Calziumchlorid-Hydrat (CaCl₂·6 H₂O) als Latentwärmespeichermasse 4 gefüllter Kühlkörper 3 angeordnet. Dieser Kühlkörper 3 kann ein zylindrischer Hohlkörper sein, dessen Achse senkrecht angeordnet ist und der oben und unten mit einem halbkugelförmigen Abschluss versehen ist.
Zur Kontrolle des Zustandes der Latentwärmespeichermasse 4 schlägt die Erfindung vor, innerhalb der Latentwärmespeichermasse 4 einen Temperaturfühler 5 anzuordnen, der beim Erreichen der Phasenumwandlungstemperatur ein Steuersignal abgibt.
Zur Regenerierung der Latentwärmespeichermasse 4 wird durch den Kühlkörper 3 eine Rohrleitung 6 geführt.
Bei Erreichen oder Überschreiten der Phasenumwandlungstemperatur der Latentwärmespeichermasse 4 von 27°C wird durch diese Rohrleitung 6 eine durch ein nicht dargestelltes Kühlaggregat gekühlte Kühlflüssigkeit geleitet, die die aufgenommene Wärme aus der Latentwärmespeichermasse 4 abführt.
Zur Überwachung des Prozesses enthält die Vorrichtung eine Steuerung, mit der in Abhängigkeit von der Temperatur der Latentwärmespeichermassen 4 die Zufuhr der Kühlflüssigkeit eingeschaltet und ggf. weitere Maßnahmen zur Sicherung des im Lagerbehälter 1 gelagerten Gutes eingeleitet werden können.
So kann beispielsweise durch die Steuerung eine Entleerung des Lagerbehälters 1 durch die Bodenschleuse 8 veranlasst werden.
Um eine Erwärmung im Außenwandbereich des Lagerbehälters 1 durch Wärmeeinwirkung von außen, wie beispielsweise durch Sonneneinstrahlung zu vermeiden, schlägt die Erfindung vor, die Außenwand ebenfalls mit einer Latentwärmespeichermasse 4 zu überziehen.
Dazu wird die Außenwand des Lagerbehälters 1 mit einer Masse beschichtet, die aus einer Latentwärmespeichermasse 4 und einer Trägersubstanz, die die Latentwärmespeichermasse 4 einschließt, besteht.
Diese Beschichtung 7 ist wie ein Putzmörtel auf die Außenwand des Lagerbehälters 1 aufgespritzt und gegebenenfalls geglättet worden.
Wenn in einem derartig ausgerüsteten Lagerbehälter 1 ein Selbsterwärmungsprozess einsetzt, so wird beim Erreichen der durch die Latentwärmespeichermasse 4 bestimmten Temperatur der Phasenumwandlungsprozess anlaufen. Die hierfür benötigte Wärme wird dem Lagergut 2 entzogen. Dadurch kann ein weiterer Anstieg der Temperatur verhindert werden, um die Ursachen der Selbsterwärmung auszuschalten oder anderweitige Sicherungsmaßnahmen einzuleiten. Sobald ein Teil der Latentwärmespeichermasse 4 umgesetzt ist, wird durch den Temperatursensor über die Steuerung eine Kühlung der Latentwärmespeichermasse 4 eingeleitet. Damit wird gewährleistet, dass die Vorrichtung nach Beseitigung der Ursachen für die Selbsterwärmung wieder einsatzbereit ist.

Claims

Vorrichtung zum Kühlen von rieselfähigen Schüttgütern in Lagerbehältern (1) zur Verringerung der Gefahr lokaler Überhitzungen durch Wärmebildung im Lagergut (2), dadurch gekennzeichnet, dass Latentwärmespeichermassen, bei denen der Temperaturbereich der Phasenumwandlung unterhalb der für die Schüttgüter kritischen Temperaturen liegt, in indirektem Kontakt mit den Schüttgütern innerhalb dieser und/oder die Schüttgüter umschließend angeordnet werden.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Latentwärmespeichermassen Einrichtungen zur Wärmezu- und/oder -abfuhr und Temperaturfühler (5) angeordnet werden, dass weiterhin eine Steuerung vorhanden ist, mit der in Abhängigkeit von der Temperatur der Latentwärmespeichermassen die Einrichtungen zur Wärmezu- und/oder -abfuhr gesteuert wird.
Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Zentrum eines Lagerbehälters (1) ein mit der Latentwärmespeichermasse (4) gefüllter Kühlkörper (3) angeordnet ist, dass sich innerhalb der Latentwärmespeichermasse (4) ein Temperaturfühler (5) befindet, dass durch den Kühlkörper (3) eine Rohrleitung (6) geführt ist, sowie dass eine Steuerung vorhanden ist, mit deren Hilfe bei Überschreiten der Schmelztemperatur der Latentwärmespeichermasse (4) eine Kühlflüssigkeit durch die Rohrleitung (6) geleitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand eines Lagerbehälters (1) mit einer Latentwärmespeichermasse (4) überzogen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand des Lagerbehälters (1) doppelwandig ausgeführt ist und die Latentwärmespeichermasse (4) zwischen beiden Wandungen angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenwand des Lagerbehälters (1) mit einer Masse beschichtet ist, die aus einer Latentwärmespeichermasse (4) und einer Trägersubstanz, die die Latentwärmespeichermasse (4) einschließt, besteht.