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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen und/oder
Heizen von Schüttgut nach dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Eine
derartige Vorrichtung ist aus der
DE 10 2004 041 375 A1 bekannt.
Derartige Kühl- und/oder Heizvorrichtungen werden beispielsweise
zur Kühlung von Schüttgütern nach Wirbelschichtagglomeration
eingesetzt, wie sie z. B. zur Herstellung für verschiedene
Düngemittel sowie Harnstoff als Vorproduktion von Düngemittel
verwendet werden. Zum Einsatz kommen derartige Kühl- und/oder
Heizvorrichtungen auch bei Pelletierprozessen, bei denen u. a. Feuchtigkeit
zur besseren Verfestigung der Pellets beiträgt. Auch andere
Schüttgüter können eingesetzt sein, die
aus einem Trocknungsprozess insbesondere mit einer gewissen Restfeuchte
austreten und dann beispielsweise gekühlt werden. Zu diesen Schüttgütern
gehört beispielsweise Kristallzucker. Eine solche Kühl-
und/oder Heizvorrichtung kann auch für Kunststoffgranulate
oder Kunststoffpulver sowie deren Vorprodukte wie z. B. Pherephthalsäure zum
Einsatz kommen. Bei nicht völlig frei fließenden Schüttgütern,
die den Wärmetauscher-Rohren zugeführt werden,
können sich bei der bekannten Vorrichtung im Wärmetauscher-Rohrboden
Schüttgutbrücken bilden, die einen Zulauf in einzelne
Wärmetauscher-Rohre beeinträchtigen. Zudem kommt
es, insbesondere dann, wenn die Vorrichtung zum Kühlen eingesetzt
wird, mitunter zu Belägen und Anbackungen an den Innenwänden
der Wärmetauscher-Rohre, was im Einzelfall bis zu einer
Verstopfung der Wärmetauscher-Rohre führen kann.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Kühl-
und/oder Heizvorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzubilden,
dass eine Brückenbildung des Schüttgutes auf dem
oberen Rohrboden und im Ein laufbereich der Wärmetauscher-Rohre
bzw. eine Anlagerung oder ein Anbacken von Schüttgut an
Innenwänden der Wärmetauscher-Rohre praktisch
sicher verhindert ist.
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Diese
Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch
eine Kühl- und/oder Heizvorrichtung mit den im Kennzeichnungsteil
des Anspruches 1 angegebenen Merkmalen.
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Erfindungsgemäß wurde
erkannt, dass durch die Weiterbildung mit dem doppelten Rohrboden
und dem Gaszufuhr-Anschluss erreicht werden kann, dass das Schüttgut
im Bereich oberhalb des Wärmetauscher-Rohrbodens, also
insbesondere im Bereich des Zulauf-Rohrbodens oder auch in einem darüber
liegenden Puffer-Abschnitt, durch die Gaszufuhr aufgelockert bzw.
fluidisiert werden kann. Dies erleichtert den Zulauf des Schüttguts
und verhindert eine Brückenbildung. Die Gaszufuhr kann
zudem dazu dienen, eine Restfeuchte aus dem Schüttgut im Bereich
der Zulaufrohre und des gegebenenfalls darüber angeordneten
Puffer-Abschnitts auszutreiben. Das Gas kann zudem beim Austreten
aus dem Schüttgut Feinanteile mitnehmen, die dann zusammen
mit dem Abgas abgeführt werden. Dies wirkt sich ebenfalls
günstig auf eine Vermeidung von Belägen im Wärmetauscher-Abschnitt
aus. Da über dem Wärmetauscher-Rohrboden noch
ein weiterer Rohrboden, nämlich der Zulauf-Rohrboden, angeordnet ist,
muss der Wärmetauscher-Rohrboden zur Begünstigung
eines Zulaufs des Schüttguts nicht besonders formgestaltet
sein. Dies vereinfacht die Herstellung des Wärmetauscher-Rohrbodens,
insbesondere, soweit der Wärmetauscher-Rohrboden mit den Wärmetauscher-Rohren
verschweißt wird.
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Spalte
nach Anspruch 2 führen zu einer gezielten Verengung im
Bereich des Gasaustritts aus dem Zwischenraum. Dies begünstigt
eine gleichmäßi ge Gasverteilung im gesamten Zwischenraum
und damit einen gleichmäßigen Gasaustritt aus
allen Zulaufrohren, so dass über den gesamten Querschnitt der
Kühl- und/oder Heizvorrichtung ein Anlagern bzw. Anbacken
von Schüttgut wirksam verhindert ist.
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Ein Überdeckungs-Abschnitt
muss nicht zwingend zwischen den Zulaufrohren und den ihnen zugeordneten
Wärmetauscher-Rohren gebildet sein. Nach Anspruch 3 kann
der Spalt auch zwischen den Zulaufrohren und Aufnahmen im Wärmetauscher-Rohrboden
für die Wärmetauscher-Rohre gebildet sein. Dies
kann den konstruktiven Aufbau der Vorrichtung im Bereich des Wärmetauscher-Rohrbodens
vereinfachen. Insbesondere sind Gestaltungen des Gasdurchtritts-Übergangs
möglich, bei denen Zulaufrohre und Wärmetauscher-Rohre
mit identischer Durchmesser-Dimensionierung eingesetzt werden können.
Je nach Gestaltung des Gasdurchtritts-Übergangs kann der
Innendurchmesser der Zulaufrohre kleiner sein, gleich groß sein
oder größer sein als der Innendurchmesser der
Wärmetauscher-Rohre. Ein im Vergleich zum Innendurchmesser
der Wärmetauscher-Rohre kleinerer Innendurchmesser der
Zulaufrohre kann zur Vermeidung von unerwünschten Vorsprüngen
längs der Schüttgutförderung in der Vorrichtung
vorteilhaft sein.
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Spaltweiten
nach Anspruch 4 haben sich als für eine effiziente und
gleichmäßige Gasverteilung besonders günstig
herausgestellt. Bei nicht abgedichtet ineinander gesteckten Rohren
ermöglicht auch eine Spaltweite nahe null, d. h. wenn die
Rohre direkt aneinander anliegen, noch einen Gasdurchtritt.
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Durch
die Maßnahmen nach den Ansprüchen 5 bis 8 wird
eine vorteilhaft niedrige minimale Spaltweite zur Optimierung der
Gasverteilung beim Austritt aus dem Zwischenraum erzielt. Auch andere Varianten
von Gestaltungen von Spalten für den Gasdurchtritts-Übergang,
die dem Fachmann allgemein aus dem Dichtungsbereich bekannt sind,
sind möglich.
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Längen
der Überdeckungs-Abschnitte nach Anspruch 9 begünstigen
ebenfalls eine gleichmäßige Verteilung der Gaszuführung über
sämtliche Zulaufrohre der Kühl- und/oder Heizvorrichtung.
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Eine
Flanschverbindung nach Anspruch 10 erleichtert eine Inspektion und
Reinigung der gesamten Kühl- und/oder Heizvorrichtung.
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Eine
Gasquelle nach Anspruch 11 vermeidet auch dann Schüttgut-Brücken
im Zulaufbereich, wenn das Schüttgut zu derartigen Brücken
neigt.
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Eine
Zwischenraum-Unterteilung nach Anspruch 12 vereinfacht die Bereitstellung
einer definierten Gaszuführung und -verteilung über
den gesamten Querschnitt der Vorrichtung. Die verschiedenen Teil-Zwischenräume
können insbesondere individuell mit Gas beaufschlagt werden.
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Die
Gestaltung des Gasdurchtritts-Übergangs nach Anspruch 13
ist konstruktiv besonders einfach.
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Ein
Zulauf-Rohrboden nach Anspruch 14 kann vergleichsweise leicht und
mit geringem konstruktiven Aufwand gefertigt sein.
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Eine
Verbindung der Zulaufrohr-Endabschnitte nach Anspruch 15 ist kostengünstig
und sicher.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden nachfolgend anhand der Zeichnung näher
erläutert. In dieser zeigen:
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1 schematisch
eine Vorrichtung zum Kühlen und/oder Heizen von Schüttgut,
zum größten Teil im vertikalen Längsschnitt;
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2 schematisch
eine Ausschnittsvergrößerung nach 1 in
der Umgebung eines Zulauf- und eines Wärmetauscher-Rohrbodens;
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3 und 4 schematisch
Querschnitte der Kühl- und/oder Heizvorrichtung auf der
Höhe von Zulaufrohren, wobei zwei Varianten der Unterteilung eines
Zwischenraums in Teil-Zwischenräume dargestellt sind;
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5 bis 7 schematisch
im halbierten Längsschnitt verschiedene Varianten eines
Gasdurchtritts-Übergangs zwischen den unteren Enden von
Zulaufrohren und den oberen Enden von Wärmetauscher-Rohren;
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8 schematisch
eine Aufsicht auf eine Variante eines Zulauf-Rohrbodens, der durch
obere Endabschnitte von Zulaufrohren gebildet ist;
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9 einen
Schnitt gemäß Linie IX-IX in 8;
und
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10 und 11 zwei
weitere Varianten von Zulauf-Rohrböden in einer zu 8 ähnlichen Darstellung.
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Eine
in der 1 insgesamt dargestellte Vorrichtung zum Kühlen
und/oder Heizen von Schüttgut hat einen oberen Puffer-Abschnitt 1,
einen mittleren Wärme-Austausch-Abschnitt 2 und
einen unteren Austrags-Abschnitt 3. Die Abschnitte 1 bis 3 haben jeweils
einen Kreisquerschnitt. Der gehäuseartige, im Wesentlichen
umschlossene Puffer-Abschnitt 1 ist mit einem oberen Zulaufstutzen 4 zur
Zuführung eines zu kühlenden oder zu heizenden
Schüttguts versehen.
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Der
Wärme-Austausch-Abschnitt 2 hat ein Gehäuse 5,
in dessen Innenraum 6 parallel zueinander Wärmetauscher-Rohre 7 jeweils
mit Abstand voneinander angeordnet sind, die im wesentlichen in Schwerkraft-Richtung
verlaufen, die also eine Förderung von Schüttgut
unter Schwerkrafteinfluss erlauben. Der Innenraum 6 ist
also ein Wärmetausch-Raum.
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Typische
Innendurchmesser der Wärmetauscher-Rohre 7 betragen
10 bis 300 mm, vorzugsweise 15 bis 170 mm.
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Benachbart
zum Austrags-Abschnitt 3 mündet in den Innenraum 6 des
Gehäuses 5 des Wärme-Austausch-Abschnitts 2 ein
Zuführ-Stutzen 8 für Wärmeträger-Fluid
ein. Bei dem Wärmeträger-Fluid kann es sich um
Wasser, um Dampf, um ein Wärmeträgeröl
oder um Luft handeln. 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 Wärmetauscher-Rohre 7 schrittweise nach oben
zum Abführ-Stutzen 9 strömt. Der Wärme-Austausch-Abschnitt 2 ist
also für einen Kreuz-Gegen-Strom des Wärme träger-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-F1uid und den Rohren 7 beiträgt.
Die Einfüllung dieser Schüttung 12 in
den Innenraum 6 erfolgt über den Abführ-Stutzen 9;
eine eventuelle Entnahme erfolgt über den Zuführ-Stutzen 8.
Zur Sicherung der Schüttung 12 im Innenraum 6 sind
in den Stutzen 8, 9 herausnehmbare Rückhalte-Siebe 13 angeordnet.
Die Größe der Partikel der Schüttung 12 ist
so, dass diese nach der Herstellung des Wärme-Austausch-Abschnitts 2 in
diesen eingebracht werden können. Die Partikel der Schüttung 12 sind
also kleiner als der Teilungsabstand der Rohre 7. Die Partikel
der Schüttung 12 haben bevorzugt Kugel-, Linsen-
oder Zylinderform.
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Die
Wärmetauscher-Rohre 7 sind oben in einem fest
mit dem Gehäuse 5 verbundenen Wärmetauscher-Rohrboden 14 (vgl. 2)
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
Flanschverbinden 16 bzw. 17.
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Zwischen
dem Wärmetauscher-Rohrboden 14 und einem darüber
liegenden Zulauf-Rohrboden 14a sind den Wärmetauscher-Rohren 7 zugeordnete Zulaufrohre 14b angeordnet,
die nachfolgend noch beschrieben werden.
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Der
Zulauf-Rohrboden 14a ist so ausgestaltet, dass jedes Zulaufrohr 14b einen
sich zum Puffer-Abschnitt 1 hin erweiternden, zum jeweiligen
Zulaufrohr 14b hin also verengenden Zulauf-Trichter 18 aufweist,
wobei benachbarte Trichter 18 so dimensioniert sind, dass
sie sich oben in einer verhältnismäßig
scharfen Kante 19 treffen. Die Zulauf-Trichter 18 haben
einen Öffnungswinkel α, der mindestens 30° und
maximal beispielsweise 180° ist, vorzugsweise aber im Bereich
von 40° bis 120° liegt. Hierdurch wird vermieden,
dass das im Zulauf-Rohrboden 14a zwischen benachbarten
Zulaufrohren 14b Toträume bzw. Totflächen
entstehen, auf denen Schüttgut 20 liegen bleibt,
das insbesondere bei der Entleerung des Wärme-Austausch-Abschnitts 2 nicht
einem Zulaufrohr 14b durch Schwerkraft zugeführt
wird und daher auf dem Zulauf-Rohrboden 14a liegen bleibt. Insbesondere
wenn eine Entleerung nicht erforderlich ist, ist auch ein gerader
Zulauf-Rohrboden 14a mit α = 180° möglich.
Der Wärmetauscher-Rohrboden 14 ist flach, d. h.
mit α = 180°, ausgebildet.
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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 Wärmetauscher-Rohre 7,
also zwischen diesen und dem Schüttgut 20, verbessert
wird. Zur Förderung des Zulaufs kann zudem der Zulauf-Rohrboden 14a gegenüber
dem Wärmetauscher-Rohrboden 14 vibrierend ausgeführt
sein. Zur Vergleichmäßigung des Schüttguts 20 im
Pufferabschnitt 1 kann in diesem zudem ein Rührwerk
angeordnet sein. Am konischen Austrags-Abschnitt 3 können
zudem Austragshilfen für das Schüttgut angebracht
sein wie z. B. pneumatische Klopfer oder Vibratoren und/oder Belüftungskissen
im Konus.
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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 berück sichtigt
wird, da hier immer eine Verzögerung durch Wandreibung
eintritt. Als Austrags-Einrichtung ist eine Zellenradschleuse 22 vorgesehen,
deren Gehäuse 23 über ein Fallrohr 24 mit
dem Austrags-Abschnitt 3 verbunden ist. Die Zellenradschleuse 22 dichtet
den Austrags-Abschnitt 3 im wesentlichen fluiddicht ab.
Im Gehäuse 23 ist ein Zellenrad 25 angeordnet,
das von einem Motor 26 drehantreibbar ist. Der Motor 26 wird
von einem Füllstands-Melder 27 angesteuert, der
wiederum den Füllstand des Schüttguts 20 im
Puffer-Abschnitt 1 erfasst.
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Im
Fallrohr 24 ist eine Leitfläche 28 ausgebildet,
die das Schüttgut 20 aus dem Austrags-Abschnitt 3 zur
aufdrehenden Seite des in Drehrichtung 29 drehangetriebenen
Zellenrades 25 leitet. Der über die Leitfläche 28 gerichtete
Schüttgut-Strom wird daher bereits in vollem Umfang auf
eine Zelle 30 des Zellenrades 25 gerichtet, wenn
die Zelle 30 bei der Drehung in Drehrichtung 29 zum
Fallrohr 24 hin geöffnet wird. Dies stellt einen
gleichmäßigen Abzug des Schüttguts 20 über
den gesamten Zulaufquerschnitt der Zellenradschleuse 22 sicher.
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Auch
andere im wesentlichen fluiddichte Austragsorgane können
anstelle der Zellenradschleuse 22 eingesetzt werden. Derart
alternative Austragsorgane sind beispielsweise eine Doppelklappenschleuse
oder eine Förderschnecke, in der das Produkt zur Erzielung
einer Fluid-Abdichtung verdichtet werden kann. Eine weitere Variante
eines Austragsorgans ist ein langes Fallrohr mit einem angeordneten
Dosierschieber. In diesem Fall kann das Schüttgut im Fallrohr
die im wesentlichen fluidabdichtende Wirkung übernehmen.
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Über
den Wärmetauscher-Rohrboden 14 sind, wie oben
schon erwähnt, die oberen Enden der Wärmetauscher-Rohre 7 miteinander
verbunden. Die Wärmetauscher-Rohre 7 sind fluiddicht
mit dem Wärmetauscher-Rohrboden 14 verschweißt.
Alternativ können die Wärmetauscher-Rohre 7 in
den Wärmetauscher-Rohrboden 14 eingelötet
oder eingewalzt sein. Über den Zulauf-Rohrboden 14a sind
die Zulaufrohre 14b miteinander verbunden. Die Zulaufrohre 14b sind
in hierzu korrespondierende Öffnungen im Zulauf-Rohrboden 14a eingesetzt.
Hierbei können die Zulaufrohre 14b fluiddicht
in den Zulauf-Rohrboden 14a eingesetzt sein. Dies ist jedoch
nicht zwingend. Die Verbindungsstellen zwischen den Zulaufrohren 14b und
dem Zulauf-Rohrboden 14a können so gestaltet sein,
dass ein gewisser Gasdurchgang durch diese Verbindungsstellen möglich
ist. Auch eine Verbindung über eine Presspassung ist möglich. Es
können also die Zulaufrohre 14b in einen demgegenüber
erwärmten Zulauf-Rohrboden 14a eingesetzt werden,
so dass sich nach dem Abkühlen des Zulauf-Rohrbodens 14a die
gewünschte Presspassung einstellt.
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Die 2 zeigt
drei alternativ mögliche Varianten von Einsteck-Anordnungen
der Zulaufrohre 14b in die ihnen zugeordneten Wärmetauscher-Rohre 7.
Bei den in der 2 links dargestellten drei Steckverbindungen
mit zwischenliegendem Spalt 31 verlaufen die Wärmetauscher-Rohre 7 und
die Zulaufrohre 14b in einem Überdeckungs-Abschnitt 32 gerade.
Bei der Ausführung nach 2 ist der Überdeckungs-Abschnitt 32 ein
Rohrabschnitt. Bei der in der 2 ganz rechts
dargestellten Steckverbindung liegt ein Überdeckungs-Abschnitt 33 vor,
der länger ist als der Überdeckungs-Abschnitt 32.
Ein unteres Ende 34 des Zulaufrohrs 14b ist im Überdeckungs-Abschnitt 33 konisch
aufgeweitet, so dass ein dort vorliegender Spalt 35 zwischen
dem Zulaufrohr 14b und dem Wärmetauscher-Rohr 7 gegenüber
dem sonstigen Abstand des Zulaufrohrs 14b zum Wärmetauscher-Rohr 7 in
seiner Weite verringert ist. Das in der 2 zweite
Zulaufrohr 14b von rechts zeigt eine weitere Variante eines Überdeckungs- Abschnitts 36.
Letzterer ist gegenüber dem Überdeckungs-Abschnitt 33 nochmals
verlängert. Ein unteres Ende 37 des Zulaufrohrs 14b ist
im Überdeckungs-Abschnitt 36 in mindestens einem
Ausbauchungsabschnitt 38 aufgeweitet. Hierdurch wird ein Spalt 39 zwischen
dem Zulaufrohr 14b und dem Wärmetauscher-Rohr 7 im
Bereich des Überdeckungs-Abschnitts 36 gegenüber
dem sonstigen Abstand zwischen den beiden Rohren 7, 14b im Überdeckungs-Rohrabschnitt 36 in
seiner Weite verringert. Auch mehr als ein derartiger Ausbauchungsabschnitt 38 kann
vorgesehen sein. Die Zulaufrohre 14b haben einen kleineren
Durchmesser als die Wärmetauscher-Rohre 7, so
dass die Zulaufrohre 14b in den Überdeckungs-Abschnitten 32, 33, 36 in
die Wärmetauscher-Rohre 7 eingesteckt sind.
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Die
Spalte 31, 35, 39 haben eine mittlere Weite
im Bereich zwischen 0 und 15 mm. Bevorzugt sind mittlere Weiten
im Bereich 0 und 5 mm, zwischen 0 und 3 mm und zwischen 0 und 1
mm. Die Weite wird dabei um den Umfang der ringförmigen Spalte 31, 35, 39 gemittelt.
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Die Überdeckungs-Abschnitte 32, 33, 36 haben
längs der Rohre 7, 14b eine Länge
zwischen 1 und 1.000 mm, wobei Längen der Überdeckungs-Abschnitte 32, 33, 36 zwischen
10 und 500 mm, insbesondere zwischen 50 und 500 mm, bevorzugt sind.
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Die
Spalte 31, 35, 39 bilden Gasdurchtritts-Übergänge.
In eine als Blech ausgeführte Mantelwand 40, die
oberhalb des Gehäuses 5 angeordnet ist, mündet
ein Gaszufuhr-Anschlussstutzen 41 zur Zufuhr von Gas von
einer schematisch dargestellten Gasquelle 42 ein. Über
den Gaszufuhr-Anschlussstutzen 41 kann Gas einem Zwischenraum 43 zugeführt
werden, der nach oben begrenzt ist vom Zulauf-Rohrboden 14a,
nach unten begrenzt ist vom Wärmetauscher-Rohrboden 14 und
seitlich begrenzt ist von den Zulaufrohren 14b bzw. der
Mantelwand 40. Bei dem Gas handelt es sich insbesondere
um Luft, die vorzugsweise vorgetrocknet ist. Anstelle von Luft kann
als Gas auch beispielsweise Stickstoff, Offgas, also Stickstoff
mit Verunreinigungen wie z. B. Kohlenwasserstoffen, oder Kohlendioxid
eingesetzt werden. Das Gas kann insbesondere in einem vorzugsweise
geschlossenen Kreislauf, z. B. zur Aufbereitung, geführt
werden. Die im Längsschnitt der 2 dargestellten
Teile des Zwischenraums 43 stehen alle miteinander um die
Zulaufrohre 14b herum in Fluidverbindung. Die Gasquelle 42 kann
derart angesteuert werden, dass sie Gas dem Zwischenraum 43 über
den Gaszufuhr-Anschlussstutzen 41 pulsierend zuführt.
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In
den Überdeckungs-Abschnitten 32, 33 und 36 kommunizieren
die unteren Enden der Zulaufrohre 14b mit den oberen Enden
der Wärmetauscher-Rohre 7. Am durch die Spalte 31, 35, 39 gebildeten Übergang
ist ein Durchtritt des über den Gaszufuhr-Anschlussstutzen 41 zugeführten
Gases vom Zwischenraum 43 ins Innere der Zulaufrohre 14b möglich.
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Der
Weg des von der Gasquelle 42 dem Gaszufuhr-Anschlussstutzen 41 zugeführten
Gases (vgl. Richtungspfeil 44) ist wie folgt: Zunächst
tritt das Gas vom Gaszufuhr-Anschlussstutzen 41 in den
Zwischenraum 43 ein und verteilt sich dort, so dass alle Zulaufrohre 14b von
Gas mit in guter Näherung dem gleichen Druck umgeben sind.
Dann strömt das Gas, wie in 2 durch
Pfeile 45 verdeutlicht, nach unten und dann, wie durch
Pfeile 46 verdeutlicht, durch die Spalte 31 oder,
wie bei den anderen beiden Ausführungsformen, durch die
Spalte 35 und 39. Da der Austrags-Abschnitt 3 und
damit auch die Wärmetauscher-Rohre 7 nach unten
hin im wesentlichen fluiddicht abgeschlossen sind, nämlich über
das Schüttgut in den Wärmetauscher-Rohren 7 und
im Austrags-Abschnitt 3 sowie über die Zellenradschleuse 22,
strömt das Gas nach dem Durchtritt durch die Spalte 31 bzw. 35, 39 nach
oben durch die Zulaufrohre 14b und den Puffer-Abschnitt 1.
Das durch das Schüttgut 20 von unten nach oben
strömende Gas ermöglicht eine Auflockerung sowie
bei vorhandener Feuchte eine Trocknung des Schüttguts 20.
Das nunmehr feuchte Gas kann den Puffer-Abschnitt 1 dann über
einen Abgas-Stutzen 47 verlassen.
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Der
Zulauf-Rohrboden 14a ist mit dem Wärmetauscher-Rohrboden 14 über
eine Flanschverbindung 48 lösbar verbunden. Hierdurch
kann der Zulauf-Rohrboden 14a zusammen mit den mit diesem verbundenen
Zulauf-Rohren 14b vom Wärmetauscher-Rohrboden 14 nach
Lösen der Flanschverbindung 48 abgenommen werden.
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Anstelle
eines einzigen Gaszufuhr-Anschlussstutzens 41 können
auch mehrere Gaszufuhr-Anschlussstutzen vorgesehen sein, die beispielsweise
untereinander über eine Ringleitung in Verbindung stehen,
die die Mantelwand 40 außen umgibt. Beispielsweise
können drei oder vier in Umfangsrichtung um die Mantelwand 40 gleich
verteilte Gaszufuhr-Anschlussstutzen 41 vorgesehen sein. Dies
reduziert einen Gasdruckgradienten im Zwischenraum 43 über
den Querschnitt des Zulauf-Rohrbodens 14a praktisch auf
null.
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Soweit
mehrere Gaszufuhr-Anschlussstutzen vorgesehen sind, kann der Zwischenraum 43 auch
entsprechend der Anzahl der Gaszufuhr-Anschlussstutzen unterteilt
sein, wobei jeder Teil-Zwischenraum dann mit einem der Gaszufuhr-Anschlussstutzen
kommuniziert. Jeder Teil-Zwischenraum hat dann eine separate Gaszuführung.
In diesem Fall kann, wie dies bei Austragsflüssen bei Schüttgutbehältern
bekannt ist, ein permanenter Gasstrom bezogen auf den Gesamtquerschnitt
der Kühl- und/oder Heizvorrichtung bei gleichzeitigen Pausenzeiten
in einzelnen Segmenten aufrechterhalten werden. Zudem kann die Gasbeaufschlagung
der Teil-Zwischenräume individuell angesteuert werden, was
die Möglichkeiten der Steuerung des Gasflusses im Zulaufbereich
erweitert. Schließlich erleichtert eine Unterteilung des
Zwischenraums 43 in Teil-Zwischenräume eine gleichmäßige
Gasverteilung über den Querschnitt der Kühl- und/oder
Heizvorrichtung. Bei individueller Gas-Beaufschlagung können
einzelne Teil-Zwischenräume mit Gas beaufschlagt sein und
andere nicht. Dies kann für eine gezielte Beeinflussung
des Strömungsverhaltens innerhalb der Kühl- und/oder
Heizvorrichtung über deren Querschnitt genutzt werden.
Die Teil-Zwischenräume können, abgesehen von Zuleitungsabschnitten,
im Wesentlichen konzentrisch zueinander angeordnet oder sektorförmig
geformt sein.
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3 zeigt
eine konzentrische Unterteilung des Zwischenraums 43 in
Teil-Zwischenräume 43a, 43b und 43c.
Dem innersten Teil-Zwischenraum 43a ist ein Gaszufuhr-Anschlussstutzen 41a zugeordnet. Dem
mittleren Teil-Zwischenraum 43b ist ein Gaszufuhr-Anschlussstutzen 41b zugeordnet.
Dem äußeren Teil-Zwischenraum 43c ist
ein Gaszufuhr-Anschlussstutzen 41c zugeordnet.
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4 zeigt
eine sektorförmige Unterteilung des Zwischenraums 43 mit
vier Teil-Zwischenräumen 43a bis 43d,
die die vier Quadranten des kreisförmigen Querschnitts
der Vorrichtung 1 abdecken. Der Teil-Zwischenraum 43a umschließt
dabei als einziger Teil-Zwischenraum das zentral längs
der Mittel-Längs-Achse verlaufende Zulaufrohr 14b.
Den Teil-Zwischenräumen 43a bis 43d sind
Gaszufuhr-Anschlussstutzen 41a bis 41d zugeordnet.
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Die 5 bis 7 zeigen
weitere Varianten konstruktiver Ausführungen der Wärmetauscher-Rohre 7 und
der Zulaufrohre 14b im Bereich des Wärmetauscher-Bodens 14.
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In
der 5 ist dargestellt, dass zur Schaffung eines Spalts 49 als
Gasdurchtritts-Übergang das Wärmetauscher-Rohr 7 im
Bereich eines Überdeckungs-Abschnitts 50 aufgeweitet
ist. Die Axialerstreckung des Überdeckungs-Abschnitts 50 entspricht
dabei in etwa der Stärke des Wärmetauscher-Rohrbodens 14.
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Bei
der Ausführung nach 6 wird ein
Gasdurchtritts-Übergang durch einen Spalt 51 auf
Höhe des Wärmetauscher-Rohrbodens 14 gebildet.
Hierbei wird der Wärmetauscher-Rohrboden 14 genutzt, um
in einem Überdeckungs-Abschnitt 52, in dem das Zulaufrohr 14b in
den Wärmetauscher-Rohrboden 14 gesteckt ist, eine Überdeckung
und damit den Spalt 51 zwischen dem Zulaufrohr 14b und
dem Wärmetauscher-Rohrboden 14 zu realisieren.
Die Wärmetauscher-Rohre 7 sind bei der Ausführung
nach 6 in den Wärmetauscher-Rohrboden 14 so
eingeschweißt, dass die oberen Enden der Wärmetauscher-Rohre 7 gegenüber
den ihnen zugeordneten Öffnungen im Wärmetauscher-Rohrboden 14 nach unten
versetzt sind. Dieser Versatz ermöglicht es, das dem jeweiligen
Wärmetauscher-Rohr 7 zugeordnete Zulaufrohr 14b von
oben in eine Aufnahme des Wärmetauscher-Rohrbodens 14 stecken
zu können. Bei der Variante nach 6 ist der
Außendurchmesser des Zulaufrohrs 14b geringer
als der Innendurchmesser der zugehörigen Aufnahme im Wärmetauscher-Rohrboden 14,
so dass der Spalt 51 entsteht. Zur Realisierung des Spalts 51 sind
zudem die einander zugewandten Enden der Rohre 7, 14b voneinander
definiert beabstandet, so dass zwischen diesen Enden ein Gasdurchtritts-Übergang
vorliegt.
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In
der 6 ist gestrichelt eine weitere Variante des Zulaufrohrs 14b dargestellt,
dessen Außendurchmesser größer ist als
der Innendurchmesser der Aufnahme im Wärmetauscher-Rohrboden 14 für das
Wärmetauscher-Rohr 7. Das untere Ende des Zulaufrohrs 14b ist
von der ihm zugewandten Oberseite des Wärmetauscher-Rohrbodens 14 definiert so
beabstandet, dass ein Spalt 53 entsteht, der bei dieser
Variante den Gasdurchtritts-Übergang bildet. Bei der in
der 6 gestrichelt dargestellten Variante liegt im
Gegensatz zu den anderen dargestellten Varianten kein axialer Überdeckungs-Abschnitt
zwischen dem Zulaufrohr 14b einerseits und dem ihm zugeordneten
Wärmetauscher-Rohr 7 bzw. dem Wärmetauscher-Rohrboden 14 andererseits
vor.
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Bei
der Ausführung nach 7 hat der
Wärmetauscher-Rohrboden 14 eine gestufte Aufnahme 54 für
die Rohre 7, 14b. In einem oberen Abschnitt der
Aufnahme 54 hat diese einen vergrößerten Durchmesser,
der insbesondere größer ist als der Außendurchmesser
des zugeordneten Zulaufrohrs 14b, so dass hier ein Spalt 55 zwischen
dem Zulaufrohr 14b und dem Wärmetauscher-Rohrboden 14 entsteht.
Bei der Ausführung nach 7 kann für
das Wärmetauscher-Rohr 7 der gleiche Rohrtyp mit
den gleichen Durchmesser-Dimensionen eingesetzt werden wie für
das Zulaufrohr 14b.
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Anstelle
einer Erweiterung von Zulaufrohren 14b zur Verringerung
der Spaltweite, wie im Zusammenhang mit den Ausführungen
mit den Spalten 35 und 39 beschrieben, kann zur
Verringerung der Spaltweite zwischen dem Zulaufrohr 14b und
dem diesen zugeordneten Wärmetauscher-Rohr 7 das obere
Ende eines Wärmetauscher-Rohres 7 im Überdeckungs-Abschnitt
mit dem diesem zugeordneten Zulaufrohr 14b verengt sein.
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Zulauf-Öffnungen 55 des
Zulauf-Rohrbodens 14a können auf zueinander konzentrischen Teilkreisen
um eine zentrale Mittel-Längsachse des Gehäuses 5 angeordnet
sein. Alternativ ist es beispielsweise möglich, die Zulauf-Öffnungen 55 des Zulauf-Rohrbodens 14a als
hexagonal dichteste Packung anzuordnen. Auch Dreiecks-Anordnungen,
z. B. eine 30°-Dreiecks-Anordnung der Zulauf-Öffnungen 55 des
Zulauf-Rohrbodens 14a sind möglich. Auch Anordnungen
der Zulauf-Öffnungen 55 in einem quadratischen
oder rechteckigen Raster sind möglich.
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Im
Falle einer hexagonalen, dreieckigen, rechteckigen oder quadratischen
Anordnung kann der Zulauf-Rohrboden 14a auch aus zulaufseitigen Endabschnitten
der Zulaufrohre 14b, die an ihrem oberen Ende hexagonal,
dreieckig, rechteckig oder quadratisch aufgeweitet und miteinander
verschweißt sind, bestehen. Dies ist in den 8 und 9 am
Beispiel einer hexagonalen Anordnung der Zulaufrohre 14b zueinander
schematisch dargestellt. Die Zulaufrohre 14b sind jeweils
in ihrem oberen Endabschnitt 56 hexagonal aufgeweitet.
Einander benachbarte obere Kantenbereiche 57 sind miteinander verschweißt,
wie in der 8 durch eine Schweißnaht
angedeutet.
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10 zeigt
entsprechend in einer zu 8 ähnlichen Darstellung
eine quadratische Anordnung der Zulaufrohre 14b mit Endabschnitten 56 und
Kantenbereichen 57, die in ihrer Funktion den entsprechenden
Komponenten der Ausführung nach den 8 und 9 entsprechen.
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11 zeigt
entsprechend in einer zu 8 ähnlichen Darstellung
eine dreieckige Anordnung der Zulaufrohre 14b mit Endabschnitten 56 und
Kantenbereichen 57, die in ihrer Funktion den entsprechenden
Komponenten der Ausführung nach den 8 und 9 entsprechen.
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Die
Zulaufrohre 14b können, falls ein separater Zulauf-Rohrboden 14a eingesetzt
wird, in den Zulauf-Rohrboden 14a eingeschweißt
sein. Alternativ können die Zulaufrohre 14b in
den Zulauf-Rohrboden 14a eingeklebt, eingelötet,
eingewalzt oder eingepresst sein.
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Der
Zulauf-Rohrboden 14a und die Zulaufrohre 14b müssen
nicht aus Stahl gefertigt sein, wie dies für den Wärmetauscher-Rohrboden 14 und
die Wärmetauscher-Rohre 7 bevorzugt ist. Der Zulauf-Rohrboden 14a und
die Zulaufrohre 14b können alternativ auch aus
Kunststoff, Aluminium oder anderen Nichteisenmetallen gefertigt
sein. Weiterhin können der Zulauf-Rohrboden 14a und
die Zulaufrohre 14b aus gesinterten Materialien wie z.
B. Sintermetallen oder gesinterten Kunststoffen gefertigt sein.
Dies ermöglicht, insbesondere durch das Sintermaterial, eine
gleichmäßige Gaszufuhr und verhindert Anbackungen
des Schüttguts 20.
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Der
Zulauf-Rohrboden 14a und die Zulaufrohre 14b haben
eine Oberflächenrauhigkeit Ra, die geringer ist als 2,0 μm
und vorzugsweise geringer ist als Ra = 0,8 μm. Dies verringert
die Gefahr eines Anhaftens von Schüttgut 20 an
den Innenwänden der Zulaufrohre 14b. Entsprechend
kann auch die Oberflächenrauigkeit Ra der Wärmetauscher-Rohre 7 geringer
sein als 2,0 μm und vorzugsweise geringer sein als Ra =
0,8 μm. Bei den Zulaufrohren 14b und den Wärmetauscher-Rohren 7 kann
es sich um nahtlose Rohre oder auch um geschweißte Rohre
handeln.
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Die über
die Gasquelle 42 den Zulaufrohren 14b und den
darüber liegenden Puffer-Abschnitt 1 zugeführte
Gasmenge ist insbesondere so hoch, dass das Schüttgut 20 über
den Querschnitt der Zulaufrohre 14b bzw. im Einlaufbereich
der Zulaufrohre 14b, also im Bereich der Zulauföffnungen 49,
fluidisiert wird. Die Gasmenge kann sogar so hoch sein, dass das
gesamte im Puffer-Abschnitt 1 befindliche Schüttgut 20 fluidisiert
wird. Da die Zulaufrohre 14b einen kleineren Querschnitt
haben als die Wärmetauscher-Rohre 7, ist die Geschwindigkeit
des Gases durch die Zulaufrohre 14b erhöht. Die
eingespeisten Gasmengen können je nach Schüttgut
bezogen auf die Leerrohrgasgeschwindigkeit in den Zulaufrohren 14b bzw.
bezogen auf die Leerrohrgasgeschwindigkeit im Puffer-Abschnitt 1 zu
einer Gasgeschwindigkeit führen, die das bis zu 20fache,
bevorzugt das bis zu 10fache, noch mehr bevorzugt das bis zu 5fache der
Minimalfluidisationsgeschwindigkeit des Schüttguts 20 betragen.
Durch die hohe Gasgeschwindigkeit wird insbesondere die Bildung
von Schüttgutbrücken im Bereich der Zulauföffnungen 49 verhindert. Dieser
Verhinderung dient auch die pulsierende Gaszufuhr über
die Gasquelle 42. Bei der Pulsation wird die zugeführte
Gasmenge variiert. Die zugeführte Gasmenge kann insbesondere
intermittierend unterbrochen werden, so dass der Zwischenraum 43 mit Druckstößen
beaufschlagt wird. Auch eine kontinuierliche Gaszufuhr ist möglich.
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Neben
einer Vortrocknung des Gases kann dieses auch temperiert werden,
um den Gasstrom zum Kühlen oder aber zum Heizen des Schüttguts 20 im
Bereich der Zulaufrohre 14b bzw. im Puffer-Abschnitt 1 zu
nutzen.
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Wie
in der
DE 10 2004
041 375 A1 beschrieben, kann am Austrags-Abschnitt
3 auch
eine Gaszufuhr angeschlossen sein. Durch diese zusätzliche Gaszufuhr
kann im Bereich der Zulaufrohre
14b eine gezielte Druckeinstellung
vorgegeben werden. Insbesondere kann sichergestellt werden, dass
Gas, welches über den Gaszufuhr-Anschlussstutzen
41 zugeführt
wird, im Wesentlichen vollständig durch die Zulaufrohre
14b nach
oben und damit vollständig durch das Schüttgut
20 im
Puffer-Abschnitt
1 geleitet wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102004041375
A1 [0002, 0063]