DE102014009279A1 - Improved melting chamber for snow - Google Patents
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- E01H5/102—Self-contained devices for melting dislodged snow or ice, e.g. built-in melting chambers, movable melting tanks
Abstract
Die vorliegende Erfindung bietet erstmals eine Schmelzkammer, bei der Schnee im Gegenstrom zu heißen Gasen separat geführt, zu Wasser geschmolzen und in kontinuierlicher Stromführung direkt ausgeleitet wird. Durch Wärmespeicher im Bereich der Wärme-Übertragung können Wärmespitzen und variierende Energie-Einträge kompensiert, genutzt und Schnee bedeutend schneller und wirksamer geschmolzen werden. Durch die gesteigerte Effektivität und Effizienz wird das Aufschmelzen von Schnee gewerblich und wirtschaftlich erstmals zu akzeptabelem Preis verwertbar.The present invention provides for the first time a melting chamber in which snow is fed separately in countercurrent to hot gases, melted to water and discharged directly in continuous flow. By heat storage in the field of heat transfer heat peaks and varying energy inputs can be compensated, used and snow significantly faster and more effective melted. Due to the increased efficiency and efficiency, the melting of snow becomes commercially and economically exploitable for the first time at an acceptable price.
Description
TECHNISCHER BEREICHTECHNICAL PART
Die vorliegende Erfindung betrifft Schmelzkammern gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche und ist im Bereich der Schnee-räum- und -schmelz-geräte angesiedelt.The present invention relates to melting chambers according to the preamble of the independent claims and is located in the field of snow clearing and melting devices.
Auf den Erfinder gehen die in den Dokumenten
Bei der praktischen Umsetzung zeigte sich jedoch, dass viele der im Stand der Technik etablierten Ansätze und vorgeschlagenen Bauweisen als Schmelzkammer für einen kontinuierlichen Stoffstrom zu langsam oder vom Energieaufwand her zu teuer sind.In practice, however, it has been found that many of the prior art approaches and proposed designs as a melting chamber are too slow for a continuous flow or too expensive in energy terms.
So sind im allgemeinen, technischen Bereich der Schneeräumgeräte Ansätze bekannt, in denen die zu räumende Fläche direkt mit Wärme bestrahlt und mit aufgewärmt wird. Solche Ansätze finden sich in Dokumenten wie die der
Aus der
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIKDESCRIPTION OF THE PRIOR ART
Gattungsgemäße Baugruppen sind in ihrer Konstruktion auf das Schmelzen des Schnees in Kammern im Gegenstrom zu heißen Gasen ausgerichtet. Die
Die
Bei der praktischen Umsetzung im Rahmen der Konstruktion eines Prototyps einer Schnee-Räum- und -Schmelz-Maschine erwies sich gerade die letzte Maßnahme, nämlich das Zuführen/Rückführen von Schmelzwasser in die innere Kammer einer Schmelzkammer, als extrem nachteilig: Die Schmelzleistung in einem mit Schnee befüllten, doppelwandigen Metallbehälter, dessen hohle Wand mit Heißgas beaufschlagt wurde, brach um etwa 30% ein. Weiterhin stellte sich das Einleiten von Heißgasen in intern gewendelte Heizrohre als gleichfalls wenig hilfreich heraus: Während Schnee im direkten Kontakt mit dem Heizrohr regelrecht verkochte, kompaktierte Schnee in einem Abstand von wenigen Zentimetern unter Wasseraufnahme zu grobkristallin feuchtem Pulver, welches kaum noch schmolz.In the practical implementation in the context of the construction of a prototype of a snow clearing and melting machine proved just the last measure, namely the supply / return of melt water into the inner chamber of a melting chamber, as extremely disadvantageous: The melting performance in one with Snow-filled, double-walled metal containers, whose hollow wall was supplied with hot gas, collapsed by about 30%. Furthermore, the introduction of hot gases in internally coiled heating tubes turned out to be equally unhelpful: While snow in direct contact with the heating tube literally overcooked compacted snow at a distance of a few centimeters under water absorption to coarse-crystalline wet powder, which hardly melted.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es daher, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine verbesserte Schmelzkammer für Schnee bereitzustellen, welche trotz eines möglichst niedrig gehaltenen Energieverbrauchs eine zügige und effiziente Aufschmelzung bereitzustellen vermag.The object of the present invention was therefore to overcome the disadvantages of the prior art and to provide an improved melting chamber for snow, which despite a very low energy consumption as possible can provide a rapid and efficient melting.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt gemäß der Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen sowie der nachfolgenden Beschreibung.The solution of this object is achieved according to the features of the independent claims. Advantageous embodiments will become apparent from the dependent claims and the following description.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNGSUMMARY OF THE INVENTION
Erfindungsgemäß ist die verbesserte Schmelzkammer für Schnee, in welche über eine oberseitige Öffnung ein Schneestrom in eine Kammer einleitbar, im Gegenstrom zu heißen Gasen mit Wärme beaufschlagbar und geschmolzener Schnee über mindestens einen unterseitig in einem Abfluss-Bereich (c) angeordneten Abfluss ausleitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass
- – Schneestrom und heiße Gase durch eine zumindest abschnittsweise metallisch wärmeleitende Wand durchgehend getrennt sind und
- – ein Einleitungsbereich (a, b) des heißen Gases direkt im Gegenstrom zum Abflussbereich (c) angeordnet ist.
- - Snow flow and hot gases are continuously separated by an at least partially metallic heat-conducting wall and
- - An inlet region (a, b) of the hot gas is arranged directly in counterflow to the discharge region (c).
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG UND VORTEILHAFTER MERKMALEDESCRIPTION OF THE INVENTION AND ADVANTAGEOUS CHARACTERISTICS
Durch die durchgehende Trennung von heißem Gas und Schnee wird allein Wärme an den Schnee im Inneren der Kammer abgegeben, welcher dadurch geschmolzen wird. Der geschmolzene Schnee fließt direkt über den Abfluss der inneren Kammer ab. Durch die Einleitung des heißen Gases im Abflussbereich ist sichergestellt, dass der Abfluss nicht abkühlen kann; der Abfluss wird durch diese konstruktive Maßnahme stets die höchste Temperatur aufweisen. Mit solcher konstruktiven Ausrichtung wurden erheblich schnellere und zügigere Aufschmelzungs-Geschwindigkeiten erzielt. Die Erfinder gehen davon aus, dass in den etablierten Vorrichtungen durch das direkte Einleiten von Heißgas/Abgas in ein Schnee-Wasser-Gemisch Energie auf mehreren Ebenen unnütz verschwendet wird: Zum einen schirmt Wasser den Schnee thermisch gegen Wärme ab. Das schlechter Wärme leitende Wasser lässt nur einen stark verminderten Wärmefluss in das Eis zu und Wärme wird nicht vollständig genützt; weiterhin wird das Wasser bei sehr heißen und/oder trockenen Heißgasen zusätzlich verdampft, wodurch erhebliche Wärme-Anteile für den Wechsel des Aggregatzustandes verschwendet werden. Dies vermag schlüssig zu erklären, warum das erneute Zuführen von Schmelzwasser in einen Schmelzbehälter die Schmelzleistung zusammenbrechen ließ und warum nahe zu sehr heißen Heizschlangen Schnee nass kompaktierte und kaum aufschmolz. Gerade den letzten Effekt machen die Erfinder für die beobachteten Nachteile bei Abflüssen außerhalb einer beheizten Zone verantwortlich: Eine Schmelzkammer aus üblicher, rostfreier Legierung, bei der eine Erwärmung nicht direkt und im Gegenstrom am Abfluss erfolgt, wird Schnee und Wasser im Abflussbereich ansammeln. Die Schmelzleistung wird hier wie vorbeschrieben verschlechtert. Vor diesem Hintergrund kann sinnvoll erklärt werden, wieso das Erwärmen direkt und im Gegenstrom am Abfluss einen erheblichen Leistungssprung bietet: Kontinuierlich und direkt an Eis weitergeleitet kann Wärme hier erstmals eine direkte Aufschmelzung bewirken, wobei entstehendes Wasser umgehend über einen heißen Abfluss ausgeleitet wird. Kalte oder nasse Zonen mit feucht kompaktierendem Schnee können so nicht mehr im Zuflussbereich des Abflusses entstehen und die Schmelzleistung vermindern.Through the continuous separation of hot gas and snow alone heat is released to the snow inside the chamber, which is thereby melted. The melted snow flows directly over the drain of the inner chamber. The discharge of hot gas into the discharge area ensures that the drain can not cool down; the drain will always have the highest temperature due to this structural measure. With such structural alignment, significantly faster and faster reflow speeds have been achieved. The inventors assume that energy is superfluously wasted on several levels in the established devices by the direct introduction of hot gas / exhaust gas into a snow-water mixture: On the one hand, water shields the snow thermally against heat. The poorly heat-conducting water only allows a greatly reduced heat flow into the ice and heat is not fully utilized; Furthermore, the water is additionally vaporized in the case of very hot and / or dry hot gases, as a result of which considerable amounts of heat are wasted for changing the state of aggregation. This can conclusively explain why the re-feeding of melt water into a melting tank caused the melting performance to collapse and why snow, close to very hot heating coils, wet-compacted snow and hardly melted. Just the last effect, the inventors for the disadvantages observed in drains outside a heated zone responsible: A melting chamber of conventional, stainless alloy, in which a heating is not directly and counter-current at the outflow, snow and water will accumulate in the discharge area. The melting performance is deteriorated here as described above. Against this background, it can be reasonably explained why heating directly and in countercurrent at the outflow offers a considerable leap in performance: Heat can be passed on directly to ice here for the first time, causing direct melting, whereby the resulting water is immediately discharged through a hot drain. Cold or wet zones with moist compacting snow can no longer form in the inflow area of the drain and reduce the melting performance.
Erfindungsgemäß weist die verbesserte Schmelzkammer für Schnee, in welche über eine oberseitige Öffnung ein Schneestrom in eine Kammer einleitbar, im Gegenstrom zu heißen Gasen mit Wärme beaufschlagbar und geschmolzener Schnee über mindestens einen unterseitig in einem Abfluss-Bereich (c) angeordneten Abfluss ausleitbar ist, daher die konstruktiven Merkmale auf, dass Schneestrom und heiße Gase durchgehend getrennt sind. Mithin sind mindestens zwei getrennte Volumina gegeben, in denen zum einen Wärme von unten nach oben geführt wird, während im anderen Volumen, der inneren Kammer, Schnee von oben nach unten geführt und als Wasser richtungsgleich zur Schwerkraft abschließend ausgeleitet wird. Der Übergang der Wärme von dem äußeren Volumen in das Innere der Kammer erfolgt durch eine zumindest abschnittsweise metallisch wärmeleitende Wand. Besonders bevorzugt erfolgt die Durchleitung der Wärme über extrem gut Wärme leitende Strukturen wie Kupferbleche und/oder Verbundstrukturen mit gerichteten, metallisch Wärme leitenden Verstärkungsfasern.According to the invention, the improved melting chamber for snow, into which a snow stream can be introduced into a chamber via an upper-side opening, countercurrent to hot gases can be acted upon with heat, and molten snow can be diverted via at least one outflow arranged on the underside in an outflow region (c) the design features that snow stream and hot gases are separated throughout. Thus, at least two separate volumes are given, in which on the one hand heat is conducted from bottom to top, while in the other volume, the inner chamber, snow is passed from top to bottom and discharged as water directionally equal to gravity final. The transition of the heat from the outer volume into the interior of the chamber takes place through an at least partially metallic heat-conducting wall. Particularly preferably, the heat is transmitted via extremely well-conducting structures such as copper sheets and / or composite structures with directional, metallically heat-conducting reinforcing fibers.
Durch Anordnen des Einleitungsbereiches (a, b) des heißen Gases direkt im Gegenstrom zum außenseitigen Abflussbereich (c) der inneren Kammer ist sichergestellt, dass der Abfluss stets die heißeste Stelle des Schneestromes bietet und sich keine Wasser-Schnee-Gemische dort aufstauen können. Es versteht sich, dass der Abfluss dabei auch die tiefste und am weitesten unten liegende Stelle des Schneestromes bildet, sodass Wasser kontinuierlich abfließen kann. Rückhalte-Einrichtungen wie zum Beispiel Siebe oder Querstreben können dabei vorteilhaft sicherstellen, dass abflussseitig zum Abfluss kein Schnee mehr vorliegt. Bevorzugt werden Fremdkörper oder Verunreinigungen zuflussseitig zur Schmelzkammer und/oder zuflussseitig zum Abfluss der inneren Kammer über eine Körperfalle entfernt und in separatem Körper-Strom abgetrennt.By arranging the introduction region (a, b) of the hot gas directly in countercurrent to the outside outflow region (c) of the inner chamber, it is ensured that the outflow always provides the hottest part of the snow stream and no water-snow mixtures can accumulate there. It goes without saying that the drain also forms the deepest and lowest point of the snow stream, so that water can flow away continuously. Retention facilities such as screens or crossbars can advantageously ensure that there is no more snow on the discharge side to the outflow. Preferably, foreign bodies or contaminants are removed on the inflow side to the melting chamber and / or on the inflow side to the outflow of the inner chamber via a body trap and separated in a separate body stream.
Bevorzugt ist die Schmelzkammer dadurch gekennzeichnet, dass
- – ein mit Abstand umschließend angeordneter Mantel einen Spaltraum zur inneren Kammer ausbildet, wobei der Spaltraum in Strömungsrichtung des heißen Gases betrachtet unterseitige Einleitungsbereiche (a, b), den Abflussbereich der Schmelzkammer (c), unterseitig seitliche Bereiche (d, e) und oberseitig seitliche Bereiche (f) umfasst. Die Präpositionen 'oben' und 'unten' definieren im Rahmen der vorliegenden Erfindung relative Positionen in Bezug zur konstruktiven Führung des Schneestromes: Schnee wird von 'oben' zugeführt und als Schmelzwasser richtungsgleich zur Schwerkraft nach 'unten' abgeführt. Die Schmelzkammer weist somit ein 'oben' und ein 'unten' auf. Seitliche Bereiche können mithin näher zum Abfluss oder näher zum Zufluss des Schneestromes angeordnet sein und sind als 'oberseitig seitliche' Bereiche oder eben 'unterseitig seitliche Bereiche' konkreter in ihrer konstruktiven Anordnung klassifizierbar. Durch einen Spaltraum, welcher im Gegenstrom zum Schneestrom heißen Gasen in Strömungsrichtung der Gase betrachtet sukzessive den Kontakt mit dem Abfluss-Bereich c, dem unterseitigen, seitlichen Bereich d, e und dem oberseitigen, seitlichen Bereich f einer Schmelzkammer ermöglicht, wird eine flächige, kontinuierliche Wärme-Abgabe über Boden- und Wand-Bereiche der inneren Kammer erreicht, wobei der Abflussbereich stets die höchste Temperatur aufweisen wird. Auch größere Energiemengen/heißere Gase können so vollständig aufgenommen/verwertet und als Wärme-Energie über metallisch Wärme leitende Bereiche an den innenseitig in der inneren Kammer anliegenden Schnee abgegeben werden.
- - A circumferentially arranged arranged enclosing shell forms a gap to the inner chamber, the gap space in the flow direction of the hot gas considered underside introduction areas (a, b), the discharge area of the melting chamber (c), side areas lateral (d, e) and the upper side Includes areas (f). In the context of the present invention, the prepositions 'top' and 'bottom' define relative positions in relation to the constructive guidance of the snow flow: Snow is supplied from 'above' and discharged to the bottom as meltwater in the same direction as gravity. The melting chamber thus has a 'top' and a 'bottom' on. Lateral areas can therefore be arranged closer to the outflow or closer to the inflow of the snow stream and are as' upper side lateral 'areas or even' underside lateral areas' concretely classified in their constructive arrangement. As a result of a gap space, which, viewed in countercurrent to the snow stream of hot gases in the flow direction of the gases, successively makes contact with the outflow region c, the lower-side, lateral region d, e and the upper-side, lateral region f of a melting chamber, becomes a flat, continuous one Heat output via bottom and wall areas of the inner chamber reached, the outflow area will always have the highest temperature. Even larger amounts of energy / hotter gases can be so completely absorbed / recycled and discharged as heat energy through metallic heat conductive areas on the inside of the inner chamber adjacent snow.
Bevorzugt ist die beanspruchte Schmelzkammer dadurch gekennzeichnet, dass der Mantel als einschließender Behälter ausgebildet ist, welcher einen vollständig die innere Kammer umgebenden Spaltraum ausbildet und über eine von Außen durch den Spaltraum durchgeführte, oberseitige Zuleitung das Einleiten von Schnee in die Schmelzkammer und über mindestens eine im Abflussbereich (c) nach Außen durchgeführte, unterseitige Ausleitung das Ausleiten von Schmelzwasser vorsieht. Eine solche Ausführungsform kapselt die innere Kammer komplett, sodass sogar oberseitig im Bereich einer die Schmelzkammer abschließenden Decke Wärme noch zugeführt werden kann, um letzte Wärmereste aufnehmen und durchleiten zu können. Diese Bauweise bietet den zusätzlichen Vorteil, dass eine thermische Isolation nach Außen hin besonders vorteilhaft und einfach als umhüllender, zusätzlicher Mantel und/oder zusätzliche, außenseitige Beschichtung bereitgestellt werden kann.The claimed melting chamber is preferably characterized in that the jacket is designed as an enclosing container which forms a gap space completely surrounding the inner chamber and via a top-side feed line passing through the gap space, the introduction of snow into the melting chamber and at least one in Outflow area (c) to the outside carried out, discharge underneath the drainage of meltwater provides. Such an embodiment completely encapsulates the inner chamber so that heat can still be supplied to the upper side in the region of a ceiling closing off the melting chamber in order to be able to absorb and pass through last heat residues. This design offers the additional advantage that a thermal insulation to the outside can be provided particularly advantageous and simple as enveloping, additional coat and / or additional, outside coating.
Bevorzugt ist die beanspruchte Schmelzkammer dadurch gekennzeichnet, dass der als umschließender Behälter ausgebildete Mantel mindestens eine oberseitige Ausleitung für Heißgase in einen Abgasbereich (g) aufweist und mindestens eine unterseitige Ausleitung für Kondensat in einen Kondensatbereich (f2) aufweist. Solche zusätzlichen Anschlüsse erlauben das verbesserte Verwenden von Abgasen als Wärmequelle. Bevorzugt dienen Abgase von Verbrennungsmotoren bei motorbetriebenen Räumgeräten, besonders bevorzugt in Kombination mit zuschaltbaren Treibstoff-Brennern, als Quelle für die verwendeten Heißgase. Solche Heißgase enthalten naturgemäß Wasser und unvermeidbare Verunreinigungen, welche über einen Kondensat-Auslass abgeführt werden können; verbleibt bei hohen Motordrehzahlen noch Restwärme im zügig strömenden Abgas, so kann diese durch gezielte Ab- und/oder Weiterleitung des Gasstromes am Abgasbereich g einer weiteren Verwendung zugeführt werden.The claimed melting chamber is preferably characterized in that the jacket formed as an enclosing container has at least one top-side outlet for hot gases in an exhaust gas area (g) and at least one bottom outlet for condensate in a condensate area (f2). Such additional connections allow the improved use of exhaust gases as a heat source. Exhaust gases of internal combustion engines are preferably used in engine-operated clearing equipment, particularly preferably in combination with switchable fuel burners, as a source for the hot gases used. Such hot gases naturally contain water and unavoidable impurities which can be removed via a condensate outlet; remains at high engine speeds still residual heat in the rapidly flowing exhaust gas, it can be supplied by targeted removal and / or forwarding of the gas stream at the exhaust gas region g of a further use.
Bevorzugt ist eine Schmelzkammer dadurch gekennzeichnet, dass die metallisch wärmeleitende Wand auf der Seite des heißen Gases zumindest bereichsweise mit Wärme speichernden Einrichtungen verbunden ist. 'Verbunden' bezeichnet hierbei eine thermisch wirksame, flächige Anbindung, welche den direkten Austausch von Wärme über eine durchgehende Materialschicht erlaubt. Etablierte Werkzeuge zur thermischen Kontaktierung sind zum Beispiel Wärmeleit-Pasten oder -Gele sowie heiß aushärtbare Verbindungsmassen mit hohem Anteil an Graphit und/oder Metallpartikeln. Durch den so hergestellten Kontakt der trennenden Wand mit einem Wärmespeicher wird die Pufferkapazität für Wärme erhöht und auch stoßweise zugeführte Wärme kann wirksam aufgenommen, gespeichert und nachfolgend dem Schneestrom zugeführt werden.Preferably, a melting chamber is characterized in that the metallic heat-conducting wall is connected on the side of the hot gas at least partially with heat-storing devices. 'Connected' here refers to a thermally effective, surface connection, which allows the direct exchange of heat over a continuous layer of material. Established tools for thermal contacting are, for example, heat-conductive pastes or gels and hot-curable bonding compounds with a high proportion of graphite and / or metal particles. By thus made contact the separating wall with a heat storage, the buffering capacity for heat is increased and intermittently supplied heat can be effectively absorbed, stored and subsequently supplied to the snow stream.
Bevorzugt ist die Schmelzkammer dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Wärme speichernde Einrichtung mindestens ein Granulat umfasst, ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Metallgranulat, Kupfergranulat, Keramikgranulat, PCM-Granulat, Mineralgranulat, Gesteinsgranulat, Verbundgranulat, geträgertes Granulat. Metallgranulat bietet eine gute, thermische Leitfähigkeit und kann je nach Art der verwendeten Heißgase in seiner Zusammensetzung aus passend korrosionsstabilen Legierungen aufgebaut werden. Kupfergranulat bietet den Vorteil einer extrem hohen Wärmeleitfähigkeit; besonders Wärmespitzen können mit Kupfergranulat wirksam kompensiert und eine einheitliche Gas- und Granulat-Temperatur sichergestellt werden. Keramikgranulat bietet den Vorteil hoher Dichte und chemischer Stabilität; bei bestimmten Oxiden sind zudem gute, langfristige Speichereigenschaften und/oder neutralisierende Eigenschaften gegeben. Mit Keramikgranulat kann eine gute Durchmischung/Neutralisation bei aggressiven Abgasen erreicht werden und weiterhin ein langsamer, stabiler Wärmespeicher bereitgestellt werden. Ein PCM-Granulat umfasst Materialien, welche durch Phasenübergang zusätzliche Wärme speichern können (PCM = 'phase change materials'; marktübliche Abkürzung für Materialien, welche unter Aufnahme/Abgabe von Wärme Phasenübergänge vollziehen); klassisches Beispiel sind Gipsgranulate mit Wachs-Füllung: Das Wachs schmilzt in Gegenwart von Wärme und kann nachfolgend durch Erstarren die Schmelzenthalpie wieder freisetzen. Solche Granulate bieten somit die Möglichkeit, die Wärmekapazität eines Wärmespeichers erheblich zu steigern. Ein Mineralgranulat bietet den Vorteil, über natürliche Mineralien aktive, poröse oder filternde Strukturen bereitzustellen; so kann ein erhöhter Anteil an Kalk oder Karbonat-Mineralien die sauren Gase eines Verbrennungsmotors neutralisieren während vulkanisches, offen poröses Gestein eine bessere Durchmischung und Homogenisierung bereitstellen kann. Ein Gesteinsgranulat bietet den Vorteil, hoch dichte, natürliche Gesteine wie Basalt als Wärmespeicher zu verwenden.Preferably, the melting chamber is characterized in that at least one heat-storing device comprises at least one granulate selected from the group consisting of metal granules, copper granules, ceramic granules, PCM granules, mineral granules, granular rock, composite granules, supported granules. Metal granules offer good thermal conductivity and, depending on the type of hot gases used, their composition can be made up of suitable corrosion-resistant alloys. Copper granules offer the advantage of extremely high thermal conductivity; especially heat peaks can be effectively compensated with copper granules and a uniform gas and granulate temperature can be ensured. Ceramic granules offer the advantage of high density and chemical stability; certain oxides also have good, long-term storage properties and / or neutralizing properties. With ceramic granules a good mixing / neutralization can be achieved with aggressive exhaust gases and continue to provide a slower, more stable heat storage. A PCM granulate comprises materials which can store additional heat by phase transition (PCM = 'phase change materials', customary abbreviation for materials which undergo phase transitions upon absorption / release of heat); The classic example is gypsum granules with wax filling: The wax melts in the presence of heat and can subsequently release the enthalpy of fusion again by solidification. Such granules thus offer the possibility to significantly increase the heat capacity of a heat storage. Mineral granules offer the advantage of providing active, porous or filtering structures via natural minerals; Thus, an increased amount of lime or carbonate minerals can neutralize the acid gases of an internal combustion engine while volcanic, open-porous rock can provide better mixing and homogenization. A granular rock offers the The advantage of using high density natural rocks such as basalt as heat storage.
Ein Verbundgranulat ist aus verschiedenen Bestandteilen wie den vorbeschriebenen zusammengesetzt; mithin bestehen die einzelnen Granulat-Körner aus verschiedenen miteinander verbundenen Anteilen. Solche Verbundgranulate bieten bei homogener Zusammensetzung und Korngröße der Körner den Vorteil, dass genauer einstellbare Korn-Eigenschaften auch über eine Schüttung hinweg stets gleich gehalten sind. Geträgerte Granulate sind vorteilhaft in einer Trägermatrix fixiert und können durch Reibung oder Vibration nicht mehr beschädigt oder weiter zerkleinert werden; offen poröse Gerüststrukturen wie Bimsstein, Graphitschaum, offenzellige Polymerschäume, Glasschäume oder Aerogele sind Beispiele für solche Trägerstoffe, in denen Granulat-Körner fixiert und vorgelegt werden können. Auch das Überziehen eines Granulats mit heiß aushärtbarem Gerüststoff und nachträgliches Fixieren einer Schüttung sind hier möglich, um über durchgehende Volumina vorteilhaft fixierte Granulat-Strukturen bereitzustellen.A composite granulate is composed of various components such as those described above; Thus, the individual granules consist of various interconnected fractions. With homogeneous composition and particle size of the grains, such composite granules have the advantage that more precisely adjustable grain properties are always kept the same across a bed. Supported granules are advantageously fixed in a carrier matrix and can no longer be damaged or further comminuted by friction or vibration; open porous framework structures such as pumice stone, graphite foam, open-cell polymer foams, glass foams or aerogels are examples of such carriers in which granule grains can be fixed and submitted. The coating of a granulate with a thermosetting builder and subsequent fixing of a bed are also possible in order to provide advantageous fixed granulate structures via continuous volumes.
Bevorzugt ist die Schmelzkammer dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzkammer unterseitig einen zu dem mindestens einen Abfluss geneigt ausgebildeten Boden aufweist. Ein zum Abfluss hin geneigter Boden wird stets anfallendes Schmelzwasser direkt ausleiten; bevorzugt ist der Boden hierfür mit zusätzlichen Rillen oder teilverdeckten Leit-Nuten versehen, in denen Schmelzwasser von dem überstehenden Schnee ab- und über den Abfluss ausgeleitet wird.Preferably, the melting chamber is characterized in that the melting chamber has a bottom inclined to the at least one drain bottom. A sloping bottom to the drain will always discharge melted water directly; Preferably, the floor is provided for this purpose with additional grooves or partially concealed guide grooves in which melt water is discharged from the overhanging snow and discharged via the drain.
Bevorzugt ist die Schmelzkammer dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzkammer unterseitig einen zu mindestens einem tiefst liegend angeordneten Abfluss kontinuierlich geneigt ausgebildeten Boden aufweist. Ein über seine gesamte Fläche zu einem Abfluss geneigt ausgerichteter, bevorzugt zum Schneestrom hin konkav geschwungen ausgeformter, Boden kann mit vorteilhaft variiert ausgestalteter Neigung eine proportional zur Verteilung der Schmelzwärme vorgegebene Schräge vorgeben, welche sicherstellt, dass in Bereichen mit hoher Wärme-Abgabe ein gleichsinnig hohes Gefälle eine passend zügige Ableitung von Schmelzwasser vorteilhaft sicherstellt.Preferably, the melting chamber is characterized in that the melting chamber has on the underside an at least a lowest lying arranged drain arranged continuously inclined bottom. An over its entire surface inclined to an outflow, preferably concavely curved toward the snow flow formed, with advantageously varied ausgestalteter slope predetermine a predetermined proportional to the distribution of heat of fusion slope, which ensures that in areas with high heat output in the same direction Gradient ensures a suitable rapid discharge of melt water advantageous.
Bevorzugt ist die Schmelzkammer dadurch gekennzeichnet, dass die Schmelzkammer zumindest im innenseitigen Bodenbereich aus Kupfer besteht und ein einen komplett umschließenden Spaltraum ausbildender Mantel zumindest innenseitig aus abgasfestem, rostfreiem Stahl besteht. Kupfer stellt als extrem guter Wärmeleiter sicher, dass Wärme gleichmäßig über das gesamte Innenvolumen der Schmelzkammer aufgenommen und verwertet wird, während rostfreie Legierungen wie V2A-Stahl besonders langlebige und weniger Wärme aufnehmende Mäntel/Gehäuse bereitstellen.The melting chamber is preferably characterized in that the melting chamber consists of copper at least in the inside bottom area and a jacket forming a completely enclosing gap space consists at least on the inside of exhaust-resistant, stainless steel. As an extremely good heat conductor, copper ensures that heat is absorbed and utilized evenly throughout the entire interior volume of the melting chamber, while stainless steel alloys such as V2A steel provide extra durable and less heat-absorbing shells / housings.
Bevorzugt ist eine Schmelzkammer dadurch gekennzeichnet, dass eine innere Kammer und ein äußerer Mantel modular ineinander einsetzbar, bevorzugt aus steckbaren Platten-Elementen zusammengesetzt, ausgebildet sind. Modular aufgebaut kann eine solche Schmelzkammer bedeutend einfacher gewartet und bei stärkerem Verschleiß in einzelnen Teilen erneuert werden. Vorteilhaft können so Granulat-Schüttungen im Spaltraum zwischen Kammer und Mantel anteilig oder komplett ausgetauscht, besonders bevorzugt in Abhängigkeit der Betriebsbedingungen geregelt abgemischt und ausgetauscht, werden. Vor diesem Hintergrund offenbart die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zur Einstellung eines Granulat-Wärmespeichers durch geregelten, mindestens anteiligen Austausch von Wärme speicherndem Granulat sowie die Verwendung einer Schmelzkammer zur Aufnahme von Wärme aus einem Gasstrom und die Verwendung der Wärme in einem gegenläufig geführten Stoffstrom unter Übertragung der Wärme auf besagten Stoffstrom.A melting chamber is preferably characterized in that an inner chamber and an outer jacket can be inserted into one another in a modular manner, preferably composed of plug-in plate elements. Modular in design, such a melting chamber can be much easier maintained and renewed in severe wear in individual parts. Advantageously granulate beds in the gap between the chamber and the jacket can be proportionately or completely exchanged, particularly preferably blended and exchanged in a controlled manner depending on the operating conditions. Against this background, the present invention also discloses a method for adjusting a granular heat storage by controlled, at least partial replacement of heat-storing granules and the use of a melting chamber for receiving heat from a gas stream and the use of heat in a countercurrent flow under transfer the heat on said stream.
Weitere Vorteile ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen. Es versteht sich, dass die vorbeschriebenen Merkmale und Vorteile und nachfolgenden Ausführungsbeispiele nicht beschränkend aufzufassen sind. Vorteilhafte, zusätzliche Merkmale und zusätzliche Merkmalskombinationen, wie sie in der Beschreibung und im Stand der Technik erläutert sind, können im Rahmen der unabhängigen Ansprüche im beanspruchten Gegenstand sowohl einzeln als auch abweichend kombiniert verwirklicht werden, ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen würde.Further advantages emerge from the exemplary embodiments. It is understood that the above-described features and advantages and subsequent embodiments are not restrictive. Advantageous, additional features and additional combinations of features, as explained in the description and in the prior art, can be realized within the scope of the independent claims in the claimed subject-matter both individually and deviating combined, without departing from the scope of the invention.
KURZE BESCHREIBUNG DER FIGURENBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
Die Figuren veranschaulichen an Hand von Prinzipskizzen ...The figures illustrate on the basis of schematic diagrams ...
DETAILLIERTE ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG AN HAND VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELENDETAILED EXPLANATION OF THE INVENTION BY HAND OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
In bevorzugt vorteilhafter Ausführungsform gemäß
In weiterer, vorteilhafter Ausführungsform gemäß
Gemäß
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEITINDUSTRIAL APPLICABILITY
Die vorliegende Erfindung bietet erstmals eine Schmelzkammer, bei der Schnee im Gegenstrom zu heißen Gasen separat geführt, zu Wasser geschmolzen und in kontinuierlicher Stromführung direkt ausgeleitet wird. Durch Wärmespeicher im Bereich der Wärme-Übertragung können Wärmespitzen und variierende Energie-Einträge kompensiert, genutzt und Schnee bedeutend schneller und wirksamer geschmolzen werden. Durch die gesteigerte Effektivität und Effizienz wird das Aufschmelzen von Schnee mit Abgasen einer Räum-Maschine gewerblich und wirtschaftlich erstmals zu akzeptabelem Preis verwertbar.The present invention provides for the first time a melting chamber in which snow is fed separately in countercurrent to hot gases, melted to water and discharged directly in continuous flow. By heat storage in the field of heat transfer heat peaks and varying energy inputs can be compensated, used and snow significantly faster and more effective melted. Due to the increased efficiency and efficiency, the melting of snow with exhaust gases of a broaching machine commercially and economically exploitable for the first time at an acceptable price.
BEZUGSZEICHENLISTELIST OF REFERENCE NUMBERS
-
- aa
- EinleitungsbereichIntroduction area
- bb
- EinleitungsbereichIntroduction area
- cc
- Abflussbereichdrainage area
- dd
- unterseitig seitlicher Bereichlower side area
- ee
- unterseitig seitlicher Bereichlower side area
- ff
- oberseitig seitlicher Bereichupper side area
- f2f2
- Kondensatbereichcondensate field
- gG
- Abgasbereichexhaust area
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
- DE 102011100855 B4 [0002] DE 102011100855 B4 [0002]
- DE 202011100371 U1 [0002] DE 202011100371 U1 [0002]
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- 2014-06-26 DE DE102014009279.8A patent/DE102014009279A1/en not_active Withdrawn
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