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Wärmeaustauscher-unter Verwendung von Wärmesteinen Die Erfindung betrifft
einen Wärmeaustauscher, bei welchem im Kreislauf Wärmesteine in einer ersten Kammer
durch eine Strömung aufsteigender heißer Gase und danach in einer zweiten Kammer
durch eine Strömung aufsteigender kalter Gase, der Schwerkraft folgend, auf mehreren
im Abstand übereinander angeordneten schrägen Zwischenböden sich bewegen, wohei
die Zu- und Abfuhr der Wärmesteine an in der Vertikalrichtung übereinanderliegenden
Stellen des Wärmeaustauschers erfolgt.
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Für verschiedenartige Erwärmungs- und Behandlungsvorgänge sind Wärmeaustauscher
unter Verwendung von Wärmesteinen bekannt, bei denen körniges Material, die Wärmesteine,
abwärts durch ein paar von im all gemeinen übereinander angeordneten Wärmeaustauschkammern
bewegt wird, welche durch einen verengten Halsteil miteinander verbunden sind. Es
wird ein verhältnismäßig heißes gasförmiges Strömungsmedium in den unteren Teil
der oberen Kammer eingeblasen, so daß es gegen die Wärmesteine strömt, welche durch
die gleicheKammer fallen. Wenn nun die heißen Gase unter Wärmeaustausch durch die
fließenden Wärmesteine strömen, wird Wärme auf die Wärmesteine übertragen, bevor
diese durch den verengten Halsteil in die darunterliegende Kammer fallen. Hier bewegen
sich die heißen Wärmesteine gegen einen Strom kalter Luft, wobei die oben beschriebene
Vorgang umgekehrt wird. Nachdem die kalte Luft erwärmt worden ist, wie sie, z. B.
als Verhrennungsluft, an die entsprechende Verwendungsstelle geleitet.
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Eine der Hauptschwierigkeiten der Wärmesteine verwendenden Wärmeaustauscher
besteht darin, einen gleichmäßigen Strom von Wärmesteinen durch die Wärmeaustauscher
zu erreichen, so daß nicht etwa einige Wärmesteine überhitzt werden, während andere
auf nur geringe Temperaturen erhitzt werden. Eine weitere Schwierigkeit beim Betrieb
und bei der Konstruktion von Wärmesteine verwendenden Wärmeaustauschern besteht
darin, einen gleichmäßigen Gasstrom aufwärts durch alle Teile der Wärmeaustauschkammern
zu erhalten. Ohne gleichmäßigen Gasstrom ist keine gleichmäßige Erwärmung der Wärmesteine
zu erreichen, eine Bedingung, die von dem gleichmäßigen Fließen derWärmesteinealleinnichterfüljtwerdenkann.
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Zur Erfüllung der genannten Bedingungen ist schon vorgeschlagen worden,
an gegenüberliegenden Seiten der Kammern für die sich abwärts bewegenden Wärmesteine
geneigte Zwischenböden mit einigen Gasdurchtrittsöffnungen vorzusehen. Bei diesen
Ausführungen treten aber an den Übergangsstellen von einem Zwischenboden zum anderen
Anhäufungen von Wärmesteinen auf, die einen gleichmäßigen Strom des Gases verhindern.
Bei einer anderen bekannten Bauart werden die Wärmesteine durch einen trichterförmigen
Kanal geführt, dessen Wände mit Gasdurchtrittsöffnungen versehen sind. Bei diesem
Wärmeaustauscher ist die Höhe der Kanäle relativ hoch, und die Gase müssen starke
Schichten von Wärmesteinen durchsetzen, so daß kein gleichmäßiger Wärmeaustausch
zwischen den Gasen und den Wärmesteinen erfolgt und beim Gasstrom ein ziemlicher
Druckabfall eintritt.
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Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Wärmesteine verwendenden
Wärmeaustauschers, welcher die genannten Nachteile vermeidet und einen im wesentlichen
gleichmäßigen Strom der Wärmesteine sowie einen gleichmäßigen Gasstrom mit einem
minimalen Druckabfall ermöglicht.
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Die Erfindung besteht darin, daß die Zwischenböden des Wärmeaustauschers
aus Drahtgittern bestehen. Diese Zwischenböden können durch an sich bekannte mechanische,
vorzugsweise akustische Schwingungserreger in Schwingungen versetzt werden. Die
Zwischenböden können in jeder Kammer parallel zueinander angeordnet sein, sie können
aber auch in jeder Kammer zickzackförmig angeordnet sein. Die Erfindung ermöglicht
es, bei einem Wärmesteine verwendenden Wärmeaustauscher die Bewegung der Wärmesteine
und die Dauer ihrer Berührung mit dem Gasstrom genau einzustellen.
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Im folgenden ist die Erfindung an Hand der Zeichnung an mehreren Ausführungsbeispielen
näher erläutert. In der Zeichnung zeigt
Fig. 1 einen schematischen
Schnitt durch eine bevorzugte Ausführungsform des Gegenstandes der Erfindung, Fig.2
eine ähnliche Ansicht einer abgewandelten Form der Vorrichtung unter Verwendung
derselben Strömungsanordnung wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1, Fig.3 eine weitere
abgewandelte Form eines Wärmeaustauschers unter Verwendung einer ähnlichen Anordnung.
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Fig. 1 zeigt einen Wärmesteine verwendenden Wärmeaustauscher mit einer
oberen Gaskammer 10 und einer unteren Luftkammer 12. Die Kammern sind an einem Ende
durch einen verengten Kanal oder Ab-
sperr-teil 14 unter sich und an ihren
entgegengesetzten Enden durch eine Fördereinrichtung 16 verbunden. Die obere Kammer
bzw. Gaskammer 10 ist unten mit einem seitlichen Einlaß 22 für den Zutritt von heißem
Gas und einer diagonal gegenüberliegend angeordneten Auslaßöffnung 24 zum Abführen
von abgekühltem Gas versehen. Ein Einlaß 26 für die Zuführung von festem, körnigem
Material in Form von Wärmesteinen ist oberhalb des Gaseinlasses angeordnet, während
ein Auslaß 28 für die Wärmesteine unterhalb des Auslasses für das gekühlte Gas vorgesehen
ist, wodurch das diagonal durch die Kammer 10 strömende Gas einen sich bewegenden
Strom von Wärmesteinen durchquert, ehe es durch den Auslaß 24 abgeführt wird.
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Die Wärmesteine 29 bewegen sich von dem Einlaß 26 diagonal durch die
Gaskammer 10 auf einer Reihe von übereinander angeordneten Sieben 25 in der Weise,
daß Gas vom Einlaß 22 her durch die Siebe und damit um die Wärmesteine 29 strömt,
wobei es Wärme auf diese überträgt, ehe es durch den Auslaß 24 entweicht.
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Die Luftkammer 12 ist ähnlich der Kammer 10; sie ist jedoch umgekehrt
angeordnet, so daß erwärmte Wärmesteine vom Auslaß 28 der Gaskammer 10 her durch
den verengten Teil 14 in einen Einlaß 32 für die Luftkammer 12 strömen. Die Wärmesteine
29 bewegen sich dann vom Einlaß 32 diagonal abwärts über die Siebe 27 zu einem Auslaß
34 für die Wärmesteine, von wo aus sie durch den Förderer 16 zum Einlaß 26 der Gaskammer
10 zurückbefördert werden. Da Kaltluft von einem Einlaß 36 unter Wärmeaustausch
mit den erwärmten Wärmesteinen 29 einströmt, wird Wärme von den Wärmesteinen auf
sie übertragen, so daß die beim Auslaß 38 die Kammer 12 verlassende Luft im wesentlichen
erwärmt wird, während die den Austritt 34 erreichenden Wärmesteine auf eine Temperatur
abgekühlt werden, die sich nach veränderlichen Faktoren, wie Berührungszeit mit
den Wärmesteinen, Material der Wärmesteine und Temperaturunterschied zwischen Wärmesteinen
und Luftstrom, richtet.
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Die Siebe 25 in der Gaskammer 10 und die Siebe 27 in der Luftkammer
12 sind nur wenig gegen die Horizontale geneigt, so daß die sich darauf ablagernden
Wärmesteine an den Wärmestein-Einlaßkanälen ansammeln und sich der Bewegung die
schrägen Siebe hinab zu den entsprechenden Austritten widersetzen. Um einen stetigen
Strom von Wärmesteinen abwärts auf den schrägliegenden Sieben 25 und 27 aufrechtzuerhalten,
sind mechanische oder Schallschwingungserzeuger42 angeordnet, um den zugehörigen
Sieben eine schwingende Bewegung zu erteilen, wodurch die aus den Einlässen 26 und
32 auf die Siebe fallenden Wärmesteine in einem Zustand stetiger Bewegung bleiben,
die ausreicht, den Reibungswiderstand zu überwinden, so daß die Wärmesteine diagonal
abwärts über die Siebe zum Austritt bewegt werden. Die Schwingungserzeuger können
so angeordnet sein, daß sie den Sieben lediglich durch Veränderung ihrer Anstoßstelle
eine Längs- oder Querbewegung erteilen, und die besondere Bewegung der Siebe regelt
ihrerseits die Zeit, die ein Wärmestein benötigt, um über die Siebe vom Einlaß zum
Auslaß zu wandern. Leitbleche44 an den Enden jedes Siebes dienen zur Teilung des
Wärmesteinstromes zu und von den Sieben 25 und 27, wodurch ein praktisch konstanter
Strom der Wärmesteine über- die Siebe erreicht wird.
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Die verengten Rohrteile bei 26, 34 und 14 verzögern den Strom der
Wärmesteine und bilden damit ein Absperrmittel, wodurch ein übermäßiges Ausströmen
von Strömungsmittel aus den Kammern 1a und 12 verhindert wird.
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Die Vorrichtung nach Fig.2 ist eine Abwandlung, welche das im Zusammenhang
mit Fig. 1 beschriebene Rüttelsiebprinzip benutzt. Bei dieser Anordnung ist eine
Gaskammer 43 über einer Luftkammer 46 angeordnet, so daß durch einen mittleren Einlaß
53 einströmende Wärmesteine in Zickzackbewegung abwärts über V-förmige Siebe 47
zu dem ebenfalls in der Mitte angeordneten verengten Teil 54 gelangen, wo sie dann
über einen rohrförmigen Kanal zu einem mittleren Wärmestein-Einlaß 55 für die Luftkammer
46 geleitet werden. Während sie abwärts über die Siebe wandern, werden die Wärmesteine
durch das beim Einlaß 45 eintretende und bei 48 austretende Gas erwärmt. Vom Eimaß
55 her fallen die Wärmesteine wiederum über Siebe 47 zum Boden einer Luftkammer
46, wo sie durch einen in der Mitte befindlichen verengten Teil 59 zu einem
Förderer 52 und von diesem zum Einlaßteil 53 der oberen Gaskammer 43 befördert werden.
Wenn kühle Luft vom Einlaß 56 in der Luftkammer 46 zum Auslaß 58 aufsteigt, gelangt
sie durch die Siebe 47 unter Wärmeaustausch mit den heißen, herabfallenden Wärmesteinen,
so daß die Luft erwärmt wird, während die Wärmesteine abgekühlt werden, ehe sie
dem Förderer 52 zur Wiederholung des Stromkreislaufes zugeführt werden.
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Teile des Wärmesteinkanals, die mit 54, 57 und 59 bezeichnet sind,
sind verengt und verzögern den Strom des Strömungsmittels durch sie, so daß das
Gas und die Luft in ihren zugehörigen Kammern gestaut werden.
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Wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1 bringen bei 60 schematisch veranschaulichte
besondere Vibratoren die Siebe beider Abteilungen 43 und 46 in schwingende Bewegung,
um die Wärmesteine in ständigem Zustand der Bewegung zu halten, wodurch sie unter
dem Einfluß der Schwerkraft von einem Sieb zum anderen frei herabfallen können.
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Fig.3 veranschaulicht eine Abwandlung der in Fig. 2 dargestelltenAusführungsform.
Bei dieser Form ist die Gaskammer 62 der Luftkammer 64 in der zuvor beschriebenen
Weise überlagert, während die Zu-und Abfuhr der Wärmesteine wie bei der Ausführung
nach Fig. 1 erfolgt und die Siebe 74 zickzackförmig angeordnet sind. Die Gaskammer
62 besitzt einen seitlichen Gaseinlaß 65 und einen diagonal gegenüberliegenden Gasaustritt
67, wodurch heißes Gas durch die Siebe 74 aufsteigen und Wärme auf die darauf befindlichen
Wärmesteine übertragen kann, ehe es durch einen Auslaß 67 abgelassen wird. Erwärmte
Wärmesteine aus der Gaskammer 62 werden durch eine Verengung 75 seitlich in die
Luftkammer 64 geleitet, wo sie sich durch die Siebe 74 zum diagonal gegenüber angeordneten
Austritt 77 bewegen. Während sie diesen Teil der Siebe in der Luftkammer 64 durchqueren,
erfolgt Wärmeaustausch zwischen den erwärmten
Wärmesteinen und kühler
Luft aus dem Einlaß 66, so daß bei Erreichen des Austrittes 68 die Luft erwärmt
worden ist und die Wärmesteine bei Erreichen des Auslasses 77 im wesentlichen abgekühlt
wurden. Der Förderer 72 bildet ein Mittel, durch das Wärmesteine vom Auslaß 77 zum
Einlaß 79 gehoben werden, wo sie in die Lage kommen, ihre normale Strömung durch
die Gaskammer 62 und die Luftkammer 64 zu vollziehen.
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Wie bei der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2 sind die Siebe 74 nur wenig
aus der Waagerechten geneigt und werden durch Vibratoren 76 ständig in Schwingung
versetzt.
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Durch Verwendung von Wärmestein-Wärmeaustauschern mit schwach geneigtem,
in der beschriebenen Weise in Schwingung versetzten Sieben kann die Bewegung der
Wärmesteine genau geregelt werden, so daß der Zeitraum, während dessen jeder Wärmestein
den verschiedenen Strömungsmedien ausgesetzt wird, entsprechend festliegenden Normen
beibehalten «=erden kann. Da ferner die Wärmesteine durch nur schwach geneigte Siebe
fallen, wird die Gesamthöhe der Einrichtung zwischen dem Austritt für die Wärmesteine
von der unteren Kammer und dem Eintritt zur oberen Kammer wesentlich verringert,
wodurch auch der Umfang der Anlage und die damit verbundenen Herstellungskosten
vermindert werden. Die Höhenverringerung der Anlage macht es auch wirtschaftlich
durchführbar, ein pneumatisches Mittel zur Hochbeförderung der Wärmesteine zwischen
Auslaß- und Einlaßkanälen zu verwenden, wodurch eine derartige Anlage sofort einsetzbar
wird, wo derartige Mittel erwünscht sind. Schließlich wird durch die ständige Bewegung
der Wärmesteine die Wärmeübertragung zwischen ihnen und den verschiedenen Strömungsmedien
sehr erleichtert, wodurch die gesamte Wärmeübertragungsleistung des Wärmeaustausche=s
verbessert wird.