DE1907366A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Waermeaustausch mittels heisser,unter hohem Druck stehender Gase,beispielsweise zum Trocknen von Papier und Pappe - Google Patents

Description

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ANTHONY J. CIRRITO, Grafton, Massachusetts, V.St.A,

Verfahren und Vorrichtung zum Wärmeaustausch mittels heißer, unter hohem Druck stehender Gase, "beispielsweise zum Trocknen von Papier und Pappe

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Wärmeaustausch oder zur Wärmeübertragung, wobei das Wärmeübertragungsmedium heißes, unter hohem Druck stehendes Gas ist. Die Erfindung ist insbesondere auf Trockenvorgänge mit Heißgasen gerichtet, beispielsweise auf Trockenvorgänge zur Herstellung von Papier und Pappe.

Nach der Erfindung soll ein Verfahren und eine Maschine oder eine Vorrichtung zum Erzeugen von Heißgasen geschaffen werden, wobei die erzeugten Gase insbesondere zu einem · mit einem hohen Wirkungsgrad erfolgenden Wärmeaustausch geeignet sind. Ferner sollen die Heißgase möglichst wirksam ausgenutzt werden.

Maßnahmen nach der Erfindung können insbesondere in der Papiertrockentechnik vorteilhaft angewandt werden. Damit das Papier sehr schnell hergestellt werden kann, muß eine Vorrichtung vorgesehen sein, die dem Papier zum Trocknen

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große Wärmemengen zuführt. Die Geschwindigkeit, mit üer Wärme übertragen oder ausgetauscht wird, hängt von.ver-. sohiedenen Größen ab, beispielsweise vom Wärmeübergangs-O(ier Wärmeleitkoeffizienten, von dem. Temperaturgradienten: und der Zeitdauer, während der das zu trocknende Papier _: dun heißen Gasen ausgesetzt ist.

Nach der Erfindung wird dafür Sorge getragen, daß die" Wärmeleitzahl so groß wie möglich ist.. Dies wird dadurch erre.'icht, daß die Heißgase unter hohem Druck erzeugt werden, daß der Druck der Heißgase dazu benutzt wird,, die-Gase mit e;'.ner sehr schnellen turbulenten Strömung zur Wärmeleit- = ocier Wärmeübergangs oberfläche zu bringen, und daß eine besonders ausgebildete Vorrichtung vorgesehen ist, die die wirbelnden Heißgase in Berührung mit der- Warmeleitoberfläche oder Wärmeübertragungsfläche bringt. Diese erfindungsgemäßen Schritte dienen dazu, den unbewegten Gasfilm auf der Warmeleitoberfläche zu vermindern. Dieser PiIm bildet" den größten Wärmewiderstand für die Wärmeströmung zwischen der Oberfläche und den Gasen.

Uni die wärmeenthaltenden Gase mit einer hohen !Turbulenz de?n Wärme le it ob er flächen zuzuführen, wird nach der Erfindung eine Wärmemaschine geschaffen, die insbesondere zum Erzeugen von Heißgasen bei hohem Druck geeignet ist. Man läßt die Hochdruckgase teilweise expandieren, um einen Teil d&r in ihnen gespeicherten Energie nahe bei den WärmeleitoVerflachen in kinetische Strömungsenergie umzuformen. 'Ferner wird die infolge des Drucks im Gas gespeicherte Er.ergie dazu benutzt, das heiße Gas von der Wärmemaschine zu der Wärmeaustauschoberfläche und von ihr veg zu leiten.

Die kinetische. Strömungsenergie des durch Leitungen zu, der ■ Wärmeübertragungsoberfläche strömenden Gases wird in Wärme umgesetzt. Die in Wärme umgesetzte Strömungsenergie wird

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zum Wärmeaustausch in der gleichen Weise verwendet wie die ursprünglich in dem Gas gespeicherte Wärme, Bis auf geringe StrahlungsVerluste steht daher die gesamte der Wärmeraaschine zugeführte Energie zum Wärmeaustausch zur Verfügung. Der theoretische Grenzwert für den Wärmeübergangswirkungsgrad beträgt somit 100$.

Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind die Wärroemaschinen derart aufgebaut und arbeiten mit dea übrigen Wärmeübertragungssystem in einer solchen Weise zusammen, daß keine Wellenarbeit oder mechanische Arbeit von der Wärmemaschine an die Umgebung abgegeben wird. Allerdings wird ein Teil der Verbrennungsenergie, die bei der Verbrennung eines Betrieb- oder Brennstoffs entsteht, zum Antreiben des Kompressors der Wärmemaschine benutzt. Der Kompressor wird zum Komprimieren von Gasen benutzt, wobei sich deren Temperatur erhöht. Die komprimierten Gase werden anschließend mit Brennstoff durchmischt. Diese Mischung wird in einer Brennkammer verbrannt, wobei heiße, unter hohem Druck stehende Wärmeübertragungsgase entstehen.

Vorzugsweise führt die Wärmemas chine nach der Erfindung einen regenerativen Kompres sion-Verbrennung-Expansion-Zyklus aus, wie es bei Gasturbinen-und Preikolben- oder ?lugkolbenmaßchinen der Pail ist. Ferner ist' es bei der Wärmemaschine nach der Erfindung von Vorteil, Hochtemperatur-Gasejektoren zu benutzen. Die Ejektoren sind insbesondere, in Verbindung mit gewissen Maßnahmen nach der Erfindung von Nutzen. Eine derartige Maßnahme ist beispielsweise das Rückführen eines Teils des bereits zum Wärmeaustausch benutzten Wärmeübertragungsgases oder die Verwendung anderer Materialien zur TemperäturmOdulation des ursprünglichen Heißgases. Verschiedene Kombinationen von Kompressoren, Korapressorantrieben, Brennkammern" und Ejektor'vorrichtungen können benutzt werden, um die Wärmegeneratormaschine für Hochäruck-Heißgase nach der Erfindung zu schaffen. ' ·

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Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin* ein 'Verfah- ■ ren und eine Vorrichtung oder eine Maschine zum Erzeugen von heißen, unter hohem Druck stehenden Gasen zu schaffen. Das Heißgas soll dabei in einem Koffipression-Ver■brennung-Expansion-Zyklus in einer solchen Weise erzeugt werden, daß die dem Gaserzeuger in Porm eines Brennstoffs zugeführte Energie möglichst vollständig zur" Wärmeübertragung genutzt wird.Die erzeugten Heißgase sollen insbesondere für Trockenanlagen geeignet sein, die die Wärmeübertragungseigenschaften von heißen Hochdruckgasen wirkungsvoll nutzen. Perner soll insbesondere zum Trocknen von Papier und Pappe ein neues Kammer- und Düsensystem zum Wärmeübergang und Wärmeaustausch geschaffen werden. Die neue. Hochdruck-Heißgas-Wärmeübertragungsvorrichtung soll'das Gas vorzugsweise in mehreren Stufen ausnutzen. Es ist zweckmäßig, Piltervorrichtungen vorzusehen, die das heiße Hochdruckgas bei seiner Verwendung .als Wärmeübertragungsmedium filtern. Das Verfahren und die Vorrichtung zum Erzeugen und Übertragen von heißen Hochdruck-' gasen soll insbesondere derart· ausgebildet sein, daß die Wärme und das Gas zum Trocknen von Papier durch eine naße-Papierbahn geleitet werden.'

Weitere Vorteile und Maßnahmen nach der Erfindung werden, an Hand von Piguren beschrieben.

Pig. 1 zeigt schematisch eine mit regenerativem ~

Kompression-Verbrennung-Expansion-Zyklus arbeitende Maschine oder Anlage .zum Erzeugen von heißen Hochdruck-Wärmeübertragungsgasen.-

Pig. 2 bis 11 zeigen schematisch weitere Verschiedenartige

Ausführungsformen nach der Erfindung mit Wärmemaschinen zum Erzeugen von heißen Hochdruck-Wärmeübertragungsgasen.

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Pig. 12 ist ein vereinfachter längsschnitt durch einen

Papiertrockenzylinder nach, der Erfindung,

Pig. 13. ist ein Querschnitt durcli den in Pig. 12_: dargestellten Papiertrockenzylinder längs der Schnittlinie 13-1.3.

Pig. 14 ist in vergrößertem Maßstab ein Querschnitt

durch die in der Vorrichtung nach den Piguren

12 und 13 benutzten Düsen.

Pig. 15 zeigt perspektivisch die Strömungseigenschaften

der in der Vorrichtung nach den Piguren 12 und

13 benutzten· Gase.

Pig. 16 ' zeigt schematisch und perspektivisch ein Gasfilter nach der Erfindung.

Pig. 17 ..... ' ist ein Schäubild, das typische Trockeneigenschaften für Papier zeigt. . '

Pig. 18 ist eine vereinfachte perspektivische Ansicht ■

einer weiteren nach der Erfindung ausgebildeten Ausführungsform einer Wärmeaustauschvorrichtung,· in der heiße Hochdruckgase als Wärmeüberträgungsmedium verwendet werden.

Pig. 19 ■ is.t ein Querschnitt durch eine bei der Vorrichtung nach Pig. 18 benutzte Abweisdüse.

Pig. 20 ist ein Querschnitt einer nach der Erfindung

aufgebauten Maschine, die heiße Hochdruckgase durch eine Papierbahn leitet, um dem "Papier Wasser zu entziehen.

Pig. 21 ist ein Querschnitt durch die Maschine nach

Pig. 20 längs der Schnittlinie 21-21'.

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Pig. 22 zeigt im Querschnitt eine abgeänderte Ausfüh—

rungsform einer erfindungegemäßen Maschine,; die zum Trocknen von Papier heiße Hochdruckgase durch eine Papierbahn leitet.

Pig. 23 ist ein Querschnitt durch einen nach der Erfindung ausgebildeten Riemen oder Gurt für die in Pig. 22 gezeigte Maschine. · ■

pig, 24· ' ' zeigt die Ansicht des Gurtes nach Pig.- 23.

Fig, 25 . ist die Ansicht des in Pig. 23 gezeigten Gurtes,

wobei eine Schicht des Gurtes entfernt ist. .

?ig, 26 ist ein Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Gurtes.

Pig, 27 ist ein Teilquerschnitt durch die in Pig. 22

dargestellte Maschine, wobei einige Teile der Einfachheit halber weggelassen sind.

Pig, 28 ist ein Teilschnitt durch eine spezielle Dichtungsvorrichtung, die bei der in Pig. 27 dargestellten Maschine benutzt wird. ■

Pig, 29 ist eine schematische perspektivische Ansicht

einer weiteren Ausführungsform einer nach der Erfindung aufgebauten Maschine', die heiße Hochdruckgase durch eine Papierbahn leitet.

igt 30 . ist eine schematische perspektivische Ansicht

einer weiteren Aus führungs fo rip einer erfindungs gemäßen Maschine, die Wasser aus nassem Papier entzieht. ' -- . ^:

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Die Erzeugung von- heißen, unter hohem Druck stehenden Gagen zum Wärmeaustausch: ·

Nach der Erfindung werden Gase hoher Temperatur und hohen Drucks in einem regenerative^ !Compression-Verbrennung-Expansion-Zyklus erzeugt. Die Gase dienen zum Wärmeaustausch. Zu- .' nächst soll ein Verfahren und eine Vorrichtung oder eine-, Maschine zum Erzeugen derartiger Gase beschrieben werden. Die Verwendung/oder Anwendung der heißen Hochdruekgase wird anschließend behandelt. In den Piguren 1 bis 11 sind verschiedene" Vorrichtungen oder Anlagen dargestellt, die zur Gaserzeugung im Kompression-Verbrennung-Expansion-Zyklus arbeiten.. In diesen Figuren ist der Turbinenkompressor mit dem Buchstaben C und die Antriebsturbine einer Gasturbine mit dem Buchstaben T bezeichnet. Plugkolben- oder Preikolbenmaschinen sind mit den Buchstaben PP gekennzeichnet. Brennkammern, in denen Betriebs-oder Brennstoffe mit komprimierter Luf"^ gemischt und verbrannt werden, sind mit den Buchstaben CG bezeichnet . Pfeile deuten die Strömungsrichtungen an.

Die Pig. 1 zeigt eine Anlage mit einer Gasturbine 50. Ein Turbinenkompressor C und eine Antriebsturbine T " sind durch eine Welle 51 miteinander verbunden. Die vom Kompressor C über eine Leitung 52 angesaugte Luft wird von dem sich drehenden Kompressorrotor komprimiert. Über eine Leitung 53 gelangt die komprimierte Luft zu einer Brennkammer CO. Beim Einströmen der komprimierten Luft in dJe Brennkammer wird über eine Leitung 54 ein Betriebs-oder Brennstoff in die komprimierte Luft eingespritzt. Die Mischung aus dem Brennstoff und der komprimierten Luft wird in der Brennkammer verbrannt. Dabei entstehen Gase hoher Temperatur und hohen Drucks. Der Hauptgasstrom verläßt die Brennkammer OC über eine Leitung 55, die das unter Hochdruck stehende, heiße Gas den Schaufeln der Antriebs turbine T der Gasturbine 51 zuführt. Vorzugsweise ist die Gasturbine nur durch ihren Kompressor belastet, so daß,

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abgesehen von kleinen Reibungsverlusten, lediglich der die ■Eintrittsluft komprimierende ,Kompressor dem heißen Hochdruck·= gas Energie entzieht«, Sofern es gewünscht wird, kann man die Turbinenwelle noch leicht belasten_s obwohl dadurch der Gesamtwirkungsgrad der Wärmeübertragungsanlage herabgesetzt . wird ο " . .- ' _ -■■'."■"·" ■

Weil den Hochdruckgasen, die durch die Turbine T strömen, lediglich die Energie zur Kompression der Eintrittsluft entnommen wird, sind die durch eine Leitung 56 aus der Turbine austretenden Gase immer noch sehr heiß und haben einen hohen. Krücke Diese Gase werden in Wärmeaus taus eheinheiten genutzt .,· die schematisch durch Blöcke.57 dargestellt sind. Bei der in Fig,, 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung expandieren die Gase beim Wärmeaustausch auf einen geringeren als den atmosphärischen Drucke Bevor die Gase aus einer, leitung 59 austreten, werden sie von einem Ventilator 58 auf Atmosphärendruck gebracht ο Sofern es gewünscht wird_s kann man_ einen Tei,l der heißen Hoehdruckgase von der Brennkammer GG über eine leitung 60 ableiten, um diese Gase direkt als Wärmeübertragung smedium zu benutzen, ohne daß diese Gase über die Turbine T geleitet werden» Ebenso "kann man einen Teil der Verbren·= nungsprodukte über eine Leitung 6ΐ ableiten, um^; diese Gase in einem Hilfsdampfgenerator Oder anderen Hilfsvorrichtungen' zu benutzen=

Die zwischen der Brennkammer GG und dem Wärmeaustauschort angeordnete Turbine T schränkt die Verwendung der in Pig« 1 gezeigten Anlage in zweifacher Hinsicht ein. Diese Einschrän- kungen sind jedoch bei manchen Anwendungszwecken annehmbar:. Nach der Erfindung sind Maßnahmen vorgesehen, die diese Ein- " · schränkungen vermeiden. Die dazu erforderlichen Maßnahmen sind in den Figuren 2 bis 11"gezeigt. Die erste Einschränkung'· ist darauf zurückzuführen, daß das'zum Bau der Turbine T. benutzte Material lediglich einer bestimmten maximalen Tempera-

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tür widerstehen kann. Der genaue Temperaturwert hängt von dem "besonderen Material ab, das zum Bau der Turbine benutzt wird. Die zweite Einschränkung besieht darin, daß man verhältnismäßig reine oder saubere und. damit teure Brennstoffe benutzen muß, damit die durch die Turbine T geleiteten Gase keine schädigende Wirkung haben. Wenn man niederwertige Brennstoffe · benutzt, beispielswe ise Bunkerkohle, erhält man keine sauberen Verbrennungsprodukte und es besteht die Gefahr, daß die Turbine korrodiert, wodurch ihre Lebensdauer verkürzt wird.

Um diese Schwierigkeiten zu vermeiden, ist zusätzlich zu der ersten Brennkammer, die die Gase für die Turbine T liefert, eine zweite Brennkammer vorgesehen. Die in der zweiten Brennkammer erzeugten Gase werden nicht durch die Turbine T geleitet, sondern direkt 'zum Wärmeaustausch oder zur Wärmeübertragung benutzt. Man kann daher in der zweiten Brennkammer Brennstoffe benutzen, die nur "quasi reine" Verbrennungsprodukte liefern. Beim ·Durchleiten derartiger Verbrennungsprodukte durch die Turbine wurden die Turbinenschaufeln korrodieren, lerner kann man jetzt die Betriebsbedingungen in der. zweiten Kammer derart wählen, daß die Temperatur der darin erzeugten Gase die für die Turbine T zulässige Höchsttemperatur überschreiten. Eine derartige Anlage ist in Pig. 2 gezeigt, die im wesentlichen der Anlage nach Pig. 1 entspricht, außer daß eine zweite Brennkammer CC-2 mit einer von der ersten Brennkammer OG getrennten Brennstoffzuleitung vorgesehen ist. Die in der Brennkammer CC-2 erzeugten Heißgase werden nicht durch die Turbine T geleitet, sondern direkt den Wärmeaustausch- oder Wärmeübertragungseinheiten zugeführt» Der Kompressor C liefert sowohl für die Brennkammer.CG, die Heißgase an die Turbine,T abgibt, als auch für die Brennkammer CC~2, die außerordentlich heiße Gase ,hohen Drucks an die Wärmeübertragungseinheiten liefert, die notwendige komprimierte Luft. .-■.-.■

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TO -

In· Pig ο 2 ist eine weitere vorteilhafte erfindungsgemäße MaB-.nähme gezeigt, nach der ein Teil der Gase, die die Wärmeifbertragungseinheiten durchlaufen haben, zurückgeführt und mit frischen, von der Brennkammer CC-2 kommenden Gasen gemischt wird β Zu diesem Zweck ist ein Ejektormischer 60 vorgesehen, der die Abgase durch eine Rückführleitung 6Ί dem zu den Wärmeaustauscheinheiten strömenden Gasstrom zuführt» .

Bei der in Pig. 2 gezeigten Anlage werden die durch die Turbine T geleiteten Gase über eine Leitung 62 ausgestoßen,, Diese Gase können aber auch, wie es bei der Anordnung nach PIg₀ 1 gezeigt ist, durch eine 'Gruppe von Wärmeaustauscheinheiten ge~ leitet werden. Nach einer weiteren erfindungsgemäßen Maßnahme · ist es jedoch von Vorteil, die von der Turbine T ausgestoßenen Gase mit den in der Brennkammer CC-2 erzeugten heißeren Gasen zu mischen und diese Mischung den Wärmeaustauscheinheiten zuzuführen. Diese Maßnahme ist in Pig« 3 gezeigt. Die über die Leitung 62 von der Turbine T abgegebenen Gase werden mit den heißen Gasen von der Brennkammer CC-2 im Ejektor 60 gemischt. Die Rückführleitung- 61 ist in Pig» 3 lediglich gestrichelt eingezeichnet, da sie weggelassen werden kann» Die Anordnung nach Pig. 3 ist besonders zweckmäßig, da man die bereits von der Turbine T ausgenutzten Gase zur Temperaturmodulation der von der Brennkammer CC-2 kommenden Gase verwenr· det, sofern eine TemperaturmodulatiOn gewünscht wird. Eine derartige Modulation kann erwünscht sein, um die Temperatur der den Wärmeaustauscheinheiten zugeführten Gase auf einen passenden Temperaturwert zu bringen.

In der Pig. 3 ist eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme gezeigt, nach der eine Wasserinjektionsvorrichtung 63 vorgesehen ist, durch die Wasser dem Ejektor 60 zugeführt wird.. Dadurch daß man dem durch den Ejektor 60 strömenden Gasstrom Wasser zusetzt, kann man eine weitere Modulation oder Veränderung der Gastemperatur erreichen, falls dies erwünscht ist, ohne daß sich dabei der hohe Gasdruck in beträchtlichem Maße

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vermindert ο Durch die Wasserinjektion wird die Masse der Gasströmung, die der Wärmeaustauscheinheit zugeführt-wird, erhöht. Das im Ejektor 60 zugegebene-Wasser wird in überhitzten Dampf überführt» Die dabei verbrauchte Wärmemenge geht jedoch nicht verloren, sondern steht in den Wärmeaustauseheinheiten zur Verfügung»

Die in den Figuren"2 und 3 gezeigten Anlagen zum Erzeugen von heißen Hochdruckgasen für die Wärmeaustauscheinheiten weisen algo eine zusätzliche getrennte Brennkammer auf _t die zum Erzeugen von Heißgasen dient, deren Temperatur höher ist als die. zulässige Maximaltemperatur für die Turbine T« Die Temperatur dieser Heißgase kann durch Rückführen der in den Wärmeaustauscheinheiten genutzten Gase durch Wasserinjektion und durch Mischen mit den Abgasen der Turbine moduliert werden» In del? getrennten zweiten Brennkammer kann man einen "quasi reinen" Brennstoff benutzen, wohingegen in der ersten Brennkammer¹ j die die Gase für die Turbine liefert, ein reiner Brennstoff verwendet werden muß".

in Pig. 4 gezeigte Anlage weist lediglich eine einzige Brennkammer auf und ist in dieser Hinsicht der Anlage nach !Pig. 1 ähnlich. Die Brennkammer OG der in Fig.-4 gezeigten Anlage liefert jedoch Gase, deren Temperatur höher ist als dia für die Turbine T zulässige Höchsttemperatur» Die Haupt— menge dieser Gase wird durch den Ejektor 60 geführt, in dem die aus der Brennkammer CO kommenden Gase mit den Rückführga§en aus der Leitung 61 gemischt werden, sofern dies gewünscht wird. Anschließend gelängen diese Gase zu den Wärmeaustauscheinheiten. Ein Teil der sehr heißen Gase hohen Drucks von der Brennkammer CC wird für die Turbine T abgezweigt. Vor dem Zuführen zur Turbine T werden die abgezweigten Gase durch Injektion von .Wasser, das über eine Leitung 64 zugeleitet wird, in ihrer Temperatur moduliert. Bei der in !Pig. 4 gezeigten Anlage legt daher die Turbine T den in der -Brennkammer CC erzeugten Gasen keine Temperaturbeschränkung auf. Allerdings müssen die Gase verhältnismäßig rein oder sauber sein.

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Die Pig. 5 zeigt eine der Pig. 4 ähnliche Anlage, die Jedoch in einigen Punkten abgeändert, ist. Auch diese Anlage weist nur ■ eine einzige Brennkammer auf, und die Temperaturmoduilation der , Gase für die Turbine T erfolgt durch Wasserinjektion. Perner werden die von der Turbine T abgegebenen Gase mit den sehr heißen Gasen hohen"Drucks der,."Brennkammer CC im Ejektor 60 gemischt. Wie bei der Anlage nach Pig. 3 wird zur weiteren Temperaturmodulatlon und zum Erhöhen der Massenströmung über die Leitung 63 Wasser in den Ejektor 60 injiziert.

In den Piguren 6 und 7 sind weitere Anlagen mit einer einzigen Brennkammer gezeigt. Die Brennkammer.CC liefert wiederum Gase, deren Temperatur höher ist,-als die zulässige MaximaItemperatur der Turbine T. Bei der.Anlage nach Pig. 6 werden die der Turbine T zugeführten Gase .auf. der Abstromseite des Ejektors 60, also hinter dem. Ejektor 6Q-, entnommen und stellen daher eine Mischung von Gasen aus der Brennkammer CC und von Gasen dar, die über -die Rückführleitung 61 zurückgeführt werden. Die Temperatur, dieser Gase wird durch die Rückführgase verändert, oder moduliert., so daß man diese Gase für die Turbine T-iverwenden kann. Zusätzlich kann man aber noch über die Leitung 64 in die der Turbine T zugeführten Gase Wasser injizieren, um die Gastemperatur weiter herabzusetzen. Auch in diesem Pail · legt die Turbine den in der Brennkammer CC erzeugten Gasen keine Temperaturbeschränkung auf. Allerdings müssen die Gase ■ ' rein sein. Die in Pig. 7 gezeigte Anlage ist der Anlage nach Pig, 6 ähnlieh, außer daß eine zusätzliche Wasserinjektionsleitung 63 zum Ejektor 60 führt, um zusätzlich oder anstelle " ' der Temperatureinstellung durch die Rückführgase über die Leitung 61 eine Temperaturmodulation vorzunehmen.

Die Anlagen nach den Piguren 8 bis 11 weisen jeweils eine Preikolbenmaschine auf, Da Preikolbenmaschinen bekannt sind, zeigen die ;Piguren diese Vorrichtungen nur schematisch. Preikolbenmaschinen "komprimieren Luft, mischen die Luft mit Brenn-

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ORIGINAL INSPECTED

stoff, verbrennen das Gemisch und stoßen heiße Gase hohen . Drucks aus. Zur weiteren Verbrennung kann man diesen Gasen zusätzliche Brennstoffe zugeben. Außer den Verbrennungsgas en hohen Drucks kann man den Plug- oder Freikolbenmaschinen auch · komprimierte Luft entnehmen.

■Die in Pig. 8 gezeigte Anlage weist wiederum eine Gasturbine ' · miij einem Kompressor C und einer Antriebsturbine T< auf. Die im Kompressor komprimierte luft wird mit Brennstoff gemischt .und. in einer Brennkammer CO verbrannt. Die in der Brennkammer GG erzeugten heißen Gase hohen Drucks werden über einen Ejektor 60 den Wärmeaustausch- oder Wärmeübertragungseinheiten zugeführt. Über die leitung 61 wird das von der Brennkammer CC kommende Gas mit Umlauf- oder Rückführgas von den Wärmeaustauscheinheiten gemischt. Hinsichtlich dieser.Maßnahmen arbeitet die in Pig. 8 gezeigte Anlage in ähnlicher Weise wie die Anlage nach Pig. 2. Das in der Brennkammer CC erzeugte Gas wi2?d jedoch zum Antrieb der Turbine T nicht benutzt. Das Gas zum Antrieb der Turbine T wird vielmehr von der Freikolbenmaschine PJP erzeugt. Dabei wird eine Mischung aus komprimier- ' tea? Luft und aus den ausgestoßenen Verbrennungsgasen der Freikolbenmaschine über eine Leitung 65 der Turbine T zugeführt. Dia von der Turbine über die·Leitung 62 abgegebenen Gase kö'n-. nen ausgestoßen oder direkt zum"Wärmeaustausch benutzt werden.

Die in Fig. 9 gezeigte Anlage ist eine Abänderung der Anlage von Fig. 8. Bei der Anlage nach Fig. 9 werden die Abgase der- , Turbine T über die Leitung 62 dem Ejektor 60 zugeleitet, in dem sie.mit den heißen Gasen hohen Drucks der Brennkammer CC gemischt werden. Bei der Anlage nach Fig. 9 sind die Leitung 61 für die Rückführgase und die Leitung 63 zur Wasserinjek- tiqn gestrichelt eingezeichnet, da die Mischung der heißen Gage von der Brennkammer CC mit den Rückführgasen und dem Wagser nicht unbedingt erforderlich ist, sondern je nach dem Verwendungszweck zusätzliche wünschenswerte Maßnahmen sind. Die,

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in der ,Brennkammer GC erzeugten Heißgase hohen Drucks können also in gewünschtem Maße mit den Abgasen der TurMne ge-; "-' mischt und, falls es gewünscht wird, auch noch mit den Rückführgasen und Wasser gemischt werden. ,"' - .

Bei den Anlagen nach den Figuren 10 und 11 ,sind Freikölbönma- ■ schinen vorhanden, die jedoch nicht^'mit einer Gasturbine zusammenarbeiten. Bei der in Pig. 10 dargestellten Anlage wird komprimierte Luft von der !freikolbenmaschine FP über die Leitung 67 der Brennkammer GC zugeführt. Dort wird die komprimierte Luft mit einem Brennstoff gemischt und zu einem Hpchdruckgas hoher Temperatur verbrannt. Über den Ejektor 60 werden die heißen Hochdruckgase den Wärmeaustauscheinheiten zugeführt. Über die Leitung 61 kann man die von den Wärmeaustauscheinheiten kommenden Gase dem Ejektor 60 zuführen,, um sie mit den von der Brennkammer CC kommenden Gase zu mischen. · Die Verbrennungsabgase der Freikolbenmaschine PP können über eine Leitung 68 getrennt verwendet werden. Sofern es gewünscht ist, kann man einen Teil der Verbrennungsgase der Freikolbenmaschine über eine Leitung 69 der Brennkammer CC . zuführen, in der sie dem Gasstrom, der den Wärmeaustauscheinheiten zugeführt wird, beigemischt werden. Die Anlage nach Fig. 11 entspricht im wesentlichen derjenigen nach Fig. TO, außer daß eine Wasserinjektionsvorrichtung vorgesehen ist, die über eine Leitung- 63 dem Ejektor 60 zur Temperaturmodulation Wasser zuführt.

Im folgenden sollen noch einige allgemeine Bemerkungen zu den beschriebenen Anlagen nach der Erfindung gemacht werden. So ist als erstes zu erwähnen, daß die Gase für den Wärmeaustausch oder für die Wärmeübertragung in regenerativen Kompression-Verbrennung-Expansion-Zyklen erzeugt werden und daß der; Brennstoff dem Zyklus im allgemeinen in der Verbrennungsstufe zugegeben wird, nachdem die zur Verbrennung benutzte Luft' komprimiert worden ist. Als zweiter Punkt soll hervorgehoben

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werden',' daß" beim' Durchlaufen .der Zyklen,- gleichgültig ob sie , von Gasturbinen, FreikolbenmascMnen oder einer Kombination aus" Turbine und- Iteikolbenmaschine durchgeführt werden, heiße-, _ unter hohem Brück stehende Ga_;se erzeugt werden, die expandieren-wollen und nur teilweise in einer. Turbine oder in einer EceikolbeniDaschine expandiert worden-sind, um die' Energie be- ' reitzustellen, die zur Erzeugung der für den Zyklus notwendi- · gen'Druckluft erforderlich ist. drittens-wird, festgestellt, laß bei 'den "bevorzugten Anlagen "nach der Erfindung an den WeI- len 'der Maschinen·, die die. Kompres-sion-Verbrennung-Expansion-. Zyklen aus führ en, keine Belastung auftritt, außer eitler inneren Belastung, üiD die Kompression durchzuführeii. Das bedeutet, daß die Gaserzeugungsanlage nach 'der Erfindung keine Arbeit an die IJmgetaing: abgibt« Als vierter Punkt ist anzuführen, daß durch^ besondere"Maßnahmen mindestens ein Teil des Verbrennungsabschnitts des -Zyklus unter solchen Bedingungen ausgeführt . vierden kann," daß die dabei er-zeugten Gase 'sowohl zu heiß als auch zu unrein sind, tun mit ihnen eine Vorrichtung, beiepielsweise eine zum Antrieb des Kompressors benutzte Turbine, antreiben zu 3έδηηβιι. Die besonderen Maßnahmen bestehen darin·,'daß zur remperaturmödulätion die heißen Gase mit ¥äs_T per gemischt- werden und bzw. oder eine getrennte Brennkammer. " vorgesehen ist, die di*e^r Gase zum Antrieb der Turbine oder

e'iner anderen Vorrichtung-zum. Durchführen der Kompression liefert. "Pünftens soll bemerkt werdenj daß man die Temperatur ■ der Kompressionsgase für den Wärmeaustausch auf verschiedene Weise modulieren oder ändern kann. Vorzugsweise werden dazu die heißen Gase mit den^:beim Expansionsabschnitt des Zyklus benutzten Gasen gemischt. Dadurch wird der Nutzwirkungsgrad : für die beiden Gasströme so groß wie möglich-gehalten* Außer-, dem öder zusätzlich kann man die Temperatur der heißen Gase honen Drucks dadurch modulieren, daß man die Gase mit den Abgasen- der Wärmeaustauscheinheit mischt oder Wasser in die. : (läse inj-iziert. Durch die zuletzt genannte Maßnahme wird . .--außerdem die Mässenströmung der Gase zu dem Wärmeaustauscht inheiten erhöht, ohne daß dabei eine beträchtliehe Druekveri inäerung stattfindet. . ■■-.;..-'-

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Die Verwendung von heißen'Gasen hohen Drucks zum Wärmeaustausch: -.-"'" "^:- * "·-■-■■-■■■ ■- . ■ - -- -;"■ ' · ]

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Die heißen Hochdruckgase, die von,"den "beschriebenen Anlagen nach der Erfindung erzeugt werden, unterscheiden sich von den· herkönmlicheri Wärmeübertragungsmedien, beispielsweise Dampf oder durch Ventilatoren angetriebeiie Heißluft, in -verschiedenen Punkten. Die nach der Erfindung "erzeugten Gase-sind sehr heiß'und haben eine Temperatur von etwa 480 ⁰C bis 820 ⁰C, wenn sie direkt von der Brennkammer kommen, oder ^vvon.etwa -^r 320 °C bis 650 ⁰C, wenn sie vom Turbinenauslaß kommen* Ferner weiser, die" Gase einen selii hohen Druck auf. Ein Teil der infolgo'des hohen Drucks!gespeicherten; Energie steht zum Erzeugen " von "iurbulenten Strömungen.zur Verfügung. Perner v/ird de'r-hohe Druck in Wärme umgesetzt, die ,zum Wärmeaustausch oder ^ zur Wärmeüb(jir-Gragung^; dient ν Im Gegensatz zu Dampf, der ebenfalls sehr heiß und einen-hohen Druok aufweisen kann, sind die Gase nach der ^rfindung im wesentlichen nicht kondensierbar. Sie bestehen au:? StickstOff,' nicht verbrannt em Sauerstoff, Kohlendioxid und Kolilenmonoxid sowie aus einer gewissen Menge V/asserdampf, der bei der Verbrennung von wasserstoffhalt igen Brennstoffen und kztf. oder bei der Injektion von-Wasser in die Gase entsteht;. Obwohl eine gewisse Menge von Wasserdampf in den Gasen enth^l'jen ist, unterscheiden sich die Gase nach der Erfindung' grundsätzlich von Dampf, da der kondensierbare Anteil verhältnismäßig gering ist. Dadurch sind die nach der Erfindung erzeugten Gase insbesondere als Wärmeübertragungsmedium geeignet, und ijwar vor .allem zur Durchführung· von Trockenvorgängeji bei der Herstellung von Papier,- Pappe und dgl.

Um Jedoch, ld ie. Eigenschaften undvidie Wirkung der Heißgase hohen Drucks nach der Erfindung zum Wärmeaustausch oder zur Wärmeübertragung vollständig auszunützen, sind besondere Verfahrenssehrit te und besondere Anlagen notwendig. Dies wird im Zusammenhe.ng _:mit, dem Trocknen .von P.apier .beschrieben. * ,

Da die Betriebsbedingungen bei den verschiedenen'Papiertrocknungsvorgängen sehr verschieden sind, wird die Verwendung der Gase nach der Erfindung an Hand von verschiedenen charakteristischen Verfahren und Anlagen zum Trocknen von Papier beschrieben.- Die verschiedenen'Trockenvorgänge zeigen auch die vielfältigen Verwendungsmöglichkeiten der nach der Erfindung , erzeugten Gase in Wärmeaustauschsystemen mit stark unterschiedlichen Betriebsbedingungen.

Trocken- und Glättzylinder: · ,

In der Papierindustrie werden im allgemeinen Trocken- und Glättzylinder benutzt, um leichtes Seidenpapier herzustellen. Dabei wird das Wasser aus dem· Papier dadurch entfernt, daß das Papier um; eine Trommel oder um einen Zylinder m.it einem verhältnismäßig großen Durchmesser geführt wird. Derartige Trockner mit einem einzigen Trockenzylinder werden in Verbindung mit heißen Wärmeströmungen und verhältnismäßig hohen Temperaturen benutzt. Dabei muß man gedoch darauf achten, daß die Temperatur nicht übermäßig hoch ist, damit das Papier nicht beschädigt wird.

In den Figuren 12 und 13 sind verschiedene Maßnahmen nach der Erfindung bei einem Zylindertrockner oder bei einem Trockner zum Herstellen von einsaitig glattem Papier gezeigt. Der Trockner hat e"inen Zylinder 80 mit einem verhältnimäßig großen Durchmesser. Der Zylinder wird im Gegenuhrzeigersinn gedreht, wie es in Pig. 13 angedeutet ist. Das nasse Papier wird auf einem Gewebe oder'einem Pilz 81:dem Trockner zugeführt und mittels einer Andruckwalze 82^: an den Zylinder 80 gedrückt.'· Nach dem Trocknen wird das Papier von einem Abstreifer oder einem Schaber 83 von dem Zylinder 80 abgehoben. Die Papierbahn ist in Pig. 13 mit dem -Buchstaben P bezeichnet.

Die zum Trocknen des-Papiers erforderliche Wärme wird dem

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Trockenzylinder durch heiße Hochdruckgase zugeführt, die nach' dem erfindungsgemäßen Verfahren' und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung oder Maschine erzeugt werden. Nach einer ■bevorzugten Ausf uhrungsform der Erfindung wird.die Wärmeübertragung zwischen diesen Gasen und dem Zylinder 80 sowie dem Papier P in drei Stufen vorgenommen. Das Wärmeübertrjagungsgas kann.in den drei Stufen aufeinanderfolgend verwendet werden. Zwei oder mehrere Stufen können aber auch von der Erzeugungsvorrichtung direkt mit Gas versorgt werden. Palis das Gas. den drei Stufen nacheinander zugeführt wird, wie es bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung der Pail ist, dann'sind die drei Heizstufen darin zu sehen, daß erstens das- Gas .auf der inneren L Oberfläche des Trockenzylinders auftrifft, daß zweitens das Papier von einer Stelle außerhalb des Trockenzylinders durch Wärmestrahlung, getrocknet wird; und daß drittens die Wärmeüb,ertragungsgase direkt auf das von dem Trockenzylinder geführte Papier geleitet werden.

Der Trockenzylinder 80 weist im allgemeinen eine zylindrische Wand 84 mit zwei gasdichten Stirnv/änden 85 und 86 auf, die an der Zylinderwand befestigt sind. Die Stirnwände weisen Wellenstücke 87 und 88 auf, die in Lagern 89 bzw. 90 gelagert sind. Der auf diese Weise drehbar gelagerte Trockenzylinder kann'in ' seinem Innern heiße Wärmeübertragungsgase aufnehmen.

Die erste Nutzstufe der heißen Hochdruckgase zur Wärmeüber- " tragung besteht darin, daß das Innere des Trockenzylinders erhitzt wird. Zu diesem Zweck ist das Wellenstück 88 hohl ausgebildet und an seinem Außenende mit einem gasdichten Drehverbindungsstück 91 ausgerüstet. Eine Heißgas-Eingangsleitung 92 läuft durch das Drehverbindungsstück 91 und koaxial mit dein Trockenzylinder 80 durch das Wellenstück 88. Die. Zuführungsleitung 92 leitet die heißen Wärmeübertragungsgase in das Innere einer Kammer 93 des Trockenzylinders 80. Die im Innern des Zylinders 80 angeordnete Kammer 93 dreht sich nicht mit. Wie

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: ■ ' _ ₁₉' - 19073B6

man in Fig. .13 sieht, hat die Kammer einen etwa kreissegraentförmigen Querschnitt. Die gekrümmte Oberfläche 94 "der Kammer 93 ₃· die.der Innenfläche des'Zylinders 80 gegenüberliegt, weist schlitzartige Düsen 95 auf, die über die ,gesamte Lange oder Breite der Zylinderwand nebeneinander angeordnet sind. Wie iö'an in den. beiden Figuren. 12 und 1,3 sieht, . haben die Düsenausgänge 95 einen kleinen Abstand von der innenfläche "der ZyMnderwand 80, . I - - - ν ;--■_

Nach der Erfind.ung sind die Düsen 95 bezüglich des Zylinders 80 schraubenlinienförmig angeordnet. Dies hat mehrere Vorteile. Sp kann.maELJdadurch jedes Längen- oder Breitenstück des Zylinders 80 an einer bestimmten Stelle direkt den heißen Hochdruckgasen aussetzen, die aus den Düsen 95 strömen, obwohl die " Düsen oder Schlitze um gewisse Strecken gegeneinander versetzt sind. , -. ,

Die Strömungsriehtung des über die Leitung 92 in die Kammer 93, einströmenden Gases ist durch einen Pfeil 96 angedeutet. Das heiße Gas strömt durch die. schlitzartigen Düsen 95'und trifft auf die Innenfläche des Zylinders 80. . Weil sich, der- Zylinder 80 bezüglich der Düsen 95 dreht und weil die Düsen in Form von Schlitzen ausgebildet sind und die Gase im Innern der Kammer 93 einen hohen Druck haben, treten an. der Innenfläche des Zylinders 80 Bedingungen auf, die für einen wirksamen wirkungsvollen Wärmeaustausch außerordentlich günstig * sind. Die drei genannten Maßnahmen veranlassen nämlich, daß sich nur ein sehr dünner Gasfilm auf der Innenfläche des Zylinders 80 ausbildet/ Dieser dünne jPilm setzt der Wärmeströmung lediglich einen verhältnismäßig geringen Widerstand entgegen. Die Turbulenz der durch die Düsen 95. strömenden Gase sowie die Turbulenz.der. Gase an der Unterseite der Düsen 95 veranlaßt, daß.der... Wärmetransport zur inneren Oberfläche des Zylinders 80 so. groß wie möglich, und. die Filmdicke, der verhältnismäßig unbewegten Gase direkt ander Innenoberflache des Zylinders 80 so gering wie möglich ist. Auf diese Weise wird die Wirksamkeit der Wärmeübertragung von den Gasen auf das Papier erheblich erhöht.

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Die Pig. 14 zeigt in vergrößertem Maßstab zwei nach der Erfindung aufgebaute und angeordnete !Düsen, 95. Der Abstand d zwischen den Mittellinien der benachbarten schlitzförmigen Düsen ist vorzugsweise kleiner als die sich durch die schraubenlinienförmige Anordnung des Düsenschlitzes ergebende Steigung zwischen dem einen und dem anderen Ende einer Düse. Dadurch wird sichergestellt, daß jedes Breiten-Oder längenstück des Zylinders 80 direkt den heißen Hoehdruckgas'en ausgesetzt wird. Die hohe Turbulenz des aus den Düsen ausströmenden Gases ist du^ch Pfeile in der Pig. 14 angedeutet.

Bei der Trockenmaschine nach Pig. 13 sind TJmkehrdüsen 96 und 97 · an den Enden der Kammer 94 angeordnet, die die durch die Düsen * 95 geleiteten heißen Gase in Bahnen leiten, die nahe bei der'' Innenfläche des Zylinders 80 liegen, wenn das Gas in den oberen Teil 98 im Innern des Zylinders 80 strömt. Diese Düsen erreichen, daß die Innenfläche des Zylinders 80 den heißen Gasen länger ausgesetzt ist.

"" Den oberen Teil 98 kann man sich als, Sammelkammer für die Wärmeübertragungsgase denken, die- ihre Wärme teilweise abgegeben haben, nachdem sie durch die Kammer 94 sowie durch die Düsen 95 und die Umkehrdüsen 96 und 97 geströmt sind. Durch die hohl ausgebildete Welle 88 strömen die Gase in einen Kanal 99. Der Kanal 99, der auch in der Pig.T3 angedeutet ist, leitet die * heißen Hochdruckgase zur nächsten Wärmeaustauschstufe. Diese Stufe weist eine Kammer 100 mit einer konkaven'Strahlungsplatte 101 auf, die die eine Wand der Kammer bildet. Die gekrümmte Strahlungsplatte 101 ist derart geformt und angeordnet, daß sie einen Teil des Zylinders 80 sehr dicht umgibt, jedoch die Zylinderwand~* 'nicht berührt. 'Zwischen der konkaven Außenfläche der Strahlungspiatte 101 und der"äußeren Oberfläche des Zylin-' ders 80 ist ein kleiner Spalt, durch den das zu trocknende-Papier P läuft. ' ' "' ';

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■ r ti % Γ % V K H 8 0' ·^: ν

Innerhalb der Kammer 100 der zweiten Stufe sind nahe· bei der konvexen Innenfläche der Strahlungsplatte 101 mehrere Düsen 102 angeordnet. Die Düsen 102 !sind in ähnlicher Weise aufgebaut und angeordnet wie die Düsen 9'5. Die- Düsen 102 sind nämlich nebeneinander längs der Breite der Kammer 100 der zweiten Stufe angebracht und erstrecken sich daher im wesnetlichen über die gesamte Länge oder Breite des Zylinders 80. Perner sind die Düsen schraubenlinienförmig angeordnet, und die benachbarten Düsen haben einen Abstand voneinander, der kleiner als der Steigungsabstand eines schraubenlinienförmigen Düsenschlitzes, ist. Die Leitung 99 führt der Kammer 100 die von der ersten Wärmeaustauschstufe abgegebenen heißen Gase hohen Drucks zu. Die Gase werden durch die Düsen 102 geleitet und treffen auf die Innenfläche der Strahlungsplatte 101 auf. Die der Strahlungsplatte 101 zugeführte Wärme wird durch Strahlung an das Papier abgegeben, das auf der Oberfläche des Zylinders 80 an der Strahlungsplatte vorbeiläuft.

Durch die beschriebenen Maßnahmen werden an der Innenfläche der Strahlungsplatte 101 Bedingungen hervorgerufen, die einen ' äußerst wirksamen Wärmeübergang von den Gasen zur Platte gewährleisten. Die durch die Düsen 102 geleiteten heißen Hochdruckgase' treffen nämlich mit einer hohen Geschwindigkeit auf die Platte 10.1 auf und erzeugen dabei eine hohe innere Turbulenz,. ,Der unbewegliche Gasfilm auf der Plattenoberfläche ist daher äußerst gering, so daß der Wärmeübe.rtragungswiderstand ebenfalls sehr klein ist. ■

Die teilweise verbrauchten Gase, die durch die Düsen 102 geströmt sind und-an die Strahlungsplatte 101 Wärme abgegeben haben j werden direkt in die dritte Wärmeübertragungsstufe geleitet. Der .Aufbau der dritten Stufe ist sowohl in Pig. 12 als" auch in Pig. 13 gezeigt. Die dritte Stufe weist eine Kammer auf, die > · über der Außenfläche des Zylinders 80 angeordnet ist. Die eine Wand der Kammer 103 ist der Oberfläche des Zylin-

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el er s" 80 angepaßt und dicht über der Oberfläche angeordnet.^: ' Diese Wand weist mehrere Düsen 104 auf, die die ZylinderQberflache mit Heißgasen anblasen. Die Düsen 104 haben einen ähnlichen Aufbau wie die Düsen 102 der zweiten Stufe und wie die -Düsen der ersten Stufe. Die Düsen 104 sind längs der Breite oder Länge der Kammer 104 dicht nebeneinander angeordnet» Sie laufen über die gesamte Breite des -Zylinders 80 und sind schraubenlinienförmig gegeneinander versetzt. Dabei haben die Düsen- " schlitze einen Abstand voneinander, der kleiner ist als; der Steigungsabstand der Schraubenlinie. Die von der zweiten Stufe in die Kammer 103 der dritten Stufe geleiteten Gase·werden von einem einstellbaren Fenster-οder Schieber105-gesteuert. Ferner

. sind den Düsen 104 mehrere Deflektor- oder Ablenkplatten 106

" zugeordnet, die das Gas nach unten lenken.

Die Gase strömen von der-zweiten Stufe durch das Fenster 105 in die Kammer 103. Von dort strömen die Gase durch die Düsen.. 104 nach unten und treffen direkt auf dem-Papier auf, das über den Zylinder 80 läuft. Die hohe Auftreffgeschwindigkeit der ■ heißen Gase sorgt für eine gute Wärmeübertragung.von den Gasen zum Papier und für eine gute Massenübertragung von· Wasser aus dem Papier in die Gase. Die dritte Stufe weist eine Ausstoß-· ■ kammer 107 auf, die nahe bei der Oberfläche des Zylinders 80 gegenüber der Abstromseite der Düsen 104 angeordnet -ist. Diese Kammer.wird vorzugsweise ein wenig unter. Atmosphärendruck be- . trieben. Über einen Kanal oder eine Leitung 108 werden d-ie GasV niedrigen Drucks abgezogen. Die Gase werden entweder dem Systemerneut zugeführt oder zum Betreiben von Hilfseinrichtungen benutzt. Sie können aber auch ohne weitere Verwendung direkt -' ausgestoßen werden. '■'■'"'■'·. '■" ·

Die Gase der dritten Stufe treffen direkt auf das Papier auf;.· Die dabei auftretenden Vorgänge sind scheraatisch in Fig. 15 dargestellt. Das Papier ist mit dem Buchstaben P gekennzeichnet und die nebeneinander angeordneten Schraubenlinien 109 stellen

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V-

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die Düsenäusgänge dar. pfeile_;A sollen- andeuten, daß -die An-•,fangsgesehwindiglceit-der aus den Düsen strömenden Gase größer -. ■ist als· die Papiergeschwindigkeit. Infolge der höheren Gasgeschwindigkeit-, breitet. sieh das. Gas in dem Raum zwischen den •Düsen aus und, strömt am Papier hinunter. Die'Gasgeschwindigkeit nimmt:schließlich soweit.at, daß das Gas nicht' mehr am Papier hinunterströmt;,¹: sondern, sichauf "dem Papier ausbreitet. Dies -'■' ist durch'Pfeile B angedeutet., Später treibt das Papier das Gas wieder an.und verleiht ihm eine Abströmkomponehte, und zwar durch die Mitreißwirkung. Dies ist durch die Pfeile G an·« gedeutet»· Ähnliche/Gasströmungen treten an der. inneren Ober- <f lache des Zylinders 80 -auf ,wenn-das Gas aus den Düsen 95 ausiströmtv. _; ■ -."'■- '-.■■■ -■ · ν - - - . :_ ,, . . . . - ■-.."..

Die la esehriebene Ausführungsförm des Trockenzylinders weist zwei Stufen auf, bei denen die heißen Gase hohen Drucks mit dem zu trocknenden Papier, auf indirektem ¥e,ge.Wärme austauschen. Danach folgt eine: Stufe, bei der. die Gase das zu trocknende Papier, direkt berühren. Eine derartige Anordnung ist von Vorteil,' wenn die Anfangstemperatur der V/ärmeübertragungsgase sehr hoch·ist. Wenn die Anfangstemperatur der Wärmeübertragungs- , gase etwas geringer^^ ist,- dann "V/erden, zweckmäßig erweise zwei Stufen vorgesehen, beiAdenen die.Gase das zu trocknende Papier direkt berühren., ■'.-,. ν .:. -.;-.- . ..

^;ü)ies kann man durch eine, sehr einfache Abänderung der Taesehrie- .· %eJien Anordnung erreichen. Die "zweite Stufe, die die Kammer ■ 100, die.Strahlungsplatte 101 und die Düsen 102 aufweist, kann man sehr einfaph dadurch ändern, daß/ die Strahlungsplatte weggelassen wird, so daß die Düsen 102 direkt das Papier auf

dem Zylinder 80 anblasen. Nach dem Berühren des Papiers wird .in.^ie_: Kammer .103 der dritten Stufe geleitet.:

-^-idem.. ^be.id.en bisher beschriebenen Anordnungen ist mindestens, e^ne _%«S.tuf e,;-vo..rhanden,_; bei der· das Papier mit ..dem Gas direkt in. Berührung gebracht wird. Dazu muß das Gas verhältnismäßig sau-

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her sein, d.h.*· frei von Ruß 'und anderen Verschmutzungen,''da^s"^i:;" eicli die mitger-is.se.nen Schmutzteilchen'auf dem zu t^röekrtenden" I Papier niederschlagen wurden. 'Selbst wenn alle Stufen nur eine·^Ί indirekte Wärmeübertragung -Vornehmen, wie-es bei der ersten;"' Stufe: der, \ Pal 1 is t, und - m it d em Pap ier ni cht 'direkt ■ in·*· Bi'^" "^a: ~ rühruag kommen, kann es wünschenswert - seinj 'verhältnismäßig'"; " reine Gase, zu verwenden, so daß -sich Icein -Schmutz oder''Rul'auf den Wärmeübergangsoberflächen 'ansammelt, beispielsweise'-"auf:''d⁵em Innersn des- Zylinders 80. Ruß und andere Schmutzt ei IcMh Thielen nämlich, eine Sciiicht mit einer verhältnis mäßig niedrigen War-'' iBeleitzähl. Eine .derartige Wärmewiderstandsschicht'wifkt "-"sieh'" auf die Wärmeübertragung nachteilig aus. ~ ":'"'- ■"—=■-;

Hun sollen aber nach der Ib?firidung auch minderwertige, 'Verhäi't-"■tsipäßig· unrein© Brennstoffe zur -Erzeugung der heißen Hochdirüökgase benutzt werden. Um dabei "die durch Euß hervorgerufeneh '~ *rachteile .zu überwinden, wird vorzugsweisie zwischen -der Ef-'-; . ζeugungavorrichtung für die heißen Hochdruckgase und'^ ihren) ·Be^- nutzungs- oder Anwendungsort eine PiItervorrichtung angeordnet. " Mes ist besonders vorteilhaft, wenn die Gase .mit dem zu. trocknenden Papier direkt in Berührung gebracht werden.

Derartige Piltervorrichtungen sind in Pig. 16 gezeigt* Diese'· ■ Pigur zeigt ein zylindrisches, ständig arbeitendes und si-ch " fortwährend reinigendes PiIter, das in der Gasströmuhg angeörd-net ist, beispielsweise innerhalb der Kammer 100, Das Filter 110 weist ein zylindrisches⁷ Rohr 111 mit einer löchrigen'Oberr· flache und mit einem porösen leitermaterial 112 auf, das das~ ' Innere des Rohres auskleidet. Der Zylinder 1Ü · ist-^:dreKbar "im V Innern einer Kammer 113 angeordnet. Bei der Kammer i.ij'feänn · es sich um die in Pig. 13 gezeigte Kammer 100 οder um-eine"' andere Kammer handeln* Beim Betrieb wird heißes, unter hohem" "'"."■ Druck stehendes und verhältnismäßig schmutziges Gas. in das. Innere des Zylinders 111 geleitet, wie es durch einen Pfeil TI? angedeutet ist. Das in das- Innere des Zylinders f1"1 geleitete; ;

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Gas strömt durch die Wände des Zylinders nach außen in das Innere der Kammer 113. Die in dem Gas enthaltenen Schmutzteilchen werden vom Filtermaterial 112 ausgefiltert.

Innerhalb des Zylinders 111 j,st eine kleine Kammer 115 und' · außerhalb des Zylinders 111, unmittelbar neben der Kammer 115? •eine weitere Kammer 116 angeordnet. Die Kammer 116 wird Reinigung smitte 1-Ei ng angs kamm' er und die Kammer 115 .Reinigungsmitteln Ausgangs kamm er genannt. Ein Reinigungsmittel, beispielsweise Luft, wird in die Kammer 116 getrieben, wie es durch einen Pfeil 117 angedeutet ist. Durch die Wand des Zylinders

111 strömt das Reinigungsmedium'in die Ausgangskammer 115. Dabei wird der Ruß, der an dem sich gerade zwischen den Kammern 116 und 115 befindenden 'Filtermaterial 112 anhaftet, gelost und mitgerissen. Auf diese Weise führt das Reinigungsmedium den Schmutz vom Filter ab. Das Reinigungsgas tritt dann über die .Ausgangskammer 115 aus, wie es durch einen Pfeil-11-8 angedeutet ist, und nimmt den Schmutz mit sich. Als Reinigungsmittel kann man die vom Kompressor des Heißgaserzeugers komprimierte Luft benutzen. ..-.■■

Der Zylinder 111 ist also drehbar gelagert und wird während des Betriebs ständig gedreht. Ein Teil des Filtermaterials

112 wird daher während des -Betriebs ständig von dem Reinigungsmittel gereinigt, wohingegen der übrige Teil des Filtermaterials das ankommende Gas filtert.

Vorzugsweise erstreckt sich nach der Erfindung das in Fig. gezeigte Filter über die gesamte Breite oder Länge einer ,Stufenkammer-, Auf diese Weise erhält man große Fi It er flächen; Der natürliche Widerstand des Filters bewirkt, daß sich in der Kammer ein gleichmäßiger Druck einstellt, so daß der Druck.an allen Düsen in der Kammer der gleiche ist. '...--

Bei einer weiteren Ausf uhrungsform nach der Erfindung können die-Dichtungsstreifen 119 zwischen,dem sich drehbaren Rohr 111 und der Kammer 116 entfernt werden, so daß die gefilterten

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Gase den Eeinlguiig-svorgang übernehmen können, und zwar anstelle der in Biohtung des Pfeils 117 getrennt zugeführten Gase. Hierzu muß allerdings der Druck der gefilterten Gase höher sein als der Druck am Ausgang 118.

Papier- und Pappetrockner; '

Im Gegensatz zu den beschri-ebenen Trockenvorgängen mit einem einzigen Trockenzylinder wird das Trocknen bei stärkeren Papieren und Pappen im allgemeinen derart vorgenommen, daß die zu trocknende Papierbahn aufeinanderfolgend über mehrere Zylinder geführt wird. Im allgemeinen wird im Inneren derartiger Zylinder Dampf kondensiert und dicht bei der äußeren Oberfläche der Zylinder sind Heißluft-Trockenhauben angeordnet, * Es können sehr viele Trockenzylinder vorhanden sein. Bei einer Anlage zum Trocknen von Zeitungspapier können hundert oder noch mehr Zylinder aufeinanderfolgen. Jeder Zylinder kann . einen Durchmesser von etwa 1,5 m haben.

Beim Trocknen von Papier tritt stets ein bestimmter Vorgang auf, der in Abhängigkeit von der Papierart im einzelnen verschieden ausgeführt werden kann, jedoch grundsätzlich -der gleiche ist. Dieser allgemeine Trockenvorgang ist in Pig. 17 gezeigt. Dieses Diagramm stellt den Trockenvorgang als Punktion der Differenz zwischen der Temperatur gesättigten Dampfes in einem herkömmlichen Trockner und der Oberflächentemperatür des Trockners als Punktion der Zeit dar. Die Temperatur des gesättigten Dampfes ist in der Pig. 17 stufenförmig in Porm von horizontalen Linien dargestellt und die Oberflächentemperatur ist eine kontinuierliche nach rechts ansteigende linie. Der vertikale Abstand zwischen den horizontalen Linien und der Kurve ist das umgekehrte -Maß für den Widerstand, den das Papier dem Trocknen entgegensetzt. Mit abnehmendem Feuchtigkeitsgehalt des Papiers nimmt der Widerstand zu. Wie man an Hand von Pig. T7 sieht, liegt ein großer Teil der Trocknungszeit im Bereich hohen Widerstands.

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ι η Γ.

¥ie "bereits erwähnt, hat man Heißlufthauben tanutat, in das über.die Zylinder laufende Papier mit Luft anzublasen. "Dadurch soll die Erwärmung, diei "beim Kondensieren des Dampfes i„~ Inneren des Zylinders auftritt, unterstützt werden. Die Heißluft wird im allgemeinen seitlich von der Oberfläche des Papiers ausgestoßen. Dies hat den Nachteil, daß das Papier auf dem Zylinder umherschwimmt. In den Figuren 18 und 19 ist eine* Aus führung s form nach der Erfindung gezeigt,, die insbesondere in Verbindung mit herkömmlichen Papiertrockenzylindern gute Ergebnisse liefert. Um einen in Pig. 18 gezeigter. Zy lind et' ¹SC wird eine Bahn aus Papier 121 geführt» Der Zylinder 120 -fc.-inr in herkömmlicher Weise derart aufgebaut sein, daß man reine' Inneren gesättigte Dämpfe zuführen kann. Dem Inneren des Zyi.r,-ders können auch heiße Hochdruckgase zugeführt werden, wie es in Verbindung mit dem in den Figuren 12 und 13 gezeigten Trockenzylinder beschrieben ist.

Der Zylinder 120 ist mit einer Trockeneinheit 122 ausgerüstet. Die Trockeneinheit enthält eine Zuführkammer 123, eine Düsenkammer 124 und eine Ausstoßkammer 125. Die Gase strömen von der Eingangs- oder Zuführkammer 123 in die Düsenkammer 124 und werden dabei durch Drosselfenster 126 geleitet. Die Gasströmung ist durch Pfeile 127 angedeutet. Durch Einstellen der Drosselfenster 126 kann man die Strömungsgeschwindigkeit verändern. Zwischen den Penstern kann, man, sofern es gewünscht wird, Trennwände 127 Vorsehen, so daß man die Gasströmung längs der Breite der Kammer 123 durch Einstellen der verschiedenen Fenster 126 an den einzelnen Stellen mehr oder weniger stark drosseln kann. Das Gas wird seitlich in die Kam- » mer 123 geleitet, wie es durch einen Pfeil 128 dargestellt ist. Von der Kammer 123 fließt das Gas in die Düsenkammer 124. Die eine Wand der Düsenkammer weist eine Reihe von Düsen 129 auf, die in ähnlicher Weise ausgebildet sind, wie die Düsenschlitze bei dem in den Figuren 12 und 13 gezeigten Zylindertrockner. Die Düsen 129 sind schraubenlinienförmig gegeneinander versetzt und ihr Abstand voneinander ist.kleiner als die

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■ -uhrc-i.benliniensteig'ang. Die Düsen erstrecken sich im wesent-, »ionen über die gesamte Breite oder Länge des Zylinders 120»,.

- ;.ε G'XB strömt durch- die Düsen und trifft auf das. Papier in ..-;.;· iinar solchen Weise auf, daß eine gute 7/ärmeübertragung_; zum„ .· rapier hin und eine gute Massenübertragüng von -Wasser aus; dem, I-apj—r in das G-as stattfindet. Die hohe Turbulenz der auf-.reffenden Gase ruft diese Wirkung hervor. Am Ende des Düsenabschnitts hat die Ausiaßkammer eine Einlaßöffnung 130. Das •las etröuTv von a<s: Papieroberfläche in die Auslaßkammer und .-.;-..' ,ier/ öeicwftrts, vle es durch einen Pfeil 151 angedeutet ist.: Z£,e.'< von der Auslaßkammer 130 ausgestoßene Gas kann man in.. · -■ * einer anderen Einheit für einen anderen Zylinder benutzen oder " teilweise zurückführen. Es kann aber auch direkt ausgestoßen werden. _■ .. ;

Die Enden der Kammern sind.abgedichtet. Die Abdichtwände legen sich eng an den Zylinder 120 an, so daß nur sehr wenig Gas von der Zylinderoberfläche seitwärts entweichen kann. TJm am Umfang des Zylinders die Gasverluste so gering wie möglich zu halten, sind an der !rockeneinheit 122 längs der Zylinderwand Dichtungen vorgesehen. Bei den Dichtungen kann es sich um herkömmliche Walzen- oder Rollendichtungen handeln. Oft sind derartige _; Dichtungen jedoch unerwünscht, da sie das Papier beschädigen. Nach der Erfindung ist daher eine drehbare Abweisvorrichtung mit einer Düse vorgesehen. Diese Vorrichtung ist in Pig. 19 "'■ in vergrößertem Maßstab dargestellt. Die Düsenabweisvorrichtung 132 enthält ein zylindrisches Ansaugrohr 133 mit einer einstellbaren Hülse 134, die das Ansaugrohr umgibt. Das Ansaugrohr und die Hülse haben an zwei Stellen Öffnungen* Die eine Öffnung 135 liegt beim Einlaßkanal 136 und die andere - ' öffnung 137 liegt gegenüber den Abv/e is blättern 138 und 139· Die Hochdruckgase treten in den Düsenabweiser durch den Einlaßkanal 136 ein und verlassen die Abweisvorrichtung durch . ' einen zwischen den Abweisblättern 138 und 139 gebildeten Schlitz. Diese Gase haben einen etwas höheren Druck als die

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: durch die Düsen 129 austretenden Gase. Dadurch wird vermieden, daß die aus den Düsen 129 austretenden Gase ins Preie gelangen. Das Gas für die Düsenabweisvorrichtung kann der Düsenkammer 124 entnommen werden oder auf irgendeine an-iere Weise zugeführt werden. Hilfsweise kann noch ein herkömmlicher leichter Abweiser 140 vorgesehen sein.

Preßtrockner:

Nach der Erfindung kann man die in der beschriebenen Weise erzeugten heißen Hochdruckgase auch dazu verwenden, um Wasser aus sehr feuchten Papierbahnen abzuziehen, die etwa 80 Gewichtsprozent Wasser enthalten. Diese Papierbahnen können anschließend den beschriebenen !rockenvorgängen unterzogen werden.

Es ist bekannt, sehr nasse Papierbahnen zwischen zwei endlosen Pilzbändern durch Druckwalzenpaare zu pressen. Dies hat den Nachteil, daß die durch die Walzen zusammengepreßten Pilzbahnen nicht in der Lage sind, das Wasser aus der Papierbahn aufzunehmen.

In den Figuren 20 und 21 ist eine nach der Erfindung aufgebaute Vorrichtung gezeigt, die die heißen Hochdruckgase ausnützt, um das Wasser aus sehr nassen Papierbahnen zu entziehen. Diese Anordnung, enthält zwei Pilzbahnen 150 und 151, zwischen denen das nasse Papier 152 angeordnet ist. Über der Pilzbahn 150 befindet sich eine Einlaßkammer 153. Die Einlaßkammer weist zwei Walzen 154 und 155 auf, die sich im allgemeinen über' die gesamte Breite der Pilzbahn 150 erstrecken. An den Stirnseiten der Walzen 154 und 155 sind Zähne 156 angebracht, über die ein endloser Riemen 157 läuft. Der Riemen greift dabei derart in die Zähne ein, daß der Außenradius des Riemens gleich dem Außenradius der Walze ist. Gegenüber den Riemen oder Gurten 157 sind Seitenplatten angeordnet, die mit unter Druck stehen-

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— j>b — -

den Dichtungen auf die Außenwand des Riemens und die Walzenränder drücken, um die Seiten der Kammer abzudichten.,. Der innere Riemenrand ist außerhalb der Zähne ebenfalls glatt, um in ähnlicher Weise eine Dichtung gegenüber der inneren Seitenplatte au bilden. Die Riemen und die Seitenplatten arbeiten dahor zusammen, um die Trockenkammer 153 seitlich gegenüber Gasverlusten abzudichten. Das Gas -wird der Kammer über den Einlaß 158 zugeführt.

Unter der Einlaßkammer 153 ist eine Auslaßkammer 159 angeordnet. Die Auslaßkammer· 159 weist zur Abdichtung Stirnwalzen 160 und 161 auf. Die Walzen 154 und 160 sowie 155 und 161 liegen einander gegenüber, so daß die aus den beiden Pilzen und dem Papier gebildete Lage zusammengepreßt wird, wenn sie durch den Walzenspalt läuft. Das Gas verläßt die Auslaßkammer 159 durch Kanäle 162. Um die beiden Pilzbahnen mit der dazwischenliegenden Papierbahn zu unterstützen, ist eine Stützrolle 163 in der Auslaßkammer vorgesehen. Beim Betrieb wird in die Eingangskammer 153 Gas hohen Drucks geleitet. Da dieses Gas sehr heiß ist, veranlaßt es beim Durchströmen des Papiers, daß das im Papier enthaltene Wasser verdampft. Gleichzeitig reißt das Gas Wasser mit sich. Das Gas strömt durch die Pilz- und Papierlage nach unten in die untere Kammer 159 und tritt schließlich durch die Kanäle 162 aus. Wenn das Gas hohen Drucks durch das Papier strömt, reißt es im Papier vorhandenes Wasser mit· sich und veranlaßt, daß Wasser im Papier verdampft. Das heiße Gas reißt auch das in dem un-. teren Pilz befindliche Wasser mit sich und veranlaßt,daß Wasser aus dem unteren Pilz verdampft.

Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform, die ebenfalls dazu dient, heiße Hochdruckgase durch eine von Pilzbahnen umgebene Papierbahn zu leiten, ist in den Piguren 21 bis 27 gezeigt. Bei der Anordnung nach diesen Piguren ist die obere' oder eingangsseitige Kammer 153 im wesentlichen in der glei-

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chen Weise aufgebaut wie bei der Anordnung nach Pig, 20. Toe untere Kammer ist jedoch verschieden. Wie es αττ, besten aus Pig. 22 hervorgeht, ist eine Im herkömmlichen Sirine aufgebaute Auslaßkammer nicht vorhanden. Es ist: vielmehr oin Rahmen 170 vorgesehen, an dem Walzen 171 und 172 befestigt sind, die sich über die gesamte Breite der Pilz-Papier-I¹Uz-Bahn 150-152-151 erstrecken. Die Walzen 171 und 172 sind vorzugsweise gegenüber den Walzen 154 und 155 angeordnet, um die zwischen den beiden Pilzbahnen eingebettete Papierbahn in der Walzenspalten zusammenzudrücken. Perner ist an dem Rahmen rv.· sätzlich eine Bodenwalze 173 angeordnet. Über -ixe V/a la er* 171« 172 und 173 ist ein endloser flacher Gurt 174- gezogen. :Oex Gurt 174 ist undurchlässig, d.h. , daß das Cfag und das Vass»-. durch den Gurt nicht hindurchgehen. Der .Gurt 174 ist aber derart ausgebildet, daß das Gas im Inneren des Gurtes entlangströmen kann. Biese Gasströmung ist durch einen Pfeil 175 in der Pig. 22 angedeutet. Dicht bei den Walzen 171/172 sind Gas-, sammelkammern 176 und 177 angeordnet, die das vom Gurt 174 wegströmende Gas aufsammeln. Zur Abdichtung sind die Kammern 176 und 177 mit einer Ummantelung 183 verbunden. Die Seitenwände sind gegenüber dem Gurt in ähnlicher Weise abgedichtet wie der Außenrand des Riemens in Pig. 21.

Der Aufbau des Gurtes oder Riemens 174 ist in den Piguren 23 bis 25 gezeigt. Der Gurt 174 weist ein Trägerband 178 mit zahlreichen Rillen 179 auf. Die Rillen verlaufen in Längsrichtung des Gurtes. Über den Rillen erstrecken sich quer zum Gurt zahlreiche Streifen oder Stäbe 180. Von oben hat der Gurt 174 ein gitterartiges Aussehen, wie es in Pig. 24 gezeigt ist. Trotz des gitterartigen Erscheinungsbildes ist der Gurt undurchlässig. Pig. 25 ist die Ansicht des unteren Trägerbandes des Gurtes 178 mit den Rillen 179. Die Stäbe 180 sind dabei entfernt. Die Pig. 26 zeigt einen Gurt mit einem ähnlichen Aufbau. Die Rillen 179 sind allerdings tiefer in das untere Band 178 eingelassen und die Stäbe 180 weisen Kerben' auf.

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Zwischen den Walzen 171 und 172 ist in dem unteren Hahmen 170 eine Druckkammer 181 vorgesehen. Dieser Kammer wird Gas zugeführt, um die Unterseite des Gurtes 174 in dem Bereich zwischen den beiden Walzen 171 und 172 zu stützen,· wie es durch Pfeile 182_angedeutet ist.

Die Pig. 27 zeigt die Betriebsweise der in Fig„ 22 dargestellten Ausführungsform der Erfindung. Über einen Einlaßkanal 158 gelangen heiße Hochdruckgase in die Eingangskammer 153° Das Gas strömt durch die übereinanderliegende 3?ilz~Papier-Pilz-Bahn 150, 152_S 151 in das Innere des Gurtes 174° Von dort strömt das Gas durch den Gurt zu den beiden Sammelkammern 176 und 177. Der Gurt 174 wird durch den Gasdruck in der Druck= kammer 181 unterstützt«

Die linke Hälfte der Pig. 27 zeigt die Betriebsweise der in. Pig. 20 dargestellten Ausführungsform der Erfindung» Dabei strömen die durch die Pilz-Papier-Pilz-Lage hindurchgeleitet-en Gase direkt zur Kammer 159 und zum Auslaß 162„

Die Pig. 29 zeigt eine Anlage nach der Erfindung mit mehreren Eingangs- und Auslaßkammern nach Pig. 20. Die Kammern sind zwischen einer einzigen Walzengruppe aus den Walzen 184s 185-, 186 und 187 angeordnet. Durch eine derartige Anordnung werden Bauteile und Platz eingespart. Perner werden die einander abwechselnden Kammerpaare vom Gas in entgegengesetzten Riehtun- ■ gen durchströmt. So fließen beispielsweise die Gase in dem Kamraerpaar 188, 189 nach unten und in dem Kammerpaar 190,191 nach oben. Dadurch wird impulsartig auf das Wasser im Papier und in den Pilzbahnen eingewirkt _} wodurch das Wasser wirkungsvoller entzogen wird. Perner-wird durch die jeweils entgegengesetzte -Gasströmung in dem nächsten Kammerpaar ein Zusammenpressen der Pilze infolge des hohen Gasdrucks vermieden.

Bei den Anordnungen nach den-Figuren 20, 22 und 29 sowie "bei ■der Anordnung nach der Pig. 30 sind an verschiedenen Stellen

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druckbelastete Dichtungen erwünscht. Sine derartige Dichtung ist in Pig. 28 gezeigt. Zwei im allgemeinen parallel zueinander angeordnete Gleitstücke 200 und 201 gleiten auf der Bahn 150 und dichten diese Bahn ab.. Zwischen den parallelen Gleitstücken 200 und 201 befindet sich eine Ansaugleitung 203. Dadurch werden Leckstellen vermieden.

In der Pig. 30 ist eine weitere Ausführungsform nach der Erfindung gezeigt. Diese erfindungsgemäße Anordnung dient ebenfalls dazu, Wasser aus sehr nassen Papierbahnen zu entziehen. Bei dieser Vorrichtung ist eine Srommel oder ein Zylinder vorgesehen, dessen Oberfläche in ähnlicher Weise ausgebildet ist wie es· im Zusammenhang mit dem Gurt 174 an Hand von Pig. beschrieben wurde» Die Oberfläche des Zylinders 210 ist also gas- und v/as se rundurchlässig, jedoch derart ausgebildet, daß in ihrem Inneren Gas strömen kann. Die zu diesem Zweck gitterartig ausgebildete Oberfläche ist an der Stelle 211 angedeutet. Stattdessen kann man in der Oberfläche auch lediglich Rillen vorsehen, in denen das Gas längs der Oberfläche entlangströmt. Dies ist an der Stelle 212 gezeigt. Eine Pilzbahn 213» die eine Papierbahn 214 trägt, läuft im Gegenuhrzeigersinn um den Zylinder 210, wie es in Pig. 30 angedeutet ist. Eine weitere Pilzbahn 215 wird von der Walze 216 gegen die Papierbahn 214 gedrückt, so daß ein Pilz-Papier-Pilz-Band entsteht. Um denjenigen Seil des Zylinders 210, den das Pilz-Papier-Pilz-Band- umspannt, ist eine Gaseinlaßkammer 217 angeordnet. Die Kammer ist in zahlreiche .Pächer 218, 219, 220, 221 und . ; 222 unterteilt, die längs des Umfangs des Zylinders angeordnet sind, so daß man heiße Hochdruckgase unterschiedlichen Drucks durch die längs des Zylinders 210 bewegte Papierbahn leiten kann. Das Gas strömt von einem vorgegebenen Pach der Kammer nach unten durch das Pilz-Papier-Pilz-Band in die auf der Oberfläche des Zylinders vorgesehenen Rillen. Von dort strömt das Gas in der Zylinderwand zu einer Sammelkammer 222a · oder einer ähnlichen Kammer (nicht gezeigt) auf der entgegengesetzten Seite. Die Kammern sind durch eine Ummantelung 225

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miteinander verbunden. An den Stellen 223 und 224 sind zu ■ ■ beiden Seiten der Kammer 217 druckbelastete Dichtungen vorgesehen, die in der gleichen Weise aufgebaut sind, wie es in Pig. 28 gezeigt ist.

Bei einer von der in Pig. 30 gezeigten Ausführungsform abweichenden Anordnung ist die Zylinderwand durchlässig ausgebildet, so daß Gase und Dämpfe hindurchgehen können. Ein derartiger Zylinder ist einem Absaugzylinder ähnlich, der an sich bekannt ist. Bei allen erfindungsgemäßen Ausführungsformen zum Preßtrocknen erfolgt die Verwendung der oberen Pilzbahn auf Wunsch, wenn der Gasstrom von. oben durch das Papier nach unten geht. Allerdings muß dann die Papierbahn schmäler k sein als die untere Pilzbahn, und die zur Abdichtung auf den Stirnwalzen gleitenden Seitenplatten müssen gegenüber der unteren Pilzbahn abgedichtet werden.

Durch die Maßnahmen nach der Erfindung werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Erzeugen von heißen Hochdruckgasen geschaffen, die zur Wärmeübertragung sehr gut geeignet sind» Perner sind nach der Erfindung Verfahren und Vorrichtungen vorgesehen, die die Eigenschaften derartiger Gase als Wärmeübertragungsmedien für die verschiedenartigsten Trockenzwecke ausnutzen. Dabei können sehr nasse, zerreißbare Papierbahnen, Seidenpapierbahnen sowie schwere Kraftpapierbahnen und Papierpappe getrocknet werden.

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Claims (1)

1. Patentansprüche

   !./Verfahren zum Zuführen von Wärme au einer Wärmeaustausch- oder Wärmeübergangsοberflache, · dadurch gekennzeichnet , daß heiße, unter hohem Druck stehende Gase in einem regenerativen Kompression-Verbrenraing-Expansion-Zyklus erzeugt werden, daß die erzeugten Gase über die Wärmeaustauschoberfläche strömen, daß zum Erhöhen der ■ Strömungsgeschwindigkeit und zum Hervorbringen von sich schnell bewegenden, turbulenten Gasströmungen der Gasdruck der strömenden Gase vermindert wird, daß zum Wärmeaustausch die hochturbulenten Gase mit der Wärmeübergangsoberfläche in enge Berührung gebracht werden und daß nach dem Berühren die Gase von der Oberfläche abgezogen werden_o

   2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die gesamte verfügbare Energie des regenerativen Zyklus zum Erzeugen des Gasdrucks, der Gasströmung und der Gasturbulenz genutzt wirdo

   3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die gesamte verfügbare Energie des regenerativen Zyklus zum Trocknen von faserigen Erzeugnissen genutzt wird.

   4. Verfahren zum Zuführen von Wärme zu einer Wärmeaustauschoberfläche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brennstoff und säuerstoffhaltige Gase in einem begrenzten Raum gemischt v/erden, daß die Mischung zum Erzeugen von heißen, unter hohem Druck stehenden Gasen verbrannt wird, daß zum Komprimieren von weiteren säuerstoffhaItigen Gasen und zum Mischen dieser Gase mit weiterem Brennstoff ein Teil der gasförmigen Verbrennungsprodukte in einem Kompressor expandiert wird, daß die Verbrennungsprodukte Düsen zugeleitet werden, die gegenüber der Wärmeaustauschfläche angeordnet sind, und daß die Verbrennungsprodukte in den Düsen expandiert und der Wärmeaustauschoberfläche zugeführt werden, wobei ein Teil der

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   in den Verbrennungsprodulcben.gespeicherten potentiellen Druekenergie an denjenigen Stellen, an denen die Verbrennungsprodukte auf die Wärmeaustauschoberfläche auftreffen, in kinetische Strömungsenergie umgesetzt wird,

   5. Verfahren zum Zuführen von Wärme zu einer Wärmeaustausch» oberfläche, dadurch gekennzeichnet? daß ein Brennstoff und säuerstoffhaltige Gase in einem begrenzten Baum gemischt werden, daß zum Erzeugen von heißen^ unter hohen Druck stehenden Gasen die Mischung verbrannt wird, daß zum Komprimieren von weiteren sauerstoffhaltigen Gasen und zum Vermischen dieser Gase mit weiterem Brennstoff min-= destens ein (Peil der gasförmigen Verbrennungsprodukte in einem Kompressor expandiert wird,, daß die Verbrennungsprodukte .Düsen zugeführt xverden, die gegenüber der Wärmeaustauschfläche angeordnet sind, und daß die Verbrennungsprodukte an den Düsen und längs der Wärmeaustauschoberfläche expandiert werden«, wobei ein Teil der in den Verbrennungsprodukten gespeicherten potentiellen Druckenergie an der Wärmeaustauschgrenze zwischen den Verbrennungs produkt en und der Wärm ee,ust aus ohober™ fläche in kinetische Strömungs- und Turbulensenergie umgesetzt wird.

   6. Verfahren zum Zuführen von Wärme zu Wärmeaustausch-Zwischenflächen, dadurch gekennzeichnet, daß ein Brennstoff und säuerstoffhaltige Gase in einem begrenzten-Raum gemischt werden, daß zum Erzeugen von heißen, unter hohem. Druck stehenden Gasen die Mischung verbrannt wird, daß zum Komprimieren von weiteren sauerstoffhaltigen Gasen und zum Mischen dieser Gase mit weiterem Brennstoff mindestens ein Teil der gasförmigen Verbrennungsprodukte in einem Kompressor expandiert wird, daß die Verbrennungsprodukte den Wärmeaustaus ch-Zwischenflachen zugeleitet und längs dieser Flächen expandiert v/erden, wobei ein Teil der in den Verbrennungsprodukten gespeicherten potentiellen Druckenergie in kinetische Strömungs- und Turbulenzenergie umgesetzt wird, so daß die Verbrennungsprodukte Wärme zu den Wärmeaustausch-Zwischenf la-

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   chen übertragen, und daß die Verbrennungsprodukte nach dem Wärmeaustausch aufgefangen oder gesammelt v/erden.

   7. Verfahren nach Anspruch 6,. dadurch gekennzeichnet , daß ein Teil der aufgesammelten Verbrennungsprodukte denjenigen Verbrennungsprodukten zugeleitet wird, die den Wärmeaustausch-Zwischenflächen zugeführt werden.

   8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die aufgesammelten Verbrennungsprodukte in mindestens einer nachfolgenden Stufe zum weiteren Wärmeaustausch mit den Zwischenflächen in Berührung gebracht werden.

   / 9. Papiertrockenanlage mit einer Trockenzone, durch die eine lange Papierbahn auf einem vorgegebenen Weg läuft, dadurch gekennzeichnet, daß eine regenerative arbeitende Maschine durch Verbrennung eines Brennstoffs in einem begrenzten Raum heiße, unter hohem Druck ste- · hende Gase erzeugt, daß eine Gasleitung die in dem begrenzten Raum erzeugten Gase aufnimmt, daß die Gasleitung die heißen, unter hohem Druck stehenden Gase Düsen zuleitet, daß die Düsen in der Trockenzone gegenüber der Bewegungsbahn des Papiers in einer Reihe angeordnet sind, die sich über die gesamte Papierbahn erstreckt, und daß die Düsen derart ausgerichtet sind, daß sie die heißen Gase in Richtung auf die Bewegungsbahn des Papiers ausstoßen.

   10. Papiertrockenanlage mit einer Trockenzone, durch die eine lange Papierbahn auf einem vorgegebenen Weg läuft, dadurch gekennzeichnet, daß eine regenerativ arbeitende Maschine in einem begrenzten Raum durch Verbrennung eines Brennstoffs heiße, unter hohem Druck stehende Gase erzeugt, daß eine Gasleitung die in dem begrenzten Raum erzeugten Gase aufnimmt, daß Düsen die heißen, unter hohem Druck stehenden Gase von der Gasleitung aufnehmen, daß die Düsen in der Trockenzone gegenüber der bewegten Papierbahn

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   in einer Reihe, die sich, im allgemeinen über die gesarate Papierbahn erstreckt, angeordnet sind und daß die Düsen derart ausgerichtet sind, daß sie die heißen Gase längs der Bewegungsbahn ausstoßen.

   11. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Düsen -und der Bewegungsbahn des Papiers eine Strahlungsplatte in einem vorgewählten, im allgemeinen gleichmäßigen Abstand von der Bewegungsbahn des Papiers angeordnet ist, daß die von den Düsen ausgestoßenen heißen Gase auf der Strahlungsplatte auftreffen und daß die Strahlungsρlatte in Richtung auf die Bewegungsbahn des Papiers Wärme abstrahlt.

   12. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen die Düsen und die Bewegungsbahn des Papiers eine Strahlungsplatte in einem vorgegebenen, im allgemeinen gleichmäßigen Abstand von der Papierbahn angeordnet ist, daß die von den Düsen ausgestoßenen heißen Gase auf der Strahlungsρlatte auftreffen und daß die Strahlungsplatte in Richtung auf die Bewegungsbahn des Papiers Wärme abstrahlt.

   13. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Düsen und der Bewegungsbahn des Papiers eine Wärmeübergangs- oder Wärmeaustauschplatte angeordnet ist, deren Abstand von der Papierbewegungsbahn im allgemeinen gleichmäßig ist, daß die Wärmeaustauschplatte derart angeordnet ist, daß auf ihr die von den Düsen ausgestoßenen heißen Gase auftreffen, und daß die Platte das Papier zum Wärmeaustausch berührt.

   14. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen den Düsen und der Bewegungsbahn des Papiers eine Wärmeaustauschplatte angeordnet ist, deren Abstand von der Papierbahn im allgemeinen^Gleichmäßig ist, und daß die Platte derart ausgebildet und angeordnet ist, daß auf ihr die von den Düsen ausgestoßenen heißen Gase auftreffen und daß die Platte das sich längs seiner Bahn bewegende Papier zum Wärm eaus tausch be r-Üh-f-t, 909837/1301

   15. Papiertrockenanlage, dadurch gekennzeichnet , daß eine Verbrennungsroaschine heiße, unter hohem Druck stehende Gase erzeugt, daß für das zu trocknende Papier eine Bewegungsbahn vorgesehen ist, daß eine Vorrichtung das Papier längs dieser Bahn bewegt, daß eine Vorrichtung einen Strömungsweg für die heißen, unter hohem Druck stehenden Gase vorsieht ,_v daß längs des Strömungsweges in mehreren Stufen ein Wärmeaustausch zwischen den heißen Gasen und dem sich längs seiner Bahn "bewegenden Papier stattfindet, daß jede Stufe eine · Gas zuführkammer, eine Reihe von Düsen und eine Gasauffangvorrichtung aufweist, daß-sich die Düsen längs einer Wand der Kammer gegenüber der Bewegungsbahn des Papiers erstrecken und derart ausgerichtet sind, daß sie die heißen Gase in Richtung auf die Bewegungsbahn ausstoßen, wobei Maßnahmen vorgesehen sind, die verhindern, daß die ausgestoßenen Gase in die Umgebung entweichen, und zwar derart, daß die Auffangvorrichtung die durch die Düsen ausgestoßenen Gase aufsammelt und von der Bewegungsbahn des Papiers wegleitet,

   16. Papiertrockenanlage, dadurch gekenn zeichnet , daß eine Maschine heiße, unter hohem Druck stehende Gase erzeugt, daß eine Vorrichtung für das zu trocknende Papier line Bewegungsbahn vorsieht, daß zum Bewegen der Papierbahn eine mit Löchern versehene Vorrichtung die eine Seite der Papierbahn längs der Bewegungsbahn unterstützt, daß eine Vorrichtung für die heißen, unter hohem Druck stehenden Gase einen Strömungsweg vorsieht, daß der Strömungsweg mindestens eine Station aufweist, in der ein Wärmeaustausch zwischen den Gasen und dem Papier stattfindet, daß jede Station eine Gas zuführkammer und eine dazu passende Gasauffangkammer aufweist, die sich einander gegenüberliegen und den Strömungsweg der Gase begrenzen, die durch den mit Löchern versehenen Träger und das Papier geleitet werden, daß zur Aufrechterhaltung des hohen Drucks Dichtungen zwischen den Kammern und dem mit Löchern versehenen Träger angeordnet sind, daß mit den Dichtungen und den Kammern Vorrichtungen zusammenarbeiten, die den durch den unterschiedlichen Druck in den Kammern erzeugten

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   Kräften und dem Druckabfall der heißen Gase an dem mit Löchern versehenen Träger und dem Papier widerstehen, und "daß an den Auffang- oder Aufsammelkammern Gasleitungen vorgesehen sind* die Wasserdampf und Wassertröpfchen abführen, die von den Gasen beim Trocknen des Papiers mitgerissen wurden. :

   17. Anlage nach Anspruch 16, dadurch geken.n-» zeichnet , daß die mit Löchern ausgerüstete Vorrichtung zum Bewegen und Unterstützen des Papierbandes auf "beiden Seiten der Bewegungsbahn des Papiers angeordnet ist.

   18. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gelcenn-' zeichnet , daß mindestens in einer Stufe die Massen- ' Übertragung von V/asser von dem sich längs seiner Bahn bewegenden Papier zu dem strömenden Gas vorgesehen ist und daß diese Stufe Düsen aufweist, die derart angeordnet sind, daß sie dem sich bewegenden Papier heiße Gase zuführen,

   19. Anlage nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet , daß die Aufsammelvorrichtung in mindestens einer von den Stufen Leitungen enthält, die mit der Kammer einer anderen Stufe verbunden sind.

   20. Anlage zum Zuführen von Wärme zu einer Wärmeaustausch- oder Wärmeübergangsoberfläche, dadurch gekennzeichnet , daß ein in einer Brennkammer mit komprimierter Luft gemischter Brennstoff zu heißen, unter hohem Druck-., stehenden Verbrennungsprodukten verbrannt wird, daß ein Luftkompressor über eine Einlaßöffnung Luft ansaugt und über eine Auslaßöffnung mindestens einen Teil der komprimierten Luft der Brennkammer zuführt, daß eine Antriebsvorrichtung für den Kompressor durch Expansion von mindestens einem Teil der unter hohem Druck stehenden Verbrennungsprodukte angetrieben wird, daß eine Gaszuführvorrichtung mindestens einen Teil der.heißen, unter hohem Druck stehenden Verbrennungsprodukte der Wärmeaustauschoberfläche zuführen, daß gegenüber der Wärmeaustauschpberflache Düsen an der Gas zuführvorrichtung angeordnet sind,

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   daß die Einlaßseite der Düsen mit der Gaszufuhrvorrichtung in Verbindung steht und daß die Auslaßseite der Düsen auf die Wärmeaustauschoberflache gerichtet ist, so daß die aus den Düsen austretenden heißen Verbrennungsprodukte mit hoher Geschwindigkeit auf der Wärmeaustauschoberflache auftreffen.

   .21. Trockenmaschine mit einem drehbaren hohlen Trockenzylinder, der auf seiner Außenfläche das zu trocknende Material trägt, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb des Trockenzylinders eine Gaskammer angeordnet ist, daß die Kammer beim Drehen des. Trockenzylinders in einer festen Winkellage bleibt, daß an der Kammer mehrere Düsen befestigt sind, daß die Auslaßenden der Düsen eine im wesentlichen zylindrische Oberfläche bilden, die koaxial zur inneren Oberfläche des Trockenzylinders verläuft und. sich nahe bei der inneren Oberfläche befindet, daß die Einlaßenden der Düsen mit dem Inneren der Gaskammer in Verbindung stehen, daß sich eine Gaseinlaßvorrichtung von einem außerhalb des Zylinders befindlichen Ort zu der Gaskammer erstreckt, daß die Einlaßvorrichtung bei sich drehendem Zylinder heiße Gase-der Gaskammer zuführt, daß sich eine Gasauslaßvorrichtung von einem außerhalb des Zylinders befindlichen Ort zu einem innerhalb des Zylinders, aber außerhalb der Gaskammer befindlichen Ort erstreckt, daß die Gasauslaßvorrichtung bei sich drehendem Zylinder heiße Gase aus dem Zylinder abführt und daß eine im Kompression-Verbrennung-Expansion-Zyklus arbeitende Maschine heiße, unter hohem Druck stehende Gase erzeugt und diese Gase der Gaseinlaßvorrichtung zuführt. · ^:

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   22. Verfahren zum Trocknen eines wasserhaltigen Materials, das beim Überschreiten einer-vorgegebenen Temperatur unbrauchbar wird, dadurch gekennzeichnet,, daß das zu .trocknende Material mit vorgewählter Geschwindigkeit längs einer vorgegebenen Bahn bewegt wird, daß in eines Kompression-Verbrennung-Expansion-Zyklus heiße, unter hohem Druck stehende Gase erzeugt werden, daß die erzeugten Gase anfangs eine Temperatur aufweisen, die wesentlich über der Temperatur liegt, bei der das zu trocknende Material unbrauchbar wird, daß der Druck der Gase anfangs wesentlich höher als Atmosphärendruck ist, daß die heißen, unter hohem Druck stehenden Gase in einen der Bewegungsbahn des Materials * gegenüberliegenden Bereich gebracht werden, daß zum Umsetzen eines Teils der gespeicherten potentiellen Druckenergie in kinetische Strömungsenergie die heißen, unter hohem Druck stehenden Gase expandiert werden, wobei eine turbulente, sich schnell bewegende Gasströmung erzeugt wird, daß zum Wärmeaustausch zwischen den Gasen und dem zu trocknenden Material und zum Massenübergang von Wasser aus dem zu trocknenden Material in die Gase die turbulenten, sich schnell bewegenden Gase auf das sich bewegende Material geleitet werden, daß die auf das Material auftreffenden Gase eine vorgewählte Auftreffgeschwindigkeit haben, die von der Portbewegungsgeschwind ig ke it des Materials, von der Temperatur, bei der das Material unbrauchbar wird, und von der Temperatur der auftreffenden Gase abhängt, wobei die Auftreffgeschwindigkeit derart gewählt wird, daß die sich auf dem Material einstellende Temperatur im Bereich der Auftrefffläche geringer ist als diejenige Temperatur, bei der das Material unbrauchbar.wird, und daß die auf das Material aufgetroffenen Gase nach dem Übergang von Wärme und Masse durch das Auftreffen von weiteren sich schnell bewegenden Gasen auf das Material abgeführt werden.

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   23. Verfahren zum Trocknen eines wasserhaltigen Materials, das beim Überschreiten einer'vorgegebenen Temperatur nachteilig beeinträchtigt wird, 'dadurch gekennzeichnet , daß das zu trocknende Material mit vorgewählter Geschwindigkeit längs einer vorgegebenen Bahn geführt wird, daß heiße, unter hohem Druck stehende Gase erzeugt werden, daß die erzeugten Gase anfangs eine Temperatur aufweisen, die oberhalb der das zu trocknende Material schädigenden Temperatur liegt, daß der Gasdruck anfangs viel hoher als der Atmosphärendruck ist, daß die heißen, unter hohem Druck stehenden Gase auf eine Temperatur abgekühlt werden, die unter der das Material schädigenden Temperatur liegt, und zwar dadurch, daß'ein indirekter Wärmeaustausch zwischen den Gasen und dem zu trocknenden Material vorgenommen wird, daß die heißen,'unter hohem Druck stehenden Gase in einen Bereich gebracht werden, der der Bewegungsbahn des Materials gegenüberliegt, daß in diesem Bereich zum Umsetzen eines Teils der gespeicherten potentiellen Druckenergie in kinetische Strömungsenergie die heißen, unter hohem Druck stehenden Gase expandiert werden, wobei heiße, sich schnell bewegende Gasturbulenzen entstehen, daß zum Wärmeaustausch zwischen den Gasen und dem zu trocknenden Material und zum Massenübergang von Wasser aus" dem Material in die Gase die hochturbulenten Gase auf das sich längs seiner Bahn bewegende, zu trocknende Material geleitet werden, daß die Gase auf dem Material mit einer vorgewählten Geschwindigkeit auftreffen, die von der Bewegungsgeschwindigkeit des Materials, von der das Material schädigenden Temperatur und von der Temperatur der Gase abhängt, wobei die Auftreffgeschwindigkeit der Gase derart gewählt wird, daß die sich auf dem Material in der Nähe des Auftreffbereichs einstellende Temperatur geringer ist als die das Material schädigende Temperatur, und daß durch Zuleiten von weiteren heißen, sich schnell bewegenden Gasen die bereits auf dem Material aufgetroffenen Gase nach dem Übergang von Masse und Wärme abgeführt werden.

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   ü4, "Verfahren nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß zum Abkühlen der heißen, urrüer hohem Druck stehenden Gase auf eine Temperatur, die uieü-piger als die das Material schädigende Temperatur ist, ein indirekter Wärmeaustausch zwischen den Gasen und dem · au trocknenden Material vorgenommen wird, und zwar bevor die Gaot* in eine hochturbulente, sich schnell bewegende Gasströmung umgesetzt und dem ζμ trocknenden Material direkt zügefühi·t werden, .

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