DE20010671U1 - Heat exchangers for free-flowing solids - Google Patents
Heat exchangers for free-flowing solidsInfo
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Description
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Wärmetauscher für rieselfähige Feststoffe
5Heat exchangers for free-flowing solids
5
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für rieselfähige Feststoffe, der sich sowohl zur Kühlung als auch zur Erwärmung des Rieselgutes eignet. Dazu wird ein Kühl- bzw. Heizstrom eingesetzt, dessen Wärmeenergie auf den rieselfähigen Feststoff übertragen wird bzw. der diesem Wärme entzieht.The invention relates to a heat exchanger for free-flowing solids, which is suitable for both cooling and heating the free-flowing material. For this purpose, a cooling or heating current is used, the thermal energy of which is transferred to the free-flowing solid or which extracts heat from it.
Nach diesem Grundprinzip arbeitende Wärmetauscher sind im Stand der Technik umfangreich beschrieben, allerdings erfolgt hier der Wärmeübergang nicht von bzw. auf rieselfähige Feststoffe. Die zu behandelnden Medien sind überwiegend entweder flüssig oder gasförmig.Heat exchangers that operate according to this basic principle are extensively described in the state of the art, but here the heat transfer does not take place from or to free-flowing solids. The media to be treated are predominantly either liquid or gaseous.
Lediglich zur Trocknung von zerkleinerter und damit rieselfähiger Rohbraunkohle sind Röhrentrockner bekannt. In diesen wird die Rohbraunkohle in schräggestellten Rohren, die in einer Trommel zu Bündeln zusammengefasst sind, von einer Trommelstirnwand zur anderen transportiert. Die Rohre sind von Heissdampf umströmt. Dieser gibt einen Teil seiner Wärmeenergie über die Rohrwandungen an die Rohbraunkohle ab. Somit ist ein indirekter Wärmeübergang realisiert, der im konkreten Fall zur Trocknung der Rohbraunkohle führt. Derartiger Röhrentrockner wären grundsätzlich auch als Wärmetauscher ohne Trocknung zu verwenden.Tube dryers are only known for drying crushed and therefore free-flowing raw lignite. In these, the raw lignite is transported from one drum end wall to the other in inclined tubes that are bundled together in a drum. Hot steam flows around the tubes. This transfers part of its heat energy to the raw lignite via the tube walls. This creates an indirect heat transfer, which in this specific case leads to the drying of the raw lignite. Such tube dryers could in principle also be used as heat exchangers without drying.
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Sie sind aber von ihrem apparativen Aufbau und der notwendigen periphären Anlagentechnik her gesehen nicht wirtschaftlich einsetzbar. Es war daher nach einer Lösung zur Kühlung bzw. Erwärmung von rieselfähigen Feststoffen zu suchen, die wirtschaftlich zu realisieren und in der Praxis entsprechende Akzeptanz findet.However, due to their equipment design and the necessary peripheral system technology, they are not economically viable. It was therefore necessary to find a solution for cooling or heating free-flowing solids that could be implemented economically and would be accepted in practice.
Dem Stand der Technik war diese nicht direkt zu entnehmen.This could not be directly derived from the state of the art.
Deshalb war aufgabenhaft ein Wärmetauscher speziell rieselfähige Feststoffe zu entwickeln, wobei dem Feststoff entweder Wärme entzogen oder zugeführt wird. Der Wärmetauscher soll mit werkstattüblichen Mitteln und vertretbarem Aufwand herstellbar sein. Der Montageaufwand vor Ort soll relativ gering gehalten werden. Der Verstopfungsgefahr ist durch entsprechende technische Mittel zu begegnen.The task was therefore to develop a heat exchanger specifically for free-flowing solids, whereby heat is either removed from the solid or added to it. The heat exchanger should be able to be manufactured using standard workshop equipment and at a reasonable cost. The assembly work on site should be kept relatively low. The risk of blockages should be counteracted by appropriate technical means.
Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die nachfolgend beschriebenen Merkmale des Anspruchs 1 gelöst worden. In den abhängigen Ansprüchen sind zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.The object is achieved according to the invention by the features of claim 1 described below. Expedient embodiments of the invention are specified in the dependent claims.
Für den in Rede stehenden erfindungsgemässen Wärmetauscher für rieselfähige Feststoffe wurde auf die indirekte Erwärmung bzw. Kühlung zurückgegriffen, wobei gleichzeitig auch die Realisierung eines direkten Wärmeübergangs vorgeschlagen wird.For the heat exchanger for free-flowing solids according to the invention in question, indirect heating or cooling was used, whereby at the same time the realization of direct heat transfer is also proposed.
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Dazu wird eine Einrichtung vorgestellt, die aus einem Korpus besteht, in dessen Inneren quer zur Förderrichtung des rieselfähigen Feststoffs röhrenförmige Wärmeübertragungselemente befindlich sind.For this purpose, a device is presented which consists of a body in the interior of which tubular heat transfer elements are located transversely to the conveying direction of the free-flowing solid.
Durch die Wärmeübertragungselemente ist ein Heiz- bzw. Kühlmittelstrom unter Nutzung einer geeigneten Fördereinrichtung, beispielsweise einem Gebläse oder einer Pumpe, geführt und somit eine indirekte Wärmeübertragung realisiert.A heating or cooling medium flow is guided through the heat transfer elements using a suitable conveying device, for example a fan or a pump, thus realizing indirect heat transfer.
Die Wärmeübertragungselemente sind so beschaffen, dass das Rieselgut einen möglichst guten Kontakt zur Wärmeübertragungsfläche aufbaut. Als solche sind glatte geneigte Flächen besonders geeignet. Der Neigungswinkel sollte so gewählt werden, dass das Rieselgut nicht anhaftet, sondern nach Aufprall auf der Fläche abgleitet.The heat transfer elements are designed in such a way that the pouring material makes the best possible contact with the heat transfer surface. Smooth, inclined surfaces are particularly suitable for this. The angle of inclination should be selected so that the pouring material does not stick to the surface, but slides off after impact.
Nach Massgabe der Erfindung sind zu diesem Zweck Rohre mit einem gleichschenkligen oder gleichseitigen Dreieckquerschnitt als Wärmeübertragungselemente einzusetzen.According to the invention, pipes with an isosceles or equilateral triangular cross-section are to be used as heat transfer elements for this purpose.
Die Dreieckrohre sind nebeneinander und in mehreren Ebenen versetzt zueinander im Korpus angeordnet, und zwar in der Weise, dass jeweils eine Ecke des gleichseitigen Dreiecks bzw. die von den gleichen Seiten gebildete Ecke des gleichschenkligen Dreiecks gegen die Bewegungsrichtung des rieselfähigen Feststoffs gerichtet ist.The triangular tubes are arranged next to each other and offset from each other in several levels in the body, in such a way that one corner of the equilateral triangle or the corner of the isosceles triangle formed by the same sides is directed against the direction of movement of the free-flowing solid.
Da die Produktführung im Korpus unter Nutzung der Schwerkraft von oben nach unten vorgesehen ist, stehen somit pro Dreieckrohr zwei geneigte Kontaktflächen für die Wärmeübertragung zur Verfügung. Vorteilhafterweise stehen diese in einem Winkel zueinander, der dem natürlichen Schüttkegel, den das Rieselgut ausbildet, entspricht. Die dritte untere Fläche des Dreieckrohres kommt nicht mit dem ProduktSince the product is guided from top to bottom in the body using gravity, two inclined contact surfaces are available for heat transfer per triangular tube. These are advantageously at an angle to each other that corresponds to the natural cone of material that the pouring material forms. The third lower surface of the triangular tube does not come into contact with the product.
in Berührung.in touch.
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Der zum Erwärmen oder Abkühlen vorgesehene rieselfähige Feststoff wird mittels einer Verteilervorrichtung so in den Korpus eingebracht, dass er von oben nach unten über die Kontaktflächen der Dreieckrohre hinwegrieselt. Die Gesamtfläche für die Wärmeübertragung ergibt sich aus der Anzahl der Dreieckrohre pro Ebene und der Anzahl der Ebenen und ist somit entsprechend der erforderlichen Verfahrensbedingungen variierbar.The free-flowing solid intended for heating or cooling is introduced into the body by means of a distribution device so that it trickles from top to bottom over the contact surfaces of the triangular tubes. The total area for heat transfer is determined by the number of triangular tubes per level and the number of levels and can therefore be varied according to the required process conditions.
Die versetzte Anordnung der Dreieckrohre in den verschiedenen Rohrebenen gewährleistet einen hinreichenden Kontakt zwischen Rieselgut und den Kontaktflächen und darüberhinaus eine gute Durchmischung des im freien Fall befindlichen Rieselgutes, indem dieses regelmässig abgelenkt wird.The staggered arrangement of the triangular tubes in the different tube levels ensures sufficient contact between the flowing material and the contact surfaces and, in addition, a good mixing of the flowing material in free fall by regularly deflecting it.
Das ist für eine hohe Intensität des Wärmetransports zwischen Rieselgut und Kontaktfläche von Bedeutung.This is important for a high intensity of heat transport between the poured material and the contact surface.
Zusätzlich zu den beschriebenen Merkmalen zur indirekten Wärmeübertragung sind solche für eine direkte Wärmeübertragung installierbar. Dazu weisen alle oder einige der dritten unteren Flächen der Dreieckrohre, die nicht mit Rieselgut in Berührung kommen, Austrittsöffnungen auf. Über diese Öffnungen wird ein Gassrom in den Produktraum eingeleitet, der das herabrieselnde Gut umströmt und dabei im direkten Kontakt kühlt oder erwärmt.
Der Gasstrom ist entweder ein Teilstrom des Heiz- bzw. Kühlmittelstroms, der sich aufgrund des Überdrucks über die Austrittsöffnungen abzweigt, oder ein separat eingespeister Strom.In addition to the features described for indirect heat transfer, features for direct heat transfer can be installed. For this purpose, all or some of the third lower surfaces of the triangular tubes that do not come into contact with the trickling material have outlet openings. A gas stream is introduced into the product space via these openings, which flows around the trickling material and cools or heats it in direct contact.
The gas flow is either a partial flow of the heating or cooling medium flow, which branches off via the outlet openings due to the overpressure, or a separately fed flow.
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Im letzteren Fall sind die mit Austrittsöffnungen versehenen Dreieckrohre einseitig verschlossen und auf der anderen Seite mit einem Rohrleitungsanschluss und entsprechenden Gaszuführmöglichkeiten versehen.In the latter case, the triangular tubes provided with outlet openings are closed on one side and provided with a pipe connection and corresponding gas supply options on the other side.
Der Gasstrom ist im Produktraum des Korpus entweder im Gleichstrom mit dem Rieselgut oder im Gegenstrom zu diesem geführt und wird entsprechend im unteren bzw. oberen Bereich aus dem Korpus abgeleitet und in einer nachgeschalteten geeigneten Abscheideeinrichtung gereinigt.The gas flow is guided in the product space of the body either in cocurrent with the flowing material or in countercurrent to it and is discharged from the body in the lower or upper area respectively and cleaned in a suitable downstream separation device.
Der Gasstrom für die direkte Wärmeübertragung ist zusätzlich zur Abreinigung der Kontakt- bzw. Wärmeübertragungsflächen der Dreieckrohre verwendbar, indem eine kurzzeitige impulsartige Druckerhöhung in den mit Austrittsöffnungen versehenen Dreieckrohren zum Freiblasen der Kontaktflächen der darunterliegenden Dreieckrohre führt. Dazu ist es zweckmässig, die entsprechenden Dreieckrohre mit einer Druckluftleitung zu verbinden oder zusätzlich auszurüsten, die im Fall einer Guterwärmung mit einer Heizung versehen sein kann. Geregelte Magnetventile in der Druckluftleitung lösen in bestimmten Zeitabständen einen Druckluftimpuls aus. Die Abfolge der Druckluftimpulse kann nach Rohrebenen gestaffelt erfolgen, sodass sich zum Beispiel eine Abreinigungswelle in Richtung des Rieselguttransportes ergibt, die das Austragen des Rieselgutes aus dem Korpus unterstützt. Die Rieselgutverteilung über den Querschnitt des Korpus erfolgt nach Guteintrag mittels festen oder verstellbaren Verteilereinrichtungen, deren Anordnung und Geometrie in fachüblicher Weise den konkreten Erfordernissen anzupassen sind.The gas flow for direct heat transfer can also be used to clean the contact or heat transfer surfaces of the triangular tubes, in that a short-term pulse-like increase in pressure in the triangular tubes provided with outlet openings leads to the contact surfaces of the triangular tubes below being blown free. For this purpose, it is advisable to connect the corresponding triangular tubes to a compressed air line or to additionally equip them, which can be equipped with a heater in the case of material heating. Regulated solenoid valves in the compressed air line trigger a compressed air pulse at certain intervals. The sequence of compressed air pulses can be staggered according to pipe levels, so that, for example, a cleaning wave is created in the direction of the flowing material transport, which supports the discharge of the flowing material from the body. The flowing material is distributed across the cross-section of the body after the material has been introduced using fixed or adjustable distribution devices, the arrangement and geometry of which can be adapted to the specific requirements in the usual way.
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Die Erfindung wird nachfolgend am Beispiel eines Rieselkühlers anhand von Zeichnungen näher erläutert.The invention is explained in more detail below using the example of a trickle cooler with the aid of drawings.
Figur 1 zeigt eine mögliche Anordnung von Dreiecksrohren im Kühlerkorpus. Eine Möglichkeit der Gestaltung eines Rieselkühlers ist in den Figuren 2 bis angegeben. Figur 2 zeigt die Hauptansicht, Figur 3 eine Seitenansicht von rechts, Figur 4 die Seitenansicht von links, Figur 5 eine Ansicht von oben und Figur 6 eine solche von unten. Die in den Zeichnungen verwendeten Bezugszeichen haben folgende Bedeutung:Figure 1 shows a possible arrangement of triangular tubes in the cooler body. One possible design of a trickle cooler is shown in Figures 2 to . Figure 2 shows the main view, Figure 3 a side view from the right, Figure 4 the side view from the left, Figure 5 a view from above and Figure 6 a view from below. The reference symbols used in the drawings have the following meaning:
1 Korpus, 2 Dreieckrohr,1 body, 2 triangular tube,
3 Abweiserblech,3 deflector plate,
4 Rieselgut,4 bulk material,
5 Anschlussflansch,5 connection flange,
6 oberer Konus,6 upper cone,
7 Inspektionsöffnung,7 Inspection opening,
8 Verteilerblech,8 distribution plate,
9 Ventilator,9 fan,
10 Umlenkblech,10 deflection plate,
11 Führungsblech, 12 unterer Konus, 13 Auslassöffnung.11 guide plate, 12 lower cone, 13 outlet opening.
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Gemäss Figur 1 sind je Rohrreihe zehn Dreieckrohre 2 mit gleichseitigem Querschnitt im Korpus 1 des Rieselkühlers angeordnet. Dabei ist ein Abstandsverhältnis zwischen zwei Rohren einer Rohrreihe und dem Abstand zweier Reihen in Verlängerung der mit Rieselgut beaufschlagten Kontaktflächen von 1 gewählt. Andere Verhältnisse sind denkbar und richten sich nach den Rieselverhalten des Produktes.According to Figure 1, ten triangular tubes 2 with equilateral cross-sections are arranged in the body 1 of the trickle cooler per row of tubes. A distance ratio of 1 is selected between two tubes in a row of tubes and the distance between two rows in the extension of the contact surfaces exposed to the trickle material. Other ratios are conceivable and depend on the trickle behavior of the product.
Das trifft gleichermassen auf die konkret zu wählende Querschnittsform der Dreieckrohre 2 zu. Hierzu wird auch auf die Ausführungen in der Erfindungsbeschreibung verwiesen. Auch andersartig als dreieckig geformte Rohre sind verwendbar.This applies equally to the specific cross-sectional shape of the triangular tubes 2 to be selected. In this regard, reference is also made to the explanations in the description of the invention. Tubes shaped other than triangular can also be used.
Darüberhinaus sind unterschiedliche Rohrgeometrien in den einzelnen Rohrreihen denkbar.In addition, different pipe geometries in the individual pipe rows are conceivable.
Die aufgrund der versetzten Anordnung der Dreieckrohre 2 in den einzelnen Rohrreihen zwangsläufig wechselseitig entstehenden Freiräume zwischen dem letzten Rohr und der Korpuswand sind jeweils durch ein Abweiserblech 3 so eingeengt, dass sich auch dort die gleiche Querschnittsgeometrie wie im übrigen Kühlerkorpus ergibt.The free spaces between the last tube and the body wall, which inevitably arise due to the offset arrangement of the triangular tubes 2 in the individual rows of tubes, are each narrowed by a deflector plate 3 in such a way that the same cross-sectional geometry is obtained there as in the rest of the cooler body.
Der Rieselkühler nach den Figuren 2 bis 6 besitzt einen rechteckigen Querschnitt. Er besteht gehäuseseitig im wesentlichen aus dem Korpus 1 mit sich anschliessenden oberen und unteren Konus 6 und 12. Der obere Konus 6 ist mit einer Inspektionsöffnung 7 versehen und endet in einem rechteckigen Anschlussflansch 5, der als Produkteinlass dient. Innerhalb des oberen Konus 6 sind Verteilerbleche 8 zur Gutverteilung auf die Dreieckrohre 2 fest angebracht.The trickle cooler according to Figures 2 to 6 has a rectangular cross-section. On the housing side, it consists essentially of the body 1 with adjoining upper and lower cones 6 and 12. The upper cone 6 is provided with an inspection opening 7 and ends in a rectangular connection flange 5, which serves as the product inlet. Distributor plates 8 for distributing the product to the triangular tubes 2 are firmly attached within the upper cone 6.
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Im gewählten Beispiel durchströmt die Kühlluft zunächst die Dreickrohre 2 in den unteren Rohrebenen und danach die im oberen Bereich des Korpus 1 angeordneten Dreieckrohre 2. Dazu ist ein Ventilator 9 in der unteren Hälfte an der Aussenwand des Korpus 1 angeordnet. Dieser drückt die Kühlluft in die in der unteren Hälfte des Korpus befindlichen Dreieckrohre 2. Auf der Austrittsseite wird die Kühlluft mittels eines Umlenkbleches 10 in die Dreieckrohre 2 der darüberliegenden Rohrebenen geleitet. Sie entweicht oberhalb des Ventilators 9 über ein Führungsblech 11 in die Atmosphäre.In the example chosen, the cooling air first flows through the triangular tubes 2 in the lower tube levels and then through the triangular tubes 2 arranged in the upper area of the body 1. For this purpose, a fan 9 is arranged in the lower half on the outer wall of the body 1. This presses the cooling air into the triangular tubes 2 located in the lower half of the body. On the outlet side, the cooling air is guided into the triangular tubes 2 of the tube levels above by means of a deflector plate 10. It escapes into the atmosphere above the fan 9 via a guide plate 11.
Das durch den Korpus 1 gerieselte Rieselgut 4 wird im unteren Konus 12 gesammelt und über eine Auslassöffnung 13 abgeführt.The falling material 4 trickled through the body 1 is collected in the lower cone 12 and discharged via an outlet opening 13.
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Wärmetauscher für rieselfähige Feststoffe
5Heat exchangers for free-flowing solids
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Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für rieselfähige Feststoffe, der sich sowohl zur Kühlung als auch zur Erwärmung des Rieselgutes eignet. Dazu wird ein Kühl- bzw. Heizstrom eingesetzt, dessen Wärmeenergie auf den rieselfähigen Feststoff übertragen wird bzw. der letzterem Wärme entzieht.The invention relates to a heat exchanger for free-flowing solids, which is suitable for both cooling and heating the free-flowing material. For this purpose, a cooling or heating current is used, the thermal energy of which is transferred to the free-flowing solid or which extracts heat from the latter.
Der Wärmetauscher besteht aus einem Korpus, in dessen Inneren quer zur Förderrichtung des rieselfähigen Feststoffs röhrenförmige Wärmeübertragungselemente befindlich sind. Nach Massgabe der Erfindung sind zu diesem Zweck Rohre mit einem gleichschenkligen oder gleichseitigen Dreieckquerschnitt als Wärmeübertragungselemente einzusetzen.The heat exchanger consists of a body, inside which tubular heat transfer elements are located transversely to the conveying direction of the free-flowing solid. According to the invention, pipes with an isosceles or equilateral triangular cross-section are to be used as heat transfer elements for this purpose.
Durch die Wärmeübertragungselemente ist ein Heiz- bzw. Kühlmittelstrom geführt und somit eine indirekte Wärmeübertragung realisiert.A heating or cooling medium flow is guided through the heat transfer elements, thus realizing indirect heat transfer.
Zusätzlich dazu ist eine direkte Wärmeübertragung installierbar. Dazu weisen alle oder einige der dritten unteren Flächen der Dreieckrohre, die nicht mit Rieselgut in Berührung kommen, Austrittsöffnungen auf. Über diese Öffnungen wird ein Gassrom in den Produktraum eingeleitet, der das herabrieselnde Gut umströmt und dabei im direkten Kontakt kühlt oder erwärmt und der gleichzeitig eine Abreinigungsfunktion für die Kontaktflächen übernehmen kann.
Zeichnung, Figur 2!In addition, direct heat transfer can be installed. For this purpose, all or some of the third lower surfaces of the triangular tubes that do not come into contact with the falling material have outlet openings. A gas stream is introduced into the product space via these openings, which flows around the falling material and cools or heats it in direct contact, while also taking on a cleaning function for the contact surfaces.
Drawing, figure 2!
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| R207 | Utility model specification |
Effective date: 20001026 |
|
| R156 | Lapse of ip right after 3 years |
Effective date: 20031231 |