DE2260820A1

DE2260820A1 - Waermeaustauscher

Info

Publication number: DE2260820A1
Application number: DE19722260820
Authority: DE
Inventors: Thor Onarheim; Per Inge Solberg
Original assignee: Stord Bartz Industri AS
Current assignee: Stord Bartz Industri AS
Priority date: 1971-12-15
Filing date: 1972-12-13
Publication date: 1973-06-20
Also published as: SE378298B; FR2163704A1; DK139445C; GB1383690A; FR2163704B1; DK139445B; NO128785B

Description

PATENTANWÄLTE Dr. TW. nat DIETER LOUIS

CLAUS PÖHLAU y. -,

8500 NORNBERQ KESSLERPLATZ 1

Stord Bartz Industri A/S, C. Sundtsgt. 29, Bergen/NORWEGEN

Wärmeaustauscher

Die Erfindung betrifft einen Wärmeaustauscher zum indirekten Erhitzen, Trocknen oder Kühlen feuchten, festen oder festweichen Materials, insbesondere zur Gewinnung bröckliger oder pulverförmiger Stoffe, der aus einer stationären, im wesentlichen horizontal angeordneten Trockenkammer und wenigstens einem Wärmeaustauschkörper besteht, der drehbar in der Trockenkammer befestigt ist und einen hohlen Drehschaft aufweist, von dem mehrere hohle Elemente nach, au ssen abstehen, die aus scheibenförmigen Gruppen von spiral- oder angenähert ring- oder ringstückförmigen Röhren bestehen, wobei diese Gruppen von Röhren mit einem Wärme- oder Kälteträger beschickbar sind und Förderelemente aufweisen, mit denen die Materialien ¹ in Richtung der Achse des Drehschafts durch die Trockenkammer zu befördern sind.

309825/0861

Eine solche Einrichtung ist aus der norwegischen Patentschrift 122.742 bekannt. Mit dem dort beschriebenen Wärmeaustauscher soll die Behandlung von im wesentlichen beliebigen, festen und festweichen, also, halbfesten bzw. sich in der Sumpfphase befindlichen Materialien ermöglicht werden. Hierzu werden plattenförmige oder ringscheibenförmige hohle Elemente benutzt.

Mit der bekannten Einrichtung können spezielle Materialien nicht mit einer besonders hohen Ausbeute behandelt werden. Schwierig ist es insbesondere, Materialien zu behandeln, die während oder nach der Behandlung als brockenförmige oder pulvrige Stoffe vorliegen. Materialien dieser Art erfordern zum ersten eine grosse Wärmeübergangsfläche des Wärmeaustauschers, um eine erforderliche schnelle Behandlung zu erhalten. Zum zweiten ist die Möglichkeit zu fordern, schnell verarbeitete und unverarbeitete Materialmengen zusammenzumischen, so dass man ein Endprodukt erhält, das aus gleichförmig behandelten Teilchen besteht oder das eine gleichförmige Konsistenz besitzt. I

Im Gegensatz zu einem Wärmeaustauscher, der als Schneckenförderer ausgebildet ist, trägt ein Wärmeaustauschkörper mit rotierenden, ringförmigen Elementen, die aus Röhren bestehen, ebenso wie ein rotierender Wärmeaustauschkörper des Bingscheibentyps dem zu behandelnden Material nicht eine gänzlich erzwungene Förderbewegung in axialer Richtung durch die Trocken-

309825/0361

kammer auf. Dieser Wärmeaustauschkörper hält das Material vor allem in Bewegung, wobei das Material zwischen den Röhren hin- und hergeschüttelt und gleichzeitig durch die ringförmigen Elemente in axialer Richtung einer Zerkleinerung ausgesetzt wird. >

Der Transport des Materials in axialer Richtung der Trocken.-kammer wird daher bei einem Wärmeaustauscher des RingrÖhrentyps im Gegensatz zu einem Wärmeaustauscher des Ringscheibentyps nicht nur durch die Anwesenheit von entsprechend grossen Zwischenräumen zwischen dem Aussenrand des rotierenden Wärmeaustauschkörpers und der Wandung der Trockenkammer ermöglicht. Ausserdem wird im Wärmeaustauscher des Ringröhrentyps mit Steuerflächen die Substanz vermischt und stark umgerührt, wobei diese Steuerflächen bzw. Fahnen am Aussenrand der ringförmigen Elemente angebracht sind. Diese Steuerflächen sind vorzugsweise verstellbar, um den Materialtransport in axialer Richtung regulieren zu können. .

Weiterhin besteht das Problem einen besonders grossen Wärmeübergang zwischen dem drehbaren Wärmeaustauschkörper und dem Material zu erhalten, das zu erhitzen oder abzukühlen ist. Damit erhält man eine stark konzentrierte Erwärmungsfläche. Eine weitere Vergrösserung der Wärmeaustauschfläche kann dadurch erhalten werden, dass man die Wärmeaustauschkammer in bekannter Weise mit einem Heiz- oder Kühlmantel versieht.

3G982S/0861

Eine weitere Verbesserung kann daher hauptsächlich nur noch am drehbaren Wärmeaustauschkörper erfolgen.

Schliesslich besteht das Ziel, eine Lösung vorzusehen, in der die Wärmezufuhr zu den Ringröhrenelementen oder die Wärmeabfuhr von den ringröhrenförmigen Elementen in einer besonders effektiven Weise mittels eines Wärme- oder Kälteträgers erfolgt, der regelbar im Wärmeaustauschkörper zum Umlaufen gebracht wird. Damit erhält man die Möglichkeit, eine genaue Temperaturregulierung der Beschickungsmaterialien zu erhalten, womit eine grosse Flexibilität im Einsatz der Einrichtung einhergeht.

Es besteht die Aufgabe, einen Wärmeaustauscher der eingangs genannten Art so auszugestalten, dass man bei beliebigen Beschickungsmaterialien eine hohe Ausbeute erhält, dass die Wärmeübergangsfläche möglichst gross ist und dass die Zu- und Abführung eines Wärme- oder Kälteträgers möglichst einfach erfolgen kann.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass die Bohren Jeder scheibenförmigen Gruppe im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und mit im wesentlichen radial abstehenden Zuleitungs- und Ableitungsröhren verbunden sind, dass jede Gruppe von Röhren mit einer benachbarten Gruppe über einen Kanal in Verbindung steht, der ausseneeitig am Drehschaft angeordnet ist, dass die Zuleitungsröhre der ersten Gruppe und die Ableitungsröhre der letzten Gruppe von Röhren Jeweils in einenZu- bzw. Abflusskanal des Drehschafts mündet, und dass die

309825/0861 ·

Bereiche der Aussenflache des Drehschafts, die ausserhalb der Zone der Kanäle liegen, als Wärmeaustauschflächen vorgesehen sind.

Der mit ringröhrenförmigen Elementen versehene Wärmeaustauscher ist besonders gut für eine kontinuierliche Arbeitsweise geeignet, bei der Materialien am einen Ende der Trockenkammer des Wärmeaustauschers eingegeben und an ihrem anderen Ende entfernt werden. Er kann jedoch auch mit Einzelchargen gefüllt und betrieben werden, wenn man das System von Steuerflächen stillsetzt.

Ein Wärmeaustauscher mit ringröhrenförmigen Elementen hat gegenüber einem entsprechenden Wärmeaustauscher des Ringscheibentyps mehrere Vorteile. Ein solcher Wärmeaustauscher kann einfacher aufgebaut sein, da die Wandstärke der Röhren wesentlich kleiner als bei den grossen ebenen Scheiben gewählt werden kann. Ausserdem wird durch die Benutzung von Röhren zum Aufbau der Ringelemente, besonders wenn man hochwertige Materialien, beispielsweise rostfreien oder säurefesten Stahl verwendet, ein erheblich billigerer Aufbau und erheblich geringere Betriebskosten des Wärme- · austauschers erreicht, da kein Material verschwendet wird. Baut man nämlich Wärmeaustauscher mit ringförmigen Scheibenelementen auf, so müssen runde, ringförmige Scheiben aus einer rechteckigen Platte geschnitten wepÄen, wodurch ein grosser Teil der Platte als Abfall bzw. Schrott zurückbleibt.

Beispielsweise aus der norwegischen Patentschrift 120.671 ist ein Dampftrockner ^^β&1^£^ ^df;^s/R^₃J³I⁰¹¹*^{eil aus} ringförmigen

ORtätNAL INSPECTED

Röhrenelementen aufgebaut ist, die den Dampf leiten. Mit der erfindungsgemässen Lösung können demgegenüber auch andere Medien, insbesondere eine Flüssigkeit als Wärme- oder Kälteträger benützt werden. Besonders günstig ist es, Wasser oder organische Wärmeträger, beispielsweise heisse öle, oder anorganische Wärmeträger, beispielsweise geschmolzene Salze, zu benützen. Es können jedoch auch andere geeignete Flüssigkeiten oder nicht konzentrierbare Gase verwendet werden. Besonders wichtig ist, dass eine Flüssigkeit benützt werden kann, die lediglich einen Dampfdruck besitzt, der auch bei den höchsten Betriebstemperaturen den atmosphärischen Druck nicht überschreitet. Falls erforderlich kann Jedoch auch ein reines Gas verwendet werden. Damit sind alle Schutzmassnahmen beim Bemessen der Anlage, beim Betrieb 'usw. überflüssig, die erforderlich sind, wenn man gesättigten Wasserdampf oder ähnliche Medien verwendet, die einen Dampfdruck besitzen, der wesentlich über dem Atmosphärendruck liegt.

Im folgenden wird der erfindungsgemässe Wärmeaustauscher beispielhaft anhand der Figuren 1 bis 5 näher erläutert· Es zeigt:

Figur 1 einen vereinfachten Schnitt längs der Achse eines erfindungsgemässen Wärmeaustauschers;

Figur 2 öinen Schnitt längs der Linie H-II der Figur 1;

309825/0861

Figur 3 einen ähnlichen Schnitt wie in Figur 2, bei einem anderen Ausführungsbeispiel.

Der in Figur 1 und 2 gezeigte Wärmeaustauscher besitzt ein stationäres und im wesentlichen horizontal gelagertes Aussengehäuse 10, an dessen einem Ende ein Einlassstutzen 11 zur Beschickung mit zu behandelndem Material angebracht ist. Am anderen Ende ist eine öffnung 12 vorgesehen,' durch die das fertig behandelte Material ausgestossen wird. Diese öffnung kann in an sich bekannter Weise mit einer Vorrichtung zur Steuerung des Materialpegels ausgerüstet sein.

Im Gehäuse ist zentral und drehbar ein Wärmeaustauschkörper befestigt, der von ausserhalb über eine geeignete Antriebsvorrichtung angetrieben werden kann. Der Wärmeaustauschkörper 13 besitzt einen hohlen Drehschaft 14, an dessen Aussenf lache im Abstand zueinander mehrere ringförmige Röhrenelemente 15 befestigt sind; Jedes dieser Elemente ist aus mehreren halbkreisförmigen Röhren 16a und 16b aufgebaut, wobei sich jede dieser Röhren über einen Winkel von fast 180° erstreckt. Die Röhren 16a und 16b füllen den Hauptteil des Querschnittes der Trockenkammer 10 aus und bilden jeweils ein im wesentlichen scheibenförmiges, ringförmiges Röhrenelement 15· Jede der halbringförmigen Röhren 16a und 16b ist an ihren Enden mit einer Röhre 17a. und 17b verbunden, die im wesentlichen radial vom Drehschaft nach aussen abstehen und bis zum Aussenrand des betreffenden ringförmigen Röhrenelements reichen. Die Röhre 17a

309825/0861 '

dient als Zuleitung für den Hitze- oder Kälteträger und die Röhre 17b dient als Ableitung.

Aus den Pfeilen 18, 18a und 18b der Figur 1 ißt ersichtlich, dass der Wärme- und Kälteträger in den Drehschaft 14 über das hohle Wellenlager einfliesst. Mittels der Unterteilungsplatte 19 wird der Trägerstrom über eine öffnung 20 im Rotorschaft in die Zuleitungsröhre 17a des ersten ringförmigen Röhrenelementes 15 gelenkt. Von dieser Zuleitungsröhre 17a aus fliesst der Träger, wie die Pfeile 18a in Figur 2 zeigen, beidseits durch die halbringförmigen Röhren 16a und 'I6b. Räch Durchfluss dieser Röhren wird der Wärme- und Kälteträger aus beiden Richtungen, wie die Pfeile 18b zeigen, in der Ableitungsröhre 17b aufgefangen und einem Kanal 21 zugeführt, der aussenseitig am Rotorschaft 14 angebracht ist. Die Kanäle 21 verbinden die ringförmigen Röhrenelemente 15 untereinander. Die Kanäle 15 besitzen einen halbkreisförmigen Querschnitt und sind auf den Rotorschaft aufgeschweisst. Aus dem letzten ringförmigen Röhrenelement des Wärmeaustauschkörpers wird das .Wärme- oder Kaltemedium über eine öffnung 22 zurück in den Rotorschaft transportiert und fliesst über die Röhre 23 aus dem Rotorschaft ab.

Um das Wärme- oder Kältemedium mit einer geeigneten Geschwindigkeit durch das System zirkulieren zu lassen, ist in bekannter Weise eine Pumpe vorgesehen, die mit einer ßteuervorrichtung vorsehen ist, um die Menge dee Trägers und seine Temperatur einzustellen. Diese Vorrichtung ist in Figur 1 nicht gezeigt.

309825/0861

Die Fahnen "bzw. Steuerbleche 25 und 27 sind an den ringförmigen Röhrenelementen 15 befestigt, um den Transport des Materials durch die Trockenkammer in Richtung der Achse des Drehschaftes zu ermöglichen. Ausserdem sind an der Innenwandung der Trockenkammer 10 Ablenkplatten 26 angebracht, um zu verhindern, dass das aufzubereitende Material durch den Zwischenraum zwischen Innenwandung der Trockenkammer und dem Wärmeaustauschkörper frei hindurchrutscht.

Figur 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel der ringförmigen Röhrenelemente 15a. Man sieht, dass der Wärme- -oder Kälteträger 18a aus dem Kanal 21a in mehrere, parallel zueinander liegende, ringförmige Röhren 16 abfliesst, die sich über einen Winkel von fast 360° erstrecken. Auch diese Röhren 16 füllen den Hauptteil des Querschnittes der Trockenkammer 10 aus. Der Wärme- oder Kälteträger 18b fliesst aus den Röhren 16 in eine Ableitungsröhre 17b und wird über einen Kanal 21b dem nächsten ringförmigen Röhrenelement des Wärmeaustauschkörpers zugeführt. Selbstverständlich können die Röhren in anderer Weise innerhalb jedes ringförmigen Röhrenelementes angeordnet sein. Anstelle der in den Figuren gezeigten Ringe bzw. Halbringe, kann beispielsweise auch ein spiralförmiger Weg gewählt werden. Die Zufuhr des Wärme- bzw. Kälteträgers zum bzw. seine Entnahme aus dem hohlen Rotorschaft kann entweder in der in Figur 1 gezeigten Weise an den entgegengesetzten Enden des Rotorschaftes erfolgen, oder man kann sie an dem gleichen Ende des Drehschaftes vornehmen* Ausserdem kann der Hohlraum des

3098257 0861

üroh£;chaftes unterteilt sein, so dass man zwei oder mehr Abschnitte mit getrennten Kreisläufen für zwei oder mehr Wärme- oder Kälteträger erhält, die unterschiedliche Temperaturen besitzen können.

309825/0861

Claims

Patent(Schut ζ^Ansprüche

Wärmeaustauscher zum indirekten Erhitzen, Trocknen oder Kühlen von feuchtem, festem oder festweichem Material, insbesondere zur Gewinnung bröckliger oder pulverförmiger Stoffe, der aus einer stationären, im wesentlichen horizontal angeordneten Trockenkammer und wenigstens einem Wärmeaustauschkörper besteht, der drehbar in der Trockenkammer befestigt ist und einen hohlen Drehschaft aufweist, von dem mehrere hohle Elemente nach aussen abstehen, die aus scheibenförmigen Gruppen von spiral— oder angenähert ring- oder ringstuckformigen Bohren bestehen, wobei diese Gruppen von Röhren mit einem Wärme- oder Kälteträger beschickbar sind und Förderelemente aufweisen, mit denen die Materialien in Richtung der Achse des Drehschafts durch die Trockenkammer zu befördern sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhren (16a, 16b) jeder scheibenförmigen Gruppe (15) im wesentlichen parallel zueinander verlaufen und mit im wesentlichen radial abstehenden Zuleitungs-(17a) und Ableitungsröhren (17*0 verbunden sind, dass jede Gruppe von Röhren mit einer benachbarten Gruppe über einen Kanal (21) in Verbindung steht, der aussenseitig am Drehschaft (14) angeordnet ist, dass die Zuleitungsröhre der ersten Gruppe und die Ableitungsröhre der letzten Gruppe

309825/0861

226082Q

von Höhren jeweils in eine Zu- bzw. Abflusskammer des Schafts münden,und dass die Bereiche der Aussenflache des Drehschafts, die ausserhalb der Zone der Kanäle liegen, als Wärmeaustauschflächen vorgesehen sind.
2. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhren (16a, 16b) jeder scheibenförmigen Gruppe (15) angenähert halbringförmig sind und sich über einen Winkel von fast 180° erstrecken, und dass die Röhren den Hauptteil des Querschnitte der Trockenkammer (10) ausfüllen.
3. Wärmeaustauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Röhren (16a, 16b) jeder scheibenförmigen Gruppe (15) angenähert ringförmig sind und sich über einen Winkel von fast 360° erstrecken, und dass die Röhren den Hauptteil des Querschnitte der Trockenkammer (10) ausfüllen.

30982 5/0881

L e e r s e i t e