DE2906001C2 - Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Bei einem bekannten Wärmetauscher dieser Art ist der Wärmetauscher so ausgebildet, daß im Betrieb ein stabiler Betriebszustand erhalten bleibt (US-PS 29 19 118). Darunter ist ein Zustand zu verstehen, in welchem die Bewegung der Teilchen in den parallel zueinander angeordneten Rohren sowie zwischen verschiedenen Rohren im wesentlichen gleichmäßig ist. Dennoch kann es dabei vorkommen, daß eine Umströmung der Teilchen innerhalb der Rohranordnung auftritt, beispielsweise bei unvorsichtiger Steuerung, und speziell dann, wenn beim Anfahren der Anlage nicht genügend Sorgfalt ausgeübt wird. Eine Umströmung von Teilchen ist ein Zustand, bei dem in einem oder mehreren Rohren eine Aufwärtsbewegung und in einem oder mehreren anderen Rohren eine Abwärtsbewegung von Teilchen stattfindet. Die Umströmstrecke wird durch eine obere und eine untere Kammer des Wärmetauschers geschlossen.

In dem aus der US-PS 29 19 118 bekannten Wärmetauscher sind in der unteren Kammer als Drosselelemente wirkende Klappen vorgesehen, die im Betrieb so geschaltet werden können, daß eine Umströmung durch benachbarte Rohre verhindert wird. Um eine derartige Umströmung aber zu vermeiden, müssen die Klappen einzeln angesteuert werden. Dabei ist es erforderlich, dad von außen erkennbar ist, in welchen Rohren beispielsweise eine unerwünschte Abwärtsströmung auftritt. Hierzu müßten die betreffenden Rohre und Kammerwände durchsichtig ausgebildet werden, was aber bei trüben Flüssigkeiten kein ausreichendes Hilfsmittel wäre.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, einen Wärmetauscher zu schaffen, der in einfacher Weise eine selbsttätige Regulierung der Rohrströmung erlaubt, derart, daß eine Umströmung der Teilchen durch die Rohre verhindert wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Wärmetauscher der eingangs beschriebenen Art er/indungsgerr.äß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Durch die freie Beweglichkeit der Drosseleler.iente quer zur Längsrichtung der Rohre werden die am stärksten ansaugenden Mündungen selbsttätig abgedeckt, so daß eine unerwünschte Umströmung der Teilchen durch die Rohre sicher verhindert wird.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß jedes der Drosselelemente Öffnungen aufweist, durch die die Teilchen enthaltende Flüssigkeit hindurchströmen kann.

Das Gewicht jedes bewegbaren Drosselelements ist so gewählt, daß es unter Wirbelschichtströmungsbedingungen mit dem Rohrboden oder den Rohrenden der Kammer in Berührung bleibt. Dies setzt voraus, daß die bewegbaren Drosselelemente in der oberen Kammer schwerer sein müssen als die fluidisierte Masse, während die Drosselelemente in der unteren Kammer leichter sein müssen als diese Masse.

Als bewegbare Drosselelemente können Körper oder Formkörper verschiedener Gestalten gewählt werden, und ihre Bewegbarkeit kann ebenfalls den jeweiligen Anwendungsfällen angepaßt werden. Beispielsweise kann die Verbindung der bewegbaren brosselelemente mit den Rohrböden beweglich oder unbeweglich sein.

Nach einer bevorzugten Ausbildung ist jedes der Drosselelemente als lose eingelegte Kugel mit einem Durchmesser ausgebildet, welcher den Innendurchmesser der einzelnen Rohre übersteigt. Im Betrieb können sich diese Kugeln ungehindert zu jedem Rohr bewegen, in welchem Teilchenmaterial nach unten strömt. Die vorzugsweise hohlen Kugeln besitzen eine durchlässige, d. h. aus Metallmaschengeflecht bestehende Wandung. Die Kugeln sollten für stabil fluidisiertes Teilchenmaterial durchlässig sein und den Vorgang der Fluidisierung bzw. Wirbelschichtbildung am Einlauf- und Auslaufende der einzelnen Rohre nicht wesentlich behindern. Im Normalbetrieb bewegen sich die Kugeln beispielsweise in der oberseitigen Kammer wahllos über den Rohrboden, ohne die Fluidisierung der Teilchen, d. h. die Wirbelschichtbildung in der Kammer, zu beeinträchtigen. Sobald jedoch der stabile Zustand gestört wird, wird die Kugel, die einem Rohr am nächsten liegt, in welchem die Teilchenmasse nach unten strömt, durch diese Teilchenströmung zum betreffenden Rohr hingezogen. Das Rohr wird sodann durch die an ihm angekommene Kugel blockiert, so daß es in seinen stabilen Betriebszustand zurückkehren kann.

Die bewegbaren Drosselelemente sind zwischen dem Rohrboden der betreffenden Kammern und einer in letzterer vorgesehenen Querwand eingeschlossen, die auf Abstand vom Rohrboden angeordnet und für das Teilchenmaterial durchlässig ist. Es hat sich gezeigt, daß dann, wenn diese Querwand in einem Abstand entsprechend dem 1- bis 6fachen des Kugeldurchmessers vom Rohrboden angeordnet ist, die Bewegung von Teilchen zu einem Rohr mit abweichendem Strömungsverhalten begünstigt wird. Dies wird dadurch erreicht, daß sich die bewegbaren Drosselelemente schneller zum betreffenden Rohr hin verlagern können, so daß eine schnellere und wirksamere Korrektur des abweichenden Strömungszustands hervorgebracht wird.

Die Querwand kann aus einem Metallmaschengeflecht oder aus einer perforierten Platte bestehen. Es ist

jedoch auch möglich, diese Querwand als Schicht eines gepackten oder verdichteten Füllmaterials auszubilden, das dadurch in seiner Lage gehalten wird, daß es zwischen einem Maschengeflecht mit sehr großer Maschenweite oder Platten mit großen Perforationen eingepreßt ist Die Teilchenfluidisierung bzw. Wirbelschichtbildung kann sich in diesem Fall in und durch diese Schicht aus gepacktem Füllmateria! fortsetzen. Da in diesem Fall im Vergleich zur Verwendung lediglich eines Maschengeflechts oder einer perforierten Platte κ größere öffnungen im gepackten Füllmateria! vorhanden sein Können, wird die Gefahr für ein Verstopfen dieser Wand vermindert

Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Die Figur zeigt einen schematischen Längsschnitt des Oberteiles des Wärmetauschers mit einem der als Kugeln ausgebildeten Drosselelemente, wobei das nicht dargestellte Unterteil des Wärmetauschers mit dessen Oberteil spiegelgleich ausgebildet ist.

in einem Zylinder 2 befinden sich zahlreiche lotrechte, parallel zueinander verlaufende Rohre 1, deren obere Enden in einem Rohrboden 3 befestigt sind. Der Rohrboden 3 und der Zylinder 2 sind mittels eines Flansches 4 verbunden. Ein Flansch 5 des Rohrbodens 3 ist mit einer oberen Kammer 6 verbunden. Im Betrieb des Wärmetauschers strömt eine Flüssigkeit durch die Rohre 1 in Aufwärtsrichtung, wobei Teilchen 10 in den Rohren 1 und in der oberen Kammer 6 sowie in einer nicht dargestellten spiegelbildlich zur oberen Kammer 6 angeordneten unteren Kammer fluidisiert werden. Die Flüssigkeit tritt über einen Auslaufstutzen 7 aus.

Die Figur veranschaulicht einen Zustand, in welchem die Teilchen 10 in einem der mit la bezeichneten Rohre 1 in Abwärtsrichtung strömen. In einem oder mehreren anderen Rohren 1 strömen die Teilchen 10 dagegen aufwärts, so daß eine Umströmung der Teilchen 10 stattfindet.
Auf dem Rohrboden 3 sind mehrere als Kugeln ausgebildete Drossele'emente 8 angeordnet, wobei in der Figur nur eine dargestellt ist. Die Kugeln besitzen jeweils einen Durchmesser, welcher den Innendurchmesser der Rohre 1 übersteigt, der jedoch andererseits so gewählt ist, daß sich zwei der Kugeln ohne gegenseitige Behinderung auf zwei benachbarten Rohren 1 absetzen können.

Die Kugeln bestehen aus einem Metallmaschengeflecht, dessen Maschengröße um so vhl größer gewählt ist als die Teilchengröße, daß die Bewegung der Teilchen 10 in einem stabilen Betriebszustand durch die Kugeln kaum behindert wird. Sobald jedoch die dargestellte Abwärtsbewegung der Teilchen 10 im Rohr la einsetzt, wird die diesem Rohr am nächsten gelegene Kugel durch die Teilchenströmung mitgerissen, bis die Kugel die Öffnung des Rohrs la bedeckt. Aufgrund der beschleunigten Bewegung von Teilchen 10 zu dieser Öffnung entsteht nun eine Brückenbildung am Metallmaschengeflecht der Kugel, so daß sich infolgedessen die Strömungsbedingungen im Rohr \a stabilisieren können.

Die Kugeln besitzen jeweils ein solches Gewicht, daß sie im Betrieb ständig auf dem Rohrboden 3 liegen bleiben.

In einem festen Abstand über dem Rohrboden 3 ist ein Maschengeflecht 9 angeordnet, das aufgrund seiner großen Maschenweite einen nahezu ungehinderten Durchtritt der Teilchen 10 unter stabilen Betriebsbedingungen zuläßt. Im Fall einer Umströmung der Teilchen 10 vermag das Maschengeflecht 9 dennoch die Bewegung der Teilchen 10 zur Einlaßöffnung des Rohrs la zu begünstigen, in welchem die Teilchen 10 nach unten strömen. Dies ist darauf zurückzuführen, daß die Bewegung von Teilchen 10 von einer Stelle oberhalb des Maschengeflechts 9 zur Öffnung des Rohrs la verzögert wird, so daß sich unterhalb des Maschengeflechts 9 und über dem Rohr la unter den Teilchen 10 ein Wirbel bilden kann. Hierdurch wird die Kugel vergleichsweise schnell gegen das Rohr la angezogen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Wärmetauscher mit einer oberen Kammer, die über eine Anzahl lotrecht und parallel zueinander durch einen Wärmetauschraum verlaufender Rohre zum Führen einer fluidisierbare Teilchen enthaltenden, aufwärtsströmenden Flüssigkeit mit einer unteren Kammer verbunden ist, und mit in einer dei Kammern bewegbar angeordneten Drosselelementen, mittels denen die Mündung einzelner Rohre in die Kammer zum Verhindern einer Rückströmung verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselelemente (8) quer zur Längsrichtung der Rohre (1) frei beweglich ausgebildet sind zum selbsttätigen Abdecken der am stärksten ansaugenden Mündungen.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedes di»r Drosselelemente (8) Öffnungen aufweist, durch die die Teilchen der Flüssigkeit hindurchströmen können.

3. Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Drosselelemente (8) als Kugel ausgebildet ist.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugel hohl ausgebildet ist.

5. Wärmetauscher nach Anspruchs dadurch gekennzeichnet, daß die Wandung der Hohlkugel durch ein Mctallniaschengeflecht gebildet ist.