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B e s c h r e i b u n g
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Die Erfindung bezieht sich auf die Rückgewinnung von Energie aus Gasen.
Im besonderen befasst sich die Erfindung mit der Rückgewinnung von Wärmeenergie
aus Abgasen oder ausströmenden Gasen wie Auspuffgasen, die brennbaren Dampf oder
Tropfen brennbarer Flüssigkeit oder beides enthalten.
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Energie ist häufig verloren, wenn Abgase oder ausströmende Gase Wärme
von dem Vorgang hinwegführen, bei dem sie gebildet werden, und ein Teil dieser Wärme
kann durch die Verwendung eines Wärmeaustauschers zurückgewonnen werden. Die Wirksamkeit
eines Wärmeaustauschers ist jedoch beeinträchtigt, wenn Flüssigkeitstropfen#, die
mit den Gasen mitgeführt werden, auf der Kühleroberfläche des Wärmeaustauschers
zusammenfließen und/oder Dampf, der mit den Gasen mitgeführt wird, darauf kondensiert,
wobei er dazu neigt, die Thermokupplung zwischen den Gasen und der (den) Oberfläche(n)
des Wärmeaustauschers zu reduzieren.
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist, ein Verfahren und Mittel
für die Rückgewinnung von Energie aus Abgasen oder ausströmenden Gasen vorzusehen,
die brennbaren Dampf oder Tropfen brennbarer Flüssigkeit oder beides enthalten können.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung umfaßt ein Verfahren
die Rückgewinnung von Energie aus einem Gas, das brennbaren Dampf oder Tropfen brennbarer
Flüssigkeit oder beides enthält, das Einbringen des Gases in Kontakt mit einem Oxidationskatalysator,
um den Dampf oder die Flüssigkeit oder beides zu oxidieren, und das gleichzeitig
oder nach und nach erfolgende Abführen in einen Wärmeaustauscher von wenigstens
einem Teil der Wärme, die ursprünglich im Gas vorhanden war, und der Wärme, die
durch die katalytische Oxidation des brennbaren Dampfes oder der Flüssigkeit oder
beidem hergestellt wurde.
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Es ist natürlich wünschenswert, daß, wenn das Verfahren der Erfindung
ausgeführt wird, die Temperatur des Abgases oder des ausströmenden Gases, wenn sie
den Katalysator erreicht, nicht niedriger als die licht off" -Temperatur sein sollte,
d.h. nicht niedriger als die Minimaltemperatur, bei der die katalytische Oxidation
der brennbaren Flüssigkeit und/oder Dampf begonnen werden kann.
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Bei der Ausführung des Verfahrens, das soeben beschrieben wurde, ist
es günstig für den Oxidationskatalysator, wenn er von den Wärmeaustauscherplatten
getragen wird oder von anderem Wärmeaustauschermaterial wie Keramikblocks, -Röhren
und dergleichen.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung umfasst ein Apparat für die
Ausführung des Verfahrens des ersten Aspekts der Erfindung einen Wärmeaustauscher,
der einen Oxidationskatalysator enthält, der durch das Wärmeaustauschermaterial
des Wärmeaustauschers getragen wird.
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Geeignete Katalysatoren schließen ein oder mehrere Metalle der Platingruppe
ein, die anders sind als Osmium namentlich, Platin, Rhodium, Ruthenium, Palladium
und Iridium. Der Katalysator kann auch in Form einer Legierung vorkommen, z.B.
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einer Legierung der Metalle der Platingruppe untereinander oder Legierungen
der Metalle der Platingruppe mit anderen Metallen.
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Vorzugsweise wird eine Zwischenschicht mit großer Oberfläche zwischen
der Katalysatorschicht und dem Wärmeaustauschermaterial eingelagert und vorteilhafterweisebestehen
wenigstens 10 Gew.% des Katalysators aus einem Metall der Platingruppe.
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Die Zwischenschicht kann ein oder mehrere feuerfeste Metalloxide wie
Berylliumoxid, Magnesiumoxid oder Siliciumoxid oder Kombinationen von Metalloxiden
wie Boroxid- Aluminiumoxid oder Siliciumoxid-Aluminiumoxid enthalten und das Wärmeaustauschermaterial
kann metallisch oder keramisch sein.
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Der Wärmeaustauscher kann eine Anzahl von Formen annehmen wie die,
die in den Beispielen unten ausgeführt sind, aber die Form des Wärmeaustauschers
ist nicht auf diese Beispiele beschränkt. Des weiteren kann die Erfindung auf Wärmeaustauschern
angebracht werden, wo das Wärmeaustauschermaterial relativ zu der Röhrenleitung
für die Speisung des erwärmten Gases gedreht wird und des Gases, das dadurch erwärmt
werden soll und umgekehrt.
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Der Wärmeaustauscher ist das Mittel, durch das Energie in Form von
Wärme aus Abgasen oder ausströmenden Gasen einer zweiten Flüssigkeit, d.h. der Kühlflüssigkeit,
zugeführt wird.
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Beispiel 1 Ein katalysiertes Wärmerad (das ist ein Rad, das eine Vielzahl
von es durchziehenden Durchgängen und in der Hauptrichtung seiner Achse einen Oxidationskatalysator
hat, der auf der Oberfläche der Durchgänge befestigt ist) wird langsam mit einem
Strom von Abgas oder ausströmendem Gas gedreht, das einen Teil des Rades passiert
und einem Strom von Kühlflüssigkeit, der einen anderen Teil passiert. Während der
Drehung wird ein vorgegebener Teil des Rades den Strom von Abgas oder ausströmendem
Gas passieren und Energie in Form von Wärme wird dabei vom Gas übertragen, das die
Temperatur dieses Anteils veranlasst zu steigen. Der so erwärmte Teil des Rades
wird sich während fortdauernder Drehung aus dem
Gasstrom in den
Strom der Kühlflüssigkeit bewegen, der, während er eine niedrige Temperatur hat,
Energie in Form von Wärme von diesem erwärmten Teil erhält, dessen Temperatur deshalb
niedriger wird. Das Rad fährt fort zu drehen und der Anteil passiert den Strom von
Abgas oder ausströmendem Gas wieder und der Zyklus wird wiederholt.
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Beispiel 2 Der Wärmeaustauscher in Form eines Wärmebandes folgt dem
gleichen Prinzip wie das Wärmerad. Ein Gürtel oder ein Band von Material, das eine
Wirkmaschenkonstruktion haben kann, wird in einer gleichförmigen Schleife um zwei
Rollen herumgeführt. Das Material ist katalysiert, d.h. es hat einen Katalysator,
der einen Teil der Oberfläche des Materials bedeckt. In diesem speziellen Teil ist
der Katalysator ein Oxidationskatalysator. Ein vorgegebener Abschnitt der Schleife
passiert einen Strom von Abgas oder ausströmendem Gas und in dem Maße wie Energie
als Wärme vom Gas übertragen wird steigt die Temperatur des vorgegebenen Abschnitts
an. In dem Maße wie die Schleife um die zwei Rollen herumgeführt wird, wird sich
der erwähnte Abschnitt aus dem Strom des Gases in den Strom der Kühlflüssigkeit
bewegen. In dem Maße wie Energie vom erwähnten Abschnitt der Schleife auf die Kühlflüssigkeit
übertragen wird erniedrigt sich die Temperatur des erwähnten Abschnitts. Die Schleife
läuft weiter um die Rollen und der
Abschnitt passiert weiter das
Abgas oder das ausströmende Gas und der Zyklus wird wiederholt.
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Beispiel 3 Wie in den vorhergehenden Beispielen wird ein "katalysierter"
Wärmeaustauscher verwendet, um Wärme von einem Strom von Abgas oder ausströmendem
Gas abzuführen. Der Wärmeaustauscher enthält ein Aggregat von Röhren, die an beiden
Enden versiegelt sind und von denen jede eine Flüssigkeit wie Wasser enthält, aber
oft auch eine organische Flüssigkeit. Die erwähnten Röhren sind parallel zueinander
angeordnet, wobei ein Ende von jeder in den Strom von Abgas oder ausströmendem Gas
zeigt und das andere Ende von jeder in den Strom von Kühlflüssigkeit.
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Das Ende jeder Röhre, die in Kontakt mit Abgas oder ausströmendem
Gas kommt, ist "Kkatalysiert", d.h. ein Teil der Oberfläche der Röhre ist mit einem
Oxidationskatalysator bedeckt in der Weise, wie sie oben beschrieben wird mit oder
ohne Zwischenschicht. In dem Maße wie das Abgas oder das ausströmende Gas die Enden
der Röhren passiert, wird Energie in Form von Wärme vom Gas auf die Flüssigkeit
innerhalb der Röhren übertragen. Als Ergebnis verdampft die Flüssigkeit und der
sich ergebende Dampf kondensiert am anderen Ende der Röhren, wobei er die latente
Wärme vom Verdampfen freigibt, die dann auf die Kühlflüssigkeit übertragen wird.
Der kondensierte Dampf kann zum anderen Ende der Röhren durch eine Anzahl von Mitteln
zurückgeführt
werden, so durch Gravitation, durch eine Pumpe oder durch eine Methode, beschrieben
in der GB-PS 1,027,719.
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Die vorliegende Erfindung kann in Verbindung mit jeder Form von Wärmeaustauschern
verwendet werden und eine gebräuchliche Form von Wärmeaustauscher wird im begleitenden
Diagramm gezeigt, einschließlich an Hand von Beispielen.
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Figurenbeschreibung In der Zeichnung ist M ein zylindrisches Maß von
Wärmeaustauschermaterial, das um die Achse X-X drehbar ist in einer Richtung, die
von Pfeil R angezeigt wird. A1/A2 und B1/B2 sind Paare von stationären Röhren, um
die erwärmte und gekühlte Luft zu und von dem Wärmeaustauschermaterial zu führen.
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Im allgemeinen haben die vier Röhren A1,A2, B1 und B2 einen kreuzförmigen
Querschnitt, der von Kreisabschnitten gebildet wird und die Verriegelungsmittel,
die nicht gezeigt werden, sind zwischen den Röhren und der Masse M plaziert, um
ein Auslaufen und die Vermischung von dem erwärmten Gas und dem Gas, das erwärmt
werden soll, zu vermeiden.
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Die Masse des Wärmeaustauschermaterial kann aus keramischem Material
hergestellt sein, z.B. mit Bienenwabenstruktur oder perforierter Form oder aus Metall.
Wo Metall verwendet wird, kann eine herkömmliche Masse verwendet werden, die abwechselnd
ebene und gewellte Platten enthält. Ein besonders nützliches metallisches Material
ist Fecralloy (eingetrag#enes Warenzeichen).
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Wie vorher beschrieben trug die Masse an Wärmeaustauschermaterial
eine Katalysatorschicht, die auf einer Zwischenschicht von feuerfesten Metalloxiden
befestigt sein kann oder nicht.
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Wenn es gewünscht ist, kann vor eine nicht katalysierte Masse von
Wärmeaustauschermaterial M eine separate Masse geschaltet werden, die katalysiert
ist, so daß nicht katalysiertes Erwärmen innerhalb der Wärmeaustauschermasse genau
stattfindet. Des weiteren kann die Masse an Wärmeaustauschermaterial in zwei oder
mehrere relativ kurze zylindrische Hilfsmassen geteilt werden, die eine katalysierte
Masse zwischen anliegenden Hilfsmassen liegen haben.
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Zusammenfassung Die Erfindung befasst sich prinzipiell mit der Rückgewinnung
von Wärmeenergie aus Abgasen oder ausströmenden Gasen wie Auspuffgasen, die brennbaren
Dampf oder Tropfen brennbarer Flüssigkeit oder beides enthalten. Mehr im Detail
ist die Erfindung auf ein Verfahren für die Rückgewinnung von Wärme energie aus
einem Gas gerichtet, das brennbaren Dampf oder Tropfen brennbarer Flüssigkeit oder
beides enthält, #obei eingeschlossen ist: das Einbringen des Gases in Kontakt mit
dem Oxidationskatalysator, um den Dampf oder die Flüssigkeit oder beides katalytisch
zu oxidieren, und das gleichzeitig oder nach und nach erfolgende Abführen in den
Wärmeaustauscher von wenigstens einem Teil der Wärme, die ursprünglich in dem Gas
vorhanden war, und der Wärme, die durch die katalytische Oxidation des brennbaren
Dampfes oder der Flüssigkeit oder von beidem hergestellt wird.