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Beschreibung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Wärmeaustauschanlage
für Flüssigkeiten mit Suspensions-Partikeln.
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Wie bekannt ist, existieren zahlreiche Industrieverfahren, bei denen
Rauch erzeugt wird, der vor dem Ablassen in die Atmosphäre oder vor dem eventuellen
Umlauf gekühlt und dann anschliessen gefiltert werden muss. Auf ein typisches Beispiel
kann man bei der Zementherstellung stossen. Die Zementöfen stossen einen sehr heissen
und mit Zementstaub angereicherten Rauch aus, der zunächst gekühlt und dann gefiltert
werden muss. Dieser Rauch ist ausserdem mit einem hohen Feuchtigkeitsgehalt versehen,
weshalb er unter einer bestimmten Tautemperatur, die verhältnismässig hoch ist,
leicht kondensiert.
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Die Kühlung dieses Rauches war bis heute stets die Quelle zahlreicher
technischer Probleme, die immer noch nicht gelöst sind.
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Tatsächlich sehen die normalen Wärmeaustauschverfahren vor, dass dieser
Rauch in Leitungen geführt wird, die von aussen durch einen kühlenden Luftstrom
berührt werden, der direkt vom Aussenbereich zugeführt wird. Auf diese Weise wird
eine sehr einfache, jedoch schwer zu kontrollierende Anlage hergestellt, die ausserdem
eine ständige und kostspielige Wartung erfordert. Was den in dem zu kühlenden Rauch
enthaltenen Staub betrifft, so neigt dieser dazu, sich an den Oberflächen abzusetzen,
die von dem Rauch selbst berührt
werden, wobei Schichten von zunehmender
Stärke gebildet werden, die den Wärmeaustausch erheblich behindern.
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Diese Schichten müssen daher durch verhåltnismässig umfangreiche und
kostspielige Arbeiten entfernt werden, sei es in Bezug auf die Arbeit selbst, sei
es, dass sie den Stillstand des Betriebes der gesamten Anlage notwendig machen.
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Ausserdem ist die Temperatur der kühlenden Luft nur sehr schwer kontrollierbar,
da diese vorwiegend von atmosphärischen Einflüssen abhängt, mit der möglichen Folge,
dass unzureichende oder auch übermässige Kühlungen hervorgerufen werden. Im letzteren
Falle kann der Rauch bis zu Temperaturen abgekühlt werden, die unter der Tautemperatur
liegen, und zwar unter unverzüglicher Bildung von Kondenswasser. Dieses Kondenswasser
vermischt sich mit dem abgelagerten Staub und bildet einen für den korrekten Betrieb
der Anlage ausgesprochen schädlichen Schlamm, der nur sehr schwer zu entfernen ist.
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Auch bei den hochwertigeren Anlagen, bei denen der Wärmeaustausch
ständig kontrolliert wird, kann zum Vermeiden der Bildung von Kondenswasser nicht
die Ablage von Staub an den Leitungen vermieden werden, die von dem zu kühlenden
Rauch berührt werden. Dieser Staub hat in vielen Fällen, wie zum Beispiel in dem
Falle von Rauch, der aus Zementöfen kommt, einen hohen Grad von Klebrigkeit, was
einerseits eine unmittelbare Ablagerung an den genannten Leitungen bewirkt und andererseits
eine schwierige Reinigungs-und
Wartungsarbeit erfordert.
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Schliesslich kann auch eine gewisse Unzulänglichkeit der herkömmlichen
Anlagen in Bezug auf das Niveau des Wärmeaustauschs nicht verschwiegen werden, und
zwar unabhängig vom Vorhandensein der genannten Staubschichten. Tatsächlich erweisen
sich die Koeffizienten des Wärmeaustausches zwischen den Gasen, die auf sich gegenüberliegenden
Seiten die genannten Leitungen berühren, und den Wänden der Leitungen selbst als
verhältnismässig niedrig. Die Folge davon ist eine weitere Schwierigkeit beim Kontrollieren
des Temperaturniveaus der umlaufenden Flüssigkeiten. Es werden hohe Temperaturveränderungen
in einer der beiden Flüssigkeiten notwendig, um eine schnelle Wirkung auf die andere
Flüssigkeit zu erhalten.
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In diesem Zustand ist die technische Aufgabe, die der Erfindung zugrunde
liegt, eine Wärmeaustauschanlage für Flüssigkeiten mit Suspensions-Partikeln zu
schaffen, besonders eine Anlage zum Kühlen von Rauch, die in der Lage ist, die oben
beklagten Nachteile wesentlich zu vermeiden.
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Im Bereich dieser technischen Aufgabe ist es ein wichtiger Zweck der
Erfindung, eine Anlage herzustellen, bei der die notwendige Reinigung zum Entfernen
des nach und nach abgelagerten Staubs einfach ist und auf solche Weise erfolgt,
dass kein Anhalten der Anlage selbst erfolgen muss.
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Ein weiterer wichtiger Zweck der Erfindung ist der, eine Anlage herzustellen,
bei der die Temperatur der Flüssigkeiten
des Verfahrens leicht
und mit Genauigkeit zu kontrollieren sind.
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Ein weiterer Zweck der Erfindung ist der, eine verhältnismässig einfache
und doch sehr leistungsfähige Anlage herzustellen, was das Niveau des Wärmeaustausches
zwischen den Flüssigkeiten des Verfahrens betrifft.
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Nicht zuletzt ist Zweck der Erfindung, ein Verfahren herzustellen,
um die Abkühlung der Gase mit Suspensions-Partikeln zu kontrollieren, welches sich
als solches erweist, dass gleichzeitig ein schnelles Abkühlen und ein konstantes
Wärmeaustauschniveau erlaubt, unabhängig von dem Vorhandensein der genannten Suspensions-Partikel.
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Diese und noch weitere Zwecke, die nachstehend noch deutlicher hervorgehen,
werden erreich durch eine Wärmeaustauschanlage für Flüssigkeiten mit Suspensions-Partikeln,
welche eine Anzahl von Kanalisierungen enthält, die dazu dienen, eine Kühl flüssigkeit
von einer genannten Flüssigkeit mit Suspensions-Partikeln zu trennen, und die dadurch
gekennzeichnet ist, dass die genannten Kanalisierungen schwingbar von Tragelementen
gehalten werden, und dadurch, dass Antriebsmittel vorgesehen sind, welche das Schwingen
der genannten Kanalisierungen bewirken.
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Vorteilhafterweise wird mit der genannten Anlage ein Verfahren zum
Kontrollieren der Abkühlung von Flüssigkeiten mit Suspensions-Partikeln verwirklicht,
welches dadurch gekennzeichnet ist, dass es aus folgenden Vorgängen besteht:
Umspülen
durch die genannten Flüssigkeiten von Leistungen, durch die eine Kühl flüssigkeit
mit einer Temperatur läuft, die höher ist als die Tautemperatur der genannten Flüssigkeiten;
kontinuierliches Erfassen des Wärmegrades zwischen den genannten Flüssigkeiten mit
Suspensions-Partikeln und der genannten Kühlflüssigkeit; Schwingen der genannten
Leitungen wenigstens dann, wenn der genannte Wärmegrad über ein bestimmtes Niveau
ansteigt.
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Weitere Eigenschaften und Vorteile gehen deutlicher aus der Beschreibung
einer vorgezogenen, jedoch nicht ausschliesslichen Verwirklichungsform der Erfindung
hervor, die rein als Beispiel und nicht begrenzend in den beiliegenden Zeichnungen
dargestellt ist, von denen - Abb. 1 schematisch und in ihrer Gesamtheit die Struktur
der Anlage nach der Erfindung zeigt; - Abb. 2 zeigt die Anlage aus Abbildung 1,
jedoch im Verhältnis zu letzterer um 900 gedreht; - Abb. 3 zeigt in Einzeldarstellung
und zum Teil in Durchsicht ein Element der Anlage wie aus den vorstehenden Abbildungen;
- Abb. 4 ist eine Ansicht von oben von einer Serie von Elementen wie aus der Abbildung
3, die nebeneinander angeordnet sind; - Abb. 5 bis 7 zeigen die mögliche Struktur
der Antriebsmittel, die dazu dienen, das Schwingen der Elemente wie aus Abbildung
3 zu bewirken.
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Unter Bezugnahme auf die erwähnten Abbildungen ist die Anlage nach
der Erfindung in den Abbildungen 1 und 2 insgesamt mit der Nummer 1 bezeichnet.
Sie enthält ein hohles Gehäuse 2, das mit einer Eingangsöffnung 3 und einer Ausgangsöffnung
4 versehen ist, sowie mit am Boden angeordneten Trichtern 5. Das Gehäuse 2 wird
durch Säulenelemente 6 getragen und wird zwischen der Eingangsöffnung 3 und der
Ausgangsöffnung 4 von der zu kühlenden Flüssigkeit durchlaufen, beispielsweise von
aus einem Ofen austretenden Rauch.
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Im Inneren des Gehäuses 2 ist eine Anzahl von Kanalisierungen 7 vorgesehen,
in denen eine Kühlflüssigkeit zirkuliert, zum Beispiel Wasser, diathermisches Ö1,
Dampf usw.
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Wie in den Abbildungen von 1 bis 4 verdeutlicht wird, werden die Kanalisierungen
7 durch eine obere Haupt leitung 8 beschrieben, sowie aus Rohrbündeln 9, die sich
von der Hauptleitung 8 aus nach unten erstrecken. Die Hauptleitung 8 ist besonders
in der Abbildung 4 hervorgehoben und hat eine Serpentinenform. Die Rohrbündel 9
entwickeln sich in senkrechter Richtung von der Hauptleitung 8 ausgehend und werden
in dem dargestellten Falle jeweils aus drei Reihen 9a, 9b, 9c von Rohren gebildet,
die am unteren Ende in einen Kollektor 10 münden.
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Es ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass die Hauptleitung 8 den
Eingang wie auch den Ausgang der Rohrbündel 9 beschreibt. Tatsächlich ist die Hauptleitung
8, wie aus der
Abbildung 3 hervorgeht, so aufgeteilt, dass sie
sich als in drei Abschnitte geteilt erweist, während der untere Kollektor 10 in
zwei Abschnitte unterteilt ist, wobei jeder Abschnitt des unteren Kollektors 10
mit zwei Abschnitten der Hauptleitung 8 in Verbindung steht. Letztere weisst ausserdem
Endabschnitte auf, für ein jedes Rohrbündel 9, welche den Eingang und den Ausgang
für das Kühlmittel bilden. Dank dieser Struktur ist ein jeder Kollektor 10 an den
Enden stumpf und verschlossen.
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Es ist ursprünglich vorgesehen worden, dass ein jedes Rohrbündel 9
für sich und direkt von der Hauptleitung 8 gehalten wird, und dass letztere ihrerseits
schwingbar von von Tragelementen 11, die in den Abbildungen 3 und 4 hervorgehoben
sind, gehalten werden. Die Tragelemente 11 sind mit dem Gehäuse 2 verbunden und
die Hauptleitung 8 ist in eine Reihe von gelenkartig miteinander verbundenen Abschnitten
aufgeteilt, um das voneinander unabhängige und teilweise Schwingen der verschiedenen
Rohrbündel zu ermöglichen. Die Abbildungen 2, 3 und 4 verdeutlichen, dass die verschiedenen
Abschnitte der Hauptleitung 8 durch elastische Verbindungsstücke 12 miteinander
verbunden sind, in der Lage, eine bestimmte Drehung zwischen den aufeinanderfolgenden
Abschnitten zu ermöglichen.
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Die Abbildungen 5, 6 und 7 heben im Detail Antriebsmittel hervor,
die dazu dienen, das Schwingen der Rohrbündel 9 zu bewirken. Diese Antriebsmittel
sind auch in den Abbildungen
1 und 2 dargestellt, und zwar unter
Bezugnahme auf die in Abbildung 5 gezeigte technische Lösung.
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Tatsächlich ist nach der Erfindung vorgesehen, dass die Schwingungen
der Rohrbündel 9 durch Pulssteuerungen oder wechselweise Antriebe bestimmt werden,
die von Kontrollelementen für die Temperatur der Flüssigkeiten des Verfahrens abhängig
sind, besonders für die Temperatur der Flüssigkeit, die im Inneren der Rohrbündel
zirkuliert. Die Pulssteuerungen (Abb. 5) bestehen wesentlich aus Schlägern 13, welche
direkt auf einen Kollektor 10 wirken können oder auch auf eine Querleiste 14, die
mit einer Anzahl von Hämmern 15 versehen ist, welche aktiv auf die Kollektoren 10
wirken. Im ersten Falle bewirkt ein jeder Schläger 13 eine Serie von aufeinanderfolgenden
Schwingungen, dank derer sich die Pulsbewegung bis auf die verschiedenen Rohrbündel
9 überträgt, während im zweiten Falle ein jeder Schläger 13 gleichzeitig über die
Hämmer 15 auf mehrere Rohrbündel wirkt. Die Abbildung 5 verdeutlicht, dass der Schläger
13 rotierend und eventuell gelenkig ist, und dass derselbe an seinem Ende über ein
Rädchen 13a wirkt, welches in der Lage ist, die Gleitreibungserscheinungen zwischen
dem Schläger selbst und der Querleiste 14 oder dem Kollektor 10 herabzusetzen.
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Die Abbildungen 6 und 7 verdeutlichen, dass die Antriebe von wechselweiser
Art sein können, und zwar so, dass ständig kontrollierte und gesteuerte Schwingungen
erzeugt werden.
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Tatsächlich werden Antriebe gezeigt, die aus einem Satz von Pleuelstange
/ Kurbel 16 beschrieben werden und auf eine der genannten Querleisten 14 wirken,
welche direkt mit den Kollektoren 10 verbunden ist, sowie aus einem Satz 17 (Abb.
7), enthaltend einen direkt auf ein Ende der Querleiste 14 wirkenden Elektromagneten.
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Die Anlage nach der Erfindung verwirklicht praktisch ein originelles
Verfahren, durch welches die Kühlung von Rauch mit Suspenisons-Partikeln kontrolliert
wird, indem nach folgenden Phasen vorgegangen wird: Zunächst wird der Rauch so geleitet,
dass er die äussere Oberfläche von Leitungen berührt, die von einer Kühlflüssigkeit
durchlaufen werden, und zwar mit einer Temperatur, die nahe bei, jedoch höher als
die Tautemperatur der Gase liegt. Zveitens wird gleichzeitig und kontinuierlich
der Temperaturgrad kontrolliert, der zwischen dem Rauch und der Kühl flüssigkeit
besteht.
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Dieser Temperaturgrad wird um so niedriger sein, je wirksamer der
Wärmeaustausch ist, da sich in diesem Falle die Temperatur des Rauchs und die Temperatur
der Kühl flüssigkeit erheblich untereinander nähern.
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Schliesslich werden nach dem Verfahren die erwähnten Leitungen wenigstens
dann zum Schwingen gebracht, wenn der genannte Temperaturgrad über ein bestimmtes
Niveau steigt.
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Das bedeutet in der Tat, dass die Wirksamkeit der Wärmeaustausches
zu sinken beginnt. Der Rauch tritt noch sehr heiss aus und die Kühl flüssigkeit
hat noch verhältnismässig
niedrige Temperaturen. Die auf die Leitungen
übertragenen Schwingungen, die auf eine beliebige geeignete Weise erhalten werden,
sind vorteilhafterweise solche, dass sie das Lösen der Staubablagerungen bewirken,
denen das erwähnte Erhöhen des Temperaturgrades hauptsächlich zugeschrieben wird.
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Die Erfindung erreicht auf diese Weise die gewünschten Zwecke.
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Dank des beschriebenen Verfahrens und der Anlage ist es möglich, ein
hohes Wärmeaustauschniveau zu erreichen, desgleichen eine konstante Reinigungswirkung
und Entfernen des abgelagerten Staubes, und zwar ohne kostspielige Arbeiten und
vor allem ohne den Betrieb der Anlage unterbrechen zu müssen. Ausserdem sind die
beschriebenen Strukturen verhältnismässig einfach und leicht von den Industrien
dieses Bereiches anwendbar. Es wird auch festgestellt, dass mit den beschriebenen
technischen Lösungen das Bilden von Kondenswasser und die damit verbundene Erzeugung
einer Schmierschicht an den Rohrbündeln vermieden wird.
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Die Vibrationen und/oder Schwingungen können auf eine beliebige Weise
durchgeführt werden, besonders vorteilhaft erweist sich jedoch beim augenblicklichen
Stand der Technik das Anbringen einfacher elastischer Verbindungsstücke, die Winkelverschiebungen
zwischen den verschiedenen Rohrbündeln ermöglichen.
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Die so ausgelegte Erfindung unterliegt zahlreichen Anderungen
und
Varianten, die alle in den Bereich des erfinderischen Konzepts fallen. Ausserdem
können alle Details durch technisch gleichwertige Elemente ersetzt werden.
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Praktisch können die verwendeten Materialien, die Formen und Abmessungen
je nach Anforderungen von beliebiger Art sein.