DE3915270A1 - Reduction of high transient temp. in waste gases - by directing gas flows through heat absorbing material - Google Patents

Reduction of high transient temp. in waste gases - by directing gas flows through heat absorbing material

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Abstract

The invention concerns a method of reducing high transient temps. in a gaseous heat transfer medium, such as air, which carries away waste heat from an industrial process. The heat in such a heat transfer medium may be utilised in some further process or the medium itself may be cooled and re-used. The transient high temp. is reduced by allowing the medium to flow through granular material which absorbs heat readily and has a good heat storage capacity. The heat absorbing material may consist of metal balls or of a solid mass with through passages. USE - Utilisation of waste heat.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Reduktion von Tempera­ turtransienten in einem Wärmeträger vor dessen Weiterbehandlung.The invention relates to a method for reducing tempera door transients in a heat transfer medium before its further treatment.

Viele technische Prozesse erzeugen Abwärme auf hohem Temperatur­ niveau, die durch einen zumeist gasförmigen Wärmeträger, häufig Luft, aus dem Prozeß abgeführt wird. Aus Gründen des Umweltschut­ zes und/oder der Abwärmenutzung ist es wünschenswert, den Wärme­ träger weiter zu behandeln, beispielsweise durch Abkühlung - mit oder ohne Abwärmenutzung - und anschließender Reinigung.Many technical processes generate waste heat at a high temperature level, which is removed from the process by a mostly gaseous heat transfer medium, often air. For reasons of environmental protection and / or the use of waste heat, it is desirable to treat the heat carrier further, for example by cooling - with or without the use of waste heat - and subsequent cleaning.

Prozeßbedingt stellen sich sehr oft schnelle Temperaturänderungen eventuell kombiniert mit Volumenstromänderungen im Wärmeträger ein, die von den dem Prozeß nachgeschalteten Einrichtungen ertra­ gen und beherrscht werden müssen. Die Auslegung auf Spitzenwerte ist jedoch mit hohen Kosten verbunden. Dennoch sind auf die zuvor genannten Effekte zurückzuführende Schäden nicht vermeidbar, wobei die zu erwartende Schadenshäufigkeit um so höher ist, je genauer Temperaturgrenzwerte eingehalten werden müssen.Due to the process, rapid temperature changes very often occur possibly combined with changes in volume flow in the heat transfer medium one that is tolerated by the facilities downstream of the process and must be mastered. The design for top values is associated with high costs. Still on the previous ones Damages attributable to the effects mentioned cannot be avoided, the expected frequency of damage is the higher, depending more precise temperature limits must be observed.

Es ist bekannt, daß die Lebensdauer eines thermischen Apparates um so höher ist, je kontinuierlicher er betrieben wird. Also sind schnelle Lastwechsel - Temperaturwechsel - möglichst zu vermeiden.It is known that the longer it is operated, the longer the service life of a thermal apparatus. So rapid load changes - temperature changes - should be avoided if possible.

Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Reduktion von Temperaturtransienten eines Wärmeträgers auf für die dem Prozeß nachgeschalteten Komponenten unbedenkliche Größen mittels Spei­ cherung oder Abgabe von Wärme in bzw. aus einer Speichermasse sicherzustellen.The object of the method according to the invention is the reduction of Temperature transients of a heat transfer medium for the process downstream components safe sizes by means of memory Storage or release of heat in or from a storage mass ensure.

Die Aufgabe wird gelöst, indem der Wärmeträger vor der geplanten Weiterbehandlung durch eine gut wärmeaufnehmende und wärmespei­ chernde Masse geleitet wird. Hierdurch wird beispielsweise beim Anstieg der Wärmeträgertemperatur zunächst ein Teil der Wärme an die Speichermasse abgegeben, wodurch am Ausgang des Speichers nur ein verzögerter Anstieg der Temperatur des Wärmeträgers festzu­ stellen ist, womit die gestellte Aufgabe gelöst wäre. Die Dimen­ sionierung der Speichermasse kann nun hinsichtlich Kapazität und Wirkung auf die durch den Prozeß bestimmten zu erwartenden und auf die für die nachgeschalteten Anlagen zugelassenen Transienten abgestimmt werden.The task is solved by placing the heat transfer medium in front of the planned one Further treatment through a good heat-absorbing and heat-saving guiding mass is directed. This will, for example, when  Part of the heat initially rises in the heat transfer medium temperature the storage mass released, which only at the exit of the storage a delayed increase in the temperature of the heat transfer medium is what the task would be solved with. The dimes sioning of the storage mass can now in terms of capacity and Effect on the expected and determined by the process on the transients approved for the downstream systems be coordinated.

Eine gute Wärmeaufnahme wird beispielsweise erreicht bei Einstel­ lung der wärmetechnischen Kennzahlen BIOT größer 0,1 und Tempera­ turleitfähigkeit größer 1 mm2/s. Gute wärmespeichernde Materia­ lien sind durch volumetrische Wärmekapazitäten von zum Beispiel 3 MJ/m3K oder mehr gekennzeichnet.Good heat absorption is achieved, for example, by setting the thermal parameters BIOT greater than 0.1 and temperature conductivity greater than 1 mm 2 / s. Good heat-storing materials are characterized by volumetric heat capacities of, for example, 3 MJ / m 3 K or more.

Der Aufbau der Speichermasse kann vorteilhaft als eine durch­ strömbare lose Schüttung von Elementen erfolgen (Anspruch 2). Diese Schüttung bietet neben der beliebigen Gestaltung noch den zusätzlichen Vorteil der guten Durchmischung des Wärmeträgers, so daß eventuell vorhandene Temperatursträhnen während der Durch­ strömung ausgeglichen werden. Mit der Festlegung eines mittleren Elementdurchmessers kann über das Oberflächen- zu Volumenverhält­ nis das Wärmeübertragungsverhalten beeinflußt werden. Die entste­ henden Strömungsdruckverluste werden neben dem Durchmesser der Elemente auch von deren Kontur bestimmt. Sie sind bei der Wahl kugeliger Elemente am geringsten (Anspruch 3).The structure of the storage mass can be advantageous as one flowable loose bed of elements take place (claim 2). In addition to any design, this fill also offers the additional advantage of good mixing of the heat transfer medium, so that any temperature streaks present during the through flow can be balanced. With the establishment of a medium Element diameter can over the surface to volume ratio nis the heat transfer behavior can be influenced. The first Current flow pressure losses are in addition to the diameter of the Elements also determined by their contours. The choice is yours spherical elements least (claim 3).

Eine im Aufbau kompliziertere aber im Hinblick auf die Reduzie­ rung von Strömungsdruckverlusten vorteilhafte Gestaltung der Speichermasse sieht parallel zur Strömungsrichtung des Wärmeträ­ gers durchströmbare Kanäle vor, die zur Verbesserung der Wärme­ aufnahme in die Strömung hineinragende Rippen aufweisen können (Anspruch 4 und 5). A more complex one in terms of structure, but in terms of reduction tion of flow pressure losses advantageous design of the Storage mass looks parallel to the direction of flow of heat gers flowable channels in front, which improve the heat Can have ribs protruding into the flow (Claims 4 and 5).  

Als Materialien zum Aufbau der Speichermasse bieten sich bis zu Temperaturen von ca. 1000°C kostengünstig metallische Werkstoffe an, oberhalb müssen keramische Stoffe, beispielsweise Al2O3, vorgesehen werden (Anspruch 6 und 7). Beide Materialklassen ver­ fügen bezüglich der Wärmeaufnahme- und Wärmespeicherfähigkeit über vergleichbare thermodynamische Kennzahlen.Metallic materials can be used inexpensively as materials for building up the storage mass up to temperatures of approximately 1000 ° C. Above, ceramic materials, for example Al 2 O 3 , must be provided (claims 6 and 7). Both material classes have comparable thermodynamic indicators in terms of heat absorption and heat storage capacity.

Eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht zum Abbau unerwünschter Substanzen das Einbringen von kataly­ tisch wirkenden Stoffen in den Wärmeträgerstrom vor, wobei der Katalysator wahlweise die ganze Masses des Speichers umfassen oder lediglich auf den vom Wärmeträger überstrichenen Oberflächen aufgebracht sein kann (Anspruch 8 und 9). Zum Erreichen des gleichen Ziels kann die Speichermasse derart gewählt werden, daß sie mit im Wärmeträger enthaltenen Substanzen chemische Reaktio­ nen eingeht (Anspruch 10).See a further embodiment of the method according to the invention the introduction of kataly to break down undesirable substances table acting substances in the heat transfer stream, the Catalyst optionally include the entire mass of the store or only on the surfaces covered by the heat transfer medium can be applied (claims 8 and 9). To achieve the The same goal, the storage mass can be selected such that chemical reaction with substances contained in the heat transfer medium NEN is received (claim 10).

Vorteilhaft ist bei der Wahl einer Schüttung von Elementen die Möglichkeit der kontinuierlichen Regenerierung der Speicher­ elemente, so daß beispielsweise abgelagerter Staub aus dem Wärme­ träger, inaktive Katalysatoren oder verbrauchte Speicherelemente ohne Unterbrechung des den Wärmeträger erzeugenden Prozesses entfernt und frische Materialien zugeführt werden können (Anspruch 11).It is advantageous when choosing a bed of elements Possibility of continuous regeneration of the storage elements so that, for example, deposited dust from the heat sluggish, inactive catalysts or used storage elements without interrupting the process producing the heat transfer medium removed and fresh materials can be added (Claim 11).

Bei diskontinuierlich bereitgestelltem Wärmeträger bietet die Durchleitung eines Hilfsmediums, beispielsweise Umgebungsluft, durch die heiße Speichermasse die Möglichkeit, einerseits eine möglicherweise nachgeschaltete Anlage zur Abwärmenutzung konti­ nuierlich zu betreiben, wobei das Hilfsmedium zur besseren Ausnutzung der im Speicher enthaltenen Wärmeenergie im Kreislauf geführt werden kann. Andererseits können nachgeschaltete Apparate auf Betriebstemperatur gehalten oder aber langsam heruntergefah­ ren werden.In the case of discontinuously provided heat transfer medium, the Passage of an auxiliary medium, for example ambient air, due to the hot storage mass, on the one hand one possibly downstream system for waste heat utilization to operate with the auxiliary medium for better Utilization of the thermal energy contained in the storage in the circuit can be performed. On the other hand, downstream equipment kept at operating temperature or slowly shut down will be.

Claims (12)

1. Verfahren zur Reduktion von Temperaturtransienten eines Wär­ meträgers vor dessen Weiterbehandlung, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeträger eine gut wärmeaufnehmende und wärmespei­ chernde Masse durchströmt.1. A method for reducing temperature transients of a heat transfer medium before its further treatment, characterized in that the heat transfer medium flows through a heat-absorbing and heat-storing mass. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gut wärmeaufnehmende und wärmespeichernde Masse aus einer durchströmbaren Schüttung von Elementen besteht.2. The method according to claim 1, characterized in that the good heat-absorbing and heat-storing mass from one flowable bed of elements. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elemente eine im wesentlichen kugelförmige Kontur besitzen.3. The method according to claim 2, characterized in that the Elements have an essentially spherical contour. 4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gut wärmeaufnehmende und wärmespeichernde Masse durchströmbare Kanäle aufweist, die im wesentlichen parallel zur Strömungs­ richtung des Wärmeträgers ausgerichtet sind.4. The method according to claim 1, characterized in that the good heat-absorbing and heat-storing mass can be flowed through Has channels that are substantially parallel to the flow direction of the heat transfer are aligned. 5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die durchströmbaren Kanäle Rippen aufweisen.5. The method according to claim 4, characterized in that the flowable channels have ribs. 6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gut wärmeaufnehmende und wärmespeichernde Masse aus Metall besteht. 6. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the good heat-absorbing and heat-storing mass made of metal consists.   7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die gut wärmeaufnehmende und wärmespeichernde Masse aus Kera­ mik besteht.7. The method according to claim 1 to 5, characterized in that the good heat-absorbing and heat-storing mass made of Kera mic exists. 8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der gut wärmeaufnehmenden und wärmespeichernden Masse chemische Reaktionen zwischen Bestandteilen des Wärme­ trägers katalytisch unterstützt.8. The method according to claim 1 to 7, characterized in that the material of the good heat-absorbing and heat-storing Mass chemical reactions between components of the heat supported catalytically. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator nur auf der vom Wärmeträger überstrichenen Ober­ fläche aufgebracht ist.9. The method according to claim 8, characterized in that the Catalyst only on the surface covered by the heat transfer medium surface is applied. 10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gut wärmeaufnehmende und wärmespeichernde Masse mit Bestand­ teilen des Wärmeträgers chemisch reagiert.10. The method according to claim 2, characterized in that the good heat-absorbing and heat-storing mass with inventory parts of the heat transfer medium reacted chemically. 11. Verfahren nach Anspruch 8 bis 10 in Verbindung mit Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gut wärmeaufnehmende und wärmespeichernde Masse kontinuierlich durch Abzug und Zugabe von Elementen regenerierbar ist.11. The method according to claim 8 to 10 in connection with claim 2, characterized in that the good heat absorption and heat-storing mass continuously by deduction and addition of elements can be regenerated. 12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die gut wärmeaufnehmende und wärmespeichernde Masse nach Unterbre­ chung der Strömung des Wärmeträgers mit einem von außerhalb zugeführten Hilfsmedium durchströmt wird.12. The method according to claim 1, characterized in that the good heat-absorbing and heat-storing mass according to Unterbre chung the flow of the heat transfer medium with an outside supplied auxiliary medium is flowed through.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE19834296A1 (en) * 1998-07-29 2000-02-10 Inoevt Beyersdorf Keg Lienz Flowing medium heating apparatus, useful for water and/or steam heating for cleaning applications, comprises heated chambers containing heat storage and-or conductive granules
DE19834295A1 (en) * 1998-07-29 2000-02-10 Inoevt Beyersdorf Keg Lienz Flowing medium heating apparatus, useful for a water and-or steam heating system, comprises a heated chamber containing heat storage and-or conductive granules
WO2001020240A3 (en) * 1999-09-16 2002-03-28 Hdb Weissinger Gmbh Heat store

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DE19834295A1 (en) * 1998-07-29 2000-02-10 Inoevt Beyersdorf Keg Lienz Flowing medium heating apparatus, useful for a water and-or steam heating system, comprises a heated chamber containing heat storage and-or conductive granules
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