DE69520168T2

DE69520168T2 - Drehende Vorrichtung zur Wärmeübertragung

Info

Publication number: DE69520168T2
Application number: DE69520168T
Authority: DE
Inventors: Jacques Bourcier; Jean Morlec
Original assignee: IFP Energies Nouvelles IFPEN
Current assignee: Bourcier Jacques Saint-Nazaire Fr; IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date: 1994-05-24
Filing date: 1995-05-18
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2015-05-19
Also published as: EP0684427B1; NO952023D0; CA2150000C; FR2720488B1; NO304906B1; KR950033399A; NO952023L; EP0684427A1; US5643538A; ES2156597T3; KR100414430B1; FR2720488A1; JP3655667B2; CA2150000A1; JPH0868596A; DE69520168D1

Description

Die Erfindung betrifft eine rotierende Übertragungsvorrichtung für gasförmige Ströme, einer Ausbildung derart, mit der sie als Wärmeaustauscher arbeiten kann.
Eine insbesondere in Wärmekraftanlagen verwendete, bekannte Technik umfasst die Verwendung einer Drehtrommel mit vertikaler oder horizontaler Achse. Der erhaltene Wirkungsgrad ist relativ gering (in der Größenordnung von 60-75%), und zwar aufgrund der Tatsache, dass die ungleichen Temperaturströme, die Wärme austauschen, die Trommel parallel zu ihrer Achse durchsetzen und somit schlecht voneinander in den benachbarten Zirkulationszonen getrennt sind.
Eine andere bekannte Technik des Wärmeaustausches umfasst die Verwendung eines Wärmeaustauschers mit Kreuzstrom, der mit Platten oder Rohren ausgeführt ist, in welchem die erwärmten Ströme ihre Wärme kontinuierlich an die zu reinigenden Gase abgeben. Diese Technik ist teuer für die mittleren oder erhöhten Durchsätze, und zwar wegen der erheblichen Wärmeaustauscherflächen, die notwendig sind und auf Grund der Wartung, die zu erbringen ist, um eine vollständige Trennung zwischen den beiden Strömen zu erhalten.
Durch die französische Patentschrift FR-A- 1 397 214 ist eine Wärmeaustauschervorrichtung mit Drehtrommel bekannt, die sich im Inneren eines zylindrischen geschlossenen Raums dreht, einer Ausbildung derart, dass ein Zuführungskreis für ein erstes Fluid in Verbindung zu setzen mit einem Abzugskreis in der zentralen Zone durch einen ersten Winkelsektor der Trommel hindurch gesetzt wird und um auch eine andere Zuführungsleitung eines zweiten Fluids in der zentralen Zone mit einem Abzugskreis durch einen zweiten Winkelsektor der Trommel hindurch in Verbindung zu setzen.
Die Vorrichtung nach der Erfindung umfasst einen Mantel oder einen Käfig, einen Ringkörper, der eine Charge aus partikelförmigen Feststoffmaterialien enthält, die auf Grund der Tatsache ausgesucht sind, dass sie über eine große Wärmeaustauscheroberfläche verfügen (Siliziumdioxid, Granit oder leichtere Materialien wie metallische Zellstrukturen oder dgl. oder auch Kryogen- (Tiefsttemperatur)knötchen oder Kugeln für negative Temperaturen etc. aufweisen, eine Wärmeaustauscherfläche, die sich im Inneren des Käfigs befindet. Der Ringkörper ist in verschiedene Teile durch eine innere Trennwand unterteilt; aber auch ggf. dient er als Träger für eine gewisse Anzahl von Körben. Antriebsmittel sind vorgesehen, um den Ringkörper und den Käfig mit einer Drehbewegung, einen bezüglich des anderen, um eine vertikale Achse anzutreiben, sei es, dass der Ringkörper sich dreht und der Käfig fest ist, sei es, dass der Ringkörper dagegen fest ist und der Käfig sich um ihn dreht.
Die Vorrichtung umfasst wenigstens einen primären Zirkulationskreislauf für einen ersten Strom, der über eine Einführungsleitung in den Käfig und eine Abzugsleitung verfügt, die in der zentralen Zone des Käfigs angeordnet ist, wobei diese miteinander über wenigstens einen Sektor in Verbindung stehen, wo eine erste Wärmeübertragung zwischen dem ersten Strom und der Charge im Ringkörper stattfindet; und umfasst einen zweiten Zirkulationskreis für einen zweiten Strom, der über eine Leitung in der zentralen Zone des Käfigs und wenigstens eine Abzugsleitung aus dem Käfig heraus verfügt, die miteinander über wenigstens einen Sektor des Ringkörpers in Verbindung stehen, wo ein zweiter Wärmeübergang zwischen dem zweiten Strom und der Charge im Ringkörper stattfindet und wobei Mittei vorgesehen sind, um Ströme in wenigstens einem Sektor des Ringkörpers zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeübertragungssektor anzusaugen.
Die Vorrichtung kann beispielsweise auch Mittel umfassen, um das Innere des Ringkörpers mit mechanischen oder aerolaulischen Reinigungsmitteln für die Masse oder mit Mitteln zum Einführen chemischer Substanzen in Verbindung zu setzen.
Der Ringkörper ist beispielsweise in mehrere Winkelzonen durch eine innere Trennwand unterteilt und kann Tiefsttemperaturknötchen oder Kugeln oder eine Auskleidung Enthalten, die aus Kugeln oder Spänen der mechanischen Bearbeitung oder Drehspänen aufgebaut sind. Er kann als Träger für mehrere, die Charge enthaltende Körbe dienen oder eine zellartige Struktur wie eine Bienenwabenkonstruktion oder ein metallisches oder keramisches Gewebe umfassen.
Die Vorrichtung nach der Erfindung mit ihrer Drehtrommel ermöglicht es, bei geringem Volumen Funktionen des Wärmeaustausches mit einer sehr guten Trennung der Ströme auf Grund der Tatsache ihrer radialen Zirkulation durch den Ringkörper zu realisieren. Wegen ihrer Kompaktheit sind die Druckverluste sehr gering.
Weitere Merkmale und Vorteile der Vorrichtung nach der Erfindung ergeben sich beim Lesen der nachstehenden Beschreibung eines nicht als begrenzend anzusehenden Ausführungsbeispiels, wobei auf die beilegenden Zeichnungen Bezug genommen wird, in denen:
Fig. 1 einen schematischen Schnitt durch eine erste Ausführungsform der Vorrichtung mit einem sich drehenden Ringkörper zeigt;
Fig. 2 zeigt eine schematische Darstellung im vereinfachten Schnitt einer zweiten Ausführungsform mit einem Käfig, der sich um den Ringkörper drehen kann;
Fig. 3 zeigt eine auseinandergezogene Darstellung der Drehtrommel, um schematisch die Zirkulationen der Ströme im Inneren der Drehtrommel deutlich werden zu lassen;
und Fig. 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform des Wärmeaustausches in der zentralen Zone.
Nach der in den Fig. 1, 2 und 3 dargestellten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine Trommel DR, die aus einem Ringkörper 1 mit einer vertikalen Achse gebildet ist, die im Inneren eines Mantels oder eines äußeren metallischen Käfigs 2, beispielsweise zylindrischer Gestalt, angeordnet ist. Der Käfig umfasst einen ersten Arm 3 und einen zweiten Arm 4, mit denen jeweils eine Zuführungsleitung 5 für zu reinigende Gase sowie eine Leitung 6 zum Abziehen ebendieser Ströme nach der Behandlung verbunden sind. Der Ringkörper ist mit einer inneren Trennwand versehen, die aus einer Anordnung von geraden oder gekrümmten Schaufeln 7 in regelmäßiger Verteilung gebildet ist. Ein erster Winkelsektor A, der durch eine oder mehrere Schaufeln begrenzt ist, kanalisiert die aus der Leitung 5 kommenden Ströme gegen die zentrale Zone 8 des Käfigs (Strom Fe in Fig. 3). Ein zweiter Winkelsektor B lässt die zentrale Zone 8 des Käfigs mit der Abzugsleitung 6 (Strom Fs in Fig. 3) in Verbindung treten.
Der Ringkörper kann auch so ausgebildet sein, dass er als Träger für eine Anzahl von Körben dient.
Im Inneren des Ringkörpers (zwischen den Schaufeln oder in den Körben) ist eine aktive Masse M verteilt, die aus einem Material großer Wärmeaustauscherfläche gebildet ist.
Es kann sich um Kugeln aus Keramik oder Metallen, Materialien der mechanischen Bearbeitung, insbesondere Drehspäne, geschüttete Füllkörper oder eine strukturierte Auskleidung, eine zellenartige Struktur mit regelmäßigen oder unregelmäßigen Zellen wie Bienenwaben, metallische Gewebe oder keramische Gewebe etc. handeln. Vorzugsweise verwendet man eine zellartige Struktur, wie sie z. B. beschrieben ist in der Patentschrift FR-2 564 037 der Anmelderin.
Die Charge des Ringkörpers kann auch aus Kies oder Kieseln aufgebaut sein. Im Falle der negativen Wärmeübertragung verwendet man Tiefsttemperaturknoten oder -kugeln. Dichtungen 9 sind zwischen dem Käfig und dem Ringkörper angeordnet, um die vertikale Dichtheit sicherzustellen und gegeneinander die beiden anströmseitigen und abströmseitigen Räume der zentralen Zone oder Durchgangszone 8 derart voneinander zu isolieren, dass sämtliche eintretenden Ströme gegen sie hin praktisch kanalisiert werden. Diese Dichtungen 9 sind derart ausgebildet, dass der restliche Druckverlust zwischen dem Ringkörper 1 und dem Käfig 2 wenigstens gleich dem Druckverlust ist, den die Gase in den Wärmeaustauscherkreisen erfahren. Andere (nicht dargestellte) Dichtungen vom Typ der Lippendichtungen oder Borstendichtungen mit hydraulischer Ringdichtung und Umlenkung in ein Ölbad etc. sind derart angeordnet, dass die Umfangsdichtung (horizontal) realisiert wird.
Die kreisförmige Zirkulation des Ringkörpers 1 und des Käfigs 2 sowie die bevorzugt gekrümmte Form der Schaufeln 7 sind besonders gut geeignet, um starke und häufige Temperaturänderungen auszuhalten und dabei eine zufrieden stellende Führung der die Vorrichtung durchsetzenden Ströme sicherzustellen.
Der Käfig 2 und der Ringkörper 1 sind durch Antriebsmittel (nicht dargestellt) mit einer langsamen Drehbewegung bezüglich einander angetrieben.
Der Käfig 2 umfasst auch wenigstens eine Öffnung in seiner Seitenwand in jedem der Winkelsektoren C, D zwischen den Sektoren A, B, wo Leitungen 10, 11 münden, die mit Ansaugmitteln 13 (Fig. 3) verbunden sind. Die Umfangsgasverluste zwischen dem Ringkörper 1 und dem Käfig 2 werden über Leitungen 10, 11 gesaugt (Rückstrom Fr der Fig. 3) und werden in die Zuführungsleitung 5 (eintretender Strom Fe) reinjiziert.
In einem der beiden zwischengeschalteten Winkelsektoren C, D (Fig. 3) kann der Käfig 2 auch Öffnungen umfassen, wo hinein die eine oder mehrere Leitungen 13 (Fig. 1-2) münden, um andere Funktionen zu realisieren. Es kann sich darum handeln, einen chemischen Inhibitor zu injizieren, um eine chemische parasitäre Reaktion wie eine Polymerisation oder auch die Bildung von Stopfen oder Verstopfungen zu vermeiden. Es kann sich um eine mechanische Wirkung handeln: Ansaugen oder Blasen zu dem Ziel, den Ringkörper von der Charge zu reinigen.
Nach einer Ausführungsform ist der Käfig 2 fest (Fig. 1) und der Ringkörper 1 ist in Drehung angetrieben.
Nach einer anderen Ausführungsform (Fig. 2) ist der Ringkörper 1 fest und der Käfig nimmt die Leitungen 5, 6 mit sich und kann sich um seine Achse drehen. In der zentralen Zone 8 des Käfigs 2 ist eine Zwischenabdeckung oder Zwischenmaske 14 mit selektiven Öffnungen angeordnet. Diese Abdeckung 14 dreht sich gleichzeitig wie der Käfig 2 und dient dazu, den eintretenden Strom (Fe in Fig. 3) gegen die zentrale Zone 8 und den austretenden Strom gegen eine Konvergenzkammer 15 zu leiten, wo ein Abzugskamin 16 abgeht, der so ausgebildet ist, dass er der Drehung des Käfigs 2 folgen kann.
Entsprechend der Masse des Ringkörpers, die von der Natur der Charge M mit großer Wärmeaustauscherfläche oder den Anwendungen und/oder dem zu behandelnden Stromvolumen abhängt, optiert man für die Ausführungsform der Fig. 1 oder für die der Fig. 2.
Die zentrale Zone 8 wird verwendet (Fig. 4) als Stromaustauscherzone zum Abziehen oder Zuführen von Strömen.
Über den Winkelsektor A kanalisiert man einen Strom heißer Flüsse oder Ströme Fc gegen die zentrale Zone 8. Diese Flüsse oder Ströme geben ihre Wärmeenergie an die Charge M ab. In der zentralen Zone 8 werden sie durch eine Leitung 17 nach außen (Strom Fs 1) kanalisiert. Eine andere Leitung 18 wird verwendet, um gegen die Zone B einen Strom kälterer Gase (Ff) zu kanalisieren. Die kalten, die Ringzone B durchsetzenden Gase stehen dann in Kontakt mit Partikeln, die vorher während ihres Durchgangs in der Zone A erwärmt wurden und über die Leitung 6 bei einer höheren Temperatur (Strom Fs2) austreten.
Die Funktionsweise ist identisch für die Wärmeübertragung in entgegengesetzter Richtung. Der über die Leitung 5 zugeführte Strom kalten Gases kühlt die Masse M im Ringsektor A des Ringkörpers. Über die Leitung 18 gibt man einen heißeren Gasstrom, der, indem er die Zone B durchsetzt, dann in Kontakt mit Partikeln tritt, die während ihres Durchgangs in der Zone A gekühlt wurden und über die Leitung 6 bei einer niedrigeren Temperatur austreten.

Claims

1. Rotierende Übertragungsvorrichtung, angewandt auf gasförmige Ströme, welche einen Mantel oder Käfig (2), einen Ringkörper (1), der eine Charge (M) aus eine große thermischen Oberfläche aufweisenden festen Materialien enthält und der innerhalb des Käfigs angeordnet ist, und Antriebsmittel, um den Ringkörper und der Käfig relativ zueinander um eine vertikale Achse in eine Rotationsbewegung zu versetzen umfasst, wobei wenigstens ein Primärzirkulationskreislauf für einen ersten Strom eine Einführungsleitung (5) in den Käfig (2) und eine zweite in der zentralen Zone (8) des Käfigs (2) angeordnete Abzugsleitung (17) umfasst, die miteinander durch wenigstens einen ersten Sektor (A) verbinden, wo eine erste Wärmeübertragung zwischen dem ersten Strom und der Charge (M) in dem Ringkörper (1) erfolgt, und ein Sekundärzirkulationskreislauf für einen zweiten Strom eine Leitung (18) in der zentralen Zone (8) des Käfigs und mindestens eine Abzugsleitung (6) aus dem Käfig heraus umfasst, die miteinander durch wenigstens einen zweiten Sektor (B) des Ringkörpers (1) hindurch verbinden, wo eine zweite Wärmeübertragung zwischen dem zweiten Strom und der Charge (M) in dem Ringkörper erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (11, 12) umfasst, um Rückkehrströme in mindestens einem Sektor (C, D) des Ringkörpers (1) intermediär zwischen dem ersten und dem zweiten Wärmeübertragungssektor anzusaugen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (13) umfasst, um das Innere des Ringkörpers mit mechanischen oder aeraulischen Reinigungsmitteln der Masse (M) in Verbindung treten zu lassen.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie Mittel (13) aufweist, um das Innere des Ringkörpers mit Mitteln zur Einführung von chemischen Substanzen in Verbindung treten zu lassen.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (1) fest ist, die Antriebsmittel dem Käfig (2), der relativ zu dem Ringkörper (1) beweglich ist, zugeordnet sind und die Zufuhr- und Abzugsleitungen (5, 6) an dem Käfig (2) fixiert sind und sich mit ihm drehen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse (M) aus Tieftemperaturknollen zusammengesetzt ist.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (1) durch eine innere Trennwand (7) in mehrere Winkelzonen aufgeteilt ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ringkörper (1) so ausgebildet ist, um als Träger für mehrere, die Charge (M) enthaltende Körbe zu dienen.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Charge (M1) des Ringkörpers (1) geschüttete Füllkörper bestehend aus Kugeln oder Spänen der mechanischen Bearbeitung oder Drehspänen umfasst.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Charge (M1) des Ringkörpers (1) eine zellenartige Struktur wie Bienenwaben oder metallisches Gewebe oder Gewebe aus Keramik umfasst.