DE69906140T2

DE69906140T2 - Wärmetauscher, insbesondere zum vorheizen von gülle

Info

Publication number: DE69906140T2
Application number: DE1999606140
Authority: DE
Inventors: Jacques Bourdel
Original assignee: Sirven
Current assignee: Sirven
Priority date: 1999-01-14
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2004-02-19
Anticipated expiration: 2019-12-25
Also published as: EP1144064B1; RU2219985C2; FR2788590B1; EP1144064A1; CA2360337C; FR2788590A1; JP2002534349A; ES2195645T3; DK1144064T3; CA2360337A1; UA56357C2; BR9916907A; US6513580B1; DE69906140D1; AU1786800A; ATE234654T1; WO2000041793A1; HUP0200018A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Wärmetauscher, und insbesondere einen Wärmetauscher für die Wiedererwärmung einer aus einer heißen Flüssigkeit stammenden kalten flüssigen und schäumenden Substanz, die feste Partikel und Gase enthält.
Diese Erfindung wurde im Rahmen einer bestimmten Anwendung gemacht, und zwar für die Behandlung von tierischen Ausscheidungen, und insbesondere von Schweinegülle in einer Anlage für die Entwässerung von Gülle.
Eine Anlage dieser Art wird zum Beispiel in der internationalen Patentanmeldung WO-93/16005 der Antragstellering beschrieben, auf die man sich hier notfalls beziehen kann.
In der Anlage, welche den Gegenstand dieser Patentanmeldung bildet, wird das zu behandelnde Material kontinuierlich in Form einer dünnen Schicht auf die Oberseite einer Wärmetauscherwand aufgetragen, die auf eine Temperatur erwärmt, wird, die ausreicht, um eine rasche Verdampfung der flüchtigen Bestandteile , und insbesondere von Wasser zu erreichen, die in dem Material vorhanden sind. Die verbleibenden festen und trockenen Rückstände werden jeweils bei ihrer Entstehung von dieser Fläche abgekratzt: Die Wärmetauscherwand wird mit Hilfe des Dampfes erwärmt, welcher durch die Verdampfung erzeugt wird, wobei dieser Dampf mechanisch komprimiert und dann mit der Unterseite dieser Wand so in Kontakt gebracht wird, dass er dort kondensiert wird, und das erhaltene Destillat anschließend evakuiert wird.
Dieses Extraktionsverfahren ist besonders wirtschaftlich, da die durch die Kondensierung an der anderen Seite der Wärmetauscherwand freigesetzte Energie für die Verdampfung verwendet werden kann.
Um den thermischen Wirkungsgrad des Verfahrens noch weiter zu verbessern, ist es zweckmäßig, das zu behandelnde Material, in diesem Fall die Gülle, vorzuwärmen, bevor es an den Verdampfer geliefert wird, und zwar mit Hilfe des heißen Destillats, das von dem Verdampfer abgegeben wird.
Dies ist der Rahmen, in dem die vorliegende Erfindung gemacht worden ist, wobei der Wärmetauscher dazu bestimmt ist, für die Vorwärmung der Gülle zu sorgen, die durch Verdampfung entwässert werden soll, wobei die erwärmte Flüssigkeit, die für die Vorwärmung verwendet wird, aus dem Destillat besteht, das durch die Entwässerungsbehandlung erzeugt worden ist.
Das Konzept eines solchen Wärmetauschers ist auf technische Schwierigkeiten gestoßen, die mit der ganz speziellen Art der Gülle zusammenhängen.
Tatsächlich besteht diese Gülle aus einer flüssigen oder halbflüssigen Materie, welche die Konsistenz einer Schlämme hat, die feste Partikel und Gase enthält und extrem schäumend ist. Es handelt sich um eine vollkommen heterogene Materie, welche schwere Materialien mit einer raschen Sedimentierung enthält, sowie leichte Materialien, die dazu neigen, zu schwimmen. Dieses Material bildet die Quelle für eine sehr starke Entgasung während der Wiedererwärmung, wobei das Volumen des erzeugten Gases – hauptsächlich Kohlenstoffgas (CO₂) – zwei bis zehnmal größer ist, als das Volumen der Gülle. Es erfolgt ebenfalls eine starke Schaumbildung in einem sehr aggressiven Milieu.
Die Versuche, die anfänglich mit klassischen Wärmetauschern durchgeführt worden sind, ergaben keine zufriedenstellenden Ergebnisse, da sehr rasch Dysfunktionen festgestellt worden sind, die hauptsächlich auf der Verstopfung der Leitungen beruhen.
Die vorliegende Erfindung zielt darauf ab, diese Schwierigkeiten dadurch zu überwinden, dass ein Wärmetauscher von der vorgenannten Art vorgeschlagen wird, der geeignet ist, eine halbflüssige schäumende Materie zu erwärmen, welche feste Partikel und Gase enthält, wie zum Beispiel insbesondere eine Gülle, wobei dieser Wärmetauscher jedoch einen einfachen technischen Aufbau hat, zu geringen Kosten hergestellt werden kann, leicht gewartet werden kann, und der unter zufriedenstellenden Bedingungen in bezug auf die Zuverlässigkeit, die Leistung und den Wirkungsgrad funktioniert.
Diese verschiedenen Ziele werden dadurch erreicht, dass der erfindungsgemäße Wärmetauscher eine Reihe von in Serie montierten elementaren Wärmetauschern enthält, die aus einem horizontalen Rohr mit einer wärmeleitenden Wand bestehen, in dem die Materie zwischen beiden Enden zirkuliert wird, sowie aus einer konzentrischen rohrförmigen Ummantelung, welche dieses Rohr umhüllt, in dem die warme Flüssigkeit zwischen den beiden Enden des Rohres in entgegengesetzter Richtung zu der Materie zirkuliert wird, und bei dem im Inneren dieses Rohres koaxial eine Rotationswelle montiert ist, auf der eine schraubenförmige Bürste montiert ist, die eine archimedische Schnecke bildet, die an der Innenwand des Rohres reibt, um dadurch den Transport der Materie in diesem Rohr zu gewährleisten.
Nach einer gewissen Anzahl von zusätzlichen aber nicht eingrenzenden Merkmalen der vorliegenden Erfindung:

– sind die elementaren Wärmetauscher weitgehend in der gleichen vertikalen Ebene übereinander liegend angeordnet, wobei die Zirkulierung der Substanz von oben nach unten erfolgt, das heißt, von dem oberen elementaren Wärmetauscher zu dem unteren elementaren Wärmetauscher in der Serie, während die Zirkulierung der heißen Flüssigkeit in der entgegengesetzten Richtung erfolgt, das heißt, von unten nach oben;
– enthält dieses Rohr an seinem unteren Ende ein Auspuffrohr für Abgase;
– ist die drehende Welle schwimmend im Inneren des Rohres montiert, in dem sie auf Grund der Anlage der spiralförmigen Bürste an der Innenwand des Rohres automatisch zentriert wird;
– wird die drehende Welle über ein Verbindungselement gedreht, das ihr einen gewissen radialen Ausschlag verleiht;
– ist eine spiralförmige Dichtung zwischen dem Rohr und seiner Ummantelung so angeordnet, dass die heiße Flüssigkeit in Form einer spiralförmigen Bahn kanalisiert und zirkuliert wird;
– besteht diese Dichtung aus einem Rohr aus einem dehnbaren synthetischen Gummi;
– haben die spiralförmigen Bürsten in der gleichen Richtung verlaufende Gewindegänge, wobei diese Drehung von zwei benachbarten Wellen in der entgegengesetzten Richtung erfolgt;
– trägt jede der Wellen ein Antriebsritzel, und die Wellen werden mit Hilfe eines Motors über eine Kette angetrieben, die mit den Ritzeln im Eingriff steht.

In einer möglichen Einsatzart der vorliegenden Erfindung wird dieser Wärmetauscher für die Vorheizung eine Gülle eingesetzt, die durch Verdampfung entwässert werden soll, wobei die Flüssigkeit aus dem Destillat besteht, das durch die Entwässerungsbehandlung produziert worden ist.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen, in denen als nicht einschränkendes Beispiel eine bevorzugte Ausführungsart der vorliegenden Erfindung dargestellt ist.
In diesen Zeichnungen ist folgendes gezeigt:
Die 1 zeigt eine generelle schematische Ansicht einer Anlage für die Entwässerung einer Gülle, in der ein erfindungsgemäßer Wärmetauscher eingesetzt wird;
Die 2 zeigt eine von einer senkrechten Ebene geschnittene schematische Teilansicht eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers;
Die 3 zeigt eine schematische perspektivische Ansicht mit Aufrissen eines elementaren Wärmetauscherelementes dieses Wärmetauschers;
Die 4 zeigt eine schematische Seitenansicht des Wärmetauschers, wobei in dieser Ansicht die Art des Antriebes der spiralförmigen Bürsten gezeigt ist, aus denen der Wärmetauscher besteht.
Die in der 1 dargestellte Anlage für die Entwässerung eines wässrigen Materials, wie zum Beispiel einer Gülle, enthält einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher, der mit dem Bezugszeichen E gekennzeichnet und schematisch in gestrichelten Linien dargestellt ist.
Die Funktion dieses Wärmetauschers besteht darin, ein flüssiges Material vorzuheizen, im vorliegenden Fall eine Schweinegülle, die aus einem Lagerbehälter 10 entnommen wird, der zum Beispiel in einer Station für die Schweinezucht steht.
Die Leitungen, die in der Figur in fetten Linien dargestellt und jeweils mit den Bezugszeichen i₁ und i₂ gekennzeichnet sind, zeigen jeweils die Leitungen für die Einleitung der kalten Gülle in den Wärmetauscher E und die Überleitung der erwärmten Gülle aus diesem Wärmetauscher in eine Entwässerungsanlage 18.
Die Leitungen für die Einspeisung des heißen Destillats aus der Entwässerungsanlage 18 in den Wärmetauscher E und für die Evakuierung des abgekühlten Destillats in einen Lagerbereich 100 sind in dünnen Strichen mit den Bezugszeichen j₁ und j₂ dargestellt.
Die verschiedenen Leitungen für die Evakuierung und den Transfer der Gase an eine Reinigungsanlage 19 werden durch unterbrochene Linien k (gepunktete Linien) dargestellt.
Auf der Leitung für die Einspeisung der Gülle i₁ werden durch die Bezugszeichen 11 und 11' Pumpen gekennzeichnet, mit deren Hilfe die Gülle in die Leitung transferiert wird, und durch die Bezugszeichen 12 und 13 werden Kessel für die Zerkleinerung und Vermischung gekennzeichnet.
Die Funktion dieser Vorrichtungen besteht in der weitgehenden Homogenisierung und Verflüssigung der Gülle, damit sie unter guten Bedingungen in dem Wärmetauscher zirkuliert werden kann.
Soweit notwendig, können geeignete Zusatzstoffe in die Kessel 12 und 13 eingeleitet werden, um diese Verflüssigung noch weiter zu verbessern.
Der Kessel 12 für die Zerkleinerung wird zweckmäßigerweise mit einem Filter ausgerüstet, dessen Rolle darin besteht, bestimmte feste Partikel, insbesondere Borsten, festzuhalten und zu entfernen, die anschließend mit Hilfe einer Vorrichtung 120 aufgefangen werden.
Daher handelt es sich um eine relativ homogene Gülle, welche mit Hilfe der Leitung i₁ in den Wärmetauscher E eingespeist wird.
Beispielsweise hat diese Gülle eine Temperatur in der Größenordnung von 10° C.
Nach einem Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht der Wärmetauscher aus mehreren in Serie geschalteten elementaren Wärmetauschern, die aus Transferleitungen für die Gülle bestehen. Diese Leitungen 1 sind horizontal übereinander liegend weitgehend in derselben senkrechten Ebene angeordnet. Der Wärmetauscher E hat daher die allgemeine Gestalt einer senkrechten Wand.
Die kalte Gülle wird in dem oberen elementaren Wärmetauscher des Zusammenbaus verteilt. Sie wird sukzessive in Form einer Schlange in die darunter liegenden Wärmetauscher zirkuliert, um dann aus dem unteren elementaren Wärmetauscher auszutreten.
Die Gülle zirkuliert also in entgegengesetzter Richtung in zwei benachbarten elementaren Wärmetauschern.
In der Darstellung der 1 sind mit dem Bezugszeichen 1a die elementaren Wärmetauscher bezeichnet, in denen sich die Gülle von links nach rechts bewegt, und mit dem Bezugszeichen 1b werden die elementaren Wärmetauscher gekennzeichnet, in denen die Gülle von rechts nach links fließt.
Nach dem Erreichen des unteren Endes eines elementaren Wärmetauschers 1 fließt die Gülle durch Schwerkraft an das obere Ende des nachfolgenden elementaren Wärmetauschers.
Wie dies nachstehend noch deutlicher wird, wird die Gülle während ihrem Transfer in den Wärmetauscher E allmählich durch das Destillat erwärmt, welches durch die Verdampfungsbehandlung erzeugt wird, und im Gegenstrom der Gülle in dem Wärmetauscher so zirkuliert, dass einen Teil seiner Kalorien auf sie überträgt.
Die erwärmte Gülle tritt aus der Unterseite des Wärmetauschers aus und wird mit Hilfe einer Leitung i₂ an die Entwässerungsanlage geleitet, auf der nacheinander eine Druckminderungsleitung 14, ein Entgasungskessel 15, ein Entschäumungskessel 16 und eine Transferpumpe 17 angeordnet sind.
Die Anordnung der Pumpe 11' am Eingang des Wärmetauschers E und der Druckminderungsanlage 14 am Ausgang des Wärmetauschers bewirken die Erhöhung des Druckes in dem Wärmetauscher, und dadurch die Reduzierung des Volumens der Bläschen und des produzierten Schaums, um dadurch den Koeffizient des Wärmetausches zu erhöhen.
Die Aufgabe der Behälter 15 und 16 besteht darin, die Gülle warm zu halten, welche mehrere Stunden gerührt wird, um die Entstehung von Schaum zu verlangsamen und bestimmte in der Gülle vorhandene Gase, insbesondere Ammoniakgas, maximal zu extrahieren. In die Kessel können vorteilhafterweise geeignete Additive beigemischt werden, um die Behandlungen in bezug auf die Entschäumung und die Entgasung zu verbessern.
Die aus den Kesseln 15 und 16 stammenden Gase werden über zwei Leitungen k₃ und k₁ an eine Behandlungsvorrichtung 19 evakuiert.
Die Entwässerungsanlage 18, die zum Beispiel von der Art ist, wie sie in der bereits genannten WO-93/16005 beschrieben ist, wird für die Behandlung der warmen Gülle eingesetzt, welche durch die Leitung j₁ zugeleitet wird, und produziert ein trockenes pulverförmiges Material, das am Bezugszeichen 180 aufgefangen wird.
Diese Vorrichtung produziert ebenfalls ein warmes (flüssiges) Destillat, das zum Beispiel eine Temperatur in der Größenordnung von 110° C haben kann, wobei dieses Destillat über die Leitung j₁ an den Wärmetauscher E zurückgeführt wird. Außerdem erzeugt die Entwässerungsanlage 18 unerwünschte Gase, welche über die Leitung k₅ an die Reinigungsanlage 19 evakuiert werden.
Wie bereits gesagt, wird das warme Destillat an der Unterseite des Wärmetauschers E eingeleitet. Wie dies nachstehend insbesondere in bezug auf die Darstellungen der 2 und 3 erklärt wird, zirkuliert das Destillat im Gegenstrom. Es durchläuft nacheinander von oben nach unten die Reihe der elementaren Wärmetauscher 1a und 1b. Das abgekühlte Destillat verlässt den Wärmetauscher über eine Leitung j₂ und wird in einen Lagerbehälter 100 geliefert.
Außerdem werden am unteren Ende (in Richtung der Bewegung der Gülle) der einzelnen elementaren Wärmetauscher 1a, 1b die Gase, die in diesem elementaren Wärmetauscher aus den in der Gülle vorhandenen Bläschen entstanden sind, über die Leitungen k₁ und k₂ aufgefangen und an die Reinigungsvorrichtung 19 evakuiert.
Nach der Behandlung der unerwünschten Gase und Dämpfe werden die nicht verunreinigenden Gase über eine Leitung 1 an die Atmosphäre abgegeben.
Nachstehend wird in bezug auf die Darstellungen der 2 bis 4 die Struktur und die Funktion des Wärmetauschers E beschrieben.
Die Anzahl der elementaren Leitungen, welche diesen Wärmetauscher bilden, beläuft sich zum Beispiel auf eine Zahl von sechs Leitungen. In der Darstellung der 2 sind nur zwei übereinander angeordnete elementare Wärmetauscher gezeigt.
Der elementare Wärmetauscher 1 besteht im wesentlichen aus einem zylindrischen Rohr 2, in das eine drehende Welle 4 eingesetzt ist, und an dessen Außenseite eine ebenfalls zylindrische rohrförmige Ummantelung 3 konzentrisch angeordnet ist.
Die Rohre 2 enthalten Endwände 20, die in entsprechende Öffnungen eingesetzt werden können, welche in vertikale Platten 6 eingebracht sind.
Die Rohre 2 werden an den Platten 6 mit Hilfe von nicht dargestellten geeigneten Mitteln befestigt, wie zum Beispiel mit Hilfe von Schrauben oder durch Verschweißung.
Die Rohre 2 enthalten an einem ihrer Enden – dem sogenannten oberen Ende – einen rohrförmigen Einlaß 21, und an dem anderen Ende – dem sogenannten unteren Ende – einen rohrförmigen Auslaß 22.
Der rohrförmige Einlaß 21 ist nach oben gedreht, während die rohrförmigen Auslässe 22 nach unten gedreht sind.
Der rohrförmige Auslaß eines Rohres 2a ist an den rohrförmigen Einlaß des darunter liegenden nächsten Rohres 2b angeschlossen.
Die Pfeile F in der Darstellung der 2 symbolisieren die Zirkulation der Gülle durch zwei aufeinander folgende Rohre 2a, 2b.
Die Ummantelungen 3 der Rohre 2 werden von dem heißen Destillat durchquert, welches im Gegenstrom zu der Gülle fließt.
Diese Ummantelungen sind an ihren beiden Enden mit rohrförmigen Einlässen und Auslässen für das Destillat ausgestattet, die jeweils mit den Bezugszeichen 31 und 32 gekennzeichnet sind. Nach einer im Vergleich zu den rohrförmigen Abschnitten des Rohres 2 umgekehrten Anordnung sind die rohrförmigen Einlässe 31 nach unten gerichtet und die rohrförmigen Auslässe sind nach oben gerichtet, wobei der rohrförmige Auslaß 32b einer Ummantelung 3b an den darüber liegenden rohrförmigen Einlaß 31a der nachfolgenden Ummantelung 3a angeschlossen ist.
Die Einleitung der Gülle in eine Ummantelung 3 erfolgt am unteren Ende des Rohres 2 und ihre Entnahme erfolgt an ihrem oberen Ende.
Die Rohre 2 bestehen aus einem gut wärmeleitenden Material, um einen guten Transfer der Kalorien des Destillats, das in der Ummantelung 3 zirkuliert, an die Gülle zu ermöglichen, die in dem Rohr 2 zirkuliert.
In der Praxis kann man als Material für die Herstellung der Rohre 2 und 3 einen rostfreien Stahl verwenden, der, obwohl er die Wärme gut leiten kann, sehr resistent gegenüber den chemischen Aggressionen der Gülle ist, die sehr aggressiv sind.
In der Darstellung der 2 wird die Zirkulation des Destillats durch die Pfeile G symbolisiert.
Die Welle 4 besteht aus einem zylindrischen Rohr, das vorteilhafterweise aus einem rostfreien Stahl besteht, und dessen Durchmesser etwas kleiner ist, als der Innendurchmesser des Rohres, in das sie eingesetzt ist.
Um dieses Rohr ist spiralförmig eine aus Borsten oder Haaren bestehende Bürste 40 aus einem weichen synthetischen Material gewickelt, das gegen die Korrosion der Gülle resistent ist. Es handelt sich zum Beispiel um radial angeordnete Polyamidfasern mit einem Durchmesser in der Größenordnung von 0,4 mm, wobei alle Fasern spiralförmig um die rohrförmige Welle zum Beispiel mit einer Ganghöhe von 150 mm gewickelt sind.
Zum Beispiel kann der Innendurchmesser des Rohres 2 in der Größenordnung von 200 mm liegen, während der Außendurchmesser der rohrförmigen Welle in der Größenordnung von 170 mm liegt, so dass der radiale Zwischenraum, der von der spiralförmigen Bürste eingenommen wird, in der Größenordnung von 15 mm liegt.
Als weiteres Beispiel kann das Rohr 2 eine Länge von 6 m haben.
Die Richtung der Aufwicklung der Bürste 40 auf ihrer Welle wird selbstverständlich jeweils nach ihrer Drehrichtung so bestimmt, dass sie die Rolle des Gewindes einer archimedischen Schraube übernimmt, die geeignet ist, das Material von der oberen Seite an die untere Seite des Rohres 2 zu leiten, in dem sie angeordnet ist.
Die Ganghöhe der Bürsten verläuft in derselben Richtung, wobei zwei benachbarte Wellen 4a, 4b in der entgegengesetzten Richtung gedreht werden, wie dies durch die Pfeile Ra und Rb angedeutet ist, wie dies später noch erklärt wird.
Zwischen dem Rohr 2 und der es umhüllenden rohrförmigen Ummantelung 3 ist eine dehnbare Dichtung 5 angeordnet, die ebenfalls spiralförmig aufgewickelt ist.
Es handelt sich zum Beispiel um eine Dichtung mit einem abgeflachten Querschnitt aus einem synthetischen Kautschuk vom Typ "EPDM", die anfänglich unter Vakuum um das Rohr 2 gewickelt wird, wobei die Expansion automatisch unter der Wirkung des atmosphärischen Druckes erfolgt. Eine solche dehnbare Dichtung ist gut bekannt.
Diese Dichtung legt sich daher eng an die Innenwand und die Außenwand der Rohre 2 und 3 an.
Nachdem sie eingesetzt worden ist, bildet diese Dichtung einen Freiraum in Form einer ringförmigen Ummantelung, an deren Außenseite die Zirkulierung des Destillats in der Gegenrichtung der Strömung der Gülle in dem zentralen Rohr 2 erfolgt.
Dank dieser Anordnung erreicht man einen sehr guten Wärmetausch zwischen der die Wärme übertragenden Flüssigkeit (dem Destillat) und der zu erwärmenden Materie (der Gülle).
Wie man im oberen rechten Teil der Darstellung der 2 erkennen kann, ist im Inneren der rohrförmigen Welle 4 eine Reihe von Scheiben 400 angeordnet. Sie werden durch eine zentrale Öffnung auf eine axiale Stange 401 aufgeschoben. Sie dienen als Ballast, um den hydrostatischen Auftrieb auszugleichen, welcher durch die Gülle auf die Welle 4 ausgeübt wird. Außerdem versteifen sie die Rohrwand, um den äußeren Druck der Gülle auszuhalten.
Der Antrieb der drehbaren Wellen 4 erfolgt über ein Antriebsritzel 8, das am Ende einer Achse 41 montiert ist, welche die Welle 4 an einem ihrer Enden verlängert.
Die Antriebsritzel 8a, 8b sind auf derselben Seite der Welle 4 angeordnet, der sie zugeordnet sind, wobei diese Ritzel alle in derselben vertikalen Ebene angeordnet sind.
Die Achsen 41 sind in geeigneten Rollenlagern oder Kugellagern 70 drehend gelagert, die in einem festen Gehäuse 7 montiert sind.
Nach einem wichtigen Merkmal der vorliegenden Erfindung enthalten die Achsen 41 ein Verbindungsorgan 42, das einen gewissen radialen Ausschlag der Welle 4 gegenüber ihrem Antriebsritzel 8 ermöglicht.
Dank dieser Anordnung kann sich die spiralförmige Bürste 40 automatisch und frei in dem Rohr 2 zentrieren, wodurch eine regelmäßige Übertragung der Bewegung gewährleistet und die Abnutzung der Bürste begrenzt wird.
Diese Verbindung 42, welche die Drehbewegung überträgt und gleichzeitig eine gewisse Freiheit der radialen Verschiebung gewährleistet, ist von einer bekannten Art.
Sie enthält zum Beispiel zwei komplementäre Steckteile mit einem drehfesten Profil, das zum Beispiel sternförmig ausgebildet ist, und werden mit einem bestimmten Spiel zusammengesteckt.
Der Durchgang der Achse 41 in der entsprechenden Endwand 20 des Rohres 2 erfolgt über einen kreisförmigen Dichtring 200, der verhindert, dass die Gülle an dieser Stelle austreten kann.
Die Zeichnung der 4 zeigt, wie die Wellen, welche die spiralförmigen Bürsten tragen, mit Hilfe eines einzigen Motors 9 angetrieben werden können.
Es handelt sich um einen elektrischen Getriebemotor, der im oberen Teil des Gehäuses 7 des Wärmetauschers angeordnet ist. Er enthält ein Ausgangsritzel 90, in das eine Antriebskette 91 eingreift. Diese Antriebskette läuft sukzessive über ein Spannritzel 80, über Vorgelegezahnräder 81, 82, über die Reihe der Antriebsritzel 8 und schließlich über ein letztes Vorgelegezahnrad 83.
Wie dies in dieser 4 dargestellt ist, läuft die Kette 91 abwechselnd im wesentlichen über den halben Umfang der einzelnen Zahnräder 8 (das heißt, über einen Winkelbereich von 180°) so, dass die Ritzel 8a in entgegengesetzter Richtung zu den Ritzeln 8b angetrieben werden.
Die Drehrichtung der Ritzel wird durch die Pfeile in der 4 symbolisiert.
Dank dieser Anordnung erfolgt die Umwälzung der Gülle in der Gegenrichtung in zwei benachbarten Rohren 2a und 2b.
In der 3 ist die Zirkulation F der Gülle in axialer Richtung im Inneren des Rohres 2 unter der Wirkung der Rotation R der Welle 4 gezeigt, welche die spiralförmige Bürste 40 trägt. Sie zeigt ebenfalls die Zirkulation G des Destillats an der Peripherie des Rohres 2 und im Inneren der Ummantelung 3 in dem ringförmigen Raum, der durch die dehnbare Dichtung 5 ausgebildet wird.
Zweckmäßigerweise wird diese Dichtung 5 in verschiedenen Richtungen auf die beiden Rohre 2a, 2b aufgewickelt, um die Richtung der Zirkulation der Gülle zu berücksichtigen und dadurch den Wärmetausch zu verbessern.
Am unteren Ende des Rohres 2 ist eine nach oben gerichtete Rohrleitung 23 angeordnet, welche die Evakuierung der Gase ermöglicht, die sich in diesem Rohr gebildet haben, wie dies durch die Pfeile K angedeutet ist.
Diese Evakuierung erfolgt durch die Rohre k₁ und k₂, die bereits vorstehend in bezug auf die Darstellung der 1 erwähnt worden sind.
Beispielsweise liegt die Drehgeschwindigkeit der Wellen 4 in der Größenordnung von 40 U/Min.
Der Durchsatz der Gülle und des Destillats in dem Wärmetauscher liegt jeweils in der Größenordnung zwischen 1.000 und 900 Liter/h.
Mit Hilfe eines Destillats, dessen Temperatur am Eingang des Wärmetauschers 110° C beträgt, ist es möglich, die Temperatur der Gülle um 10°C auf etwa 100° C zu erhöhen. Das Destillat, welches den Wärmetauscher verlässt, hat sich dann auf eine Temperatur von etwa 20°C abgekühlt.
Mit Hilfe der drehenden Bürste können die Sedimente und die Bläschen in der gleichen Richtung und mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Gülle selbst transportiert werden. Nachdem sie das untere Ende des Rohres erreicht haben, fallen die Sedimente durch Schwerkraft in das untere Rohr, während die Bläschen, die verdampft worden sind, evakuiert werden.
Obwohl dieser Wärmetauscher für einen besonderen Einsatzzweck konzipiert worden ist, nämlich die Behandlung einer Gülle, kann er selbstverständlich auch für verschiedene andere Einsatzzwecke eingesetzt werden, vorausgesetzt, es handelt sich um die Erwärmung einer flüssigen und schäumenden Materie, die Sedimente und Bläschen enthält und die nur schwer oder gar nicht mit Hilfe von traditionellen Wärmetauschern behandelt werden könnte.

Claims

Wärmetauscher für die Erwärmung einer kalten flüssigen und schäumenden Substanz, die feste Partikel und Gase enthält, wie zum Beispiel eine Gülle, aus einer heißen Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet, dass er eine Reihe von in Serie angeordneten elementaren Wärmetauschern (1) enthält, die aus einem horizontalen Rohr (2) mit wärmeleitenden Wänden, in denen die Substanz zwischen beiden Enden zirkuliert wird, und einer konzentrischen rohrförmigen Ummantelung (3) bestehen, welche das Rohr (2) umgibt, in dem die warme Flüssigkeit zwischen beiden Enden des Rohres und entgegengesetzt zu der Substanz zirkuliert wird, und dadurch, dass im Inneren des Rohres (2) eine drehende Welle (4) koaxial montiert ist, die eine spiralförmige Bürste (40) trägt, welche eine archimedische Schraube bildet, die an der Innenwand des Rohres (2) reibend. anliegt, um dadurch die Substanz in diesem Rohr zu transportieren.
Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elementaren Wärmetauscher (1) weitgehend in der gleichen vertikalen Ebene übereinander liegend angeordnet sind, wobei die Zirkulierung der Substanz von oben nach unten erfolgt, das heißt, von dem oberen elementaren Wärrnetauscher zü dem unteren elementaren Wärmetauscher in der Serie, während die Zirkulierung der heißen Flüssigkeit in der entgegengesetzten Richtung erfolgt, das heißt, von unten nach oben.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieses Rohr (2) an seinem unteren Ende ein Auspuffrohr (23) für Gase enthält.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die drehende Welle (4) schwimmend im Inneren des Rohres (2) montiert ist, in dem sie auf Grund der Anlage der spiralförmigen Bürste (40) an der Innenwand des Rohres (2) automatisch zentriert wird.
Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die drehende Welle (4) über ein Verbindungselement (42) gedreht wird, das ihr einen gewissen radialen Ausschlag verleiht.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine spiralförmige Dichtung (5) zwischen dem Rohr (2) und seiner Ummantelung angeordnet ist, um die heiße Flüssigkeit in Form einer spiralförmigen Bahn zu kanalisieren und zu zirkulieren.
Wärmetauscher nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass diese Dichtung aus einem Rohr aus einem aufblasbaren synthetischen Gummi besteht.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die spiralförmigen Bürsten (40) in der gleichen Richtung verlaufende Gewindegänge haben, wobei die Drehung von zwei benachbarten Wellen (4) in der entgegengesetzten Richtung erfolgt.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Wellen (4) ein Antriebsritzel (8) trägt, und. die Wellen mit Hilfe eines Motors (9) über eine Kette (91) angetrieben werden, die mit den Ritzeln (8) im Eingriff steht.
Wärmetauscher nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass er für die Vorheizung einer Gülle sorgt, die durch Verdampfung dehydriert werden soll, und die heiße Flüssigkeit das Destillat ist, welches durch die Dehydrierung produziert worden ist.