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Wärmeübertragungsgerät Diese Erfindung bezieht sich auf den Bau und
den Betrieb von Erhitzern, bei welchen das Wärmeübertragungsmittel aus einer fließenden
Masse eines festen, wärmeübertragenden Materials besteht. Das in Fluß befindliche
feste Material befindet sich im Kreislauf durch den Erhitzer, fließt dabei durch
eine oder mehrere Wärmeabsorptionszonen und anschließend durch eine oder mehrere
Wärmeentzugkammern, wobei die Wärmeabsorption wie auch der Wärmeentzug von bzw.
durch Ströme eines gasförmigen Mittels stattfinden, das mit dem Wärmeübertragungsmittel
in direkte Berührung kommt.
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Erhitzer des beschriebenen Typs verwenden in der Regel kleine Stücke
oder Kügelchen eines keramischen feuerfesten Materials, angeordnet in einer fließenden
Masse bzw. einem Bett als das wärmeübertragende Mittel, und sind in der Lage, über
ausgedehnte Zeiträume im Dauerbetrieb zu arbeiten bei wesentlich höheren Temperaturen,
als sie bei metallischen Wärmeaustauschern zulässig oder wirtschaftlich möglich
sind. Die Wandungen der Wärmeaustauschkammern, welche die Fließbetten des Wärmeübertragungsmittels
begrenzen, sind aus keramischen feuerfesten Werkstoffen erbaut mit wärmebeständigen
Eigenschaften, die im allgemeinen denen der Fließbetten entsprechen. Dieser Erhitzertyp
ist ganz besonders geeignet für das
dauernde Erhitzen von Mitteln
bei hohen Temperaturen, in der Größenordnung von rd. ttoo bis 165o° C oder noch
höher.
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Bei einer solchen Betriebsweise kann man sich einer Temperatur nähern,
bei der das Material der Fließbetten weich oder zähflüssig wird und die Wandungen
der das Bett einfassenden Kammern etwas von ihrer Tragfähigkeit einbüßen. Gewöhnlich
ist es wünschenswert, feuerfeste Werkstoffe zu wählen mit einer Erweichungstemperatur,
die bestimmt weit über den Temperaturen liegt, denen sie ausgesetzt werden. Indessen
kann es aus wirtschaftlichen Gründen erforderlich werden, daß die Erhitzung nur
mit einem schmalenSpielraumzwischen den Temperaturen des fließenden Festkörperbettes
und den Erweichungstemperaturen der feuerfesten Werkstoffe vor sich geht. Unter
diesen Bedingungen eines Erhitzerbetriebes ist es wesentlich, daß das l:ett des
wärmeübertragenden Materials gleichförmig durchheizt wird und daß die Kammerwandungen
so gebaut und angeordnet werden, daß sie nicht über eine für die Tragfähigkeit zulässige
Temperatur erhitzt werden. Das Erreichen einer gleichmäßigen Temperatur ist vor
allem ein Problem der Verteilung des Mittels bei seiner Berührung mit der beweglichen
Masse der Festkörper und der Aufrechterhaltung einer im wesentlichen gleichmäßig
verteilten und dauernden Bewegung der festen Körper durch die Festkörper-Berührungszonen.
Ein solches Problem ist besonders schwierig in der Zone, in der das feste Wärmeübertragungsmaterial
erhitzt wird, wegen der hohen dort herrschenden Temperaturen.
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Das Problem der Verteilung der strömenden Mittel bzw. festen Materialien
wird noch weiter verschärft bei Erhitzern hoher Leistung. Es ist selbstverständlich,
daß eine Zunahme der Erhitzerleistung sowohl eine Zunahme im Volumen des strömenden
Heizmittels als auch eine Zunahme in der Querschnittsfläche des festen Wärmeübertragungsmaterials
erforderlich macht. Die Tiefe des Festkörperbettes ist eine Funktion der gewünschten
Temperatur des festen Materials, wie sie von der Beheizungszone abgegeben wird,
und wird im allgemeinen bei der Konstruktion von Erhitzern für verschiedene spez.
Leistungen für dieselben allgemeinen Beheizungstemperatur-Erfordernisse nicht wesentlich
geändert werden.
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Ein Wärmeübertragungsapparat gemäß dieser Erfindung umfaßt eine Anzahl
oberer Kammern und eine darunter befindliche Kammer. Jede der erwähnten oberen Kammern
ist so angeordnet, daß sie im wesentlichen gleiche Mengen einer im Fluß befindlichen
gasdurchlässigen Masse fester wärmeübertragender Kügelchen aufnehmen kann. Die darunter
befindliche Kammer hat in ihrem unteren Teil einen Kügelchenaustrag. Ferner sind
mehrere enge Kanäle so angeordnet, daß sie mit ihrem oberen Ende in eine der olleren
Kammern ausmünden und mit ihrem unteren Ende in die erwähnte Barunterliegende Kammer.
Sie sind mit Bezug auf den genannten Kammeraustrag symmetrisch angeordnet. Ferner
ist eine Quelle für ein gasförmiges Mittel so vorgesehen, daß ein iln wesentlichen
gleichförmiger Strom gasförmigen Mittels durch jede der oberen Kammern in direkter
Berührung mit der darin befindlichen Kügelchenmasse strömt. Eine nach unten gerichtete
Bewegung der fließenden Kügelchenmasse durch die oberen Kammern, die engen Kanäle
und die Kammer ist durch die Schwerkraft verursacht.
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Von den Zeichnungen ist Fig. t ein Aufriß eines Erhitzers, in Übereinstimmung
mit dieser Erfindung erbaut, Fig. 2 ein vergrößerter Aufriß im Schnitt eines Teils
des in Fig. t dargestellten Apparats; Fig. 3, d und 5 sind Schnitte nach den Linien
3-3 bzw. d-.4 bzw. 5-5 der Fig. 2; Fig. 6 ist ein Schnitt nach Linie 6-6 der Fig.
5 ; Fig. 7 ist ein vergrößerter Aufriß im Schnitt eines abgeänderten Teils des Erhitzers,
wie er in Fig. t dargestellt ist; Fig. 8, 9 und to sind Schnitte nach den Linien
8-8 bzw. 9-9 bzw. toto der Fig. 7.
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Während die verschiedenen Merkmale des verbesserten Apparats der Verwendung
in jedem beliebigen Hochtemperatur-Festkörper-Berührungsapparat angepaßt sind, ist
der hierin beschriebene Apparat von besonderem Nutzen bei der dauernden Hochleistungserhitzung
einer beweglichen Masse fließenden festen Materials auf hohe Temperatur durch direkten
Kontaktwärmeaustausch mit einem Heizmittel.
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Gemäß dieser Erfindung wird eine fließende Masse oder ein Bett eines
sich nach unten zu bewegenden festen Wärmeübertragungsmaterials bzw. Kügelchen in
mehreren oberen Heizzonen durch direkten Kontaktwärmeaustausch mit einem gasförmigen
Heizmittel erhitzt und in einer unteren Zone durch direkten Kontaktwärmeaustausch
mit einem zu erhitzenden gasförmigen Mittel abgekühlt. Bei der Ausführung der Erfindung
nach den Fig. t bis 6 werden die Kügelchen in mehreren oberen Beheizungskammern
erhitzt, während bei der Ausführung nach den Fig. 7 bis to die Kügelchen in mehreren
Zonen erhitzt werden, wobei sie sich durch eine ringförmige obere Beheizungskammer
bewegen. Bei beiden Ausführungen bewegen sich die erhitzten Kügelchen nach unten
durch eine Reihe enger Kanäle, die in eine Barunterliegende Kühlzone ausmünden.
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Wie Fig. t zeigt, umfaßt der Erhitzer mehrere obere Beheizungskammern
to, die kreisförmig in gleichen Abständen um eine senkrechte Achse A-A angeordnet
sind. Eine untere Kammer 11 befindet sich unter den Heizkammern 1o und steht mit
diesen durch eine Reihe von Rohren oder engen Kanälen 12 in Verbindung, von welchen
jeder am oberen Ende in eine der Kammern t o ausmündet und an seinem unteren Ende
in die untere Kammer 11 eintritt. Eine fließende blasse bzw. ein Bett von sich nach
unten zu bewegendem festem Wärmeübertragungsmaterial oder Kügelchen wird dauernd
in den oberen Kammern to, der unteren Kammer 11 und den Verbindungskanälen 12 in
Gang' erhalten. Die Kügelchen werden in den olleren Kammern to
| durch direkten Kontaktwärtneaustattsch mi,t einem |
| gasförmigen Heizmittel erhitzt und dann in der |
| unteren Kammer durch direkten Kontaktwärmeaus- |
| tausch mit einem zu erhitzenden gasförmigen 'Mittel |
| heruntergekühlt. |
| Das Heizmittel zum Erhitzen der Kügelchen in |
| den Kammern io besteht aus (rasföriiligeit Ver- |
| brennungsprodukten. erzeugt in einem Ofen 13. der |
| zentral angeordnet und von den Kammern io uw- |
| gehen ist. Es wird in eitlem im wesentlichen <gleich- |
| mäßig verteilten Strom in die Kammern to geleitet, |
| wo es in die darin befindlichen und sich abwärts |
| bewegenden Kügelclietil)etten ein- bzvv. durch si_, |
| hindurchströmt. 1)1e erhitzten Kügelchen fließen |
| durch die Kanäle 12 in die l@anlttier t (, in welcher |
| ein anderes Mittel durch direkten Kontaktwärme- |
| austausch finit ihnen erhitzt wird. Die Kügelchen |
| werden dacltircli abgekühlt und fließen durch ein |
| zentral angeordnetes Rohr oder einen Attslattf T-1 im |
| Boden der Kammer i i einem Speiseapparat 15 zu. |
| Der Speiseapparat 1,3 ist eilte geeignete ntecha- |
| nische Vorrichtung, dazu bestimmt, den Mistrag der |
| Kügelchen durch die Auslaufschnauze und damit |
| die Flieligeschwindigkeit der Kügelchen durch (teil |
| Heizapparat zu regelst. Vmi dem Speiseapparat |
| gehen die Kügelchen in den Aufgahefull eines |
| ßecherwerkes 16 oder sonst eines Helle- oder |
| Fördermittels, welches die Kügelchen durch eine |
| Auslaufschnauze 17 in einen über den Kammern to |
| angeordneten Ausgleichhehülter if; speist. Mehrere |
| Fallrohre 20 leiten die durch die Schwerkraft ver- |
| anlaßte ßevvegung der Kügelchen vom Boden des |
| Behälters ig zu dem olleren Teil jeder der |
| Kammern in 7,#vecks Wiederverwendun- in dem |
| \\'ärtileaustatisclil)rozeß. |
| Eine verhältnismäßig große Auswahl feuerfesten |
| Materials kann zur Formung der wärmeübertragen- |
| den Kügelchen verwendet werden, das auszu- |
| # vi ählend e Material li; iigt , von den besonderen
Be- |
| triehshedingungen alt, die innerhalb des Erhitzers |
| aufrechtzuerhalten sind. Im allgemeinen soll (las |
| Material hohe Festigkeit und I lärte besitzen. ferner |
| eine hohe Erweichungstemperatur und gute Wider- |
| standsfähigkeit gegenüber plötzlichen Wärme- |
| sclttvankttilgeti. Die Materialien können natürlichen |
| L-rsprun .s sein, alter auch feuerfeste keramische |
| Kunstprodukte, korrosionsbeständige Legierungen |
| oder legierte Stähle, in kleinen Stücken von regel- |
| mäßiger oder unregelmäßiger Gestalt. Inn wesent- |
| lichen kugelförmige Elemente aus feuerfesten kera- |
| mischen Erzeugnissen werden mit Erfolg verwendet. |
| In ihrer Größe müssen die Kiigelchen so hetnessen |
| sein, claß sie der Wärmeübertragung in den Betten |
| eine große Ol)erfl:iclte bieten, während ihre Dichte |
| hzw. ihr spez. Gewicht genügend groß sein muß, |
| damit sie bei hoher Strömungsgeschwindigkeit des |
| Mittels durch die Kügelchenniasse nicht angehoben |
| werden. Als wünschenswerte Größe für keramische |
| feuerfeste Kügelchen ]tat nlan einen ungefähren |
| Durchmesser von rund S inin herausgefunden, je- |
| doch kann die Größe ienen Wert über- hzw. unter- |
| schreiten je nach den 'im Erhitzer gewünschten Be- |
| triebsbedingtitlgen. |
| Wie die Fig. 2. 3 und d zeigen. umfaßt eilte Atis- |
| führttilg dieser Erfindung eine Gruppe voll vier |
| oberen Heizkammern to, in gleichen Abständen |
| svniinetrisch um den in der Mitte befindlichen |
| Ofen 13 angeordnet. Jede der Kammern to ist als |
| senkrechter, länglicher Zylinder gebaut, tnit einem |
| `e@#, iill>ten Deckel 21 und einem konisch zulaufen- |
| den Moden 22 mit einem unteren Kiigelchenaus- |
| @tctg 2,; lind eittetll seitlichen Einlal.i 24 für das |
| zusrriimende Heizmittel. Die M'andting jeder |
| hailinler wird bestimmt durch eine äußere Metall- |
| schale 25, geschützt durch ein Innenftitter aus hoch- |
| feuerfestem Material 26 und eine dazwischen- |
| liegetide Schicht aus Isolierinaterial27. [)er ge- |
| wölbte Deckel ist mit einer Schutzschicht aus ge- |
| gossenetll, feuerfestem Material gefüttert und mit |
| einer (Winnig zwecks .\nl)ringin- der Einlauf- |
| schnauze 2o versehen. 1'ertier ist in einer öffnung |
| des `etti-ill>ten Deckels 21 ein Kannnsttitzetl 21@ ein- |
| gesetzt; er dient zur Altleitung des verbrauchten |
| Heizmittels aus der Kammer. Ebenso ist eine |
| 7ngatigsöfinttng 30 im Deckel 21 vorgesehen, die |
| normalerweise durch einen VerSChltiß 31 abge- |
| schlossen ist. |
| Der kegelförmig zulaufende Boden 22 jeder |
| Kammer io ist so gebaut, claß et- einen Weg für den |
| Kügclchenstronl bildet. der dann in <las ollere Ende |
| eines entsprechenden engen Kanals 12 übergeht. |
| Das Oberteil des Bodens 22 ist geformt N\ ie ein |
| unigekehrter Kegelstumpf, wobei das untere linde |
| im Durchmesser der Breite eines Yleizinittelein- |
| trittsvorliofs 32 entspricht, wie er tiaclistelietid be- |
| schrieben ist und der den Ofen 13 finit der Kammer |
| verbindet. l-itter denn kegelstumpfförinigen Teil |
| des Bodens ist die die Kügelchen tragende Ober- |
| fläche als eine Fortsetzung der äußeren Seite des |
| Kegels geformt und in einem halbkreisförmigen |
| Schnitt senkrecht zu der Abwärtsbewegungsrich- |
| tung der Kügelchen gestaltet. Die Kügelchenauslaß- |
| öfinung am Boden der Kammer ist in allgemeiner |
| senkrechter Ausrichtung zu der Itiitenfläche des |
| Futter: 26, die der senkrechten Achse A-.-1 des Er- |
| hitzers ain nächsten liegt. |
| Jeder der engen Kanäle 12 ist kreisförmig 1111 |
| Querschnitt und wird durch eine ringförmige, feuer- |
| feste Wattdut1g 33 bestimmt, die sich \ oll einer |
| ()])ereil Verbindung mit dem Boden 22 der Katn- |
| nter io zu einer unteren \'erl»ndungsöffnung in die |
| Kammer i i erstreckt. Die feuerfeste Wandtitlg 33 |
| ie(les engen Kalians besitzt ihr eigenes metallisches |
| ( Gehäuse 3I, das an seinen gegenüberstehenden Enden |
| iuit cleii Gelliiusen der Kammern io und i i ver- |
| schweil.it ist. um so einen gasdichten Ahschluß für |
| die Wege des Kügelclleilstroins zu bilden. In der |
| dargestellten Ausführung der Erfinduslg sind die |
| Kammern io um die senkrechte Achse .9-.9 herum |
| angeordnet, welch letztere auch die Achse der |
| Kaininer i i ist und um welche herum die engen |
| han:ile svintnetrisch angeordnet sind. Die engen |
| Kanäle halten einen verminderten Durchgangsdu:r-, |
| sclt1litt und sind in ihrer Längsrichtung ziemlich |
| attsge<lelltit. tini auf diese Weise einen angetnessenen |
| Abfall (lcs Gasdrucks zti hewirkeit, was mit dazu |
beiträgt, Austritt von Heizmittel in irgendeiner Richtung durch
die engen Kanäle zu vermeiden.
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Der Ofen 13 ist geformt wie ein senkrechter, länglicher Zylinder,
gleichachsig mit Achse A-A und mit einem gewölbten Oberteil versehen, das einen
mittig angeordneten Brennerschlitz 35 besitzt. Die Außenfläche des Ofens ist in
ein metallisches Gehäuse 36 eingeschlossen, welches einen solchen Durchmesser besitzt,
daß zwischen den benachbarten Teilen der Gehäuse 25 der Kammern io ein Spielraum
bleibt. Innerhalb des Gehäuses 36 ist die Innenfläche des Ofens mit einer Schicht
hochfeuerfesten -Materials 37 versehen. Eine Schicht Isoliermaterials 38 lehnt sich
gegen das metallische Gehäuse. Eine im wesentlichen flache, waagerechte Schicht
feuerfesten -laterials 40 stützt sich auf eine Isolierung 41 und eine Metallplatte
42, um den Boden des Ofens zu bilden.
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Im unteren Teile des Ofens 13, oberhalb und angrenzend an das feuerfeste
Material 40, befinden sich vier im Kreise und in gleichen Abständen angeordnete
Heizmittelauslaßvorhöfe 32. jeder Vorhof ist radial angeordnet, so daß seine horizontale
Achse die vertikale Achse des Ofens und der entsprechenden Kammer io schneidet.
Wie die Fig. 3 und 4 zeigen, ist die Breite des Vorhofs auf seiner ganzen Länge
gleich, wobei seine Seitenwandungen in die gekrümmten Oberflächen des Kammerbodens
22 übergehen. Die oberen Flächen der Vorhöfe werden bestimmt durch ein feuerfestes
Gewölbe 43, das mit geeigneterIsolierung undeinerumschließenden, gebogenen Metallplatte
44 versehen ist, welch letztere an die benachbarten Teile der Gehäuse 25 und 36
angeschweißt wird. Die Vorhöfe 32 besitzen eine nach unten abfallende untere Fläche
45 aus feuerfestem Material, welche an ihrem unteren Ende eine Seite des Auslasses
23 begrenzt. Die untere Fläche ist durch geeignetes Isoliermaterial und eine Metallplatte
46 abgestützt, welch letztere an ihrem oberen Ende an die Platte 42 angeschweißt
ist und an ihrem unteren Ende an das Kanalgehäuse 34. Die hierin beschriebene und
gezeigte Bauart sieht für den Strom des Heizmittels einen Vorhof vor, dessen Querschnitt
im allgemeinen rechteckig ist und nach außen zunimmt.
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Ein Brenner (nicht gezeigt) ist in der Brennerschlitzöttnung 35 für
die Zufuhr eines Gemisches von flüssigem Brennstoff und Verbrennungsluft zum Ofen
angeordnet. Die im Ofen 13 erzeugten gasförmigen Verbrennungsprodukte gehen durch
die '\7orhöfe 32 in die oberen Heizkammern io und strömen durch die Kügelchenbetten
aufwärts, um dort ihre Wärme durch Berührung auszutauschen. Die vorbeschriebene
Anordnung ist so getroffen, daß eine im wesentlichen gleichmäßige Zuteilung des
Heizgasstroms zu jeder der Kammern io erfolgt, daß auch die Kügelchen mit einer
im wesentlichen gleichmäßigen Geschwindigkeit durch jede der Kammern hindurchgehen
und daß auch die Temperatur der in die untere Kammer i i ausgetragenen Kügelchen
im wesentlichen in jedem Quadranten derselben gleichbleibt. Dieses wünschenswerte
Ergebnis erreicht man dadurch, daß die Tiefe der Kiigelchenmasse in den Kammern
io im wesentlichen gleich ist, so daß der dem Gasstrom entgegengesetzte Widerstand
in jedem der Betten genau so groß ist wie in jedem anderen Bett. Bei gleichem Gasdruck
am Eintritt zu jedem Vorhof 32 und gleichen Drücken in jedem Raum 47 über der Oberfläche
48 der Kügelchen in jeder Kammer ist also der Gasstrom durch jedes Kügelchenbett
im wesentlichen der gleiche wie durch jedes andere Bett. Bei gleicher Kügelchenstromgeschwindigkeit
durch jede der Kammern io werden daher die Kügelchentemperaturen durch alle Querschnitte
jener Kammern hindurch im wesentlichen Bleichbleiben. Die Geschwindigkeit des Kügelchenstroms
durch die oberen Heizkammern wird weitgehend durch die Konstruktion der unteren
Kammer und die Anordnung der engen Kanäle 12 bestimmt.
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Die Kammer i i ist von einer zylindrischen Metallschale So eingehüllt,
die durch ein inneres feuerfestes Futter 51 und eine dazwischenliegende Schicht
Isoliermaterials 52 geschützt wird. Die Kammer besitzt einen gewölbten Deckel 53
und ein Unterteil 54 aus einer Metallplatte in Form eines umgekehrten Kegelstumpfes.
Das Unterteil 54 endet in einer mittig angeordneten Auslaßöffnung 55, die dem oberen
Ende der Auslaufschnauze 14 entspricht. Wie Fig. 2 zeigt, ist der untere Abschnitt
56 des Unterteils 5.4 durchlöchert zwecks Zutritts eines gasförmigen Mittels zu
dem Kügelchenbett innerhalb der Kammer i i, Eine ringförmige Verteilkammer 57 umgibt
den kegelförmigen Teil 54; sie wird begrenzt durch eine nach abwärts gerichtete
Verlängerung der Schale So und eine gekümpelte ringförmige Bodenplatte 58. Das gasförmige
Mittel tritt durch ein Einlaßrohr 6o in die ringförmige Kammer 57 ein. lach dem
Aufwärtsgang durch das Bett sich abwärts bewegender Kügelchen in der Kammer i i
tritt das erhitzte Fluidum in den freien Raum 61 über der Oberfläche 62 der Kügelchen
im Oberteil der Kammer i i ein und wird durch die feuerfest ausgefütterte Auslaßleitung
63 abgeführt. Dieser Auslaßkanal ist insbesondere in den Abb. 2, 5 und 6 dargestellt.
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Die Anordnung der unteren Enden der engen Kanäle 12 innerhalb der
Kammer i i ist entscheidend für die Gleichförmigkeit des Kügelchenaustrages aus
den Heizkammern io und beeinflußt somit den Grad der Temperaturgleichförmigkeit
der Kügelchen, wie sie durch die engen Kanäle abgeführt werden. Wie Fig.2 zeigt,
münden die unteren Enden der Kanäle 12 seitlich im oberen Teil der Kammer i i und
sind gleichmäßig verteilt auf einem Kreise angeordnet, der gleichachsig ist mit
der senkrechten Achse des Kügelchenauslasses 55 und der Kammer i i. Außerdem liegen
die Mündungen der engen Kanäle in einer gemeinsamen Horizontalebene. Bei dieser
Bauart entlädt jeder enge Kanal 12 Kügelchen in gleiche Abschnitte der Kammer i
i. Eine solche Anordnung sichert einen gleichmäßigen Kügelchendurchsatz durch jeden
der Kanäle und durch jede der Kügelchenheizkammern io. Obwohl bei der dargestellten
Bauart die engen Kanäle 12 symmetrisch um die senkrechte Achse
der
Kainnler i r angeordnet sind. so claß der dem Kügelchenfluß entgegengesetzte Reibungswiderstand
durch jeden Kanal im wesentlichendergleiche ist, ist es doch verständlich, daß eine
Abweichung in derKügelchenreibung infolgeeinesUnterschiedes in der Länge der einzelnen
Kanäle die Verteilung des Kügelchenstroms in der Kammer i t nicht wesentlich im
ungünstigen Sinne beeinflussen wird. Dies ist zurückzuführen auf die stromregelnde
Wirkung der Kiigelchenverteilung innerhalb der Kammer 11, worin die Kügelchenzufuhr
zu gleichen Segmenten der Kammer erfolgt und der Auslaß 5 5 am Boden der Kammer
in bezug auf die Kanalauslässe mittig angeordnet ist.
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Im Betriebe machen die Kügelchen einen Kreislauf durch den Apparat
durch, und zwar mit einer gesteuerten Geschwindigkeit, die durch den Speiseapparat
15 bestimmt wird, so daß die lasse sich in einem beständigen Fluß in einer Säule
zwischen der Höhe des Ausgleichbehälters 18 bis zum Speiseapparat 15 befindet.
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Das im Ofen 13 erzeugte Heizmittel ist ein Verbrennungsprodukt flüssigen
Brennstoffs, wobei Temperatur und Zusammensetzung des Heizmittels je nach den erforderlichen
Heizbedingungen für die Kügelchen leicht reguliert werden können. Die sich von der
Ausgleichtasche 18 nach den Kammern io zu bewegenden Kügelchen werden im Verhältnis
zu der Geschwindigkeit des Kügelchenaustrages aus dem Boden jeder Kammer verteilt.
Bei gleichem Austrag aus jeder Kammer, wie sie durch die beschriebene Anordnung
und das Verhältnis der Kanäle 12 und der Kammer i i gesichert ist, bleibt auch der
Eintrag der Kügelchen in jede der Heizkammern im wesentlichen gleich. Die Lage und
Anordnung der Speiseschnauzen 2o im Oberteil jeder Kammer io ist so, daß die obere
Fläche48 der sich abwärts bewegenden Kügelchenbetten in jeder Heizkammer im wesentlichen
gleich ist, so daß auch der dem Heizgasstrotn in jeder Kammer entgegenwirkende Widerstand
im wesentlichen gleichbleibt. Das im Ofen 13 erzeugte Heizmittel wird iin wesentlichen
jeder der Heizkammern gleichmäßig zugeteilt infolge der gleichförmigen Drücke des
gasförmigen Mittels auf entgegengesetzten Seiten jedes Kügelchenbettes. Aus den
im wesentlichen gleichförmigen Geschwindigkeiten der Kügelchen- und der Iieiztnittelströme
durch jede der Kammern io ergeben sich im wesentlichen gleichmäßige Kügelchenaustragtemperaturen
für jede der Kammern.
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Wie die Fig.7 bis to einschließlich zeigen, ist die ringförmige Kiigelchenheizkammer
i io so gebaut, daß ihre innere feuerfeste Wandung 125 zugleich die Wandung des
Oberteils der zylindrischen Verbrennungskammer 116 bildet. Die äußere Wandung der
ringförmigen Heizkammer besteht aus einer zylindrischen :Metallschale 126, die durch
ein feuerfestes Futter 127 geschützt wird, das sich von der Höhe des oberen Endes
der Wandung 125 nach unten zu erstreckt his zu einer im Abstand befindlichen unteren
Lage. Von da ab sind die Schale und ihr Futter so gestaltet, claß sie einen umgekehrten
Kegelstumpf bilden, der in die `'Fand 125 übergeht und so für die ringförmige Kammer
i io einen geneigten Boden 124 bildet. Die Schale 126 ist nach unten zu verlängert,
um die unteren Seiten-\vandungen der Verbrennungskammer 116 zu umfassen und schließlich
an eine waagerecht angeordiiete Platte 128 zu stoßen.
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Das Oberteil der Kammer iio wird durch eine kegelstumpfförmige Metallplatte
13o abgeschlossen, die sich von dem oberen Ende der Schale 126 bis zu einem aufrecht
stehenden metallischen Flansch bzw. Bund 131 erstreckt, der seinerseits durch die
Wandung 125 getragen wird. Die Platte 130 besitzt eine kreisförmig angeordnete
Reihe gleichmäßig distanzierter Einlaßöffnungen zur Anbringung der Speiseschnauzen
123 für das wärmeübertragende Material, welch erstere in den oberen Teil der Kammer
i io hineinragen. Jede der Schnauzen 123 hat an ihrem oberen Ende Verbindung mit
einem Kügelchenvorratsbehälter in der Art wie die Ausgleichtasche 18 der Fig. i.
Eine im Kreise angeordnete Reihe gleichmäßig distanzierter Gasauslaßöffnungen im
Bund 131 steht in Verbindung mit einem Gasauslaßkanal 132. der zti einem Kamin 133
führt.
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In dem Kammerboden 124 bzw. in dessen feuerfestem Futter befinden
sich mehrere im Kreise und in gleichen Abständen angeordnete Kügelchenauslaßkanäle
137. Die Wandungen 138 jedes dieser Auslässe nähern sich nach unten zu und gehen
dann in das obere offene Ende des Kügelchendurchgangs eines entsprechenden engen
Kanals 114 über. Da die Auslässe 137 im Kreise in gleichen Abständen angeordnet
sind, jeder dazu von ähnlicher Gestalt und Größe, sorgt jeder der engen Kanäle 114
für den Austrag der Kügelchen aus einem gleichen Segment bzw. Zone der Ringkammer
i io. Bei gleichen Querzonen der Kammer i i o, wie sie von jedem engen Kanal bedient
werden, muß auch die Höhe der Kügelchen über jedem Auslaß gleichbleiben, so daß
eine gleichmäßige Verteilung des Heizmittelstroms zu jeder Zone gesichert ist. In
der dargestellten Bauart stimmt die Anzahl der Speiseschnauzen 123 mit der Anzahl
der engen Kanäle 114 überein, außerdem liegen die Auslaufenden jeder Schnauze in
einer gemeinsamen Horizontalebetie und fluchten im allgemeinen in der Senkrechten
mit einem entsprechenden engen Kanal 114.
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Wie Fig. 7 und 8 zeigen, ist eine Reihe konzentrischer Dämme 136 für
das wärmeübertragende :Material im oberen Teil der Kammer i i o angebracht, um die
Umrisse der Oberfläche des Kügelchenbetts innerhalb der Heizkammer zu regeln. Da
diese Dämme an einer verhältnismäßig kühlen Stelle innerhalb der Kammer angebracht
sind, d. h. an der Heizgasauslaßseite des Kügelchenbetts, sind sie aus einer Metallegierung
verfertigt und können an Streifen oder Aufhängevorrichtungen (nicht gezeigt) aus
einer Metallegierung aufgehängt werden. Vorteilhaft werden die Dämme konzentrisch
zur Wandung 125 angeordnet, und zwar nach außen und nach unten zu abgestuft in radialem
Abstand
von dem unteren Ende der Speiseschnauzen 123, so
claß das lineare Maß von den Heizmitteleinlaß-;chlitzen, wie nachstehend beschrieben,
bis zu dem feien Raum über dem Kügelchenbett im wesentlichen gleichbleibt. Diese
Anordnung hat zur Folge, daß der Weg des Heizgasstroms durch das Bett gleichbleibt,
so daß man damit die erwünschte gleichmäßige Verteilung des Heizgasstroms erhält.
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Die engen Kanäle 114 sind kreisförmig im Querschnitt und werden durch
feuerfeste Wandungen 139 begrenzt; sie erstrecken sich von ihrer oberen Verbindung
mit dem Auslaß 137 bis zu einer unteren Verbindung, die in die Kammer 112 ausmündet.
Die feuerfesten Wandungen 139 jedes engen Kanals befinden sich in einem besonderen
metallischen Gehäuse, das an seinen entgegengesetzten Enden mit den Gehäusen der
Kammern ilo und 112 verschweißt wird, um einen gasdichten Abschluß für die Flußwege
der Kügelchen zu bilden. Wie die Fig. 7 zeigt, besitzen beide Kammern 11o und 112
eine gemeinsame senkrechte Achse, um welche die engen Kanäle symmetrisch angeordnet
sind. Diese engen Kanäle sind in der Längsrichtung besonders ausgedehnt, um auf
diese Weise über der Kammer 112 einen angemessenen freien Raum für den Einbau und
den Betrieb der zu der Verbrennungskammer 116 gehörigen Brennereinrichtung zu erhalten.
Die unteren Auslaßenden der engen Kanäle 114 sind im Kreise symmetrisch angeordnet
zwecks Entleerung in die Kammer 112 in gemeinsamer waagerechter Ebene.
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Die Verbrennungskammer 116 besitzt ein feuerfestes Oberteil 142, das
sich in einem gewissen Abstand nach unten zu von dem oberen Ende der Wandung 125
befindet. Unterhalb dieses Oberteils 142 ist die Wandung 125 mit einer Anzahl von
Schlitzöffnungen 143 versehen zwecks Durchlasses der Heizgase von der Kammer 116
in die Kammer i lo. Die Schlitze sind im Kreise in gleichen Abständen voneinander
angeordnet in einer Anzahl von senkrecht übereinanderliegenden Horizontalreihen,
sie münden in die Kammer ilo in Höhenlagen gegenüber dem geneigten Bodenteil der
Kammer. Auf diese Weise werden die in der Verbrennungskammer 116 erzeugten Heizgase
im wesentlichen gleichmäßig am Umfange zu ihrem Berührungsfluß mit den Kügelchen
verteilt. Das Ergebnis ist, daß jedes Segment oder jede Heizzone der Kügelchenmasse
innerhalb der Kammer 11o einen gleichen Teil der Heizgase erhält. Eine Gruppe von
vier Brennern 144 ist in Brennerschlitzöffnungen 145 im Boden der Verbrennungskammer
angeordnet. Die Brenner sind um die Achse der Kammer symmetrisch angeordnet und,
wie gezeigt, so, daß sie ein brennbares Gemisch von Brennstoff und Luft nach oben
in den Verbrennungsraum der Kammer 116 schleudern. Außerhalb der Platte 128 sind
die Brenner 144 und ihre einzelnen Luftschieber 1.t6 in einem luftdichten Gehäuse
147 gekapselt, welch letzteres Preßluft unter hohem Druck durch die Luftzufuhrleitungen
148 von mehreren Gebläsen (nicht gezeigt) erhält.
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Die erhitzten Kügelchen, die durch die engen Kanäle 114 hindurchgehen,
können direkt in eine untere Wärmeaustauschkammer der allgemeinen in Fig. 2 gezeigten
Bauart entleert werden oder, falls gewünscht, in eine Zwischenkammer wie die in
Fig. 7 gezeigte Kammer 112. Aus der Kammer 112 geht das vereinigte Bett heißer Kügelchen
in eine untere Wärmeaustauschkammer der allgemeinen in Fig. 2 gezeigten Bauart.
Die Kammer 112 ist von einer Metallschale 15o umgeben, letztere geschützt durch
ein feuerfestes Innenfutter 151. Die Kammer bildet oben ein zylindrisches Teil 152
mit einem im wesentlichen flachen Deckel 153 und unten ein Teil 154 in der Form
eines umgekehrten Kegelstumpfs. Der Boden des Teils 154 endet in einem mittig angeordneten
Auslaß 155, der dem oberen Ende des Austragskanals 115 für die heißen Kügelchen
entspricht.
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Die Anordnung der unteren Enden der engen Kanäle 114 innerhalb der
Kammer 112 bestimmt die Gleichförmigkeit des Kügelchenaustrages aus den Zonen der
ringförmigen Heizkammer 11o und beeinflußt auf diese Weise den Grad der Tempe= raturgleichförmigkeit
der durch die engen Kanäle 114 entleerten Kügelchen. Wie Fig. 7 zeigt, sind die
unteren Enden der Kanäle 114 gleichmäßig voneinander entfernt, auf einem Kreis liegend,
der mit der senkrechten Achse des Kammerauslasses 155 gleichachsig ist und sich
in einer horizontalen Ebene befindet. Bei dieser Bauart erhält jeder enge Kanal
11.4 Kügelchen aus den gleichen Abschnitten oder Zonen der Kammer ilo und entleert
ebenso Kügelchen in die gleichen Abschnitte der Kammer 112. Solch eine Anordnung
gewährleistet einen gleichmäßigen Kügelchenaustrag aus jedem Kanal und aus jeder
Kügelchenheizzone.
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Der Betrieb des Apparates nach den Fig.7 bis 10 ist im wesentlichen
der gleiche wie bei dem zuvor beschriebenen Apparat nach den Fig. 1 bis 6. Man wird
bei beiden Bauarten bemerken, daß diese Erfindung einen Apparat für die Erhitzung
einer großen Masse beweglichen Wärmeübertragungsmaterials auf eine außergewöhnlich
gleichmäßige Temperatur in einer gedrängten und leicht zu regelnden Einheit vorsieht.
Die symmetrische Anordnung der Wege für den Kügelchen- und Heizgasfluß trägt zu
der wirkungsvollen Arbeitsweise des Aggregats bei, bei einer baulichen Anordnung,
h o die feuerfesten Materialien, die die Flußwege begrenzen, nicht auf allen Flächen
der Umfassungswände hohen Temperaturen ausgesetzt sind und wo sie das Gewicht der
sich bewegenden Kügelchenmasse besser aushalten können, ohne bauliche Schäden zu
erleiden.