DE876227C

DE876227C - Process and device for generating mechanical energy from heat in pneumatic conveyor systems

Info

Publication number: DE876227C
Application number: DEM11416A
Authority: DE
Inventors: Franz Dipl-Ing Moser
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1951-10-26
Filing date: 1951-10-26
Publication date: 1953-05-11

Description

Verfahren und Einrichtung um in pneumatischen Förderanlagen aus Wärme mechanische Energie zu gewinnen Ziel der Erfindung ist es, die Wärme, welche in der Tragluft vorhanden ist oder ihr vor Beginn oder im Verlauf des Fördervorganges zugeführt wird, in möglichst hohem Umfang als Expansionsarbeit nutzbar zu machen.Process and device to produce heat in pneumatic conveying systems to gain mechanical energy The aim of the invention is to reduce the heat in the Carrying air is present or supplied to it before the start of or in the course of the conveying process will be used to the greatest possible extent as expansion work.

Der Energiehaushalt der Tragluft, die, wie jedes Gas, dem Raume nach nicht nur vom Druck, sondern auch von der Temperatur abhängig ist, wird durch das mitgeführte Fördergut in mehrfacher Beziehung heeinflußt. The energy balance of the supporting air, which, like every gas, depends on the room depends not only on the pressure, but also on the temperature, is achieved by the Conveyed goods are influenced in several ways.

Beim senkrechten wie beim waagerechten Transport muß Arbeit gegen die Schwere geleistet werden. Die Energie dafür wird im Rohrstrang, ähnlich wie bei der Arbeitsleistung im Expansionsraum einer Heißluftmaschine, der Strömung entzogen. For vertical and horizontal transport, work must be done against the severity to be afforded. The energy for this is in the pipe string, similar to withdrawn from the flow when performing work in the expansion chamber of a hot air machine.

Die innere Reibung im Rohrstrang wird durch die Gegenwart des Fördergutes vergrößert. Die Reibungsarbeit bleibt im Gegenwert als Wärme in der Strömung erhalten, ein Teil davon wird bei der weiteren Expansion als Gasarbeit nutzbar. The internal friction in the pipe string is caused by the presence of the conveyed material enlarged. The work of friction remains in the equivalent as heat in the flow, part of it can be used as gas work during further expansion.

Das mitgeschleppte Fördergut, dessen spezifische Wärme höher ist als die des Traggases, bringt zudem von sich aus noch Wärme in die Strömung, sein Speichervermögen verhindert Zustandsänderungen mit dem Adiabatenexponenten des Traggases und nähert sie der Isotherme an. The transported goods with a higher specific heat than that of the carrier gas, it also naturally brings heat into the flow Storage capacity prevents changes in state with the adiabatic exponent of the carrier gas and approaches it to the isotherm.

Weil das Gut, also die feste Phase, nicht selbst an der Expansion im Rohrstrang teilnimmt, liefert seine Wärme nur insoweit einen Anteil an der gewinnbaren Arbeit, als sie unter Übertemperatur eingebracht wird md die Tragluft aufheizen kann, nach Maßgabe der Gleichungen dq = da 1 A Pdi di = df -r;l (Pdv d zdP) Die Erhöhung der inneren, aIso -als Wärme gebundenen Energie an sich liefert keinen Beitrag. Because the good, i.e. the solid phase, does not itself participate in the expansion participates in the pipe string, its heat only provides a portion of the recoverable heat Work when it is brought in at excess temperature and the air is heated up can, according to the equations dq = da 1 A Pdi di = df -r; l (Pdv d zdP) the An increase in the internal energy bound as heat does not provide any Contribution.

Bei der Ausdehnung im Strömungsvorgang sucht die Luft der Umgebung in erster Linie dem eingeschlossenen Fördergut Wärme zu entziehen. Wenn Wärmenachfuhr möglich ist, werden die dem Gas -eigene-innere und potentielle Energie weniger ab- -gesenkt Im Fall der isothermen Entspannung (mit oder ohne Reibung) muß die zufließende Wärme die Beschleunigungsarbeit des Gases decken; die Druckhöhe wird dafür nicht in Anspruch genommen. During the expansion in the flow process, the air seeks out the surroundings primarily to extract heat from the enclosed material to be conveyed. When heat supply is possible, the internal and potential energy of the gas is less absorbed. -lowered In the case of isothermal expansion (with or without friction), the inflowing Heat cover the acceleration work of the gas; the pressure height is not for it claimed.

Im Fall adiabatischer Entspannung dagegen wird auch die Druckenergie in stärkerem Maße und die innere Energie in geringerem Maße zur Aufrechterhaltung des Bewegungsvorganges herangezogen. In the case of adiabatic relaxation, however, the pressure energy is also to a greater extent and to maintain internal energy to a lesser extent the movement process used.

Die aus dem Gut nachfließende Wärme erspart somit Druckenergie und entlastet den Verdichter. The heat flowing in from the material thus saves pressure energy and relieves the compressor.

Dem Erfindungsgedanken - folgend kann weiterhin noch am Verdichter selbst, soweit nicht von hydraulischer Seite her Einwände zu erheben sind, an Antriebsenergie eingespart werden, wenn zum Zwecke der Kühlung der Tragluft das Fördergut durch das Gebläse mit hindurchgesaugt und dadurch an Stelle der adiabatischen die isotherme Kompression erzielt wird; Der Wärmeübergang zwischen Gas und Rohrwand ist bei den in Frage kommenden Strömungsgeschwindigkeiten insbesondere in den Krümmern zumeist ausreichend, so daß das Temperaturfeld durch Wärme zufuhr oder -abfuhr von außen her beeinflußt werden kann; Dies bringt nach der Erfindung die Möglichkeit, das Temperaturgefälle in Strömungsrichtung durch Verhindern von Wärmeverlusten durch die Wandung mittels einer wärmeisolierenden Ummantelung des Rohres und durch Wärmezufuhr entlang der Förderbahn zu strecken oder das Gefälle, allerdings unter Inkaufnahme von Verlusten, zu verkürzen, beispielsweise durch Wasserkühlung, wenn örtlich, z. B. zur Beschleunigung des Fördergutes nach Rohrkrümmern, ein gesteigerter Energiebedarf besteht. Following the idea of the invention, you can still use the compressor itself, unless there are any objections from the hydraulic side, to drive energy can be saved if the conveyed material is carried through for the purpose of cooling the supporting air the blower is sucked through and thus the isothermal instead of the adiabatic Compression is achieved; The heat transfer between gas and pipe wall is with the possible flow velocities, especially in the bends sufficient so that the temperature field is supplied or removed from the outside by heat can be influenced forth; This brings the possibility of the invention Temperature gradient in the direction of flow by preventing heat loss the wall by means of a heat-insulating jacket of the pipe and by supplying heat to stretch along the conveyor track or the slope, but with acceptance of losses, to be shortened, for example by water cooling, if locally, e.g. B. to accelerate the conveyed material after pipe bends, an increased energy requirement consists.

Desgleichen können parallele Förderströme nach dem Beispiel von Wärmeaustauschern untereinander oder an fremde Wärmequellen (Abwärmeverwertung), -im Bedarfsfalle auch an Wärmesenken unmittelbar gekuppelt werden. Likewise, parallel delivery flows can be based on the example of heat exchangers to each other or to external heat sources (waste heat recovery), if necessary can also be directly coupled to heat sinks.

Eine weiterhin dem Erfindungsgedanken entsprechende zeitliche und örtliche Temperaturführung des Traggases im Strömungskreislauf eines oder mehrerer im Verarbeitungsgang nacheinander zu passierender Rohrstränge erbringt die Möglichkeit, den Ablauf einiger physikalischer oder chemischer Vorgänge, insbesondere solcher, die mit dem temperaturabhängigen Sättigungsgrad in Zusammenhang stehen, wie Trocknung oder Befeuchtung des Fördergutes sowie dessen Wasserhaltung in Kern und Randschichten und damit verbundene Veränderungen in der Struktur und der Oberfläche des Einzelkornes, zu steuern. A time and time corresponding to the idea of the invention Local temperature control of the carrier gas in the flow circuit of one or more Pipe strings to be passed one after the other in the processing step make it possible to the course of some physical or chemical processes, in particular those which are related to the temperature-dependent degree of saturation, such as drying or humidification of the conveyed material as well as its water retention in the core and edge layers and associated changes in the structure and surface of the single grain, to control.

Wenn eine unter der Umgebungstemperatur liegende Rückkühltemperatur gefordert wird, so kann mit dem Mehrstoffgemisch einer Absorptionskältemaschine, die unmittelbar die zugeleitete Wärme zu verarbeiten und aus ihr die Kälte zu erzeugen vermag, der Rohrstrang gekühlt und das Temperaturgefälle nach unten erweitert werden; ebenso kann auch Kaltwasser zum Kühlen Verwendung finden. If the cooling temperature is below the ambient temperature is required, with the multi-component mixture of an absorption refrigeration machine, to process the directly supplied heat and to generate the cold from it able to cool the pipe string and expand the temperature gradient downwards; cold water can also be used for cooling.

In der Form der Wärmezufuhr ist die Ausführung nicht gebunden. Die - Wärmeenergie kann in voller Höhe von Anfang an in der Strömung enthalten sein oder ihr von außen zugeführt werden. Unter Umständen ist die Aufteilung in ldeinere Mengen notwendig, besonders dann, wenn eine höhere Temperatur das Gut gefährdet. The execution is not bound to the form of the heat supply. the - The full amount of thermal energy can be contained in the flow from the start or it can be supplied from the outside. Under certain circumstances, the division into your own Quantities necessary, especially when a higher temperature endangers the goods.

Auch die Herkunft der Wärme ist gleichgültig. The origin of the heat is also irrelevant.

Im nächstliegenden Fall entstammt sie vorzugsweise einer dem Förderstrang vorgeschalteten Verarbeitungsmaschine oder einem fremden Heizdampf oder Gas, die der Tragluft beigemischt werden. Ebenfalls ist die Einbeziehung von unter Wärmetönung verlaufenden chemischen Prozessen denkbar. In the closest case, it preferably comes from one of the conveyor lines upstream processing machine or an external heating steam or gas that be added to the supporting air. Also is the inclusion of under heat tint ongoing chemical processes are conceivable.

Ein Kennzeichen des die Erfindung darstellenden Verfahrens ist es, daß der mechanische Fördervorgang wie auch der thermodynamische Kreisprozeß zur gleichen Zeit, im gleichen Raum und mit dem gleichen Arbeitsmittel. durchgeführt werden. Umwege an Wärme wie an mechanischer Energie treten nicht auf, bewegte Teile werden nicht benötigt, Zylinder und Kurbeltrieb mit ihren thermischen und mechanischen Verlusten (Wandwirkung und Reibung) entfallen. A characteristic of the method representing the invention is that the mechanical conveying process as well as the thermodynamic cycle for at the same time, in the same room and with the same equipment. carried out will. There are no detours to heat or mechanical energy, moving parts are not needed, cylinder and crank mechanism with their thermal and mechanical There are no losses (wall effect and friction).

Nachdem weiterhin die mechanischen Verluste der Anlage, entsprechend der Zweckbestimmung, schon dem Fördervorgang zur Last fallen, wird derWirkungsgrad allein durch die thermodynamischen Verluste bestimmt. After continuing the mechanical losses of the plant, accordingly the intended purpose, already the pumping process are a burden, the efficiency determined solely by the thermodynamic losses.

Die BilderIa und 1 b der Zeichnung veranschaulichen im Arbeits- und im Wärmediagramm den einfachsten Vergleichsprozeß mit isothermer Ausdehnung (Grenzfall) in der Förderleitung b, Zustandsänderung 2-3, für eine nach dem Druckluftprinzip arbeitende Anlage gemäß Bild 1. Im Gebläse d wird die Luft adiabatisch verdichtet. Die Rückführleitung f nach dem Abscheider c kann entfallen, wenn die Anlage nach dem offenen Kreislaufprinzip arbeitet und Umgebungsluft den Wärmeaustauscher h ersetzt. In beiden Fällen wird für die Zustandsänderung 3 - 1 eine Isobare angenommen. Die Diagrammeclrpunkte sind in das Schaltschema übertragen. The BilderIa and 1b of the drawing illustrate in the working and the simplest comparison process with isothermal expansion (borderline case) in the heat diagram in the delivery line b, change of state 2-3, for one according to the compressed air principle working system according to Figure 1. The air is compressed adiabatically in fan d. The return line f after the separator c can be omitted if the system is after works on the open cycle principle and ambient air replaces the heat exchanger h. In both cases, an isobar is assumed for the change of state 3-1. the Diagram clear points are transferred to the circuit diagram.

Bild 2 zeigt ein Schema für eine aus zwei aneinandergereihten Strängen bestehende Anlage mit Trockner k und Wärmerückgewinnung in den Wärmeaustauschern h und i. Die Bilder 2 a und 2 b entsprechen einem zweistufigen Wärmekraftprozeß; auf die adiabatische Verdichtung 1 - 2 folgt die isobare Erwärmung 2 - 3. Die Zustandsänderungen 3-4 und 5-6 sind Isothermen und entsprechen der Strömung in den Förderleitungen b. Entlang den Isobaren 4-5 und 6-I wird dem Traggas Wärme entzogen. Es bedeutet a Aufgabestelle für das Fördergut, b Förderleitung, c Abscheider, d Gebläse, f Zuführ- bzw. Rückführleitung. Figure 2 shows a scheme for one of two strings in a row existing system with dryer k and heat recovery in the heat exchangers h and i. Figures 2a and 2b correspond to a two-stage thermal power process; adiabatic compression 1–2 is followed by isobaric heating 2–3. The changes in state 3-4 and 5-6 are isotherms and correspond to the flow in the delivery lines b. Heat is extracted from the lifting gas along isobars 4-5 and 6-I. It means a loading point for the conveyed goods, b conveying line, c separator, d blower, f feed or return line.

Die Diagramme in den Bildern 2 c und 2 d zeigen daß; die Zwischenkühlung im Kühler lt in diesem Falle so weit gesteigert ist, daß sich der Richtungssinn des Kreisprozesses im nachgeschalteten Teil der Anlage .umkehrt, sodaß nunmehr der zweite Strang wie eine Kältemaschine oder eine Wärmepumpe wirkt, also Wärme unter Arbeitsaufwand auf ein höheres Potential hebt. Dabei ist der Wärmeaustauscher i überbrückt. The diagrams in Figures 2 c and 2 d show that; the intercooling In this case, the cooler has increased so much that the sense of direction of the cycle in the downstream part of the plant .reverses, so that now the second strand acts like a chiller or a heat pump, so warmth raises to a higher potential with a lot of work. Here is the heat exchanger i bridged.

Zum Austauen der aus dem Gut übernommenen Feuchtigkeit muß die Tragluft unter die Sättigungsgrenze gekühlt werden. The supporting air must be used to thaw the moisture taken over from the property be cooled below the saturation limit.

Claims

PATENT CLAIMS: I. Method to be used in pneumatic conveying systems to gain mechanical energy from heat, characterized in that the conveying air at the same time as a lifting gas in the transport process as well as a heat transfer medium and working material is used in a thermal power process carried out in the conveying circuit.

2. The method according to claim I, characterized in that for the purpose the cooling of the carrier gas during the compression the conveyed material with by the compressor is sucked.

3. The method according to claim I, characterized in that the Conveyed goods enclosed by the lifting gas by virtue of their greater than that of the lifting gas specific heat is used as heat storage.

4. The method according to claims I and 3, characterized in that that the conveyed material is preferably in a preceding processing step, for. B. the grinding, transmitted heat to the carrier air and in the temperature gradient against the environment, especially the outside air, used for work performance at the same time the aspiration air heated in the processing machine, Alone or mixed with other gases (hot air, steam), used as a lifting gas finds.

5. Device for performing the method according to the claims I, 3 and 4, characterized in that the pipe runs of the pneumatic conveyor system Arranged in the manner of heat exchangers and with one another or with external heat sources are thermally coupled.

6. Device according to claim 5, characterized in that the temperature field the flow can be influenced from the outside.

7. Device according to claims 5 and 6, characterized in that that the temperature in the pipeline by cooling the pipe wall below the temperature the environment can be lowered.

8. Device according to claims 5 to 7, characterized in that that the supporting air is cooled below the saturation limit and thus dehumidified.