EP1580511A2 - Vorrichtung zum Temperieren von Schüttgut - Google Patents

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EP1580511A2
EP1580511A2 EP05005327A EP05005327A EP1580511A2 EP 1580511 A2 EP1580511 A2 EP 1580511A2 EP 05005327 A EP05005327 A EP 05005327A EP 05005327 A EP05005327 A EP 05005327A EP 1580511 A2 EP1580511 A2 EP 1580511A2
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EP
European Patent Office
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tubes
heat exchanger
bulk material
section
exchanger tubes
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EP05005327A
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English (en)
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EP1580511B1 (de
EP1580511A3 (de
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Bernhard Dr. Stark
Günther Dehm
Olaf Hustert
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Coperion GmbH
Original Assignee
Coperion GmbH
Coperion Waeschle GmbH and Co KG
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Publication of EP1580511A3 publication Critical patent/EP1580511A3/de
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    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0045—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for granular materials

Definitions

  • Such tempering may be by heating or cooling of a bulk material. When there is a heat input to the bulk material, then - if this is still a carrier of moisture - at the same time a drying take place. The moisture is then supplied by means of a Gases discharged.
  • bulk materials within the meaning of this invention are understood free-flowing bulk materials, such. Fertilizers, Plastic granules, plastic powder or food but also such. B. granulated sugar.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a device for controlling the temperature of bulk material, which allows a high heat transfer and easy cleaning with a simple structure.
  • This object is achieved by the features of claim 1.
  • the heat exchanger tubes have a large area, based on their cross-section, and high temperature gradients from the middle of the tube to the tube wall, so that a correspondingly intensive heat exchange can take place.
  • suitable liquids such as in particular water, but also gases or steam can be used.
  • the design effort for the supply of the heat transfer fluid is low, since no inlet manifold or outlet collector for the heat transfer fluid is needed. Also, the cleaning on the side of the heat transfer fluid is easy to carry out.
  • the bulk material is guided by gravity through the heat exchanger tubes. These are therefore usually arranged vertically, but can also be slightly inclined relative to the vertical, as long as it is ensured that the bulk material is passed by gravity through the heat exchanger tubes. So that the bulk material flows through the heat exchanger tubes without interference, the inner diameter of the heat exchanger tubes should be at least four to five times the particle size of the bulk material. As a result, a thorough emptying of the pipes is ensured.
  • a plurality of such sections may be provided in succession, so that in each case between two sections, a rearrangement of the bulk material takes place, whereby the temperature profile, which is adjusted from the pipe wall to the core of the bulk material, is made uniform. As a result, the temperature gradient is increased at the pipe wall in the subsequent heat exchange section and improves the temperature of the bulk material.
  • the heat exchange section ie the actual tube bundle heat exchanger, can according to claim 2 in a simple manner a buffer section upstream of the bulk material and according to claim 3, a discharge section be subordinated.
  • a discharge section be subordinated.
  • the measures according to claim 9 lead to an improvement of the heat transfer on the side of the heat transfer fluid, so on the outside the heat exchanger tubes. This effect occurs especially at low Flow rates of the heat transfer fluid, since its Flow rate is increased.
  • the embodiment according to claim 18 provides an advantageous alternative to Embodiment according to claim 4.
  • the claims 19 to 21 give measures again, by an optimal Arrangement of the heat exchanger tubes and in particular a particular thin design of the inlet tube bottom is achieved without the risk of a non-optimal bulk flow or even not optimal emptying of the buffer section would be given.
  • the device shown in Figure 1 for controlling the temperature of bulk material has an upper buffer section 1, a middle heat exchange section 2 and a lower discharge section 3. Sections 1, 2, 3 each have circular cross sections.
  • the boxy, essentially enclosed buffer section 1 is with an upper inlet spigot 4 provided for supplying a bulk material to be tempered.
  • the heat exchange section 2 has a housing 5 in the interior thereof 6 parallel to each other heat exchanger tubes 7 each with distance are arranged from each other.
  • the interior 6 is therefore a heat exchange space.
  • Adjacent to the discharge section 3 opens into the interior 6 of the housing 5 of the heat exchange section 2, a supply nozzle 8 for heat transfer fluid one.
  • Adjacent to the buffer section 1 opens a discharge nozzle 9 from the interior 6 of the housing 5 from.
  • In the interior 6 are deflecting plates 10 each transverse to the longitudinal direction of the tubes 7 in Distance from each other mounted such that a via the supply nozzle. 8 supplied heat transfer fluid according to the flow direction arrow 11 meandering through the interior 6 each transverse to the longitudinal direction the tubes gradually upward to the discharge nozzle 9 flows.
  • the heat exchange section 2 is therefore for a cross-countercurrent designed the heat transfer fluid.
  • the interior 6 can with a the Tubes 7 enveloping bed 12 of glass balls, steel balls and Plastic granules filled, which improve the heat transfer between the heat transfer fluid and the tubes 7 contributes.
  • 9 removable Retaining sieves 13 arranged.
  • the size of the particles of the bed 12 should be such that after the preparation of the heat exchange section 2 can be incorporated in these.
  • the particles of the bed In any case, 12 must be smaller than the pitch of the Tubes 7.
  • the particles of the bed 12 preferably have spherical, lens or cylindrical shape.
  • the tubes 7 are at the top in a fixed to the housing 5 connected inlet tube bottom 14 and at the bottom connected to a spout tube plate 15, that they go to the buffer section 1 and to the discharge section 3 are open. Between the buffer section 1 and the heat exchange section 2 on the one hand and the heat exchange section 2 and the Discharge section 3 consist of flange 16 or 17. Like the Drawing is removed, the inlet tube plate 14 is designed so that each tube 7 a to the buffer section 1 towards expanding, for has respective narrowing tube 7 so narrowing inlet funnel 18, wherein adjacent funnels 18 are again dimensioned to be at the top meet in a relatively sharp edge 19.
  • the inlet funnel 18 have an opening angle ⁇ , the at least 30 ° and a maximum of 120 ° is, but preferably in the range of 40 ° to 100 °. This will avoided that in the inlet tube plate 14 between adjacent tubes 7 dead spaces or dead surfaces arise on which bulk 20 lie remains, especially when emptying the heat exchange section 2 is not fed to a pipe 7 by gravity and therefore remains lying on the inlet tube plate 14.
  • the discharge section 3 is in the form of a downwardly tapering cone-shaped funnel formed. Such a shape causes that Bulk 20 in the discharge section 3 at all points of any selected Cross section flows at almost the same speed, in this consideration, the immediate wall area is not taken into account is because there is always a delay due to wall friction.
  • a rotary valve 22 is provided, the Housing 23 via a downpipe 24 connected to the discharge section 3 is.
  • a cellular wheel 25 is arranged, which is a motor 26 is rotary drivable.
  • the motor 26 is from a level detector 27th controlled, in turn, the level of the bulk material 20 in the buffer section detected.
  • shut-off 30 In the funnel-shaped discharge section 3 opens a feed line 28 for a gas.
  • a small pressure vessel 29th connected to the upstream in line 28 a shut-off 30 and a shut-off device 31 is arranged downstream.
  • closed shut-off device 31 of the pressure vessel 29 With Compressed gas to be filled.
  • closed obturator 30 can by Opening the obturator 31 with appropriate emptying of the pressure vessel 29 a compressed gas stream in the funnel-shaped discharge section 3 are given.
  • the compressed gas rises and causes a rearrangement of the bulk material in the heat exchanger tubes 7 and thus improving the heat transfer. At the same time this causes Gas a drying of the bulk material 20, if possible.
  • Both shut-off organs 30 and 31 can also be open to a continuous one Gas supply to allow. So that the gas supplied from the Device can also exit again is at the top of the buffer section 1 an exhaust pipe 36 is provided.
  • a guide surface 33 is formed, which the bulk material 20 from the discharge section 3 to the revolving side of the in the direction of rotation 34th rotatably driven cellular wheel 25 passes.
  • the heat exchanger tubes 7 in the longitudinal direction have continuous inner ribs 37, so that in each tube 7 itself again several channels 38 are formed, in the middle of the tube connected to each other.
  • inner ribs 37 ' also meet in the middle of the tube, so that a simple split Pipe 7 at two opposite inner ribs 37 'or a Stemrohr at three or more inner ribs 37 'is formed.
  • the channels 38 ' are completely separated from each other.
  • the pipe 7 also inner ribs 37 ', which meet in the middle of the tube, and other inner ribs 37, which protrude only in the bulk material 20, have.
  • the number of inner ribs 37, 37 ' is 2 to 12 and especially 3 to 8.
  • the inner ribs 37, 37 ' are at equal angular intervals on the circumference of the tube 7 distributed.
  • the inner ribs 37 or 37 ' can straight or twisted, d. H. helically.
  • Such tubes 7 with inner ribs 37, 37 'are usually made Aluminum and are produced by extrusion. Aluminum, but also Bundmetall, such. As copper, have compared to stainless steel Advantage of a 3 to 4 times higher thermal conductivity.
  • Internal ribs 37, 37 'are also opposite the heat transfer surfaces a simple cylindrical tube 7 greatly enlarged while the Heat conduction routes for the supply or removal of heat from the pipe 7 in the bulk material 20 greatly shortened.
  • the embodiment according to FIG. 4 differs from that according to FIG. 1 in that that the device can be operated with negative pressure.
  • the entire device is therefore connected to a suction fan 39, the the buffer section 1, the interior of the heat exchanger tubes 7 and applied to the discharge section 3 with partial vacuum. So this can be maintained, the supply of the bulk material 20 to the inlet nozzle 4 by means of a substantially vacuum-tight feeding device in the form of a cellular wheel lock 40.
  • This lock 40 and the cellular wheel lock 22 close the entire device pressure-tight from.
  • a gas supply and an exhaust pipe are naturally here unnecessary.
  • the inlet tube bottom 14 simplified, namely, trained; So he does not show the feed funnels 18 on.
  • one or more air supply nozzles 41 are arranged in the buffer section 1, through the air for emptying or cleaning the Inlet tube bottom 14 'can be injected.
  • washing nozzles 42 provided in the buffer section 1, through which a washing liquid, usually so water, can be supplied to the buffer section 1, the heat exchanger tubes 7 and the discharge section 3 from adhering dusts to clean.
  • FIG. 1 is only more schematic illustrated tube bottom 14 circular inlet openings 43 for the tubes 7, which indicated on dash-dotted lines pitch circles 44, 45, 46th are arranged around the central longitudinal axis 47 of the housing 5.
  • the inlet tube bottom 14 is thus circular in shape; accordingly that is Housing 5 circular cylindrical.
  • has this arrangement of the inlet openings 43 on pitch circles 44, 45, 46 has the advantage that the inlet funnel 18 - even in the area of the outer Edge 48 of the tube sheet 14 - areas of a greater distance to have this edge 48 or to an adjacent inlet funnel. This has the consequence of being in compliance with the above range for the opening angle ⁇ of the tube sheet 14 is relatively thin can be trained.
  • the diameter of the inlet openings essentially corresponds to the Outer diameter d of the tubes 7.
  • a radially adjacent Openings 41 and thus tubes 7 are 1.1 D ⁇ a ⁇ 1.25 D and preferably 1.15 D ⁇ a ⁇ 1.20 D.
  • the pitch b in tangential direction between adjacent openings 43 and thus tubes 7 1.10 D ⁇ b ⁇ 1.25 D and preferably 1.15 D ⁇ b ⁇ 1,20 D.
  • the inner diameter d of the tubes 7 applies in comparison to the maximum Particle diameter c of the bulk material 20, i. to the maximum grain size c of the bulk material 20: double distance 15 c ⁇ d and preferably 10 c ⁇ d.

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Abstract

Eine Vorrichtung zum Temperieren von Schüttgut (20) weist einen Wärme-Austausch-Abschnitt (2) auf, dem ein Puffer-Abschnitt (1) für das Schüttgut (20) vorgeordnet und ein Austrags-Abschnitt (3) nachgeordnet sind. Im Wärme-Austausch-Abschnitt (2) sind in Schwerkraft-Richtung angeordnete Wärmetauscher-Rohre (7) angeordnet. Außerdem münden in den Wärme-Austausch-Abschnitt (2) eine Zuführung (8) und eine Abführung (9) für ein Wärmeträger-Fluid.

Description

Ein solches Temperieren kann in einem Erwärmen oder einem Abkühlen eines Schüttguts bestehen. Wenn eine Wärmezufuhr zum Schüttgut erfolgt, dann kann - wenn dieses noch Träger von Feuchtigkeit ist ― gleichzeitig eine Trocknung stattfinden. Die Feuchtigkeit wird dann mittels eines zugeführten Gases abgeführt. Unter Schüttgütern im Sinne dieser Erfindung werden frei fließfähige Schüttgüter verstanden, wie z. B. Düngemittel, Kunststoffgranulate, Kunststoffpulver oder aber auch Lebensmittel, wie z. B. Kristallzucker.
Beim Erwärmen und Abkühlen von Schüttgütern ist der Wärmetransport vom Schüttgut zum Wärmeträger-Fluid oder umgekehrt durch die geringe thermische Leitfähigkeit des Schüttgutes begrenzt. Zum Temperieren solcher Schüttgüter werden heute Schachtkühler eingesetzt, wie sie beispielsweise in Form eines Platten-Wärmetauschers aus der EP 0 444 338 B 1 bekannt sind. Dabei fließt das Schüttgut unter Schwerkrafteinfluss zwischen mindestens zwei zueinander parallelen Wärmetauscherplatten hindurch. In den Wärmetauscherplatten sind Kanäle für ein geeignetes Kühlmedium ausgebildet. Der Wirkungsgrad eines solches Platten-Wärmetauschers ist ― bezogen auf den konstruktiven Aufwand - sehr schlecht. Dies führt auch zu einer erheblichen Bauhöhe. Weiterhin sind die Reinigungsmöglichkeiten in dem vom Schüttgut beaufschlagten Bereich nicht günstig. Ein solcher Platten-Wärmetauscher macht es erforderlich, dass Einlass-Verteiler und Auslass-Sammler für das Wärmeträger-Fluid vorhanden sein müssen.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Temperieren von Schüttgut zu schaffen, die bei einfachem Aufbau einen hohen Wärmeübergang und eine einfache Reinigung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Dadurch, dass das Schüttgut durch die Wärmetauscher-Rohre geführt wird, sind exakt definierte und leicht zu reinigende, glattwandige Räume vorgegeben, durch die sich das Schüttgut bewegt. Dies führt zu einer einfachen Reinigungsmöglichkeit des Wärme-Austausch-Abschnitts. Die Wärmetauscher-Rohre haben eine ― bezogen auf ihren Querschnitt ― große Fläche sowie hohe Temperaturgradienten von der Rohrmitte zur Rohrwand, sodass ein entsprechend intensiver Wärmeaustausch stattfinden kann. Als Wärmeträger-Fluid können geeignete Flüssigkeiten, wie insbesondere Wasser, aber auch Gase oder Dampf eingesetzt werden. Der Konstruktionsaufwand für die Zufuhr des Wärmeträger-Fluids ist gering, da kein Einlassverteiler bzw. Auslasssammler für das Wärmeträger-Fluid benötigt wird. Ebenfalls ist die Reinigung auf der Seite des Wärmeträger-Fluids einfach durchführbar. Das Schüttgut wird mittels Schwerkraft durch die Wärmetauscher-Rohre geführt. Diese sind in der Regel also senkrecht angeordnet, können aber auch gegenüber der Vertikalen leicht schräg angeordnet sein, solange sichergestellt ist, dass das Schüttgut mittels Schwerkraft durch die Wärmetauscher-Rohre geleitet wird. Damit das Schüttgut störungsfrei durch die Wärmetauscher-Rohre fließt, sollte der Innendurchmesser der Wärmetauscher-Rohre mindestens das vier- bis fünffache der Partikelgröße des Schüttgutes betragen. Hierdurch wird auch eine gründliche Restentleerung der Rohre sichergestellt. Anstelle eines solchen Wärme-Austausch-Abschnitts können hintereinander auch mehrere derartige Abschnitte vorgesehen sein, so dass jeweils zwischen zwei Abschnitten eine Umlagerung des Schüttgutes erfolgt, wodurch das Temperaturprofil, das sich von der Rohrwand bis zum Kern des Schüttguts einstellt, vergleichmäßigt wird. Hierdurch wird im nachfolgenden Wärme-Austausch-Abschnitt der Temperaturgradient an der Rohrwand erhöht und die Temperierung des Schüttguts verbessert.
Dem Wärme-Austausch-Abschnitt, also dem eigentlichen Rohrbündel-Wärmetauscher, kann nach Anspruch 2 in einfacher Weise ein Puffer-Abschnitt für das Schüttgut vorgeordnet und nach Anspruch 3 ein Austrags-Abschnitt nachgeordnet werden. Durch die Weiterbildung nach Anspruch 4 wird in besonders einfacher Weise sichergestellt, dass das Schüttgut den einzelnen Wärmetauscher-Rohren durch Schwerkraft zugeführt wird, ohne dass oberhalb der Wärmetauscher-Rohre Toträume bzw. Totflächen verbleiben, in denen Schüttgut verbleibt, das dem Wärme-Austausch-Prozess nicht unterworfen wird. Durch die besondere Form des Einlauf-Rohrbodens wird zudem eine vollständige Restentleerung der Wärmetauscher-Rohre beim Entleeren des Wärme-Austausch-Abschnitts erreicht. Weiterhin wird eine Brückenbildung des Schüttguts beim Einlauf in die Wärmetauscher-Rohre durch die Trichterform vermieden. Vorteilhafte Bereiche des Öffnungswinkels der Zulauf-Trichter ergeben sich aus Anspruch 5.
Die Weiterbildung nach Anspruch 6 hat zur Folge, dass mit besonders einfachen Mitteln ein besonders wirksamer Wärmeaustausch im Kreuz-Strom stattfindet, und zwar bevorzugt im Kreuz-Gegen-Strom.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 7 wird erreicht, dass eine Umlagerung des Schüttgutes in den Wärmetauscher-Rohren stattfindet und dass im Austrags-Abschnitt, in den Rohren, in den Zulauf-Trichtern sowie im Puffer-Abschnitt oberhalb des Wärmeaustausch-Abschnittes keine Brückenbildung auftritt. Wenn die Gas-Zuführung gemäß Anspruch 8 in Form von Druckstößen erfolgt, sind die geschilderten Effekte besonders wirkungsvoll. Gleichzeitig findet auch noch eine Trocknung des Schüttgutes durch das Druckgas statt, wenn dies erforderlich ist. Im Übrigen kann das Druckgas auch temperiert werden und insoweit zum Temperieren des Schüttgutes beitragen.
Die Maßnahmen nach Anspruch 9 führen zu einer Verbesserung des Wärmeübergangs auf der Seite des Wärmeträger-Fluids, also auf der Außenseite der Wärmetauscher-Rohre. Dieser Effekt tritt insbesondere bei niedrigen Strömungsgeschwindigkeiten des Wärmeträger-Fluids auf, da dessen Strömungsgeschwindigkeit erhöht wird.
Durch die Maßnahme nach Anspruch 10 wird ein besonders kompakter und einfach herzustellender Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung erreicht, der insbesondere auch druckfest für Unter- oder Überdruck ausgeführt werden kann.
Durch die Ausgestaltung nach Anspruch 11 wird der Wärmeübergang innerhalb der Wärmetauscher-Rohre verbessert. Die Ansprüche 12 bis 15 geben hierzu vorteilhafte Einzelheiten wieder.
Durch die vorteilhafte Weiterbildung nach Anspruch 16 können für extrem schlecht fließendes Schüttgut die Fließverhältnisse verbessert werden.
Durch die Weiterbildung nach Anspruch 17 wird ermöglicht, unter anderem eine besonders gute Trocknung des Schüttguts bei Unterdruck zu erzielen.
Die Ausgestaltung nach Anspruch 18 stellt eine vorteilhafte Alternative zur Ausgestaltung nach Anspruch 4 dar.
Die Ansprüche 19 bis 21 geben Maßnahmen wieder, durch die eine optimale Anordnung der Wärmetauscher-Rohre und insbesondere eine besonders dünne Ausgestaltung des Einlauf-Rohrbodens erreicht wird, ohne dass die Gefahr eines nicht optimalen Schüttgut-Flusses oder gar einer nicht optimalen Entleerung des Puffer-Abschnitts gegeben wäre.
Die Angaben im Anspruch 22 gewährleisten, dass einerseits das Schüttgut störungsfrei durch die Wärmetauscher-Rohre fließt, andererseits aber eine möglichst intensive Berührung mit den wärmetauschenden Flächen der Rohre erreicht wird.
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispieles anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1
eine Vorrichtung nach der Erfindung im vertikalen Längsschnitt in schematischer Darstellung,
Fig. 2
einen Querschnitt durch ein Wärmetauscher-Rohr,
Fig. 3
einen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Wärmetauscher-Rohres,
Fig. 4
eine gegenüber Fig. 1 leicht abgewandelte Ausgestaltung der Vorrichtung,
Fig. 5
eine Draufsicht auf einen Einlauf-Rohrboden und
Fig. 6
den Einlauf-Rohrboden nach Fig. 5 in teilweise aufgebrochener Seitenansicht.
Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung zum Temperieren von Schüttgut weist einen oberen Puffer-Abschnitt 1, einen mittleren Wärme-Austausch-Abschnitt 2 und einen unteren Austrags-Abschnitt 3 auf. Die Abschnitte 1, 2, 3 weisen jeweils Kreisquerschnitte auf. Der gehäuseartige, im Wesentlichen umschlossene Puffer-Abschnitt 1 ist mit einem oberen Zulauf-Stutzen 4 zur Zuführung eines zu temperierenden Schüttguts versehen.
Der Wärme-Austausch-Abschnitt 2 weist ein Gehäuse 5 auf, in dessen Innenraum 6 parallel zueinander Wärmetauscher-Rohre 7 jeweils mit Abstand voneinander angeordnet sind. Der Innenraum 6 ist also ein Wärmetausch-Raum.
Benachbart zum Austrags-Abschnitt 3 mündet in den Innenraum 6 des Gehäuses 5 des Wärmeaustausch-Abschnitts 2 ein Zuführ-Stutzen 8 für Wärmeträger-Fluid ein. Benachbart zum Puffer-Abschnitt 1 mündet ein Abführ-Stutzen 9 aus dem Innenraum 6 des Gehäuses 5 aus. Im Innenraum 6 sind Umlenk-Platten 10 jeweils quer zur Längsrichtung der Rohre 7 im Abstand voneinander derart angebracht, dass ein über den Zuführ-Stutzen 8 zugeführtes Wärmeträger-Fluid entsprechend dem Strömungs-RichtungsPfeil 11 mäanderförmig durch den Innenraum 6 jeweils quer zur Längsrichtung der Rohre schrittweise nach oben zum Abführ-Stutzen 9 strömt. Der Wärme-Austausch-Abschnitt 2 ist also für einen Kreuz-Gegen-Strom des Wärmeträger-Fluids ausgelegt. Der Innenraum 6 kann mit einer die Rohre 7 umhüllenden Schüttung 12 aus Glaskugeln, Stahlkugeln und Kunststoffgranulat gefüllt sein, die zur Verbesserung des Wärmeübergangs zwischen dem Wärmeträger-Fluid und den Rohren 7 beiträgt. Die Einfüllung dieser Schüttung in den Innenraum 6 erfolgt über den Abführ-Stutzen 9; eine eventuelle Entnahme erfolgt über den Zufuhr-Stutzen 8. Zur Sicherung der Schüttung im Innenraum 6 sind in den Stutzen 8, 9 herausnehmbare Rückhalte-Siebe 13 angeordnet. Die Größe der Partikel der Schüttung 12 sollte so sein, dass sie nach der Herstellung des Wärme-Austausch-Abschnitts 2 in diesen eingebracht werden können. Die Partikel der Schüttung 12 müssen auf jeden Fall also kleiner sein als der Teilungsabstand der Rohre 7. Die Partikel der Schüttung 12 haben bevorzugt Kugel-, Linsen- oder Zylinderform.
Die Rohre 7 sind oben in einem fest mit dem Gehäuse 5 verbundenen Einlauf-Rohrboden 14 und unten mit einem Auslauf-Rohrboden 15 derart verbunden, dass sie zum Puffer-Abschnitt 1 und zum Austrags-Abschnitt 3 hin offen sind. Zwischen dem Puffer-Abschnitt 1 und dem Wärme-Austausch-Abschnitt 2 einerseits und dem Wärme-Austausch-Abschnitt 2 und dem Austrags-Abschnitt 3 bestehen Flanschverbindungen 16 bzw. 17. Wie der Zeichnung entnehmbar ist, ist der Einlauf-Rohrboden 14 so ausgestaltet, dass jedes Rohr 7 einen sich zum Puffer-Abschnitt 1 hin erweiternden, zum jeweiligen Rohr 7 hin also verengenden Zulauf-Trichter 18 aufweist, wobei benachbarte Trichter 18 wiederum so dimensioniert sind, dass sie sich oben in einer verhältnismäßig scharfen Kante 19 treffen. Die Zulauf-Trichter 18 weisen einen Öffnungswinkel α auf, der mindestens 30° und maximal 120° ist, vorzugsweise aber im Bereich von 40° bis 100° liegt. Hierdurch wird vermieden, dass im Einlauf-Rohrboden 14 zwischen benachbarten Rohren 7 Toträume bzw. Totflächen entstehen, auf denen Schüttgut 20 liegen bleibt, das insbesondere bei der Entleerung des Wärme-Austausch-Abschnittes 2 nicht einem Rohr 7 durch Schwerkraft zugeführt wird und daher auf dem Einlauf-Rohrboden 14 liegen bleibt.
An der Außenseite des Gehäuses 5 sind Vibratoren 21 angebracht, mittels derer der gesamte Wärme-Austausch-Abschnitt 2 und damit die Rohre 7 in Vibrationen versetzt werden, wodurch ein Wärmeübergang auf der Innenseite der Rohre 7, also zwischen diesen und dem Schüttgut 20 verbessert wird.
Der Austrags-Abschnitt 3 ist in Form eines sich nach unten verjüngenden kegelförmigen Trichters ausgebildet. Eine solche Form bewirkt, dass das Schüttgut 20 im Austrags-Abschnitt 3 an allen Stellen eines beliebig ausgewählten Querschnitts mit nahezu der gleichen Geschwindigkeit fließt, wobei bei dieser Betrachtung der unmittelbare Wandbereich nicht berücksichtigt wird, da hier immer eine Verzögerung durch Wandreibung eintritt. Als Austrags-Einrichtung ist eine Zellenradschleuse 22 vorgesehen, deren Gehäuse 23 über ein Fallrohr 24 mit dem Austrags-Abschnitt 3 verbunden ist. Im Gehäuse 23 ist ein Zellenrad 25 angeordnet, das von einem Motor 26 drehantreibbar ist. Der Motor 26 wird von einem Füllstands-Melder 27 angesteuert, der wiederum den Füllstand des Schüttgutes 20 im Puffer-Abschnitt erfasst.
In den trichterförmigen Austrags-Abschnitt 3 mündet eine Zuführ-Leitung 28 für ein Gas ein. An diese Leitung 28 ist ein kleiner Druckbehälter 29 angeschlossen, dem in der Leitung 28 ein Absperrorgan 30 vorgeordnet und ein Absperrorgan 31 nachgeordnet ist. Nach Öffnen des Absperrorgans 30 kann bei geschlossenem Absperrorgan 31 der Druckbehälter 29 mit Druckgas gefüllt werden. Bei geschlossenem Absperrorgan 30 kann durch Öffnen des Absperrorgans 31 unter entsprechendem Entleeren des Druckbehälters 29 ein Druckgas-Strom in den trichterförmigen Austrags-Abschnitt 3 gegeben werden. Das Druckgas steigt nach oben und bewirkt eine Umlagerung des Schüttgutes in den Wärmetauscher-Rohren 7 und damit eine Verbesserung des Wärmeübergangs. Gleichzeitig bewirkt das Gas eine Trocknung des Schüttguts 20, falls möglich. Selbstverständlich können auch beide Absperr-Organe 30 und 31 geöffnet sein, um eine kontinuierliche Gaszufuhr zu ermöglichen. Damit das zugeführte Gas aus der Vorrichtung auch wieder austreten kann, ist an der Oberseite des Puffer-Abschnitts 1 ein Abgas-Stutzen 36 vorgesehen.
Im Fallrohr 24 ist eine Leitfläche 33 ausgebildet, die das Schüttgut 20 aus dem Austrags-Abschnitt 3 zur aufdrehenden Seite des in Drehrichtung 34 drehangetriebenen Zellenrades 25 leitet. Mit anderen Worten heißt dies, dass der über die Leitfläche 33 gerichtete Schüttgut-Strom bereits in vollem Umfang auf eine Zelle 35 des Zellenrades 25 gerichtet wird, wenn die Zelle 35 bei der Drehung in Drehrichtung 34 zum Fallrohr 24 hin geöffnet wird. Hiermit wird ein gleichmäßiger Abzug des Schüttgutes 20 über dem gesamten Zulaufquerschnitt der Zellenrad-Schleuse 22 sichergestellt.
Wie Figur 2 entnehmbar ist, können die Wärmetauscher-Rohre 7 in Längsrichtung durchgehende Innen-Rippen 37 aufweisen, sodass in jedem Rohr 7 selber wieder mehrere Kanäle 38 gebildet werden, die in der Rohrmitte miteinander verbunden sind. Wie Fig. 3 entnehmbar ist, können Innen-Rippen 37' sich auch in der Rohrmitte treffen, so dass ein einfach geteiltes Rohr 7 bei zwei sich gegenüberliegenden Innen-Rippen 37' oder ein Stemrohr bei drei oder mehr Innen-Rippen 37' entsteht. Die Kanäle 38' sind hierbei völlig voneinander getrennt. Selbstverständlich kann das Rohr 7 auch Innen-Rippen 37', die sich in der Rohrmitte treffen, und andere Innen-Rippen 37, die lediglich in das Schüttgut 20 hineinragen, aufweisen.
Die Zahl der Innen-Rippen 37, 37' beträgt 2 bis 12 und insbesondere 3 bis 8. Die Innen-Rippen 37, 37' sind in gleichen Winkelabständen am Umfang des Rohres 7 verteilt angeordnet. Die Innen-Rippen 37 oder 37' können geradlinig verlaufen oder aber auch drallförmig, d. h. schraubenlinienförmig.
Derartige Rohre 7 mit Innen-Rippen 37, 37' bestehen in der Regel aus Aluminium und werden im Strangpressverfahren hergestellt. Aluminium, aber auch Bundmetall, wie z. B. Kupfer, haben gegenüber Edelstahl den Vorteil einer um das 3- bis 4-fach höheren Wärmeleitfähigkeit. Durch die Innen-Rippen 37, 37' werden auch die Wärmeübergangsflächen gegenüber einem einfachen zylindrischen Rohr 7 stark vergrößert und gleichzeitig die Wärmeleit-Strecken für die Zu- oder Abführung der Wärme vom Rohr 7 in das Schüttgut 20 stark verkürzt.
Die Ausgestaltung nach Fig. 4 unterscheidet sich von der nach Fig. 1 dadurch, dass die Vorrichtung mit Unterdruck betrieben werden kann. Die gesamte Vorrichtung ist daher an ein Saug-Gebläse 39 angeschlossen, das dem Puffer-Abschnitt 1, den Innenraum der Wärmetauscher-Rohre 7 und den Austrags-Abschnitt 3 mit Teil-Vakuum beaufschlagt. Damit dieses gehalten werden kann, erfolgt die Zuführung des Schüttgutes 20 zum Zulauf-Stutzen 4 mittels einer im Wesentlichen vakuumdichten ZuführEinrichtung in Form einer Zellenrad-Schleuse 40. Diese Schleuse 40 und die Zellenrad-Schleuse 22 schließen die gesamte Vorrichtung druckdicht ab. Eine Gaszuführung und ein Abgas-Stutzen sind naturgemäß hierbei nicht notwendig. Bei dieser Ausführungsform ist der Einlauf-Rohrboden 14 vereinfacht, nämlich eben, ausgebildet; er weist also nicht die Zulauf-Trichter 18 auf. Damit trotzdem eine vollständige Entleerung möglich ist, sind ein oder mehrere Luft-Zuführ-Düsen 41 im Puffer-Abschnitt 1 angeordnet, durch die Luft zur Restentleerung beziehungsweise Reinigung des Einlauf-Rohrbodens 14' eingeblasen werden kann. Außerdem sind Wasch-Düsen 42 im Puffer-Abschnitt 1 vorgesehen, durch die eine Waschflüssigkeit, in der Regel also Wasser, zugeführt werden kann, um den Puffer-Abschnitt 1, die Wärmetauscher-Rohre 7 und den Austrags-Abschnitt 3 von anhaftenden Stäuben zu reinigen. Im Übrigen stimmen die Ausführungen nach den Fig. 1 und 4 überein.
Wie sich aus den Figuren 5 und 6 ergibt, weist ein in Fig. 1 nur schematischer dargestellter Rohrboden 14 kreisförmige Eintritts-Öffnungen 43 für die Rohre 7 auf, die auf strichpunktiert angedeuteten Teilkreisen 44, 45, 46 um die Mittel-Längs-Achse 47 des Gehäuses 5 angeordnet sind. Der Einlauf-Rohrboden 14 ist also kreisförmig ausgebildet; entsprechend ist das Gehäuse 5 kreiszylindrisch ausgebildet. Wie anschaulich aus Fig. 5 hervorgeht, hat diese Anordnung der Eintritts-Öffnungen 43 auf Teilkreisen 44, 45, 46 den Vorteil, dass die Zulauf-Trichter 18 - selbst im Bereich des äußeren Randes 48 des Rohrbodens 14 - Bereiche eines größeren Abstands zu diesem Rand 48 oder zu einem benachbarten Zulauf-Trichter aufweisen. Dies hat zur Konsequenz, dass bei Einhaltung des oben angegebenen Bereichs für den Öffnungswinkel α der Rohrboden 14 verhältnismäßig dünn ausgebildet werden kann.
Der Durchmesser der Eintritts-Öffnungen entspricht im Wesentlichen dem Außendurchmesser d der Rohre 7. Für den Teilungsabstand a radial benachbarter Öffnungen 41 und damit Rohre 7 gilt 1,1 D ≤ a ≤ 1,25 D und vorzugsweise 1,15 D ≤ a ≤ 1,20 D. In gleicher Weise gilt für den Teilungsabstand b in tangentialer Richtung zwischen benachbarten Öffnungen 43 und damit Rohren 7: 1,10 D ≤ b ≤ 1,25 D und vorzugsweise 1,15 D ≤ b < 1,20 D.
Für den Innendurchmesser d der Rohre 7 gilt im Vergleich zum maximalen Partikel-Durchmesser c des Schüttguts 20, d.h. zur maximalen Korngröße c des Schüttguts 20: Doppelter Abstand 15 c ≤ d und bevorzugt 10 c ≤ d.

Claims (22)

  1. Vorrichtung zum Temperieren von Schüttgut (20)
    mit einem ein Gehäuse (5) aufweisenden Wärme-Austausch-Abschnitt (2),
    mit in dem Gehäuse (5) in Schwerkraft-Richtung angeordneten Wärmetauscher-Rohren (7),
    mit einer in das Gehäuse (5) einmündenden Zuführung (8) für ein Wärmeträger-Fluid,
    mit einer aus dem Gehäuse (5) ausmündenden Abführung (9) für das Wärmeträger-Fluid,
    mit einem am oberen Ende der Rohre (7) angeordneten Schüttgut-Einlauf zur Zuführung des Schüttguts (20) in die Rohre (7) und
    mit einem am unteren Ende der Rohre (7) vorgesehenen Auslauf für das Schüttgut (20).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem oberen Ende der Wärmetauscher-Rohre (7) ein Puffer-Abschnitt (1) für das Schüttgut (20) vorgeordnet ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem unteren Ende der Wärmetauscher-Rohre (7) ein Austrags-Abschnitt (3) für das Schüttgut (20) nachgeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Rohre (7) an ihrem oberen Ende in einem Einlauf-Rohrboden (14) gehalten sind, der in die einzelnen Rohre (7) mündende, sich nach oben erweiternde Zulauf-Trichter (18) aufweist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zulauf-Trichter (18) einen Öffnungswinkel (α) aufweisen, für den gilt: 30° ≤ α ≤ 120° und vorzugsweise 40° ≤ α ≤ 100°.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (5) des Wärme-Austausch-Abschnitts (2) UmlenkEinrichtungen vorgesehen sind, die das Wärmeträger-Fluid mäanderförmig an den Wärmetauscher-Rohren (7) entlang führen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Austrags-Abschnitt (3) mindestens eine Druckgas-Zuführung einmündet.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Druckgas-Zuführung zur Zuführung von Gas-Druckstößen ausgebildet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäuse (5) des Wärme-Austausch-Abschnitts (2) eine die Wärmetauscher-Rohre (7) umhüllende Schüttung (12) vorgesehen ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest der Wärme-Austausch-Abschnitt (2) Kreisquerschnitt aufweist.
  11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Rohre (7) mit in ihrer Längsrichtung verlaufenden Innen-Rippen (37, 37') versehen sind.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Innen-Rippen (37) frei zur Rohrmitte hin vorstehen.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Innen-Rippen (37') in der Rohrmitte miteinander verbunden sind.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass 2 bis 12 und vorzugsweise 3 bis 8 Innen-Rippen (37, 37') vorgesehen sind.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Innen-Rippen (37, 37') gleichmäßig am Umfang des Rohres (7) verteilt angeordnet sind.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass am Wärme-Austausch-Abschnitt (2) mindestens ein Vibrator (21) angeordnet ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und 9 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass sie mit Teil-Vakuum beaufschlagbar ist.
  18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3 und 6 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmetauscher-Rohre (7) an ihrem oberen Ende an einem Einlauf-Rohrboden (14') gehalten sind, der im Wesentlichen eben ausgebildet ist, und
    dass oberhalb des Einlauf-Rohrbodens (14') im Puffer-Abschnitt (1) mindestens eine Luft-Düse (41) zum Freiblasen des Einlauf-Rohrbodens (14') von Schüttgut (20) vorgesehen ist.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass im Einlauf-Rohrboden (14) Eintritts-Öffnungen (43) für die Wärmetauscher-Rohre (7) ausgebildet sind, die auf Teilkreisen (44, 45, 46) um eine Mittel-Längs-Achse (47) des Gehäuses (5) angeordnet sind.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verhältnis von Außendurchmesser (D) der Wärmetauscher-Rohre (7) und Teilungsabstand (a) radial benachbarter Rohre (7) gilt: 1,10 D ≤ a ≤ 1,25 D und bevorzugt 1,15 D ≤ a ≤ 1,20 D.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass für das Verhältnis von Außendurchmesser (D) der Wärmetauscher-Rohre (7) und Teilungsabstand (b) tangential benachbarter Rohre (7) gilt: 1,10 D ≤ b ≤ 1,25 D und bevorzugt 1,15 D ≤ b ≤ 1,20 D.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für den Innendurchmesser (d) der Wärmetauscher-Rohre (7) im Verhältnis zum maximalen Durchmesser (c) von Partikeln des Schüttguts (20) gilt: 15 c ≤ d und bevorzugt 10 c ≤ d.
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