SK150999A3

SK150999A3 - Enhanced heat transfer system

Info

Publication number: SK150999A3
Application number: SK1509-99A
Authority: SK
Inventors: David Stewart Conochie
Original assignee: Kfx Inc
Priority date: 1997-05-07
Filing date: 1998-05-06
Publication date: 2000-06-12
Also published as: US6185841B1; ZA983791B; HUP0002621A2; CN1257574A; CA2288926C; HU222827B1; CN1109873C; CO4780057A1; WO1998050743A8; UA46900C2; TR199902747T2; GEP20033103B; HUP0002621A3; WO1998050743A1; CA2288926A1; PL336636A1; KR20010012387A; JP2001524149A; PL187114B1; AUPO663297A0

Description

Systém prenosu tepla

Oblasť techniky

Vynález sa týka spracovania určitej dávky alebo vsádzky pevného materiálu prostredníctvom ohrievania alebo ochladzovania tohto pevného materiálu.

Vynález sa týka najmä, ale nie výlučne, spracovávania dávky pevného materiálu, ktorá má nízku tepelnú vodivosť, a to za podmienok, zahŕňajúcich vysoké teploty a vysoké tlaky.

Vynález sa najmä týka:

(i) obohacovania alebo tiež zušľachťovania uhlíkatých materiálov, obvykle uhlia, a to za podmienok, zahŕňajúcich vysoké teploty a vysoké tlaky na účely zvýšenia britskej tepelnej jednotky BTU týchto uhlíkatých materiálov prostredníctvom odstraňovania vody z týchto uhlíkatých materiálov; a (ii) ochladzovania ohriatych uhlíkatých materiálov.

Doterajší stav techniky

V patentovom spise US 5 290 523 (Koppelman) je opísaný spôsob obohacovania alebo tiež zušľachťovania uhlia prostredníctvom súčasného uplatňovania teploty a tlaku.

V tomto spise je opisované tepelné odvodňovanie uhlia prostredníctvom ohrievania uhlia v podmienkach, zahŕňajúcich zvýšenú teplotu a zvýšený tlak, a to za účelom dosiahnutia fyzikálnych zmien v uhlí, ktoré vedú na to, že je voda z uhlia odstraňovaná prostredníctvom vytlačovacej reakcie.

V uvedenom patentovom spise je rovnako opisované udržiavanie tlaku na dostatočne vysokej úrovni počas zušlachtovacieho alebo obohacovacieho procesu tak, že vediajši produkt, ktorým je voda, je získavaný najmä v tekutom stave, a nie ako para.

V tomto patentovom spise sú rovnako opisované možnosti volby rôznych zariadení na uskutočňovanie zušlachtovacieho alebo obohacovacieho procesu. Všeobecne sú tieto volby založené na využívaní tlakovej nádoby, ktorá sa skladá z obráteného kuželovitého vstupu, z valcovitého telesa, z kuželovitého výstupu a zo sústavy zvisle alebo vodorovne umiestnených teplosmenných rúrok, umiestnených v uvedenom valcovitom telese.

V jednom návrhu na využitie zariadenia hore uvedeného Koppelmenovho typu sú zvisle umiestnené rúrky a výstupný koniec naplnené uhlím, pričom je sem vháňaný dusík za účelom zvýšenia tlaku v rúrkach a na výstupnom konci. Uhlie je ohrievané prostredníctvom nepriamej výmeny tepla s teplosmennou tekutinou, privádzanou do valcovitého

I telesa na vonkajšej strane uvedených rúrok.

Ďalej je prenos tepla zvyšovaný prostredníctvom privádzania vody do rúrok, ktorá nasledovne vytvára paru, ktorá pôsobí ako teplosmenná tekutina. Kombinácia prostredia zvýšeného tlaku a zvýšenej teploty spôsobuje vyparovanie určitej časti vody z uhlia, pričom potom určitá časť vody kondenzuje ako kvapalina. Časť pary, vytváranej po pridaní vody, rovnako kondenzuje ako kvapalina v dôsledku zvýšeného tlaku.

Para, ktorá neskondenzovala, a ktorá vytvára prebytok voči požiadavkám na optimálne natlakovanie náplňového lôžka, musí byt odvádzaná. Okrem toho sa tu vyvíjajú neskondenzovateľné plyny (napríklad CO a C0₂), ktoré musia byt rovnako odvádzané. Z výstupného konca je rovnako pravidelne odvádzaná kvapalina. A konečne po uplynutí dopredu stanovenej doby je nádoba odtlakovaná a zušľachtené alebo tiež obohatené uhlie je odvádzané na výstupnom konci a nasledovne je ochladzované.

Medzinárodná prihláška vynálezu PCT/AU 98/00005 s názvom Reaktor, medzinárodná prihláška vynálezu PCT/AU 98/00142 s názvom Spracovateľská nádoba a spôsob spracovávania náplni materiálu, a medzinárodná prihláška vynálezu PCT/AU 98/00204 s názvom Oddeľovanie kvapalín, plynov a pevných látok, sú všetky vedené na meno prihlasovateľa, opisujú okrem iného zdokonalený spôsob zušľachťovania alebo obohacovania uhlia prostredníctvom súčasného uplatňovania teploty a tlaku, ktorý je zdokonalený voči spôsobu, opisovanému v hore zmienenom Koppelmanovom patentovom spise US 5 290 523.

Opisy všetkých hore uvedených medzinárodných prihlášok vynálezov sú tu uvádzané vo forme odkazu.

Medzinárodná prihláška vynálezu PCT/AU 98/00142 je najmä relevantná voči predmetu tohto vynálezu.

Táto medzinárodná prihláška vynálezu opisuje, že prihlasovateľ zistil, že zvýšený prenos tepla je možné dosiahnúť pri ohrievaní alebo ochladzovaní náplni uhlia alebo iného pevného materiálu, majúceho nízku tepelnú vodivosť, v tlakovej nádobe prostredníctvom využívania pracovnej tekutiny, ktorá je nútená prúdiť touto tlakovou nádobou od vstupného konca k výstupnému koncu v dôsledku uplatňovania tlaku, a ktorá je recirkulovaná k vstupnému koncu.

Výhodné doporučované uskutočnenie, znázornené na vyobrazení podľa obr. 7 hore uvedenej medzinárodnej prihlášky vynálezu, je založené na využívaní odstredivého vetráka, umiestneného na vonkajšej strane tlakovej nádoby, ako prostriedkov na uplatňovanie požadovaného tlaku za účelom vytvárania prúdenia pracovnej tekutiny.

Podstata vynálezu

Úlohou tohto vynálezu je vyvinúť zdokonalený spôsob a zdokonalené zariadenie na zušľachťovanie alebo obohacovanie uhlia prostredníctvom súčasného uplatňovania teploty a tlaku, pričom tento spôsob a toto zariadenie musí vykazovať výrazné výhody voči riešeniam podľa hore uvedeného Koppelmanovho patentového spisu a podľa hore uvedených medzinárodných prihlášok vynálezov.

V súlade s predmetom tohto vynálezu bol vyvinutý spôsob ohrievania alebo chladenia pevného materiálu v spracovateľskej nádobe, ktorý obsahuje:

(a) privádzanie dávky pevného materiálu do nádoby za účelom vytvorenia náplňového lôžka,

ϋ. . .

(b) privádzanie pracovnej tekutiny do nádoby, (c) ohrievanie alebo chladenie pevného materiálu prostredníctvom tepelnej výmeny s teplosmennou tekutinou cez vnútorné teplosmenné povrchové plochy v náplňovom lôžku, pričom dochádza na nepriamu teplosmennou tekutinou a náplňou a tekutinou a pracovnou tekutinou, a výmenu tepla medzi medzi teplosmennou pričom dochádza na priamu výmenu tepla medzi pracovnou tekutinou a náplňou, a (d) zvyšovanie tepelnej výmeny počas ohrievacieho alebo chladiaceho kroku (c) prostredníctvom spätného prúdenia pracovnej tekutiny v dôsledku:

(i) zaistenia prúdenia pracovnej tekutiny v prvom smere počas doby prvého časového úseku, (ii) zaistenie prúdenia pracovnej tekutiny v druhom smere počas doby druhého časového úseku, a (iii) opakovanie krokov (i) a (ii).

Hore uvádzaný krok (d) na zvyšovanie tepelnej výmeny bude v ďalšom označovaný ako spätné prúdenie pracovnej tekutiny.

Je výhodné, keď je druhý smer opačný voči prvému smeru.

Predmet tohto vynálezu je založený na tom, že realizácia spätného prúdenia pracovnej tekutiny môže výrazne zvýšiť nepriamu tepelnú výmenu medzi teplosmennou tekutinou a pevným materiálom, a že energetické požiadavky na spätné prúdenie pracovnej tekutiny sú pomerne nízke.

Je výhodné, keď spôsob ďalej obsahuje zvyšovanie tlaku v náplňovom lôžku pred alebo počas ohrievacieho alebo chladiaceho kroku (c) pomocou z vonkajšku privádzaného plynu, vo vnútri vytváranej pary, alebo oboma týmito spôsobmi.

Zvlášť je výhodné, keď spôsob ďalej obsahuje zvyšovanie tlaku v náplňovom lôžku pred alebo počas ohrievacieho alebo chladiaceho kroku (c) na prevádzkový tlak až do 800 psig.

Je výhodné, keď je pracovnou tekutinou plyn.

Za situácie, kedy je pracovnou tekutinou plyn, potom v dôsledku toho, že pracovná tekutina je stlačiteľná a náplňové lôžko je odolné proti prúdeniu, bude určitá časť prúdenia uložená ako stlačený plyn v nádobe (a v ďalších pridružených potrubiach). Rozsah tohto kapacitného účinku závisí na celom rade faktorov, ako je napríklad veľkosť častíc v náplňovom lôžku, prevádzkový tlak, hmotnostné prúdenie, kmitočet alebo stlačiteľný objem. Je výhodné, aby bol systém usporiadaný tak, že je kapacitný efekt prepočítaný na množstvo menšie, ako 10 % hmotnostného prúdenia pracovnej tekutiny.

Je výhodné, pokiaľ pracovný plyn neprechádza fázovými zmenami za prevádzkových podmienok tohto spôsobu. Tu je nutné poznamenať, že v niektorých prípadoch môže byt výhodné využívať pracovný plyn, ktorý obsahuje kondenzovateľné zložky.

Plyny, ktoré môžu byť využívané ako pracovný plyn, zahŕňajú kyslík, dusík, paru, SO₂, CO₂, uhľovodíky, vzácne plyny, chladivá a ich zmesi.

Je výhodné, ked pracovná tekutina nereaguje s náplňovým lôžkom.

Rovnako je výhodné, aby kmitočet spätného prúdenia bol menší, ako 10 Hz, a ešte výhodnejšie menší, ako 3 Hz. Obzvlášť výhodné potom je, aby kmitočet spätného prúdenia bol menší ako 2 Hz.

Trvanie prvého a druhého časového úseku spätného prúdenia môže byť rovnaké, takže nedochádza na žiadne sieťové prúdenie pracovnej tekutiny v nádobe.

Alternatívne môže byť trvanie prvého a druhého časového úseku rozdielne, takže dochádza na sietové prúdenie pracovnej tekutiny v nádobe, v dôsledku čoho vzniká sieťové cirkulačné prúdenie pracovnej tekutiny v nádobe.

Spätné prúdenie pracovnej tekutiny môže byt tvorené celým radom následných krokov s prúdením v druhom smere, ktoré bezprostredne nasleduje po prúdení v prvom smere, pričom tieto kroky sa môžu bezprostredne po sebe opakovať.

Spätné prúdenie pracovnej tekutiny môže rovnako vykazovať akékoľvek vhodné zmeny. Medzi obrátením prúdu medzi prvým a druhým smerom môže byť napríklad prestávka. Ako ďalší príklad je možné uviesť, že prestávka môže byť po prúdení v jednom smere a potom po ďalšom prúdení v rovnakom smere pred obrátením prúdenia do opačného smeru.

Ako ešte ďalší príklad je možné uviesť, že je možné využiť prúdenie v jednom smere, po ktorom nasleduje prestávka, a potom dochádza na prúdenie v rovnakom smere. V dôsledku týchto variácií vzniká sieťové obehové prúdenie pracovnej tekutiny v nádobe.

Ako už bolo hore uvedené, je predmet tohto vynálezu zameraný najmä na ohrievanie a chladenie uhlíkatého materiálu, obvykle uhlia. Pri využívaní spôsobu na tieto účely je výhodné, kedí krok ohrievania obsahuje:

(a) ohrievanie uhlíkatého materiálu na teplotu Tj prostredníctvom nepriamej tepelnej výmeny s teplosmennou tekutinou a bez zvyšovania tepelnej výmeny obrátením prúdu pracovnej tekutiny, a (b) ohrievanie uhlíkatého materiálu na vyššiu teplotu T₂ prostredníctvom nepriamej tepelnej výmeny s teplosmennou tekutinou a prostredníctvom zvyšovania tepelnej výmeny pomocou obrátenia prúdu pracovnej tekutiny.

Je najmä výhodné, keď ohrievací krok obsahuje:

(a) ohrievanie uhlíkatého materiálu na teplotu Τθ prostredníctvom nepriamej tepelnej výmeny s teplosmennou tekutinou a prostredníctvom zvyšovania tepelnej výmeny pomocou obrátenia prúdu pracovnej tekutiny, (b) ohrievanie uhlíkatého materiálu na vyššiu teplotu Tj prostredníctvom nepriamej tepelnej výmeny s teplosmennou tekutinou a bez zvyšovania tepelnej výmeny pomocou obrátenia prúdu pracovnej tekutiny, a (c) ohrievanie uhlíkatého materiálu na vyššiu teplotu T₂ prostredníctvom nepriamej tepelnej výmeny s teplosmennou tekutinou a prostredníctvom zvyšovania tepelnej výmeny pomocou obrátenia prúdu pracovnej tekutiny.

Je výhodné, keď sa teplota Τθ približne rovná teplote, pri ktorej vylučovať z uhlíkatého materiálu.

rovná alebo sa sa začne voda

Je výhodné, keď sa teplota T-^ rovná alebo sa približne rovná bodu varu vody pri prevádzkovom tlaku v tlakovej nádobe.

Rovnako je výhodné, keď je obrátené prúdenie pracovnej tekutiny zaisťované prostredníctvom čerpadlového ústrojenstva.

Je výhodné, keď čerpadlové ústrojenstvo obsahuje:

(a) skriňu čerpadla, (b) piest, klzné uložený v skrini čerpadla a rozdeľujúci túto skriňu čerpadla na prvú komoru a na druhú komoru, pričom každá z týchto komôr je vybavená otvorom na zaistenie prúdenia pracovnej tekutiny do komory a z komory, (c) prostriedky na zaisťovanie osového pohybu piesta v opačných smeroch v skrini čerpadla za účelom zväčšovania objemu v jednej z komôr a zmenšovania objemu v druhej z komôr, (d) potrubie, pripojené na každý otvor komory, pričom každé potrubie je vybavené vstupom/výstupom v nádobe, a vstupom/výstupom potrubia z prvej komory, ktoré sú vzdialené od vstupu/výstupu potrubia z druhej komory.

Je možné si ľahko uvedomiť, že s hore opísaným umiestnením osového pohybu piesta je v jednom smere čerpaná pracovná tekutina z prvej komory do nádoby prostredníctvom pridruženého vstupu/výstupu, pričom je odčerpávaná pracovná tekutina z nádoby do druhej komory prostredníctvom pridruženého vstupu/výstupu.

Okrem toho nasledujúci osový pohyb piesta v opačnom smere čerpá pracovnú kvapalinu z druhej komory do nádoby prostredníctvom pridruženého vstupu/výstupu a odčerpáva pracovnú kvapalinu z nádoby do prvej komory prostredníctvom pridruženého vstupu/výstupu. Postupný osový pohyb piesta v opačných smeroch spôsobuje postupné obrátenie prúdenia pracovnej tekutiny v nádobe.

Výsledky počítačovej modelovej práce, urobené prihlasovateľom, ukazujú, že hmotnostné prietokové množstvo pracovnej kvapaliny na jednotku prierezovej plochy náplňového lôžka je hlavným rozhodujúcim činiteľom množstva preneseného tepla. Za situácie, kedy je obrátené prúdenie pracovnej tekutiny zaisťované čerpacím ústrojenstvom, opisovaným hore pod bodmi (a) až (d), tak faktormi, ktoré ovplyvňujú hmotnostné prietokové množstvo pracovnej tekutiny, zahŕňajú také skutočnosti, ako je kmitočet spätného prúdenia, zdvihový objem komôr, rýchlosť piesta alebo hustota pracovnej tekutiny, pričom sa ale uvedené faktory neobmedzujú len na tieto skutočnosti. Je si možné ľahko predstaviť, že tieto faktory môžu byť zvolené podľa požiadaviek na dané umiestnenie tlakovej nádoby za účelom maximalizácie množstva prenášaného tepla na danú tlakovú nádobu.

Čerpacie ústrojenstvo môže byť umiestnené vo vnútri alebo na vonkajšej strane tlakovej nádoby.

Pokiaľ je čerpacie ústrojenstvo umiestnené vo vnútri nádoby, môže byt čerpadlová skriňa v akomkoľvek vhodnom mieste tejto nádoby. Čerpadlová skriňa môže byť napríklad umiestnená v hornom úseku nádoby. Keď uvedieme iný príklad, môže byt čerpadlová skriňa umiestnená v spodnom úseku nádoby a môže byť čiastočne alebo celkom ponorená vo vode, vylučovanej z pevného materiálu v priebehu prevádzkovania daného spôsobu.

Keď je čerpacie ústrojenstvo umiestnené na vonkajšej strane nádoby, môže byť čerpadlová skriňa umiestnená v akomkoľvek vhodnom mieste, čerpadlová skriňa môže byť napríklad umiestnená tak, že jedna z komôr je čiastočne alebo celkom naplnená vodou, vylučovanou z pevného materiálu v priebehu prevádzkovania daného spôsobu.

Je výhodné, keď sú vstupy/výstupy prvej a druhej komory od seba vzdialené v osovom smere v nádobe tak, že vo všeobecnom zmysle (a majúc na pamäti lokalizáciu krivolakého alebo tiež kľukatého prúdenia pracovnej tekutiny okolo pevného materiálu v náplňovom lôžku) je obrátené prúdenie v náplňovom lôžku axiálne.

Je výhodné, keď sú vstupy/výstupy prvej a druhej komory umiestnené príslušne v hornom a v spodnom úseku nádoby.

Je výhodné, keď je väčší počet čerpadlových ústrojenstiev umiestnený v sérii so vstupmi/výstupmi, rozmiestnenými pozdĺž dĺžky náplňového lôžka, takže každé čerpadlové ústrojenstvo zaisťuje spätné prúdenie v odlišnom osovom úseku náplňového lôžka. S týmto umiestnením je výhodné, keď priliehajúce čerpadlové ústrojenstvo je umiestnené tak, aby pracovalo mimo fázu za účelom vytvárania spätného prúdenia pracovnej tekutiny.

V alternatívnom uskutočnení je výhodné, keď je väčší počet čerpadlových ústrojenstiev umiestnený paralelne.

V ďalšom variante hore opísaného čerpadlového ústrojenstva je miesto piest poháňajúcich prostriedkov, umiestnených za účelom poháňania piesta striedavo v opačných smeroch v čerpadlovej skrini, obzvlášť výhodné, aby boli prostriedky na poháňanie piesta umiestnené tak, že poháňajú piest len v jednom smere. Tento jednočinný variant sa opiera o stlačitelnosť pracovnej tekutiny v nádobe (alebo v pridruženej komore, prepojenej s nádobou) za účelom uchovávania pracovnej tekutiny pri zvýšenom tlaku a za účelom poháňania spätného chodu piesta.

V takomto jednočinnom variante je výhodné, ked čerpadlové ústrojenstvo obsahuje:

(a) skriňu čerpadla, (b) piest, klzné uložený v skrini čerpadla, pričom skriňa čerpadla a piest vymedzujú piestovú komoru, táto piestová komora je vybavená otvorom na pracovnú tekutinu, ktorým táto pracovná tekutina prúdi do komory a z komory, (c) prostriedky na zaisťovanie osového pohybu piesta za účelom zvyšovania objemu komory a v dôsledku toho vytlačovania pracovnej tekutiny z komory, a (d) potrubie, pripojené na otvor komory a vybavené vstupom/výstupom v nádobe.

V súlade s predmetom tohto vynálezu bolo rovnako vyvinuté zariadenie na ohrievanie a chladenie náplne pevného materiálu, a toto zariadenie obsahuje:

(a) nádrž, vymedzujúcu vnútorný objemový priestor, pričom je táto nádrž vybavená:

(i) vstupným koncom, vybaveným vstupom na pevný materiál, a (ii) výstupným koncom, vybaveným výstupom na pevný materiál, (b) väčší počet teplosmenných plôch v nádrži, ~~ (c) prostriedky na privádzanie teplosmennej tekutiny do nádrže na ohrievanie alebo chladenie pevného materiálu v nádrži prostredníctvom nepriamej tepelnej výmeny pomocou teplosmenných plôch, (d) prostriedky na zvyšovanie tepelnej výmeny počas ohrievania alebo chladenia prostredníctvom zaisťovania spätného prúdenia pracovnej tekutiny (i) zaistenie prúdenia pracovnej tekutiny v styku s pevným materiálom v nádobe v prvom smere počas prvého časového úseku, (ii) zaistenie prúdenia pracovnej tekutiny v styku s pevným materiálom v nádobe v druhom smere počas druhého časového úseku, pričom uvedený druhý smer je opačný v porovnaní s prvým smerom, a (iii) nasledovné obrátenie prúdenia pracovnej tekutiny počas prvého a druhého časového úseku.

Je výhodné, keď hore uvedené zariadenie ďalej obsahuje prostriedky na privádzanie tekutiny za účelom zvyšovania tlaku v nádobe.

I

Rovnako je výhodné, ked prostriedky na zaisťovanie spätného prúdenia pracovnej tekutiny obsahujú hore opisované čerpadlové ústrojenstvo.

Prehľad obrázkov na výkrese

Predmetný vynález bude dalej podrobnejšie vysvetlený na príklade jeho uskutočnenia, ktorého opis bude podaný s prihliadnutím na priložený jediný obrázok, na ktorom je znázornená schematická zhotovenia zariadenia na podľa tohto vynálezu.

bloková ohrievanie schéma pevného výhodného materiálu

Príklad uskutočnenia vynálezu

Nasledujúci opis sa týka oblasti obohacovania alebo tiež zušľachťovania uhlia. Je ale nutné poznamenať, že predmet tohto vynálezu sa neobmedzuje len na toto uplatnenie a vzťahuje sa aj na spracovávanie akýchkoľvek iných vhodných pevných materiálov.

Ako je znázornené na pripojenom obrázku, tak predmetné zariadenie obsahuje tlakovú nádobu 80. ktorá je vybavená obráteným kužeľovitým vstupom 62, ďalej valcovité teleso 64, kužeľovitý výstup 66 a sústavu zvisle umiestnených teplosmenných dosák 83., umiestnených vo valcovitom telese 64 a v kužeľovitom výstupe 66.

Teplosmenné dosky 83 sú takého typu, aký je opísaný v medzinárodnej patentovej prihláške PCT/AU 98/00005, pričom obsahujú kanáliky a rozvodné potrubia (na vyobrazení neznázornené) na teplosmennú tekutinu, ako je napríklad olej.

Kúželovitý vstup 62 obsahuje:

(i) ventilové ústrojenstvo 88 na umožnenie privádzania uhlia do tlakovej nádoby 80 za účelom vytvorenia náplňového lôžka v tlakovej nádobe 80;

(ii) vstupné prostriedky 91 na vstup plyriTT alebo tiež kvapaliny na účely privádzania pracovného plynu do tlakovej nádoby 80 za účelom zvýšenia tepelnej výmeny, a na účely privádzania plynu alebo tiež kvapaliny za účelom zvýšenia tlaku v tlakovej nádobe 80; a (iii) výstup 90 plynu na umožnenie odvádzania plynu z tlakovej nádoby 80, pokial tlak v tejto tlakovej nádobe 80 dosiahne dopredu stanovenú hodnotu.

Kúželovitý výstup 66 obsahuje ventil 85 na umožnenie odvádzania spracovaného uhlia z tlakovej nádoby 80, a ďalej výstup 92 plynu alebo tiež kvapaliny na odvádzanie plynu a kvapaliny z tlakovej nádoby 80.

Jedno uskutočnenie kužeľovitého výstupu 66 na oblasť oddelovania plynu, kvapaliny a pevných látok, je opísané v medzinárodnej patentovej prihláške PCT/AU 98/00204.

Zariadenie je prispôsobené na spracovávanie uhlia v určitých dávkach alebo vsádzkach. Je ale nutné zdôrazniť, že predmet tohto vynálezu nie je obmedzený len na takéto uplatnenia a vztahuje sa rovnako na kontinuálne spracovávanie uhlia (alebo iného pevného materiálu).

Zariadenie ďalej obsahuje prostriedky na zvýšenie tepelnej výmeny medzi teplosmennou tekutinou, prúdiacou kanálmi (na vyobrazení neznázornené) v teplosmenných doskách 83, a uhlím v náplňovom lôžku 93 prostredníctvom prispôso- bovania spätného prúdenia pracovnej tekutiny v tlakovej nádobe 80. V kontexte výhodného uskutočnenia predmetu tohto vynálezu je uvedeným spätným prúdením postupný pohyb pracovného plynu smerom hore a dole v náplňovom lôžku 93 v pomerne krátkych časových úsekoch.

Tu je nutné poznamenať, že v opise používané výrazy hore a dole na pohyb pracovného plynu je nutné chápať vo všeobecnom zmysle, a že umiestnenie uhlia v náplňovom lôžku 93 spôsobuje, že sa pracovný plyn pohybuje po krivolakej a kľukatej ceste na miestnej úrovni.

V každom prípade ale, ako už bolo hore uvedené, prihlasovateľ zistil počítačovou modelovou prácou, že spätné prúdenie pracovného plynu v tlakovej nádobe 18 výrazne zvyšuje prenos tepla na podobnú úroveň s úrovňou, ktorá je dosahovaná prostredníctvom cirkulačného alebo tiež obehového prúdenia pracovnej tekutiny, ako je navrhované v medzinárodnej patentovej prihláške PCT/AU 98/00142. Počítačovou modelovou prácou bolo najmä zistené, že spätné prúdenie s pomerne nízkym kmitočtom (s výhodou menším ako 10 Hz, ešte výhodnejšie menším ako 3 HZ, obvykle potom s veľkosťou 2 Hz) vedie na optimálne zvýšenie prenosu tepla pri spracovávaní uhlia.

Prostriedky na zvýšenie tepelnej výmeny obsahujú čerpadlové ústrojenstvo, ktoré zahŕňa dvojčinný piest 101. umiestnený v čerpadlovej skrini 100. Tento dvojčinný piest 101 rozdeľuje čerpadlovú skriňu 100 na dve komory 72 a 74.

Dvojčinný piest 101 je prostredníctvom spojovacej tyče 103 pripojený na hydraulické ústrojenstvo 102 s piestom a valcom s dlhým zdvihom, ktoré je poháňané hydraulickým čerpadlom 107.

Toto hydraulické čerpadlo 107 môže byť poháňané akýmikoľvek vhodnými prostriedkami. Ako príklad je možné uviesť, že hydraulické čerpadlo 7 môže byť poháňané aspoň čiastočne prostredníctvom tlaku plynu, odvádzaného z tlakovej nádoby 80 výstupom 90 plynu.

Hydraulická tekutina je privádzaná do hydraulického ústrojenstva 102 s piestom a valcom prostredníctvom potrubia 106. Umiestnenie je také, že hydraulické čerpadlo 107 spôsobuje pohyb dvojčinného piesta 101. a to striedavo smerom dole a hore v čerpadlovej skrini 100. v dôsledku čoho je striedavo zväčšovaný a zmenšovaný objem komôr 72 a 21.

Komora 72 je pripojená na kužeľovitý vstup 62 tlakovej nádoby 80 prostredníctvom potrubia 104. zatiaľ čo komora 74 je pripojená na kužeľovitý výstup 66 tlakovej nádoby 80 prostredníctvom potrubia 95.

Umiestnenie je také, že za prevádzky pohyb dvojčinného piesta 101: ¹ (i) vytlačuje pracovný plyn z komory 72 do kužeľovitého vstupu 62 tlakovej nádoby 80, čím sa objem komory 72 zmenšuje; a (ii) nasáva pracovný plyn do komory 74 z kužeľovitého výstupu 66 tlakovej nádoby 80, čím sa objem komory 74 zväčšuje.

··

Podobne potom následný pohyb dvojčinného piesta 101 smerom dole vytlačuje pracovný plyn z komory 74 do kužeľovitého výstupu 66 tlakovej nádoby 80, čím sa objem komory 74 zmenšuje, a nasáva pracovný plyn do komory 72 z kužeľovitého vstupu 62 tlakovej nádoby 80, čím sa objem komory 72 zväčšuje.

Sieťový efekt striedavého pohybu dvojčinného piesta 101 smerom hore a dole spôsobuje striedavé prúdenie smerom dole a hore (to je spätné prúdenie) pracovného plynu v tlakovej nádobe 80.

Využitie spätného prúdenia pracovného plynu má celý rad výhod. Napríklad požiadavky na vybavenie na dosiahnutie spätného prúdenia môžu byť oveľa menej náročné, ako je tomu v cirkulačnom obehovom prúdení pracovného plynu, dosahovaného prostredníctvom odstredivého vetráka, ako je navrhované v medzinárodnej patentovej prihláške PCT/AU 98/00142.

Ako príklad je ústrojenstvo, znázornené bezventilové pozitívne minimálnymi požiadavkami v ktorom je možné očakávať, žiadnu údržbu.

možné uviest, na obrázku, premiestňovacie že čerpacie môže tvoriť čerpadlo s na vysokotlakové tesnenie, že nebude vyžadovať v podstate

Vo výhodnom uskutočnení spôsobu podľa tohto vynálezu na ohrievanie uhlia s využitím zariadenia, znázorneného na priloženom obrázku, je náplňové lôžko 93 uhlia vytvárané v tlakovej nádobe 80 privádzaním dávky alebo vsádzky uhlia prostredníctvom vstupného ventilu 88 a privádzaním pracovného plynu prostredníctvom vstupu 91 na privádzanie plynu alebo tiež kvapaliny. V dôsledku toho je tlaková nádoba 80 natlakovaná prostredníctvom privádzania vhodného plynu vstupom 91 na privádzanie plynu alebo tiež kvapaliny, pričom teplosmenná tekutina so zvýšenou teplotou prechádza cez kanály (na vyobrazení neznázornené) v teplosmenných doskách 83.

V dôsledku hore uvedeného umiestnenia je uhlie ohrievané a voda je vytlačovaná z uhlia prostredníctvom mechanizmov, opísaných Koppelmanom a v hore uvedených medzinárodných patentových prihláškach.

V prvej etape, ešte pred tým, ako je voda vypudená z uhlia, pracuje čerpadlové ústrojenstvo za účelom spôsobenia spätného prúdenia pracovného plynu v tlakovej nádobe 80 za účelom zvýšenia prenosu tepla.

V druhej etape, v ktorej priebehu je voda vypudzovaná z uhlia prostredníctvom vytláčacích mechanizmov, nie je spätné prúdenie pracovného plynu vyžadované, a preto nie je čerpadlové ústrojenstvo v prevádzke.

V tretej etape, to je po podstatnom odstránení vody z uhlia, je čerpadlové ústrojenstvo v prevádzke za účelom zvýšenia prenosu tepla prostredníctvom spätného prúdenia pracovného plynu až je uhlie ohriate na konečnú · teplotu jeho spracovania.

V hore opísanom výhodnom uskutočnení predmetu tohto vynálezu je možné robiť celý rad rôznych modifikácií tak, aby nedošlo na únik z myšlienky a rozsahu ochrany predmetu tohto vynálezu.

Ako príklad je možné uviesť, že aj keď výhodné uskutočnenie prostriedkov na zvyšovanie tepelnej výmeny, ktoré bolo hore opísané, obsahuje dvojčinný piest 101. umiestnený v čerpadlovej skrini 100 na vonkajšej strane tlakovej nádoby 80, pričom je táto čerpadlová skriňa 100 pripojená na horný a dolný úsek tlakovej nádoby 80, je možné si ľahko predstaviť, že predmet tohto vynálezu sa neobmedzuje len na hore uvedené vytvorenie, ale že sa vzťahuje na akékoľvek vhodné ústrojenstvo, ktoré je schopné spôsobiť spätné alebo tiež vratné prúdenie pracovnej tekutiny.

Vhodné alternatívy zahŕňajú:

(i) väčší počet ústrojenstiev na spätné prúdenie, zapojených paralelne a pracujúcich vo fáze;

(ii) samopoháňacie ústrojenstvo na spätné prúdenie, ktoré používa na poháňanie piesta pracovnú tekutinu;

(iii) jediné pripojenie na tlakovú nádobu za účelom vytvárania spätného prúdenia prostredníctvom ukladania pracovnej tekutiny v náplňovom lôžku a v komore na vzdialenom konci od náplňového lôžka;

(iv) uplatnenie ventilov v čerpadlovom ústrojenstve za účelom jeho zjednodušenia;

(v) uplatnenie nespätného jednosmerného ventilu v dvojčinnom pieste na umožnenie toku spätného prúdenia, ktoré môže byť využité na zvýšenie odvádzania z náplňového lôžka pomocou prúdenia pracovnej tekutiny; a (vi) čerpadlo so samostatnými ventilovými prostriedkami na vytváranie spätného prúdenia.

Ako ďalší príklad je možné uviesť, že v rámci rozsahu tohto vynálezu je spätné prúdenie, ktoré je spôsobované prostredníctvom iných prostriedkov, ako sú hore opisované voľby, založené na využití čerpadiel. Jednou takou alternatívou je znižovanie a/alebo zvyšovanie tlaku v tlakovej nádobe 80 prostredníctvom vodnej injektáže a príslušného odvetrávania tlakovej nádoby 80.

A konečne ako ďalší príklad je možné uviesť, že aj ked je výhodné vytvorenie hore opisovaných prostriedkov na zvýšenie výmeny tepla, opisované vo vzťahu k jedinej tlakovej nádobe 80, je možné si veľmi ľahko predstaviť, že predmet tohto vynálezu nie je obmedzený len na takéto uskutočnenie, ale že sa vzťahuje rovnako aj na také umiestnenia, v ktorých sú prostriedky na zvyšovanie tepelnej výmeny pripojené k celej sérii tlakových nádob 80.

Claims

1. Spôsob ohrievania alebo chladenia pevného materiálu v spracovateľskej nádobe , vyznačujúci sa tým, že obsahuje:

(a) privádzanie dávky pevného materiálu do nádoby za účelom vytvorenia náplňového lôžka, (b) privádzanie pracovnej tekutiny do nádoby, (c) ohrievanie alebo chladenie pevného materiálu prostredníctvom tepelnej výmeny s teplosmennou tekutinou cez vnútorné teplosmenné povrchové polochy v náplňovom lôžku, pričom dochádza na nepriamu teplosmennou tekutinou a náplňou a tekutinou a pracovnou tekutinou, a výmenu tepla medzi medzi teplosmennou pričom dochádza na priamu výmenu tepla medzi pracovnou tekutinou a náplňou, a (d) zvyšovanie tepelnej výmeny počas ohrievacieho alebo chladiaceho kroku (c) prostredníctvom spätného prúdenia pracovnej tekutiny v dôsledku:

2. Spôsob podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým, že druhý smer je opačný voči prvému smeru.

3. Spôsob podlá nároku 1 alebo 2 , vyznaču júci sa tým, že dalej obsahuje zvyšovanie tlaku v náplňovom lôžku pred alebo počas ohrievacieho alebo chladiaceho kroku (c) pomocou z vonkajška privádzaného plynu, vo vnútri vytváranej pary, alebo oboma týmito spôsobmi.

4. Spôsob podlá ktoréhokolvek z predchádzajúcich nárokov , vyznačujúci sa tým, že pracovnou tekutinou je plyn.

5. Spôsob podlá ktoréhokolvek z predchádzajúcich nárokov , vyznačujúci sa tým, že kmitočet spätného prúdenia je menší ako 10 Hz.

6. Spôsob podlá nároku 5, vyznačujúci sa tým, že kmitočet spätného prúdenia je menší ako 3 Hz.

7. Spôsob podlá ktoréhokolvek z predchádzajúcich nárokov , vyznačujúci sa tým, že doba trvania prvého časového úseku a druhého časového úseku spätného prúdenia je rovnaká, takže nedochádza k sieťovému prúdeniu pracovnej tekutiny v nádobe.

8. Spôsob podlá vyznačujúci vého časového úseku ktoréhokolvek z nárokov 1 až 6 , sa tým, že doba trvania pra druhého časového úseku spätného prúdenia je rozdielna, takže dochádza na sieťové prúdenie pracovnej tekutiny v nádobe, čo vytvára sietové cirkulačné prúdenie pracovnej tekutiny v nádobe.

9. Spôsob podlá ktoréhokolvek z predchádzajúcich nárokov , vyznačujúci sa tým, že na spätné prúdenie pracovnej tekutiny dochádza v celej sérii nasledujúcich krokov s prúdením v druhom smere okamžite nasledujúcim po prúdení v prvom smere, pričom sú tieto kroky bezprostredne po sebe opakované.

10. Spôsob podlá ktoréhokoívek z nárokov 1 až 8 , vyznačujúci sa tým, že medzi prúdením v prvom smere a prúdením v druhom smere je prestávka.

11. Spôsob podlá ktoréhokoívek z nárokov 1 až 8 , vyznačujúci sa tým, že prestávka je po prúdení v jednom smere a potom po ďalšom prúdení v rovnakom smere pred obrátením prúdenia do opačného smeru.

12. Zariadenie na ohrievanie alebo chladenie dávky náplni pevného materiálu , vyznačujúce sa tým, že obsahuje:

(i) vstupným koncom, vybaveným vstupom na pevný materiál, a (ii) výstupným koncom, vybaveným výstupom na pevný materiál, (b) väčší počet teplosmenných plôch v nádrži, (c) prostriedky na privádzanie teplosmennej tekutiny do nádrži na ohrievanie alebo chladenie pevného materiálu v nádrži prostredníctvom nepriamej tepelnej výmeny pomocou teplosmenných plôch, (d) prostriedky na zvyšovanie tepelnej výmeny počas ohrievania alebo chladenia prostredníctvom zaisťovania spätného prúdenia pracovnej tekutiny (i) zaistenie prúdenia pracovnej tekutiny v styku s pevným materiálom v nádobe v prvom smere počas prvého časového úseku, (ii) zaistenie prúdenia pracovnej tekutiny v styku s pevným materiálom v nádobe v druhom smere^ počas druhého časového úseku, a (iii) následné obrátenie prúdenia pracovnej tekutiny počas prvého a druhého časového úseku.

13. Zariadenie podľa nároku 12, vyznačujúce sa tým, že ďalej obsahuje prostriedky na privádzanie tekutiny za účelom zvyšovania tlaku v nádobe.

14. Zariadenie podľa nároku 12 alebo 13 , vyznačujúce sa tým, že prostriedky na zaisťovanie spätného prúdenia pracovnej kvapaliny obsahujú čerpadlové ústrojenstvo.

15. Zariadenie podľa nároku 14, vyznačujúce sa tým, že čerpadlové ústrojenstvo obsahuje:

16. Zariadenie podľa nároku 15, vyznačujúce sa tým, že čerpadlové ústrojenstvo je umiestnené na vonkajšej strane nádoby.

17. Zariadenie podľa nároku 15, vyznačujúce sa tým, že čerpadlové ústrojenstvo je umiestnené vo vnútri nádoby.

18. Zariadenie podľa nároku 17, vyznačujúce sa tým, že vstupy/výstupy prvej a druhej komory sú umiestnené vzdialene osovo v nádobe tak, že všeobecný zmysel spätného prúdenia v náplňovom lôžku je axiálny.

19. Zariadenie podľa nároku 18, vyznačujúce sa tým,že vstupy/výstupy prvej a druhej komory sú umiestnené v hornom a v spodnom úseku nádoby.

20. Zariadenie podľa nároku 18, vyznačujúce sa tým, že obsahuje väčší počet čerpadlových ústrojenstiev, umiestnených v sérii so vstupmi/výstupmi, rozmiestnenými pozdĺž dĺžky náplňového lôžka, takže každé čerpadlové ústrojenstvo zaisťuje spätné prúdenie v odlišnom osovom úseku náplňového lôžka.

21. Zariadenie podľa nároku 20, vyznačujúce sa tým, že priliehajúce čerpadlové ústrojenstvá sú umiestnené tak, že pracujú mimo fázu za účelom zaisťovania spätného prúdenia pracovnej tekutiny.

22. Zariadenie podľa nároku 18, vyznačujúce sa tým, že obsahuje väčší počet čerpadlových ústrojenstiev, umiestnených paralelne.