WO2020097657A1 - Wirbelschichtanlage und verfahren zum fördern einer feststoffschüttung - Google Patents

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fluidized
solid
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Markus Haider
Karl SCHWAIGER
Peter Steiner
Martin Hämmerle
David WÜNSCH
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Technische Universität Wien
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/14—Thermal energy storage

Definitions

  • the invention relates to a fluidized bed system comprising:
  • the second storage container being connected to the first storage container via the fluidized bed channel.
  • the invention further relates to a method for conveying a solid bed from a first storage container via a fluidized bed channel to a second storage container.
  • a bed of solid particles is referred to as a fluidized bed, which is brought into a fluidized state by an upward flow of a fluidizing gas.
  • a nozzle bottom is provided, through which the fluidizing gas is introduced from an underlying wind box into the reactor space, in order to generate the fluidized bed there by swirling up the solid bed (see AT 515 810 A1).
  • fluidized bed heat exchangers can be realized with this, in which heat exchanger elements are immersed in the fluidized bed in order to heat or cool the fluidized solid by heat exchange with the working medium within the heat exchanger.
  • an air cushion can be formed above the fluidized bed, which depresses the level of the fluidized bed in this area. In this way, excessive level differences can be reduced.
  • WO 2018/085872 A1 describes a method and a heat store for storing thermal energy, wherein a bed of microcapsules with a phase change material is arranged in a first storage tank, transported from the first storage tank to a fluidized bed module and fluidized in the fluidized bed module. A heat exchange takes place between the bed in the fluidized state and a first fluid flow within a first heat exchanger element. The bed is then transported from the fluidized bed module into the second storage container.
  • US 2016/272864 A1 shows a method for producing pellets from phase change material.
  • the method includes providing a melt composition and shaping it and processing it into PCM pellets.
  • US 2017/159503 A1 discloses a system and a method for heat exchange between a fluid and heat storage particles.
  • the exchange system comprises an exchange zone in which the fluid and the heat storage particles flow in a fluidized bed as countercurrent and crossflow.
  • a disadvantage of the prior art is the promotion of Schüttgu tes from the storage containers in the fluidized bed channel.
  • pneumatic conveyance has been provided, which, however, disadvantageously has very high gas speeds and therefore a high auxiliary energy requirement brings itself.
  • the transport (exhaust) air causes high thermal losses when transporting hot particles.
  • Another disadvantage is that the required solid-gas separation, for example with the aid of a cyclone, is complex and in many cases is not completely successful.
  • mechanical particle conveyors were used. On the one hand, these have high investment costs and, on the other hand, they increase the risk of system failure.
  • the object of the invention is to alleviate or eliminate at least individual disadvantages of the prior art.
  • the invention is therefore particularly aimed at creating a fluidized bed system and a method of the type mentioned at the outset with which the bulk material is conveyed in the fluidized bed channel is improved.
  • a fluidization device in particular a nozzle floor extending from the first storage tank via the fluidized bed channel to the second storage tank, for introducing a fluidizing gas into the fluidized bed channel, into the first storage tank and into the second storage tank,
  • a first valve for setting a first pressure of the fluidizing gas in the first storage container
  • a second valve for setting a second pressure of the fluidizing gas in the second storage tank so that by setting a pressure difference between the first pressure in the first storage tank and the second Pressure in the second storage container, the solid bed can be conveyed in the fluidized state from the first storage container via the fluidized bed channel to the second storage container.
  • a flow of the bulk material in the fluidized state, preferably at least essentially in sections, in the fluidized state can be generated from the first storage container along the fluidized bed channel into the second storage container (or in the opposite direction).
  • the first pressure of the fluidizing gas in the first fluidizing gas space can be set to a value different from the atmospheric pressure.
  • the second pressure of the fluidizing gas in the second fluidizing gas space can be set to a value different from the atmospheric pressure with the aid of the second valve.
  • the particle exchange between the first storage container and the second storage container can therefore be accomplished without a separate pneumatic or mechanical particle conveyor.
  • the fluidized bed system serves as a fluidized bed heat exchanger (or fluidized bed regenerator). It is advantageous here that the capacity of the fluidized bed regenerator can be increased or that its power and capacity can be decoupled.
  • the performance is determined by the heat exchanger area, while the capacity is determined by the size of the storage container.
  • the storage capacity or cycle duration can therefore be flexibly adjusted for a given performance.
  • the embodiment according to the invention offers significant advantages. In particular, an essentially continuous process can be achieved instead of a batch or batch process.
  • the first storage container preferably has a first ceiling to which the first valve is connected.
  • the second storage container preferably has a second ceiling to which the second valve is connected.
  • the first storage container has a first funnel section which is connected to the fluidized bed channel via a first passage opening on the underside of the first funnel section and / or the second storage container has a second funnel section which has a second passage opening at the Bottom of the second funnel section with the fluidized bed channel is connected ver.
  • the first funnel section is particularly preferably arranged at a lower end of the first storage container and / or the second funnel section is arranged at a lower end of the second storage container.
  • the first and / or second storage container can thereby be completely or at least largely emptied, since due to the funnel shape no or only a small amount of solid material remains at the lower end of the first and / or second storage container after emptying.
  • the first and / or second passage opening on the underside results in a favorable flow of the fluidizing gas from the first storage tank via the fluidized bed channel to the second storage tank.
  • the cross section of the first and / or second passage opening is preferably circular.
  • the first and / or the second passage opening is preferably arranged horizontally when the fluidized bed system is in use.
  • the first storage container has a first cylinder section above the first funnel section and / or the second storage container has a second cylinder section above the second funnel section.
  • the cross section of the first and / or the second funnel section is advantageously circular, as a result of which an upper edge of the first funnel section adjoins a lower edge of the first cylinder section and / or an upper edge of the second funnel section adjoins a lower edge of the second cylinder section.
  • the central axis of the first cylinder section is congruent with the central axis of the first funnel section and the central axis of the first circular passage opening, as a result of which the first cylinder section, the first funnel section and the first passage opening are arranged axially symmetrically.
  • the central axis of the second cylinder section can correspond to the central axis of the second
  • a first compensating pipe is accommodated in the interior of the first storage container, the first compensating pipe being open at the bottom, preferably at the top.
  • a second compensation pipe is in the interior of the second storage container added, the second compensating tube is open downwards, preferably upwards.
  • the fluidization device in particular in the form of the nozzle base, is designed to bring the solid bed in the first storage container in the inner region enclosed by the first compensating pipe richly into a more fluidized state than in the outer region lying outside the first compensating pipe
  • the fluidization device in particular in the form of the nozzle base, preferably designed to bring the solid bed in the second storage container in the inner region enclosed by the second compensating tube into a more fluidized state than in the outer region lying outside the second compensating tube.
  • the first and / or the second compensating tube is preferably arranged substantially vertically, the first and / or the second compensating tube preferably having a circular cross section.
  • the central axes of the first compensating tube, the first cylinder section and the first passage opening are congruent.
  • the center lines of the second compensation tube, the second cylinder section and the second passage opening can be congruent.
  • the bulk material in the inner region of the first or second compensating tube is advantageously fluidized in a favorable manner.
  • the first or two equalizing tubes preferably have a smaller diameter than the first or second cylinder section.
  • the ratio between the inner diameters of the first or second compensating tube and the first or second cylinder section is preferably between 1: 5 and 1: 500, in particular between 1:20 and 1: 200.
  • the first compensating tube extends downward from the first cylinder section in the first funnel section and / or the second compensating tube down from the second cylinder section into the second funnel section.
  • the bulk material in the inner region of the first or second compensating tube can be fluidized with the aid of the nozzle base and transported from the first or second storage container into the fluidized bed channel without large quantities of uncontrolled bulk material from the outer region of the first or second compensating tube in the first or second second funnel region and further into the first or second passage opening.
  • the first or second compensating tube preferably extends over at least 25% of the height of the first or
  • first or second cylinder section preferably substantially over the entire height of the first or second cylinder section, in order to enable controlled fluidization of the bulk material in the first region of the first or second compensating tube in the case of large bulk material heights in the first or second storage container.
  • the first equalizing tube on the jacket has at least one first equalizing opening for the passage of the solid from the outer area outside the first equalizing tube into the inner area within the first equalizing tube.
  • the second compensation tube on the jacket preferably has at least one second compensation opening for the passage of the solid from the outer region outside the second compensation tube into the interior area within the second compensation tube.
  • the bulk material can pass from the inner region of the first or second compensating pipe through the first or second compensating opening into the second region of the first or second compensating pipe.
  • the first equalization opening of the first compensation tube in the first storage container and the second compensation opening of the second compensation tube in the second storage container face each other.
  • a slot preferably a vertical slot, is provided as the first and / or second compensation opening.
  • the first compensation opening extends over more than half the length, preferably over substantially the entire length, of the first compensation tube.
  • the second compensation opening extends over more than half the length, preferably over substantially the entire length, of the second compensation tube.
  • a plurality of first compensation openings preferably slots, in particular horizontal slots, spaced apart in the vertical direction and / or a plurality of second compensation openings, preferably slots, in particular horizontal slots, spaced apart in the vertical direction are provided.
  • one or more horizontal slots extend only over part of the circumference, preferably over substantially a third of the circumference.
  • the cross-sectional area of the first passage opening is substantially the same size as the cross-sectional area of the first compensating tube and / or if the cross-sectional area of the second passage opening of the second storage container is substantially the same as the cross-sectional area of the second compensating tube, in order to optimize the fluidization in the interior of the first or second compensating tube lubricate.
  • a third valve for setting a third pressure is provided in the fluidized bed channel.
  • a third fluidizing gas space is formed in the fluidized bed channel above the solid bed in the fluidized state.
  • a pressure gradient can be formed particularly precisely along the route from the first storage tank via the fluidized bed channel to the second storage tank.
  • several valves can be provided for setting several stepwise increasing or decreasing pressures along the fluidized bed container.
  • the fluidized bed channel preferably has a third ceiling to which the third valve is connected.
  • the flow of the solid bed between the first storage tank and the second storage tank can be adjusted even more precisely if the fluidized bed channel has at least a first longitudinal section and a second longitudinal section separated by an underflow weir, a fourth valve for setting a fourth pressure in the fluidized bed channel is provided, with the first longitudinal section being associated with the third valve and the second longitudinal section with the fourth valve.
  • the underflow weir is underflowed by the solid material flow in the fluidized state.
  • a resistance plate in particular a resistance sheet, can be provided.
  • differences in level of the solid bed during transport through the fluidized bed channel can be reduced.
  • a first receptacle volume of the first storage container and / or a second receptacle volume of the second storage container is a multiple, in particular by a multiple, larger than a third receptacle volume of the fluidized bed channel, which is seen in the flow direction between the first Storage container and the second storage container is located.
  • the bulk can therefore be conveyed well in the fluidized state from the comparatively large-volume first storage container into the fluidized-bed channel and from there to the second storage container.
  • a further fluidized bed channel is connected separately from the fluidized bed channel on one side to the first storage container and on the other side to the second storage container.
  • the first and the second storage container are connected to one another via two fluidized bed channels, which are preferably completely separated from one another.
  • This embodiment is advantageous, for example, when the fluidized bed channel and the further fluidized bed channel are to be designed for different applications in which the same first and second storage containers are to be used in each case.
  • a heat exchanger projecting into the fluidized bed channel and / or a heating element, in particular a heating electrode, is provided.
  • the arrangement of the heat exchanger means that the fluidized bed system described above can be used as a fluidized bed heat exchanger.
  • the heating element for heating the fixed bulk material can be provided, in particular to enable intermediate storage of electrical energy.
  • the heat exchanger is connected to a Stir ling engine, so that the solid bed can be used as a heat source for the Stirling engine.
  • a Stirling engine has a structure which is well known in the prior art and in which a working medium passes through a closed cycle.
  • the hermetically sealed working medium usually a gas such as helium
  • first cylinder closed room
  • second cylinder closed room
  • the energy heat supply for the conversion of internal or thermal energy into mechanical energy (i.e. wave work) works indirectly via a hot gas heat exchanger, which in this embodiment is immersed in the fluidized bed channel.
  • the fuel is introduced directly into the displacement space together with the oxygen carrier, the fuel is oxidized and the exhaust gas is removed again.
  • the Stirling engine is a heat engine.
  • the indirect heat exchange has the advantage that the heat transfer medium or the heat source does not come into direct contact with mechanically sensitive (movable) components, which greatly reduces the risk of corrosion.
  • heat energy stored in the solid bed can be converted via the heat exchanger into mechanical energy of the Stirling engine, which can be connected to a generator.
  • This version is particularly suitable for a "power to heat to power” concept, in which heat is first generated using electricity and the stored heat is converted into electricity when required. This creates an advantageous opportunity for electricity from renewable energies in Save times of surpluses in the solid bed and feed them into the power grid if necessary.
  • a heating element in particular a heating electrode, is provided in the fluidized bed channel, with which the solid bed can be heated when it is transported through the fluidized bed channel.
  • a feed device for supplying hot gas into the fluidized bed channel above the nozzle base is provided.
  • the supply of the hot gas can heat up the particles of the solid bed.
  • the hot gas is designed as a heat source for the heat exchanger of the Stirling engine, the fluidized bed layer in the fluidized bed channel allowing heat transfer from the hot gas to the working medium of the heat exchanger.
  • the fluidized solid bed acts as a dynamic fin to optimize the heat exchange.
  • the heat exchanger in a preferred embodiment is arranged in a first region and the supply device for the hot gas is arranged in a second region of the fluidized bed channel, with a particularly plate-shaped guide element delimits the first area from the second area.
  • a particularly plate-shaped guide element delimits the first area from the second area.
  • the plate-shaped guide element is arranged in the fluidized-bed channel in such a way that a passage opening between the first region with the heat exchanger and the second region with the feed device is opened.
  • the guide element is preferably arranged substantially perpendicular to the bottom of the nozzle.
  • the passage opening between the second area with the supply device for the hot gas and the first area with the heat exchanger for the Stirling engine is preferably formed between a lower edge of the guide element and the nozzle base and / or above an upper edge of the guide element.
  • the solid bed consists of microencapsulated latent storage particles.
  • a nozzle base is preferably provided, which extends over at least part of the horizontal extent of the first storage container, the fluidized bed channel and the second storage container.
  • the location and direction information relate to the operating state of the fluidized bed system.
  • Fig. 1 is a schematic view of a fluidized bed system according to the invention with a first and a second storage tank ter for a solid bed and an intervening th fluidized bed channel, the solid bed being conveyed in the fluidized state from the first storage tank via the fluidized bed channel to the second storage tank;
  • FIG. 2 shows the fluidized bed system according to FIG. 1 in plan view
  • 3 shows a further fluidized bed installation according to the invention in plan view
  • FIG. 4 shows an embodiment variant of the first storage container with a first compensating tube which has a plurality of transverse slots
  • Fig. 5 shows a further embodiment of the first Speicherbe container, in which the first compensating tube has a Chen Chen wesentli Chen extending over the entire length of the longitudinal slot;
  • FIG. 8 the fluidized bed system according to FIG. 7 in plan view
  • FIGS. 7 and 8 shows the fluidized bed installation according to FIGS. 7 and 8 in cross section
  • FIG. 11 shows a further embodiment of the fluidized bed system.
  • Fig. 1 shows a fluidized bed system 1 with a first storage tank 2 and a second storage tank 3, in each of which particulate solids of a solid bed 4 are accommodated.
  • a solid bed 4 For example, sand particles can be provided as solids.
  • the second storage container 3 is connected to the first storage container 2 via a fluidized bed channel 5.
  • Solids of the solid bed 4 are also arranged in the fluidized bed channel 5.
  • the fluidized bed system 1 has a fluidization device on the underside with a nozzle base 6 for introducing a fluidization gas.
  • the Nozzle base 6 extends in the horizontal direction from below half of the first storage container 2 over the length of the fluidized-bed channel 5 to the second storage container 3.
  • the nozzle base 6 can be designed in a conventional manner. Accordingly, as described in AT 515 810 A1, the nozzle base can have a wind box and a double-bottomed nozzle base arranged above it, which comprises a base plate provided with a plurality of nozzles and an overlying distributor plate which define a gas space therebetween.
  • the double-bottomed nozzle plate can be a continuous nozzle plate with a porous or perforated distributor plate.
  • the gas space of the nozzle bottom can be divided into a plurality of compartments by means of a plurality of walls between the base plate and the distributor plate.
  • the first storage container 2 has a horizontal, circular ge first passage opening 43.
  • the two-th storage container 3 has a horizontal, circular second passage opening 44.
  • the first storage container 2 has a first funnel section 45 which is arranged at a lower end of the first storage container 2 above the first opening 43.
  • the second storage container 3 has a second funnel section 46, which is arranged at a lower end of the second storage container 3 above the second opening 44.
  • Above the first 45 or second 46 funnel section the first 2 or second 3 storage containers have a first 47 or second 48 cylinder section, the first 45 or second 46 funnel section on a lower edge of the first 47 or second 48 cylinder section borders.
  • a first compensating tube 41 is received in the interior of the first storage container 2, the first compensating tube 41 being open at the bottom and at the top.
  • a second compensating tube 49 is taken up in the interior of the second storage container 3, the second compensating tube 49 down and down is open at the top.
  • the first compensating tube 41 has at least one compensating opening 42 on the jacket. 1, a plurality of first equalization openings 42 spaced apart in the vertical direction are provided, which are formed as horizontal slots in the embodiment according to FIG. 1.
  • the second compensating tube 49 on the jacket has a plurality of spaced vertically spaced second equalizing openings 50, which in the embodiment according to FIG. 1 are formed as horizontal slots which extend over substantially one third of the circumference of the second equalizing tube 49.
  • the ratio between the diameters of the first 41 or second 49 compensating tube and the first 47 or second 48 cylinder section is essentially 1: 5 in the embodiment shown.
  • the first 41 or second 49 compensating tube extends downwards from the first 47 or second 48 cylinder section into the first 45 or second 46 funnel section and over the entire height of the first 47 or second 48 cylinder section in order to accommodate large bulk material heights in the first second or second 3 storage containers to enable controlled fluidization of the bulk material in the interior of the first 41 or second 49 compensating tube.
  • the central axes of the first cylinder section 47, the first funnel section 45, the first compensating tube 41 and the central axis of the first circular passage opening 43 are congruent, as a result of which the first cylinder section 47, the first funnel section 45, the first compensating pipe 41 and the first passage opening 43 are arranged axially symmetrically .
  • the central axes of the second cylinder section 48, the second funnel section 46, the second compensating tube 49 and the central axis of the second circular passage opening 44 are congruent.
  • the first storage container 2 has a first blanket 7, the second storage container 3 a second blanket 8 and the fluidized bed channel 5 a third blanket 9.
  • a first valve 10 for adjustment a first gas pressure p 1 in a first fluidizing gas space 2 a in the first storage container 2.
  • a second valve 11 for setting a second gas pressure p2 in a second fluidizing gas space 3a is seen in the second storage container 3.
  • the fluidized bed channel 5 has in the embodiment shown a first longitudinal section 12 and a second longitudinal section 13, which are separated by an underflow weir 14.
  • a third valve 15 for setting a third gas pressure p3 in a third fluidizing gas space 12a in the first longitudinal section 12 of the fluidized bed channel 5 and a fourth valve 16 for setting a fourth gas pressure p4 in a fourth fluidizing gas space 13a in the second longitudinal section 13 of the fluidized bed channel 5 is provided.
  • the first valve 10, the second valve 11, the third valve 15 and the fourth valve 16 can be designed as conventional pressure control valves.
  • the nozzle base 6 is connected to a fluidizing gas supply 17, which is shown symbolically in FIG. 1.
  • the fluidizing gas is introduced by means of the fluidizing gas supply 17 via the nozzle base 6 into the first storage tank 2, into the fluidized bed channel 5 and into the second storage tank 3 and leaves the first storage tank 2 via the first valve 10, the second storage tank 3 via the second valve 11, the first longitudinal section 12 of the fluidized bed channel 5 via the third valve 15 and the second longitudinal section 13 of the fluidized bed channel 5 via the fourth valve 16.
  • a discharge line 18 is shown schematically, via which the fluidizing gas is discharged.
  • the solid bed 4 is fluidized from the first storage container 2 along the fluidized-bed channel 5 in the horizontal direction (see arrow 19) to the second storage container 3. promotes.
  • the first pressure pl in the first storage container 2 is higher than the third pressure p3 in the first longitudinal section 12 of the fluidized bed channel 5, which is higher than the fourth pressure p4 in the second longitudinal section 12 of the fluidized bed channel 5, which in turn is higher than that second pressure p2 in the second storage tank 3.
  • a pressure gradient can also be built up in the opposite direction (ie with pl ⁇ p3 ⁇ p4 ⁇ p2) in order to reverse the transport direction.
  • first compensating tube 41 there is an inner region 51 in which bulk material is fluidized with the aid of a first 6a nozzle base section of the nozzle base 6.
  • the bulk good which is located outside the first compensation tube 41 in an outer region 52, is less fluidized due to the delimitation with the aid of the first compensation tube 41. If fluidized bulk material is transported out of the inner region 51, bulk material migrates from the outer region 52 via the first equalizing openings 42 into the inner region 51 of the first equalizing tube 41, in order to be more fluidized there and transported away from the first storage container 2.
  • Inside the second compensating tube 49 there is an inner region 53 in which bulk material is fluidized with the aid of a third 6c nozzle base section of the nozzle base 6.
  • the bulk material which is located outside the second compensation tube 49 in an outer region 54, is less fluidized due to the delimitation with the aid of the second compensation tube 49. If fluidized bulk material is removed from the inner region 53, it migrates
  • No mechanical or pneumatic particle conveyors are provided between the first storage tank 2 and the fluidized bed channel 5 or between the fluidized bed channel 5 and the second storage tank 3.
  • air inlets 6g, 6h are provided adjacent to the first 43 and second 44 passage openings to improve the flow behavior in the first storage container 2 and in the second storage container 3, respectively.
  • the fluidized bed channel 5 is delimited on one side by a first partition wall 26, wherein the solid can flow into the fluidized bed channel below the first partition wall 26.
  • the fluidized bed channel is delimited by a second partition 28, whereby the solid can flow into the fluidized bed channel below the second partition 28.
  • a first receiving volume of the first storage container 2 and a second receiving volume of the second storage container 3 are each a multiple, in particular a multiple, larger than a third receiving volume of the fluidized bed channel 5 between the first storage container 2 and the second storage container 3.
  • the interior of the fluidized bed channel 5 has both a smaller height (cf. FIG. 1) and a smaller width (cf. FIG. 2) than the first storage container 2 and the second one Storage container 3 on.
  • the first storage container 2 and the second storage container 3 are preferably of identical design.
  • the fluidized bed system 1 has a (shown schematically ten) heat exchanger 32, which is immersed in the solid bed 4 in the fluidized bed channel 5.
  • another fluidized bed channel 31 is provided between the first storage container 2 and the second storage container 3.
  • the fluidized bed channel 5 and the further fluidized bed channel 31 are separated from one another in the region between the first storage tank 2 and the second storage tank 3.
  • Fig. 4 shows the first storage container 2 of the fluidized bed system 1 in the embodiment according to FIG. 1, in which the first compensating tube 41 is arranged axially symmetrically with respect to the first passage opening 43.
  • the first compensating pipe 41 is open at the bottom and at the top and has five first compensating openings 42 at a distance from one another in the vertical direction, which are formed as horizontal slots in the embodiment according to FIG.
  • the horizontal slots extend less than a quarter of the circumference of the first compensation tube 41.
  • the second storage container 3 can be formed accordingly.
  • the compensation tube 41 has in this particular preferred embodiment on the jacket a single first compensation opening 42 which is designed as a vertical slot which extends essentially over the entire height of the compensation tube 41.
  • FIG. 6a to 6d show a time profile of a bulk material distribution in the fluidized bed system 1 according to FIG. 1.
  • the first storage tank 2 is almost entirely filled with bulk material of the solid bed 4, whereas the second storage container 3 to a bulk part is empty.
  • fluidized bulk material is predominantly through the inner region 51 of the first Compensating tube 41 is transported out of the first storage container 2 and passes through the swirl layer channel 5 primarily primarily into the inner region 53 of the second compensating tube 49 of the second storage container 3.
  • bulk material begins in the outer region 52 outside of the first compensating tube 41 in Area of the first equalization openings 42 (see FIG. 1) to slide into the inner area 51 in order to be more fluidized and to be discharged from the first storage container 2.
  • fluidized bulk material reaches in the area of the second equalization openings 50 (cf. FIG. 1) from the inner area 53 in the interior of the second equalization tube 49 to the outer area 54 outside the second equalization tube 49.
  • FIG. 6c migrates due to an increasing difference in height of the bulk material between the inner region 51 and the outer region 52 inside and outside the first compensating tube 41 bulk material from the outer region 52 into the inner region 51, in which the bulk material is fluidized and discharged from the first storage container 2.
  • the higher bulk level in the inner region 53 inside the second compensating tube 49 compared to the outer region 54 outside the second compensating tube 49 leads to the bulk material migrating from the inner region 53 into the outer region 54 of the second compensating tube 49.
  • the first storage container 2 is emptied and the second storage container 3 is filled with bulk material.
  • the heat exchanger 32 is connected to a Stirling engine 33 (shown schematically). In the embodiment shown, two heat exchangers 32 are seen before, each of which is connected to a Stirling engine 33. In addition, a supply device 34 for supplying hot gas into the fluidized bed channel 5 above the nozzle base 6 is provided.
  • the heat exchangers 32 are in two first areas
  • the first regions 35 are each delimited from the second region 36 by a plate-shaped guide element 37.
  • the guide elements 37 are arranged essentially perpendicular to the nozzle base 6 (or to the flow direction 19). Due to the introduction of the hot gas via the feed device 34, the particles in the second region 36 are more fluidized, so that a circulation flow (see arrows 38) forms on the upper and lower sides around the plate-shaped guide elements 37. As a result, the particles pass from the second region 36 into the first regions 35 in order to give off heat there to the heat exchanger 32 for the Stirling engines 33.
  • heating elements 39 which are preferably designed as heating electrodes, the particle flow directed into the container 2 according to arrow 40 from container 3 can be heated and thus the heat accumulator can be charged.
  • FIG. 10 corresponds essentially to that of FIG. 1, but the first 2 and the second 3 storage containers are essentially rectangular in longitudinal section.
  • the fluidized bed channel 5 goes on the one hand immediately into the first storage container 2 and on the other side is directly into the second storage container 3.
  • the nozzle base 6 extends over the entire length of the first Speicherbe container 2, the fluidized bed channel 5 and the second Speicherbe container 3.
  • the nozzle base 6 is designed in a first operating state to the solid bed 4 in the first storage tank 2 in a fluidized bed channel 5 facing to bring the first region 20 into the fluidized state, but to keep it in a non-fluidized state in a second region 21 facing away from the fluidized bed channel 5.
  • the solid bed 4 in the second storage container 3 is brought into the fluidized state in a first area 22 facing the fluidized bed channel 5, but is kept in the non-fluidized state in a second area 23 facing away from the fluidized bed channel 5.
  • the nozzle base 6 can be controlled in a second operating state such that essentially the entire solid bed 4 in the first storage container 2 (or correspondingly in the second storage container 3) is placed in the fluidized state (not shown).
  • the nozzle base 6 in the embodiment shown in FIG. 10 has the first nozzle base section 6a below the first region 20 of the first storage container 2 and the second nozzle base section 6b below the second region 21 of the first storage container 2.
  • the fluidizing gas supply 17 has a controllable shut-off valve 24 for switching the second nozzle base section 6b on or off.
  • the nozzle plate 6 has the third nozzle plate section 6c below the first region 22 of the second storage container 3 and the fourth nozzle plate section 6d below the second region 23 of the second storage container 3.
  • the fluidizing gas supply 17 has a further controllable shut-off valve 25 for switching the fourth nozzle base section 6d on or off.
  • the nozzle plate 6 has a fifth nozzle plate section 6e below the first longitudinal section 12 of the fluidized bed channel 5 and a sixth nozzle plate section 6f below the second longitudinal section 13 of the fluidized bed channel 5.
  • the embodiment of FIG. 11 corresponds essentially to that of FIG. 10, but the nozzle base 6 does not have the nozzle base sections 6b, 6d below the second regions 21, 23. Accordingly, in this embodiment, only the first regions 20, 22 of the first 2 and second 3 storage containers can be fluidized. In this embodiment, the second areas 21, 23 of the first 2 or second 3 storage tank fall from the outside to the fluidized bed channel 5, the first areas 20, 22 of the first 2 or second 3 storage tank compared to the second areas 21, 23 face down.
  • the following method for conveying a solid bed 4 from a first storage container 2 via a fluidized bed channel 5 to a second storage container 3 can be carried out:

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Abstract

Wirbelschichtanlage (1) und Verfahren aufweisend: • - einen ersten Speicherbehälter (2) und einen zweiten Speicherbehälter (3) für eine Feststoffschüttung (4), • - wobei der zweite Speicherbehälter über einen Wirbelschichtkanal (5) mit dem ersten Speicherbehälter verbunden ist, • - eine Fluidisierungseinrichtung zum Einleiten eines Fluidisierungsgases in den Wirbelschichtkanal und in die Speicherbehälter, • - ein erstes Ventil (10) zum Einstellen eines ersten Druckes (pl) in dem ersten Speicherbehälter, • - ein zweites Ventil (11) zum Einstellen eines zweiten Druckes (p2) in dem zweiten Speicherbehälter, so dass eine Druckdifferenz zwischen dem ersten Speicherbehälter und dem zweiten Speicherbehälter eingestellt werden kann.

Description

Wirbelschichtanlage und Verfahren zum Fördern einer Feststoff schüttung
Die Erfindung betrifft eine Wirbelschichtanlage aufweisend:
- einen Wirbelschichtkanal ,
- einen ersten Speicherbehälter für eine Feststoffschüttung,
- einen zweiten Speicherbehälter für die Feststoffschüttung, wobei der zweite Speicherbehälter über den Wirbelschichtka- nal mit dem ersten Speicherbehälter verbunden ist.
Die Erfindung betrifft weiters ein Verfahren zum Fördern einer Feststoffschüttung von einem ersten Speicherbehälter über einen Wirbelschichtkanal zu einem zweiten Speicherbehälter.
Im Stand der Technik werden Wirbelschichten seit langem für die Behandlung und Handhabung von FeststoffSchüttungen verwendet.
Als Wirbelschicht wird eine Schüttung von Feststoffpartikeln be zeichnet, welche durch eine aufwärtsgerichtete Strömung eines Fluidisierungsgases in einen fluidisierten Zustand versetzt wird. Bei solchen Wirbelschichtmodulen ist ein Düsenboden vorge sehen, durch den das Fluidisierungsgas aus einer darunterliegen den Windbox in den Reaktorraum eingeleitet wird, um dort durch Aufwirbelung der Feststoffschüttung die Wirbelschicht zu erzeu gen (vgl. die AT 515 810 Al) .
Beispielsweise können hiermit Wirbelschichtwärmetauscher reali siert werden, bei denen Wärmetauscherelemente in die Wirbel schicht eingetaucht werden, um den fluidisierten Feststoff durch Wärmeaustausch mit dem Arbeitsmedium innerhalb der Wärmetausche relemente aufzuheizen oder abzukühlen.
Aus der AT 515 683 Al ist es zudem bekannt, eine horizontal strömende stationäre Wirbelschicht aus Schüttgut vorzusehen, bei welcher oberhalb der Wirbelschicht eine den aufsteigenden Flui- disierungsgasstrom begrenzende Deckplatte vorgesehen ist. In der Deckplatte ist zumindest eine Düse angeordnet, mit welcher ein Rückstau des Fluidisierungsgasstroms erzeugt werden kann.
Dadurch kann oberhalb der Wirbelschicht ein Luftkissen ausgebil det werden, welches den Pegelstand der Wirbelschicht in diesem Bereich herabdrückt. Auf diese Weise können allzu große Pegel standsunterschiede verringert werden.
Die WO 2018/085872 Al beschreibt ein Verfahren und einen Wärme speicher zur Speicherung von Wärmeenergie, wobei eine Schüttung mit Mikrokapseln mit einem Phasenwechselmaterial in einem ersten Speicherbehälter angeordnet, von dem ersten Speicherbehälter in ein Wirbelschichtmodul transportiert und in dem Wirbelschichtmo dul fluidisiert wird. Dabei findet ein Wärmeaustausch zwischen der Schüttung im fluidisierten Zustand und einer ersten Flu idströmung innerhalb eines ersten Wärmetauscherelementes statt. Anschließend wird die Schüttung von dem Wirbelschichtmodul in den zweiten Speicherbehälter transportiert.
Die US 2016/272864 Al zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Pellets aus Phasenwechselmaterial. Das Verfahren beinhaltet das Bereitstellen einer Schmelzzusammensetzung und dessen Formen und Weiterverarbeiten zu PCM-Pellets.
Die US 2017/159503 Al offenbart ein System und ein Verfahren zum Wärmeaustausch zwischen einem Fluid und Wärmespeicherteilchen. Das Austauschsystem umfasst eine Austauschzone, in der das Fluid und die Wärmespeicherpartikel in einem Wirbelbett als Gegenstrom und Querstrom strömen.
Nachteilig am Stand der Technik ist die Förderung des Schüttgu tes von den Speicherbehältern in den Wirbelschichtkanal . Zu die sem Zweck wurde bisher einerseits eine pneumatische Förderung vorgesehen, welche jedoch nachteiligerweise sehr hohe Gasge schwindigkeiten und damit einen hohen Hilfsenergiebedarf mit sich bringt. Über die Transport- (Ab) -luft entstehen beim Trans port heißer Partikel hohe thermische Verluste. Nachteilig ist zudem, dass die erforderliche Feststoff-Gas-Trennung, beispiels weise mit Hilfe eines Zyklons, aufwändig ist und vielfach nicht vollständig gelingt. Andererseits kamen mechanische Partikelför derer zum Einsatz. Diese haben einerseits hohe Investitionskos ten und erhöhen andrerseits das Ausfallsrisiko der Anlagen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, zumindest einzelne Nachteile des Standes der Technik zu lindern bzw. zu eliminie ren. Die Erfindung setzt sich daher insbesondere zum Ziel, eine Wirbelschichtanlage und ein Verfahren der eingangs angeführten Art zu schaffen, mit welcher die Förderung des Schüttgutes in den Wirbelschichtkanal verbessert wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Wirbelschichtanlage mit den Merk malen von Anspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen von An spruch 19 gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den ab hängigen Ansprüchen angegeben.
Die erfindungsgemäße Wirbelschichtanlage ist gekennzeichnet durch
- eine Fluidisierungseinrichtung, insbesondere ein vom ersten Speicherbehälter über den Wirbelschichtkanal bis zu dem zweiten Speicherbehälter erstreckter Düsenboden, zum Ein leiten eines Fluidisierungsgases in den Wirbelschichtkanal , in den ersten Speicherbehälter und in den zweiten Speicher behälter,
- ein erstes Ventil zum Einstellen eines ersten Druckes des Fluidisierungsgases in dem ersten Speicherbehälter,
- ein zweites Ventil zum Einstellen eines zweiten Druckes des Fluidisierungsgases in dem zweiten Speicherbehälter, so dass durch Einstellen einer Druckdifferenz zwischen dem ersten Druck in dem ersten Speicherbehälter und dem zweiten Druck in dem zweiten Speicherbehälter die FeststoffSchüt tung im fluidisierten Zustand von dem ersten Speicherbehäl ter über den Wirbelschichtkanal zu dem zweiten Speicherbe hälter förderbar ist.
Vorteilhafterweise kann daher eine vorzugsweise zumindest ab schnittsweise im Wesentlichen horizontale Strömung des Schüttgu tes im fluidisierten Zustand von dem ersten Speicherbehälter entlang des Wirbelschichtkanals in den zweiten Speicherbehälter (oder in entgegengesetzte Richtung) erzeugt werden. Mit Hilfe des ersten Ventils kann der erste Druck des Fluidisierungsgases in dem ersten Fluidisierungsgasraum auf einen vom Atmosphären druck verschiedenen Wert eingestellt werden. Entsprechend kann mit Hilfe des zweiten Ventils der zweite Druck des Fluidisie rungsgases in dem zweiten Fluidisierungsgasraum auf einen vom Atmosphärendruck verschiedenen Wert eingestellt werden. Durch Einstellen eines passenden Druckgradienten zwischen dem ersten und zweiten Fluidisierungsgasraumes mittels des ersten und zwei ten Ventiles kann das Schüttgut im fluidisierten Zustand von dem ersten Speicherbehälter über den Wirbelschichtkanal zu dem zwei ten Speicherbehälter gefördert werden. Als erstes und/oder zwei tes Ventil kommen insbesondere im Stand der Technik an sich be kannte Druckregelventile zum Einsatz. Vorteilhafterweise kann daher der Partikelaustausch zwischen dem ersten Speicherbehälter und dem zweiten Speicherbehälter ohne eigene pneumatische oder mechanische Partikelförderer bewerkstelligt werden. Dadurch kann eine besonders energieeffiziente Wirbelschichtanlage geschaffen werden, welche sich durch geringen Verschleiß und niedrigen War tungsaufwand auszeichnet. In einer bevorzugten Anwendung dient die Wirbelschichtanlage als Wirbelschichtwärmetauscher (bzw. Wirbelschichtregenerator) . Vorteilhaft ist hierbei, dass die Ka pazität des Wirbelschichtregenerators erhöht bzw. dessen Leis tung und Kapazität entkoppelt werden kann. Die Leistung wird durch die Wärmetauscherfläche bestimmt, während die Kapazität durch die Größe der Speicherbehälter bestimmt ist. Für eine ge gebene Leistung kann daher die Speicher-Kapazität bzw. die Zyk lus-Dauer flexibel angepasst werden. Aber auch bei anderen An wendungen der Wirbelschichtanlage, beispielsweise zur Behandlung von partikelförmigen Feststoffen, bietet die erfindungsgemäße Ausführung wesentliche Vorteile. Insbesondere kann ein im We sentlichen kontinuierlicher Prozess anstelle eines Chargen- bzw. Batchprozesses erzielt werden.
Der erste Speicherbehälter weist bevorzugt eine erste Decke auf, an der das erste Ventil angeschlossen ist. Der zweite Speicher behälter weist bevorzugt eine zweite Decke auf, an der das zwei te Ventil angeschlossen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Spei cherbehälter einen ersten Trichterabschnitt auf, der über eine erste Durchtrittsöffnung an der Unterseite des ersten Trichter abschnitts mit dem Wirbelschichtkanal verbunden ist und/oder der zweite Speicherbehälter weist einen zweiten Trichterabschnitt auf, der über eine zweite Durchtrittsöffnung an der Unterseite des zweiten Trichterabschnitts mit dem Wirbelschichtkanal ver bunden ist. Besonders bevorzugt ist der erste Trichterabschnitt an einem unteren Ende des ersten Speicherbehälters angeordnet und/oder der zweite Trichterabschnitt an einem unteren Ende des zweiten Speicherbehälters angeordnet. Vorteilhafterweise kann dadurch der erste und/oder zweite Speicherbehälter vollständig oder zumindest zu einem Großteil entleert werden, da aufgrund der Trichterform nach dem Entleeren keine oder nur eine geringe Menge an FeststoffSchüttung am unteren Ende des ersten und/oder zweiten Speicherbehälters zurück bleibt.
Vorteilhafterweise ergibt sich durch die erste und/oder zweite Durchtrittsöffnung an der Unterseite eine günstige Strömung des Fluidisierungsgases vom ersten Speicherbehälter über den Wirbel schichtkanal zum zweiten Speicherbehälter. Um die Strömung des Fluidisierungsgases weiter zu verbessern, ist der Querschnitt der ersten und/oder zweiten Durchtrittsöffnung bevorzugt kreis förmig. Vorzugsweise ist die erste und/oder die zweite Durch trittsöffnung im Verwendungszustand der Wirbelschichtanlage ho rizontal angeordnet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist der erste Spei cherbehälter einen ersten Zylinderabschnitt oberhalb des ersten Trichterabschnitts und/oder der zweite Speicherbehälter einen zweiten Zylinderabschnitt oberhalb des zweiten Trichterab schnitts auf. Vorteilhafterweise ist der Querschnitt des ersten und/oder des zweiten Trichterabschnitts kreisförmig, wodurch ei ne Oberkante des ersten Trichterabschnitts an einer Unterkante des ersten Zylinderabschnitts angrenzt und/oder eine Oberkante des zweiten Trichterabschnitts an einer Unterkante des zweiten Zylinderabschnitts angrenzt. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Mittelachse des ersten Zylinderab schnitts mit der Mittelachse des ersten Trichterabschnitts und der Mittelachse der ersten kreisförmigen Durchtrittsöffnung de ckungsgleich, wodurch der erste Zylinderabschnitt, der erste Trichterabschnitt und die erste Durchtrittsöffnung axialsymmet risch angeordnet sind. Die Mittelachse des zweiten Zylinderab schnitts kann entsprechend mit der Mittelachse des zweiten
Trichterabschnitts und der Mittelachse der zweiten kreisförmigen Durchtrittsöffnung deckungsgleich sein. Somit ergibt sich eine rotationssymmetrische Form des ersten und/oder des zweiten Spei cherbehälters, die eine einfache Herstellung und ein hohes Ver hältnis von Volumen zu Oberfläche des ersten und/oder zweiten Speicherbehälters ermöglicht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist im Inneren des ersten Speicherbehälters ein erstes Ausgleichsrohr aufgenom men, wobei das erste Ausgleichsrohr nach unten, vorzugsweise zu dem nach oben, offen ist. Alternativ oder zusätzlich ist im In neren des zweiten Speicherbehälters ein zweites Ausgleichsrohr aufgenommen, wobei das zweite Ausgleichsrohr nach unten, vor zugsweise zudem nach oben, offen ist. Vorteilhafterweise ist die Fluidisierungseinrichtung, insbesondere in Form des Düsenbodens, dazu ausgebildet, die Feststoffschüttung in dem ersten Speicher behälter in dem vom ersten Ausgleichsrohr umschlossenen Innenbe reich in einen stärker fluidisierten Zustand als in dem außer halb des ersten Ausgleichsrohres liegenden Außenbereich zu brin gen. Analog ist die Fluidisierungseinrichtung, insbesondere in Form des Düsenbodens, bevorzugt dazu ausgebildet, die Feststoff schüttung in dem zweiten Speicherbehälter in dem vom zweiten Ausgleichsrohr umschlossenen Innenbereich in einen stärker flui disierten Zustand als in dem außerhalb des zweiten Ausgleichs rohres liegenden Außenbereich zu bringen. Dadurch kann der erste bzw. zweite Speicherbehälter effizient entleert und es können Massenstromschwankungen des fluidisierten Schüttgutes stark re duziert werden.
Vorzugsweise ist das erste und/oder das zweite Ausgleichsrohr im Wesentlichen vertikal angeordnet, wobei bevorzugt das erste und/oder das zweite Ausgleichsrohr einen kreisförmigen Quer schnitt aufweist. Insbesondere sind die Mittelachsen des ersten Ausgleichsrohres, des ersten Zylinderabschnitts und der ersten Durchtrittsöffnung deckungsgleich. Entsprechend können die Mit telachsen des zweiten Ausgleichsrohres, des zweiten Zylinderab schnitts und der zweiten Durchtrittsöffnung deckungsgleich sein. Vorteilhafterweise wird bei dieser Ausführungsform das Schüttgut im Innenbereich des ersten bzw. zweiten Ausgleichsrohres auf günstige Weise fluidisiert. Bevorzugt weist das erste bzw. zwei te Ausgleichsrohr einen kleineren Durchmesser als der erste bzw. zweite Zylinderabschnitt auf. Das Verhältnis zwischen den Innen durchmessern des ersten bzw. zweiten Ausgleichsrohrs und des ersten bzw. zweiten Zylinderabschnitts beträgt vorzugsweise zwi schen 1:5 und 1:500, insbesondere zwischen 1:20 und 1:200. Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich das erste Ausgleichsrohr nach unten vom ersten Zylinderabschnitt in den ersten Trichterabschnitt und/oder das zweite Ausgleichsrohr nach unten vom zweiten Zylinderabschnitt in den zweiten Trich terabschnitt. Dadurch kann das Schüttgut im Innenbereich des ersten bzw. zweiten Ausgleichsrohres mithilfe des Düsenbodens fluidisiert und aus dem ersten bzw. zweiten Speicherbehälter in den Wirbelschichtkanal transportiert werden, ohne dass Schüttgut unkontrolliert in großen Mengen aus dem Außenbereich des ersten bzw. zweiten Ausgleichsrohres in den ersten bzw. zweiten Trich terbereich und weiter in die erste bzw. zweite Durchtrittsöff nung gelangt. Vorzugsweise erstreckt sich das erste bzw. zweite Ausgleichsrohr über zumindest 25 % der Höhe des ersten bzw.
zweiten Zylinderabschnitts, vorzugsweise im Wesentlichen über die gesamte Höhe des ersten bzw. zweiten Zylinderabschnitts, um bei großen Schüttguthöhen im ersten bzw. zweiten Speicherbehäl ter eine kontrollierte Fluidisierung des Schüttguts im ersten Bereich des ersten bzw. zweiten Ausgleichsrohres zu ermöglichen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist das erste Aus gleichsrohr am Mantel zumindest eine erste Ausgleichsöffnung zum Durchtritt des Feststoffs von dem Außenbereich außerhalb des ersten Ausgleichsrohrs in den Innenbereich innerhalb des ersten Ausgleichsrohrs auf. Alternativ oder zusätzlich weist das zweite Ausgleichsrohr am Mantel bevorzugt zumindest eine zweite Aus gleichsöffnung zum Durchtritt des Feststoffs von dem Außenbe reich außerhalb des zweiten Ausgleichsrohrs in den Innenbereich innerhalb des zweiten Ausgleichsrohrs auf. Vorteilhafterweise kann über die erste bzw. zweite Ausgleichsöffnung Schüttgut kon trolliert aus dem Außenbereich in den Innenbereich des ersten bzw. zweiten Ausgleichsrohres rutschen, um fluidisiert und aus dem ersten bzw. zweiten Speicherbehälter ausgetragen zu werden. Umgekehrt kann beim Füllen des ersten bzw. zweiten Speicherbe hälters mit fluidisiertem Schüttgut das Schüttgut vom Innenbe reich des ersten bzw. zweiten Ausgleichsrohres durch die erste bzw. zweite Ausgleichsöffnung in den zweiten Bereich des ersten bzw. zweiten Ausgleichsrohres durchtreten. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die erste Aus gleichsöffnung des ersten Ausgleichsrohrs im ersten Speicherbe hälter und die zweite Ausgleichsöffnung des zweiten Ausgleichs rohrs im zweiten Speicherbehälter einander zugewandt.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist als erste und/oder zweite Ausgleichsöffnung ein Schlitz, bevorzugt ein vertikaler Schlitz, vorgesehen.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die erste Ausgleichsöffnung über mehr als die halbe Länge, vor zugsweise über im Wesentlichen die gesamte Länge, des ersten Ausgleichsrohres. Alternativ oder zusätzlich erstreckt sich die zweite Ausgleichsöffnung über mehr als die halbe Länge, vorzugs weise über im Wesentlichen die gesamte Länge, des zweiten Aus gleichsrohres .
Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind eine Mehrzahl von in vertikaler Richtung beabstandeten ersten Ausgleichsöffnungen, vorzugsweise Schlitze, insbesondere horizontale Schlitze, und/oder eine Mehrzahl von in vertikaler Richtung beabstandeten zweiten Ausgleichsöffnungen, vorzugsweise Schlitze, insbesondere horizontale Schlitze, vorgesehen. Bevorzugt erstrecken sich ein oder mehrere horizontale Schlitze nur über einen Teil des Um fangs, vorzugsweise über im Wesentlichen ein Drittel des Umfan ges .
Es ist günstig, wenn die Querschnittsfläche der ersten Durch trittsöffnung im Wesentlichen gleich groß wie die Querschnitts fläche des ersten Ausgleichsrohres ist und/oder wenn die Quer schnittsfläche des zweiten Durchtrittsöffnung des zweiten Spei cherbehälters im Wesentlichen gleich groß wie die Querschnitts fläche des zweiten Ausgleichsrohres ist, um die Fluidisierung im Innenbereich des ersten bzw. zweiten Ausgleichsrohres zu opti- mieren .
Zur Ausbildung einer vorzugsweise im Wesentlichen horizontalen Strömung der FeststoffSchüttung im fluidisierten Zustand von dem ersten Speicherbehälter über den Wirbelschichtkanal zu dem zwei ten Speicherbehälter (oder umgekehrt) ist es günstig, wenn min destens ein drittes Ventil zum Einstellen eines dritten Druckes in dem Wirbelschichtkanal vorgesehen ist. Im Betriebszustand wird in dem Wirbelschichtkanal oberhalb der Feststoffschüttung im fluidisierten Zustand ein dritter Fluidisierungsgasraum aus gebildet. Mit Hilfe des dritten Ventils kann der dritte Druck des Fluidisierungsgases in dem dritten Fluidisierungsgasraum auf einen vom Atmosphärendruck verschiedenen Wert eingestellt wer den .
Dadurch kann ein Druckgradient entlang der Strecke vom ersten Speicherbehälter über den Wirbelschichtkanal zu dem zweiten Speicherbehälter besonders präzise ausgebildet werden. Selbst verständlich können mehrere Ventile zum Einstellen mehrerer stu fenweise steigender bzw. sinkender Drücke entlang des Wirbel schichtbehälters vorgesehen sein.
Der Wirbelschichtkanal weist bevorzugt eine dritte Decke auf, an die das dritte Ventil angeschlossen ist.
Die Strömung der Feststoffschüttung zwischen dem ersten Spei cherbehälter und dem zweiten Speicherbehälter kann noch präziser eingestellt werden, wenn der Wirbelschichtkanal zumindest einen ersten Längsabschnitt und einen davon durch ein Unterlaufwehr getrennten zweiten Längsabschnitt aufweist, wobei ein viertes Ventil zum Einstellen eines vierten Druckes in dem Wirbel schichtkanal vorgesehen ist, wobei dem ersten Längsabschnitt das dritte Ventil und dem zweiten Längsabschnitt das vierte Ventil zugeordnet ist. Das Unterlaufwehr wird von der Feststoffschüt tung im fluidisierten Zustand unterströmt. Als Unterlaufwehr kann beispielsweise eine Widerstandsplatte, insbesondere ein Wi derstandsblech, vorgesehen sein. Bei dieser Ausführungsvariante können Niveauunterschiede der Feststoffschüttung beim Transport durch den Wirbelschichtkanal reduziert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführung ist ein erstes Aufnahmevolu men des ersten Speicherbehälters und/oder ein zweites Aufnahme volumen des zweiten Speicherbehälters um ein Mehrfaches, insbe sondere um ein Vielfaches, größer als ein drittes Aufnahmevolu men des Wirbelschichtkanals , der sich in Strömungsrichtung gese hen zwischen dem ersten Speicherbehälter und dem zweiten Spei cherbehälter befindet. Vorteilhafterweise kann daher das Schütt gut im fluidisierten Zustand von dem vergleichsweise großvolumi- gen ersten Speicherbehälter in den Wirbelschichtkanal gefördert und von dort in den zweiten Speicherbehälter weitergeleitet wer den .
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführung ist ein weiterer Wirbelschichtkanal getrennt von dem Wirbelschichtkanal auf der einen Seite mit dem ersten Speicherbehälter und auf der anderen Seite mit dem zweiten Speicherbehälter verbunden. Bei dieser Ausführung sind der erste und der zweite Speicherbehälter über zwei Wirbelschichtkanäle miteinander verbunden, welche vorzugs weise vollständig voneinander getrennt sind. Vorteilhaft ist diese Ausführung beispielsweise dann, wenn der Wirbelschichtka- nal und der weitere Wirbelschichtkanal für unterschiedliche An wendungen ausgelegt werden sollen, bei denen jeweils derselbe erste und zweite Speicherbehälter zum Einsatz kommen soll.
Bei einer bevorzugten Anwendung der Wirbelschichtanlage ist ein in den Wirbelschichtkanal ragender Wärmetauscher und/oder ein Heizelement, insbesondere eine Heizelektrode, vorgesehen. Durch die Anordnung des Wärmetauschers kann die zuvor beschriebene Wirbelschichtanlage als Wirbelschichtwärmetauscher verwendet werden. Weiters kann das Heizelement zur Aufheizung der Fest- stoffschüttung vorgesehen sein, um insbesondere eine Zwischen speicherung elektrischer Energie zu ermöglichen. In einer weite ren bevorzugten Ausführung ist der Wärmetauscher mit einem Stir ling-Motor verbunden, so dass die Feststoffschüttung als Wärme quelle für den Stirling-Motor verwendet werden kann.
Ein Stirling-Motor weist einen im Stand der Technik hinlänglich bekannten Aufbau auf, bei dem ein Arbeitsmedium einen geschlos senen Kreisprozess durchläuft. Im Stirling-Motor wird das herme tisch abgeschlossene Arbeitsmedium (meistens ein Gas wie Helium) durch von außen zugeführte Energie in einem abgeschlossenem Raum (erster Zylinder) erhitzt und in einem anderen abgeschlossenem Raum (zweiter Zylinder) gekühlt. Die Energiewärmezufuhr für die Energieumwandlung von innerer oder thermischer Energie in mecha nische Energie (d.h. Wellenarbeit) funktioniert indirekt über einen Heißgas-Wärmetauscher, welcher bei dieser Ausführungsvari ante in den Wirbelschichtkanal eingetaucht ist. Im Unterschied dazu wird beispielsweise bei einem Otto- oder Dieselmotor der Brennstoff zusammen mit dem Sauerstoffträger direkt in den Hub raum eingebracht, der Brennstoff oxidiert und das Abgas wieder herausgeführt. Anders als die genannten Verbrennungskraftmaschi nen ist der Stirling-Motor eine Wärmekraftmaschine. Der indirek te Wärmetausch bringt den Vorteil, dass das Wärmeträgermedium oder die Wärmequelle nicht direkt mit mechanisch sensiblen (be weglichen) Komponenten in Kontakt kommt, was das Korrosionsrisi ko stark verringert.
Bei dieser Ausführung kann in der Feststoffschüttung gespeicher te Wärmeenergie über den Wärmetauscher in mechanische Energie des Stirling-Motors umgewandelt werden, welcher mit einem Gene rator verbunden sein kann. Diese Ausführung eignet sich beson ders für ein „Power to Heat to Power"-Konzept, bei dem zunächst Wärme unter Einsatz von Strom erzeugt und die gespeicherte Wärme bei Bedarf in Strom umgewandelt wird. Dadurch wird eine vorteil hafte Möglichkeit geschaffen, Strom aus erneuerbaren Energien in Zeiten von Überschüssen in der Feststoffschüttung zu speichern und bei Bedarf in das Stromnetz einzuspeisen.
In einer bevorzugten Ausführung ist ein Heizelement, insbesonde re eine Heizelektrode, in dem Wirbelschichtkanal vorgesehen, mit welcher die Feststoffschüttung bei deren Transport durch den Wirbelschichtkanal aufgeheizt werden kann.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist eine Zufuhreinrich tung zur Zufuhr von Heißgas in den Wirbelschichtkanal oberhalb des Düsenbodens vorgesehen. Durch die Zufuhr des Heißgases kön nen die Partikel der Feststoffschüttung aufgeheizt werden. Bei dieser Ausführung ist das Heißgas als Wärmequelle für den Wärme tauscher des Stirling-Motors ausgebildet, wobei die Wirbel schicht in dem Wirbelschichtkanal den Wärmeübergang von dem Heißgas auf das Arbeitsmedium des Wärmetauschers ermöglicht. Die fluidisierte Feststoffschüttung wirkt hierbei als dynamische Rippe zur Optimierung des Wärmeaustauschs . Durch die Zufuhr des Heißgases oberhalb des Düsenbodens kann der Düsenboden geschont werden. Bei dieser Ausführung wird lediglich das saubere, even tuell vorgewärmte Fluidisierungsgas über den Düsenboden einge bracht, um die Feststoffschüttung in den fluidisierten Zustand zu versetzen. Demgegenüber wird das Heißgas direkt, d.h. unter Umgehung des Düsenbodens, in die Feststoffschüttung eingebracht, so dass das Heißgas gegebenenfalls (leicht) korrosiv bzw.
(leicht) verunreinigt sein kann.
Um den Wärmetauscher für den Stirling-Motor vor schädlichen Ein flüssen des Heißgases zu schützen, ist der Wärmetauscher in ei ner bevorzugten Ausführungsform in einem ersten Bereich und die Zufuhreinrichtung für das Heißgas in einem zweiten Bereich des Wirbelschichtkanals angeordnet, wobei ein insbesondere platten förmiges Führungselement den ersten Bereich von dem zweiten Be reich abgrenzt. Vorteilhafterweise kann so zuverlässig erreicht werden, dass das Heißgas nicht bzw. nur in geringen Anteilen di- rekt auf den empfindlichen Wärmetauscher für den Stirling-Motor trifft. Das plattenförmige Führungselement ist so in dem Wirbel schichtkanal angeordnet, dass eine Durchgangsöffnung zwischen dem ersten Bereich mit dem Wärmetauscher und dem zweiten Bereich mit der Zufuhreinrichtung freigegeben ist. Durch die Einbringung des Heißgases wird in dem zweiten Bereich ein höherer Fluidisie rungsgrad als in dem ersten Bereich vorgesehen. Dadurch wird ei ne Zirkulationsströmung zwischen dem zweiten Bereich und dem ersten Bereich ausgebildet. Somit kann ein effektiver Wärmeüber gang von dem Heißgas über die Partikel der Wirbelschicht auf den Wärmetauscher für den Stirling-Motor erreicht werden.
Um die gewünschte Schutzwirkung für den Wärmetauscher zu erzie len, ist das Führungselement vorzugsweise im Wesentlichen senk recht zu dem Düsenboden angeordnet.
Die Durchgangsöffnung zwischen dem zweiten Bereich mit der Zu fuhreinrichtung für das Heißgas und dem ersten Bereich mit dem Wärmetauscher für den Stirling-Motor ist bevorzugt zwischen ei ner Unterkante des Führungselements und dem Düsenboden und/oder oberhalb einer Oberkante des Führungselements ausgebildet.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Feststoff schüttung aus mikroverkapselten Latentspeicher-Partikeln .
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Fördern einer Feststoff schüttung von einem ersten Speicherbehälter über einen Wirbel schichtkanal zu einem zweiten Speicherbehälter werden zumindest die folgenden Schritte durchgeführt:
- Anordnen der Feststoffschüttung in dem ersten Speicherbehäl ter, in dem Wirbelschichtkanal und in dem zweiten Speicher behälter,
Fluidisieren der Feststoffschüttung in dem Wirbelschichtka- nal ,
- Fluidisieren zumindest eines Teils der Feststoffschüttung des ersten Speicherbehälters,
- Fluidisieren zumindest eines Teils der Feststoffschüttung des zweiten Speicherbehälters,
- Ausbilden einer Druckdifferenz zwischen dem ersten Speicher behälter und dem zweiten Speicherbehälter, so dass die Feststoffschüttung im fluidisierten Zustand von dem ersten Speicherbehälter über den Wirbelschichtkanal zu dem zweiten Speicherbehälter gefördert wird.
Zur Fluidisierung der Feststoffschüttung ist bevorzugt ein Dü senboden vorgesehen, welcher sich über zumindest einen Teil der horizontalen Erstreckung des ersten Speicherbehälters, des Wir belschichtkanals und des zweiten Speicherbehälters erstreckt.
Für die Zwecke dieser Offenbarung beziehen sich die Orts- und Richtungsangaben, wie „oben", „unten", „vertikal", „horizontal" etc., auf den Betriebszustand der Wirbelschichtanlage.
Die Erfindung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausfüh rungsbeispielen, auf die sie jedoch nicht beschränkt sein soll, weiter erläutert. Im Einzelnen zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Wirbel schichtanlage mit einem ersten und einem zweiten Speicherbehäl ter für eine Feststoffschüttung und einem dazwischen angeordne ten Wirbelschichtkanal , wobei die Feststoffschüttung im fluidi sierten Zustand von dem ersten Speicherbehälter über den Wirbel schichtkanal zu dem zweiten Speicherbehälter gefördert wird;
Fig. 2 die Wirbelschichtanlage gemäß Fig. 1 in Draufsicht; Fig. 3 eine weitere erfindungsgemäße Wirbelschichtanlage in Draufsicht ;
Fig. 4 eine Ausführungsvariante des ersten Speicherbehälters mit einem ersten Ausgleichsrohr, welches mehrere Querschlitze auf weist;
Fig. 5 eine weitere Ausführungsvariante des ersten Speicherbe hälters, bei welchem das erste Ausgleichsrohr einen im Wesentli chen über die gesamte Länge erstreckten Längsschlitz aufweist;
Fig. 6a bis 6d schematisch einen zeitlichen Verlauf einer
Schüttgutverteilung in der Wirbelschichtanlage gemäß Fig. 1;
Fig. 7 eine weitere Ausführungsform der Wirbelschichtanlage;
Fig. 8 die Wirbelschichtanlage gemäß Fig. 7 in Draufsicht;
Fig. 9 die Wirbelschichtanlage gemäß Fig. 7, 8 im Querschnitt;
Fig. 10 eine weitere Ausführungsform der Wirbelschichtanlage; und
Fig. 11 eine weitere Ausführungsform der Wirbelschichtanlage.
Fig. 1 zeigt eine Wirbelschichtanlage 1 mit einem ersten Spei cherbehälter 2 und einem zweiten Speicherbehälter 3, in denen jeweils partikelförmige Feststoffe einer Feststoffschüttung 4 aufgenommen sind. Als Feststoffe können beispielsweise Sandpar tikel vorgesehen sein. Der zweite Speicherbehälter 3 ist über einen Wirbelschichtkanal 5 mit dem ersten Speicherbehälter 2 verbunden. In dem Wirbelschichtkanal 5 sind ebenfalls Feststoffe der Feststoffschüttung 4 angeordnet. Die Wirbelschichtanlage 1 weist an der Unterseite eine Fluidisierungseinrichtung mit einem Düsenboden 6 zum Einleiten eines Fluidisierungsgases auf. Der Düsenboden 6 erstreckt sich in horizontaler Richtung von unter halb des ersten Speicherbehälters 2 über die Länge des Wirbel schichtkanals 5 bis zu dem zweiten Speicherbehälter 3.
Der Düsenboden 6 kann in herkömmlicher Art und Weise ausgebildet sein. Demnach kann der Düsenboden, wie in der AT 515 810 Al be schrieben, eine Windbox und einen darüber angeordneten doppelbö digen Düsenboden aufweisen, der eine mit einer Vielzahl von Dü sen versehene Grundplatte und eine darüberliegende Verteiler platte umfasst, die dazwischen einen Gasraum definieren. Der doppelbödige Düsenboden kann ein kontinuierlicher Düsenboden mit einer porösen oder perforierten Verteilerplatte sein. Der Gas raum des Düsenbodens kann mittels einer Vielzahl von Wänden zwi schen der Grundplatte und der Verteilerplatte in eine Vielzahl von Abteilen unterteilt sein.
Der erste Speicherbehälter 2 weist eine horizontale, kreisförmi ge erste Durchtrittsöffnung 43 auf. Entsprechend weist der zwei te Speicherbehälter 3 eine horizontale, kreisförmige zweite Durchtrittsöffnung 44 auf. Der erste Speicherbehälter 2 weist einen ersten Trichterabschnitt 45 auf, der an einem unteren Ende des ersten Speicherbehälters 2 über der ersten Durchtrittsöff nung 43 angeordnet ist. Der zweite Speicherbehälter 3 weist ei nen zweiten Trichterabschnitt 46 auf, der an einem unteren Ende des zweiten Speicherbehälters 3 über der zweiten Durchtrittsöff nung 44 angeordnet ist. Oberhalb des ersten 45 bzw. zweiten 46 Trichterabschnitts weisen der erste 2 bzw. zweite 3 Speicherbe hälter einen ersten 47 bzw. zweiten 48 Zylinderabschnitt auf, wobei der erste 45 bzw. zweite 46 Trichterabschnitt an einer Un terkante des ersten 47 bzw. zweiten 48 Zylinderabschnitts an grenzt. Im Inneren des ersten Speicherbehälters 2 ist ein erstes Ausgleichsrohr 41 aufgenommen, wobei das erste Ausgleichsrohr 41 nach unten und nach oben offen ist. Zudem ist im Inneren des zweiten Speicherbehälters 3 ein zweites Ausgleichsrohr 49 aufge nommen, wobei das zweite Ausgleichsrohr 49 nach unten und nach oben offen ist. Das erste Ausgleichsrohr 41 weist am Mantel zu mindest eine Ausgleichsöffnung 42 auf. In der Ausführungsvarian te gemäß Fig. 1 sind eine Mehrzahl von in vertikaler Richtung beabstandeten ersten Ausgleichsöffnungen 42 vorgesehen, welche in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 als horizontale Schlitze ausgebildet sind. Analog weist das zweite Ausgleichsrohr 49 am Mantel eine Mehrzahl von in vertikaler Richtung beabstandeten zweiter Ausgleichsöffnungen 50 auf, die in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 als horizontale Schlitze ausgebildet sind, die sich über im Wesentlichen ein Drittel des Umfanges des zweiten Aus gleichsrohres 49 erstrecken. Das Verhältnis zwischen den Durch messern des ersten 41 bzw. zweiten 49 Ausgleichsrohrs und des ersten 47 bzw. zweiten 48 Zylinderabschnitts beträgt in der ge zeigten Ausführung im Wesentlichen 1:5. Das erste 41 bzw. zweite 49 Ausgleichsrohr erstreckt sich nach unten vom ersten 47 bzw. zweiten 48 Zylinderabschnitt in den ersten 45 bzw. zweiten 46 Trichterabschnitt und über die gesamte Höhe des ersten 47 bzw. zweiten 48 Zylinderabschnitts, um bei großen Schüttguthöhen im ersten 2 bzw. zweiten 3 Speicherbehälter eine kontrollierte Flu idisierung des Schüttguts im Innenbereich des ersten 41 bzw. zweiten 49 Ausgleichsrohres zu ermöglichen. Die Mittelachsen des ersten Zylinderabschnitts 47, des ersten Trichterabschnitts 45, des ersten Ausgleichsrohres 41 und die Mittelachse der ersten kreisförmigen Durchtrittsöffnung 43 sind deckungsgleich, wodurch der erste Zylinderabschnitt 47, der erste Trichterabschnitt 45, das erste Ausgleichsrohr 41 und die erste Durchtrittsöffnung 43 axialsymmetrisch angeordnet sind. Analog sind die Mittelachsen des zweiten Zylinderabschnitts 48, des zweiten Trichterab schnitts 46, des zweiten Ausgleichsrohres 49 und die Mittelachse der zweiten kreisförmigen Durchtrittsöffnung 44 deckungsgleich.
Der erste Speicherbehälter 2 weist eine erste Decke 7, der zwei te Speicherbehälter 3 eine zweite Decke 8 und der Wirbelschicht kanal 5 eine dritte Decke 9 auf. An der ersten Decke 7 des ers ten Speicherbehälters 2 ist ein erstes Ventil 10 zum Einstellen eines ersten Gasdruckes pl in einem ersten Fluidisierungsgasraum 2a in dem ersten Speicherbehälter 2 vorgesehen. An der zweiten Decke 8 des zweiten Speicherbehälters 3 ist ein zweites Ventil 11 zum Einstellen eines zweiten Gasdruckes p2 in einem zweiten Fluidisierungsgasraum 3a in dem zweiten Speicherbehälter 3 vor gesehen. Der Wirbelschichtkanal 5 weist in der gezeigten Ausfüh rung einen ersten Längsabschnitt 12 und einen zweiten Längsab schnitt 13 auf, welche durch ein Unterlaufwehr 14 voneinander getrennt sind. An der dritten Decke 9 ist ein drittes Ventil 15 zum Einstellen eines dritten Gasdruckes p3 in einem dritten Flu idisierungsgasraum 12a in dem ersten Längsabschnitt 12 des Wir belschichtkanals 5 und ein viertes Ventil 16 zum Einstellen ei nes vierten Gasdruckes p4 in einem vierten Fluidisierungsgasraum 13a in dem zweiten Längsabschnitt 13 des Wirbelschichtkanals 5 vorgesehen. Das erste Ventil 10, das zweite Ventil 11, das drit te Ventil 15 und das vierte Ventil 16 können als herkömmliche Druckregelventile ausgebildet sein. Der Düsenboden 6 ist mit ei ner Fluidisierungsgaszufuhr 17 verbunden, welche in Fig. 1 le diglich symbolisch dargestellt ist. Das Fluidisierungsgas wird mittels der Fluidisierungsgaszufuhr 17 über den Düsenboden 6 in den ersten Speicherbehälter 2, in den Wirbelschichtkanal 5 und in den zweiten Speicherbehälter 3 eingebracht und verlässt den ersten Speicherbehälter 2 über das erste Ventil 10, den zweiten Speicherbehälter 3 über das zweite Ventil 11, den ersten Längs abschnitt 12 des Wirbelschichtkanals 5 über das dritte Ventil 15 und den zweiten Längsabschnitt 13 des Wirbelschichtkanals 5 über das vierte Ventil 16. In Fig. 1 ist schematisch eine Ableitung 18 eingezeichnet, über welche das Fluidisierungsgas abgeleitet wird .
Durch Einstellen eines Druckgradienten zwischen dem ersten Spei cherbehälter 2 und dem zweiten Speicherbehälter 3 wird die Fest stoffschüttung 4 im fluidisierten Zustand von dem ersten Spei cherbehälter 2 entlang des Wirbelschichtkanals 5 in horizontaler Richtung (vgl. Pfeil 19) zu dem zweiten Speicherbehälter 3 ge- fördert. Der erste Druck pl in dem ersten Speicherbehälter 2 ist hierbei höher als der dritte Druck p3 in dem ersten Längsab schnitt 12 des Wirbelschichtkanals 5, welcher höher als der vierte Druck p4 in dem zweiten Längsabschnitt 12 des Wirbel schichtkanals 5 ist, der wiederum höher als der zweite Druck p2 in dem zweiten Speicherbehälter 3 ist. Selbstverständlich kann ein solcher Druckgradient auch in entgegengesetzte Richtung (d.h. mit pl < p3 < p4 < p2) aufgebaut werden, um die Transport richtung umzukehren.
Innerhalb des ersten Ausgleichsrohres 41 befindet sich ein In nenbereich 51, in dem Schüttgut mithilfe eines ersten 6a Düsen bodenabschnitts des Düsenbodens 6 fluidisiert wird. Das Schütt gut, das sich außerhalb des ersten Ausgleichrohres 41 in einem Außenbereich 52 befindet, wird aufgrund der Abgrenzung mithilfe des ersten Ausgleichsrohres 41 weniger stark fluidisiert. Wird fluidisiertes Schüttgut aus dem Innenbereich 51 abtransportiert, wandert Schüttgut vom Außenbereich 52 über die ersten Aus gleichsöffnungen 42 in den Innenbereich 51 des ersten Aus gleichsrohres 41, um dort stärker fluidisiert und aus dem ersten Speicherbehälter 2 abtransportiert zu werden. Innerhalb des zweiten Ausgleichsrohres 49 befindet sich ein Innenbereich 53, in dem Schüttgut mithilfe eines dritten 6c Düsenbodenabschnitts des Düsenbodens 6 fluidisiert wird. Das Schüttgut, das sich au ßerhalb des zweiten Ausgleichrohres 49 in einem Außenbereich 54 befindet, wird aufgrund der Abgrenzung mithilfe des zweiten Aus gleichsrohres 49 weniger stark fluidisiert. Wird fluidisiertes Schüttgut aus dem Innenbereich 53 abtransportiert, wandert
Schüttgut vom Außenbereich 54 über die ersten Ausgleichsöffnun gen 50 in den Innenbereich 53 des zweiten Ausgleichsrohres 49, um dort stärker fluidisiert und aus dem zweiten Speicherbehälter 3 abtransportiert zu werden. Umgekehrt wird beim Befüllen des ersten Speicherbehälters 2 mit Schüttgut das Schüttgut über die erste Durchtrittsöffnung 43 in den Innenbereich 51 des ersten Ausgleichsrohres 41 im fluidisierten Zustand transportiert und gelangt über die ersten Ausgleichsöffnungen 42 in den Außenbe reich 52 des ersten Ausgleichsrohres 41. Analog wird beim Befül len des zweiten Speicherbehälters 3 das Schüttgut über die zwei te Durchtrittsöffnung 44 in den Innenbereich 53 des zweiten Aus gleichsrohres 49 im fluidisierten Zustand transportiert und ge langt über die zweiten Ausgleichsöffnungen 50 in den Außenbe reich 54 des zweiten Ausgleichsrohres 49.
Zwischen dem ersten Speicherbehälter 2 und dem Wirbelschichtka- nal 5 bzw. zwischen dem Wirbelschichtkanal 5 und dem zweiten Speicherbehälter 3 sind keine mechanischen oder pneumatischen Partikelförderer vorgesehen. In der gezeigten Anordnung sind zu dem Lufteindüsungen 6g, 6h benachbart der ersten 43 bzw. zweiten 44 Durchtrittsöffnung zur Verbesserung des Fließverhaltens in dem ersten Speicherbehälter 2 bzw. im zweiten Speicherbehälter 3 vorgesehen. Der Wirbelschichtkanal 5 ist auf der einen Seite durch eine erste Trennwand 26 begrenzt, wobei der Feststoff un ter der ersten Trennwand 26 in den Wirbelschichtkanal einströmen kann. Auf der anderen Seite ist der Wirbelschichtkanal durch ei ne zweite Trennwand 28 begrenzt, wobei der Feststoff unter der zweiten Trennwand 28 in den Wirbelschichtkanal einströmen kann.
Wie aus Fig. 1, 2 ersichtlich, ist ein erstes Aufnahmevolumen des ersten Speicherbehälters 2 und ein zweites Aufnahmevolumen des zweiten Speicherbehälters 3 jeweils um ein Mehrfaches, ins besondere um ein Vielfaches, größer als ein drittes Aufnahmevo lumen des Wirbelschichtkanals 5 zwischen dem ersten Speicherbe hälter 2 und dem zweiten Speicherbehälter 3. In der gezeigten Ausführung weist der Innenraum des Wirbelschichtkanals 5 sowohl eine geringere Höhe (vgl. Fig. 1) als auch eine geringere Breite (vgl. Fig. 2) als der erste Speicherbehälter 2 und als der zwei te Speicherbehälter 3 auf. Bevorzugt sind der erste Speicherbe hälter 2 und der zweite Speicherbehälter 3 ident ausgebildet.
Die Wirbelschichtanlage 1 weist einen (schematisch dargestell- ten) Wärmetauscher 32 auf, welcher in die Feststoffschüttung 4 im Wirbelschichtkanal 5 eingetaucht ist.
In der Ausführungsform der Fig. 3 ist ein weiterer Wirbel schichtkanal 31 zwischen dem ersten Speicherbehälter 2 und dem zweiten Speicherbehälter 3 vorgesehen. In der gezeigten Ausfüh rungsform sind der Wirbelschichtkanal 5 und der weitere Wirbel schichtkanal 31 im Bereich zwischen dem ersten Speicherbehälter 2 und dem zweiten Speicherbehälter 3 voneinander getrennt.
Fig. 4 zeigt den ersten Speicherbehälter 2 der Wirbelschichtan lage 1 in der Ausführungsform gemäß Fig. 1, in dem das erste Ausgleichsrohr 41 axialsymmetrisch bezüglich der ersten Durch trittsöffnung 43 angeordnet ist. Das erste Ausgleichsrohr 41 ist nach unten und nach oben geöffnet und weist am Mantel fünf von in vertikaler Richtung beabstandete erste Ausgleichsöffnungen 42 auf, die in der Ausführungsform gemäß Fig. 4 als horizontale Schlitze ausgebildet sind. Die horizontalen Schlitze erstrecken sich weniger als ein Viertel des Umfangs des ersten Ausgleichs rohres 41. Der zweite Speicherbehälter 3 kann entsprechend aus gebildet sein.
Fig. 5 zeigt den ersten Speicherbehälter 2 in einer weiteren Ausführungsform. Das Ausgleichsrohr 41 weist bei dieser beson ders bevorzugten Ausführungsform am Mantel eine einzige erste Ausgleichsöffnung 42 auf, die als vertikaler Schlitz ausgebildet ist, der sich im Wesentlichen über die gesamte Höhe des Aus gleichsrohrs 41 erstreckt.
Fig. 6a bis 6d zeigen einen zeitlichen Verlauf einer Schüttgut verteilung in der Wirbelschichtanlage 1 gemäß Fig. 1. Wie der in Fig. 6a dargestellte Speicherstand des Schüttguts im ersten 2 und im zweiten 3 Speicherbehälter zeigt, ist der erste Speicher behälter 2 fast zur Gänze mit Schüttgut der Feststoffschüttung 4 gefüllt, wohingegen der zweite Speicherbehälter 3 zu einem Groß- teil leer ist. Wird das Schüttgut im Wirbelschichtkanal 5 und in Teilen des ersten 2 und des zweiten 3 Schüttgutbehälters fluidi siert sowie im ersten Speicherbehälter 2 ein höherer Druck als im Wirbelschichtkanal 5 und im zweiten Speicherbehälter 3 er zeugt, wird fluidisiertes Schüttgut vorwiegend durch den Innen bereich 51 des ersten Ausgleichsrohres 41 aus dem ersten Spei cherbehälter 2 abtransportiert und gelangt über den Wirbel schichtkanal 5 zunächst vorwiegend in den Innenbereich 53 des zweiten Ausgleichsrohres 49 des zweiten Speicherbehälters 3. Wie in Fig. 6b gezeigt, beginnt Schüttgut im Außenbereich 52 außer halb des ersten Ausgleichsrohres 41 im Bereich der ersten Aus gleichsöffnungen 42 (vgl. Fig. 1) in den Innenbereich 51 zu rut schen, um stärker fluidisiert und aus dem ersten Speicherbehäl ter 2 ausgetragen zu werden. Im zweiten Speicherbehälter 3 ge langt fluidisiertes Schüttgut im Bereich der zweiten Ausgleichs öffnungen 50 (vgl. Fig. 1) vom Innenbereich 53 im Inneren des zweiten Ausgleichsrohres 49 in den Außenbereich 54 außerhalb des zweiten Ausgleichsrohres 49. Wie in Fig. 6c gezeigt, wandert aufgrund eines ansteigenden Höhenunterschieds des Schüttguts zwischen dem Innenbereich 51 und dem Außenbereich 52 innerhalb und außerhalb des ersten Ausgleichsrohres 41 Schüttgut vom Au ßenbereich 52 in den Innenbereich 51, in dem das Schüttgut flui disiert und aus dem ersten Speicherbehälter 2 ausgetragen wird. Umgekehrt führt der höhere Schüttgutstand im Innenbereich 53 im Inneren des zweiten Ausgleichsrohres 49 im Vergleich zum Außen bereich 54 außerhalb des zweiten Ausgleichsrohres 49 dazu, dass das Schüttgut vom Innenbereich 53 in den Außenbereich 54 des zweiten Ausgleichsrohres 49 wandert. Dadurch wird, wie in Fig.
6d gezeigt, der erste Speicherbehälter 2 entleert und der zweite Speicherbehälter 3 mit Schüttgut gefüllt.
In der Ausführungsform der Fig. 7 bis 9 ist der Wärmetauscher 32 mit einem (schematisch dargestellten) Stirling-Motor 33 verbun den. In der gezeigten Ausführung sind zwei Wärmetauscher 32 vor gesehen, welche jeweils einem Stirling-Motor 33 verbunden sind. Darüber hinaus ist eine Zufuhreinrichtung 34 zur Zufuhr von Heißgas in den Wirbelschichtkanal 5 oberhalb des Düsenbodens 6 vorgesehen. Die Wärmetauscher 32 sind in zwei ersten Bereichen
35 des Wirbelschichtkanals 5 angeordnet, welche sich in Strö mungsrichtung 19 gesehen jeweils seitlich eines zweiten Bereichs
36 des Wirbelschichtkanals 5 erstrecken, in dem die Zufuhrein richtung 34 für das Heißgas angeordnet ist. Die ersten Bereiche 35 werden jeweils durch ein plattenförmiges Führungselement 37 von dem zweiten Bereich 36 abgegrenzt. Die Führungselemente 37 sind in der gezeigten Ausführung im Wesentlichen senkrecht zu dem Düsenboden 6 (bzw. zur Strömungsrichtung 19) angeordnet. Aufgrund der Einbringung des Heißgases über die Zufuhreinrich tung 34 werden die Partikel im zweiten Bereich 36 stärker flui disiert, so dass sich eine Zirkulationsströmung (vgl. Pfeile 38) ober- und unterseitig um die plattenförmigen Führungselemente 37 herum ausbildet. Dadurch gelangen die Partikel von dem zweiten Bereich 36 in die ersten Bereiche 35, um dort Wärme an die Wär metauscher 32 für die Stirling-Motoren 33 abzugeben. Durch Heiz elemente 39, die bevorzugt als Heizelektroden ausgeführt sind, kann die gemäß Pfeil 40 von Behälter 3 in den Behälter 2 gelenk te Partikel-Strömung aufgeheizt und somit der Wärmespeicher auf geladen werden.
Die Ausführungsform der Fig. 10 entspricht im Wesentlichen jener der Fig. 1, wobei der erste 2 und der zweite 3 Speicherbehälter jedoch im Längsschnitt im Wesentlichen rechteckig ausgeführt sind. Der Wirbelschichtkanal 5 geht auf der einen Seite unmit telbar in den ersten Speicherbehälter 2 und auf der anderen Sei te unmittelbar in den zweiten Speicherbehälter 3 über. In der gezeigten Ausführungsform gemäß Fig. 10 erstreckt sich der Dü senboden 6 jeweils über die gesamte Länge des ersten Speicherbe hälters 2, des Wirbelschichtkanals 5 und des zweiten Speicherbe hälters 3. Der Düsenboden 6 ist in einem ersten Betriebszustand dazu ausgebildet, die Feststoffschüttung 4 in dem ersten Spei cherbehälter 2 in einem dem Wirbelschichtkanal 5 zugewandten ersten Bereich 20 in den fluidisierten Zustand zu bringen, aber in einem von dem Wirbelschichtkanal 5 abgewandten zweiten Be reich 21 im nicht-fluidisierten Zustand zu halten. Entsprechend wird die Feststoffschüttung 4 in dem zweiten Speicherbehälter 3 in einem dem Wirbelschichtkanal 5 zugewandten ersten Bereich 22 in den fluidisierten Zustand gebracht, aber in einem von dem Wirbelschichtkanal 5 abgewandten zweiten Bereich 23 im nicht- fluidisierten Zustand gehalten. Hingegen kann der Düsenboden 6 in einem zweiten Betriebszustand so angesteuert werden, dass im Wesentlichen die gesamte Feststoffschüttung 4 in dem ersten Speicherbehälter 2 (oder entsprechend in dem zweiten Speicherbe hälter 3) in den fluidisierten Zustand versetzt wird (nicht ge zeigt) .
Um das Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebs modus zu ermöglichen, weist der Düsenboden 6 in der gezeigten Ausführungsform gemäß Fig. 10 den ersten Düsenbodenabschnitt 6a unterhalb des ersten Bereichs 20 des ersten Speicherbehälters 2 und den zweiten Düsenbodenabschnitt 6b unterhalb des zweiten Be reichs 21 des ersten Speicherbehälters 2 auf. Die Fluidisie rungsgaszufuhr 17 weist ein regelbares Absperrventil 24 zum Zu oder Abschalten des zweiten Düsenbodenabschnitts 6b auf. Darüber hinaus weist der Düsenboden 6 den dritten Düsenbodenabschnitt 6c unterhalb des ersten Bereichs 22 des zweiten Speicherbehälters 3 und den vierten Düsenbodenabschnitt 6d unterhalb des zweiten Be reichs 23 des zweiten Speicherbehälters 3 auf. Um den vierten Düsenbodenabschnitt 6d bedarfsweise mit Fluidisierungsluft ver sorgen zu können, weist die Fluidisierungsgaszufuhr 17 ein wei teres regelbares Absperrventil 25 zum Zu- oder Abschalten des vierten Düsenbodenabschnitts 6d auf. Schließlich weist der Dü senboden 6 einen fünften Düsenbodenabschnitt 6e unterhalb des ersten Längsabschnittes 12 des Wirbelschichtkanals 5 und einen sechsten Düsenbodenabschnitt 6f unterhalb des zweiten Längsab schnittes 13 des Wirbelschichtkanals 5 auf. Die Ausführungsform der Fig. 11 entspricht im Wesentlichen jener der Fig. 10, wobei der Düsenboden 6 jedoch die Düsenbodenab schnitte 6b, 6d unterhalb der zweiten Bereiche 21, 23 nicht auf weist. Demnach können bei dieser Ausführungsform lediglich die ersten Bereiche 20, 22 des ersten 2 bzw. zweiten 3 Speicherbe hälters fluidisiert werden. Die zweiten Bereiche 21, 23 des ers ten 2 bzw. zweiten 3 Speicherbehälters fallen bei dieser Ausfüh rungsform von außen zum Wirbelschichtkanal 5 hin ab, wobei die ersten Bereiche 20, 22 des ersten 2 bzw. zweiten 3 Speicherbe hälters gegenüber den zweiten Bereichen 21, 23 nach unten vor stehen .
Mit der Wirbelschichtanlage 1 kann folgendes Verfahren zum För dern einer Feststoffschüttung 4 von einem ersten Speicherbehäl ter 2 über einen Wirbelschichtkanal 5 zu einem zweiten Speicher behälter 3 durchgeführt werden:
- Anordnen der Feststoffschüttung 4 in dem ersten Speicherbe hälter 2, in dem Wirbelschichtkanal 5 und in dem zweiten Speicherbehälter 3,
- Fluidisieren der Feststoffschüttung 4 in dem Wirbelschicht kanal 5,
- Fluidisieren zumindest eines Teils der Feststoffschüttung 4 des ersten Speicherbehälters 2,
- Fluidisieren zumindest eines Teils der Feststoffschüttung 4 des zweiten Speicherbehälters 3,
- Ausbilden einer Druckdifferenz zwischen dem ersten Speicher behälter 2 und dem zweiten Speicherbehälter 3, so dass die Feststoffschüttung 4 im fluidisierten Zustand von dem ers ten Speicherbehälter 2 über den Wirbelschichtkanal 5 zu dem zweiten Speicherbehälter 3 gefördert wird.

Claims

Patentansprüche :
1. Wirbelschichtanlage (1) aufweisend:
- einen Wirbelschichtkanal (5),
- einen ersten Speicherbehälter (2) für eine FeststoffSchüt tung ( 4 ) ,
- einen zweiten Speicherbehälter (3) für die FeststoffSchüt tung (4), wobei der zweite Speicherbehälter (3) über den Wirbelschichtkanal (5) mit dem ersten Speicherbehälter (2) verbunden ist, gekennzeichnet durch
- eine Fluidisierungseinrichtung, insbesondere ein vom ersten Speicherbehälter (2) über den Wirbelschichtkanal (5) bis zu dem zweiten Speicherbehälter (3) erstreckter Düsenboden (6), zum Einleiten eines Fluidisierungsgases in den Wirbel schichtkanal (5), in den ersten Speicherbehälter (2) und in den zweiten Speicherbehälter (3),
- ein erstes Ventil (10) zum Einstellen eines ersten Druckes (pl) des Fluidisierungsgases in dem ersten Speicherbehälter (2) ,
- ein zweites Ventil (11) zum Einstellen eines zweiten Druckes (p2) des Fluidisierungsgases in dem zweiten Speicherbehäl ter (3), so dass durch Einstellen einer Druckdifferenz zwi schen dem ersten Druck (pl) in dem ersten Speicherbehälter (2) und dem zweiten Druck (p2) in dem zweiten Speicherbe hälter (3) die Feststoffschüttung (4) im fluidisierten Zu stand von dem ersten Speicherbehälter (2) über den Wirbel schichtkanal (5) zu dem zweiten Speicherbehälter (3) för derbar ist.
2. Wirbelschichtanlage (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, dass der erste Speicherbehälter (2) einen ersten Trichter abschnitt (45) aufweist, der über eine erste Durchtrittsöffnung (43) an der Unterseite des ersten Trichterabschnitts (45) mit dem Wirbelschichtkanal (5) verbunden ist und/oder dass der zwei te Speicherbehälter (3) einen zweiten Trichterabschnitt (46) aufweist, der über eine zweite Durchtrittsöffnung (44) an der Unterseite des zweiten Trichterabschnitts (46) mit dem Wirbel schichtkanal (5) verbunden ist.
3. Wirbelschichtanlage (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, dass im Inneren des ersten Speicherbehälters (2) ein erstes Ausgleichsrohr (41) aufgenommen ist, wobei das erste Ausgleichsrohr (41) nach unten, vorzugsweise zudem nach oben, offen ist und/oder dass im Inneren des zweiten Speicherbehälters (3) ein zweites Ausgleichsrohr (49) aufgenommen ist, wobei das zweite Ausgleichsrohr (49) nach unten, vorzugsweise zudem nach oben, offen ist.
4. Wirbelschichtanlage (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich net, dass das erste Ausgleichsrohr (41) am Mantel zumindest eine erste Ausgleichsöffnung (42) zum Durchtritt des Feststoffs von einem Außenbereich (52) außerhalb des ersten Ausgleichsrohrs (41) in einen Innenbereich (51) innerhalb des ersten Ausgleichs rohrs (41) und/oder dass das zweite Ausgleichsrohr (49) am Man tel zumindest eine zweite Ausgleichsöffnung (50) zum Durchtritt des Feststoffs von einem Außenbereich (54) außerhalb des zweiten Ausgleichsrohrs (49) in einen Innenbereich (53) innerhalb des zweiten Ausgleichsrohrs (49) aufweist.
5. Wirbelschichtanlage (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass als erste (42) und/oder zweite (50) Ausgleichsöffnung ein Schlitz, bevorzugt ein vertikaler Schlitz, vorgesehen ist.
6. Wirbelschichtanlage (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, dass sich die erste Ausgleichsöffnung (42) über mehr als die halbe Länge, vorzugsweise über im Wesentlichen die gesamte Länge, des ersten Ausgleichsrohres (41) und/oder dass sich die zweite Ausgleichsöffnung (50) über mehr als die halbe Länge, vorzugsweise über im Wesentlichen die gesamte Länge, des zweiten Ausgleichsrohres (49) erstreckt.
7. Wirbelschichtanlage (1) nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge kennzeichnet, dass eine Mehrzahl von in vertikaler Richtung be- abstandeten ersten Ausgleichsöffnungen, vorzugsweise Schlitze, insbesondere horizontale Schlitze, vorgesehen sind und/oder dass eine Mehrzahl von in vertikaler Richtung beabstandeten zweiten Ausgleichsöffnungen, vorzugsweise Schlitze, insbesondere hori zontale Schlitze, vorgesehen sind.
8. Wirbelschichtanlage (1) nach Anspruch 2 und einem der Ansprü che 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Querschnittsfläche der ersten Durchtrittsöffnung (43) des ersten Speicherbehälters (2) im Wesentlichen gleich groß wie die Querschnittsfläche des ersten Ausgleichsrohres (41) ist und/oder dass die Querschnitts fläche des zweiten Durchtrittsöffnung (44) des zweiten Speicher behälters (3) im Wesentlichen gleich groß wie die Querschnitts fläche des zweiten Ausgleichsrohres (49) ist.
9. Wirbelschichtanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ge kennzeichnet durch ein drittes Ventil (15) zum Einstellen eines dritten Druckes (p3) des Fluidisierungsgases in dem Wirbel schichtkanal (5) .
10. Wirbelschichtanlage (1) nach Anspruch 9, dadurch gekenn zeichnet, dass der Wirbelschichtkanal (5) zumindest einen ersten Längsabschnitt (12) und einen davon durch ein Unterlaufwehr (14) getrennten zweiten Längsabschnitt (13) aufweist, wobei ein vier tes Ventil (16) zum Einstellen eines vierten Druckes (p4) in dem Wirbelschichtkanal (5) vorgesehen ist, wobei dem ersten Längsab schnitt (12) das dritte Ventil (15) und dem zweiten Längsab schnitt (13) das vierte Ventil (16) zugeordnet ist.
11. Wirbelschichtanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Aufnahmevolumen des ers ten Speicherbehälters (2) und/oder ein zweites Aufnahmevolumen des zweiten Speicherbehälters (3) um ein Mehrfaches, insbesonde re um ein Vielfaches, größer als ein drittes Aufnahmevolumen des Wirbelschichtkanals (5) ist.
12. Wirbelschichtanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch einen weiteren Wirbelschichtkanal (31), welcher getrennt von dem Wirbelschichtkanal (5) auf der einen Seite mit dem ersten Speicherbehälter (2) und auf der anderen Seite mit dem zweiten Speicherbehälter (3) verbunden ist.
13. Wirbelschichtanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch einen in den Wirbelschichtkanal (5) ragen den Wärmetauscher (32) und/oder ein Heizelement (39), insbeson dere eine Heizelektrode.
14. Wirbelschichtanlage (1) nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, dass der Wärmetauscher (32) mit einem Stirling-Motor (33) verbunden ist.
15. Wirbelschichtanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zufuhreinrichtung (34) zur Zu fuhr von Heißgas in den Wirbelschichtkanal (5) oberhalb des Dü senbodens (6) vorgesehen ist.
16. Wirbelschichtanlage (1) nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (32) in einem ersten Be reich (35) und die Zufuhreinrichtung (34) für das Heißgas in ei nem zweiten Bereich (36) des Wirbelschichtkanals (5) angeordnet ist, wobei ein insbesondere plattenförmiges Führungselement (37) den ersten Bereich (35) von dem zweiten Bereich (36) abgrenzt.
17. Wirbelschichtanlage (1) nach Anspruch 16, dadurch gekenn zeichnet, dass das Führungselement (37) im Wesentlichen senk recht zu dem Düsenboden (6) angeordnet ist.
18. Wirbelschichtanlage (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Feststoffschüttung (4) aus mik- roverkapselten Latentspeicher-Partikeln besteht.
19. Verfahren zum Fördern einer Feststoffschüttung (4) von einem ersten Speicherbehälter (2) über einen Wirbelschichtkanal (5) zu einem zweiten Speicherbehälter (3), mit den Schritten:
- Anordnen der Feststoffschüttung (4) in dem ersten Speicher behälter (2), in dem Wirbelschichtkanal (5) und in dem zweiten Speicherbehälter (3),
- Fluidisieren der Feststoffschüttung (4) in dem Wirbel
schichtkanal (5),
- Fluidisieren zumindest eines Teils der Feststoffschüttung (4) des ersten Speicherbehälters (2),
- Fluidisieren zumindest eines Teils der Feststoffschüttung (4) des zweiten Speicherbehälters (3),
- Ausbilden einer Druckdifferenz zwischen dem ersten Speicher behälter (2) und dem zweiten Speicherbehälter (3), so dass die Feststoffschüttung (4) im fluidisierten Zustand von dem ersten Speicherbehälter (2) über den Wirbelschichtkanal (5) zu dem zweiten Speicherbehälter (3) gefördert wird.
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