DE3035386C2 - Anwendung von als Hohlkugeln oder als hohle Vielflächner ausgebildeten, wärmeübertragenden Elementen in einem regenerativen Wärmetauscher - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Anwendung von als Hohlkugeln oder hohle Vielflächner ausgebildeten, wärmeübertragendee Elementen, die ganz oder teilweise mit einer Latentspeichermasse gefüllt sind, in einem regenerativen Wärmetauscher, in einem Gas-Gas-Wärmetauschersystem, in dem aufgrund der Eigenschaften von mindestens einem der Gase die Gefahr von Ablagerungen besteht

Die Erfindung geht aus von einem Latentwärmespeicher, wie er aus der DE-AS 12 05 566 bekannt ist

Dieser Latentspeicher überträgt die Wärme aus dem heißen Bereich in den kalten Bereich mittels dünnwandiger Kugeln, d^;e mit chemischen Verbindungen gefüllt sind welche im heißen Bereich Kristallwasser abgeben und im kalten Bereich dieses Krk .allwasser wieder aufnehmen.

Die wärmeübertragenden Ku& ,!n oder Elemente werden bei dem bekannten Regenerativwärmetauschern durch starre Einbauten, wie z. B. gelochte Platten, Gitterwerke o. ä. zusammengehalten, wie auch die DE-PS 9 14 049 und die US-PS 38 72 918 zeigen.

In diesen bekannten Wärmetauschern bewegen sich die einzelnen Elemente der Schüttschicht nicht oder nur in geringem Maße gegeneinander. Bei Verkrustungsgefahr durch mitgeführte Staubteilchen, z. B. in Rauchgasen, reicht diese Bewegung im allgemeinen nicht zur Reinhaltung der Oberflächen aus.

Das Problem der Ablagerungen und Verkrustungen der Wärmetauscherflächen bei der Wärmerückgewinnung aus Verbrennungsgasen ist daher mit den bekannten Wärmetauschersysf amen nur zu lösen, wenn zusätzliche Reinigungsvorrichtungen vorgesehen werden.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, wärmeübertragende Elemente mit ausreichender Wärmespeicherkapazität so in einem regenerativen Wärmetauscher einzusetzen, daß die Wärmeübergangszahl an der Oberfläche der Elemente möglichst groß ist und die Oberflächen sich während des Betriebes ständig selbsttätig reinigen, auch wenn bei der Wärmerückgewinnung aus Rauchgasen hohe Staubgehalte vorliegen und/oder Taupunktunterschreitungen stattfinden.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die wäfmeübertragende Elemente in mindestens einem Bereich des Wärmetauschers bei Betrieb eine Wirbelschicht bilden.

Diese Bewegung wird erzielt, indem die Elemente in mindestens einem Bereich des Wärmetauschers so angeströmt werden, daß die durch die Strömung hervorgerufene Reibungskraft und die auf die Elemente wirkende Schwerkraft eine Fluidisierung der Schicht erzeugen.

Je nach Art der zu befürchtenden Ablagerungen kann bei der erfindungsgemäßen Anwendung der Elemente das Ausmaß der Fluidisierung durch Variation der Strömungsgeschwindigkeit sowie Form, Größe und Gewicht der Elemente den Erfordernissen angepaßt werden.

Wärmeübertragung aus einem heißen in einen kaiten Bereich erfolgt durch zyklischen Transport der Elemente zwischen den heißen und den kaiten Bereichen.

Im Heißraum erfolgt die Wärmespeicherung in den Elementen durch Erhitzung der Wand und des Latentspeichers als Feststoff (innen), aber auch durch das Schmelzen der Füllung und Erhitzung der flüssigen Phase nach dem Schmelzen des Latentspeichers.

Nach dem Transport der Elemente in den Kaltraum erfolgt die Wärmeabgabe durch Abkühlung der Wand und der flüssigen Phase (innen) bis zur Erstarrungstemperatur und weiter auch durch Abgabe der Erstarrungswärme und Wärme der Abkühlung der Latentspeicher- masse als feste Phase.

Ausführungsbeispiele sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigt
F i g. 1 ein wärmeübertragendes Element als Hohlkugel,

F i g. 2, 3, 4 verschiedene Anordnungen der wärmeübertragenden Elemente in einem Ljungström-Wärmetauscher; in dem von unten nach oben durchströmten Teil des Wärmetauschers findet die erfindungsgemäße Anwendung der Elemente als Wirbelschicht statt,

Fig.5 die Verwendung der wärmeübertragenden Elemente in einem Kolonnen-Wärmetauscher als Wirbelschicht,
F i g. 6 die Anordnung der Elemente in einem Kolonnenwärmetauscher mit relativ geringer Fluidisierung.

Das wärmeübertragende Element, wie es F i g. 1 zeigt, besteht aus einer Hohlkugel 1, die aus einer Wandung 2 (mit oder ohne Kapillarstruktur 5 an der inneren Seite der Wandung 2), einer Latentspeichsrmasse 3 und eines Inertgases 4 besteht Das Inertgas ist aber nur erforderlich, wenn die Hohlkugel 1 nur teilweise mit der Latentspeichermasse gefüllt ist

Dabei kann die Latentspeichermasse aus einem Metall, z. B. Natrium, Aluminium oder für hohe Temperatüren Silber oder aus chemischen Verbindungen, wie z. B. LiH, LiF, MgF₂ od. dgl. bestehen.

Die Wandung 2 besteht aus metallischen oder nichtmetallischen Werks'.offen.
Die Fig.2 bis 4 zeigen einen Rotor eines Ljungström-Wärmetauschers 6 mit senkrechter Achse 7. Bei F i g. 2 befinden sich die Hohlkugeln 1 oberhalb konventioneller Speichermassen 8, bei Fig.3 unterhalb. Die Fig.4 zeigt einen Ljungström-Wärmetauscher ohne konventionelle Speichermassen nur mit den Hohlkugeln

1. Mit 9 ist der Kaltgaseintritt und mit 10 der Heißgaseintritt bezeichnet. Je nach der Richtung, in der die Hohlkugeln 1 angeströmt werden, bildet sich eine statische Schicht oder eine Wirbelschicht. Die Wirbelschicht bildet sich nur dann, wenn die Gasströmung von unten in den Wärmetauscher eingeführt wird.

Die F i g. 5 zeigt einen Kolonnenwärmetauscher mit einer Wirbelschicht, bei der das heiße Gas bei 11 eingeführt wird, die Hohlkugeln 1 erwärmt und bei 12 die Kolonne wieder verläßt. Das Kaltgas tritt bei 13 ein und verläßt die Kolonne bei 14. Die erhitzten Elemente sinken durch eine Vorrichtung 15 nach unten in den unteren Teil der Kolonne und werden über ein nicht näher dargestelltes pneumatisches oder mechanisches Trans-

portsystem 16 irr den oberen Teil der Kolonne zurückgeführt

Die F i g. 6 zeigt eine Wärmetauschkolonne mit relativ geringer fluidisierter Schicht, bei der die erwärmten
Hohlkugeln 1 mittels einer Zellenradschleuse 17 in den 5 unteren Teil der Kolonne portionsweise gelangen, dort
das Kaltgas erwärmen und über das Transportsystem 16
in den oberen Teil der Kolonne zurückgeführt werden.
Die Schicht wird dabei von unten nach oben durchströmt, das Ausmaß der Fluidisierung kann durch die io Wahl von Form, Größe und Gewicht der Hohlkugeln
sowie die Strömungsgeschwindigkeit variiert werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

15

20

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Anwendung von als Hohlkugeln oder hohle Vielflächner ausgebildeten, wärmeübertragenden Elementen, die ganz oder teilweise mit einer Latentspeichermasse gefüllt sind, in einem regenerativen Wärmetauscher, in einem Gas-Gas-Wärmetauschersystem, in dem aufgrund der Eigenschaften von mindestens einem der Gase die Gefahr von Ablagerungen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß diese Elemente in mindestens einem Bereich des Wärmetauschers bei Betrieb eine Wirbelschicht bilden.