DE3119108C2 - - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist ein Wärmetauscher für rieselfähiges Gut mit wenigstens einem rotierenden Zylinder, wie Drehtrommel, Drehrohr oder Satellitenkühler-Kühlrohr, der auf seinem Innenmantel über den Umfang verteilt mit Rieseleinbauten in Form von bogenförmigen Streuschaufeln besetzt ist, die mit Hilfe ihrer quer zur Drehachse des Zylinders gerich­ teten Streukanten in Abhängigkeit von dessen Drehbewegung das Gut über seinen Querschnitt streuen.

Derartige Wärmetauscher finden mannigfaltige Anwendung in verschiedenen Industriezweigen und dienen zum Erhitzen, Kühlen oder Trocknen von rieselfähigen Materialien mit Hilfe eines gasförmigen Behandlungsmediums. Gut und Behandlungsmedium bewegen sich dabei im Gleichstrom oder Gegenstrom mittels Schwerkraft durch den sich drehenden Zylinder. Um bei solchen Anlagen eine hohe Effizienz zu erzielen, ist ein intensiver Wärmeaustausch zwischen dem Gut einerseits und dem Behandlungsmedium andererseits eine unerläßliche Bedingung. Ein optimaler Wärmeaustausch setzt aber voraus, daß die vom Behandlungsmedium beaufschlagte Oberfläche des Gutes maximal ist. Ein solches Maximum an Gutoberfläche wird erreicht, indem man das Gut mit Hilfe von Rieseleinbauten in Form einer Vielzahl Rieselschleier über den freien Zylinderquerschnitt rieseln läßt, wobei die Gutteilchen vom Behandlungsmediumstrom beaufschlagt werden und der Wärmeaustausch stattfin­ det.

Rieseleinbauten in Form von Streuschaufeln sind in eine Mehrzahl von Ausführungsformen bereits bekannt (DE-OS 22 55 069, 23 07 108, 26 26 625; DE-GM 72 13 794, 72 38 023, 73 13 428). Bei der Erfindung wird von einer aus der Praxis bekannten Streuschaufelkonstruktion ausgegangen, die sich als besonders stabil und im harten Einsatz als dauerhaft erwiesen hat. Diese bekannte Streuschaufel ist bogenförmig mit geraden Streukanten gestaltet, wobei in der Draufsicht die eine Streukante schräg zur anderen Streukante verläuft und die beiden axialen Schaufelseiten bis an die Wand des Wärmetauschers reichen und auf ihr stehen. Bei der Ausbildung von Streuschaufeln für Wärmetauscher der angesprochenen Art kommt es entscheidend darauf an, daß diese bei jedem Umlauf des Zylinders das Gut über den gesamten Zylinderquerschnitt gleichmäßig streuen, d. h., sie müssen rechts und links außen wenig und im Mittenbereich entsprechend der Zunahme des Querschnitts mehr Gut streuen, wenn die von den queraxialen Streuschaufelgruppen bei jedem Umlauf erzeugten Gutschleier gleichmäßig (homogene Gutverteilung, gleiche Dicke) sein sollen. Die Streucharakteristik der Streuschaufeln ist also neben ihrer Stabilität gegen mechanische und thermische Beanspruchungen für den praktischen Betrieb von Wärmetauschern ganz besonders wichtig.

Die besagte aus der Praxis bekannte Streuschaufel in geschlossener Bogen­ form streut mit ihren geraden Streukanten etwa ein Drittel der zeitlichen Streumenge auf die eine Hälfte des Zylinderquerschnittes und zwei Drittel auf dessen andere Hälfte; die über die Flächeneinheit des Zylinderquerschnittes gestreute Gutmenge ist somit in der einen Zylinderhälfte doppelt so groß wie in der anderen Zylinderhälfte, und der Gutschleier differiert in Bezug auf seine Dichte erheblich, was ungünstig ist. Im Vergleich mit den bislang überwiegend angewandten Streuschaufeln mit der offenen Bogenform, wie sie Gegenstand der vorangehend zitierten Druckschriften sind, ist der Streueffekt der besagten Streuschaufel mit der geschlossenen Bogenform zwar weitaus besser im Hinblick auf einen wirklich optimalen Wärmeaustausch jedoch immer noch verbesserungsbedürftig; dies gilt um so mehr angesichts der heutigen Energiesituation.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei Wärmetauschern der eingangs zitierten Gattung die Streucharakteristik der Streuschaufeln im Sinne noch größerer Gleichmäßigkeit bzw. Dichte der Gutschleier sowie eines intensiven Wärmeaustausches zwischen Gut und Behandlungsmedium zu verbessern.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß mindestens eine der beiden Streukanten jeder Streuschaufel die Form einer wellenförmigen, von der voreilenden Schaufelseite bis zur nacheilenden Schaufelseite verlau­ fenden Kurve hat, welche ein die Streuschaufel breitenmäßig verkleinerndes Wellental im Bereich zwischen der voreilenden Schaufelseite und der Mittel­ ebene der Streuschaufel sowie einen die Streuschaufel breitenmäßig vergrößernden Wellenberg im Bereich zwischen der Mittelebene und der nacheilenden Schaufelseite umfaßt und deren Wendepunkt in oder annähernd in der Schaufelmittelebene liegt.

Aufgrund der im Vergleich mit der bekannten bogenförmigen Streuschaufelkonstruktion in der einen Hälfte vorgesehenen wellenförmigen Verbreiterung der Streuschaufel und der in ihrer anderen Hälfte vorgese­ henen wellenförmigen Schmälerung derselben wird das bei seinem Aufnehmen durch die Streuschaufel sich auf letzterer abböschende Gut gegen vorzei­ tiges Herunterfallen bzw. Streuen abgestützt und bei der anschließenden Aufwärtsbewegung der Streuschaufel mitgenommen und dabei zunächst eine Minimalmenge und dann in zunehmendem Maße bis zu einer Maximalmenge über die Streukanten abgestreut, wobei im Mittelbereich der Zylinderquerschnittsfläche - d. h. eine vorgegebene Strecke vor und hinter dem Kulminationspunkt - diese Maximalmenge beibehalten wird, und im Verlauf der Abwärtsbewegung der Streuschaufel dann die Streumenge im selben Verhältnis wieder bis auf die besagte Minimalmenge vermindert wird. Die wellenförmige Verbreiterung der Streuschaufel im Bereich zwischen der nacheilenden Schaufelseite und der Schaufelmittelebene verhindert, daß während der Aufwärtsbewegung der Streuschaufel in der einen Zylinderquerschnittshälfte zu viel Gut gestreut wird, und die wellenförmige Breitenminderung im Bereich zwischen Schaufelmittelebene und voreilender Schaufelseite sorgt dafür, daß während der Abwärtsbewegung der Streuschaufel in der anderen Zylinderquerschnittshälfte nicht zu wenig Gut gestreut wird, sondern etwa die gleiche Menge wie in der erstgenannten Zylinderquerschnittshälfte. Die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Streukanten als wellenlinienförmige Kurve ergibt in Verbindung mit der konstanten Drehgeschwindigkeit des rotierenden Zylinders eine gute Gleichmäßigkeit der Gutschleier über den gesamten Querschnitt des Zylinders und vermeidet sicher die nachteilige Gassenbildung, d. h. Freiräume ohne Gutbeaufschlagung.

Wählt man gemäß einem weiteren wesentlichen Erfindungsmerkmal als Kurven­ form für die Streukanten der Streuschaufeln eine oder annähernd eine Sinuslinie, so wird ein Optimum in bezug auf Gleichmäßigkeit der Gutschlei­ er bzw. auf konstante Gutdichte (pro Flächeneinheit Zylinderquerschnitt gestreute Gutmenge) in letzterem erreicht, was - bezogen auf die mit Streuschaufeln besetzte Länge des Zylinders - insgesamt eine maximale Schleierfläche bzw. vom Behandlungsmedium beaufschlagte Gutfläche ergibt und dementsprechend einen Wärmeaustausch hoher Intensität zwischen beiden.

Die Streuschaufeln können sowohl an nur einer Streukante als auch an beiden Streukanten, d. h. an der wärmetauschereinlaufseitigen wie an der wärmetauscherauslaufseitigen, eine wellenlinienförmige Kurvenform haben. Die Wahl, ob die eine oder die andere Streukante oder beide Streukanten wellenlinienförmige Kurvenform erhalten, hängt davon ab, ob die Streuschaufel eine oder zwei Gutschleier streuen soll, ob sie zusätzlich zu der durch Neigung und Drehbewegung des Zylinders bewirkten Förderung beschleunigende oder verzögernde Förderfunktion auf das Gut ausüben oder in dieser Hinsicht neutral sein soll, und ist ferner abhängig von der Beschaffenheit des Gutes, z. B. feinkörnig, grobkörnig, und der Art der Beaufschlagung mit dem Behandlungsmedium, ob im Gleichstrom oder im Gegen­ strom.

Die Anordnung der Streuschaufeln nach der Erfindung im Zylinder erfolgt im Sinne einer einwandfreien Schleierbildung am besten in mehreren queraxialen Schaufelreihen, welche entweder axial aneinander grenzend oder mit Abstand zueinander plaziert sind. Wenn man dabei die Streuschaufeln jeder Schaufelreihe queraxial zu den Streuschaufeln der benachbarten Schaufelreihe versetzt, so erzielt man Gutschleier besonderer Dichte und folglich eine noch höhere Zuverlässigkeit bei der Abdeckung des Zylinderquerschnittes durch die Gutschleier und demzufolge zusätzliche Sicherheit gegen Gassenbildung.

Die Streuschaufeln können als Gußteil hergestellt oder aus Blech gefertigt werden und mit dem Zylinder beispielsweise durch Schrauben, Schweißen oder Klemmen verbunden sein. Im Falle der Wahl einer Blechkonstruktion für die Streuschaufeln ist es vorteilhaft, die wellenlinienförmige Streukantenkurve nach einem weiterausgestalteten Erfindungsmerkmal so auszubilden, daß ihr Verlauf von der Mittelebene der Streuschaufel bis zur nacheilenden Schaufelseite identisch ist dem Verlauf von der Mittelebene bis zur voreilenden Schaufelseite, d. h., die beiden Kurvenhälften sind formgleich; hierdurch wird die Möglichkeit geschaffen, jeweils die Streukanten zweier Streuschaufeln mit einem einzigen Schnitt aus einer Blechtafel zu fertigen und die Schaufelzuschnitte bei geringstem Verschnitt kostengünstig zu produzieren.

Der Wärmetauscher nach der Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles weiter erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch das Kühlrohr eines Drehrohrkühlers mit den Streuschaufeln in Ansicht, wobei in der eine Querschnittshälfte die Streuschaufeln in reihenweiser Hintereinanderordnung dargestellt und in der anderen Querschnittshälfte reihenweise versetzt angeord­ net veranschaulicht sind,

Fig. 2 einen Ausschnitt aus der Abwicklung des Mantels des Kühlrohres nach Fig. 1 mit den Streuschaufeln in Draufsicht,

Fig. 3 einen queraxialen Ausschnitt aus dem Kühlrohr nach Fig. 1 mit der Ansicht einer Streuschaufel in vergrößerter Darstellung,

Fig. 4 eine Abwicklung der Oberfläche der Streuschaufel nach Fig. 3,

Fig. 5 einen Blechzuschnitt für die Ausführungsform der Streuschaufeln nach den Fig. 3 und 4 in kleinerem Maßstab und

Fig. 6 einen Blechzuschnitt für eine andere Streuschaufelausführungsform.

Das in den Fig. 1 bis 3 veranschaulichte Kühlrohr eines Drehrohrkühlers, wie er beispielsweise zum Kühlen von heißem Zementklinker in der Zementindustrie Anwendung findet, wird gebildet aus einem stählernen Zylinder 1, der in bekannter Weise drehbar gelagert und mit einem üblichen Drehantrieb versehen ist. Der Zylinder 1, der teilweise oder ganz mit einer feuerfesten Ausmauerung versehen sein kann, weist auf seinem Innenmantel über den gesamten Umfang verteilt Rieseleinbauten auf. Als Rieseleinbauten dienen bogenförmige Streuschaufeln 2 aus hitzebeständigem oder hochhitzebeständigem Stahl. Jede Streuschaufel 2 hat zwei quer zur Drehach­ se des Zylinders 1 liegende Streukanten 3, 4 sowie zwei axiale Schaufelseiten 5, 6 (Fig. 2, 4). Wie insbesondere Fig. 3 erkennen läßt, reichen die beiden axialen Schaufelseiten 5, 6 bis an die Innenfläche des Zylinders 1 heran, d. h., die Streuschaufel 2 steht mit ihren axialen Schaufelseiten 5, 6 auf der Zylinderinnenfläche auf und ist hier durch Schweißen fest mit dem Zylinder 1 verbunden.

Von den beiden Streukanten 3, 4 jeder Streuschaufel 2 ist die Streukante 4 als Gerade und die Streukante 3 als wellenlinienförmige Kurve 7 ausge­ bildet. Die Kurve 7 hat annähernd die Form einer Sinuslinie, welche von der - in Drehrichtung des Zylinders 1 gesehen - voreilenden Schaufelseite 5 zur nacheilenden Schaufelseite 6 reicht und ein die Streuschaufel 2 in der Breite verkleinerndes Wellental 8 im Bereich zwischen der voreilenden Schaufelseite 5 und der Mittelebene 10 der Streuschaufel 2 sowie einen letztere in der Breite vergrößernden Wellenberg 9 im Bereich zwischen Mittelebene 10 und nacheilender Schaufelseite 6 umfaßt; der Wendepunkt 11 der Kurve 7 liegt dabei in der Mittelebene 10 der Streuschaufel 2. Wie Fig. 4 zeigt, ist der Verlauf der Streukante 3 bzw. die Form ihrer Kurve 7 von der Mittelebene 10 bis zur nacheilenden Schaufelseite 6 identisch ihrem Verlauf von der Mittelebene 10 bis zur voreilenden Schaufelseite 5, d. h., daß Wellental 8 und Wellenberg 9 - legt man die Kurvenstücke entsprechen aufeinander - deckungsgleich sind.

Zwecks einwandfreier Gutschleierbildung sind die Streuschaufeln 2 als eine Vielzahl queraxialer Schaufelreihen 12 im Zylinder 1 plaziert (Fig. 1, 2), wobei die Schaufelreihen 12 entweder axial aneinandergrenzend oder mit axialem Abstand zueinander angeordnet werden. Die Schaufelreihen 12 liegen entweder axial hintereinander oder sind queraxial gegeneinander versetzt, wobei im letzteren Fall besonders dichte Gutschleier und ein Optimum in Bezug auf die Abdeckung des Zylinderquerschnittes durch die Gutschleier erreicht wird. Die Fig. 1 und 2 zeigen verschiedene Anordnungsmöglichkeiten für die Streuschaufeln 2 im Zylinder 1. In der linken Hälfte von Fig. 1 und in der linken Hälfte von Fig. 2 sind mehrere queraxial nicht versetzte Schaufelreihen 12 veranschaulicht. In der rechten Hälfte der Fig. 1 sowie in der rechten Hälfte von Fig. 2 sind um ein drit­ tel Teilung versetzte Schaufelreihen 12 dargestellt, wobei im oberen linken und im unteren rechten Viertel von Fig. 2 die Schaufelreihen 12 einen Abstand zueinander haben, während sie im oberen rechten Viertel und im unteren linken Viertel dieser Figur unmittelbar aneinandergrenzend angeord­ net sind.

In den Fig. 5 und 6 ist dargestellt, wie die neue Streuschaufel beson­ ders rationell aus Blech gefertigt werden kann.

Die Fig. 5 zeigt einen Blechzuschnitt 13 mit Streuschaufeln 2, bei denen nur eine Streukante die Form einer wellenlinienförmigen Kurve 7 hat, wie sie im Zusammenhang mit den Fig. 3 und 4 besprochen wurde. Ordnet man, wie Fig. 5 erkennen läßt, die Streuschaufeln 2 abwechselnd mit ihrem schmalen und mit ihrem breiten Ende nebeneinander an, so ist es möglich, jeweils mit einem einzigen Schnitt die beiden geraden Streukanten zweier Streuschaufeln 2 und ebenso mit einem einzigen Schnitt die beiden kurvenförmigen Streukanten zweier Streuschaufeln herzustellen.

Die Fig. 6 veranschaulicht einen Blechzuschnitt 14 mit einer Ausführungsvariante der Streuschaufeln. Diese Streuschaufeln 20 haben an beiden Streukanten die Form einer wellenlinienförmigen bzw. sinusförmigen Kurve 7. Auch in diesem Fall können bei entsprechender Anordnung, wie sich aus dieser Figur ergibt, zwei Streukanten von zwei Streuschaufeln 20 mit einem Schnitt gleichzeitig angefertigt werden.

Statt die Streuschaufeln 2 bzw. 20 aus den in den Fig. 5 und 6 darge­ stellten Blechzuschnitten zu biegen und sie dann durch Schweißen mit dem Zylinder 1 zu verbinden, können die Streuschaufeln natürlich auch ebensogut als Gußkonstruktion produziert werden. Solche Gußschaufeln werden dann z. B. mittels Schrauben an dem Zylinder 1 befestigt.

Die Wirkungsweise des Kühlrohres nach den Fig. 1 und 2 ist wie folgt:
Bei der Rotation des Zylinders 1, die in Richtung des Pfeiles 15 erfolgt, taucht jede Streuschaufel 2 mit ihrer voreilenden, schmalen Schaufelseite 5 in die im unteren Bereich des Zylinders 1 befindliche, über seine gesamte Länge sich erstreckende Gutniere ein und nimmt hier eine gewisse Gutmenge auf, wobei sich das Gut auf der nacheilenden, breiten Schaufelseite 6 abstützt. Nach dem Hervortreten der mit Gut gefüllten Streuschaufel 2 aus der Gutniere böscht sich das Gut auf ihr zunächst in Achsrichtung des Zylinders 1 nach beiden Seiten ab, wobei es sowohl über die gerade Streukante 4 als auch über die kurvenförmige Streukante 3 fällt. Im Verlauf der weiteren Drehbewegung des Zylinders 1 und der nun erfolgenden Nachoben­ bewegung der Streuschaufel 2 - vgl. Fig. 1 - streut diese aufgrund ihrer Breitenabnahme bzw. aufgrund des Verlaufs ihrer Streukante 3 zuerst wenig und dann immer mehr bis zu einem Maximum Gut über ihre Streukante 3 aus. Nach Erreichen des Kulminationspunktes in der vertikalen Zylindermittelebene streut die Streuschaufel 2 noch eine gewisse Zeitlang die Maximalmenge weiter, um dann während der fortschreitenden Abwärtsbewegung im selben Maße immer weniger zu streuen, wie sie während der vorangehenden Aufwärtsbewegung immer mehr gestreut hat. Die pro Zeit­ einheit gestreute Gutmenge ist dabei annähernd verhältnisgleich dem Flächenanteil des Zylinderquerschnittes, der in dieser Zeiteinheit von der Streuschaufel mit Gut bestreut wird.

Das Gut des von den Schaufeln 2 einer Schaufelreihe 12 während jedes Umlaufes gestreuten Gutschleiers fällt im freien Fall quer durch den Zylinder 1 bzw. über dessen gesamten Querschnitt und wird dabei von dem axial durch den Zylinder 1 strömenden Kühlmedium in Form von Kühlluft beaufschlagt. Da jede queraxiale Schaufelreihe 12 einen Gutschleier streut und eine Vielzahl Schaufelreihen 12 über die Länge des Zylinders 1 verteilt sind, ergibt die Gesamtzahl der vom Kühlluftstrom nacheinander beaufschlagten Gutschleier eine sehr große Oberfläche, welche in Verbindung mit der durch die erfindungsgemäß ausgebildeten Streukanten der Streuschaufeln 2 bewirkten Gleichmäßigkeit des Streuvorganges und Homogenität sowie Dichte der Gutschleier eine besonders intensiven Wärmeaustausch zwischen Gut und Kühlluft ergibt.

Der mit der Erfindung erzielte Vorteil gegenüber dem St. d. T. besteht im wesentlichen darin, daß dichte Gutschleier hoher Gleichmäßigkeit über den gesamten Querschnitt des Zylinders gebildet werden und damit ein optimaler Wärmeaustausch erzielt wird. Dadurch wird es möglich, Wärmetauscher mit höherer Effizienz bzw. Wärmetauscher mit kleineren Abmessungen zu bauen.

Claims (5)

1. Wärmetauscher für rieselfähiges Gut mit wenigstens einem rotierenden Zylinder, wie Drehtrommel, Drehrohr oder Satellitenkühler-Kühlrohr, der auf seinem Innenmantel über den Umfang verteilt mit Rieseleinbauten in Form von bogenförmigen Streuschaufeln besetzt ist, die mit Hilfe ihrer quer zur Drehachse des Zylinders gerichteten Streukanten in Abhängigkeit von dessen Drehbewegung das Gut über seinen Querschnitt streuen, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine (3) der beiden Streukanten (3, 4) jeder Streuschaufel (2, 20) die Form einer wellenlinienförmigen, von der voreilenden Schaufelseite (5) bis zur nacheilenden Schaufelseite (6) verlaufenden Kurve (7) hat, welche ein die Streuschaufel (2, 20) breitenmäßig verkleinerndes Wellental (8) im Bereich zwischen der voreilenden Schaufelseite (5) und der Mittelebene (10) der Streuschaufel (2, 20) sowie einen die Streuschaufel (2, 20) breitenmäßig vergrößernden Wellenberg (9) im Bereich zwischen der Mittelebene (10) und der nacheilenden Schaufelseite (6) umfaßt und deren Wendepunkt (11) in oder annähernd in der Schaufelmittelebene (10) liegt.

2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kurve (7) annähernd sinusförmig ist.

3. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuschaufeln (2, 20) in mehreren queraxialen Schaufelreihen (12) im Zylinder (1) angeordnet sind.

4. Wärmetauscher nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaufelreihen (12) axial aneinandergrenzend oder mit Abstand zueinander plaziert sind.

5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Streuschaufeln (2, 20) jeder Schaufelreihe (12) queraxial versetzt zu den Streuschaufeln (2, 20) der benachbarten Schaufelreihe (12) angeordnet sind.