СУШИЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО
DRYING DEVICE

Изобретение относится к сушильному устройству для смеси из воды и одного или более твердых веществ.
Например, в сельском хозяйстве или при выработке биохимического газа образуются значительные количества смесей из жидкостей и твердых веществ, например, осадка (сточных вод), жидкого навоза или остатков брожения, которые подлежат транспортировке, утилизации и/или переработке. В частности, для поддержания расходов на транспортировку и складирование этих смесей по возможности малыми, известен способ их сгущения за счет целенаправленного снижения доли жидкости в смесях. Это может быть достигнуто путем по меньшей мере частичного испарения этой доли жидкости.
Для сгущения путем частичного испарения доли жидкости в смеси может быть использовано, например, сушильное устройство указанного выше вида, содержащее приемный резервуар для приема смеси, ротор, участок периметра которого расположен в приемном резервуаре, а также приводное устройство для привода ротора во вращение. Такое сушильное устройство известно, например, из DE 20 2009 018 720 U1. В случае описанного там сушильного устройства ротор выполнен в виде лопастного колеса, причем вследствие вращения ротора происходит погружение отдельных лопаток в подлежащую сгущению смесь, захват ее части, и причем удерживающаяся на лопатках смесь на участке окружного периметра ротора, который не погружен в смесь, подвержена повышенному эффекту испарения, который следует объяснять распределением смеси на лопатках на большой поверхности и тонким слоем. Этот эффект испарения существенно поддерживается, кроме того, обдуванием удерживаемой на лопатках смеси выработанным вентилятором потоком воздуха, который к тому же может быть нагрет.
Задачей изобретения является улучшение указанного выше типа сушильного устройства в отношении его эффективности.
Эту задачу решают с помощью сушильного устройства в соответствии с п. 1 формулы изобретения. Предпочтительные варианты исполнения соответствующего изобретению сушильного устройства являются предметом дополнительных пунктов формулы изобретения и вытекают из последующего описания изобретения.
Сушильное устройство указанного выше типа для смеси из жидкости и одного или более твердых веществ, которое содержит по меньшей мере один приемный резервуар для смеси, ротор, участок периметра которого (окружной участок) расположен в приемном резервуаре, и приводное устройство для привода ротора во вращение, причем ротор содержит множество плоскостных захватывающих элементов, отличается в соответствии с изобретением тем, что захватывающие элементы ориентированы радиально относительно оси вращения ротора, причем по меньшей мере некоторые, предпочтительно все из захватывающих элементов имеют конфигурацию, при которой относительно узкие захватывающие элементы чередуются в окружном направлении с относительно широкими захватывающими элементами, и/или что некоторые, а предпочтительно все, из захватывающих элементов оснащены множеством сквозных отверстий.
Захватывающие элементы встроены в ротор предпочтительно неподвижным образом и/или имеют (в частности, плоскостное) исполнение в форме пластин с длиной (протяженность вдоль оси вращения ротора) и шириной (одна из протяженностей перпендикулярно продольному направлению), которые существенно больше, в частности, по меньшей мере в 10 раз больше высоты (протяженность перпендикулярно продольному направлению и направлению по ширине).
Под «радиальной» ориентацией понимают ориентацию плоских и имеющих предпочтительно форму пластин захватывающих элементов, при которой направление по ширине захватывающих элементов содержит по меньшей мере один, ориентированный точно радиально относительно оси вращения компонент направления.
За счет того, что захватывающие элементы имеют радиальную ориентацию, и одновременно относительно узкие захватывающие элементы чередуются с относительно широкими захватывающими элементами, поверхность, которая может смачиваться с помощью смеси, может быть существенно увеличена по сравнению с сушильным устройством, известным из DE 20 2009 018 U1. Это обосновано тем, что вследствие радиальной ориентации захватывающих элементов их расстояния между собой по мере приближения к оси вращения уменьшаются, в результате чего при захватывающих элементах с относительно большим размером по ширине (что обычно предпочтительно для достижения по возможности больших смачиваемых поверхностей захватывающих элементов) это привело бы к значительному сближению и, при определенных обстоятельствах, также к контакту захватывающих элементов на их концах, проксимальных относительно оси вращения, в результате чего все же было бы затруднено протекание через образованные между захватывающими элементами промежуточные пространства потока газа и, в частности, потока воздуха, предусмотренного для испарения доли жидкости из смеси. В соответствии с изобретением такое значительное сближение соседних захватывающих элементов может быть предотвращено за счет применения чередующихся относительно узких и относительно широких захватывающих элементов, причем все эти захватывающие элементы позиционированы расположенными по возможности дальше радиально снаружи. Это позволяет использовать сравнительно большое количество захватывающих элементов, в результате чего можно довести до максимума образованную ими общую поверхность.
Кроме того, за счет исполнения захватывающих элементов с множеством сквозных отверстий можно добиться того, что предусмотренный для сушки смеси поток газа может протекать не только через выполненные между захватывающими элементами промежуточные пространства, но также и через сами захватывающие элементы и за счет этого также через осевшую на них смесь, за счет чего также по сравнению с захватывающими элементами, через которые не может проходить поток, может быть существенно улучшен эффект сушки. Такой предпочтительный эффект захватывающих элементов, через которые может проходить поток, может оказывать положительное воздействие, в частности, при встраивании относительно большого количества захватывающих элементов, которое может быть возможным за счет исполнения чередующихся относительно узких и относительно широких захватывающих элементов, так как таким образом можно выбрать расстояния между соседними захватывающими элементами особенно малыми без оказания в результате этого отрицательного воздействия на способность протекания через ротор и принятую им смесь.
>
<
Для выработки относительно большого потока газа предпочтительно может быть предусмотрено, что соответствующее изобретению сушильное устройство содержит вентилятор, который вырабатывает поток газа и, в частности, поток воздуха, который по меньшей мере частично и предпочтительно по возможности полностью протекает через ротор или по меньшей мере через его участок, расположенный вне приемного резервуара. При этом может быть предпочтительным образом предусмотрено, что направление основного потока газа ориентировано относительно оси вращения ротора поперечно (предпочтительно под углом  45°) и, в частности, перпендикулярно. Альтернативно направление главного потока газа может быть все же ориентировано также в продольном направлении (45°) ротора (или, соответственно, оси ротора) и, в частности, также параллельно оси вращения.
В предпочтительном исполнении соответствующего изобретению сушильного устройства может быть предусмотрено исполнение захватывающих элементов по меньшей мере частично решетчатыми. Под «решетчатыми» понимают исполнение, при котором захватывающие элементы или соответствующая часть их выполнены из множества соединенных между собой элементов в виде пластин или в виде стержней, которые вместе ограничивают множество сквозных отверстий. Элементы «в виде стрежней» отличаются тем, что они имеют длину (то есть протяженность в одном направлении, продольном направлении), которая существенно больше, в частности, по меньшей мере вдвое больше ширины (одна из протяженностей перпендикулярно продольному направлению) и высоты (протяженность перпендикулярно продольному направлению и направлению по ширине). К тому же при этом ширина может быть предпочтительно существенно большей и, в частности, вдвое больше высоты. Решетчатые элементы могут отличаться, в частности, относительно более высоким соотношением общей площади отверстий, образованной множеством сквозных отверстий, в сравнении с общей площадью охватывающих эти сквозные отверстия сторон захватывающих элементов, причем одновременно может быть обеспечена достаточная стабильность захватывающих элементов. Предпочтительно может быть предусмотрено, что для увеличения до максимума соотношения между общей площадью отверстий и общей поверхностью высота выполненных в виде пластин или в виде стержней элементов, которые реализуют решетчатую форму захватывающих элементов, определяет расстояние между соседними сквозными отверстиями. Элементы могут быть выполнены, например, в виде «параллельной» решетки с проходящими параллельно рядом друг с другом элементами и, таким образом, с прямоугольными и, в частности, квадратными поперечными сечениями отверстий или в виде ромбовидной решетки с не параллельно проходящими элементами и, следовательно, в частности, ромбовидными поперечными сечениями отверстий.
В следующем предпочтительном варианте исполнения соответствующей изобретению сушильной установки к тому же может быть предусмотрено, что захватывающие элементы по меньшей мере частично, предпочтительно все, ориентированы радиально под наклоном относительно оси вращения ротора. Под ориентацией «радиально под наклоном» понимается, что соответственно дальний от оси вращения конец захватывающих элементов смещен по сравнению с соответствующим проксимальным концом в окружном направлении. При этом в особо предпочтительном варианте может быть предусмотрено, что захватывающие элементы наклонены в направлении предусмотренного направления вращения ротора. При помощи такого исполнения можно в свою очередь реализовать предпочтительное прохождение потока через образованные, в частности, между захватывающими элементами промежуточные пространства. Это может иметь место, в частности, в случае, если соответствующее изобретению сушильное устройство содержит также вентилятор, причем основное направление выработанного этим вентилятором потока газа ориентировано поперечно и, в частности, перпендикулярно оси вращения ротора. Кроме того, с помощью такой наклонной радиальной ориентации захватывающих элементов можно реализовать улучшенное захватывание части смеси из приемного резервуара.
2
2
Предпочтительно может быть предусмотрено, что по меньшей мере некоторые, предпочтительно все сквозные отверстия захватывающих элементов имеют площадь отверстий, составляющую по меньшей мере 800 мм и/или максимально 1600 мм. Это зарекомендовало себя как особо предпочтительный компромисс в отношении достаточно хорошего протекания потока через захватывающие элементы и достаточно хорошей эффективности относительно захватывания смеси из приемного резервуара.
Для дальнейшего улучшения сушильного эффекта соответствующей изобретению сушильной установки может быть предусмотрено, что оно содержит также теплообменник, с помощью которого может быть нагрет предусмотренный для сушки и, в частности, выработанный вентилятором поток газа. Такой теплообменник может быть выполнен в виде нагревательного устройства, при котором происходит преобразование энергии иной формы (например, электрической энергии) в тепловую энергию. Особо предпочтительно, однако, может быть предусмотрено, что в теплообменнике происходит (исключительно) теплопередача от рабочей среды теплообменника (в частности, текучей среды, т.е. жидкости или газа или смеси жидкости и газа) к потоку газа. В частности, применительно к аккумулированной в рабочей среде теплообменника тепловой энергии речь может идти об отводимом тепле из другого, в частности, экзотермического процесса, который протекает предпочтительно в непосредственной близости от соответствующей изобретению сушильной установки. Этот другой процесс может представлять собой, например, сжигание биохимического газа или иного топлива для выработки электроэнергии и/или тепла.
Соответствующее изобретению сушильное устройство может содержать взвешивающее устройство для определения массы содержащейся в приемном резервуаре смеси, так как с его помощью можно особо точно определить степень уже осуществленного осушения смеси. При этом речь идет об исполнении, которое принципиально независимо от соответствующего изобретению исполнения сушильного устройства и поэтому может быть осуществимо для любых сушильных устройств указанного выше типа.
В соответствующем изобретению сушильном устройстве может быть предусмотрено также, что приемный резервуар содержит впускное отверстие, которое используют, в частности, исключительно в качестве впускного отверстия, и выпускное отверстие, которое используют, в частности, исключительно в качестве выпускного отверстия для смеси. По сравнению с сушильным устройством, в случае которого используют одно комбинированное впускное и выпускное отверстие для подвода смеси в приемный резервуар и для отвода смеси из приемного резервуара, за счет этого можно, в частности, улучшить по возможности полный отвод осушенной и, тем самым, лишь в малой степени текучей смеси.
При этом особо предпочтительно может быть предусмотрено, что впускное и выпускное отверстия встроены в противолежащие друг другу стороны приемного резервуара, причем эти стороны приемного резервуара могут быть, в частности, расположены на расстоянии друг от друга вдоль оси вращения ротора. Таким образом может быть осуществлена поддержка отвода уже осушенной партии смеси из приемного резервуара путем одновременной подачи новой партии.
При раздельно предусмотренных впускных и выпускных отверстиях речь идет об исполнении, которое принципиально независимо от соответствующего изобретению исполнения сушильного устройства и поэтому может быть применено для любых сушильных устройств указанного выше типа.
Неопределенные артикли («один», «одна», «один и тот же» и «одного», в частности, в пунктах формулы изобретения и в поясняющем пункты формулы изобретения описании, следует понимать как таковые и не в качестве имени числительного. Конкретизированные в соответствии с этим компоненты следует, следовательно, понимать таким образом, что они присутствуют по меньшей мере в единственном числе и могут присутствовать во множественном числе.
Далее изобретение поясняется более подробно на основании изображенного на чертежах примера исполнения. Чертежи показывают:
Фиг. 1 показывает соответствующее изобретению сушильное устройство в первом виде в перспективе;
Фиг. 2 показывает маркированный символом II на фиг. 1 фрагмент в увеличенном изображении;
Фиг. 3 показывает сушильное устройство во втором виде в перспективе;
Фиг. 4 показывает сушильное устройство на виде спереди; и
Фиг. 5 показывает сушильное устройство на виде сбоку, однако без отображения одной из торцовых стенок ротора и одной из ограничительных стенок корпуса сушильного устройства.
Изображенное на чертежах сушильное устройство содержит станину 1, внутри которой с возможностью вращения укреплен ротор 2. Привод ротора 2 во вращение может быть осуществлен при помощи приводного устройства 3 (ср. фиг. 4), которое может содержать, например, электродвигатель, который непосредственно или с промежуточным включением передаточного механизма может воздействовать на центральный приводной вал 4, продольная ось которого соответствует оси 17 вращения ротора 2.
Кроме того, корпус 1 включает в себя также приемный резервуар 5, который содержит имеющую форму полусферы оболочку 6 резервуара, два (осевых в продольном направлении) конца которой закрыты с помощью ограничительных стенок 7. Приемный резервуар 5 расположен ниже (относительно направления силы тяжести в предусмотренном эксплуатационном положении сушильного устройства) ротора 2, причем ротор 2 частично расположен внутри приемного резервуара 5.
Ограниченный приемным резервуаром 5 внутренний объем с соединен по текучей среде с двумя соединительными фланцами 8, через которые может быть произведен подвод и отвод смеси 9 из жидкости и одного или более твердых веществ. При этом один из соединительных фланцев 8 служит для отвода смеси 9, уже сгущенной с помощью соответствующего изобретению сушильного устройства, и в соответствии с этим образует выпускное отверстие приемного резервуара 5, в то время как другой присоединительный фланец 8 служит для подвода новой, еще подлежащей сгущению смеси 9 и в соответствии с этим образует впускное отверстие приемного резервуара 5. При этом соединительные фланцы встроены в расположенные на расстоянии друг от друга вдоль оси 17 вращения ротора 2, противолежащие и к тому же параллельно ориентированные стороны (ограничительные стенки 7) приемного резервуара 7. Для подвода и отвода смеси 9 могут быть предусмотрены один или более (не изображенных) насосов или устройств подачи.
На одной стороне станины 1 на высоте расположенного вне приемного резервуара 5 участка ротора 2 на станине 1 укреплено устройство, содержащее множество вентиляторов 10 (в данном случае конкретно два), а также теплообменник 11. При помощи вентиляторов 10, которые могут быть приведены в действие, например, электродвигателями, может быть выработан поток воздуха, который ориентирован приблизительно перпендикулярно оси 17 вращения ротора 2 и который проходит, тем самым, через расположенный вне приемного резервуара 5 участок ротора 2 поперечно его оси 17 вращения. При этом поток воздуха предварительно проходит дополнительно через теплообменник 11, в результате чего вследствие перехода тепловой энергии происходит его нагрев рабочей средой теплообменника, проходящей внутри теплообменника 11 и подаваемой через теплообменник 11, например, циркуляционным насосом (не изображен). Для достижения по возможности направленного прохождения потока через ротор 2 устройство содержит также корпус 12, который не только обеспечивает крепление устройства на станине 1 и фиксированное позиционирование вентиляторов 10 и теплообменника 11 относительно друг друга, но и обладает функциональностью в отношении направления потока.
Ротор 2 содержит две торцовых стенки 13, которые ограничивают внутренний объем ротора 2 с торцовых сторон и которые соединены между собой с помощью множества распределенных с равномерным шагом на протяжении наружного периметра ротора 2, имеющих форму пластин захватывающих элементов 14, которые ориентированы радиально под наклоном относительно оси 17 вращения в направлении вращения ротора 2 (ср. в частности, фиг. 5). При этом имеющие форму пластин захватывающие элементы выполнены ровными, то есть не искривленными.
1
2
1
2
Как следует далее из фиг. 5, (наклонная) радиальная ориентация захватывающих элементов 14 обуславливает сближение соседних захватывающих элементов 14, возрастающее по мере приближения к оси 17 вращения. Это ведет к тому, что количество захватывающих элементов 14, которые могут быть встроены в ротор 2, ограничивается не только высотой h, но и ширинами b, b захватывающих элементов 14. Для использования кольцевого пространства ротора 2, внутри которого расположены захватывающие элементы 14 и который предусмотрен для частичного погружения в предусмотренную в приемном резервуаре 5 смесь 9, предпочтительно для встраивания по возможности большого количества захватывающих элементов 14, в результате чего обеспечивается доведение до максимума поверхности, смачиваемой смесью 9, предусмотрено чередование относительно широких захватывающих элементов 14 (с шириной b) и относительно узких захватывающих элементов (с шириной b) в окружном направлении ротора 2, причем узкие захватывающие элементы 14 расположены соответственно внутри приблизительно V-образного промежуточного пространства, которое образовано соответственно соседними относительно широкими захватывающими элементами 14.
За счет сравнительно большой общей площади, которая образована в сумме имеющими форму пластин захватывающими элементами 14 и которая находится в распоряжении для захвата подлежащей сгущению смеси 9, а также которую может обтекать поток воздуха, может быть достигнута хорошая эффективность сушки или, соответственно, испарения доли жидкости смеси 9.
Кроме того, в случае сушильного устройства, несмотря на относительно малые, обусловленные относительно большим количеством захватывающих элементов 14 расстояния между захватывающими элементами 14, реализуется в целом хорошее протекание потока воздуха через ротор 2 и захваченную захватывающими элементами 14 смесь 9, поскольку захватывающие элементы 14 выполнены в виде решеток и конкретно в форме прямоугольной решетки (ср., в частности, фиг. 2). В соответствии с этим все захватывающие элементы 14 полностью выполнены из множества имеющих форму пластин элементов, которые - за исключением элементов, образующих края захватывающих элементов - крестообразно соединены друг с другом, и тем самым образуют множество взаимопроникающих прямых продольных рядов и прямых поперечных рядов, которые ограничивают прямоугольные сквозные отверстия относительно продольного направления и направления по ширине отдельных захватывающих элементов 14.
Торцовые стенки 13 содержат кольцеобразные участки 15, в которых они соединены друг с другом с помощью захватывающих элементов 14. Эти кольцеобразные участки 15 торцовых стенок 13 с помощью множества радиально ориентированных распорок 16 соединены с приводным валом 4 для передачи привода вращения от приводного вала 4 на закрепленные с захватывающими элементами 14 кольцеобразные участки 15 ротора 2.
В ходе эксплуатации сушильного устройства ротор 2 приводят во вращение с помощью приводного устройства 3, в результате чего происходит непрерывное погружение другого участка ротора 2 в размещенную внутри приемного резервуара 5 смесь 9, и смоченные таким образом смесью 9 захватывающие элементы 14 затем перемещаются вдоль не расположенного в приемном резервуаре 5 участка периметра ротора 2, причем их обтекает нагретый поток воздуха или, соответственно, проходит через них, в результате чего происходит испарение доли жидкости смеси 9. За счет этого достигают желательного сгущения содержащейся внутри приемного резервуара 5 партии смеси 9. Это длится до тех пор, пока содержащаяся в приемном резервуаре 5 партия смеси 5 не достигнет определенной консистенции или вязкости. После этого соответствующая партия смеси 9 может быть отведена через соединительный фланец 8 из приемного резервуара 5 и через другой соединительный фланец 8 может быть подведена новая партия, которая затем соответствующим образом может быть сгущена в результате работы сушильного устройства.
Определение подлежащей достижению консистенции или вязкости смеси 9 может быть произведено, например, на основании опускания уровня смеси 9 ниже определенного уровня наполнения внутри приемного резервуара 5. Для определения уровня наполнения сушильное устройство может содержать соответствующее (не изображенное) устройство измерения уровня наполнения, например, устройство радиолокационного измерения. Альтернативно или дополнительно определение уровня наполнения или подлежащей достижению консистенции может быть основано на взвешивании приемного резервуара 5 или содержащейся в приемном резервуаре 5 смеси 9. В результате этого работа сушильного устройства, включая подвод и отвод различных партий смеси 9, и по мере необходимости прерывание привода ротора 2 во вращение во время смены партий могут происходить автоматически.
Тепловая энергия, передаваемая в теплообменнике 11 потоку воздуха, предпочтительно представляет собой отводимое тепло из осуществляемого помимо этого, предпочтительно вблизи сушильного устройства, экзотермического процесса, такого как, например, сжигание биохимического газа или иного топлива для выработки электроэнергии и/или тепла.
Поскольку среди прочего на основании законодательных предписаний часто необходимо обеспечение систем защиты, которые надежно препятствуют выходу подлежащих сгущению смесей, дополнительно к расположенному, например, на радиолокационном датчике устройству измерения уровня наполнения для приемного резервуара 5 может быть предусмотрено дополнительное устройство защиты от переполнения (не изображено). Это устройство защиты от переполнения может быть основано на принципе маятниковой вилки, которая известным образом может быть приведена в режим непрерывных колебаний, причем частота и/или амплитуда этих колебаний изменяется вследствие контакта со смесью 9, на основании чего можно надежно определить превышение максимального уровня наполнения, что в конечном итоге может привести к принудительному отключению насоса, предназначенного для подачи смеси 9 в приемный резервуар 5. Такого рода датчики с маятниковой вилкой допущены к использованию в соответствии с немецким законом о водном хозяйстве.
Вследствие возможности работы сушильного устройства в полностью автоматическом режиме оно может предпочтительно дополнительно содержать также интерфейс (не изображен), с помощью которого оно может быть подключено к вышестоящей системе управления. С помощью этого интерфейса на устройство контроля может быть выдано, например, также сообщение о неисправности. Также существует возможность управления через интерфейс работой мешалки на конечном месте складирования, в котором должна храниться сгущенная смесь 9, в зависимости от эксплуатации сушильного устройства. Дополнительно к этому соответствующее изобретению сушильное устройство может быть оснащено счетчиком тепла. Такой счетчик тепла, в частности, в комбинации с автоматическим устройством определения консистенции смеси 9, может служить также для определения производительности сушильного устройства. Это может быть важным, в частности, в том случае, если оно оснащено нагревательным устройством для нагрева используемого для сушки потока газа, так как в этом случае для производительности сушильной установки можно установить должное соотношение относительно использованной тепловой энергии.
С помощью соответствующего изобретению сушильного устройства, как оно изображено, например, на чертежах, может быть достигнута производительность сушки, составляющая один литр воды на киловатт-час тепловой энергии и выше. Эта величина заметно лучше, чем 1,5 литра на киловатт-час тепловой энергии, которая в настоящее время должна быть доказана для того, чтобы в соответствии с немецким законом о возобновляемых источниках энергии получить бонус для объединения выработки тепловой и электрической энергии (KWK-бонус).
Перечень ссылочных обозначений
1 Станина
2 Ротор
3 Приводное устройство
4 Приводной вал
5 Приемный резервуар
6 Оболочка резервуара
7 Ограничительная стенка
8 Соединительный фланец
9 Смесь
10 Вентилятор
11 Теплообменник
12 Корпус
13 Торцовая стенка ротора
14 Захватывающий элемент ротора
15 Кольцеобразный участок торцовой стенки ротора
16 Распорка торцовой стенки ротора
17 Ось вращения ротора
b1 Ширина относительно широкого захватывающего элемента
b2 Ширина относительно узкого захватывающего элемента
h Высота захватывающего элемента