HÄNEL, Matthias (Nelkenweg 3, Hessigheim, 74394, DE)
| Ansprüche 1. Vorrichtung zum Wärmeübertragen, mit mindestens einem Wärmeübertragungsglied, das abwechselnd von einem ersten, heißen Fluid und von einem zweiten Fluid durchströmbar ist, dadurch ge- kennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsglied (2) ein Verdampfer (4) für das zweite Fluid ist und aus Keramik besteht. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsglied (2) von einem, insbesondere druckfesten, Behältnis (13) umgeben ist. 3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsglied (2) von einer Wärmeisolierung (10), insbesondere Keramikfaser-Isolierung, umgeben ist. 4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsglied (2) Formkörper (5) aufweist. 5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsglied (2) eine Beschichtung, insbesondere Nano-Beschichtung, auf- weist. 6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid über eine erste Einbringungsvorrichtung (14) und das zweite Fluid über eine zweite Einbringungsvorrichtung (14) einbringbar ist. 7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Einbringungsvorrichtung (14) als Eindüsungsvorrichtung (17) ausgebildet ist, die mindestens eine Eindüsungsöffnung (16) aufweist. 8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere, zueinander be- abstandete Eindüsungsöffnungen (16) an der ersten und/oder zweiten Eindüsungsvorrichtung (17) vorgesehen sind. 9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere erste und/oder zweite Einbringungsvorrichtungen (14), die über den Querschnitt des Wärmeübertragungsglieds (2) verteilt angeordnet sind, vorgesehen sind. 10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder zweite Einbringungsvorrichtung (14) mindestens eine, eine, insbesondere frontseitig angeordnete, Eindüsungsöffnung (16) aufweisende, Einbringlanze (15) aufweisen. 11. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein erstes Querschnittsverstellglied (19) zur Einstellung eines Durchsatzes des ersten Fluids und/oder ein zweites Querschnittsverstellglied (19) zur Einstellung eines Durchsatzes des zweiten Fluids. 12. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen an das Wärmeübertra- gungsglied (2) strömungstechnisch angeschlossenen Speicher (33) für das zweite Fluid. 13. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Fluid Abluft, insbesondere Abluft einer Abgasreinigungseinrichtung (20), und/oder extern aufgewärmte Luft ist. 14. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Fluid Wasser oder ein Kondensat ist. 15. Abgasreinigungseinrichtung (20), insbesondere zur thermischen und/oder katalytischen Abgasreinigung, mit einer Vorrichtung (1 ) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche. 16. Verfahren zum Übertragen von Wärme eines ersten Fluids auf ein zweites Fluid, mit mindestens einem Wärmeübertragungsglied, das abwechselnd von dem ersten, heißen Fluid und von dem zweiten Fluid durchströmt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsglied (2) aus Keramik hergestellt und das zweite Fluid darin verdampft wird. 17. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ans- prüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Durchströmen des Wärmeübertragungsglieds (2) durch das erste und/oder zweite Fluid in Abhängigkeit von einer Temperatur, insbesondere einer inneren Temperatur, des Wärmeübertragungsglieds (2) gesteuert und/oder geregelt wird. 18. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Position eines Einbringens des zweiten Fluids in das Wärmeübertragungsglieds (2) in Abhängigkeit der Temperatur, insbesondere der inneren Temperatur, des Wärmeübertragungsglieds (2) und/oder eines Drucks innerhalb des Wärmeübertragungsglieds (2) gewählt wird. |
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Wärmeübertragen, mit mindestens einem Wärmeübertragungsglied, das abwechselnd von einem ersten, heißen Fluid und von einem zweiten Fluid durchströmbar ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Abgasreinigungseinrichtung und ein Verfahren zum Übertragen von Wärme eines ersten Fluids auf ein zweites Fluid.
Vorrichtungen zum Wärmeübertragen der Eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Sie werden häufig in Abgasreinigungsanlagen eingesetzt, um die bei einem Verbrennungsvorgang anfallende Wärme zu regenerieren und dem Verbren- nungsprozess wieder zuzuführen. Dazu wird in einer ersten Phase das bei der Verbrennung anfallende Abgas durch das Wärmeübertragungsglied geleitet. Sobald dieses aufgeheizt ist, wird die Zufuhr des heißen Abgases abgestellt und das Wärmeübertragungsglied stattdessen mit einem kalten Fluid, das sich auf seinem Weg in die Brennkammer befindet, durchströmt. Dieses wird dadurch aufge- heizt, wodurch in die Brennkammer weniger externe Energie, beispielsweise in der Form von Brennstoff, zugeführt werden muss, um eine bestimmte Temperatur zu erreichen. Die während dieses Wärmeübertragungsprozesses anfallende Wärme kann nicht anderweitig genutzt werden. Es ist also lediglich eine regenerative Nutzung die- ser Wärme innerhalb der Abgasreinigungsanlage möglich.
Als weitere Einrichtung kann beispielsweise ein Verdampfer an die Abgasreinigungseinrichtung angeschlossen sein. Ein solcher Verdampfer ist unter anderem aus der DE 36 26 359 C2 bekannt. Der dort beschriebene Verdampfer weist in einem Flüssigkeitsbad ver- laufende Rohre zur Führung einer zu verdampfenden Flüssigkeit auf. Dabei wird das Flüssigkeitsbad mittels eines Dampfinjektors beheizt. Am Beispiel der Abgasreinigungsanlage wäre es nun vorstellbar, aus deren Brennkammer heißes Fluid zu entnehmen, damit den Dampf- injektor zu speisen und so das Flüssigkeitsbad aufzuheizen. Auf diese Weise könnte das in den Rohren verlaufende Fluid verdampft werden. Diese Vorgehensweise ist jedoch ineffizient, da die Wärme des Flüssigkeitsbades zunächst durch Wärmeleitung durch das Rohrmaterial übertragen werden muss, um das darin befindliche Fluid aufzuheizen und zu verdampfen.
Aufgabe der Erfindung ist es damit, eine Vorrichtung zum Wärmeübertragen bereitzustellen, die die vorgenannten Nachteile nicht aufweist, sondern vielmehr eine effiziente Wärmeübertragung gewährleistet und gleichzeitig weitere Verwendungsmöglichkeiten er- möglicht.
Dies wird erfindungsgemäß erreicht, indem eine Vorrichtung zum Wärmeübertragung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ein Wärmeübertragungsglied aufweist, welches ein Verdampfer für das zweite Fluid ist und aus Keramik besteht. Erfindungsgemäß ist die Vorrichtung somit ein keramischer Wärmeübertrager. Das Wärmeübertragungsglied dieses Wärmeübertragers wird abwechselnd von einem ersten, heißen Fluid und von einem zweiten Fluid durchströmt. Während der ersten Durchströmungsperiode wird das Wärmeübertragungsglied durch das erste, heiße Fluid aufgeheizt. Über eine geeignete Vorrichtung wird nachfolgend ein Strom des ersten Fluids unterbrochen und stattdessen das zweite Fluid in das Wärmeübertragungsglied eingeleitet. Dieses wird in dem erwärmten Wärmeübertragungsglied erhitzt und verdampft. Es kann vorgesehen sein, dass mehrere der erfindungsgemäßen Vorrichtungen parallel betrieben werden beziehungsweise eine Vorrichtung mehrere Wärmeübertragungsglieder aufweist. So kann ein kontinuierlicher Strom des ersten, heißen Fluids sequenziell durch die Vorrichtungen bezie- hungsweise Wärmeübertragungsglieder geleitet werden und ein ebenso kontinuierlicher Strom des verdampften zweiten Fluids aus der Vorrichtung entnommen werden. Durch die Herstellung des Wärmeübertragungsglieds aus Keramik ist dieses besonders tempe- raturwechselbeständig. Damit kann problemlos ein großer Massen- ström des ersten, heißen Fluids sowie des zweiten Fluids und/oder eine hohe Temperatur des ersten Fluids vorgesehen sein, was eine rasche Aufheizung und Abkühlung des Wärmeübertragungsglieds bedingt, ohne dass die Struktur des Werkstoffs dadurch geschwächt würde. Durch die unmittelbare Übertragung der Wärme von dem ers- ten Fluid auf das Wärmeübertragungsglied beziehungsweise von dem Wärmeübertragungsglied auf das zweite Fluid liegt ein höherer Wirkungsgrad vor als bei den aus dem Stand der Technik bekannten Wärmetauschern beziehungsweise Verdampfern, bei welchen die Wärme durch Wärmeleitung beispielsweise durch Rohrwände hin- durch übertragen werden muss.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Wärmeübertragungsglied von einem, insbesondere druckfesten, Behältnis umgeben ist. Um die Vorrichtung auch bei hohen Drücken des ersten und/oder zweiten Fluids verwenden zu können, muss das Wärme- Übertragungsglied beziehungsweise dessen Außenflächen in eine druckbeständige Hülle eingebettet sein. Diese kann als Behältnis ausgebildet sein. Vorstellbar ist es beispielsweise, dass das Wärmeübertragungsglied vollständig von dem Behältnis umgeben ist und das erste und/oder zweite Fluid über darin befindliche Anschluss- stutzen in das Wärmeübertragungsglied geleitet werden, oder dass lediglich eine umfänglich Umkleidung des Wärmeübertragungsglieds durch das Behältnis vorgesehen ist. In letzterem Fall sind geeignete Zu- und/oder Abführmaßnahmen für das erste und/oder das zweite Fluid vorzusehen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Wärmeübertragungsglied von einer Wärmeisolierung, insbesondere Keramikfaser- Isolierung, umgeben ist. Um den Wirkungsgrad der Vorrichtung soweit wie möglich zu erhöhen, muss verhindert werden, dass Wärme aus dem Wärmeübertragungsglied in die Umgebung abgegeben wird und somit dem Wärmeübertragungs- beziehungsweise dem Ver- dampfungsprozess nicht mehr zur Verfügung steht. Dies kann dadurch erreicht werden, dass eine Wärmeisolierung um das Wärmeübertragungsglied vorgesehen wird. Vorzugsweise ist diese aus Ke- ramikfasem, da mit diesen ein hoher Grad der Isolierung erreicht werden kann. Ist neben der Isolierung auch eine Umhüllung des Wärmeübertragungsglieds durch ein Behältnis vorgesehen, so kann beispielsweise die Isolierung auf der Außenseite des Wärmeübertragungsglieds und anschließend das Behältnis vorgesehen sein. Um- gekehrt ist es aber auch möglich, das Behältnis an das Wärmeübertragungsglied anschließen zu lassen und auf das Behältnis außenseitig eine Isolierung aufzubringen.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Wärmeübertragungsglied Formkörper aufweist. Formkörper sind beispielsweise Elemente aus einem keramischen Grundstoff, die in Strömungsrichtung von Kanälen durchsetzt sind. In Abhängigkeit von Eigenschaften der Fluide und/oder einer gewünschten Wärmekapazität des Wärmeübertragungsglieds und/oder einer vorgesehenen Leistung des Wärmeübertragungsglieds können die den Formkörper durchsetzenden Kanäle eine bestimmte Größe und/oder einen bestimmten Abstand zueinander aufweisen. Der Formkörper kann sowohl monolithisch als auch aus Einzelelementen aufgebaut sein. Ebenso können die Strömungskanäle eine beliebige Form einnehmen. Dabei ist eine gewünschte Wärmeübertragung gegenüber Strömungsverlusten abzuwägen. Es kann vorgesehen sein, dass die Strömungskanäle den Formkörper ohne Unterbrechung durchlaufen, es kann aber auch vorgesehen sein, dass innerhalb des Formkörpers Quer- Verbindungen zwischen den Strömungskanälen existieren. Beispielsweise kann der Formkörper als Wabenkörper ausgebildet oder Bestandteil einer Schüttung sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Wärmeübertragungsglied eine Beschichtung, insbesondere Nano-Beschichtung, aufweist. Die Beschichtung kann beispielsweise dazu dienen, die zur Wärmeübertragung zur Verfügung stehende Oberfläche zu vergrößern. Dies kann in besonderem Maße durch eine Nano- Beschichtung erreicht werden. Eine Nano-Beschichtung ist eine Beschichtung, die Nano-Teilchen enthält, beziehungsweise aus diesen besteht. Beim Aufbringen der Beschichtung auf das Wärmeübertragungsglied können sich Hohlräume ausbilden, die ebenfalls von dem ersten und/oder dem zweiten Fluid durchströmbar sind. Damit vergrößert die Beschichtung zum Einen das Volumen, das der Wärme- speicherung zur Verfügung steht, als auch die Oberfläche, die für eine effiziente Wärmeübertragung notwendig ist. Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Beschichtung auch in dem Wärmeübertragungsglied vorgesehen ist, also beispielsweise als Beschichtung von Strömungskanälen des Wärmeübertragungsglieds dient. Die Beschichtung kann auch als Schutzbeschichtung vorgesehen sein, um die Festigkeit und/oder Reinheit des Wärmeübertragungsglieds zu verbessern. Beispielsweise kann mit einer Schutzbeschichtung eine Rauhigkeit der Oberfläche verringert werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das erste Fluid über eine erste Einbringungsvorrichtung und das zweite Fluid über eine zweite Einbringungsvorrichtung einbringbar ist. Sowohl das erste als auch das zweite Fluid müssen auf eine effiziente Weise, also vorzugsweise ohne beziehungsweise mit geringen Strömungsverlusten, in die Vorrichtung zum Wärmeübertragen beziehungsweise das Wärmeübertragungsglied eingebracht werden. Zu diesem Zweck sind Einbringungsvorrichtungen vorgesehen. Die Einbringungsvorrichtungen, also sowohl die erste Einbringungsvorrichtung als auch die zweite Einbringungsvorrichtung leiten das erste und/oder das zweite Fluid von einer jeweiligen Anschlussstelle in die Vorrichtung zum Wärmeübertragung.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erste und/oder zweite Einbringungsvorrichtung als Eindüsungsvorrichtung ausgebildet ist, die mindestens eine Eindüsungsvorrichtung aufweist. Insbesondere bei dem zu verdampfenden zweiten Fluid ist es von Bedeu- tung, dass das Fluid während des Einbringens in die Vorrichtung zum Wärmeübertragen in einen Zustand gebracht wird, in dem eine schnelle und effiziente Übertragung von Wärme und somit Verdampfung stattfinden kann. Dies kann dadurch erreicht werden, dass die Oberfläche des Fluids vergrößert wird. Zu diesem Zweck sind Eindü- sungsvorrichtungen vorgesehen, die das erste und/oder zweite Fluid beim Einbringen in ein Spray oder einen Nebel umsetzen. Das Spray beziehungsweise der Nebel besteht aus vielen kleinen Einzeltröpfchen, die eine sehr große kumulative Oberfläche ausbilden. Über diese vergrößerte Oberfläche können sie mit dem Wärmeübertragungsglied in Verbindung treten und somit, bedingt durch ihre geringe Masse aber sehr große Oberfläche, sehr schnell verdampft werden. Auch kann mit Hilfe der Eindüsungsvorrichtung eine genaue Platzierung der Fluidströme vorgesehen sein. Das Gesagte gilt sowohl hinsichtlich einer Einbringung des ersten als auch des zweiten Fluids.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mehrere, zueinander beabstandete Eindüsungsöffnungen an der ersten und/oder zweiten Eindüsungsvorrichtung vorgesehen sind. Um eine gleichmäßige Beaufschlagung des Wärmeübertragungsglieds und damit eine möglichst effiziente Wärmeübertragung beziehungsweise Verdampfung zu gewährleisten ist es bedeutsam, dass sowohl das erste als auch das zweite Fluid nicht nur lokal an einer Stelle in das Wärme- Übertragungsglied eingebracht werden. Vielmehr ist eine Einbringung an mehreren Stellen beziehungsweise über mehrere Eindüsungsöffnungen vorzusehen, die vorzugsweise voneinander beabstandet sind. Das heißt, dass eine Eindüsungsvorrichtung beispielsweise mehrere Eindüsungsöffnungen aufweisen kann, die nicht an dersel- ben Position innerhalb der Vorrichtung zum Wärmeübertragen beziehungsweise des Wärmeübertragungsglieds vorgesehen sind. Die Eindüsungsöffnungen können an beliebigen horizontal und/oder vertikal versetzten Positionen angeordnet sein. Dabei ist auch ausdrücklich vorgesehen, dass die Eindüsungsöffnungen unterschiedli- che Querschnitte aufweisen können, um beispielsweise eine Austrittsmenge des ersten und/oder zweiten Fluids zu beeinflussen. Auch unterschiedliche Formen der Eindüsungsöffnungen können vorgesehen sein. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mehrere erste und/oder zweite Einbringungsvorrichtungen, die über den Querschnitt des Wärmeübertragungsglieds verteilt angeordnet sind, vorgesehen sind. Idealerweise sind diese Einbringungsstellen gleich- mäßig über einen Querschnitt des Wärmeübertragungsglieds verteilt. Es kann auch vorgesehen sein, dass Einbringungsstellen in beziehungsweise gegen eine Strömungsrichtung innerhalb des Wärmeübertragungsglieds versetzt sind, so dass an mehreren Positionen in Strömungsrichtung das erste und/oder das zweite Fluid eingebracht werden können. Vorzugsweise sind die Einbringungsstellen wiederum als Eindüsungsöffnungen vorgesehen, die einer jeweiligen Ein- düsungsvorrichtung des ersten/oder zweiten Fluids zugeordnet sind.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die erste und/oder zweite Einbringungsvorrichtung mindestens eine, eine, insbesondere frontseitig angeordnete, Eindüsungsvorrichtung aufweisende, Einbringlanze aufweist. Über die Einbringlanze kann das erste und/oder zweite Fluid an definierten Positionen innerhalb der Vorrichtung zum Wärmeübertragen beziehungsweise des Wärmeübertragungsglieds eingebracht werden. Dazu weist die Einbringlanze mindestens eine Eindüsungsöffnung auf, die vorzugsweise auf einer Frontseite der Einbringlanze angeordnet ist. Die Einbringlanze kann aber auch eine beliebige Anzahl an Einbring- und/oder Eindüsungsöffnungen aufweisen. Auch hier gilt, dass die Verteilung der Fluidströme über Größe, Anordnung und Position der Einbringungs- und/oder Eindüsungsöffnung beeinflussbar ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein erstes Querschnittsverstellglied zur Einstellung eines Durchsatzes des ersten Fluids und/oder ein zweites Querschnittsverstellglied zur Einstellung eines Durchsatzes des zweiten Fluids vorgesehen sind. Über die Querschnittsverstellglieder kann eine eingebrachte Menge beziehungsweise der Durchsatz des ersten und/oder zweiten Fluids eingestellt werden. Vorzugsweise verfügt jede Einbringungsvorrichtung über ein eigenes Querschnittsverstellglied. Es kann aber auch vorgesehen sein, dass mit einem Querschnittsverstellglied mehrere Einbringungsvorrichtungen beeinflussbar sind. Vorzugsweise kann der Durchsatz der Fluide beliebig zwischen keinem Durchsatz und dem Maximaldurchsatz einstellbar sein. Hierbei kann eine Regelung aufgrund verschiedener Einflussgrößen vorgesehen sein, beispielsweise Zeit und/oder Temperatur. Zu diesem Zweck kann eine geeignete Regelungs- bzw. Steuerungseinrichtung vorgesehen sein, die, insbesondere eine vollautomatische, Steuerung des Durchsatzes vornimmt.
Eine Weiterbildung der Vorrichtung sieht vor, dass ein an das Wärmeübertragungsglied strömungstechnisch angeschlossener Speicher für das zweite Fluid vorgesehen ist. Es kann sowohl ein Speicher vorgesehen sein, in dem das unverdampfte zweite Fluid aufbewahrt wird, als auch ein Speicher für das bereits verdampfte zweite Fluid. Es kann also sowohl eine Versorgung mit dem zweiten Fluid als auch eine (Zwischen-)Speicherung von erzeugtem Dampf vorgesehen sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das erste Fluid Abluft, insbesondere Abluft einer Abgasreinigungseinrichtung, und/oder extern aufgewärmte Luft ist. Zur Aufheizung des Wärmeübertragungsglieds wird vorzugsweise heiße Abluft verwendet. Diese kann vor und/oder nach und/oder aus der Brennkammer einer Abgasreinigungseinrichtung entnommen sein. Es sind auch andere erste Fluide vorsehbar, beispielsweise extern, insbesondere solar, aufgewärmte Luft. Die Abluft kann beispielsweise Reingas sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das zweite Fluid Wasser oder ein Kondensat ist. In ersterem Fall kann in der Vorrich- tung zum Wärmeübertragen Wasserdampf erzeugt werden. Es kann auch vorgesehen sein, dass das zweite Fluid Wasser enthält, das heißt eine Lösung auf Wasserbasis ist, oder ein Kondensat ist. Beispielsweise kann das Kondensat kondensierter Wasserdampf, das heißt aufbereitetes Wasser, sein.
Ferner umfasst die Erfindung eine Abgasreinigungseinrichtung, insbesondere zur thermischen und/oder katalytischen Abgasreinigung, mit einer Vorrichtung gemäß den vorhergehenden Ausführungen. Wie bereits beschrieben kann die Vorrichtung zum Wärmeübertragen zweckdienlich mit Abluft einer Abgasreinigungseinrichtung betrieben werden. Daher ist es besonders vorteilhaft, eine solche Vorrichtung als Bestandteil einer Abgasreinigungseinrichtung vorzusehen, um deren überschüssige Wärme zu nutzen.
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Übertragen von Wärme eines ersten Fluids auf ein zweites Fluid, mit mindestens ei- nem Wärmeübertragungsglied, das abwechselnd von dem ersten, heißen Fluid und von dem zweiten Fluid durchströmt wird. Es ist dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeübertragungsglied aus Keramik hergestellt und das zweite Fluid darin verdampft wird.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Durchströmen des Wärmeübertragungsglieds durch das erste und/oder zweite Fluid in Abhängigkeit von einer Temperatur, insbesondere einer inneren
Temperatur, des Wärmeübertragungsglieds gesteuert und/oder ge- regelt wird. Dazu wird die Temperatur an einer oder mehreren Stellen des Wärmeübertragungsglieds bestimmt. Vorzugsweise ist dabei auch eine Temperatur im Inneren des Wärmeübertragungsglieds zu messen. Entsprechend der bestimmten Temperatur kann dann der Durchsatz des ersten und/oder zweiten Fluids gesteuert werden. Eine Steuerung und/oder Regelung mit der Temperatur als Eingangsgröße und der Durchströmung als Ausgangsgröße kann durch eine Steuer- und/oder Regelungseinrichtung durchgeführt werden.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass mindestens eine Position eines Einbringens des zweiten Fluids in das Wärmeübertragungsglied in Abhängigkeit der Temperatur, insbesondere der inneren Temperatur, des Wärmeübertragungsglieds und/oder eines Drucks innerhalb des Wärmeübertragungsglieds gewählt wird. Beispielsweise kann eine lokale Temperatur- und/oder Druckbestim- mung an den Einbringungspositionen vorgesehen sein. In Abhängigkeit der bestimmten Temperatur und/oder des Drucks kann nun, solange die Temperatur und/oder der Druck über einem bestimmten Wert liegt, an der jeweiligen Einbringungsposition das zweite Fluid eingebracht werden. Es ist auch vorstellbar, dass an verschiedenen Einbringpositionen in Abhängigkeit von der Temperatur und/oder des Drucks eine unterschiedliche Menge des zweiten Fluids eingebracht wird. Damit kann eine gleichmäßige Abkühlung des Wärmeübertragungsglieds erreicht werden, was insbesondere dazu dienen kann, Wärmespannungen zu minimieren. Beispielsweise kann es vorgese- hen sein, das zweite Fluid an einer Position in das Wärmeübertragungsglied einzubringen, an der eine Temperatur und/oder ein Druck vorliegt, die/der geringfügig über der Temperatur und/oder dem Druck liegt welche/welcher zur Verdampfung des zweiten Fluids notwendig sind. Das zweite Fluid wird hierbei also nicht an einer Positi- on eingebracht, an welcher eine maximale Temperatur und/oder ein maximaler Druck vorliegt/vorliegen. Der Druck kann auch ein globaler Druck in dem Wärmebett beziehungsweise der Vorrichtung zum Wärmeübertragen sein.
Die Zeichnung veranschaulicht die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels, und zwar zeigt
Figur 1 einen Querschnitt durch ein Wärmeübertragungsglied, und
Figur 2 eine Abgasreinigungseinrichtung mit einer Vor- richtung gemäß den vorhergehenden Ausführungen.
Die Figur 1 zeigt einen Ausschnitt einer Vorrichtung 1 zum Wärmeübertragen. Dargestellt ist ein Querschnitt eines Wärmeübertragungsglieds 2, das als Wärmetauscher 3 und insbesondere als Ver- dampfer 4 verwendet wird. Das Wärmeübertragungsglied 2 besteht in dem dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem Formkörper 5, dessen Grundstruktur 6 aus Keramik besteht und beispielsweise als Wabenkörper vorgesehen ist. Der Formkörper 5 kann insbesondere eine runde Form aufweisen, um thermisch bedingte Spannungen zu verringern. In der Grundstruktur 6 sind im Querschnitt gesehen Waben 7 ausgebildet, die zu Strömungskanälen 8 extrudiert sind. Eine Oberfläche 9 der Strömungskanäle 8 kann mit einer Beschichtung versehen sein. Dabei ist es vorzugsweise vorgesehen, dass eine Nano-Beschichtung eingesetzt wird. Im Querschnitt gesehen weist das Wärmeübertragungsglied 2 mehrere Waben 7 beziehungsweise Strömungskanäle 8 auf. Das Wärmeübertragungsglied 2 ist von einer Wärmeisolierung 10 umgeben, die als Isolationsschicht 11 aus- gebildet ist. An die Isolationsschicht 11 schließt sich nach außen hin die Wandung 12 eines Behältnisses 13 an, die für eine Abdichtung des Wärmeübertragungsglieds 2 gegenüber der Umgebung sorgt. Das Behältnis 13 ist insbesondere druckdicht vorgesehen, so dass das Wärmeübertragungsglied 2 auch mit hohen Drücken beaufschlagbar ist. In dem Wärmeübertragungsglied 2 sind mehrere Einbringungsvorrichtungen 14 vorgesehen, die gleichmäßig über den Querschnitt des Wärmeübertragungsglieds 2 verteilt sind. Die Einbringungsvorrichtung 14 kann dabei als Einbringlanze 15 ausgebildet sein, die frontseitig eine Eindüsungsöffnung 16 besitzt. In dem hier dargestellten Fall ist die Eindüsungsöffnung 16 jeweils zentrisch in dem Strömungskanal 8 angeordnet. Die Eindüsungsöffnung 16 ist Bestandteil einer Eindüsungsvorrichtung 17, die beispielsweise auch mehrere Eindüsungsöffnungen 16 aufweisen kann. Die Einbrin- gungsvorrichtungen 14 werden über eine Zuleitung 18 mit dem ersten und/oder zweiten Fluid versorgt. Dabei sind zwischen Zuleitung
18 und den Einbringungsvorrichtungen 14 Querschnittsverstellglieder
19 vorgesehen, mit denen der Durchsatz des ersten und/oder zweiten Fluids in die Einbringungsvorrichtung 14 beeinflusst werden kann. Alternativ kann es auch vorgesehen sein, das erste und/oder zweite Fluid nicht über Eindüsungsvorrichtungen 17 in das Wärmeübertragungsglied 2 einzubringen, also bei Einbringen zu verstäuben, sondern einen gesamten Querschnitt der Strömungskanäle 8 mit dem jeweiligen Fluid zu füllen. In dem in Figur 1 gezeigten Aus- führungsbeispiel ist es vorgesehen, dass in jedem Strömungskanal 8 zumindest eine Eindüsungsöffnung 16 vorgesehen ist. Es können auch mehrere Eindüsungsöffnungen 16 in einem Strömungskanal 8 vorhanden sein. Die Figur 2 zeigt eine Abgasreinigungseinrichtung 20, mit einer Vorrichtung 21 zur thermischen und/oder katalytischen Abgasreinigung mit einem stromaufseitigen Wärmespeicher 22, einem stromabseitigen Wärmespeicher 23 und einer dazwischen angeordneten Brenn- kammer 24. Die Vorrichtung 21 ist über eine Zuleitung 25 mit einer nicht dargestellten Abgasquelle verbunden. In der Zuleitung 25 ist ein Querschnittsverstellglied 26, beispielsweise ein Absperrglied, insbesondere einstellbar mittels frequenzgeregelter Motoren, vorgesehen, über das ein Durchsatz des zugeführten Abgases einstellbar ist. Die Zuleitung 25 mündet in eine Seite des stromaufseitigen Wärmespeichers 22, auf dessen anderer Seite sich die Brennkammer 24 anschließt. Auf der stromabseitigen Seite der Brennkammer 24 folgt der stromabseitige Wärmespeicher 23, der wiederum in eine Abgasabführungseinrichtung 27 mündet. In dem dargestellten Bei- spiel kann über eine Heißgasleitung 28 erwärmtes Abgas aus der Brennkammer 24 entnommen werden. Die andere Seite der Heißgasleitung 28 führt über Querschnittsverstellglieder 29 in zwei Wärmeübertragungsglieder 2 einer Vorrichtung 1 zum Wärmeübertragen. Diese sind anderseitig wiederum über Querschnittsverstellglie- der 30 mit der Abgasabführungseinrichtung 27 verbunden. In die Wärmeübertragungsglieder 2 münden auch jeweils Einbringungsvorrichtungen 14, die über Querschnittsverstellglieder 19 mit einer Zuleitung 18 verbunden sind. Die Zuleitung 18 wird aus einem nicht dargestellten Speicher mit dem zweiten Fluid versorgt. Ebenfalls an das Wärmeübertragungsglied 2 beziehungsweise die Vorrichtung 1 zum Wärmeübertragen angeschlossen sind Dampfabführkanäle 31 , die über Querschnittsverstellglieder 32 mit einem Speicher 33 verbunden sind. Die Abgasabführungseinrichtung 27 führt in die Umgebung. Für die Abgasreinigungseinrichtung 20 ergibt sich die folgende Funktion: Über die Zuleitung 25 wird eine über das Querschnittsverstellglied 26 beeinflussbare Menge an Abgas in den stromaufseitigen Wärmespeicher 22 geleitet. In diesem wird das Abgas zunächst auf- geheizt, danach strömt es in die Brennkammer 24. Dort wird über eine nicht dargestellte Einrichtung externe Energie, beispielsweise in der Form von Brennstoff, eingebracht und endzündet. Ein Teil der aus der Verbrennung resultierenden Abgase wird durch die Heißgasleitung 28 entnommen, der Rest strömt durch den stromabseitigen Wärmespeicher, heizt diesen auf und wird danach über die Abgasabführungseinrichtung 27 in die Umgebung abgegeben. Der Teil des Abgases, der durch die Heißgasleitung 28 entnommen wurde, wird über die Querschnittsverstellglieder 29 in eines der Wärmeübertragungsglieder 2 und über das Querschnittsverstellglied 30 wieder aus diesem hinaus geleitet, worauf es ebenso über die Abgasabführungseinrichtung 27 in die Umgebung gelangt. Während der Durchströmung des Wärmeübertragungsglieds 2 mit dem Abgas wird dieses aufgeheizt. Ist/sind eine bestimmte Temperatur und/oder ein bestimmter Druck, die über eine Temperatur- und/oder Druckmessein- richtung bestimmt wird/werden, erreicht, so werden die entsprechenden Ventile geschlossen und die Durchströmung des Wärmeübertragungsglieds 2 mit dem Abgas unterbrochen. Nachfolgend werden die Querschnittsverstellglieder 32 geöffnet, ebenso wie die Querschnittsverstellglieder 19, so dass über die Zuleitung 18 beziehung- sweise die Einbringungsvorrichtung 14 ein zweites Fluid in das Wärmeübertragungsglied 2 eingebracht wird. Das eingebrachte zweite Fluid verdampft in dem Wärmeübertragungsglied und bewegt sich, da die Querschnittsverstellglieder 30 zwischenzeitlich geschlossen wurden, durch die geöffneten Querschnittsverstellglieder 32 und die Dampfabführkanäle 31 in den Speicher 33. Dort wird der entstandene Dampf des zweiten Fluids gespeichert. Ist/sind die Temperatur und/oder der Druck in dem Wärmeübertragungsglied 2 unter einen bestimmten Wert gesunken, so werden die Querschnittsver- Stellglieder 19 und 32 geschlossen, und die Querschnittsverstellglieder 29 und 30 wieder geöffnet, worauf die Zufuhr des zweiten Fluids eingestellt und erneut Abgas durch das Wärmeübertragungsglied 2 geleitet wird. In Figur 2 sind zwei Wärmeübertragungsglieder 2 dargestellt. Diese werden alternierend verwendet. Das bedeutet, dass beispielsweise zunächst das linke Wärmeübertragungsglied 2 mit Abgas aufgeheizt und danach zur Dampferzeugung eingesetzt wird. Während dieser Dampferzeugungsphase des linken Wärmeübertragungsglieds 2 erfolgt eine Einleitung von Abgas in das rechte Wärmeübertragungsglied 2, womit dieses ebenfalls aufgeheizt wird. Ist die Temperatur und/oder der Druck in dem linken Wärmeübertragungsglied 2 soweit gesunken, dass es nicht mehr zur Dampferzeugung genutzt werden kann, wird das Abgas wieder in das linke Wärmeübertragungsglied 2 eingeleitet, während nun das rechte Wärmeübertragungsglied 2 zur Dampferzeugung genutzt wird. Durch diese alternierende Vorgehensweise, bei der natürlich auch eine größere Anzahl an Wärmeübertragungsgliedern 2 eingesetzt werden kann, ist eine kontinuierliche Durchströmung mit Abgas und eine ebensolche Dampferzeugung gewährleistbar.
