DE3701995C1 - Vorrichtung zur gleichmaessigen Beaufschlagung eines durchstroembaren Waermegutes mit einer Fluid-Stroemung - Google Patents
Vorrichtung zur gleichmaessigen Beaufschlagung eines durchstroembaren Waermegutes mit einer Fluid-StroemungInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur gleichmäßigen Beaufschlagung
eines durchströmbaren Wärmegutes mit einer Fluid-Strömung der im Oberbe
griff des Patentanspruchs 1 angegebenen Gattung.
Als "durchströmbares Wärmegut" kommen insbesondere Stapel von Platten, Stan
gen, Rohren usw. in Frage, bei denen zwischen den einzelnen Lagen Distanz
halter angeordnet sind, um die einzelnen Lagen in definiertem Abstand von
einander zu halten.
Die gleichmäßige Erwärmung eines solchen durchströmbaren Wärmegutes ist
vielfach nur mittels erzwungender Konvektion möglich, da bei der Erwärmung
durch Strahlung der Wärmeübergang für die Randpartien wesentlich höher ist
als für den mittleren Bereich oder Kern des Wärmegutes. Da jedoch oft re
lativ lange Durchströmungsstrecken auftreten, muß bei konvektiver Erwärmung
zusätzlich die Strömung in hinreichend kurz bemessenen Zeitintervallen
umgekehrt werden, da sich auch beim konvektiven Wärmeübergang in einer
Strömung die Wärmeübergangsverhältnisse mit dem Strömungsweg ändern.
Es muß deshalb eine Anordnung vorgesehen werden, die den für die Durchströ
mung erforderlichen Volumenstrom mit der zur Überwindung des Druckverlustes
nötigen Pressung zur Verfügung stellt und gleichzeitig eine spiegelbildliche
Umkehr der Durchströmung, die sogenannte "Reversierung", ermöglicht; dabei
muß auch darauf geachtet werden, daß die erwähnte Pressung insbesondere bei
längeren Durchströmungswegen, wie sie bei Platten-Stapeln auftreten, relativ
hoch sein kann.
Zu diesem Zweck werden, bspw. in der Trocknungstechnik, aber auch im Indu
strieofenbau, Anlagen eingesetzt, bei denen die Strömung durch Wechsel der
Drehrichtung des Ventilators umgekehrt werden kann. Hierfür werden aus
schließlich Axialventilatoren eingesetzt, da nur diese Bauform bei einer
Umkehr der Drehrichtung auch eine Umkehr der Strömungsrichtung bewirkt.
Gleiche Strömungsleistungen für beide Drehrichtungen ergeben sich nur für
gerade Schaufeln und 45° Schaufelwinkel. Darüber hinaus darf kein Leitrad
verwendet werden. Daher sind Druckzahl und Wirkungsgrad sehr ungünstig. Aus
der DE-PS 32 48 760 ist zwar ein Axialventilator bekannt, bei dem sich die
Schaufeln selbsttätig entsprechend der Drehrichtung einstellen; diese Lösung
ist jedoch wegen der kaum lösbaren Lager- und Festigkeitsprobleme im Hoch
temperaturbereich nicht anwendbar.
Weil solche Einrichtungen meist bei höheren Temperaturen betrieben werden
müssen, sind die Axialventilatoren in der Regel fliegend gelagert, also in
der Nähe einer Wand angeordnet, so daß im allgemeinen eine Umlenkung des
Strömungsweges erforderlich ist. Diese, durch die Funktion bedingte Kon
struktion führt jedoch zwangsläufig zu unterschiedlichem Verhalten des
Axialventilators für seine beiden Drehrichtungen und damit für die zugehöri
gen Strömungsrichtungen. In der Praxis fördert also ein zur Reversierung der
Strömung eingesetzter Axialventilator immer in der einen Richtung einen
anderen Volumenstrom als in der umgekehrten Richtung, wodurch sich auch eine
entsprechend unterschiedliche Durchströmung des Wärmegutes ergibt.
Es wird zwar versucht, diese Unsymmetrie dadurch auszugleichen, daß der
Axialventilator in den beiden Drehrichtungen jeweils unterschiedlich lange
betrieben wird. Diese Lösung führt jedoch nicht zu befriedigenden Ergeb
nissen, da sich mit dem Volumenstrom auch die Wärmeübergangssituation än
dert und der entsprechende Zusammenhang nicht linear ist, also auf diesem
Wege keine vollständige Kompensation erreicht werden kann. Außerdem kommt es
dadurch zu einer unnötigen Verlängerung der Betriebszeit und damit der Her
stellungskosten.
Ein weiterer, großer Nachteil eines Axialventilators liegt schließlich
darin, daß er im Vergleich mit entsprechenden Radialventilatoren eine recht
niedrige Druckzahl hat.
Eine weitere Möglichkeit zur Steuerung und auch zur Umkehr der Strömungs
richtung sind Klappen, wie sie z. B. aus der DE-OS 34 42 907, DE-OS 27 24
021, DE-OS 32 15 509 und DE-AS 26 00 724 bekannt sind. Diese Klappen sind
üblicherweise Flügelklappen mit scharnierartiger Lagerung. Mit zwei derar
tigen Klappen kann z. B., wie aus DE-AS 26 00 724 ersichtlich, die Strömung
bei Anordnung der Klappe auf der Ventilator-Ausblasseite in jeweils unter
schiedliche Richtungen gelenkt oder auch bei entsprechendem Einbau der
Klappen in eine Strömungsführung, ein Querschnitt wechselseitig geöffnet oder
verschlossen werden.
Die vorgenannten bekannten Lösungen verwenden aber in Verbindung mit den an
sich vorteilhaften Klappen zur Strömungssteuerung nur wenig leistungsfähige
Ventilatoren wie z. B. Axialventilatoren (DE-AS 26 00 724) oder für den Hoch
temperatureinsatz ungeeignete einfache Radialventilatoren.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur
gleichmäßigen Beaufschlagung eines durchströmbaren Wärmegutes mit einer
Fluid-Strömung der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die obener
wähnten Nachteile nicht auftreten.
Insbesondere soll eine Vorrichtung vorgeschlagen werden, die auf konstruktiv
einfache Weise die sehr gleichmäßige Strömungsbeaufschlagung beider Seiten
des Wärmegutes für reversierbare Strömungsrichtung ermöglicht und dabei als
Strömungsantrieb einen leistungsfähigen Radialventilator verwendet.
Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1
angegebenen Merkmale erreicht.
Zweckmäßige Ausgestaltungen werden durch die Merkmale der Unteransprüche
definiert.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen auf der Verwendung eines
Radialventilators, der auch bei hohen Temperaturen problemlos betrieben wer
den kann und relativ hohe Druckzahlen hat, wie sie für das Durchströmen von
Wärmegut-Stapeln erforderlich sind. Zur angestrebten Erzielung eines hohen
Ventilatordrucks trägt wesentlich das Spiralgehäuse bei, so daß optimale
Bedingungen für einen gleichmäßigen Wärmeübergang auf der gesamten Fläche
des Wärmegutes vorliegen.
Außerdem arbeitet der Radialventilator - unabhängig von der Strömungsrich
tung im Wärmegut - immer optimal, so daß immer der volle, bei einem
Radialventilator relativ hohe Druck zur Durchströmung der Wärmegutes zur
Verfügung steht.
Die erforderliche Strömungsumkehr am Wärmegut erfolgt also nicht durch "Um
schaltung" des Strömungsantriebs, also bspw. Wechsel der Drehrichtung eines
Axialventilators, sondern lediglich durch wechselweises Öffnen und Schließen
von zwei Klappen, wodurch eine genau spiegelbildliche Strömungssituation im
Wärmegut erreicht wird, ohne daß die oben erläuterten, bei den bisherigen
Maßnahmen nicht zu vermeidenden Nachteile auftreten.
Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Be
zugnahme auf die schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es
zeigt
Fig. 1a einen ersten Querschnitt durch einen Radialventilator mit
einer geöffneten und einer geschlossenen Klappe,
Fig. 1b einen weiteren Querschnitt durch den Radialventilator, wobei
jeweils die andere Klappe geöffnet bzw. geschlossen ist, und
Fig. 2 einen Horizontalschnitt durch den Radialventilator.
Die aus den Figuren ersichtliche, allgemein durch das Bezugszeichen 10 ange
deutete Vorrichtung zur gleichmäßigen Beaufschlagung eines durchströmbaren
Wärmegutes mit einer Gasströmung soll bei einem Kammerofen zur Erwärmung
eines Gut-Stapels mit regelmäßigen Öffnungen eingesetzt werden, wie er bspw.
durch Platten, Stangen, Rohre und ähnliche langgestreckte Gegenstände
gebildet wird, die in einzelnen Lagen aufeinander angeordnet sind; zwischen
den einzelnen Lagen sind Distanzhalter eingefügt, so daß sich frei
durchströmbare Zwischenräume ergeben.
Der Wärmegutstapel ist in den Figuren durch das Bezugszeichen 12 angedeutet.
Da die Wärmebehandlung oft auch bei hohen Temperaturen und/oder großen Un
ter- oder Überdrücken stattfinden muß, ist das Gehäuse des Kammerofens als
Zylinderschale 14 ausgeführt.
Als Strömungsantrieb dient ein Radialventilator 16, der mit seiner Achse
vertikal zur Längsachse des Zylinders der Zylinderschale 14 so oben in das
Ofengehäuse eingebaut ist, daß sich der Radialventilator 16 lotrecht über
dem Gut-Stapel 12 befindet.
Auf jeder Seite des zylindrischen Kammer-Gehäuses 14 ist eine Klappe 17, 18
angeordnet, mit denen der Strömungsquerschnitt wechselseitig geöffnet und
verschlossen wird. Die Klappen 17, 18 können um Achsen geschwenkt werden,
die parallel zur Zylinderachse sind. Die Verstellung der Klappen 17, 18
erfolgt durch Verdrehen ihrer Achsen von außen mittels einer Antriebsein
richtung (nicht dargestellt), die über einen entsprechenden Steuer- oder
auch Regel-Mechanismus betätigt werden kann.
Bei der Darstellung nach Fig. 1a ist die linke Klappe 17 geschlossen und
die rechte Klappe 18 geöffnet, so daß der Wärmegut-Stapel 12 von rechts nach
links durchströmt wird, wie durch die entsprechenden Strömungspfeile ange
deutet ist.
Bei der Darstellung nach Fig. 1b ist die umgekehrte Strömungssituation
dargestellt, d. h. die rechte Klappe 18 ist offen und die linke Klappe 17
geschlossen, so daß der Wärmegutstapel 12 von links nach rechts geströmt
wird.
Der Radialventilator 16 selbst ist in ein Spiralgehäuse 20 (siehe Fig. 2)
eingebaut, das mehrere Ausblaseöffnungen, bei der dargestellten Ausführungs
form zwei spiegelbildlich angeordnete Ausblaseöffnungen 21, 22 aufweist. Aus
diesen Ausblaseöffnungen 21, 22 tritt der vom Radialventilator 16 geförderte
Volumenstrom in einen Verteilungsraum 24 ein, der durch die Trennwand in der
Ebene der Klappenachsen einerseits, die auch die Ansaugöffnung des Radial
ventilators 16 enthält, und die kreiszylindrische Kammerwand andererseits
gebildet wird. An den Stirnseiten ist dieser auch als Ausblaseraum dienende
Verteilungsraum 24 durch kreissegmentartige Teilflächen der kreiszylindri
schen Abschlußwände des zylindrischen Ofenraumes definiert.
Das so entstehende Spiralgehäuse ermöglicht die Erzielung der angestrebten,
hohen Ventilatordrücke. Da außerdem der Radialventilator 16, unabhängig von
der Strömungsrichtung im Wärmegut-Stapel 12, immer optimal arbeiten kann,
steht in allen Betriebszuständen der volle, bei einem Radialventilator 16
relativ hohe Druck zur Durchströmung des Wärmegut-Stapels 12 zur Verfügung.
Die Strömungsumkehr erfolgt, wie oben erläutert wurde, durch das einfache,
wechselweise Öffnen und Schließen der beiden Klappen 17, 18, so daß eine
genau spiegelbildliche Strömungssituation im Wärmegut-Stapel 12 erzielt
wird.
Claims (5)
1. Vorrichtung zur gleichmäßigen Beaufschlagung eines durchströmbaren Wärme
gutes mit einer Fluid-Strömung
- a) mit einem als Strömungsantrieb dienenden Ventilator, und
- b) mit je einer in Abhängigkeit von der gewünschten Strömungsrichtung wechselweise schließenden oder öffnenden Klappe,
dadurch gekennzeichnet, daß
- c) der oberhalb der Ebene der Klappen (17, 18) eingebaute Radialventilator (16) ein mindestens zweiseitig ausblasendes Spiralgehäuse (20) aufweist, und daß
- d) der aus den Ausblaseöffnungen (21, 22) dieses Spiralgehäuses (20) austre tende Volumenstrom lediglich durch wechselweise Betätigung der Klappen (17, 18) abwechselnd dem Wärmegut (12) von der einen oder von der anderen Seite her zuführbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch
- e) eine als Gehäuse dienende, zylindrische Kammer (14),
- f) wobei die Achsen der Klappen (17, 18) parallel zur Achse dieser zylindri schen Kammer (14) angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
- g) der Einbauraum des Radialventilators (16) oberhalb der Klappen (17, 18) ein Abschnitt eines Kreiszylinders ist und den Querschnitt eines Kreis segmentes hat.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß
- h) der Radialventilator (16) lotrecht über dem Wärmegut (12) angeordnet ist.
Priority Applications (5)
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