DE3701995C1 - Vorrichtung zur gleichmaessigen Beaufschlagung eines durchstroembaren Waermegutes mit einer Fluid-Stroemung - Google Patents

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.