DE3737254A1 - Abkuehl-kammer zur konvektionskuehlung von flaechenhaftem gut - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Abkühl-Kammer zur Konvenktionskühlung von flächenhaftem Gut in Anordnungen mit strömbaren Zwischenräumen, insbesonde­ re von sogenannten Block-Chargen aus Leichtmetall-Halbzeugen, der im Ober­ begriff des Anspruchs 1 angegebenen Gattung.

Bei der Wärmebehandlung von Gutstapeln, z. B. Leichtmetall-Block-Chargen, nach dem Homogenisierungsglühen muß eine hoch wirksame, möglichst gleich­ mäßige Abkühlung des Gutes vorgenommen werden. Diese Abkühlung muß, in Ab­ hängigkeit von den metallurgischen Vorgaben, gesteuert oder durch Halte­ phasen, bei denen sich die Temperatur nicht ändern darf, unterbrochen werden.

Bei solchen flächenhaften Gütern kann es sich beispielsweise um mehrere, zu einem Stapel aufeinandergelegte Schichten aus Leichtmetall-Bolzen handeln, die mit einer Anfangs-Materialtemperatur von 580°C dem Abkühlvorgang unterworfen werden. Die Masse einer derartigen Charge kann 25 t und mehr betragen. Dabei müssen in den ersten Stunden des Abkühlvorganges 8 000 000 bis 10 000 000 KJ (8-10 GJ) an Wärmeenergie abgeführt werden.

Diese Zahlen veranschaulichen die mit der Kühlung einer solchen Charge ver­ bundenen Probleme, insbesondere unter Berücksichtigung des Gesichtspunktes, daß die Temperaturen der einzelnen Bolzen einer solchen Charge, die eine Vielzahl von Bolzen enthalten kann, sich während des Abkühlvorganges nur um einige Grad C voneinander unterscheiden dürfen.

Zur Lösung dieses Kühlproblems ist es üblich, die zu kühlende Charge in eine Kammer, die sogenannte "Abkühl-Kammer" einzubringen, in der mit Hilfe von Ventilatoren eine Luftzirkulation erzeugt wird. Bei solchen Abkühl- Kammern unterscheidet man zwei Grundtypen, nämlich Abkühl-Kammern, die im offenen Kreislauf arbeiten, sowie Abkühl-Kammern, die das Prinzip des ge­ schlossenen Kreislaufes ausnutzen.

Bei den Abkühl-Kammern mit offenem Kreislauf wird Umgebungsluft auf die Charge aufgeblasen und anschließend aus der Abkühl-Kammer abgezogen, während bei Abkühl-Kammern mit geschlossenem Kreislauf die vom Ventilator geförderte Luft nach dem Abziehen aus der Abkühl-Kammer einen meist wasser­ gekühlten, als Wärmetauscher dienenden Kühler und dann das zu kühlende Gut durchströmt.

Um bei diesen Kühlverfahren die ausreichende Gleichmäßigkeit der Abkühlung und damit eine homogene Temperaturverteilung in der Abkühl-Kammer zu er­ reichen, nutzt man die sogenannte "Reversierung", also eine Umkehr der Strömungsrichtung der Beblasungsluft. Diese Reversierung wird nahezu aus­ schließlich durch Umkehr der Drehrichtung des als Strömungsantrieb benutzten Axialventilators bewirkt. Diese, vom Aufwand her einfache Lösung hat jedoch einen entscheidenden Nachteil: Ein zur Reversierung der Strömung geeigneter Ventilator darf weder ein Vor- noch ein Nachleitrad besitzen und muß außerdem Schaufeln haben, die unter 45° eingestellt sind, damit die Strömungsleistung in den beiden Richtungen zumindest näherungsweise gleich ist. Durch diese Einschränkung in der Auslegung des Axialventilators wird jedoch die Möglichkeit einer Druckerhöhung für das Beblasungsmedium und damit eine Verbesserung des Wirkungsgrades stark begrenzt, so daß bei Chargen mit hohen Durchströmwiderständen, wie sie bei flächenhaften Gütern in Anordnungen mit durchströmbaren Zwischenräumen gegeben sind, nicht die zur Erziehlung der hohen Abkühlgeschwindigkeiten erforderlichen großen Volumenströme erreicht werden. Dies gilt insbesondere dann, wenn bei geschlossenem Kreislauf zusätzlich ein Kühlaggregat durch­ strömt werden muß.

Eine andere, aus der DE-OS 30 49 162 bekannte Lösung besteht darin, die Be­ blasungsluft mittels eines Ventilators auf die Charge zu richten und durch eine Verstellklappe die Richtung des Luftstroms zu ändern. Eine solche Vorrichtung ist jedoch nur für einfache Trockner geeignet, an die keine besonders hohen Anforderungen in Bezug auf die gleichmäßige Abkühlung über ein großes Gut-Volumen gestellt werden; bei den hohen Anforderungen an eine gleichmäßige Temperaturverteilung, wie sie für die Abkühlung von Leichtmetall-Chargen erforderlich ist, führt diese Vorrichtung nicht zum gewünschten Ergebnis.

Entsprechende Nachteile gelten auch für das aus der DE-OS 26 00 724 bekannte Luftumwälzgerät.

Eine Abkühl-Kammer zur Konvektionskühlung von flächenhaftem Gut in An­ ordnungen mit durchströmbaren Zwischenräumen der angegebenen Gattung geht schließlich aus der DE-OS 32 15 509 hervor. Dabei drückt ein Ventilator den Gasstrom durch die Zwischenräume in dem flächenhaftem Gut hindurch; um die angestrebte, gleichmäßige Temperaturverteilung über das gesamte Volumen des Gutes zu erhalten, kann die Richtung des Gasstromes durch abdeckplatten­ artige Schieberplatten gesteuert werden. Der grundsätzliche Nachteil dieser Vorrichtung liegt darin, daß die Durchströmung der Zwischenräume in dem Gut nur auf der Druckseite des Ventilators erfolgt, also die Charge von der die Kühlung herbeiführende Luft angeblasen wird. Durch dieses Anblasen mit Hilfe von Strahlen, die durch die Zwischenräume in dem flächenhaften Gut treten, ergeben sich örtlich sehr unterschiedliche Abkühlgeschwindigkeiten, die mit den hohen Anforderungen an die gleichmäßige Temperaturverteilung beim Abkühlen hochwertiger Leichtmetall-Chargen nach dem Homogenisieren nicht vereinbar sind.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, eine Abkühl-Kammer zur Konvektionskühlung von flächenhaftem Gut in Anordnungen mit durchströmbaren Zwischenräumen, insbesondere von sogenannten Blockchargen aus Leichtmetall- Halbzeugen, der angegebenen Gattung zu schaffen, bei der die oben erwähnten Nachteile nicht auftreten.

Insbesondere soll eine Vorrichtung vorgeschlagen werden, die auch dann eine sehr gleichmäßige Temperaturverteilung über das gesamte zu kühlende Gut ge­ währleistet, wenn extrem große Gut-Massen behandelt werden müssen.

Dies wird erfindungsgemäß durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.

Zweckmäßige Ausführungsformen werden durch die Merkmale der Unteransprüche definiert.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile beruhen darauf, daß die Zwischen­ räume in dem flächenhaften Gut von einem genau definierten Teilstrom des vom Ventilator angesaugten Luftstroms durchströmt und dadurch das Gut ge­ kühlt werden, wodurch sich die Abkühlung genau definieren läßt. Trotzdem steht an dem Ventilator der gesamte Förderstrom zur Verfügung, wodurch sich durch die Mischung der Beblasungsluft mit Frischluft die Betriebstemperatur des Ventilators in Grenzen halten läßt. Dies ermöglicht wiederum die Verwendung von Industrie-Ventilatoren mit üblicher Lager- und Antriebstech­ nik, ohne daß spezielle Ausführungsformen von Hochtemperatur-Ventilatoren eingesetzt werden müssen.

Durch die Anordnung des Gutes auf der Saugseite des Ventilators wird eine gleichmäßige Durchströmung der Zwischenräume in dem Gut erzielt; die Strömungsrichtung kann mittels der Klappen nach Belieben gewechselt werden. Dies stellt im Vergleich mit Einrichtungen, bei denen hierzu die Dreh­ richtung des Ventilators geändert werden muß, einen großen Vorteil dar, da bei einer Änderung der Drehrichtung des Ventilators dieser jeweils ange­ fahren, abgebremst und erneut hochgefahren werden muß, was beim Dauerbe­ trieb zu erheblichen Auslegungs- und Verschleißproblemen führt. Schließlich können mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung die Zwischenräume in dem Gut auch im geschlossenen Kreislauf durchströmt werden, was sich insbesondere bei Haltephasen als äußerst vorteilhaft erweist.

Für besondere Anforderungen, nämlich wenn beispielsweise mit einer solchen Abkühl-Kammer Haltezeiten bei bestimmten Temperaturen realisiert werden sollen, können zusätzliche Schenkklappen in den Seitenwänden installiert werden.

Bei entsprechender Wärme-lsolierung der Abkühl-Kammer ändert sich die Tem­ peratur des Gutes in der Haltephase kaum, so daß sich in nahezu allen Fällen der zusätzliche Einbau einer Heizung erübrigt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Be­ zugnahme auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Querschnitt durch eine Abkühl-Kammer, und

Fig. 2 die Abkühl-Kammer nach Fig. 1 teilweise im Längsschnitt und teilweise in der Seitenansicht.

Die aus den Figuren ersichtliche, allgemein durch das Bezugszeichen 10 angedeutete Abkühl-Kammer nimmt eine Block-Charge 12 auf, die gemäß der Darstellung in Fig. 1 aus einem Stapel von mehreren Lagen aus Leichtmetall- Bolzen besteht. Die Block-Charge 12 ruht auf einer üblichen Unterlage 14, deren Höhe durch eine schematisch angedeutete Verstelleinrichtung verstellt werden kann.

Zwischen den einzelnen Leichtmetall-Bolzen der Block-Charge 12 entstehen zwangsläufig Zwischenräume, die auf noch zu erläuternde Weise von einem Kühlmedium, im allgemeinen Luft, durchströmt werden.

Die Block-Charge 12 ist von einem wärmeisolierten Gehäuse 16 mit Seiten­ wänden 16 a und einer Zwischendecke 16 b umgeben, das einen solchen Abstand von den Seitenflächen der Block-Charge 12 hat, daß zwischen den Seiten­ wänden 16 a des Gehäuses 16 und der Block-Charge 12 Kanäle 13 a, 13 b für die Zu- bzw. Abführung der Beblasungsluft entstehen.

Lotrecht und symmetrisch über der Block-Charge 12, also über der Zwischen­ decke 16 b ist ein leistungsfähiger Axialventilator 18 mit Nachleitrad angeordnet, der in einen lotrecht über dem Axialventilator 18 angeordneten Ausblasekanal 20 fördert. Dieser Ausblasekanal 20 kann durch eine als Jalousieklappe ausgeführte Absperr- und Regulierklappe 22 ganz oder teilweise verschlossen werden.

Von dem Ausblasekanal 20 zweigen in Strömungsrichtung gesehen hinter dem Axialventilator 18, jedoch vor der Absperr- und Regulierklappe 22 auf jeder Seite mindestens ein Verbindungskanal 24 a, 24 b ab, der jeweils mit einer als Absperr- und Regulierklappe dienenden Jalousieklappe 26 a, 26 b versehen ist. Diese Verbindungskanäle 24 a, 24 b münden jeweils in einen seitlich von der Block-Charge 12 angeordneten Zuströmkanal 28 a, 28 b. Stromauf von den Einmündungen der Zwischenkanäle 24 a, 24 b sind ebenfalls als Absperr- und Regulierklappen dienende Jalousieklappen 30 a, 30 b in die Zuströmkanäle 28 a, 28 b eingebaut. Durch diese Zuströmkanäle 28 a, 28 b, die mit den Kanälen 13 a, 13 b fluchten, kann Umgebungsluft von dem Axialventilator 18 an- und durch die Block-Charge 12 gesaugt werden.

Zur Block-Charge 12 hin, also nach unten, ist der Axialventilator 18 an ein Hosenrohr 32 mit einem linken Schenkel 32 a, einem rechten Schenkel 32 b und einem Sammelrohr 32 c angeschlossen. In jedem Schenkel 32 a, 32 b befindet sich eine Absperr- und Regulierklappe 34 a, 34 b. Die Schenkel 32 a, 22 b sind den Kanälen 13 a, 28 a und 13 b, 28 b zugewandt, während das Sammelrohr 32 c an den Axialventilator 18 angeschlossen ist.

Schließlich sind noch Schwenkklappen 36 a, 36 b vorgesehen, die sich etwa auf der Höhe der Zwischendecke 16 b befinden und die Kanäle 13 a, 13 b auf den beiden Seiten der Block-Charge 12 zwischen ihren Seitenwänden und den Seitenwänden 16 a des Gehäuses 16 öffnen bzw. verschließen.

Diese Schwenkklappen 36 a, 36 b werden durch Teilstücke der isolierten Seitenwände 16 a gebildet.

Bei dieser Abkühl-Kammer 10 wird also das Kühlmedium Luft von dem Axial­ ventilator 18 durch die Zwischenräume in der Block-Charge 12 hindurchge­ saugt, wobei die entsprechende Strömungsrichtung durch Einstellung der jeweiligen Jalousieklappen vorgegeben wird. Da sich die Form der Strö­ mungsquerschnitte zur Block-Charge 12 hin ständig verjüngt, werden strahlartige Beaufschlagungen und dadurch ungleichmäßige Abkühlungen vermieden.

Soll z. B., wie in Fig. 1 dargestellt, die Strömung von rechts nach links durch die Block-Charge 12 hindurchtreten, so wird die im rechten Schenkel 32 a des Hosenrohrs 32 befindliche Jalousieklappe 34 a geschlossen und die in dem linken Schenkel 32 a befindliche Jalousieklappe 34 b geöffnet. Gleichzeitig muß die Jalousieklappe 30 a in dem Zuströmkanal 28 a geöffnet und die Jalousieklappe 30 in dem Zuströmkanal 28 b geschlossen werden.

Selbstverständlich sind die beiden Klappen 36 a, 36 b geöffnet.

Die von dem Axialventilator 18 angesaugte Luft strömt nun durch den Zuströmkanal 28 a in Richtung der Pfeile auf der rechten Seite der Block- Charge 12 durch den Kanal 13 a nach unten, durch die Zwischenräume in der Block-Charge 12, auf der linken Seite der Block-Charge 12 durch den Kanal 13 b nach oben und dann durch den linken Schenkel 32 b des Hosenrohrs 32 und das Sammelrohr 32 c zu dem Axialventilator 18, der die Luft in den Ausblasekanal 20 fördert.

Aufgrund der Erwärmung der Luft beim Durchgang durch das flächenhafte Gut ergibt sich eine ungleichmäßige Temperaturverteilung in horizontaler Richtung des flächenhaften Gutes, so daß die Strömungsrichtung in regel­ mäßigen Abständen umgekehrt werden muß.

Zu diesem Zweck werden - mit Ausnahme der Klappen 36 a, 36 b - die bis­ her geöffneten Klappen geschlossen und die bisher geschlossenen geöffnet, so daß nun die Luft über den Zuströmkanal 28 b angesaugt wird und von der linken Seite her durch den Kanal 13 b in die Zwischenräume in dem flächenhaftem Gut 12 strömt, auf der rechten Seite aus dem flächenhaften Gut 12 austritt und dann über den Kanal 13 a und den rechten Schenkel 32 a zu dem Axialventilator 18 gelangt, der die erwärmte Luft in den Ausblasekanal 20 fördert.

Durch teilweises Öffnen bzw. Schließen der Klappen 34 a, 34 b in den beiden Schenkeln 32 a, 32 b des Hosenrohres kann erreicht werden, daß die Block- Charge 12 von einem genau definierten Teilstrom des vom Axialventilator 18 angesaugten Luftstromes durchströmt wird. Damit läßt sich die Abkühlwirkung genau dosieren.

Außerdem läßt sich durch teilweises Öffnen der Klappen 26 a und 26 b in den Verbindungskanälen 24 a, 24 b der abgesaugte Luftstrom gezielt mit Frisch­ luft mischen, um bestimmte Temperatureneffekte zu erreichen. Außerdem läßt sich dadurch die Betriebstemperatur des Ventilators 18 in Grenzen halten.

Für besondere Anforderungen, wenn z. B. mit der Abkühl-Kammer 10 Halte­ zeiten bei einer bestimmten Temperatur realisiert werden sollen, werden die Klappen 36 a, 36 b in die Kanäle 13 a, 13 b geschwenkt und damit das Ge­ häuse 16 verschlosen. Bei entsprechender Isolation verändert sich dann während einer solchen Haltephase die Temperatur der Block-Charge 12 kaum, so daß sich in nahezu allen Fällen der zusätzliche Einbau einer Heizung erübrigt.

Schließlich kann durch Schließen der Klappen 30 a, 30 b in den Zuström­ kanälen 28 a, 28 b und Öffnen der Klappen 26 a, 26 b in den Zwischenkanälen 24 a, 24 b die Abkühlkammer 10 auch im geschlossenen Kreislauf betrieben werden. Dies ist insbesondere dann zweckmäßig, wenn die Block-Charge 12 in den Haltephasen auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden muß.

Die Eintrittsquerschnitte der beiden Schenkel 32 a, 32 b des Hosenrohres 32 und die Querschnitte der Zuströmkanäle 28 a, 28 b und der Kanäle 13 a, 13 b haben Rechteckform; die lange Rechteckachse entspricht der Zonenlänge, für die ein Ventilator vorgesehen ist; die Umformung vom Rechteckquer­ schnitt auf den kreisrunden Ansaugquerschnitt des Axialventilators 18 er­ folgt im Sammelrohr 32 c des Hosenrohrs 32.

Die Kanäle 13 a, 13 b auf den beiden Seiten der Block-Charge 12 sind mit Strömungsleiteinrichtungen versehen.

Weiterhin können im Ausblasekanal 20 Schallschutzeinrichtungen vorgesehen werden.

Bei der dargestellten und beschriebenen Ausführungsform ist der Ventilator 18 als Axialventilator ausgebildet; in gleicher Weise kann jedoch auch ein Radialventilator verwendet werden.

Claims (15)

1. Abkühl-Kammer zur Konvektionskühlung von flächenhaftem Gut in Anord­ nungen mit durchströmbaren Zwischenräumen, insbesondere von Block-Chargen aus Leichtmetall-Halbzeugen,

• a) mit mindestens einem, in einen Ausblasekanal fördernden Ventilator, gekennzeichnet durch die folgenden Merkmale:
• b) auf der Saugseite des Ventilators (18) ist ein Hosenrohr (32) ange­ ordnet;
• c) in jedem Schenkel (32 a, 32 b) des Hosenrohrs (32) ist eine Absperr- und Regulierklappe (34 a, 34 b) vorgesehen;
• d) symmetrisch zum Gut (12) sind Zuströmkanäle (13 a, 28 a, 13 b, 28 b) angeordnet, die den Schenkeln (32 a, 32 b) zugeordnet sind;
• e) jeder Zuströmkanal (13 a, 28 a, 13 b, 28 b) weist eine weitere Absperr­ und Regulierklappe (30 a, 30 b) auf;
• f) die Absperr- und Regulierklappen (34 a, 34 b; 30 a, 30 b) in dem Hosen­ rohr (32) und in den Zuströmkanälen (13 a, 28 a, 13 b, 28 b) werden so eingestellt, daß aufgrund der Saugwirkung des Ventilators (18) das Gut (12) im Haupt- oder im Teil-Strom durchströmt sowie die Strömungsrichtung umgekehrt wird.

2. Abkühl-Kammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein­ trittsquerschnitte der Schenkel (32 a, 32 b) des Hosenrohrs (32) und die Querschnitte der Zuströmkanäle (28 b, 28 b) Rechteckform haben.

3. Abkühl-Kammer nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die lange Rechteckachse der Rechtecke der Zonenlänge entspricht, für die ein Ventilator (18) vorgesehen ist, und daß die Umformung vom Rechteckquer­ schnitt auf den kreisrunden Ansaugquerschnitt des Ventilators (18) im Sammelrohr (32 c) des Hosenrohres (32) erfolgt.

4. Abkühl-Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Ausblasekanal eine Absperr- und Regulierklappe (22) angeordnet ist.

5. Abkühl-Kammer nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in Strömungsrichtung gesehen vor der Absperr- und Regulierklappe (22) in dem Ausblasekanal (20) je ein Verbindungskanal (24 a, 24 b) vorgesehen ist, der den Ausblasekanal (20) mit den auf beiden Seiten des Gutes (12) angeordne­ ten Zuströmkanälen (13 a, 28 a, 13 b, 28 b) verbindet.

6. Abkühl-Kammer nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ver­ bindungskanal (24 a, 25 b) mit einer Absperr- und Regulierklappe (26 a, 26 b) versehen ist.

7. Abkühl-Kammer nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Verbindungskanal (24 a, 24 b) zwischen den Regulierklappen (30 a, 30 b) und der Verbindung zu dem Hosenrohr (32) in den Zuströmkanal (13 a, 28 a, 13 b, 28 b) mündet.

8. Abkühl-Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Absperr- und Regulierklappen zumindest teilweise als Jalousieklap­ pen ausgeführt sind.

9. Abkühl-Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuströmkanäle (13 a, 28 a, 13 b, 28 b) auf den beiden Seiten des Gutes (12) Strömungsleiteinrichtungen aufweisen.

10. Abkühl-Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventilator (18) ein Axialventilator verwendet wird.

11. Abkühl-Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Ventilator (18) ein Radialventilator verwendet wird.

12. Abkühl-Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeich­ net, daß ein das Gut (12) umgebendes Gehäuse (16) mit einer Wärme- und Schallisolierung versehen ist.

13. Abkühl-Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß ein das Gut (12) umgebendes Gehäuse (16) durch schwenkbare Klappen (36 a, 36 b) absperrbar ist.

14. Abkühl-Kammer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Klappen (36 a, 36 b) durch Teilstücke der isolierten Seitenwände (16 a) des Gehäuses (16) gebildet werden und sich auf der Höhe einer Zwischendecke (16 b) des Gehäuses (16) befinden.

15. Abkühl-Kammer nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeich­ net, daß im Ausblaserohr (20) Schallschutzeinrichtungen vorgesehen sind.