AT507422B1 - Wärmetauscher für einen glühofen zum wärmetausch zwischen zwei fluiden - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (1) für einen Glühofen zum Wärmetausch zwischen zwei Fluiden mit einem rohrförmigen, an seinem Außenmantel Wärmetauscherrippen aufweisenden Profil, dem an wenigstens einer Stirnseite (3) ein Anschlussflansch (4) mit wenigstens einer Strömungsöffnung (8) für eines der beiden Fluide, insbesondere ein Heißgas, zugehört. Um vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass das Profil ein Profilrohr aus einem gefalteten Blech ist, dessen in Profilrohrlängsrichtung ausgerichtete Wärmetauscherrippen (7) vom Wellprofil, insbesondere von den Wellenflanken, des gefalteten Bleches gebildet sind.

Description

österreichisches Patentamt AT507 422B1 2010-05-15
Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für einen Glühofen zum Wärmetausch zwischen zwei Fluiden mit einem rohrförmigen, an seinem Außenmantel Wärmetauscherrippen aufweisenden Profil, dem an wenigstens einer Stirnseite ein Anschlussflansch mit wenigstens einer Strömungsöffnung für eines der beiden Fluide, insbesondere ein Heißgas, zugehört.
[0002] Bei der Wärmebehandlung von metallischem Glühgut erfolgt sowohl die Wärmebehandlung als auch die gegebenenfalls notwendige nachfolgende Abkühlung unter einem Schutzgas, meist Stickstoff oder Wasserstoff bzw. einem Gemisch dieser Gase. Um dabei stets eine ordnungsgemäße, von Verunreinigungen und von eine Oxidation bewirkenden Stoffen, freie Schutzgasatmosphäre gewährleisten zu können, erfolgt die Wärmezu- bzw. Abfuhr bislang üblicherweise über hochtemperaturfeste Wärmetauscher aus Gussmaterialien oder aus Keramik. Diese Wärmetauscher bzw. Rekuperatoren werden von Heißgasen, insbesondere von Brenngasen oder dgl. durchströmt, wobei das Heißgas die Wärme an den Wärmetauscher abgibt und dieser die Wärme wiederum über seine äußeren Kühlrippen beispielsweise in einen Glühraum oder dgl. abgiebt. Bei den bekannten, aus Stahlrohren aufgebauten Wärmetauschern geschieht dies dadurch, dass diese Rohre an ihrem Außenmantel Kühlrippen zur Vergrößerung der Oberfläche aufweisen. Von Nachteil ist bei den bekannten Wärmetauschern allerdings, dass diese aus massivem hitzebeständigem Material, wie insbesondere Guss oder Keramik, gefertigt werden, was nicht nur die Aufheizzeit des Wärmetauschers auf Grund seiner großen thermischen Masse erhöht, sondern auch das Aufprägen von besonders starken dynamischen Temperaturschwankungen auf Grund des großen Wärmespeichervermögens verhindert und den Wirkungsgrad einer Anlage verringert.
[0003] Ausgehend von einem Stand der Technik der eingangs geschilderten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher für einen Glühofen zu schaffen, der zur Abbildung hoch dynamischer Temperaturschwankungen, wie sie insbesondere bei der Wärmebehandlung von Glühgut erforderlich sein können, geeignet ist.
[0004] Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass das Profil ein Profilrohr aus einem gefalteten Blech ist, dessen in Profilrohrlängsrichtung ausgerichtete Wärmetauscherrippen vom Wellprofil, insbesondere von den Wellenflanken, des gefalteten Bleches gebildet sind.
[0005] Mit der Erfindung wird eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Fertigung eines für einen Glühofen geeigneten Wärmetauscher geschaffen, der bei besonders geringem Materialeinsatz und somit geringem Gewicht eben aufgrund seines geringeren inneren Wärmespeichervermögens besonders dynamische Temperaturschwankungen im Glühofen realisieren kann. Dadurch, dass das Profil ein Profilrohr aus gefaltetem Blech ist, vergrößert sich beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher nicht nur die Wärmetauscheraußenmantelfläche, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, sondern auch die Wärmetauscherinnenmantelfläche, wodurch die im Heißgas enthaltene Energie einerseits besser ausgenutzt wird und anderseits bei gegenüber dem Stand der Technik gleich großen Wärmetauschern höhere Wärmeenergieströme realisiert werden können. Sind gegenüber dem Stand der Technik gleiche Energiemengen zu transportieren, liegt der Erfindung der Vorteil zugrunde, dass nunmehr kleinere und leichtere Wärmetauscher zum Einsatz kommen können. Aufgrund der geringen Wandstärke des erfindungsgemäßen Wärmetauschers kann das Wärmeleitvermögen des Wärmetauschermaterials praktisch vernachlässigt werden und erhöht sich der Wirkungsgrad des Wärmetauschers um einen bedeutenden Faktor.
[0006] Um die im Heißgas enthaltene Energie besser ausnutzen zu können bzw. um den Wärmeübergang zwischen den Fluiden und dem Wärmetauscher zu verbessern, könnten den Wärmetauscherrippen an der Profilrohrmantelinnenseite und/oder an der Profilrohrmantelaußenseite Wirbulatoren zugeordnet sein, die einen verbesserten Wärmeübergang durch dem Fluidstrom aufprägende Turbulenzen zufolge haben.
[0007] Im einfachsten Fall kann dem Profilrohr an den beiden Stirnseiten ein Anschlussflansch mit wenigstens einer Strömungsöffnung für eines der beiden Profile zugehören und wird der 1/6 österreichisches Patentamt AT507 422B1 2010-05-15 Wärmetauscher im Betrieb von dem Wärmeträgerfluid in axialer Richtung durchströmt.
[0008] Alternativ dazu kann dem Profilrohr an einer der beiden Stirnseiten ein Anschlussflansch mit wenigstens einer Strömungsöffnung für eines der beiden Fluide zugehören, wobei die andere der beiden Stirnseiten abgeschlossen ist. Besonders vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse ergeben sich dabei, wenn ein zu der Profilachse koaxiales Fluidrohr vorgesehen ist, das den Anschlussflansch durchragt und in Richtung der abgeschlossenen Stirnseite vorragt. Durch dieses Fluidrohr kann das Wärmeträgerfluid ein bzw. aus dem Wärmetauscher ausgebracht werden, welches durch eine koaxiale Öffnung im Anschlussflansch wiederum aus dem Wärmetauscher ausgebracht bzw. in den Wärmetauscher eingebracht werden kann. Damit lassen sich Glühöfen mit nur besonders wenig Raum beanspruchenden Wärmetauschern realisieren.
[0009] Der Strömungsöffnung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist vorzugsweise ein Flammrohr eines Brenners zugeordnet, der gegebenenfalls mit einem Teil der vorgewärmten Wärmetauscherabluft, also einem Teil des aus dem Wärmetauscher austretenden Heißgases, praktisch zur Nachverbrennung, betrieben wird.
[0010] In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles schematisch dargestellt. Es zeigen [0011] Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher im Längsschnitt, [0012] Fig. 2 den Wärmetauscher aus Fig. 1 im Schnitt nach der Linie ll-ll aus Fig. 1, [0013] Fig. 3 eine Konstruktionsvariante des Wärmetauschers aus Fig. 1 in teilgeschnittenem Längsschnitt und [0014] Fig. 4 den Wärmetauscher aus Fig. 1 in vergrößerter Schrägansicht.
[0015] Ein Wärmetauscher 1 für einen Glühofen zum Wärmeaustausch zwischen zwei Fluiden, einem das Wärmetauscherinnere durchströmenden Heißgas 2 und einem vom Wärmetauscher aufzuwärmenden Glühofen inneren, umfasst an wenigstens einer Stirnseite 3 einen Anschlussflansch 4 mit wenigstens einer Strömungsöffnung 8 für eines der beiden Fluide, in welche Strömungsöffnung 8 gegebenenfalls ein Flammrohr eines Brenners eingesetzt sein kann. Der Wärmetauscher 1 wird von einem Profil gebildet, das erfindungsgemäß ein Profilrohr 5 aus gefaltetem Blech ist, dessen in Profilrohrlängsrichtung, parallel zur Profilrohrachse 6, ausgerichtete Wärmetauscherrippen 7 vom Wellenprofil, insbesondere von den Wellenflanken, des gefalteten Bleches gebildet sind.
[0016] Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 gehört dem Profilrohr 5 an beiden Stirnseiten ein Anschlussflansch 4 mit je wenigstens einer Strömungsöffnung 8 für eines der beiden Fluide zu, welches das Profilrohr 5 im Betrieb in Richtung der Profilrohrachse 9 durchströmt.
[0017] Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 gehört dem Profilrohr 5 an einer der beiden Stirnseiten ein Anschlussflansch 4 mit einer Strömungsöffnung 8 für eines der beiden Fluide zu und ist die andere der beiden Stirnseiten mit einem Abschlussblech 10 abgeschlossen. Des Weiteren ist ein zur Profilrohrachse 9 koaxiales Fluidrohr 11 vorgesehen, das den Anschlussflansch 4 durchragt und in Richtung der abgeschlossenen Stirnseite, zum Abschlussblech 10, hin vorragt. Das Heißgas wird durch das Fluidrohr 11 in den Wärmetauscher 1 eingebracht und verlässt diesen durch einen koaxialen Ringspalt zwischen dem Fluidrohr 11 und dem Anschlussflansch 4 durch die Strömungsöffnung 8.
[0018] Der Wärmetauscher 1 wird durch Faltung von Blech mit angeschweißten Endstücken gefertigt, wobei die Faltung ohne Dehnung an den Längsseiten der Profilflächen erfolgt. 2/6

Claims (5)

  1. österreichisches Patentamt AT507 422B1 2010-05-15 Patentansprüche 1. Wärmetauscher für einen Glühofen zum Wärmetausch zwischen zwei Fluiden mit einem rohrförmigen, an seinem Außenmantel Wärmetauscherrippen aufweisenden Profil, dem an wenigstens einer Stirnseite ein Anschlussflansch mit wenigstens einer Strömungsöffnung für eines der beiden Fluide, insbesondere ein Heißgas, zugehört, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil ein Profilrohr (5) aus einem gefalteten Blech ist, dessen in Profilrohrlängsrichtung ausgerichtete Wärmetauscherrippen (7) vom Wellenprofil des gefalteten Bleches gebildet sind.
  2. 2. Wärmetauscher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass den Wärmetauscherrippen (7) an der Profilrohrmantelinnenseite und/oder an der Profilrohrmantelaußenseite Wirbulatoren zugeordnet sind.
  3. 3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Profilrohr (5) an beiden Stirnseiten ein Anschlussflansch (4) mit je wenigstens einer Strömungsöffnung (8) für eines der beiden Fluide zugehört.
  4. 4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Profilrohr (5) an einer der beiden Stirnseiten ein Anschlussflansch (4) mit wenigstens einer Strömungsöffnung (8) für eines der beiden Fluide zugehört und dass die andere der beiden Stirnseiten abgeschlossen ist.
  5. 5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Profilrohrachse (9) koaxiales Fluidrohr (11) vorgesehen ist, das den Anschlussflansch (4) durchragt und in Richtung der abgeschlossenen Stirnseite vorragt. Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 3/6
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