DE10124166A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Anlagenkomponenten - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Kühlen von Anlagenkomponenten

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kühlen von Anlagenkomponenten, die von fließfähigen Medien durchströmt werden, insbesondere von Formgebungsaggregaten für Glasschmelzen und zum direkten Abkühlen von geformten Glasteilen. Ein stabiler Kühlbereich von 60 DEG C bis 280 DEG C, wie er in der Glasherstellung nötig ist, lässt sich mit einem Kühlmedium beherrschen, das dadurch gekennzeichnet ist, dass es aus einem Gemisch aus Druck- und/oder Gebläseluft und Wasser-Aerosolnebel besteht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zum Kühlen von Anlagenkomponenten, die von fließfähigen Medien durchströmt werden, insbesondere von Formgbungsaggregaten für Glas­ schmelzen und zum Abkühlen von geformten Glasteilen.
Ein grundsätzliches Problem bei der Formgebung von Gläsern ist die Wahl und die Temperatur des Kühlmittels für das Formgebungsaggregat. Bei einer indirekten Kühlung die über einen Kühlkanal und das (üblicherweise metallische) Formgebungsaggregat auf die Glasschmelze wirkt, stellt sich ein Temperatur­ gradient ein, der zu einer resultierenden Glaskontakttemperatur führt, die lo­ gischerweise zwischen der Glastemperatur und der Temperatur des Kühlme­ diums liegt.
Üblich sind Kühlmedien wie Luft (Druckluft bzw. Gebläseluft), Wasser und Öle. Jedes Kühlmedium hat spezifische Vor- und Nachteile, die über den möglichen technischen Einsatz entscheiden.
Luft kann etwa turbulent (per Druckluft) bzw. turbulentanimar (per Gebläseluft) durch einen Kühlkanal geblasen erden. Die Kühlwirkung kann über einen weiten Temperaturbereich variiert werden, der durch die durchgesetzte Menge, den Druck (der die Strömungsverhältnisse bestimmt) und die allen Stoffen eigene spezifische Wärmekapazität (cp 1,00 kJkg-1 K-1) bestimmt wird. Die Wärme­ kapazität entscheidet wieviel Energie ein Stoff bei einer Temperaturerhöhung aufnimmt. Für gasförmige Stoffe mit geringer Raumdichte ist die resultierende Kühlwirkung noch geringer, wenn man anstelle des Gewichts das Volumen zu­ grundelegt, das durch den jeweiligen Kühlkanal geschickt wird (Größenordnung 5-50 Nm3/h).
Wasser als Kühlmedium wird in der Glastechnologie immer dann eingesetzt, wenn die Kühlwirkung von Luft nicht ausreicht. Die Kühlwirkung ist allerdings gegenüber der von Luft drastisch erhöht. Dies liegt vor allem an der Wärmeka­ pazität (cp 4,19 kJkg-1 K-1), die zu einem hohen Wärmeentzug bei nur geringe Temperaturänderungen führt. Eine starke Kühlwirkung ist vor allem dann nach­ teilig, wenn die Glaskontakttemperatur unter den Transformationsbereich des jeweiligen Glases gekühlt wird. In diesem Fall kann es zu Rissen und Falten im Glasfluss kommen, die für das jeweilige Produkt zum Ausschluss führen. Schwierig, wenn nicht unmöglich, ist der Einsatz von Wasser vor allem immer dann, wenn die Glaskontakttemperatur über einen weiten Temperaturbereich geregelt eingestellt werden soll. Problematisch ist zudem der Fall, das Tot­ volumina im Kühlkanal zur Verdampfung des Wassers führen, die einen definierten Durchsatz des Wassers stark beeinträchtigen können. Die relativ niedrige Verdampfungstemperatur von 100°C wirkt sich auch hier nachteilig aus. Zwar kann die Verdampfungstemperatur durch Erhöhung des Druckes erhöht werden, aber nicht in dem gewünschten Maße, um damit das Prozessfenster deutlich erweitern zu können.
Öl als Kühlmedium hat den Vorteil, eine Wärmekapazität zu besitzen, die unterhalb der von Wasser liegen; allerdings haben Öle mit ihren Flammpunkten eine erhöhte Anforderung an die Anlagentechnik zur Folge, die sich nur bei bestimmten Prozessen einsetzen läßt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Durch­ führung des Verfahrens zu schaffen, die mit einer resultierenden Kühlwirkung zwischen Luft und Wasser arbeiten, ohne die Anlagenkonstruktion an den vor­ handenen Anlagenkomponenten zur Heißformgebung von fließfähigen Mate­ rialen, z. B. Glas, ändern zu müssen und die auch zur direkten Kühlung von ge­ formten Glasteilen verwendbar sind.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren nach der Erfindung dadurch gelöst, dass als Kühlmedium ein Gemisch aus Druck- und/oder Gebläseluft und Wasser- Aerosolnebel verwendet wird.
Dieses nach Kühlmedium-Gemisch ist sehr stabil im Dauerbetrieb und dazu preisgünstig und so universell, dass es den in der Glastechnik geforderten (ge­ regelten) Temperaturbereich der Heißformgebung abdecken kann und auch zur direkten Kühlung der geformten Glasteile verwendet werden kann.
Durch den Durchsatz der Druck- und/oder Gebläseluft und den Anteil an Was­ ser-Aerosolnebel kann die Kühlwirkung verändert werden. Die Kühlwirkung die­ ses Kühlmedium-Gemisches beruht zum einen auf Erwärmungsvorgänge und zum anderen aber auch auf Verdampfungsvorgänge.
Während bei der Luftkühlung die Kühlwirkung üblicherweise über die Luftmenge eingestellt wird, wird nur der Durchsatz der Luftmenge konstant ca. 10 Nm3/h gehalten und die Wassermenge zwischen 0 und 8 l/h eingeregelt. Die Kühlwirkung kann jedoch weiter gesteigert werden, wenn die Druck- und/oder Gebläseluftzufuhr bei gleichen Wassermengen auf 6 Nm3/h gesenkt und der Wasseranteil im resultierenden Mischmedium zusäztlich erhöht wird.
Die Kühlwirkung kann über einen weiten Temperaturbereich eingestellt werden, der sowohl die Kühlwirkung von Druck- und/oder Gebläseluft als auch fast die Kühlwirkung von Wasser erreicht, wie praktische Messungen belegen: Wasser umfaßt einen engen Temperaturbereich von ca 20°C-70°C, während mit Druck- und/oder Gebläseluft ein Temperaturbereich von 500°C bis auf 280°C herunter beherrschbar ist, der jedoch nicht unterschritten werden darf. Mit dem neuen Kühlmedium-Gemisch kann nun die Lücke zwischen Luftkühlung und Wasserkühlung überbrückt werden.
Um die Vermahlung zu verbessern, sieht eine Ausgestaltung vor, dass die Wassermenge über eine Wasserdüse der Druck- ud/oder Gebläseluft überlagert wird.
Die Stabilität im Dauerbetrieb des Kühlmedium-Gemisches Druck- und/oder Gebläseluft mit Wasser-Aerosolnebel wird durch die feine Verdüsung des Wassers und die rotierende Bewegung des Trägermediums Luft in der Mischdüse erzielt. Dies gilt auch bis zu einer gewissen Strecke in die Kühlkanäle des Formgebungsaggregates hinein. Für das Kühlmedium gilt, dass die Mischung beider Medien räumlich möglichst nahe beim Formgebungsaggregat erfolgt, um zu vermeiden, dass die feinstverteilten Wasssertröpfchen zu größeren agglomerieren.
Dieses Mischmedium zum Kühlen macht erhöhte Anforderungen an die Medienversorgung nötig. So ist nach einer Ausgestaltung vorgesehen, dass gefiltertes, deionisiertes Wasser für den Wasser-Aerosolnebel verwendet wird.
Der wesentliche Vorteil ist die feine Regelung der Glaskontakttemperatur, die in einigen technischen Anwendungen stabil knapp über der sogenannten Klebetemperatur (d. h. Temperatur, bei der das ausgeformte Glas die Formoberfläche benetzt) bleibt.
Das Kühlmedium-Gemisch kann grundsätzlich bei allen Fällen von Kühlung angewendet werden. Es kann für eine konstante Zufuhr ebenso verwendet werden wie für eine rasch von starker zu schwacher Kühlwirkung und umgekehrt wechselnde technische Anforderung. Dabei kann dann auch mit konstanter Druck- und/oder Gebläseluft gearbeitet werden und das Kühlmedium- Gemisch auch direkt auf im Formgebungsaggregat freie Oberflächen der geformten Glasteile oder auf das aus dem Formgebungsaggregat entnommene, geformte Glasteil gerichtet werden.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass Druck- und/oder Gebläseluft radial in eine zylindrische Mischkammer eingeleitet wird, dass Wasser einem zentrisch axial gerichteten Mischrohr in der Mischkammer zuführbar ist, das mit einer Wasserdüse abgeschlossen ist und dass sich die um das Mischrohr rotierende Druck- und/oder Gebläseluft mit dem aus der Wasserdüse ausströmenden Wasser-Aerosolnebel vermischt und über den anschließenden Ausgang der Mischkammer unmittelbar dr Anlagenkomponente, wie dem Formgebungsaggre­ gat, zuführbar ist oder auf freie Oberflächen des zu kühlenden Glasteils gerichtet wird.
Das zentral in die Mischkammer eingespeiste Wasser wird durch die das Mischrohr abschließende Wasserdüse feinst vernebelt. Derartige Düsen sind handelsüblich. Die Druck- und/oder Gebläseluft als Trägermedium wird tangential eingespeist, um in das Mischrohr eine rotierende Gasbewegung zu erhalten. In der Mischkammer überlagert sich der Wasser-Aerosolnebel der Druck- und/oder Gebläseluft und ein Gemisch wird am Ausgang der Misch­ kammer abgegeben und direkt den Kühlkanälen der Anlagenkomponente, wie Formgebungsaggregat, zugeführt. Die Verbindung stellen Druckleitungen her.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1a und 1b in zwei Ansichten schematisch eine Vorrichtung zum Mischen von Druck- und/oder Gebläseluft mit Wasser und
Fig. 2a und 2b in zwei Ansichten eine Vorrichtung mit einer Vormischung der beiden Kühlmedien.
Fig. 1a zeigt schematisch in Seitenansicht und die Fig. 1b auf die Eingangsseite gesehen, eine Vorrichtung zum Herstellen eines Kühlmittel-Gemisches aus Luft und Wasser. Druck- und/oder Gebläuseluft 1 wird einer Mischkammer 3 zugeführt, der auch Wasser über eine Wasserdüse 4 als Wasser-Aerosolnebel in feinster Verdüsung zugeführt wird. Am Ausgang 5 der Mischkammer 3 tritt das Kühlmittel als Gemisch aus Druck- und/oder Gebläseluft 1 und Wasser- Aerosolnebel aus und kann direkt in die Kühlkanäle der zu kühlenden Anlagenkomponente, z. B. Formgebungsaggregat, zugeführt werden. Dabei lassen sich handelsübliche Wasserdüsen 4 verwenden. Das Kühlmedium- Gemisch kann auch direkt auf eine freie Oberfläche des geformten Glasteils im Forgebungsaggregat gerichtet werden. Es ist jedoch auch möglich, das dem Formgebungsaggregat entnommene Glasteil mit dem Kühlmedium-Gemisch direkt zu kühlen.
Wie die Fig. 2a und 2b in entsprechenden Ansichten zeigen, wird bei einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung eine zylindrische Mischkammer 3 verwendet, die ein zentral eingeführtes und ausgerichtetes Mischrohr 6 für die Zufuhr der Druck und/oder Gebläseluft 1 aufweist. Die Druck- und/oder Gebläseluft 1 wird radial tangential zum Mischrohr 6 eingeleitet und steht in einem spitzen Winkel zur Mittelachse des Mischrohres 6. Dadurch ergibt sich eine rotierende Luftbewegung um das Mischrohr 6, das am Ende mit einer Wasserdüse 4 abgeschlossen ist. Dem Mischrohr 6 wird gefiltertes, entionisiertes Wasser 2 zugeführt, das über die Wasserdüse 4 geleitet als Wasser-Aerosolnebel in die Mischkammer 3 gelangt und den Luftwirbel überlagert wird. Das Kühlmedium-Gemisch tritt an dem im Durchmesser reduzierten Ausgang 5 der Mischkammer 3 aus und wird dem zu kühlenden Gegenstand, z. B. einem Formgebungsaggregat im Heißbereich einer Glasherstellungsanlage, zugeführt.
Dem Mischrohr 6 kann eine Wasser-Mengenregeleinrichtung vorgeschaltet sein, um den Anteil der Wassermenge am Kühlmedium-Gemisch variieren zu können. Damit lässt sich die Glaskontakttemperatur stabil einregeln. Ein Temperaturbereich von 280°C bis 60°C (gemessen am Kühlmedium) ist mit einem derartigen Kühlmedium-Gemisch beherrschbar, wenn z. B. eine Druckluft mit 6 bis 10 Nm3/h der Mischkammer 3 zugeführt wird.

Claims (9)

1. Verfahren zum Kühlen von Anlagenkomponenten, die von fließfähigen Medien beaufschlagt werden, insbesondere von Formgbungsaggregaten für Glasschmelzen, und/oder zum direkten Abkühlen von geformten Glasteilen, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlmedium ein Gemisch aus Druck- und/oder Gebläseluft (1) und Wasser-Aerosolnebel verwendet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass der Durchsatz der Druck- und/oder Gebläseluft (1) konstant gehalten wird und
dass der Anteil an Wassermenge (2) im Gemisch zur Steigerung der Kühlwirkung erhöht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der Durchsatz an Druck- und/oder Gbläseluft (1) mit etwa 10 Nm3/h konstant gehalten wird und
dass die Wassermenge (2) von 0 bis 8 l/h verändert werden kann.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Wassermenge (2) über eine Wasserdüse (4) der Druck- und/oder Gebläseluft (1) überlagert wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Druck- und/oder Gebläseluft (1) in rotierende Bewegung versetzt und einer Mischkammer (3) zugeführt wird, in die auch der Wasser- Aerosolnebel eingeleitet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus Druck- und/oder Gebläseluft (1) und Wasser- Aerosolnebel über einen Ausgang (5) der Mischkammer (3) unmittelbar dem zu kühlenden Formgebungsaggregat zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass gefiltertes, deionisiertes Wasser (2) für den Wasser-Aerosolnebel verwendet wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Gemisch aus Druck- und/oder Gebläseluft (1) und Wasser- Aerosolnebel in einem Kühlbereich von 280°C bis 60°C gearbeitet wird.
9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass Druck- und/oder Gebläseluft (1) radial in eine zylindrische Mischkammer (3) eingeleitet wird,
dass Wasser (2) einem zentrisch axial gerichteten Mischrohr (6) in der Mischkammer (3) zuführbar ist, das mit einer Wasserdüse (4) abgeschlossen ist und
dass sich die um das Mischrohr rotierende Druck- und/oder Gebläseluft (1) mit dem aus der Wasserdüse (4) ausströmenden Wasser-Aerosolnebel vermischt und über den anschließenden Ausgang (5) der Mischkammer (3) unmittelbar dr Anlagenkomponente, wie dem Formgebungsaggregat, zuführbar ist.
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