DE1053538B - Device for cooling liquids, in particular molten salts - Google Patents

Device for cooling liquids, in particular molten salts

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DE1053538B
DE1053538B DEB46815A DEB0046815A DE1053538B DE 1053538 B DE1053538 B DE 1053538B DE B46815 A DEB46815 A DE B46815A DE B0046815 A DEB0046815 A DE B0046815A DE 1053538 B DE1053538 B DE 1053538B
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Germany
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cooling
ribs
liquid
temperature
coolant
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DEB46815A
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German (de)
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Erich Breuer
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BBC Brown Boveri France SA
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BBC Brown Boveri France SA
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34Methods of heating
    • C21D1/44Methods of heating in heat-treatment baths
    • C21D1/46Salt baths
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/06Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with the heat-exchange conduits forming part of, or being attached to, the tank containing the body of fluid

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Description

DEUTSCHESGERMAN

Bei den bekannten, zur Kühlung von Flüssigkeiten dienenden Vorrichtungen wird im allgemeinen ein möglichst guter Wärmeübergang zwischen der zu kühlenden Flüssigkeit und dem Kühlmittel angestrebt. Zu diesem Zweck wird beispielsweise in dem Behalter mit der zu kühlenden Flüssigkeit eine von kaltem Wasser durchfloseene metallische Rohrschlange angeordnet.In the known devices used for cooling liquids, a The aim is to achieve the best possible heat transfer between the liquid to be cooled and the coolant. For this purpose, for example, in the container with the liquid to be cooled one of metallic pipe coil arranged with cold water flowing through it.

Derartige Anordnungen sind jedoch nicht in allen Fällen vorteilhaft. Ist z. B. die zu kühlende Flüssigkeit ein geschmolzenes Salz, das zur Warmhärtung von Stahl gegenständen dient und aus dem die mit den Stahlteilen zugeführte Wärme abgeleitet werden muß, wobei jedoch das Salzbad auf einer erheblich höheren Temperatur zu halten ist als das Kühlwasser, so besteht die Gefahr, daß das geschmolzene Salz an den Wanidungen der kalten Rohrschlange erstarrt, wodurch der Kühleffekt in unkontrollierbarer Weise absinkt.However, such arrangements are not advantageous in all cases. Is z. B. the liquid to be cooled a molten salt that is used for the hot hardening of steel objects and from which the with the Heat supplied to steel parts must be dissipated, but the salt bath is at a considerably higher level Temperature is to be maintained than the cooling water, there is a risk that the molten salt to the Wanidungen the cold pipe coil solidifies, whereby the cooling effect drops in an uncontrollable manner.

Nimmt das Kühlwasser Temperaturen an, die in der Nähe des Siedepunktes liegen, so setzt sich in der Rohrschlange Kesselstein ab, dessen Entfernung Schwierigkeiten macht. Der Betrieb der Kühlvorrichtung mit sehr heißem Kühlwasser ist daher ebenfalls unzweckmäßig.If the cooling water reaches temperatures close to the boiling point, the Coiled pipe removes scale, which is difficult to remove. Operation of the cooling device with very hot cooling water is therefore also inexpedient.

Es sind Kühleinrichtungen für derartige Salzbäder bekannt, bei denen der das Bad aufnehmende Behälter an seiner Außenseite durch Berieselung bzw. Besprühen mit Wasser oder einem Wasser-Luft-Gemisch gekühlt wird. Damit werden zwar die genannten Nachteile vermieden, jedoch lagert sich an der heißen Außenwand des Behälters in erheblichem Maße Kesselstein ab. Außerdem bringt die bei dieser Kühlungsart unvermeidliche Dampf entwicklung Unzuträglichkeiten mit sich.There are known cooling devices for such salt baths, in which the container receiving the bath on its outside by sprinkling or spraying with water or a water-air mixture is cooled. This avoids the disadvantages mentioned, but is based on the hot one The outer wall of the container is considerably reduced in scale. In addition, this brings with this type of cooling unavoidable vapor development.

Die Erfindung bezieht sich auf Kühlvorrichtungen, bei denen das Kühlmittel geschlossene Kanäle durchströmt, die mit der zu kühlenden Flüssigkeit in wärmeleitender Verbindung stehen. TJm bei diesen Kühlvorrichtungen unter Einhaltung eines großen Unterschiedes der Temperaturen der zu kühlenden Flüssigkeit einerseits und des flüssigen Kühlmittels andererseits, der beispielsweise etwa in den Grenzen zwischen 80 und 200° C liegen kann, die eingangs erwähnten Nachteile zu vermeiden, soll die Temperatur der mit der Flüssigkeit in Berührung stehende Wandung der Kühlvorrichtung nur um einen bestimmten, nicht allzu hohen Betrag tiefer liegen als die Temperatur der zu kühlenden Flüssigkeit. Andererseits darf auch die Temperatur der Innenwandung der Kühlkanäle nur um einen mäßigen Betrag höher liegen als die Temperatur, bis zu der das Kühlmittel sich erwärmen soll. Um beide Bedingungen zu erfüllen, muß also zwischen der von der Flüssigkeit berührten Wandung der Kühlvorrichtung und der Innenwandung der F.ühlkanäle ein Vorrichtung
zur Kühlung von Flüssigkeiten,
insbesondere Salzschmelzen
The invention relates to cooling devices in which the coolant flows through closed channels which are in a thermally conductive connection with the liquid to be cooled. TJm with these cooling devices while maintaining a large difference between the temperatures of the liquid to be cooled on the one hand and the liquid coolant on the other hand, which can for example be in the limits between 80 and 200 ° C, to avoid the disadvantages mentioned above, the temperature of the Liquid-in contact wall of the cooling device are only a certain, not too high amount lower than the temperature of the liquid to be cooled. On the other hand, the temperature of the inner wall of the cooling channels may only be a moderate amount higher than the temperature up to which the coolant should heat up. In order to meet both conditions, a device must be placed between the wall of the cooling device in contact with the liquid and the inner wall of the cooling channels
for cooling liquids,
especially molten salts

Anmelder:Applicant:

Brown, Boveri & Cie. Aktiengesellschaft,
Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22
Brown, Boveri & Cie. Corporation,
Mannheim-Käfertal, Boveristr. 22nd

Erich Breuer, Dortmund,
ist als Erfinder genannt worden
Erich Breuer, Dortmund,
has been named as the inventor

erheblicheis Temperaturgefälle bestehen, unter welchem der Wärmetransport von der einen Wandung zur anderen stattfindet.There is a considerable temperature gradient under which the heat transfer from one wall to the other takes place.

Unter Ausnutzung dieser Erkenntnis sieht die Erfindung eine Vorrichtung zur Kühlung von Flüssigkeiten, insbesondere Salzschmelzen unter Einhaltung eines großen Unterschiedes zwischen der Temperatur der Flüssigkeit und der Temperatur des flüssigen Kühlmittels vor, bei der die mit der Flüssigkeit in Berührung stehende Wandfläche der Kühlvorrichtung an der von der Flüssigkeit abgewendeten Seite mit Vorsprüngen bzw. Rippen versehen ist, in oder an denen sich im Abstand von dieser Wandfläche kühlmitteldurchströmte Kanäle befinden, wobei dieser Abstand sowie der Querschnitt und die Wärmeleitfähigkeit der Rippen bzw. Vorsprünge so bemessen ist, daß auf dem Wege des Wärmetransportes von 'der Flüssigkeit zum Kühlmittel ein großer Anteil des gesamten Temperaturunterschiedes der Flüssigkeit und des Kühlmittels als Temperaturgefälle zwischen der von der Flüssigkeit berührten Wandung und der Innenwandung der Kühlkanäle anfällt.Using this knowledge, the invention provides a device for cooling liquids, especially molten salt while maintaining a large difference between the temperature the liquid and the temperature of the liquid coolant at which the liquid in Contact standing wall surface of the cooling device on the side facing away from the liquid with Projections or ribs is provided, in or on which coolant flowed through at a distance from this wall surface Channels are located, this distance as well as the cross section and the thermal conductivity of the ribs or projections is dimensioned so that on the way of the heat transport from 'the liquid a large proportion of the total temperature difference between the liquid and the coolant Coolant as a temperature gradient between the wall in contact with the liquid and the inner wall of the cooling channels.

Nach einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ist bei dieser Vorrichtung die wirksame Kühlfläche durch Wahl der Anzahl und Anordnungen der mit Kühlkanälen versehenen Rippen bzw. Vorsprünge so bemessen, daß bei der Verwendung von Wasser alsAccording to a preferred embodiment of the invention, the effective cooling surface is in this device by choosing the number and arrangement of the ribs or projections provided with cooling channels measured that when using water as

809 787/371809 787/371

Claims (6)

Kühlmittel dessen Temperatur unterhalb der Siedetemperatur, insbesondere unter der Grenze der Ablagerung von Härtebildnern (Kesselstein) liegt und die Temperatur der zu kühlenden Flüssigkeit an keiner Stelle den Erstarrungspunkt unterschreitet. In den Zeichnungen sind einige Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. _ Die Fig. 1 bis 3 stellen in Schnitten und Ansicht einen vorzugsweise aus Metall bestehenden Badbehälter 1 mit einer Salzschmelze 2 dar, bei dem an der Außenwand 3 Rippen 4 vorgesehen sind, an denen sich von Kühlwasser durchströmte Kanäle 5 in Form von mit den Rippen 4 wärmeleitend verbundenen Rohren befinden. Die Fig. 3 läßt eine Anordnung der Kühlrohre 5 und die durch Pfeile angedeutete Durchflußrichtung des Kühlwassers erkennen, wobei eine Ausführung der Rippen gemäß Fig. 6 gewählt werden kann. Durch eine solche Anordnung kann erreicht werden, daß bei ausreichender Wärmeabführung aus dem Bad der Temperatursprung von der Salzschmelze zur Behälterwand so klein bleibt, daß an keiner Stelle, auch nicht in unmittelbarer Nähe der Wandung die Erstarrungstemperatur des Salzes unterschritten wird. Ebenso kann auch die Temperatur der Innenwandung der Kühlkanäle so begrenzt werden, daß bei normalem Kühlmitteldurchfluß die Temperatur des Kühlmittels überall genügend niedrig bleibt, um die erwähnten nachteiligen Erscheinungen zu vermeiden. Die Anordnung und Form der Rippen oder Vorsprünge 4 kann mannigfaltig sein. Die Rippen können ebenflächig oder gekrümmt sein, horizontal, vertikal oder schräg verlaufen sowie auch Wendel- oder Zickzackform besitzen. Sie können auch, wie bei 4a angedeutet ist, nach dem Innern des Gefäßes zu fortgesetzt sein, um die für den Wärmeübergang von der Flüssigkeit auf die Wandung zur Verfügung stehende Fläche zu vergrößern. In den Fig. 4 bis 6 sind einige Ausführungsformen dargestellt. Um die Außenabmessungen der Bäder möglichst klein zu halten, können die Rippen entsprechend der Fig. 5 auch geknickt ausgeführt sein. Nach einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann die Kühlvorrichtung als Tauchkühler ausgebildet sein, der aus einem flüssigkeitsdichten Hohlkörper 7 (Fig. 7 und 8) besteht, dessen Innenwandfläche mit Vorsprüngen bzw. Rippen 8 versehen ist, in oder an denen sich die vom Kühlmittel durchströmten Kanäle 9,10 und 11 befinden. Dabei kann bei einer Ausführung nach der Fig. 7 beispielsweise der äußere Kanal 10 zur Hinleitung und der innere Kanal 11 zur Rückleitung des Kühlmittels dienen oder umgekehrt. Ein derartiger Tauchkühler kann statt einer in den Fig. 1 und 2 dargestellten Kühlvorrichtung oder auch zusätzlich zu dieser vorgesehen sein. Die Anordnung der Kühlkanäle 5, 9 bis 11 kann zweckmäßigerweise so erfolgen, daß deren Entleerung durch natürliches Gefälle möglich ist. Falls es erforderlich erscheint, kann zusätzlich eine Einrichtung zur Einleitung eines unter Druck stehenden Gases — beispielsweiseLuft — in die Kühlkanäle vorgesehen werden, durch welche das restliche flüssige Kühlmittel nach Beendigung des Küblprozesses aus den Kühlkanälen entfernt werden kann. Bäder der in. Rede stehenden Art sollen zuweilen längere Zeit, z.B. in Betriebspausen, im betriebswarmen Zustand gehalten werden, wobei die Kühlung abgestellt wird. Um während dieser Zeiten die Wärmeverluste, d. h. die Wärmeabgabe der Behälterwände an die umgebende Luft möglichst klein zu halten, können die Badbehälter mit einer Wärmeisolierung versehen werden. Bei einer Anordnung der Kühlvorrichtung nach der Erfindung kann dies zweckmäßig dadurch geschehen, daß die Zwischenwände zwischen den einzelnen Vorsprüngen bzw. Rippen mit einem wärmedämmenden Material ausgefüllt wenden. Die Erfindung ist nicht auf die dargestellten Ausführungsbeispiele beschränkt. Es sind hiervon verschiedene Abweichungen vor allem baulicher Art denkbar. So· können z. B. statt der an den Rippen 4 befestigten Kühlrohre 5 in diesen Rippen vorgesehene Hohlräume als Kühlkanäle dienen. Die ■KuMkanale der einzelnen Rippen können hintereinander, parallel oder auch in Gruppen parallel geschaltet werden. Zur Änderung der Kühlleistung können einzelne Kühlkanäle bzw. Gruppen von Kühlkanälen abschaltbar sein. Die Erfindung ist in ihrer Anwendung nicht auf die erwähnten Salzbadschmelzen bzw. Warmhärtebäder beschränkt. Beispielsweise kann eine Kühlvorrichtung nach der Erfindung auch für Metallbäder vorgesehen werden, die als Kontakt- oder Abschreckbäder bei der Wärmebehandlung von draht- oder bandförmigem Material verwendet werden. Patentansprüche.-Coolant whose temperature is below the boiling point, in particular below the limit of the deposition of hardness components (scale) and the temperature of the liquid to be cooled does not fall below the solidification point at any point. Some exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings. 1 to 3 show in sections and views a bath tank 1, preferably made of metal, with a molten salt 2, in which ribs 4 are provided on the outer wall 3, on which channels 5 through which cooling water flows in the form of ribs 4 thermally connected pipes are located. FIG. 3 shows an arrangement of the cooling tubes 5 and the direction of flow of the cooling water indicated by arrows, it being possible to select an embodiment of the ribs according to FIG. 6. Such an arrangement can ensure that with sufficient heat dissipation from the bath, the temperature jump from the molten salt to the container wall remains so small that the solidification temperature of the salt is not fallen below at any point, not even in the immediate vicinity of the wall. Likewise, the temperature of the inner wall of the cooling channels can be limited so that, with normal coolant flow, the temperature of the coolant remains sufficiently low everywhere to avoid the disadvantageous phenomena mentioned. The arrangement and shape of the ribs or projections 4 can be varied. The ribs can be flat or curved, run horizontally, vertically or at an angle, and also have a helical or zigzag shape. They can also, as indicated at 4a, be continued towards the interior of the vessel in order to enlarge the area available for the heat transfer from the liquid to the wall. Some embodiments are shown in FIGS. In order to keep the external dimensions of the baths as small as possible, the ribs can also be bent in accordance with FIG. 5. According to another embodiment of the invention, the cooling device can be designed as an immersion cooler consisting of a liquid-tight hollow body 7 (FIGS. 7 and 8), the inner wall surface of which is provided with projections or ribs 8, in or on which the channels through which the coolant flows 9, 10 and 11 are located. In an embodiment according to FIG. 7, for example, the outer channel 10 can serve for the feed line and the inner channel 11 for the return line of the coolant, or vice versa. Such an immersion cooler can be provided instead of a cooling device shown in FIGS. 1 and 2 or in addition to this. The arrangement of the cooling channels 5, 9 to 11 can expediently take place in such a way that they can be emptied by a natural gradient. If it appears necessary, a device for introducing a pressurized gas - for example air - into the cooling channels can also be provided, through which the remaining liquid coolant can be removed from the cooling channels after the cooling process has ended. Baths of the type in question should sometimes be kept at operating temperature for a long time, e.g. during breaks in operation, with the cooling being switched off. In order to reduce heat losses during these times, i. H. To keep the heat dissipation from the container walls to the surrounding air as small as possible, the bath containers can be provided with thermal insulation. In the case of an arrangement of the cooling device according to the invention, this can expediently take place in that the partition walls between the individual projections or ribs are filled with a heat-insulating material. The invention is not restricted to the exemplary embodiments shown. Various deviations from this are conceivable, primarily of a structural nature. For example B. instead of the cooling tubes 5 attached to the ribs 4 in these ribs provided cavities serve as cooling channels. The ■ channel channels of the individual ribs can be connected one behind the other, in parallel or in groups in parallel. To change the cooling capacity, individual cooling channels or groups of cooling channels can be switched off. The application of the invention is not restricted to the salt bath melts or hot hardening baths mentioned. For example, a cooling device according to the invention can also be provided for metal baths which are used as contact or quenching baths in the heat treatment of wire or strip-shaped material. Claims. 1. Vorrichtung zur Kühlung von Flüssigkeiten, insbesondere Salzschmelzen unter Einhaltung eines großen Unterschiedes zwischen der Temperatur der Flüssigkeit und der Temperatur des flüssigen Kühlmittels, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Flüssigkeit in Berührung stehenden Wandflächen der Kühlvorrichtung an der von der Flüssigkeit abgewendeten Seite mit Vorsprüngen bzw. Rippen versehen ist, in oder an denen sich im Abstand von dieser Wandfläche kühlmitteldurchströmte Kanäle befinden, und daß dieser Abstand sowie der Querschnitt und -die Wärmeleitfähigkeit der Rippen bzw. Vorsprünge so bemessen ist, daß auf idem Wege des Wärmetransportes von der Flüssigkeit zum Kühlmittel ein großer Anteil des gesamten Temperaturunterschiedes der Flüssigkeit und des Kühlmittels als Temperaturgefälle zwischen der von der Flüssigkeit berührten Wandung und der Innenwandung der Kühlkanäle anfällt.1. Device for cooling liquids, in particular molten salts, in compliance with a large difference between the temperature of the liquid and the temperature of the liquid coolant, characterized in that the wall surfaces in contact with the liquid the cooling device on the side facing away from the liquid with projections or ribs is provided, in or on which there are channels through which coolant flows at a distance from this wall surface are located, and that this distance as well as the cross section and the thermal conductivity of the ribs or projections is dimensioned so that the same way of heat transport from the liquid a large proportion of the total temperature difference between the liquid and the coolant Coolant as a temperature gradient between the wall contacted by the liquid and the Inner wall of the cooling channels is incurred. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wirksame Kühlfläche durch WahLder Anzahl und Anordnung der mit Kühlkanälen (5) versehenen Rippen bzw. Vorsprünge (4) so bemessen ist, daß bei Verwendung von Wasser als Kühlmittel dessen höchste Temperatur unterhalb der Siedetemperatur, insbesondere unter der GrenzederAblagerung von Härtebildnern (Kesselstein) liegt und die Temperatur der zu kühlenden Flüssigkeit (2) an keiner Stelle den Erstarrungspunkt unterschreitet.2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the effective cooling surface through Choice of the number and arrangement of the ribs or projections provided with cooling channels (5) (4) is dimensioned so that when water is used as the coolant, its highest temperature below the boiling point, in particular below the limit of the deposition of hardness components (scale) and the temperature of the liquid to be cooled (2) does not reach the freezing point at any point falls below. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 zur Kühlung von der Warmbadhärtung dienenden Salzbädern, dadurch gekennzeichnet, daß die Wand des zur Aufnahme des Bades dienenden Behälters (1) an ihrer Außenseite mit Vorsprüngen bzw. Rippen (4) versehen ist, in oder an denen sich die vom Kühlmittel durchströmten Kanäle (5) befinden.3. Device according to claim 1 or 2 for cooling salt baths serving for hot bath hardening, characterized in that the wall of the container (1) used to hold the bath is provided on its outside with projections or ribs (4), in or on which the from Channels (5) through which coolant flows. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Kühlung von der Warmbadhärtung dienenden Salzbädern, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung als Tauchkühler ausgebildet4. Device according to one of the preceding claims for cooling the hot bath hardening serving salt baths, characterized in that the device is designed as an immersion cooler ist, der aus einem flüssigkeitsdichten Hohlkörper (7) besteht, dessen Innenwandflächen mit Vorsprüngen bzw. Rippen (8) versehen ist, in oder an •denen sich die vom Kühlmittel durchströmten Kanäle (9,10,11) befinden.is, which consists of a liquid-tight hollow body (7), the inner wall surfaces with projections or ribs (8), in or on which the coolant flows Channels (9,10,11) are located. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anordnung5. Device according to one of the preceding claims, characterized by an arrangement der Kühlkanäle, die deren Entleerung durch natürliches Gefälle ermöglicht.the cooling ducts, which allow them to be emptied through a natural gradient. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume zwischen den Vorsprüngen bzw. Rippen (4) mit einem wärmedämmenden Material ausgefüllt sind.6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the The spaces between the projections or ribs (4) are filled with a heat-insulating material are. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings © 809 787/371 3.59>© 809 787/371 3.59>
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