DE1501543C - Umwälz- oder Haubenofen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Umwälz- oder Haubenofen, wie er hauptsächlich für die Wärmebehandlung von metallischen Gegenständen eingesetzt wird. Umgewälzt wird ein Wärmeträgerheizgas, welches erwärmt wird, seine fühlbare Wärme an die zu behandelnden Gegenstände abgibt und auf dem Umwälzweg aufgeheizt wird. Zu Aufheizung des Wärmeträgerheizgases sind derartige Umwälz- oder Haubenöfen zum Zwecke der Erwärmung des Wärmeträgerheizgases zumeist mit besonderen Wärmeaustauschern, nämlich einem Strömungskanal für das zu erwärmende, mit Hilfe eines Gebläses geförderte Wärmeträgerheizgas ausgerüstet, wobei im Strömungskanal mehrere diesen durchdringende, rechtwinklig zur Strömungsrichtung verlaufende Stahlrohre hintereinander angeordnet sind, die in geeigneter Weise aufgeheizt werden und ihre Wärme durch Strahlung und Konvektion an das Wärmeträgerheizgas abgeben. Der Wärmeübergang von den Strahlrohren auf das Wärmeträgerheizgas ist bei sol- ao chen Umwälz- oder Haubenöfen verbesserungsbedürftig.

Um den Wärmeübergang von den Strahlrohren auf das Wärmeträgerheizgas zu verbessern, könnte man daran denken, die Temperatur der Strahlrohre zu erhöhen. Dem sind jedoch aus werkstoff technischen Gründen Grenzen gesetzt. Die bei vorbeschriebenen Umwälz- oder Haubenöfen behandelte Einrichtung zur Erwärmung des Wärmeträgerheizgases ist ein Wärmetauscher besonderer Art, nämlich jnit rechtwinklig zur Strömungsrichtung angeordneten Strahlrohrbatterien. Bei solchen Wärmetauschern ist es seit Jahren bekannt (deutsche Patentschrift 138 943 aus dem Jahre 1902), zur Verbesserung des Wärmeüberganges zusätzliche Strahlelemente vorzusehen, und zwar in Form von Platten, die gegebenenfalls mit leichter Wellung der Struktur der Rohrbatterie folgend, in Strömungsrichtung verlaufen, durch Strahlung von den hintereinander angeordneten Rohren aufgeheizt und hauptsächlich durch Konvektion ihre Wärme an das Wärmeträgerheizgas abgeben. So arbeitet man, wahlweise die Platten durch Gitter ersetzend, auch noch in neuerer Zeit (französische Patentschrift 1 377 542). — Der erreichte Effekt ist nicht sehr beachtlich. Der Wärmeübergang wird nicht entscheidend verbessert. Das mag, wie die Erfindung erkannt hat, zunächst darauf zurückzuführen sein, daß die Strömungswechselwirkung dieser Strahlelemente mit dem Wärmeträgerheizgas den konvektiven Wärmeübergang von den Strahlelementen auf das Wärmeträgerheizgas nicht oder nicht wesentlich unterstützt. Die Strahlelemente folgen dem Lauf der Stromlinien. Vor allem aber wird die angestrebte Verbesserung des Wärmeüberganges dadurch beeinträchtigt, daß strahlende Flächen der hintereinander angeordneten Strahlrohre einander direkt gegenüberstehen und folglich wegen Eigenabsorption für den Wärmeübergang durch Strahlung nur wenig wirksam sind. Dieser Mangel besteht auch bei einer anderen, seit längerer Zeit bekannten Ausführungsform von Wärmetauschern (deutsche Patentschrift 836 357 aus dem Jahre 1949), bei der als Strahlemente quer zur Strömungsrichtung unter anderem Gitter oder Drahtgewebe angeordnet sind, die durchströmt werden und an denen Turbulenz entsteht. Hier liegen ebenfalls, «5 Eigenabsorption bedingend, stets mehrere Strahlrohre in Reihe nebeneinander und dadurch mit Strahlungsflächen unmittelbar einander gegenüber. Die dadurch bedingte Verminderung des Wärmeüberganges ist bisher anscheinend übersehen oder als unbeachtlich angesehen worden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,· bei einem Umwälz- oder Haubenofen der eingangs beschriebenen Art den Wärmeübergang von den Strahlrohren auf das Wärmeträgerheizgas — ohne Erhöhung der Temperatur der Strahlrohre — zu verbessern. Diese Aufgabe ist alt. Sie ist durch die oben behandelten, bei Wärmetauschern lange bekannten Maßnahmen bisher nicht optimal gelöst worden.

Die Erfindung betrifft einen Umwälz- oder Haubenofen mit Strömungskanal für die zu erwärmenden, mit Hilfe eines Gebläses geförderten Wärmeträgerheizgase sowie den Strömungskanal durchdringenden, rechtwinklig zur Strömungsrichtung angeordneten Strahlrohren. Sie besteht darin, daß im Strömungskanal aus Gittern oder Netzen aus warmfesten, zunderfreien Werkstoffen in Strömungsrichtung hintereinanderliegende, geschlossene Zellen gebildet sind, in denen je ein Strahlrohr angeordnet ist. — Nach der Lehre der Erfindung wird zunächst die bei den bekannten Anordnungen störende Eigenabsorption vermieden, da sich strahlende Flächen der in Strömungsrichtung hintereinander angeordneten Strahlrohre nicht mehr gegenüberstehen, vielmehr die strahlenden Flächen der Strahlrohre von den Gittern oder Netzen vollständig umschlossen sind. Darüber hinaus bringt die Tatsache, daß die Strahlrohre mit den Zellen hintereinander angeordnet sind, besondere Effekte, wie sie bisher allenfalls bei Anordnungen nach der deutschen Patentschrift 936 357, insbesondere Fig. 2, auftraten. Und zwar wirken die Netze oder Gitter mit ihren Drähten oder Stäben als Turbulenzgitter. An dem in Strömungsrichtung ersten Gitter oder Netz entsteht eine im wesenlichen homogene isotrope Turbulenz. Diese turbulente Strömung beaufschlagt das nachgeordnete Strahlrohr. Am Strahlrohr entstehen Karmansche Wirbelstraßen. Diese wiederum beaufschlagen das nachgeschaltete Gitter, in dem zusätzlich wieder homogene isotrope Turbulenz den Wirbelstraßen überlagert wird, und so fort, von Gitter zu Gitter und Strahlrohr zu Strahlrohr gleichsam verstärkt. Im Ergebnis wird nicht nur der beschriebene, auf Anordnung besonderer Strahlelemente beruhende Mechanismus des Wärmeüberganges verstärkt, vielmehr wird zusätzlich der konvektive Wärmeübergang wegen der Turbulenz und der Strömungswechselwirkung der Strahlemente mit der Strömung des Wärmeträgerheizgases beachtlich verbessert.

Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung erläutert. Die einzige Figur zeigt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch einen erfindungsgemäßen Umwälzofen.

Der in der Figur dargestellte Umwälzofen 1 ist für die Wärmebehandlung von metallischen Gegenständen 2 bestimmt, die in Richtung des Pfeiles 3 durch den Umwälzofen 1 bewegt werden. Ein Wärmeträgerheizgas wird im Gegenstrom zu diesen metallischen Gegenständen 2 in Richtung der Pfeile 5 bewegt. Es wird mit Hilfe eines Gebläses 4 gefördert und in dem Strömungskanal 6 erwärmt; der zu diesem Zweck den Strömungskanal 6 durchdringende, rechtwinklig zur Strömungsrichtung angeordnete Strahlrohre 7 aufweist. Im Strömungskanal 6 sind aus Gittern 8 oder Netzen 9 aus warmfesten, zunderfreien Werkstoffen

in Strömungsrichtung hintereinanderliegende, geschlossene Zellen 10 gebildet. In diesen befindet sich je ein Strahlrohr 7. Die Strahlrohre 7 sind also vollständig von den Gittern 8 oder Netzen 9 umgeben, so daß Eigenabsorption zwischen benachbarten Strahlrohren 7 praktisch ausgeschlossen ist. Im übrigen erkennt man unmittelbar, daß durch die Hintereinanderschaltung zunächst am ersten Gitter 8 oder Netz 9 eine im wesentlichen homogene isotrope Turbulenz entsteht, die das nachgeordnete Strahlrohr 7 beaufschlagt. Hier entstehen zusätzlich Karmansche Wirbelstraßen, und so fort, von Gitter 8 und Gitter 8 und Strahlrohr 7 zu Strahlrohr 7 gleichsam verstärkt.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Umwälz- oder Haubenofen mit Strömungskanal für die zu erwärmenden, mit Hilfe eines Gebläses geförderten Wärmeträgerheizgase sowie den Strömungskanal durchdringenden, rechtwinklig zur Strömungsrichtung angeordneten Strahlrohren, dadurch gekennzeichnet, daß im Strömungskanal (6) aus Gittern (8) oder Netzen (9) aus warmfesten, zunderfreien Werkstoffen in Strömungsrichtung hintereinanderliegende, geschlossene Zellen (10) gebildet sind, in denen je ein Strahlrohr (7) angeordnet ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen