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Bei einer Vorrichtung zum Erwärmen oder Kühlen mittels eines Umwälzmediums
werden die Teile des Einsatzgutes in Abständen voneinander in dem Chargierraum aufgestellt,
damit das Umwälzmedium in Form eines Heiz- oder Kühlgases von einer Seite her zwischen
dem Einsatzgut hindurchströmen kann. Da z. B. die Heizgase beim Umströmen des Einsatzgutes
fortgesetzt Wärme abgeben, ist die Gastemperatur auf der Einströmseite des Chargierraumes
höher als auf der Abströmseite, so daß die nahe der Einströmseite angeordneten Teile
des Einsatzgutes eine höhere Temperatur erreichen als die nahe der Abströmseite
angeordneten Teile. Führt man ein Kühlgas durch den Chargierraum, so ist dessen
Temperatur an der Einströmseite des Chargierraumes erheblich niedriger als an dessen
Abströmseite, so daß die der Einströmseite benachbarten Teile des Einsatzgutes stärker
gekühlt werden als die Teile, welche der Abströmseite benachbart sind. Um diese
Nachteile zu vermeiden, sind be-
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reits Vorrichtungen vorgeschlagen worden, bei denen die Umwälzrichtung
des Umwälzmediums umgekehrt werden kann.
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Es ist bereits eine Vorrichtung zum Erwärmen bekannt (französische
Patentschrift 915 158), bei der die Umwälzrichtung eines Gases innerhalb eines Chargierraumes
dadurch geändert werden kann, daß ein Ventilatorrad mittels eines komplizierten
Hub- und Senkmechanismus in seiner Höhenlage verstellt wird, wobei es in seiner
unteren Stellung direkt aus dem Chargierraum ansaugt und über ein den Chargierraum
umgebendens Kanalsystem in das obere Ende des Chargierraumes fördert, während es
in seiner oberen Stellung aus dem den Chargierraum umgebenden Kanalsystem und damit
aus dem oberen Ende des Chargierraumes ansaugt und unmittelbar in den unteren Bereich
des Chargierraumes hineinfördert.
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Neben der Tatsache, daß mit dieser bekannten Vorrichtung nur eine
schlechte Verteilung des Gases im Chargierraum möglich ist, bleibt noch festzustellen,
daß auf Grund des Fehlens geeigneter Diffusoren eine schlechte Umsetzung der kinetischen
Energie in Druckenergie erfolgt. Darüber hinaus erfordert diese bekannte Vorrichtung
eine ungewöhnlich lange Ventilatorwelle, die das Auftreten unerwünschter Schwingungen
begünstigt und schwierig zu lagern ist.
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Eine zweite Ausführungsform der vorerwähnten bekannten Vorrichtung
sieht vor, daß nicht das Ventilatorrad mit seiner Welle, sondern ein im unteren
Bereich des Chargierraumes angeordnetes Zwischendeckensystem in bezug auf das Ventilatorrad
verschoben wird. Auch durch diese Anordnung wird erreicht, daß das Ventilatorrad
in der einen Stellung des Zwischendeckensystems aus dem unteren Ende des Chargierraumes
ansaugt und in dessen oberes Ende fördert, während in der anderen Stellung des Zwischendeckensystems
aus dem oberen Ende des Chargierraumes angesaugt und in das untere Ende des Chargierraumes
gefördert wird.
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Auch bei dieser Ausführungsform der bekannten Vorrichtung wird eine
änderung der Umwälzrichtung im Chargierraum nur mit erheblichem konstruktivem Aufwand
ermöglicht. Für eine gleichmäßige Verteilung des Gases sind keine besonderen Vorkehrungen
getroffen.
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Zum Stand der Technik zählt ferner eine aus mehreren gleichen Elementen
zusammengesetzte Vorrichtung (deutsche Auslegeschrift 1 483 011), bei der jedes
Element oberhalb der Decke des Chargierraumes zwei parallel angeordnete Ventilatoren
mit senkrecht verlaufenden Wellen aufweist. Die Ansaugteile der Ventilatoren liegen
jeweils in einem unteren Querkanal, während die Abströmteile der beiden Ventilatoren
in einem darüber angeordneten weiteren Querkanal liegen. Jeder Querkanal besitzt
zwei Drosselklappen, die den jeweiligen Querkanal mit dem Chargierraum verbinden.
Soll also von der einen Seite des Chargierraumes angesaugt werden, so werden die
auf der entsprechenden Seite der unteren Querkanäle angeordneten Drosselklappen
sowie die in den oberen Querkanälen auf der gegenüberliegenden Seite angeordneten
Drosselklappen geöffnet. Bei Änderung der Umwälzrichtung werden die zuvor geöffneten
Klappen geschlossen und die zuvor geschlossenen Klappen geöffnet.
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Die bei dieser bekannten Vorrichtung vorgesehenen Brenner liegen
bei Umwälzung in der einen Richtung auf der Druckseite und bei Umwälzung in der
anderen
Richtung auf der Saugseite. Das hat zur Folge, daß sie bei Umkehrung der
Umwälzrichtung ihre Wirkungsweise mehr oder weniger stark ändern, so daß bei Umkehrung
der Umwälzrichtung auch eine unterschiedliche Aufheizung erfolgen kann.
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Die Einströmung in die Ventilatoren erfolgt bei dieser bekannten
Vorrichtung bei beiden Umwälzrichtungen nur von einer Seite, und auch die Abströmung
aus den Ventilatoren ist einseitig. Durch diese Art der Zu- und Abströmung des Umwälzmediums
ergeben sich zwangläufig schlechte Wirkungsgrade.
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Der sich an den Ventilatoraustritt anschließende Kanal erweitert sich
sehr plötzlich, so daß Stoßverluste auftreten. Besondere Vorkehrungen für eine gleichmäßige
Gasverteilung sind nicht vorgesehen.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Einrichtung zur Umwälzung
des Gases bei einer Vorrichtung zum Erwärmen oder Kühlen der eingangs erwähnten
Art zu schaffen, welche die Nachteile der bisher bekannten Einrichtungen vermeidet
und bei relativ geringem Isolationsaufwand und niedrigen Strömungsverlusten ein
gleichmäßiges Erwärmen oder Kühlen der im Chargierraum befindlichen Teile des Einsatzgutes
gewährleistet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß bei einer Einrichtung der eingangs
erwähnten Art dadurch gelöst, daß das Abströmkanalsystem sowohl einen die Beschaufelung
des Radialventilatorlaufrades umgebenden, an seinen beiden Enden offenen kastenförmigen
Führungskanal als auch einen an seinen beiden Enden mit diesem Führungskanal kommunizierenden
Umgehungskanal aufweist, daß der kastenförmige Führungskanal breiter ausgebildet
ist als es dem Durchmesser der Beschaufelung des Radialventilatorlaufrades entspricht
und mit Leitblechen für das abströmende umgewälzte Gas besetzt ist, und daß die
Absperrelemente zwischen den miteinander kommunizierenden Enden des Führungskanals
sowie des Umgehungskanals einerseits und den Umwälzkanälen andererseits angeordnet
sind.
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Auf Grund dieser Ausbildung wird gewährleistet, daß auf der Abströmseite
des Ventilatorlaufrades unabhängig von der jeweiligen Umwälzrichtung stets optimale
Abströmbedingungen vorliegen, welche eine günstige Ausnutzung der Ventilatorleistung
gestatten.
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Dabei liegen am ganzen Umfang der Beschaufelung des Ventil atorlaufrades
annähernd gleiche Abströmbedingungen vor und die Umsetzung der kinetischen Energie
in Druckenergie erfolgt mit einem sehr hohen Wirkungsgrad. Darüber hinaus ergibt
diese Anordnung eine kompakte Bauweise, die keine langen Kanäle mit dem dazu nötigen
Isolationsaufwand erfordert.
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Die Erfindung sieht vor, daß der Umgehungskanal oberhalb des Führungskanals
angeordnet und von diesem durch eine Zwischenwand getrennt ist. Insbesondere dieser
Aufbau macht eine integrierte Bauweise möglich und erlaubt die Unterbringung des
Ventilatorlaufrades und des zugehörigen Abströmkanalsystems unmittelbar oberhalb
des Chargierraumes.
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Es entspricht einem weiteren Vorschlag der Erfindung, daß die Absperrelemente
mit zwei Dichtflächen versehene Winkelschieber sind, von denen jeweils eine Dichtfläche
ein Ende des Ansaugkanals abschließt oder freigibt, während die andere Dichtfläche
die ihr zugekehrten, miteinander kommunizierenden Enden des Führungskanals sowie
des Umgehungskanals
mit einem Umwälzkanal verbindet oder von diesem
trennt.
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Diese Winkelschieber vereinfachen die Umsteuerung der Einrichtung,
da ein Winkelschieber stets gleichzeitig in der gewünschten Weise eine Durchtrittsöffnung
freigibt und die andere verschließt.
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Gemäß einem weiteren Vorschlag der Erfindung ist jeder Winkelschieber
mit einer Staukante versehen, welche bei der den Ansaugkanal abschließenden Stellung
des Schiebers den Austrittsquerschnitt des Führungskanals verkleinert.
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Auf diese Weise wird sichergestellt, daß sowohl das Gas, welches
unmittelbar durch den Führungskanal in einen Umwälzkanal gelangt, als auch das Gas,
welches auf dem Umweg über den Umgehungskanal in den gleichen Umwälzkanal strömt,
gleiches Druckniveau haben.
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Die Erfindung sieht ferner vor, daß die Umwälzkanäle senkrecht verlaufende,
über ihre ganze Länge seitlich des Chargierraumes angeordnete Kanäle sind.
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Erfindungsgemäß können die Umwälzkanäle aber auch teilweise längs
der Oberseite des Chargierraumes verlaufen und mit dessen Stirnseiten kommunizieren,
so daß eine Anpassung der erfindungsgemäßen Einrichtung an die jeweiligen konstruktiven
Erfordernisse möglich ist.
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Im folgenden Teil der Beschreibung werden einige Ausführungsformen
des Erfindungsgegenstandes an Hand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt F i g. 1
einen senkrechten Schnitt durch eine Einrichtung zur Umwälzung des Gases mit senkrecht
verlaufenden Umwälzkanälen, F i g. 2 einen Teilschnitt nach der Linie 2-2 in F i
g. 1, welche die Anordnung der Leitbleche in dem Führungskanal darstellt, F i g.
3 einen senkrechten Schnitt durch eine weitere Ausführungsform der Einrichtung zur
Umwälzung des Gases und F i g. 4 einen Schnitt durch eine Einrichtung mit Längsgasumwälzung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Einrichtung ist ein Umwälzofen mit einem
äußeren Stahlgehäuse 1 und einer sich an dessen Innenwandungen anschließenden wärmeisolierenden
Schicht 2. Das Stahlgehäuse 1, das eine Decke 1 a sowie Seitenwände 1 b und 1 c
aufweist, und die wärmeisolierende Schicht 2 bilden gemeinsam mit einem isolierenden
Fundament 2 a einen abgeschlossenen Chargierraum 3, in den das Einsatzgut4, z. B.
Metallbleche oder Metallblöcke, eingebracht wird. Der Chargierraum 3 wird in seinem
oberen Bereich durch eine mit Abstand von den Seitenwänden 1 b und 1 c endende Zwischendecke
5 abgeschlossen, über der sich ein Ansaugkanal 6 befindet, der über die gesamte
Breite des Chargierraumes 3 hinwegführt. Der Ansaugkanal 6 wird auf seiner Oberseite
von einer parallel zur Zwischendecke 5 verlaufenden Trennwand 7 begrenzt, die eine
kreisförmige Einlauföffnung 8 für ein Radialventilatorlaufrad 9 aufweist. Das Radialventilatorlaufrad
9 wird von einer senkrecht verlaufenden Welle 10 getragen, die durch die Decke 1
a des Stahlgehäuses 1 hindurchgeführt und dort gelagert ist.
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Die Beschaufelung 11 des Radialventilatorlaufrades 9 liegt in einem
kastenförmigen Führungskanal 12, dessen Breite größer ist als der Durchmesser der
Beschaufelung 11 des Radialventilatorlaufrades 9.
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Der kastenförmige Führungskanal 12 ist mit Leitblechen 13 besetzt,
die über die gesamte Höhe des
Führungskanals 12 verlaufen und sich von der Beschaufelung
11 des Radialventilatorlaufrades 9 bis zu den Enden des Führungskanals erstrecken
können.
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Die Leitbleche 13 bilden einen Diffusor und bewirken eine günstige
Umformung der kinetischen Energie des von dem Radialventilatorlaufrad 9 geförderten
Gases in Druckenergie.
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An den oberen Kanten der Leitbleche 13 ist eine parallel zu der Trennwand
7 und der Zwischendecke 5 verlaufende Zwischenwand 14 angeordnet, durch welche die
Welle 10 des Radialventilatorlaufrades 9 hindurchgeführt ist. Zwischen der Oberseite
der Zwischenwandl4 und der Innenwand 15 der Decke 1 a des Stahlgehäuses 1 ist ein
Umgehungskanal 16 gebildet.
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Die Zwischendecke 5, die Trennwand 7 und die Zwischenwand 14 reichen,
wie Fig. 1 zeigt, an ihren Enden nicht bis an die Innenflächen der Seitenwände 1
b, 1 c des Stahlgehäuses 1, führen aber über dessen gesamte Länge.
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Zu beiden Seiten des Chargierraumes 3 sind senkrecht verlaufende
Umwälzkanäle 20 vorgesehen, die in ihrem unteren Bereich mit dem Chargierraum 3
kommunizieren und an ihrem oberen Ende sowohl mit dem Ansaugkanal 6 als auch mit
dem Führungskanal 12 und dem Umgehungskanal 16 in Verbindung gebracht werden können.
In den Umwälzkanälen 20 sind zur Führung des Umwälzgases dienende Leitbleche 20
a vorgesehen. Durch die Seitenwände 1 b, 1 c des Stahlgehäuses 1 sind Brenner 18
hindurchgeführt, die in den Ansaugkanal 16 hineinreichen.
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Zur Steuerung der Umwälzrichtung des Gases sind beiderseits des Ansaugkanals
6 Winkelschieber 21 vorgesehen, die zwei von senkrecht zueinander verlaufenden Platten
gebildete Dichtflächen 22 und 23 aufweisen. Die eine Dichtfläche 23 verläuft fluchtend
mit der Trennwand 7 und ist in eine in dieser Trennwand vorgesehene Tasche 24 einschiebbar.
Die Dichtfläche 22 jedes Winkelschiebers verläuft senkrecht zu der Dichtfläche 23
und kommt in ihrer einen Extremstellung an der Innenfläche der Seitenwände 1 b,
1 c des Stahlgehäuses 1 zur Anlage, während die in ihrer anderen Extremstellung
ein Ende des Ansaugkanals 6 abschließt. Jede eine Dichtfläche 22 bildende Platte
ist mit einer auf dem Schaft eines Brenners 18 gleitend geführten Führungsöffnung
24 a versehen. In ihrem oberen Bereich steht die Dichtfläche 22 über die die Dichtfläche
23 bildende Platte nach oben vor und bildet eine Staukante 25, die dann, wenn die
Dichtfläche 23 in die Tasche 24 der Trennwand 7 hineinbewegt worden ist und die
Dichtfläche 22 ein Ende des Ansaugkanals 6 abschließt, den Austrittsquerschnitt
des zugehörigen kastenförmigen Führungskanals 12 herabsetzt. Die Staukante 25 kann
einstellbar sein, um sie den jeweils vorliegenden Strömungsverhältnissen anpassen
zu können.
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Die Dichtfläche 23 jedes Winkelschiebers 21 dient dazu, entweder
die Enden des Führungskanals 12 und des Umgehungskanals 16 einerseits mit einem
Umwälzkanal 20 zu verbinden oder aber den Umwälzkanal 20 von den zugeordneten Enden
des Führungskanals 12 und des Umgehungskanls 16 abzutrennen.
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Die Winkelschieber 21 sind mit Steuerstangen 26, die als Zahnstangen
ausgebildet sein können, verbunden, die durch die Seitenwände 1 b, 1 c des Stahlgehäuses
1 hindurchgeführt sind und außerhalb des
Gehäuses 1 durch geeignete
Steuervorrichtungen 27 betätigt werden. Die Vorrichtungen27 sind so geschaltet,
daß stets der eine Winkelschieber 21 seine innere Extremstellung und der andere
Winkelschieber 21 seine äußere Extremstellung einnimmt.
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Um zu erreichen, daß die zu beiden Seiten des Ofens angeordneten
Brenner 18 das umgewälzte Gas mit gleicher Intensität aufheizen, können ihre Leistungen
in Abhängigkeit von der Stellung der Winkelschieber 21 eingestellt oder verändert
werden.
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Beim Aufheizen der in dem Chargierraum 3 befindlichen Teile des Einsatzgutes
4 saugt das Radialventilatorlaufrad 9 in F i g. 1 über den linken Umwälzkanal 20
und den Ansaugkanal 6 Gas aus dem Chargierraum 3 ab. Die in den Ansaugkanal 6 hineinragenden
Brennerl8 heizen dabei das Gas auf.
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Das Radialventilatorlaufrad 9 drückt das Gas an dem gesamten Umfang
seiner Beschaufelung 11 in den kastenförmigen Führungskanal 12, wobei die Hälfte
des Gases unmittelbar in den in Fig. 1 auf der rechten Seite liegenden Umwälzkanal
20 gelangt, während die zweite Hälfte des geförderten Gases den Führungskanal 12
an dessen linkem Ende verläßt und in den darüber angeordneten Umgehungskanal 16
einströmt, um schließlich ebenfalls in den rechts angeordneten Umwälzkanal 20 zu
gelangen, der mit dem Chargierraum 3 kommuniziert. Diese Umwälzrichtung ergibt sich
dadurch, daß der in F i g. 1 links angeordnete Winkelschieber 21 mit seiner Dichtfläche
23 ein Hindurchtreten des geförderten Gases in den auf der linken Seite des Chargierraumes
3 befindlichen Umwälzkanat 20 verhindert, während sich die Dichtfläche 23 des auf
der rechten Seite in F i g. 1 angeordneten Winkelschiebers 21 in der Tasche24 befindet
und eine Verbindung mit dem zugehörigen Umwälzkanal 20 ermöglicht. In dieser Stellung
der Winkelschieber ist der Ansaugkanal 6 nur an seinem linken Ende offen.
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Zur Umkehrung der Umwälzrichtung wird gemäß F i g. 1 der rechte Winkelschieber
21 in seine auswärtige Extremstellung bewegt, während gleichzeitig der linke Winkelschieber
21 in seine innere Extremstellung verschoben wird. Diese Verschiebung der Winkelschieber
21 hat zur Folge, daß der Ansaugkanal 6 nunmehr lediglich an seinem rechten Ende
geöffnet ist, so daß das Radialventilatorlaufrad 9 nur über den rechts liegenden
Umwälzkanal 20 aus dem Chargierraum 3 absaugen kann. Das auf diese Weise geförderte
Gas gelangt entweder direkt oder über den Umweg des Umgehungskanals 16 in den in
F i g. 1 links dargestellten Umwälzkanal 20 und schließlich in den Chargierraum
3.
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Die in F i g. 3 dargestellte Ausführungsform der Erfindung weist
in Übereinstimmung mit der bereits beschriebenen Ausführungsform einen Chargierraum
3, Umwälzkanäle 20, einen Ansaugkanal 6, einen Führungskanal 12 und einen Umgebungskanal
16
sowie ein Radialventilatorlaufrad 9 mit senkrecht angeordneter Welle 10 auf. Ferner
sind Winkelschieber 21 mit Dichtflächen 22, 23 vorgesehen.
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Die in F i g. 3 dargestellte Einrichtung weist jedoch in Abweichung
zu der Einrichtung gemäß F i g. 1 keine Brenner auf, sondern ist in den Umwälzkanälen
20 mit Wärmetauschern in Form von Strahlrohren 34 oder mit elektrischen Heizelementen
35 versehen. Die Umwälzkanäle 20 sind von dem Chargierraum 3 durch perforierte Wände
30 getrennt und weisen neben den senkrecht verlaufenden Abschnitten 20 a kurze waagerechte
Abschnitte 20 b auf.
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Das vom Radialventilatorlaufrad 9 geförderte Gas wird bei dieser
Einrichtung in den Umwälzkanälen 20 erhitzt. Bei dieser Einrichtung können in den
Umwälzkanälen selbstverständlich auch Kühlrohre vorgesehen sein, um das umgewälzte
Gas auf eine niedrige Temperatur zu bringen.
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Die Ausführungsform der Erfindung gemäß F i g. 4 zeigt einen Ofen
mit Längsgasumwälzung. Auch diese Einrichtung ist, ebenso wie die zuvor bereits
beschriebenen Ausführungsformen, mit einem Chargierraum 3, Umwälzkanälen 20, einem
Ansaugkanal 6, einem Führungskanal 12 und einem Umgehungskanal 16 sowie einem Radialventilatorlaufrad
9 versehen. Auch bei dieser Ausführungsform sind Winkelschieber 21 angebracht.
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Das Radialventilatorlaufrad 9, der Ansaugkanal 6, der Führungskanal
12 und der Umgehungskanal 16 befinden sich in einem haubenförmigen Gehäuse 31, das
auf das Ofengehäuse aufgesetzt ist.
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Die Umwälzkanäle 20 dieser Ausführungsform verlaufen in ihrem oberen
Abschnift 20 c zunächst senkrecht und sind dann in Längsrichtung des Ofens oberhalb
seines Chargierraumes 3 entlanggeführt. Sie münden schließlich an den Stirnseiten
des Ofens in den Chargierraum 3.
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In den in Längsrichtung des Ofens verlaufenden Abschnitten 20 d der
Umwälzkanäle 20 sind Heizelemente 33 angeordnet, die z. B. aus Strahlrohren oder
elektrischen Heizelementen bestehen. Auch der Ofen nach A b b. 4 kann direkt gas-
oder ölbeheizt sein. In einem solchen Fall wären die Brenner am Fuße des haubenförmigen
Gehäuses 31 von außen in den Ansaugkanal 6 einzuführen.
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Auch diese Ausführungsform läßt sich ohne weiteres zum Kühlen eines
Gases verwenden, indem die Heizelemente 33 durch Kühlelemente ausgetauscht werden.
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Alle beschriebenen Ausführungsformen sind sowohl zum Erwärmen als
auch zum Kühlen eines Einsatzgutes 4 verwendbar. Sie sind in bekannter Weise mit
Druckausgleichsvorrichtungen versehen. Das Radialventilatorlaufrad 9 mit dem zugehörigen
Kanalsystem kann nicht nur auf der Deckela des Gehäuses 1, sondern auch an den Seiten-
und Stirnwänden angeordnet werden.