DE2559885C2 - Vorrichtung zur Übertragung von Wärme zwischen zwei Flächen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Bei einer solchen bekannten Vorrichtung (»Fluidization and Fluid-Particle Systems« von F. A. Zenz und D. F. Oihmer, I960, Reinhold Chemical Engineering Series, S. 458) ist in einem beheizten Rohr ein ringförmiges Wirbelbett angeorctr«t, das seinerseits eine koaxial angeordnete Wärmesenke umgibt. Das Wirbelbett befindet sich somit in einem Hohlraum zwischen zwei Flächen, die auf unterschiedlichen Temperaturen sind. Zum Aufbau des Wirbelbettes aus wirbelfähigem Material ist eine Gaszufuhr vorgesehen. Bei dieser bekannten Vorrichtung besteht praktisch keine Möglichkeit einer Regulierung der Geschwindigkeit der Wärmeübertragung zwischen dem äußeren beheizten Rohr und der zentralen Wärmesenke. Die Gaszufuhr zu dem Wirbelbett könnte zwar variiert werden, eine nennenswerte Regulierung der Geschwindigkeit der Wärmeübertragung zwischen den entgegengesetzten Seiten des Wirbelbettes ließe sich dadurch aber nicht erzielen.

Es ist zwar bereits bekannt (FR-PS 12 88 835), daß die Intensität des Wärmeaustausches eine wachsende Funktion einerseits der Dichte des Wirbelbettmaterials, das mit der Wärmetauschfläche in Kontakt ist, und andererseits der Frequenz ist, mit der von neuem Wirbelmaterial mit dieser Fläche in Berührung gebracht wird, und es ist zwar weiter bekannt (Chemie-Ing.-Techn. 25. Jahrgang 1953 Nr. 6, S. 313-316), daß die effektive Wärmeleitfähigkeit von Wirbelschichten nur zum geringsten Teile auf Wärmeleitung im Gas und in den Teilchen, zum größten Teil aber auf den Wärmetransport durch die Bewegung der Feststoffteilchen des Wirbelbettes zurückzuführen ist; die Regulierung der Dichte des Wirbelbettmaterials würde jedoch eine entsprechende Regulierung der Gaszufuhr erfordern, ohne daß sich dadurch die Geschwindigkeit der Wärmeübertragung nennenswert regulieren ließe.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 angegebenen Art so auszubilden, daß sich die Wärmeübertragung zwischen den beiden Flächen wirksam regulieren läßt

Diese Aufgabe wird durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.
Bei der Vorrichtung nach der Erfindung erfolgt die ReguHerung der Wärmeübertragung unter Verwendung eines Wirbelbettes durch Umschalten der Strömungsgeschwindigkeit des zum Aufbau des Wirbelbettes benutzten Gases zwischen einer Geschwindigkeit, bei ίο der das Wirbelbett aufgebaut wird, und einer Geschwindigkeit, bei der kein Wirbelbett aufgebaut wird, wobei zur Regulierung der Wärmeübertragung der eine oder der andere Zustand für gewählte Zeitspannen aufrechterhalten wird. Wenn das Wirbelbett aufgebaut ist, so ist die Wärmeübergangsgeschwindigkeit durch das Bett sehr hoch, wenn jedoch das Bett abgebaut, d.h. nicht durchgewirbelt ist wirkt es im wesentlichen als Isolator. Das Abbauen des Wirbelbettes bewirkt dementsprechend eine sofortige Unterbrechung des Wärmeüberganges von der wärmeren Räche auf die kühlere Fläche, und umgekehrt Das Wirbelbett wird in der Vorrichtung nach der Erfindung somit als eine Art Wärmeschalter benutzt wobei zwischen einem Zustand hoher Wärmeübertragung und einem Zustand geringer Wärmeübertragung nach Belieben umgeschaltet werden kann.

Das Einschalten des Wärmeüberganges kann dabei durch eine Bedienungsperson oder in der Ausgestaltung nach Anspruch 2 nach einem vorbestimmten Zeitprogramm oder in der Ausgestaltung nach Anspruch 3 in Abhängigkeit von. der Temperatur einer der beiden Flächen, zwischen welchen der Wärmeübergang stattfinden soll, erfolgen.
Die Vorrichtung wird im folgenden zwar anhand der Kühlung von Glasformen beschrieben, sie ist jedoch auch vorteilhaft einsetzbar, wenn eine Fiäche durch eine andere, eine höhere Temperatur aufweisende Fläche zu erwärmen ist.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird im folgenden am Beispiel einer Glassonnmaschine unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben.

Die einzige Figur zeigt im Schnitt eine Sektion einer Blasform einer Glasformmaschine sowie einen Zeitgeber mit zugeordnetem Ventil.

Eine Sektion 1 einer Blasform hat einen Metallblock 2 mit zwei bearbeiteten Glasformflächen 3. Zwei Sektionen dieser Blasform sind in jeder Fertigformstation einer Glasformmaschine des IS-Typs vorgesehen. Die beiden Formflächen 3 dienen gemeinsam zur Formgebung der äußeren Oberfläche des herzustellenden Glasgegenstands.

Ein wassergekühltes Bauteil 4 ist an dem Metallblock 2 auf der den Formflächen 3 gegenüberliegenden Seite befestigt und enthält eine Kühlkammer 5, in welche Kühlwasser durch Einlaßleitungen 6 eintreten kann. Das Wasser verläßt die Kühlkammer 5 über Auslaßieitungen 7.

Ein Hohlraum 8 ist zwischen einer Außenfläche 9 des Metallblocks 2 und einer Außenfläche 10 der Kühlkammer 5 vorgesehen. Der Hohlraum 8 ist fast vollständig mit einem Wirbelbett 11 gefüllt= Das durchwirbelbare Material des Wirbelbettes 11 hat eine hohe Dichte und eine hohe Wärmekapazität und ist bei der Betriebstemperatur stabil. Geeignete Materialien sind Messing- oder Eisenschrot. Vorzugsweise wird Eisenschrot mit einem Durchmesser von etwa 0,20 mm verwendet.

Das Wirbelgas, vorzugsweise Druckluft, wird in den Hohlraum 8 über eine Gaszufuhrleitung 12 und durch

ein poröses Diffusionselement 13 eingeleitet Das Diffusionselement 13 kann aus einem porösen keramischen Werkstoff, aus einem porösen Metall oder aus einem zwischen Platten eingeklemmten Drahtgewebe bestehen. Das Diffusionselement 13 soll der Luftströmung einen Gesamtwiderstand entgegensetzen, der mehrfach höher ist als der Strömungswiderstand in dem Wirbelbett 11, um eine gleichförmige Verteilung der Luft in dem Wirbelbett und dementsprechend eine gleichförmige Durdrwirbelung zu gewährleisten. Vorzugsweise liegt das Verhältnis aus dem Strömungswiderstand des Diffusionselements 13 und dem Strömungswiderstand des Wirbelbettes 11 im durchwirbelten Zustand zwischen 2:1 und 6:1. Die Luft strömt durch das Diffusionselement 13 mit einer Geschwindig- t5 keit hindurch, welche etwa zwischen dem zwei- und fünffachen der minimal erforderlichen Geschwindigkeit zur Durchwirbelung des Wirbelbettes 11 liegt Die kleinste Luftströmungsgeschwindigkeit zur Durchwirbelung von Teilchen in der Größenordnung von O;0mm Durchmesser ist geringer als 0,30 m/s. Die durch das Wirbelbett 11 strömende Luft verläßt den Hohlraum 8 durch ein Geflecht 14, welches Aerausnehmbar in einer Öffnung 15 in der oberen Seite des Bauteils 4 befestigt ist.

Wenn im Betrieb der Glasformmaschine Wasser durch die Kühlkammer 5 strömt und das Wirbelbett 11 infolge der Luftzufuhr über die Gaszufuhrleitung 12 im Wirbelzustand ist, wird Wärme von den Formflächen 3, weiche mit dem zu formenden Glasgegenstard in Berührung sind, von der Außenfläche 9 des Metallblocks 2 auf das Wasser in der Kühlkammer 5 über das Wirbelbett 11 übertragen. Solange das Wirbelbett. 11 durchwirbelt ist, ist die Wärmeübergangsgeschwindigkeit von den Formflächen 3 auf das Wasser in der Kühlkammer 5 sehr hoch. Wenn jedoch das Wirbelbett 11 nicht durchwirbelt ist, sind die Formflächen 3 von dem Wasser in der Kühlkammer 5 im wesentlichen isoliert Es ist damit möglich, die Wärmeabführgeschwindigkeit von den Formflächen 3 durch Veränderung der Zeitspanne, während der das Wirbelbett 11 durchwirbelt ist, zu 1 egulieren.

Der Blasform ist ein Magnetspulenventil 16 zugeordnet zum Einschalten oder Abschalten der Luftströmung durch die Gaszufuhrleitung 12 entsprechend einem vorbestimmten Programm- Das Magnetspulenventil 16 wird von einem elektronischen Zeitgeber 17 gesteuert.

Statt des Magnetspulenventils 16 in Verbindung mit einem elektronischen Zeitgeber 17 kann auch ein mechanisches Ventil verwendet werden, welches bei einer Glasformmaschine des IS-Typs von der Steuertrommel aus gesteuert wird.

Anstelle des Magnetspulenventils 16 zum Ein- und Ausschalten der Luftzufuhr zum Wirbelbett 11 entsprechend einem vorbestimmten Zeitprogramm kann ein temperaturempfindliches Element an einer bestimmten Stelle des Metallblocks 2, an einer der Formflächen 3 oder an der Außenfläche 9 des Mctaüb'.ock"; 2 befestigt und ein Ventil zum Ein- und Ausschalten der Luftströmung durch die Gaszufuhrleitung 12 in Abhängigkeit von den Signalen dieses temperaturempfindiichen Elements vorgesehen sein.

Die Wärmeableitgeschwindigkeit von den Formflächen 3 kann stattdessen oder zusätzlich durch Ändern des Luftdurchsatzes und damit der Durchwirbelung des Wirbelbettes 11 verändert v/erden. Schließlich kann auch noch die Wärmeübergangsgeschwindigkeit von den Formflächen 3 auf das Wasser in der Kühlkammer 5 durch Verändern der Temperatur und der Strömungsgeschwindigkeit, mit der das Wasser durch die Einlaßleitung 6 in die Kühlkammer 5 strömt, verändert werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

1 Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Übertragung von Wärme zwischen zwei Flächen, welche verschiedene Temperaturen aufweisen, mit einem Bett aus wirbelfähigem Material in einem Hohlraum zwischen den beiden Flächen und mit Mitteln zur Zufuhr von Gas zu dem Hohlraum zum Aufbau eines Wirbelbettes aus dem wirbelfähigen Material, damit ein Wärmeübergang zwischen den beiden Flächen erfolgt, gekennzeichnet durch Steuermittel(16,17) für die Gaszufuhr zur Regulierung des Wärmeüberganges von der einen Fläche auf die andere Fläche (9 bzw. 10), durch abwechselndes Auf- und Abbauen des Wirbelbettes (11) für gewählte Zeitspannen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel einen Zeitgeber (17) und ein durch ihn betätigbares Ventil (16) aufweisen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuermittel ein temperaturempfindliches ÜJement aufweisen, das die Gaszufuhr zu dem Hohlraum (S) in Abhängigkeil von der Temperatur einer der beiden Flächen (9, 10) ein- oder ausschaltet