DE2725275A1

DE2725275A1 - Verfahren und vorrichtung zur verarbeitung von material, insbesondere glasgegenstaenden, in einer wirbelschicht

Info

Publication number: DE2725275A1
Application number: DE19772725275
Authority: DE
Inventors: Nichtnennung Beantragt
Original assignee: Pilkington Brothers Ltd
Current assignee: Pilkington Group Ltd
Priority date: 1976-06-10
Filing date: 1977-06-03
Publication date: 1977-12-22
Also published as: IE45065L; NO142296C; DE2725275C3; JPS6029649B2; AU511923B2; CS219883B2; DE2725275B2; AR211977A1; JPS5313616A; DK255177A; NZ184243A; NO142296B; FR2354295B1; ATA405377A; GB1556053A; SU843729A3; PL111836B1; US4111675A; BE855561A; AU2570577A

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Verarbeitung von Material, insbesondere Glasgegenständen, in einer Wirbelschicht

Die Erfindung bezieht sich auf die Verarbeitung von Material in einer Wirbelschicht, insbesondere auf ein Verfahren zum Betrieb einer Wirbelschicht zur Verwendung beim Verarbeiten eines Gegenstandes, der in die Schicht eingetaucht wird.

Vor allem bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Glasgegenstandes, z. B. einer Glasscheibe, bei dem der Gegenstand in eine durch Gas aufgewirbelte Schicht aus teilchenförmigen! Material eingetaucht wird, die in einem

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ruhigen, gleichmäßig ausgedehnten Zustand der Teilchenaufwirbelung gehalten wird. Die Wärmebehandlung der Glasscheibe kann zum Anlassen, Wärmevorspannen oder Erhitzen der Scheibe dienen.

Die Erfindung ist insbesondere auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Wärmevorspannen einer Aufeinanderfolge von Flachglasscheiben oder gekrümmten Glasscheiben, wie z. B. der einzeln als Kraftfahrzeugwindschutzscheibe oder als Teil von Kraftfahrzeugverbundwindschutzscheiben, als Seiten- oder Heckleuchte für Kraftfahrzeuge oder zum Einsatz beim Aufbau von Windschutzscheibeneinheiten für Flugzeuge und Eisenbahnlokomotiven verwendeten Scheiben anwendbar.

In der älteren DT-OS 26 38 O38 ist ein Verfahren zum Wärmevorspannen von Glas vorgeschlagen worden, gemäß dem das heiße Glas in eine Wirbelschicht aus teilchenförmigen) Material eingetaucht wird. Vor dem Eintauchen des Glases befindet sich die Wirbelschicht in einem ruhigen, gleichmäßig ausgedehnten Zustand der Teilchenaufwirbelung. Durch Anwendung dieses Verfahrens wird eine erfolgreiche industrielle Ausbeute an ganzen Glasscheiben erzielt, wobei nur sehr wenig Brüche der Glasscheiben auftreten, während die Vorspannungsbelastungen in den Scheiben entwickelt werden.

Beim Wärmevorspannen einer Aufeinanderfolge von Glasscheiben, die flach oder gekrümmt sein können, wird jede Scheibe zunächst in bekannter Weise auf eine Temperatur über dem Vorspannungs-Entspannungspunkt des Glases und üblicherweise auf eine Temperatur nahe dem Erweichungspunkt des Glases, z. B. eine Temperatur im Bereich von 6IO 670 C erhitzt, wenn man Natron-Kalk-Kieselsäure-Glas vor-

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spannt. Jede heiße Glasscheibe wird an Zangenschenkeln aufgehängt und in die Wirbelschicht eingetaucht, und Vorspannungsbeanspruchungen werden im Gas induziert, wenn es sich in der Wirbelschicht abkühlt. Um einen gleichbleibenden Grad der Vorspannung einer Aufeinanderfolge von Glasscheiben zu erzielen, ist es wünschenswert, die Wirbelschicht auf einer konstanten Temperatur, z. B. einer Temperatur im Bereich von 40 - 150 ⁰C, noch häufiger im Bereich von 40 - 70 ⁰C, zu halten.

Weiter ist es im industriellen Betrieb erwünscht, eine Aufeinanderfolge von Glasscheiben in rascher Folge zu verarbeiten, und die Wärmevorspannungsbehandlung einer Glasscheibe alle 60 Sekunden ist typisch. Dies bedeutet, daß sich eine erhebliche Wärmeaufnahme für das teilchenförmige Material der Wirbelschicht ergibt.

Es wurde schon vorgeschlagen, eine zur Verarbeitung von Glasscheiben verwendete Wirbelschicht des frei brodelnden Typs durch Anbringung von in die Schicht eingetauchten wassergekühlten Rohrschlangen zu kühlen. Solche Rohrschlangen sind zur Abführung von Wärme aus der Wirbelschicht wegen der hohen Geschwindigkeit der Teilchenbewegung und des hohen Grades der Teilchendurchmischung wirksam, der sich in einer solchen, frei brodelnden Wirbelschicht ergibt.

Es wurde gefunden, daß die Verwendung solcher Kühlschlangen zum Regulieren der Temperatur einer Wirbelschicht aus teilchenförmigen! Material, die in einem ruhigen, gleichmäßig ausgedehnten Zustand der Teilchenaufwirbelung gehalten und zur Verarbeitung einer Aufeinanderfolge von Glasgegenständen verwendet wird, nicht ausreichend wirksam ist.

Im Fall einer solchen Wirbelschicht zur Verwendung bei der Wärmebehandlung von beispielsweise Glasscheiben müssen

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die Kühlschlangen an Stellen, wo sie die Einführung der Glasscheiben in die Schicht nicht stören, z. B. an den Seiten der Schicht herum angeordnet werden. Dies führt zu einer Begrenzung der Zahl der Kühlrohrschlangen, die sich in der Schicht anbringen lassen, und begrenzt so den Grad der Kühlung, der sich erreichen läßt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Betrieb einer Wirbelschicht, insbesondere zum Regulieren der Temperatur einer Wirbelschicht, anzugeben, die sich in einem ruhigen, gleichmäßig ausgedehnten Zustand der Teilchenaufwirbelung befindet.

Gegenstand der Erfindung, womit diese Aufgabe verfahrensmäßig gelöst wird, ist ein Verfahren zum Betrieb einer Wirbelschicht zur Verwendung bei der Behandlung von Gegenständen, insbesondere der Wärmebehandlung von Glasgegenständen, bei dem die Gegenstände in eine durch Gas aufgewirbelte Schicht von teilchenförmigen) Material eingetaucht werden, das in einem ruhigen, gleichmäßig ausgedehnten Zustand teilchenförmiger Aufwirbelung gehalten wird, mit dem Kennzeichen, daß men die Temperatur der Wirbelschicht durch Wärmeaustausch innerhalb der Schicht mit dem teilchenförmigen Material der Schicht steuert und die Durchmischung innerhalb der Schicht zur Verbesserung des Wärmeaustausches steigert.

Vorzugsweise wird die zusätzliche Durchmischung innerhalb der Schicht zwischen dem Eintauchen aufeinanderfolgender Gegenstände in die Schicht gesteigert.

Eine Ausgestaltung der Erfindung e*ht ein Verfahren zur Wärmebehandlung eines Glasgegenständes vor, gemäß dem der Gegenstand in eine durch Gas aufgewirbelte Schicht aus

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teilchenförmigen) Material eingetaucht wird, die in einem ruhigen, gleichmäßig ausgedehnten Zustand der Teilchenaufwirbelung gehalten wird, mit dem Kennzeichen, daß man die Temperatur der Wirbelschicht durch Wärmeaustausch mit dem teilchenförmigen Material wenigstens in einem örtlichen Bereich der Wirbelschicht reguliert und zwischen dem Eintauchen aufeinanderfolgender Gegenstände in die Schicht die Wirbelschicht wenigstens in diesem Bereich zur Verbesserung des Wärmeaustausches zusätzlich durchmischt.

Diese Durchmischung der Wirbelschicht führt zu einer erhöhten Geschwindigkeit der Teilchenbewegung und -durchmiBchung.

Die zusätzliche Durchmischung in dem örtlichen Bereich der Wirbelschicht kann mechanisch mit Hilfe von Rührern, wie z. B. Schaufeln oder Propellern, erfolgen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsart des Verfahrens bewirkt man die zusätzliche Durchmischung des teilchenförmigen Materials durch Einblasen von Gas in den örtlichen Bereich der Wirbelschicht mit einem Durchsatz zur Erzielung örtlichen Brodeins des teilchenförmigen Materials in diesem Bereich und dadurch Erleichterung des Wärmeaustausches.

Die Durchmischung des örtlichen Bereichs der Wirbelschicht kann ohne Unterbrechung während der Wärmebehandlung einer Aufeinanderfolge von Glasgegenständen durchgeführt werden.

Die Wärmebehandlung des Glasgegenstandes, z. B. einer Glasscheibe, kann ein Wärmevorspannen oder Anlassen sein, welche Vorgänge beide eine Abkühlung des Glases und eine Wärmeabfuhr durch die Wirbelschicht erfordern, obwohl die Temperatur der Wirbelschicht zum Anlassen des Glases üblicherweise höher als die beim Wärmevorspannen des Glases ve rwende te Te mpe r»tjug *Sg Xp* toürä *

Die Schicht kann auch zum Erhitzen von Glasgegenständen verwendet werden, und der Wärmeaustausch mit dem teilchenförmigen Material kann in diesem Fall die Zuführung von Wärme zum teilchenförmigen Material zur Kompensation der zum Erhitzen der Glasgegenstände auf eine bestimmte Temperatur verwendeten Wärme erfordern.

Entweder beim Erhitzen oder beim Abkühlen des teilchenförmigen Materials sichert die örtliche Durchmischung des Wirbelschichtmaterials in dem Bereich, wo der Wärmeaustausch stattfindet, einen wirksamen Wärmeaustausch mit der Gesamtheit der Schicht ohne wesentliche Störung des ruhigen, gleichmäßig ausgedehnten Zustands der Teilchenaufwirbelung des Teils der Schicht, in den die Glasscheibe eingetaucht wird.

Die Erfindung ist vor allem auf das Wärmevorspannen einer Aufeinanderfolge heißer Glasscheiben anwendbar und bietet unter diesem Gesichtspunkt ein Verfahren, das die Abkühlung der Wirbelschicht durch Zirkulation eines Kühlfluids durch ein geschlossenes Leitungssystem im Wärmeaustausch mit dem aufgewirbelten Material und zwischen dem Eintauchen aufeinanderfolgender Glasscheiben in die Schicht die Verbesserung der Durchmischung innerhalb der Schicht zur Vergrößerung des Wärmeaustausches vorsieht.

Es ist erwünscht, daß der mittlere Teil der Schicht, in den die Glasscheiben eingetaucht werden, während des gesamten Arbeitszyklus von jeder Störung frei sein soll, und eine bevorzugte AusfUhrungsart des Verfahrens sieht die Zirkulation von Kühlfluid durch ein geschlossenes Leitungssystem am Umfang der Wirbelschicht außerhalb des mittleren Teils der Schicht, in den die heiße Glasscheibe einzutauchen ist, und die Beibehaltung eines ruhigen Aufwirbelungszustandes des mittleren Teils der Schicht vor, während man eine örtliche zusätzliche Durchmischung des teilchenförmigen Ma-

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terials im Bereich des geschlossenen Leitungssystems bewirkt.

Vorzugsweise|läßt man Kühlfluid im Wärmeaustausch mit dem aufgewirbelten teilchenförmigen Material an allen Seiten des mittleren Teils der Schicht zirkulieren. Dies sichert eine völlige Gleichmäßigkeit der Wärmeabführung rings um die Gesamtheit des teilchenförmigen Materials im mittleren Teil der Schicht, in den die Glasscheibe eingetaucht wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung verwendet man für die Wirbelschicht einen Behälter von rechteckigem Horizontalquerschnitt und läßt das KUhlfluid durch ein geschlossenes Leitungssystem an jeder Seite des Querschnitts zur Erleichterung der Wärmeabfuhr von allen Seiten der Wirbelschicht zirkulieren.

Beim Wärmevorspannen heißer Glasscheiben neigt der obere Teil der Wirbelschicht, der als erster mit den heißen Glasscheiben in Berührung kommt, dazu, aufgeheizt zu werden, während die Verarbeitung einer Aufeinanderfolge von Scheiben fortschreitet. Um eine zusätzliche Wärmeabführung vom Oberteil der Schicht zu erreichen, ist in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, daß man Wärme vom Oberteil der Wirbelschicht durch Zirkulation eines Kühlfluids durch ein geschlossenes Leitungssystem im Wärmeaustausch mit der Gesamtheit des Oberteils der Schicht abführt und eine örtliche zusätzliche Durchmischung des Materials zur Erhöhung der Geschwindigkeit der Teilchenbewegung und der Teilchendurchmischung am Oberteil der Schicht zwecks Verbesserung des Wärmeaustausches bewirkt, während man den ruhigen Aufwirbelurgszustand im unteren Teil der Wirbelschicht aufrechterhält.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Glasgegenstandes mit einem Behäl-

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ter zur Aufnahme einer Wirbelschicht aus teilchenförmigen Material und einer Gaszufuhreinrichtung am Boden des Behälters zum Aufrechterhalten eines ruhigen, gleichmäßig ausgedehnten Zustandes der Teilchenaufwirbelung der Schicht, mit dem Kennzeichen, daß sie Wärmeaustauschmittel im Behälter und in diesem nahe den Wärmeaustauschmitteln montierte Durchmischungsmittel zur Erzeugung einer zusätzlichen örtlichen Durchmischung in dem die Wärmeaustauschmittel berührenden teilchenförmigen Material aufweist.

Nach einer bevorzugten Ausführungsart der Vorrichtung zum Wärmevorspannen von flachen oder gekrümmten Glassscheiben ist der Behälter von rechteckigem Horizontalquerschnitt, die Wärmeaustauschmittel umfassen wenigstens eine Reihe von im Behälter nahe einer Wand des Behälters montierten Kühlrohren, und die Durchmischungsmittel bestehen aus einer Gaszufuhreinrichtung im Bereich des Bodens der Reihe von Kühlrohren.

Vorzugsweise ist eine Reihe von Kühlrohren mit einem zugeordneten Gaszuführrohr neben jeder Wand des Behälters vorgesehen. In diesem Fall sieht die Erfindung eine Mehrzahl von Reihen von Kühlrohren, die jeweils neben den Wänden des Behälters angeordnet sind, mit einem Gaszuführrohr im Bereich des Bodens Jeder Reihe von Kühlrohren vor. Jede Bank oder Reihe von Kühlrohren kann aus einer einzelnen Kühlrohrreihe bestehen. Alternativ kann Jede Bank auch zwei oder drei Reihen von KUhlrohren aufweisen, die dicht beeinander nahe der Innenseite der entsprechenden Behälterseitenwand so montiert sind, daß möglichst viel freier Raum im mittleren Teil des Behälters verbleibt.

Zum Abführen von Wärme vom Oberteil der Wirbelschicht können die Wärmeaustauschmittel eine Serie von Kühlrohren umfassen, die zum Absenken in den Oberteil des Behälters eingerichtet sind, und die Gaszuführeinrichtung kann Gas-

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zuführrohre aufweisen, die von den Wärmeaustauschmitteln am Boden der Serie von Kühlrohren gehalten sind und über den ganzen Bereich des Bodens der Serie verteilte Auslaßöffnungen aufweisen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsart wird diese Serie von Kühlrohren unterhalb eines Deckels für den Behälter gehalten, welcher Deckel schwenkbar zum Senken auf den oberen Rand des Behälters montiert ist, wodurch die Serie von Kühlrohren in den Behälter einführbar ist.

Schließlich ist Gegenstand der Erfindung auch eine Glasscheibe, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wärmebehandelt wurde, insbesondere eine nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erzeugte thermisch vorgespannte Glasscheibe.

Die Erfindung wird anhand der in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Wärmebehandeln einer Glasscheibe durch Eintauchen der Scheibe in eine Wirbelschicht, welche Vorrichtung Kühlrohre und zugehörige Gaszuführrohre aufweist;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Seitenansicht der Vorrichtung nach Fig. 1;

Fig. 3 eine Aufsicht der Vorrichtung nach Fig. 1 und 2;

Fig. 4 eine genauere Darstellung der Kühlrohre zum Absenken in den Oberteil der Wirbelschicht, in der Richtung des Pfeils IV in Fig. 5 gesehen;

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Fig. 5 einen Schnitt nach der Linie V-V in Fig. 4;

Fig. 6 einen Längsschnitt durch eine alternative Form des Gaszuführrohres; und

Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 6.

Fig. 1 zeigt eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Wärmevorspannen einer Glasscheibe. Eine mit Vorspannung zu versehende Glasscheibe 1 ist durch Zangenschenkel 2 an einer (nicht dargestellten) Zangenschenkelstange aufgehängt, die Glasscheiben nacheinander durch einen Heizofen zur Wärmevorspannungsstation transportiert, wo die Vorrichtung nach Fig. 1 angeordnet ist. Jede Scheibe wird nacheinander durch Absenken in eine durch Gas aufgewirbelte Wirbelschicht von teilchenförmigen! Material abgeschreckt, das sich in einem ruhigen, gleichmäßig ausgedehnten Zustand der Teilchenauf wirbelung befindet und in einem tiefen Behälter 3 von rechteckigem Horizontalquerschnitt enthalten ist. Das teilchenförmige Material, das die Wirbelschicht bildet, ist ein inertes feuerfestes Material, z. B. ^-Aluminiumoxid einer Teilchengröße im Bereich von 20 /Um - l60 /Um, wobei die Durchschnittsteilchengröße etwa 60 ,um beträgt. Eine Vor- oder Luftkammer 4 ist unterhalb des Bodens des Behälters 3 montiert und wird mit Fluidisierungsgas, üblicherweise Luft, unter Druck durch eine Leitung 5 gespeist. Eine mikroporöse Membran 6 erstreckt sich quer über den Boden des Behälters 3 zwischen dem Behälter und der Vorkammer 4. Die Ränderder Membran 6 sind zwischen einem sich rings um die Oberseite der Vorkammer erstreckenden Flansch 7 eingeklemmt. Die Membran ist so aufgebaut, wie in der alteren DT-OS 26 38 038 beschrieben, worauf hiermit verwiesen wird, und besteht aus einer Anzahl von Schichten aus festem mikroporösen Papier, die auf eine perforierte Stahlplatte mit in gleichmäßiger Verteilung gebohrten Löchern gelegt sind. Ein

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Drahtgewebesieb, ζ. B. rostfreies Stahlsieb, ist oben auf das Papier aufgelegt. Es ergibt sich ein hoher Druckabfall durch die gleichmäßig mikroporöse Membran 6, der z. B. mehr als 60 % des Vorkammerdrucks betragen kann. Dies liefert eine gleichmäßige Verteilung des Fluidisierungsgases, das von der Oberseite der Membran in den Behälter 3 aufwärtsströmt. Der hohe Druckabfall durch die Membran macht durch Steuerung des Vorkammerdrucks in der Vorkammer 4 eine empfindliche Regulierung der Geschwindigkeit der Aufwärtsgasströmung durch das teilchenförmige Material möglich. Das teilchenförmige Material, in diesem Beispiel f-Aluminiumoxid, wird in einen ruhigen, gleichmäßig ausgedehnten Zustand der Teilchenaufwirbelung durch derartige Steuerung des Vorkammerdrucks gebracht, daß die Gasgeschwindigkeit durch die Wirbelschicht zwischen der der anfänglichen oder Minimalfluidisierung entsprechenden Geschwindigkeit und der der Maximalausdehnung der Wirbelschicht entsprechenden Geschwindigkeit liegt, bei der eine Dichtphasenfluidisierung beibehalten wird. Das teilchenförmige Material im Behälter J wird so ohne weiteres in einem ruhigen, gleichmäßig ausgedehnten Zustand der Teilchenaufwirbelung gehalten, welcher Zustand zur Erzeugung angemessener Spannungen im Glas bei gleichzeitiger wesentlicher Vermeidung eines Verlusts an Glasscheiben durch Bruch in der Wirbelschicht für vorteilhaft gefunden wurde.

Die Temperatur der Wirbelschicht im Behälter 3 wird durch Wärmeaustausch mit dem teilchenförmigen Material in einem Bereich der Wirbelschicht rings an den Behälterwänden so reguliert, daß der mittlere Teil der Wirbelschicht, in den die heißen Glasscheiben 1 eingetaucht werden, unbeeinflußt bleibt. Die Tiefe der Wirbelschicht im Behälter 3 ist ausreichend, daß ein völliges Eintauchen aller üblichen Formate von Glasscheiben, die als besondere Scheiben zur Größe von Kraftfahrzeugwindschutzscheiben geschnitten und gekrümmt sind, ermöglicht wird. Auch ist der rechteckige Horizontal-

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querschnitt des in Fig. 3 dargestellten Behälters ausreichend, um sämtliche Formen von vorzuspannenden Glasscheiben unterzubringen.

Die Wärmeaustauschmittel umfassen eine Mehrzahl von Bänken oder Reihen aus vertikalen Kiihlrohren, die im Behälter 3 neben den Innenoberflächen der Wände des Behälters montiert sind. Jede Bank oder Reihe von Kühlrohren umfaßt eine Anzahl vertikaler Rohre 8, die durch U-förmlge Endverbindungsstücke 9 in Reihe verbunden sind. Die Rohre sind an den Seitenwänden des Behälterkörpers durch BefestLgungsarme befestigt, die aus Ubersichtlichkeitsgründen ausgelassen sind.

Der Behälter 3 hat längere Seitenwände 10 und 11 und kürzere Stirnwände 12 und 13. Die Bank oder Reihe von vertikalen Kühlrohren 8, die längs der Innenseite der Wand 11 montiert sind, wird an einem Ende durch ein Einlaßrohr mit Kühlwasser gespeist. Diese Reihe von Rohren ist mit einer gleichartigen Reihe von vertikalen Kühlrohren neben der Stirnwand 12 in Reihe verbunden, und ein Auslaßrohr 15 für das Kühlwasser entleert sich am fernen Ende der Wand an einer Stelle neben dem Einlaßrohr 14. In gleichartiger Weise wird Kühlwasser durch ein Einlaßrohr 16 zu einem Ende der Reihe von vertikalen Kühlrohren neben der Stirnwand eingeführt, welche Reihe mit der Reihe von neben der Seitenwand 10 montierten Kühlrohren in Reihe verbunden ist. Ein Auslaßrohr 17 erstreckt sich längs der Oberseite des Behälters nahe der Wand 10 vom entfernten Ende dieser Wand zu einer Stelle nahe dem Einlaßrohr 16. Der Strom des Kühlwassers durch die Reihen von vertikalen Kühlrohren, die sich jeweils, neben den Wänden des Behälters befinden, kann daher dicht beieinander an einer Stelle neben einem der Enden des Behälters 3 reguliert werden.

Um den Wärmeaustausch zwischen den Kühlrohren 8 und

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dem teilchenförmigen Material im Bereich der Wände des Behälters zu erleichtern, wird Gas in das aufgewirbelte Material im Bereich des geschlossenen Leitungssystems, bestehend aus den Reihen von vertikalen, mit ihren Endverbindungsstücken 9 verbundenen Rohren 8, mit einer Geschwindigkeit bzw. einem Durchsatz zur Bewirkung örtlicher Aufwallungsoder Brodelaufwirbelung des teilchenförmigen Materials eingeblasen, das in Kontakt mit den Rohren ist.

Zur Erreichung dieser örtlichen Aufwallungsaufwirbelung sind Gaszuführmittel in der Form von Gasfzuführrohren im Behälter neben den durch die Kühlrohre 8 gebildeten Wärmeaustauschmitteln montiert. Ein Gaszuführrohr ist im Bereich des Bodens Jeder der Bänke oder Reihen von Kühlrohren vorgesehen, und ein solches Gaszuführrohr 18 ist in Fig. 2 dargestellt. Das Rohr l8 ist an die Endverbindungsstücke am Boden der Bank oder Reihe von vertikalen Kühlrohren 8, wie dargestellt, angeschweißt. Ein Gaszuführungseinlaßrohr ist mit dem Gasfzuführrohr 18 verbunden und erstreckt sich nach oben durch das obere Ende des Behälters. Unter Abständen längs des Rohres 18 sind nach oben gerichtete Luftauslaßzweige 20 vorgesehen. Jeder der Zweige 20 ist mit einer gewölbeförmigen Kappe 21 aus durchlässigem Material ausgerüstet. Die Zweige 20 sind in den freien Räumen zwischen den Kühlrohren am Boden der Bank oder Reihe angebracht. Alternativ kann jeder der Auslaßzweige ein Doppelauslaß mit zwei gewölbeförmigen Kappen 21 sein, die unter Abstand zu beiden Seiten der Kühlrohre zwecks Erreichung größerer Gleichmäßigkeit des Aufwärtsblasens über beide Seiten der Kühlrohre angeordnet sind.

Das Gaszuführrohr 18 reicht ganz rings um den Boden des Behälters unter allen Bänken oder Reihen von Vertikalrohren herum, und das ferne Ende des Rohres 18, das bis neben dem Lufteinlaßrohr 19 zurückführt, ist geschlossen. Fluidisierungsgas, gewöhnlich Luft, wird unter Druck durch

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das Einlaßrohr 19 zugeführt, und Luft perlt kräftig durch die durchlässigen Kappen 21, wenn sie mit einer Geschwindigkeit bzw. einem Durchsatz zur Sicherung aufwallender Fluidisierung des teilchenförmigen Materials ganz um einen Bereich neben den Seitenwänden des Behälters herum zugeführt wird.

nur
Wegen der/örtlichen aufwallenden Gaszufuhr stört dieser

Wärmeaustauschbereich nicht wesentlich die Aufrechterhaltung des ruhigen Zustandes gleichmäßig ausgedehnter Auf wirbelung im mittleren Hauptteil der Schicht, in den die Glasscheiben eingetaucht werden, durch gleichmäßigen Aufwärtsstrom des Fluidisierungsgases durch die poröse Membran 6. Das örtlich begrenzte Einblasen kann kontinuierlich während der Vorspannungsbehandlung einer Aufeinanderfolge von Glasscheiben durchgeführt werden.

Es kann jedoch erwünscht sein, die örtlich begrenzte Aufwallungsfluidisierung zur Erleichterung der Wärmeabfuhr vom teilchenförmigen Material nur in den Zeitzwischenräumen zwischen der Behandlung der aufeinanderfolgenden Glasscheiben in der Schicht vorzunehmen. Hierzu wird die Zufuhr von Luft zum Gaszuführrohr 18 direkt vor dem Eintauchen einer Glasscheibe in die Schicht abgeschaltet, um sicherzustellen, daß die Schicht den ruhigen, gleichmäßig ausgedehnten Zustand der Teilchenaufwirbelung zu dem Zeitpunkt erreicht hat, wenn die Glasscheibe in die Schicht eingetaucht wird. Dies ist besonders wesentlich, wenn dünne Glasscheiben vorgespannt werden, und sichert eine hohe Ausbeute und eine minimale Beeinflussung der Form und der optischen Oberflächeneigenschaften der Glasscheibe.

Wenn die Luftzufuhr zum Rohr 19 abgeschaltet wird, kehrt der aufwallende Umfangsbereich der Schicht schnell in den ruhigen Zustand zurück, während gleichzeitig der mittlere Teil der Schicht schnell wieder den ruhigen, gleichmäßig ausgedehnten Zustand einnimmt, der etwas durch das am Umfang erfolgende Aufwallen der Schicht beeinflußt sein konnte.

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Der Behälter 3 ist mit einem Deckel 22 versehen, der in den Fig. 1 bis 3 in seiner offenen Stellung dargestellt ist. Die geschlossene Stellung des Deckels ist außerdem bei 23 in Fig. 2 angedeutet. Der Deckel ist üblicherweise während des Zeitintervalls zwischen der Entnahme einer behandelten Glasscheibe aus der Wirbelschicht und dem Absenken der nächsten zu behandelnden Glasscheibe in die Schicht geschlossen. Der Deckel 22 wird von Scharnierplatten 24 getragen, die an einem Schaft 25 befestigt sind, der in Lagerzapfen 26 gehalten ist, die auf einem Trjigerstangensystem 27 montiert sind, das auf einer massiven Basis 28 montiert ist.

Der Deckel 22 wird mittels eines an einem Ende des Trägerstangensystems montierten Zylinders 29 gehoben und gesenkt. An seinem unteren Ende ist der Zylinder 29 an einem Schwenkzapfen 30 angelenkt, der in einem an der Basis 28 befestigten Arm 31 montiert ist. Eine vom Zylinder 29 erstreckte Kolbenstange 32 trägt eine Gabel 33, die durch einen Schwenkzapfen mit einem Hebel 34 verbunden ist, der an der Scharnierplatte 24 an einem Ende des Deckels befestigt ist. Die Regulierung der Zufuhr eines Hydraulikfluids in bekannter Weise zum Zylinder 29 bewirkt das Anheben oder Senken des Deckels. Ein Federkraftantrieb 35, Fig. 3, der mit einem Ende des Schafts 25 verbunden ist, hält normalerweise den Deckel 22 in seiner geschlossenen Stellung 23, und der Zylinder 29 arbeitet gegen die Wirkung dieses Federkraftantriebs zum Heben des Deckels.

Wärme wird vom oberen Teil der Wirbelschicht durch Zirkulation eines Kühlfluids durch ein geschlossenes Leitungssystem im Wärmeaustausch mit dem gesamten oberen Teil der Schicht abgeführt, während Gas in das aufgewirbelte Material zur Erzeugung einer aufwallenden Fluidisierung des oberen Teils der Schicht eingeblasen wird, jedoch gleichzeitig der

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ruhige Aufwirbelungszustand im unteren Teil der Schicht beibehalten wird. Dies wird mittels einer Serie von Kühlrohren erreicht, die unterhalb des Deckels 22 getragen und zum Absenken in den oberen Teil des Behälters beim Zuklappen des Deckels auf den Behälter eingerichtet sind. Diese Serie von Kühlrohren ist in drei Gruppen 36, 37 und 38 unterteilt, und jede Gruppe besteht aus einer Bank oder Reihe von 15 Rohren, deren jedes von gewundener Form ist. Wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist, besteht die Gruppe 36 ausbohren 39, die in dieser Gruppe gestaffelt sind. An einem Ende des Deckels, dem linken Ende in Fig. 3, sind zwei KUhlwassereinlaßrohre 40 und 4l vorgesehen, die Wassereinlaßverteiler 42 bzw. 43 speisen, die in einem Block 44 unterhalb des Deckels montiert sind. Ein Ende Jedes der gewundenen Rohre 39 ist mit einem der Einlaßverteiler 42 oder 43 verbunden, wie Fig. 4 zeigt. Im Block 45 sind entsprechende Wasserauslaßverteiler mit den anderen Enden der Rohre 39 der Gruppe verbunden, und diese Verteiler im Block 45 sind mit Wassereinlaßverteilern im Block 46 verbunden, mit denen die Einlaßenden gewundener Kühlrohre 47 der nächsten Gruppe 37 von Kühlrohren verbunden sind. Die Rohre 47 sind in gleicher Weise wie die Rohre 39 der Gruppe 36 aufgebaut. In gleichartiger Weise sind diese Rohre 47 in Reihe mit Rohren 48 der dritten Gruppe 38 von Wasserkühlrohren verbunden, die ebenfalls in gleicher Weise wie die Rohre 39 aufgebaut sind. Die fernen Enden der Rohre 48 sind durch Verteiler in einem Block 49 mit KUhlwasserauslaßrohren 50 und 51 verbunden. In dieser Weise erfolgt der Strom von Kühlwasser durch die Gesamtheit der Serie von unter dem Deckel montierten Kühlrohre η .

GaszufUhrrohre 52 sind unterhalb der Gruppen 36, 37 und 38 von Kühlrohren durch Anschweißen an die Böden der Kühlrohre 39, 47 und 48 gehalten. Jede Einheit von Gaszuführrohren umfaßt einen Einlaßrohrverteiler 53, der sämtli-

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ehe GaszufUhrrohre 52 speist, die Zweige 54 mit durchlässigen Gewölbekappen 55 aufweisen, die unter Abständen zwischen den Böden der gewundenen Kühlrohre angebracht sind. Die Auslaßzweige 54 mit ihren durchlässigen Kappen 55 sind über den gesamten Bereich des Bodens jeder Gruppe von Kühlrohren der Serie verteilt.

Wenn eine Glasscheibe in die Wirbelschicht eingetaucht wird, nimmt der obere Teil der Wirbelschicht mehr Wärme vom Glas als der untere Bereich der Wirbelschicht auf. Nachdem sich die Glasscheibe in der Wirbelschicht abgekühlt hat und aus der Wirbelschicht entnommen ist, wird der Deckel 22 in seine Stellung 23 durch Betätigen des Zylinders 29 abgesenkt, und mit dem Zuklappen des Deckels wird die Serie von durch die Gruppen 36, 37 und 38 gebildeten Kühlrohren in den oberen Teil des Behälters eingeführt. Diese Serie von KUhlrohren paßt zwischen die Bänke oder Reihen von KUhlrohren 8, die sich rings um die Innenseite der Seitenwände des Behälters erstrecken. Zur gleichen Zeit, wenn die aufwallende Fluidisierung rings um die Seitenwände vorgenommen wird, wird Gas den Einlaßverteilern 53 zugeführt, so daß sich die Gesamtheit des oberen Teils der Wirbelschicht in einem Zustand von aufwallender Fluidisierung befindet, um die Kühlung durch Wärmeaustausch mit den Kühlrohren 39, 47 und 48 zu erleichtern. Der ruhige Fluidisierungszustand im unteren Teil der Wirbelschicht ist unverändert, und nachdem die Gaszufuhr zu den Verteilern 53 und zum Einlaßrohr 19 abgeschaltet ist, stellt sich der ruhige Zustand der gesamten Wirbelschicht vor dem Anheben des Deckels 22 wieder her, der die Serie von Kühlrohren aus dem oberen Teil der Wirbelschicht heraushebt.

Der obere Teil der Wirbelschicht wird dadurch gerade auf einer bestimmten Temperatur zur Aufnahme der nächsten vorzuspannenden heißen Glasscheibe durch Absenken in die

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Viirbelschicht in ihrem ruhigen, gleichmäßig ausgedehnten Zustand der Teilchenaufwirbelung gehalten.

Die Verwendung der Serie von Kühlrohren unterhalb des Deckels ist nicht zwingend notwendig, beschleunigt Jedoch den Betrieb des Verfahrens beim Massenproduktionsablauf, indem die jeweilige Zeit zwischen dem Vorspannen aufeinanderfolgender Scheiben verkürzt wird.

Es ist erwünscht, Jedes der Gaszuführrohre so nahezu horizontal wie möglich anzubringen, um einen Übergang von Fluidisierungsgas zwischen verschiedenen Stellen der Wirbelschicht durch die Gaszuführrohre, wenn die Gaszufuhr abgeschaltet ist, zu vermeiden.

Die Fig. 6 und 7 zeigen eine alternative Ausbildungsform der Gaszuführrohre 18 oder 52, bei der die Neigung zu Gasübergängendurch die*Rohre von einem Teil der Wirbelschicht zu einem anderen vermieden ist.

Bei dieser Variante, die als Modifizierung eines der Gaszuführrohre 18 dargestellt ist, weist das Rohr 18 eine Anzahl von Luftauslaßlöchem 60 längs der Oberseite des Rohres auf, welche Löcher einen Durchmesser von 1,5 mm aufweisen und in Abständen von 50 mm verteilt sind. Das Rohr l8 ist mit sechs Lagen eines mikroporösen Papiers 6l umwickelt, das etwa fünfmal dicker als das beim Aufbau der Membran 6 am Boden der Wirbelschicht verwendete Papier ist und eine höhere Permeabilität als das Papier der Membran 6 aufweist.

Ein äußeres Rohr 62 ist über dem Papier 6l aufgeschoben und weist eine Anzahl von längs der Oberseite des Rohres gebildeten Doppelauslaßschlitzen 6j> auf. Die Enden der Papierschichten sind mit einem Epoxyharz und Silikongummi,

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wie bei 64 angedeutet, abgedichtet. Diese Abdichtungen erstrecken sich von den Enden des äußeren Rohres 62 zum Luftzuführrohr 18.

Durch das Rohr 18 zugeführtes Gas wird gleichmäßig durch die Lagen des Papiers 6l verteilt und strömt durch die Doppelauslaßschlitze 63 im äußeren Rohr 62 aus, um ein gleichmäßiges Aufwallen des fluidisierten teilchenförmigen Materials im Bereich der Kühlrohre neben den Seitenwänden des Behälters zu bewirken. Gas wird an einem Eintritt aus der Wirbelschicht in das Zuführrohr l8 wegen der geringen Durchlässigkeit der Papierlagen 6l gehindert. Dadurch vermeidet man einen ungewollten Gasübertritt durch die Gaszuführrohre 18 innerhalb der Wirbelschicht. Die Gaszuführrohre 52 am Deckel sind von gleichem Aufbau und Betrieb.

Eine weiter gesteigerte K'ihlmöglichkeit kann durch Erhöhen der Zahl der vertikalen Kühlrohre 8 erreicht werden, die neben den Behälterseitenwänden montiert sind. Dies läßt sich am besten durch Vermehren der einzelnen Reihen der dargestellten Kühlrohre 8 durch eine oder mehrere weitere Reihen von Kühlrohren erreichen, die parallel nahe dem Behälterseitenwänden montiert sind. Dies würde zwei oder sogar drei Reihen von vertikalen Kühlrohren neben Jeder der Seitenwände des die Wirbelschicht enthaltenden Behälters ergeben. Dabei wird ausreichender Raum zum Eintauchen der verarbeiteten Glasscheibe in den mittleren Teil der Wirbelschicht beibehalten.

Bei einer solchen Anordnung gibt es etwa eine Doppelbank von KUhlrohren 8, die neben den Behälterseitenwänden montiert sind. Jede der Reihen von Kühlrohren 8 hat die in Fig. 3 dargestellte Form, und neben jeder Behälterseitenwand ist die innere Reihe von Rohren um einen halben Rohrabstand bezüglich der äußeren Reihe von Rohren versetzt.

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Jede Reihe kann mit ihrem eigenen Gaszuführrohr versehen sein.

Die gesamte Oberflächenkühlfläche der doppelten Reihe

ρ
von K'ihlrohren ist etwa 12 m . Jedes der Rohre hat einen Außendurchmesser von 22 mm, und die Gesamtlänge der Kühlrohre ist 100 m. Der Durchsatz an Kühlwasser durch die Rohre ist 60 l/min. Luft wird den Gaszuführrohren 18 mit einem Druck von 69 x ICr N/m zugeführt. In einer Zykluszeit von 60 Sekunden für die Vorspannbehandlung aufeinanderfolgender Glasscheiben werden die Gaszuführrohre 40 Sekunden betrieben und 20 Sekunden abgeschaltet. Die Eintauchzeit jeder Glasscheibe in die Wirbelschicht ist 8 Sekunden und liegt während der Mitte der 20-Sekunden-Periode, wenn die Gaszufuhr zu den Rohren l8 abgeschaltet ist.

Wenn man Glasscheiben einer Dicke von 2,3 mm und eines gesamten Formats von 1,5 m χ 0,66 m bei einer Durchschnittstemperatur von 65Ο ⁰C beim Eintritt in die Wirbelschicht zur Vorspannung behandelt, sind 55 kW aus der Wirbelschicht abzuführen, um die Schichttemperatur bei 85 °C zu halten, wenn die Glasscheiben nacheinander, und zwar eine alle 60 Sekunden, vorgespannt werden. Diese Kühlgeschwindigkeit wird mit einem Temperaturanstieg des Kühlwassers von 9 ⁰C am Einlaß auf 22 ⁰C am Auslaß erreicht.

Die Wärmeaustauschgeschwindigkeit mit dem teilchenförmigen Material der Wirbelschicht wird durch Regulierung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlwassers durch die Kühlrohre rings um die Behälterseitenwände und die am Deckel angebrachten Kühlrohre sowie durch Regulierung der Zuführgeschwindigkeit der Aufwallungsluft zum Gaszuführrohr 19 und zu den Einlaßverteilern 53 der an der Serie von Kühlrohren unterhalb des Deckels angebrachten Gaszuführelemente ._t gesteuert.

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Die Erfindung ist auch auf Wirbelschichten zur Verarbeitung anderer Materialien, z. B. zum Trocknen von Papier in endloser Bahnform, das durch eine erhitzte Wirbelschicht geleitet wird, oder zur Verarbeitung von Material in endloser Streifenform, wie z. B. Textilmaterial, anwendbar.

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Claims

Patentansprüche

Verfahren zum Betrieb einer Wirbelschicht zur Verwendung bei der Behandlung von Gegenständen, insbesondere der Wärmebehandlung von Glasgegenständen, bei dem die Gegenstände in eine durch Gas aufgewirbelte Schicht von teilchenförmigen] Material eingetaucht werden, das in einem ruhigen, gleichmäßig ausgedehnten Zustand teilchenförmiger Aufwirbelung gehalten wird,

dadurch gekennzeichnet, daß man die Temperatur der Wirbelschicht durch Wärmeaustausch innerhalb der Schicht mit dem teilchenförmigen Material der Schicht steuert und die Durchmischung innerhalb der Schicht zur Verbesserung des Wärmeaustausches steigert.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die Steigerung der Durchmischung innerhalb der Schicht zwischen dem Eintauchen aufeinanderfolgender Gegenstände in die Schicht vornimmt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß man den Wärmeaustausch wenigstens in einem örtlichen Bereich der Wirbelschicht vornimmt und die gesteigerte Durchmischung der Wirbelschicht wenigstens in diesem Bereich durchführt.
4. Verfahren nach Anspruch J>, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchmischung des teilchenförmigen Materials durch Einblasen von Gas in den örtlichen Bereich der Wirbelschicht mit einem Durchsatz zur Bewirkung örtlichen Brodeins des teilchenförmigen Materials in diesem Bereich und damit Erleichterung des Wärmeaustausches erfolgt.

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5. Verfahren nach Anspruch J> oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß man zur Wärmevorspannung einer Aufeinanderfolge heißer Glasscheiben die Wirbelschicht durch Zirkulation eines Kühlfluids durch ein geschlossenes Leitungssystem im Wärmeaustausch mit dem aufgewirbelten Material kühlt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß man das KUhlfluid durch ein geschlossenes Leitungssystem am Umfang der Wirbelschicht außerhalb des mittleren Teils der Schicht, in den die heißen Glasscheiben eingetaucht werden, zirkulieren läßt und einen ruhigen Wirbelzustand des mittleren Teils der Schicht aufrechterhält, während man die örtliche zusätzliche Durchmischung des teilchenförmigen Materials im Bereich des geschlossenen Leitungssystems vornimmt.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß man das Kühlfluid an allen Seiten des mittleren Teils der Schicht im Wärmeaustausch mit dem aufgewirbelten teilchenförmigen Material zirkulieren läßt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man für die Wirbelschicht einen Behälter von rechteckigem Horizontalquerschnitt verwendet und das Kühlfluid durch ein geschlossenes Leitungssystem an jeder Seite des Querschnitts zur Erleichterung der Wärmeabfuhr von allen Seiten der Wirbelschicht zirkulieren läßt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche Ibi3 8, dadurch gekennzeichnet, daß man vom oberen Teil der Wirbelschicht Wärme abführt, indem man ein Kühlfluid durch ein geschlossenes Leitungssystem im Wärmeaustausch mit dem gesamten Oberteil der Schicht zirkulieren läßt und eine örtliche zusätzliche Durchmischung des teilchenförmigen Materials zur Erzielung

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einer erhöhten Geschwindigkeit der Teilchenbewegung und Teilchendurchmischung am Oberteil der Schicht und datrit zur Verbesserung des Wärmeaustausche.s bewirkt, während man den ruhigen Wirbelschichtzustand im unteren Teil der Schicht aufrechterhält.
10. Vorrichtung zur Wärmebehandlung eines Glasgegenstandes nach einem Verfahren gemäß Anspruch 1, mit einem Behälter zur Aufnahme einer Wirbelschicht aus teilchenförmigen! Material und einer Gaszufuhreinrichtung am Boden des Behälters zum Aufrechterhalten eines ruhigen, gleichmäßig ausgedehnten Zustandes der Teilchenaufwirbelung der Schicht, dadurch gekennzeichnet, daß sie Wärmeaustausohmittel (8, 9) im Behälter (J>) und in diesem nahe den Wärmeaustauschmitteln montierte Durchmischungsmittel (l8, 20) zum Aufrechterhalten einer zusätzlichen örtlichen Durchmischung in dem die Wärmeaustauschmittel berührenden teilchenförmigen Material aufweist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschmittel wenigstens eine Reihe von im Behälter (5) neben einer Wand (z. B. 10) des Behälters montierten Rohren (8, 9) aufweisen und die Durchmischungsmittel aus Gaszuführelementen (18, 20) im Bereich des Bodens der Reihe von Kühlrohren (8, 9) bestehen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrzahl von Reihen von Kühlrohren (8, 9) aufweist, die jeweils neben den Wänden (10, 11, 12, 13) des Behälters (3) angeordnet sind, und ein Gaszuführrohr (18) im Bereich des Bodens jeder Reihe von Kühlrohren vorgesehen ist.

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13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10bisl2, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeaustauschmittel eine Serie von Oippen von Kühlrohren (36, 37, 38) aufweisen, die in den oberen Teil des Behälters (3) absenkbar sind, und die Gaszuführeinrichtung von den Wärmeaustauschmitteln am Boden der
Serie der Kühlrohre (36, 37, 38) getragene Gaszuführrohre (52) mit über den ganzen Bereich des Bodens der Serie verteilten Auslassen (54, 55) aufweist.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Serie von Kühlrohrejruppen (36, 37, 38) unterhalb Deckels (22) des Behälters (3) gehalten ist, der schwenkbar zum Absenken auf die Oberseite des Behälters und damit Einführen der Serie von Kühlrohrgruppen in den Behälter montiert ist.
15. Thermisch vorgespannte Glasscheibe, dadurch gekennzeichnet, daß sie gemäß Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt ist.

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