DE2951379A1

DE2951379A1 - Heat recovery system for annealing furnace - has heat storage vessel between source and heat exchanger with temp. controlled return flow

Info

Publication number: DE2951379A1
Application number: DE19792951379
Authority: DE
Inventors: Paul 5750 Menden Harnischmacher; Peter Schmetz
Original assignee: SCHMETZ INDUSTRIEOFENBAU und V
Current assignee: SCHMETZ INDUSTRIEOFENBAU und V
Priority date: 1979-12-20
Filing date: 1979-12-20
Publication date: 1981-07-30

Abstract

The heat recovery system for a hardening or annealing furnace, brazing equipment etc. has a heat exchanger circulating cooling fluid through supply and return lines to a storage vessel. This also has supply and return lines and a pump for a heat exchanger which uses the heat obtained. In the first return line is a pump and mixing valve, the valve being controlled by a branch line connected to the interior of the vessel near the input point of the supply line. This operates so that at a minimum temperature of the supply line, a maximum flow is returned to the first heat exchanger. Similarly, at maximum temperature there is a minimal return flow. The mixing valve is a three way valve operated by a stepping motor responding to a central circuit.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Abfuhr von dis-The invention relates to an arrangement for removing dis-

kontinuierlich anfallender Verlustwärme in Wärmebehandlungseinrichtungen mit Wärmerückgewinnung insbesondere für Anlagen zum Härten, Glühen, Löten usw., wobei ein strömendes Medium als Träger der Verlustwärme dient.continuously accumulating heat loss in heat treatment facilities with heat recovery especially for systems for hardening, annealing, soldering, etc., whereby a flowing medium serves as a carrier for the lost heat.

Bei vielen industriellen Prozessen, insbesondere bei Wärmebehandlungsvorgängen wie Härten, Glühen, Löten usw., sind Kühleinrichtungen erforderlich, um entweder ein bestimmtes Behandlungsziel zu erreichen oder die Behandlungseinrichtung selbst vor übermäßiger Erwärmung zu schützen. Bei den bislang hierfür benutzten Kühleinrichtungen treten zahlreiche Mängel auf. Hierzu gehört in erster Linie, daß die von der Kühleinrichtung abgeführte Wärmeenergie nicht genutzt werden kann, weil die Kühlflüssigkeit zu großen Temperaturschwankungen unterliegt oder ein zu niedriges Temperaturniveau hat. Die Kühleinrichtung muß für die anfallende Spitzenmenge an Verlustwärme dimensioniert sein, was zu hohen Errichtungskosten führt und außerdem eine wirtschaftliche Ausnutzung der Kühleinrichtung erschwert.In many industrial processes, especially in heat treatment processes such as hardening, annealing, soldering etc., cooling facilities are required to either To achieve a specific treatment goal or the treatment facility itself protect from excessive heating. In the cooling devices previously used for this purpose numerous shortcomings occur. This includes primarily that of the cooling device Dissipated thermal energy cannot be used because the cooling liquid is too large Is subject to temperature fluctuations or has a temperature level that is too low. the The cooling device must be dimensioned for the peak amount of heat lost be, which leads to high construction costs and also an economic exploitation the cooling device difficult.

Ein weiterer schwerwiegender Nachteil einer herkömmlichen Kühleinrichtung ist darin zu sehen, daß in der Regel die Wärmeenergie in Form eines erwärmten Luftstromes bzw. als erwärmtes Wasser an die Umgebung abgegeben wird. Es wird also nicht nur Energie nutzlos vergeudet, sondern auch die Umgebung durch die ausgestoßene Energie und gegebenenfalls die Geräusche eines Kühlturmlüfters helastet. Unvorteilhaft ist ferner der relativ hohe Eigenbedarf an Energie für den Betrieb einer solchen Kühleinrichtung. Hinzu kommt, daß bei Verwendung einer im offenen Kreislauf geführten Kühlflüssigkeit die zu kühlende Einrichtung durch Korrosionserscheinungen, Inkustierungen oder Ablagerungen gefährdet ist.Another serious disadvantage of a conventional cooling device can be seen in the fact that the thermal energy is usually in the form of a heated air stream or released into the environment as heated water. So it just won't Energy wasted uselessly, but also the environment through the expelled energy and possibly the noise of a cooling tower fan. Is unfavorable also the relatively high internal energy requirement for the operation of such a cooling device. In addition, when using an open circuit cooling liquid the equipment to be cooled by signs of corrosion, incrustations or deposits endangered is.

Die Erfindung verfolgt das Ziel, eine Anordnung zur Abfuhr von diskontinuierlich anfallender Verlustwärme zu schaffen, bei der die vorstehend erwähnten Mängel und Unzulänglichkeiten nicht auftreten und die darüber hinaus eine wirtschaftliche Wärmerückgewinnung ermöglicht.The invention aims to provide an arrangement for discharging discontinuously to create resulting heat loss, in which the above-mentioned defects and Deficiencies do not occur and, moreover, an economical heat recovery enables.

Die Lösung dieser Aufgabe besteht erfindungsgemäß in einer Anordnung, die durch folgende Merkmale gekennzeichnet ist: a) zur Übernahme der im strömenden Medium enthaltenen Wärme dient ein Wärmetauscher mit einer in einem geschlos-Kreis zirkulierenden Kühlflüssigkeit, der mit seiner Vorlaufleitung im oberen bereich und mit seiner Rücklaufleitung im unteren Bereich an einen wärmeisolierten Speicherbehälter angeschlossen ist, b) in der Rücklaufleitung ist eine Umwälzpumpe und eine Mischvorrichtung angeordnet welche über eine Stichleitung an den Speicherbehälter im oberen Bereich desselben angeschlossen ist, c) die Mischvorrichtung wird in Abhängigkeit von der Temperatur in der Vorlaufleltung derart kontinuierlich gesteuert, daß bei minimaler Temperatur eine maximale und bei maximaler Temperatur eine minimale Flüssigkeitsmenge über die Stichleitung in die Rücklaufleitung gelangt, und d) an den Speicherbehälter ist über eine Vor- und Rücklaufleitung eines Sekundärkreises mit in einer dieser Leitungen befindlichen Umwälzpumpe ein Wärmetauscher eines Verbrauchers angeschlossen.According to the invention, this object is achieved in an arrangement which is characterized by the following features: a) to take over the in the flowing Medium contained heat is used by a heat exchanger with one in a closed-circuit circulating coolant, with its flow line in the upper area and with its return line in the lower area to a thermally insulated storage tank is connected, b) in the return line is a circulation pump and a mixing device arranged which via a branch line to the storage tank in the upper area the same is connected, c) the mixing device is dependent on the Temperature in the Vorlaufleltung so continuously controlled that at minimum Temperature a maximum and at maximum temperature a minimum amount of liquid reaches the return line via the branch line, and d) to the storage tank is in one of these via a supply and return line of a secondary circuit Lines located circulating pump connected to a heat exchanger of a consumer.

Die Umwälzpumpe innerhalb der Rücklauf leitung des Primärkreises wird zweckmäßigerweise zwischen der Mischvorrichtung und dem Wärmetauscher angeordnet.The circulation pump within the return line of the primary circuit is expediently arranged between the mixing device and the heat exchanger.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine Mischvorrichtung mit einem Stellmotor vorgesehen, der mit Hilfe eines Regelkreises gesteuert wird. Vorteilhafterweise wird als Mischvorrichtung ein Dreiwege-Mischventil benutzt.In a further embodiment of the invention is a mixing device provided with a servomotor which is controlled with the help of a control circuit. A three-way mixing valve is advantageously used as the mixing device.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Kühlflüssigkeit sich in einem geschlossenen Kreis befindet und somit gegen Einwirkungen von außen, insbesondere gegen Verunreinigungen, abgeschirmt ist. Unerwünschte Beeinträchtigungen der zu kühlenden Einrichtung, wie insbesondere Korrosionsschäden, Inkustierungen oder Ablagerungen, werden somit vermieden. Als weiterer Vorteil kommt hinzu, daß die im Speicherbehälter zur Verfügung stehende Wärmeenergie in gleichbleibender Höhe über einen zweiten Wärmetauscher als Wärmequelle an einen Verbraucher beispielsweise eine Heizungsanlage, abgegeben werden kann und somit die Verlustwärme für eine sinnvolle Nutzung zur Verfügung steht.A major advantage of the invention is the fact that the Cooling liquid is in a closed circuit and thus against influences is shielded from the outside, especially against contamination. Undesirable impairments the facility to be cooled, such as corrosion damage, incrustations in particular or deposits are thus avoided. Another advantage is that the thermal energy available in the storage tank in a constant Height above a second heat exchanger as a heat source to a consumer, for example a heating system, can be given off and thus the heat loss for a meaningful Usage is available.

Der Energiebedarf für den Betrieb einer solchen Anordnung ist im Vergleich zu einer herkömmlichen Kühleinrichtung, bei der verhältnismäßig hohe Pumpenleistungen zur Überwindung statischer Druckdifferenzen notwendig sind, außerordentlich niedrig. Die Anordnung enthält lediglich zwei Umwälzpumpen, für deren Betrieb relativ kleine Elektromotoren ausreichen.The energy requirement for the operation of such an arrangement is in comparison to a conventional cooling device with a relatively high pump output to overcome static pressure differences are necessary, extremely low. The arrangement contains only two circulation pumps, which are relatively small for their operation Electric motors are sufficient.

Um auf der Verbraucherseite trotz des schwankenden Wärmeanfalls auf der Eingangs seite ein gleichmäßiges Wärmeangebot sicherzustellen, wird der Speicherbehälter als Puffer benutzt. Die Anpassung an den schwankenden Kühlbedarf der zu kühlenden Einrichtung erfolgt durch eine gesteuerte Rückführung erhitzter Kühlflüssigkeit über die Mischvorrichtung. Bei maximalem Kühlbedarf wird praktisch keine erhitzte Kühlflüssigkeit, sondern nur kalte Kühlflüssigkeit aus dem unteren Bereich des Speicherbehälters zurück- geführt. Bei minimalem Kühl bedarf sind die Verhältnisse umgekehrt.To be on the consumer side despite the fluctuating heat build-up The storage tank is used to ensure an even supply of heat on the input side used as a buffer. The adaptation to the fluctuating cooling requirements of the It is set up by a controlled return of heated cooling liquid via the mixing device. When there is a maximum cooling requirement, practically none is heated Coolant, only cold coolant from the lower part of the storage tank return- guided. When there is a minimal need for cooling, the conditions are vice versa.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnungen, auf denen Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Anordnung dargestellt sind, näher erläutert. Es zeigt: Figur 1 eine schematische Darstellung einer Anordnung zur Abfuhr von diskontinuierlich anfallender Verlustwärme in Wärmebehandlungseinrichtungen mit Wärmerückgewinnung und Figur 2 einen senkrechten Schnitt einer Vakuum-Ofenanlage für Hartlöt-, Sinter-, Glüh- und Vergütearbeiten, bei der eine Anordnung nach der Erfindung einsetzbar ist.The invention is explained below with reference to the drawings on which exemplary embodiments an arrangement according to the invention are shown, explained in more detail. It shows: figure 1 is a schematic representation of an arrangement for discharging discontinuously Accumulated heat loss in heat treatment facilities with heat recovery and FIG. 2 shows a vertical section of a vacuum furnace system for brazing, sintering, Annealing and tempering work in which an arrangement according to the invention can be used is.

Die in einer zu kühlenden Einrichtung freiwerdende Wärmemenge wird in einem Wärmetauscher 1 von einer Kühlflüssigkeit aufgenommen. Der Wärmetauscher 1 enthält zwei Rohranschlüsse 2 und 3, an die einerseits eine Vorlaufleitung 4 und andererseits eine Rücklaufleitung 5 angeschlossen sind. Die Bezeichnungen Vorlauf- und Rücklaufleitung sind entsprechend den Festlegungen bei Heizungsanlagen jeweils auf die Wärmequelle bezogen.The amount of heat released in a facility to be cooled is recorded in a heat exchanger 1 by a cooling liquid. The heat exchanger 1 contains two pipe connections 2 and 3, on the one hand a flow line 4 and on the other hand, a return line 5 are connected. The terms Vorlauf- and return line are in accordance with the specifications for heating systems related to the heat source.

Die Leitungen 4, 5 sind mit einem Speicherbehälter 6 mit einer üblichen Wärmeisolierung verbunden, wobei die Vorlaufleitung 4 in bezug auf die Gebrauchsstellung des Speicherbehälters 6 im oberen Bereich desselben und die Rücklaufleitung 5 im unteren Bereich desselben mit dem Innenraum in Verbindung steht. In der Rücklaufleitung 5 ist eine steuerbare Mischvorrichtung, insbesondere ein motorgesteuertes Mischventil 7 angeordnet, welches als Dreiwegeventil ausgebildet ist und über eine Stichleitung 8 ebenfalls mit den Speicherbehälter 6 im oberen Bereich des selben verbunden ist. Die Steuerung des Mischventils 7 erfolgt über einen Regelkreis 9, der an einen an der Vorlaufleitung 4 angebrachten Wärmefühler 10 angeschlossen ist.The lines 4, 5 are connected to a storage tank 6 with a conventional Thermal insulation connected, the flow line 4 with respect to the position of use of the storage container 6 in the upper area of the same and the return line 5 in the lower area of the same with the interior in connection. In the return line 5 is a controllable mixing device, in particular a motor-controlled mixing valve 7 arranged, which is designed as a three-way valve and via a stub line 8th also with the storage container 6 in the upper area of the same connected is. The mixing valve 7 is controlled via a control circuit 9, which is connected to a heat sensor 10 attached to the flow line 4.

Innerhalb der Rücklaufleitung 5 sitzt in dem Abschnitt zwischen dem Mischventil 7 und dem Wärmetauscher 1 eine Umwälzpumpe 11.Inside the return line 5 sits in the section between the Mixing valve 7 and the heat exchanger 1 a circulation pump 11.

Die im Speicherbehälter 6 zur Verfügung stehende Wärmeenergie kann an verschiedenartige Verbraucher wie Heizungsanlagen, Wärmebehandlungseinrichtungen oder dergleichen abgegeben werden. In der schematischen Darstellung ist der Verbraucher als Wärmetauscher 22 veranschaulicht. Dieser Wärmetauscher 22 ist über eine Vorlaufleitung 12 und eine Rücklaufleitung 13 mit dem Speicherbehälter 6 als Wärmequelle verbunden. Für das Umwälzen der Flüssigkeit dient eine Umwälzpumpe 14, die im Zuge der Vor- oder Rücklaufleitung 12 bzw. 13 angeordnet sein kann.The heat energy available in the storage container 6 can to different types of consumers such as heating systems, heat treatment facilities or the like. In the schematic representation is the consumer illustrated as heat exchanger 22. This heat exchanger 22 is via a flow line 12 and a return line 13 connected to the storage tank 6 as a heat source. A circulation pump 14 is used to circulate the liquid. or return line 12 or 13 can be arranged.

Das Mischventil 7 wird mit Hilfe des Regelkreises 9 so gesteuert, daß bei maximalem Wärmeanfall im Wärmetauscher 1, was gleich bedeutend ist mit höchstem Bedarf an Kühlleistung, über die Stichleitung 8 keine Flüssigkeit zugeführt wird, d.h. in der Rücklaufleitung 5 die Strömungsmengen vor und hinter dem Mischventil 7 gleich sind. Umgekehrt wird bei minimalem Wärmeanfall im Wärmetauscher l das Mischventil 7 so eingestellt, daß ein Maximum an Fldssigkeit über die Stichleitung 8 der Rücklaufleitung 5 zugeführt wird. Zwischen diesen beiden Grenzwerten findet in Abhängigkeit von der jeweiligen Temperatur in der Vorlaufleitung 4 eine kontinuierliche Veränderung der über die Stichleitung 8 rückgeführten Flüssigkeit statt. Bei dieser Regelung wird die Tatsache ausgenutzt, daß sich innerhalb des Speicherbehälters 6 ein natürliches Wärme- gefälle vom oberen Bereich bis zum Boden desselben einstellt.The mixing valve 7 is controlled with the aid of the control circuit 9 so that that at maximum heat accumulation in the heat exchanger 1, which is equivalent to the highest Requirement for cooling capacity, no liquid is supplied via the branch line 8, i.e. in the return line 5 the flow rates upstream and downstream of the mixing valve 7 are the same. Conversely, when there is minimal heat build-up in heat exchanger 1, the mixing valve is activated 7 set so that a maximum of liquid through the branch line 8 of the return line 5 is fed. Between these two limit values takes place depending on the respective temperature in the flow line 4 shows a continuous change the liquid returned via the branch line 8 instead. With this scheme exploited the fact that within the storage container 6 is a natural Warmth- sets the slope from the top to the bottom of the same.

Die Pufferwirkung ergibt sich dadurch, daß bei niedrigem Anfall an Verlustwärme im Wärmetauscher 1 der Anteil def Flüssigkeit mit höherer Temperatur innerhalb des Speicherbehälters 6 abnimmt und umgekehrt.The buffer effect results from the fact that when the attack is low Heat loss in heat exchanger 1 is the proportion of the liquid with a higher temperature decreases within the storage container 6 and vice versa.

Figur 2 zeigt einen senkrechten Schnitt einer Vakuum-Ofenanlage, bei der entsprechend dem jeweiligen Behandlungsziel unterschiedliche Kühlvorgänge möglich sind. Zum Schutz der Anlage vor übermäßiger Erwärmung ist das Außengehäuse 15 doppelwandig ausgebildet und wassergekühlt. Die Anschlüsse für diesen Kühlkreislauf sind mit 16 und 17 bezeichnet. Dieser Kühlkreis tritt bei Verwendung einer Anordnung nach Fig. 1 an die Stelle des Wärmetauschers 1.Figure 2 shows a vertical section of a vacuum furnace system, at different cooling processes are possible depending on the respective treatment goal are. To protect the system from excessive heating, the outer housing 15 is double-walled trained and water-cooled. The connections for this cooling circuit are with 16 and 17. This cooling circuit occurs when an arrangement is used 1 in place of the heat exchanger 1.

Zudem enthält die Vakuum-Ofenaniage ein Schnellkühlsystem, welches eingesetzt wird, wenn entweder kurze Chargenzeiten und/oder bestimmte Behandlungseffekte erreicht werden sollen. Hauptbestandteil dieses Schnellkühlsystems ist ein Flüssigkeitskühler 18, der innerhalb einer Gasumwälzströmung liegt, die mit Hilfe eines Ventilators 19 erzeugt wird. Die Flanschanschlüsse 20, 21 des Flüssigkeitskühlers 18 werden in gleicher Weise wie die Anschlüsse 17 und 16 mit der Anordnung nach Fig. 1 verbunden.In addition, the vacuum furnace system contains a rapid cooling system, which is used when either short batch times and / or certain treatment effects should be achieved. The main component of this rapid cooling system is a liquid cooler 18, which lies within a gas circulation flow, which is created with the help of a fan 19 is generated. The flange connections 20, 21 of the liquid cooler 18 are connected to the arrangement according to FIG. 1 in the same way as the connections 17 and 16.

Bei der vorstehend beschriebenen Vakuum-Ofenanlage handelt es sich um ein praktisches Beispiel einer Behandlungseinrichtung mit diskontinuierlich anfallender Verlustwärme, bei der die erfindungsgemäße Anordnung in sinnvoller und nutzbringender Weise einsetzbar ist.The vacuum furnace system described above is a practical example of a treatment facility with discontinuous Heat loss, in which the arrangement according to the invention in more sensible and beneficial Way is usable.

LeerseiteBlank page

Claims

Arrangement for the removal of discontinuously occurring 'heat loss in heat treatment facilities with heat recovery claims 1. Arrangement for Removal of discontinuously occurring heat loss in heat treatment equipment with heat recovery, especially for systems for hardening, annealing, soldering, etc., where a flowing medium serves as a carrier for the lost heat, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h the following features: a) to the over-alire of the flowing medium contained thermal energy is used by a heat exchanger (1) with one in a closed Circulating coolant, which with its flow line (4) in the upper Area and with its return line (5) in the lower area to a thermally insulated Storage tank () is connected, b) in the return line (5) is a circulation pump (11) and a mixing device (7), which via a branch line (8) is connected to the storage container (6) in the upper area thereof, c) the Mixing device (7) is dependent on the temperature in the flow line (4) continuously controlled in such a way that at a minimum temperature a maximum and at maximum temperature a minimum amount of liquid via the stub line (8) in the back line (5) reaches, and d) to the storage tank (6) is via a flow and return line (12, 13) of a secondary circuit with in one of these lines located circulating pump (14) a heat exchanger (12) a Connected consumer.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the circulation pump (11) within the return line (5) of the primary circuit between the mixing device (7) and the heat exchanger (1) is arranged.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the Mixing device (7) is equipped with a servomotor, which with the help of a Control loop (9) is controlled.

4. Arrangement according to claim 3, characterized in that as a mixing device (7) a three-way mixing valve is provided.