DE3437237C2 - - Google Patents

Description

Zur Wärmebehandlung von Produkten, beispielsweise zum Brennen von Ton oder Porzellan, sind sogenannte "Gegenlauföfen" bekannt. Dabei handelt es sich um Tunnelöfen mit zwei parallelen Behandlungskanälen, durch die hindurch Transportwagen mit darauf gestapelten Produkten in gegenläufiger Richtung geführt werden. Jeder der Kanäle ist in drei Zonen unterteilt, nämlich eine Auf­ heizzone, in der die Produkte bis etwa auf die Behandlungstempe­ ratur aufgeheizt werden, und eine Brennzone, in der die Produkte auf der Behandlungstemperatur gehalten werden, sowie eine Kühl­ zone, in der die Produkte wieder bis auf die Ausgangstemperatur heruntergekühlt werden. Die beiden Brennzonen befinden sich dabei in der Ofenmitte, während als Folge der gegenläufigen Transport­ richtung der Produkte jeweils die Kühlzone des einen Kanals be­ nachbart zur Aufheizzone des anderen Kanals angeordnet ist.

Ein solcher Gegenlaufofen eröffnet die Möglichkeit einer direkten Übertragung der in der Kühlzone eines jeden Kanals abgegebenen Wärme in die benachbarte Aufheizzone des anderen Ka­ nals. Für diesen Zweck hat es sich als günstig erwiesen, die bei­ den Kanäle durch eine Mittelwand voneinander zu trennen und in der Mittelwand jeweils oberhalb und unterhalb der Produktstapel eine Anzahl von Durchlaßöffnungen vorzusehen. Dadurch soll eine (nachfolgend auch als "Querkonvektion" bezeichnete) Ringströmung zwischen den beiden Kanälen erreicht werden, und zwar derart, daß sich die Luft, die sich in den heißen Produktstapeln in der Kühl­ zone befindet, erwärmt und nach oben steigt, dann oberhalb der Produkte quer zur Längsrichtung der Kanäle in den anderen Kanal strömt, durch die dort befindlichen kälteren Produktstapel abge­ kühlt wird, durch diese hindurch nach unten sinkt und dann un­ terhalb der Produkte wieder in den ersten Kanal zurückströmt, um den Kreislauf neu zu beginnen. Neben anderen Vorteilen läßt eine solche direkte Wärmeübertragung eine ganz erhebliche Energie­ ersparnis erwarten, verglichen mit einem einfachen Tunnelofen, der nur einen Behandlungskanal aufweist.

Die bisherigen Erfahrungen haben jedoch gezeigt, daß die Vorteile eines solchen Gegenlaufofens in der Praxis nicht oder jedenfalls nicht in dem zu erwartenden Ausmaß erreicht wer­ den. Dies läßt sich im wesentlichen auf zwei Ursachen zurückfüh­ ren. Erstens ist die Querkonvektion (sofern keine zusätzlichen Maßnahmen getroffen werden) verhältnismäßig schwach, weil nur die beiden vertikalen Äste durch Temperaturunterschiede angetrieben sind, während die beiden horizontalen Äste keinen natürlichen Antrieb haben und durch Verbrauch von Auftriebskräften überwunden werden müssen. Zweitens wird die Querkonvektion aber auch noch durch eine als "Längskonvektion" bezeichnete Ringströmung in Längsrichtung der Kanäle beeinträchtigt. Diese Längskonvektion verläuft zwischen der Brennzone und der Außenatmosphäre derart, daß Heißluft oberhalb der Produktstapel von der Brennzone aus nach außen abströmt und Kaltluft unterhalb der Produktstapel wie­ der zur Brennzone hin zurückströmt. Sie wird ausgelöst durch eine vertikale Druckdifferenz in der Brennzone infolge des Auftriebs der dort erhitzten Luft und besitzt deshalb einen stärkeren An­ trieb als die Querkonvektion. Dadurch wird die Querkonvektion mehr oder weniger unterdrückt und zumindest erheblich deformiert. Die Folge ist eine Verzerrung des gewollten Temperaturverlaufs längs der Aufheizzone und der Kühlzone, die zu Aufheizschäden oder Kühlschäden der Produkte Anlaß geben kann. Außerdem erhöht sich auch der Wärmeverbrauch durch den Verlust an Heißluft an en Ofenenden und die Notwendigkeit, die eingeströmte Kaltluft auf die Behandlungstemperatur zu erwärmen.

Es hat nicht an Versuchen gefehlt, die Wirksamkeit der Querkonvektion zu verbessern bzw. die Auswirkungen der Längskon­ vektion zu beseitigen.

So schlägt die DE-OS 27 21 948 einen zu­ sätzlichen motorischen Antrieb der Querkonvektion vor, beispiels­ weise mittels Ventilatoren in den Durchlaßöffnungen in der Mit­ telwand zwischen den Kanälen oder mittels Düsen, die oberhalb und unterhalb der Produktstapel einen zusätzlichen horizontalen Luft­ strom in Strömungsrichtung der Querkonvektion einblasen. Diese Maßnahmen sind jedoch energetisch sehr ungünstig. Die DE-OS 30 42 708 beschreibt eine Unterdrückung der Längskonvektion dadurch, daß Luft in einer Menge, die der Wärmekapazität der be­ handelten Produkte gleich oder angepaßt ist, am Anfang einer je­ den Aufheizzone durch Ventilationsmittel abgezogen und in die Kühlzone des anderen Kanals eingeblasen wird. Es hat sich jedoch gezeigt, daß dies die Energiebilanz des Gegenlaufofens nicht nen­ nenswert über diejenige eines Tunnelofens mit nur einem Behand­ lungskanal hinaus verbessert. Schließlich sind aber auch Versuche der Praxis, die Längskonvektion durch Erhöhung ihres Strömungswi­ derstandes (beispielsweise durch entsprechende Anordnung und Aus­ bildung der Produktstapel auf den Transportwagen) zu behindern, erfolglos geblieben, letztlich weil für den sicheren Transport der Produkte durch den Ofen hindurch immer ein Mindestspalt zwi­ schen den Produktstapeln und den Kanalwandungen vorhanden sein muß.

Es ist das Ziel der Erfindung, bei einem Gegenlaufofen der eingangs genannten Art die unerwünschte Längskonvektion bei günstigen energetischen Verhältnissen so weit zu vermindern, daß die inhärent vorhandenen Vorteile des Gegenlaufofens möglichst weitgehend und jeweils stärker als bisher zum Tragen kommen.

Dieses Ziel erreicht die Erfindung dadurch, daß jedem Kanal vom Nachbarkanal getrennt Ventilationsmittel zugeordnet sind, welche im Bereich der Kanalenden eine in Kanallängsrichtung turbulente Umwälzströmung erzeugen können.

Die Erfindung geht davon aus, daß die Längskonvektion an sich im wesentlichen laminar ist, und daß sie dadurch unter­ drückt werden kann, daß sie im Bereich der Ofenenden turbulent gemacht wird und so eine beträchtliche erhöhte Reibungszahl be­ kommt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 im horizontalen Längsschnitt einen Gegenlauf­ ofen mit darin angedeuteten Umwälzkreisen an den Ofenenden und

Fig. 2 im vertikalen Längsschnitt den Bereich eines Ofenendes des Gegenlaufofens gemäß Fig. 1 mit dem darin angeordneten Umwälzkreis.

Der dargestellte Gegenlaufofen weist zwei parallele Behandlungskanäle 1 und 2 auf, die sich jeweils in eine Aufheiz­ zone A 1 bzw. A 2, eine Brennzone B 1 bzw. B 2 und eine Kühlzone K 1 bzw. K 2 unterteilen. Diese beiden Kanäle sind durch eine gemein­ same Mittelwand 3 voneinander getrennt. Die zu behandelnden Pro­ dukte werden auf zu Produktstapeln zusammengefaßten Einheiten auf Transportwagen im Gegenlauf (Pfeilrichtung T 1 bzw. T 2) durch die beiden Kanäle befördert, so daß jeweils die Kühlzone K 1 der Auf­ heizzone A 2 benachbart liegt und umgekehrt. Der Transport der Produktstapel erfolgt dabei zweckmäßigerweise mit taktweisem Vor­ schub. Die Produktstapel auf den Transportwagen sind so beschaf­ fen, daß sie von oben nach unten bzw. von unten nach oben von der Luft im Ofen durchströmt werden können, wobei angemerkt sei, daß der Ausdruck "Luft" allgemein als Bezeichnung für die Ofenat­ mosphäre zu verstehen ist. Sie befinden sich auf einer besonde­ ren, mit Öffnungen für den Luftdurchtritt versehenen Tragplatte, die im Abstand oberhalb der eigentlichen Wagenplattform angeord­ net ist, so daß unterhalb der Produktstapel in jedem Kanal ein Freiraum gebildet wird, in dem sich eine Strömung ausbilden kann. Der Schnitt in Fig. 1 verläuft durch diesen Freiraum. Ein weite­ rer Strömungsfreiraum befindet sich in jedem Kanal oberhalb der Produktstapel, da diese zwangsläufig einen Abstand von der Kanal­ decke aufweisen müssen. Die oberen und unteren Strömungs­ freiräume beider Kanäle sind über Durchlaßöffnungen 11 in der Mittelwand 3 miteinander verbunden, so daß die gewünschte Quer­ konvektion zwischen den Kanälen möglich wird.

Wie eingangs erwähnt wurde, wird diese Querkonvektion jedoch durch die unerwünschte aber unvermeidbare Längskonvek­ tionsströmung, deren Antriebskraft ein Druckunterschied in der Ofenmitte ist, gestört bzw. verzerrt.

Zur Unterdrückung dieser Längskonvektion sieht die Er­ findung nun vor, an den Ofenenden jeweils eine kurze Kreislauf­ strömung 41 zu erzeugen, wobei ersichtlich ist, daß diese Kreis­ laufströmung 41 im unteren und oberen Freiraum der Kanäle jeweils der Strömung der Längskonvektion 33 entgegengerichtet ist.

Bei der Anordnung und Ausbildung der Umwälzkreise 41 als "Strömungsbremse" wird konsequent die Erkenntnis ausgenutzt, daß die Längskonvektion normalerweise eine laminare Strömung ist, die sich durch Erhöhung des Strömungswiderstandes nur ungenügend bremsen läßt, und daß dagegen eine turbulente Strömung von Natur aus eine höhere Reibungszahl besitzt und dadurch bei sonst glei­ chen Bedingungen wesentlich schlechter strömt.

Fig. 2 zeigt einen der veritkalen Umwälzkreise, wobei der Ofen insgesamt vier solcher Umwälzkreise erfordert. Dieser Umwälzkreis 41 entsteht dadurch, daß unterhalb der Produktstapel P Luft aus dem Ofen angesaugt, außen am Kanal nach oben geführt und dann oberhalb der Produktstapel entgegen der Längskonvektion 33 wieder in den gleichen Kanal eingeblasen wird. Dazu ist jedem Kanal nahe den beiden Enden jeweils ein Schacht 43 zugeordnet, der sich außerhalb des Kanalquerschnitts befindet und einen Ven­ tilator 42 oder andere geeignete Ventilationsmittel enthält. Die­ ser Schacht ist unterhalb der Produktstapel über eine Ansaugöff­ nung 44 und oberhalb der Produktstapel über eine Austrittsöffnung 45 mit dem Kanal verbunden.

Die Strömung im Umwälzkreis 41 ist turbulent einge­ stellt, was zu der schon erläuterten Drosselung der Längskonvek­ tion führt. Zu diesem Zweck ist die Austrittsöffnung 45 verengt ausgebildet, und außerdem mündet sie in flachem Winkel in den Spalt zwischen Kanaldecke 6 und den Produktstapeln P. Zusätzlich ist der Umwälzkreis 41 aber so ausgebildet, daß er noch weitere Wirkungen gegen die Längskonvektion hat, und zwar dadurch, daß er der Längskonvektion 33 entgegengesetzt gerichtet ist, und daß er am Ofenende eine die Längskonvektion behindernde Druckdifferenz Δ p aufbaut. Letzteres ist eine Folge der Tatsache, daß der stati­ sche Druck auf der Austrittsseite des Ventilators 42 größer ist als auf der Ansaugseite. Zweckmäßig wird diese Druckdifferenz möglichst nahe an diejenige Druckdifferenz angeglichen, die sich in der Brennzone infolge des Auftriebs der dort erhitzten Luft ergibt. Dadurch wird das Druckgefälle längs des Ofens sowohl oberhalb als auch unterhalb der Produktstapel weitgehend besei­ tigt, so daß sich der Antrieb der Längskonvektion entsprechend vermindert. Zur Regelung der vom Ventilator 42 aufgebauten Druck­ differenz können dabei im Schacht 43 entweder einlaßseitig oder austrittsseitig vom Ventilator noch Strömungseinbauten vorgesehen sein, die den Strömungswiderstand beeinflussen. Außerdem kann die Anordnung so getroffen werden, daß bei den an einem Ofenende ne­ beneinanderliegenden Ventilatoren 42 die Austrittsseite (oder ggfs. die Ansaugseite) mittels steuerbarer Umschaltklappen im periodischen Wechsel von dem einen Kanal in den anderen Kanal um­ gestellt wird, die Ventilatoren 42 also abwechselnd den aus einem Kanal angesaugten Luftstrom in den gleichen Kanal oder "über Kreuz" in den benachbarten Kanal zurückfördern.

Claims (6)

1. Tunnelofen zur Wärmebehandlung von Produkten, mit zwei parallelen, durch eine Mittelwand voneinander getrennten Behand­ lungskanälen, durch die hindurch Transportwagen mit darauf gesta­ pelten Produkten in gegenläufiger Richtung geführt werden, wobei sich jeder Kanal in eine Aufheizzone, eine Brennzone und eine Kühlzone unterteilt, und wobei die Mittelwand oberhalb und unter­ halb der Produktstapel mit Durchlaßöffnungen versehen ist, durch die hindurch eine Übertragung der in der Kühlzone eines jeden Kanals abgegebenen Wärme in die benachbarte Aufheizzone des an­ deren Kanals erfolgt, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Kanal (1, 2) vom Nachbarkanal getrennt Ventilationsmittel (42) zugeordnet sind, welche im Bereich der Kanalenden eine in Kanallängsrichtung turbulente Umwälzströmung erzeugen können.

2. Tunnelofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den Enden eines jeden Kanals (1, 2) ein mit Ventilationsmit­ teln (42) versehener Schacht (43) vorgesehen ist, dessen Ansaug­ öffnung (44) unterhalb der Produktstapel (P) angeordnet ist und dessen Austrittsöffnung (45) im gleichen Kanal oberhalb der Pro­ duktstapel mündet.

3. Tunnelofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Austrittsöffnung (45) des Schachtes (43) über die Breite eines jeden Kanals hinweg zur Brennzone hin in den Spalt zwischen Kanaldecke (6) und den Produktstapeln (P) gerichtet ist.

4. Tunnelofen nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Ventilationsmittel (42) in jedem Schacht (43) an den Kanalenden eine Druckdifferenz in Richtung der Höhe der Produkt­ stapel (P) erzeugen können, die der in der Brennzone gebildeten Druckdifferenz im wesentlichen gleich ist.

5. Tunnelofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in den Schächten (43) auf der Ansaugseite und/oder der Austritts­ seite der Ventilationsmittel (42) Strömungseinbauten zur Beein­ flussung der von den Ventilationsmitteln erzeugten Druckdifferenz vorgesehen sind.

6. Tunnelofen nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umschaltvorrichtung vorgesehen ist, wel­ che die Ansaugöffnung (44) oder die Austrittsöffnung (45) der an den Kanalenden benachbarten Schächte (43) abwechselnd mit dem gleichen Kanal und dem benachbarten Kanal verbindet.