DE3816000A1 - Abstrahlwand, insbesondere fuer waermeaustauscher, muffeloefen und aehnliches - Google Patents

Description

Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildet eine Abstrahl­ wand, insbesondere für Wärmeaustauscher, Muffelöfen und ähn­ liches.

Diese eignet sich übrigens dazu, in zahlreichen Anwendungsbe­ reichen benutzt zu werden, insbesondere immer dann, wenn Behandlungen durchgeführt werden müssen, die durch einen Wärmeaustausch erfolgen. Sie kann somit in Öfen benutzt wer­ den, in denen Wärme durch Verbrennung von festen, flüssigen oder gasförmigen Brennstoffen zur Durchführung von "Brenn"- Verfahren von Materialien wie beispielsweise Keramik, und davon insbesondere von Fliesen erzeugt wird.

Eine weitere Verwendung kann in einfachen Wärmeaustauschern erfolgen, in denen die Wärme von einem Mittel auf ein anderes übertragen wird, zum Beispiel zum Zwecke der Wiedergewinnung. Eine besonders interessante Anwendung ist in Öfen zum Brennen von Keramikfliesen feststellbar, und zwar von der Art, bei der die Wärme auf die zu brennenden Fliesen größtenteils durch Abstrahlung übertragen wird.

Die Verwendung der sogenannten "Abstrahlbrenner" hat es bis­ her nicht erlaubt, zufriedenstellende Ergebnisse zu erlangen. Tatsächlich ist die Menge der Wärme, die durch Abstrahlung übertragen werden kann, begrenzt. Außerdem ist immer und in erheblicher Weise der konvektive Wärmeaustausch durch den direkten Kontakt mit der heißen Strömung vorhanden, welche Wärme an das Produkt abgibt. Andererseits führt das herkömm­ liche Muffelsystem, bei dem die Herstellung des Wärmeaus­ tauschs durch Abstrahlung von den Wänden durch die thermische Leitfähigkeit des Materials selbst, aus dem die Wände beste­ hen, möglich gemacht wird, zu niedrigen Leistungen und zu Problemen in der Einhaltung einer geometrisch stabilen und korrekten Darstellung der Wände selbst, besonders wenn sie eben und horizontal sind, wenn Belastungen durch die indu­ zierten hohen Temperaturen vorhanden sind, die keine Verwen­ dung von leichten Strukturen erlauben, die aus Materialien mit hoher thermischer Leitfähigkeit hergestellt sind.

Zweck der vorliegenden Erfindung ist der, die obengenannten Nachteile und Mängel zu vermeiden.

Ein anderer Zweck der vorliegenden Erfindung ist der, eine Abstrahlwand aus Materialien mit niedriger thermischer Leit­ fähigkeit herzustellen, die insgesamt in der Lage ist, hohe Wärmeaustauschkoeffizienten, und zwar in der gleichen Grö­ ßenordnung oder sogar noch höher als die mit solchen Wänden erreichbare, die durch eine hohe thermische Leitfähigkeit gekennzeichnet sind.

Ein weiterer Zweck der vorliegenden Erfindung ist der, eine Reguliermöglichkeit des Wärmeflusses durch die Wand zu erhal­ ten, und zwar auf eine im wesentlichen unabhängige Weise von den Bedingungen des Wärmepegels.

Diese und noch weitere Zwecke werden erreicht durch die vorliegende Erfindung, die eine Abstrahlwand betrifft, insbe­ sondere für Wärmeaustauscher, Muffelöfen und ähnliches, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anzahl von rotierenden Körpern enthält, die insgesamt eine Wand bilden, welche zwei Bereiche voneinander trennt, die Mittel enthalten, zwischen denen ein Wärmeaustausch erfolgt.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen deutlicher aus der nachstehenden Beschreibung einiger vorgezogener, jedoch nicht ausschließlicher Verwirklichungs­ formen der Erfindung selbst hervor, die rein als Beispiel und nicht begrenzend in den Zeichnungen dargestellt sind, von denen

Abb. 1 den Teil eines schematischen Längsschnittes zeigt, der nach einer vertikalen Mittellinie eines Brennofens für Keramikfliesen ausgeführt ist, hergestellt in Übereinstimmung mit der Erfindung.

Abb. 2 zeigt den Teil eines schematischen Längsschnittes, ausgeführt nach einer vertikalen Mittellinie eines Brennofens für Keramikfliesen, der sich auf eine zweite Verwirklichungsform der Erfindung bezieht.

Fig. 3, 3a, 4, 5 und 6 zeigen Schnittdetails gleich wie die Schnitte in den Abb. 1 und 2, die sich auf ebenso viele verschiedene Verwirklichungsformen der Erfindung bezie­ hen.

Unter Bezugnahme auf die erwähnten Abbildungen ist mit (1) insgesamt ein Brennofen für Keramikfliesen (2) bezeichnet, der ein Transportsystem enthält, das aus einem Rollentrans­ porter (3) besteht, gebildet aus einer Anzahl von angetriebe­ nen, nebeneinander angeordneten Rollen (4) mit parallelen Achsen zum Bilden einer Transportfläche. Die Fliesen (2) im Inneren des Ofens (1) sind so mit einer gesamten Transportbe­ wegung versehen, deren Vorschub und Richtung durch den Pfeil (5) angezeigt wird.

Auf die auf dem Rollentransporter (3) vorhandenen Fliesen (2) wird Wärme übertragen (oder aus diesen abgezogen, je nach dem "Bereich" des Ofens), und zwar vorwiegend durch Abstrahlung von in bestimmten Abständen oberhalb und unterhalb des Rol­ lentransporters (3) angeordneten Abstrahlflächen. Diese Flä­ chen bestehen in der Verwirklichungsform wie in Abb. 1 aus "Abstrahlwänden" (6), welche die Arbeitskammer (10) des Ofens von dem Inneren der Kammer (8) und (9) wirken, erzeugten Verbrennungsprodukten trennen, wobei wie gesagt in der ge­ trennten Kammer (10) die Fliesen (2) wärmebehandelt werden.

In den Kammern (8) und (9) erfolgt die Wärmeübertragung auf die Wände (6) also zum Teil durch Abstrahlung und zum Teil durch Konvektion, hervorgerufen durch den von den Brennern (7) produzierten heißen Rauch, während in der Arbeitskammer (10) die Wärmeübertragung fast ausschließlich durch Abstrah­ lung zwischen den Wänden (6) und den Fliesen (2) erfolgt.

Die Wände (6) bestehen aus einer Anzahl von rotierenden Körpern, die aus zylindrischen Rollen (11) mit parallelen Achsen gebildet werden, und die sich einander berührend ne­ beneinanderliegend angeordnet sind und um die entsprechenden Achsen in Umdrehung versetzt werden. Die Drehrichtung einer beliebigen Rolle (11) ist entgegengesetzt zu der der angren­ zenden Rollen (11), mit denen sie sich in Kontakt befindet. Die Rollen sind aus feuerfestem Material hergestellt, zum Beispiel aus Keramik oder Metall, sind vorzugsweise hohl und weisen zylindrische äußere Oberflächen auf, die auf jeden Fall durch hohe Emissions- und Absorptionskoeffizienten für die Wärme gekennzeichnet sind. Die Bewegung der Rollen er­ folgt durch herkömmliche mechanische Übertragungsvorrichtun­ gen, die außerhalb des Ofens angeordnet und nicht in den Zeichnungen hervorgehoben sind. Die Anordnung der Rollen (11) nebeneinander und in gegenseitigem Kontakt miteinander gewährleistet eine gute Isolierung zwischen der Arbeitskammer (10) und den Kammern (8) und (9), in denen der von den Brennern (7) produzierte heiße Rauch zirkuliert.

Auf jeden Fall erlaubt die Anordnung der Rollen (11), ein kontrolliertes Trennen der Strömungen zwischen der Arbeits­ kammer (10) und den Kammern (8) und (9) herzustellen. Sollte also ein gewisser Austausch oder Durchlaß von Strömungen zwischen der Arbeitskammer (10) und den Kammern (8) und (9) erforderlich sein, so würde es genügen, eine Wand (6 c), gebildet untereinander gleichen aus Rollen (11 c), anzuordnen, die nicht mehr in gegenseitiger Berührung miteinander stehen, sondern bestimmte Abstände voneinander haben, daß heißt also, daß die Lösung wie in dem Beispiel der Abb. 4 angewandt wird. In diesem Falle könnte die kontrollierte Strömungszirkulierung zwischen den Kammern (8) und (9) und der Arbeitskammer (10) hergestellt werden, indem auf die Höhe des statischen Druckes in den verschiedenen Bereichen einge­ wirkt wird. Dies macht es auch innerhalb bestimmter Grenzen möglich, zwischen den Kammern (8) und (9) und der Arbeitskam­ mer (10) einen Strömungsfluß, sei es in übereinstimmender Richtung mit dem Hauptwärmefluß wie auch entgegengesetzt zu diesem herzustellen.

Durch die Wirkung der Drehbewegung, die den Rollen (11) der Abstrahlwände (6) aufgezwungen wird, befinden sich die Rollen selbst periodisch mit ihren äußeren Oberflächen unterschied­ lichen Bereichen ausgesetzt, die aus den Kammern (8) und (9) und der Arbeitskammer (10) gebildet werden. Während die ein­ zelne Rolle (11) den Kammern (8) und (9) ausgesetzt ist, die die höchste Wärmestufe aufweisen, nimmt sie über ihre Ober­ fläche Wärme auf, die sie infolge der Umdrehung, wenn sie sich mit ihrer Oberfläche in der Arbeitskammer (10) befindet, abgibt. Die Wärme wird an die Mittel abgegeben, die in der Arbeitskammer (10) enthalten sind, in diesem Falle also an die Keramikfliesen (2), und zwar mit der niedrigsten Wärme­ stufe und hauptsächlich in der Form von Abstrahlwärme. Tat­ sächlich erlaubt es die Anordnung der Rollen (11), die neben­ einander liegen und miteinander in Berührung stehen, daß die Kammern (8) und (9), in denen der heiße Rauch und die durch die Verbrennung in den Brennern (7) erzeugten Produkte zirku­ lieren, von der Arbeitskammer (10) getrennt gehalten werden. Die Tatsache, daß die Rollen (11), die horizontale Achsen haben, in Umdrehung gehalten werden, bannt die Gefahr des dauernden Durchbiegens der Rollen durch zähes Absacken unter der statischen Einwirkung des Eigengewichtes und folglich dem der aus den Rollen selbst gebildeten Wand und ermöglicht die Herstellung sehr viel leichterer horizontaler Abstrahlwände, die ausgedehnter sind in Querrichtung im Verhältnis zu der Vorschubrichtung der Fliesen in dem Ofen als jene, die es mit "statischen" Strukturen herzustellen möglich wäre, und zwar bei gleicher Wärmestufe und erreichbaren Wärmeaustausch- Koeffizienten.

Außerdem erlaubt die Möglichkeit der Veränderung der Umdre­ hungsgeschwindigkeit der Rollen (11), welche die Abstrahlwand (6) bilden, unter gleichen anderen Bedingungen, insbesondere denen der "Wärmestufen", den durch die Wand selbst ausge­ tauschten Wärmefluß zu regulieren. Daher ist es durch Ein­ wirken auf die Umdrehungsgeschwindigkeit der Rollen (11) der Wand (6), die durch einen sehr hohen Wärmeaustausch-Koeffi­ zienten gekennzeichnet ist, möglich, mit ausreichender Genau­ igkeit die Wärmemenge zu bestimmen und zu steuern, die aus dem Bereich mit der höheren Wärmestufe in den Bereich mit der niedrigeren Wärmestufe übertragen wird, in diesem Falle auf die in letzterem enthaltenen Körper beziehungsweise auf die Fliesen (2) und umgekehrt. Dies bedeutet auch, daß innerhalb bestimmter Grenzen die in einer Zeiteinheit übertragene Wär­ memenge im wesentlichen auf die Dauer konstant gehalten wer­ den kann, auch bei Veränderungen der Wärmestufen der Kammern (8) und (9), und zwar einfach durch Einwirken auf die Umdre­ hungsgeschwindigkeit der Rollen (11).

Anstelle der Anordnung der die Wand (6) bildenden Rollen (11) wie sie in Abb. 1 gezeigt ist, kann auch die in Abb. 2 dargestellte Anordnung vorgesehen werden. In dieser wird die insgesamt mit (6 a) bezeichnete Abstrahlwand aus einer ersten Anzahl von Trag- oder Stützrollen (11 a) mit parallelen Achsen gebildet, die nebeneinanderliegend mit einem bestimmten Abstand voneinander angeordnet sind, und aus einer zweiten Anzahl von mitgenommenen Rollen (12 a), von denen jede im Kontakt an einem aus zwei nebeneinanderliegen­ den Tragrollen (11 a) gebildeten Rollenpaar anliegt. Die ein­ fach anliegenden Rollen (12 a) werden durch Reibung von den darunterliegenden angetriebenen Rollen (11 a), auf denen sie aufliegen, mit in die Umdrehung gezogen. Diese soeben be­ schriebene Struktur weist, obwohl sie der Abstrahlwand (6) in der ersten Verwirklichungsform gleichwertig ist, im Verhält­ nis zu letzterer erhebliche Vorteile auf. Tatsächlich wird auch in diesem Falle die Abstrahlwand (6 a) aus einer Gruppe von Rollen (11 a) und (12 a) mit parallelen Achsen gebildet, die im Kontakt miteinander angeordnet sind, so daß sich die Drehrichtung einer beliebigen Rolle als entgegengesetzt zu der Drehrichtung der angrenzenden Rolle oder Rollen erweist, mit denen sie in Berührung steht. Im Falle der Wand (6 a) jedoch erhöht sich die Austauschfläche bei gleicher Ausdeh­ nung der Abstrahlwand, es wird insgesamt ein Zustand der größeren Abdichtung, also der größeren Isolierung der Strö­ mungen zwischen den Kammern (8) und (9) und der Arbeitskammer (10) hergestellt, es wird das Bewegungssystem der Rollen vereinfacht, da nur die Tragrollen (11 a) angetrieben sind, während die Rollen (12 a) durch Reibung in die Umdrehung mitgezogen werden, es wird die Gefahr schwerer Beschädigungen an der Wand vermieden, die durch eventuelle Fremdkörper klei­ ner Abmessungen hervorgerufen werden, welche sich zufällig zwischen zwei in gegenseitiger Berührung miteinander stehen­ den Rollen schieben können.

In dem Falle des Einschiebens von festen Fremdkörpern zwi­ schen die Rollen, wird eine Verschiebung der miteinander in Berührung stehenden Rollen nicht verhindert, und zwar dadurch, daß die Rollen (12 a) im Verhältnis zu den Tragrol­ len (11 a) frei sind. Andererseits würde durch das Vorhanden­ sein eines festen Fremdkörpers von großen Abmessungen, bei­ spielsweise einer Fliese, auf den Rollen (12 a) keine Ursache für Störungen sein, da sie auf den Rollen selbst aufliegend, die alle mit der gleichen Drehrichtung versehen sind, durch Reibung mitgezogen würde. Außerdem erweist sich die Wand insgesamt als weniger star und folglich ohne weiters wider­ standsfähiger gegenüber Belastungen, die durch Wärmeschwan­ kungen hervorgerufen werden.

Eine weitere, in zwei Varianten in den Abb. 3 und 3a gezeigte Verwirklichungsform zeigt eine Abstrahlwand (6 b), die aus hohlen Rollen (12 b) besteht, welche in ihrem Inneren durch andere Stütz- und Mitnahmerollen (13) gehalten werden. Jede Stützrolle ist durch einen Außendurchmesser gekenn­ zeichnet, der deutlich geringer ist als der Innendurchmesser der entsprechenden hohlen Rolle, in die sie eingesetzt ist. Die Stützrollen (13) sind in bestimmten Abständen voneinander angeordnet und haben parallele Achsen, so daß sich die hohlen Rollen (12 b) als nebeneinanderliegend und in gegensei­ tiger Berührung miteinander stehend erweisen.

Andere Verwirklichungsformen, die in den Abb. 5 und 6 dargestellt sind, sehen Abstrahlwände (6 d) und (6 e) vor, gebildet aus Profile (11 d) und (11 e) aufweisende Rollen, die gegenseitig zahnradartig miteinander verbindbar sind. Diese besonderen Verbindungsanordnungen zwischen den Rollen sehen das Erreichen von unterschiedlichen Abdichtungszuständen für die Strömungen vor, folglich also Abstrahlwände, die unter­ schiedliche Trennzustände zwischen den Bereichen herstellen, welche sie trennen.

Bei allen dargestellten Verwirklichungsformen ist der Wärme­ austausch verhältnismäßig von der eigenen thermi­ schen Leitfähigkeit der zur Herstellung der Wand verwendeten Materialien, während er dagegen von dem Absorptions- und Emissionskoeffizienten der rotierenden Körper (Rollen) ab­ hängt, welche die Wand bilden. Um die Wirksamkeit des Wärmetausches zu verstärken, ist die Möglichkeit der "Behand­ lung" der Rollenoberflächen vorgesehen, beispielsweise mit Beschichtungen, die in der Lage sind, ihnen Absorptions- und Emissionskoeffizienten zu verleihen, die sich denen des schwarzen Körpers nähern. Diese Eigenschaften können nur auf eine dünne Oberflächenschicht der Rollen begrenzt sein. Dies macht Lösungen wie die in den Abb. 3 und 3a schema­ tisch dargestellten vorteilhaft, bei denen die Austauschfunk­ tion vollkommen den hohlen Rollen (12 b) übertragen ist, wäh­ rend die Stützfunktionen an die Stützrollen (13) verwiesen ist. Natürlich können an der Erfindung zahlreiche Änderungen prak­ tisch-anwendbarer Art angebracht werden, ohne jedoch aus dem Schutzbereich der beanspruchten erfinderischen Idee herauszu­ gehen.

Claims (8)

1. Abstrahlwand, insbesondere für Wärmeaustauscher, Muf­ felofen und ähnliches, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Anzahl von rotierenden Körpern (11, 11 c, 11 a) und (12 a, 12 b, 11 d, 11 e) enthält, die insgesamt eine Wand (6, 6 c, 6 a, 6 b, 6 d, 6 e) bilden, die zwei Bereiche trennt, welche Mittel enthalten, zwischen denen ein Wärmeaustausch erfolgt.

2. Wand nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Körper (11, 11 c, 11 a) und (12 a, 12 b, 11 d, 11 e) einer neben dem anderen angeordnet sind und um Achsen zum Drehen gebracht werden, die parallel zu der Wand selbst verlaufen.

3. Wand nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Körper (11, 11 c, 11 a) und (12 a, 12 b, 11 d, 11 e) aus Rollen oder ähnlichem mit parallelen Achsen bestehen, die aufeinanderfolgend und miteinander in Berührung stehend ange­ ordnet sind, wobei vorgesehen ist, daß die Drehrichtung einer allgemeinen Rolle entgegengesetzt zu der Drehrichtung der angrenzenden Rolle oder Rollen verläuft, mit denen sie in Berührung steht, und wobei weiter vorgesehen ist, daß die Drehgeschwindigkeit der Rollen selbst verändert werden kann.

4. Wand nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Rollen eine erste Anzahl von tragenden Stütz­ rollen (11 a) mit parallelen Achsen enthalten, die aufeinan­ derfolgend und in festgelegten gleichen Abständen voneinander angeordnet sind, sowie eine zweite Anzahl von Rollen (12 a), von denen jede einfach im Kontakt an ein aus zwei der ge­ nannten aneinanderliegenden Stützrollen (11 a) gebildetes Rollenpaar angelehnt ist und von diesem durch Reibung mit in die Umdrehung gezogen wird.

5. Wand nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Rollen (12 b) hohl sind und in ihrem Inneren durch weitere Stütz- und Mitnahmerollen (13) gehalten werden, und zwar im Verhältnis von wenigstens einer Stützrolle (13) für jede hohle Rolle (12 b), wobei jede genannte Stützrolle (13) einen geringeren Außendurchmesser aufweist als der Innendurchmesser der entsprechenden hohlen Rolle (12 b), in die sie eingesetzt ist, und wobei die genannten Stützrollen (13) mit festgelegten und gegenseitigen Abständen voneinander angeordnet sind, so daß zwei beliebige aufeinanderfolgende hohle Rollen (12 b) sich berührend aufeinanderliegen.

6. Wand nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Körper aus Rollen mit zueinander parallel ver­ laufenden Achsen (11 c) bestehen, die aufeinanderfolgend mit kurzen Abständen voneinander angeordnet sind.

7. Wand nach Patentanspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die genannten Körper (11, 11 c, 11 a) und (12 a, 12 b, 11 d, 11 e) aus feuerfestem Material, zum Beispiel, aus Keramik oder Metall, äußere Oberflächen aufweisen, die mit hohen Absorptions- und Emissionskoeffizienten versehen sind.

8. Wand nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die genannten Rollen (11 d) und (11 e) in dem normal zu der Drehachse verlaufenden Schnitt Profile aufweisen, die in Form von Verzahnungen gegenseitig miteinander verbindbar sind.