EP1673581A1 - Temperiergerät für industrielle wärmeverbraucher - Google Patents

Temperiergerät für industrielle wärmeverbraucher

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EP1673581A1
EP1673581A1 EP04765535A EP04765535A EP1673581A1 EP 1673581 A1 EP1673581 A1 EP 1673581A1 EP 04765535 A EP04765535 A EP 04765535A EP 04765535 A EP04765535 A EP 04765535A EP 1673581 A1 EP1673581 A1 EP 1673581A1
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EP
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exhaust gas
transfer medium
temperature control
control device
heat transfer
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Hartmut Seifert
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EOn Ruhrgas AG
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EOn Ruhrgas AG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H1/00—Water heaters, e.g. boilers, continuous-flow heaters or water-storage heaters
    • F24H1/18—Water-storage heaters
    • F24H1/20—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes
    • F24H1/205—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes with furnace tubes
    • F24H1/206—Water-storage heaters with immersed heating elements, e.g. electric elements or furnace tubes with furnace tubes with submerged combustion chamber
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23C—METHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C3/00—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber
    • F23C3/004—Combustion apparatus characterised by the shape of the combustion chamber the chamber being arranged for submerged combustion

Definitions

  • the invention relates to a temperature control device for industrial heat consumers, in particular molds which are in heat exchange with a liquid heat transfer medium which flows in a circuit line, with a container in which there is a heating device for the heat transfer medium.
  • Temperature control devices of this type are used for the temperature control of injection molds and die-casting molds for processing plastics, rubber, and metal die-casting.
  • Other applications include tempering batch tanks in the pharmaceutical and chemical industries, and roller tempering in the manufacture of paper and chipboard.
  • the heat transfer medium is heated in the container to a desired temperature by means of the heating device.
  • the temperature is usually kept constant.
  • the heat transfer medium is led to one or more heat consumers by means of a pump.
  • the invention is therefore based on the object of improving a temperature control device of the type mentioned at the outset in such a way that these disadvantages are avoided, the heating time in particular being short.
  • a plurality of essentially tubular exhaust gas heat exchangers are connected to the combustion chamber and are arranged at a distance from one another and open with their downstream ends into an exhaust gas collection chamber which has an outlet opening.
  • Installation is simple because the combustion chamber, the exhaust gas heat exchanger and the exhaust gas collection chamber form a structural unit that can be fastened in the container.
  • the combustion chamber has a connection for the supply of external burner exhaust gases which can be conducted through the exhaust gas heat exchanger when the gas burner is switched off.
  • the waste heat from other gas burners, the exhaust gases of which can still have a temperature of around 160 ° C to 200 ° C, can be used to save energy Maintaining the temperature of the heat transfer medium can be used.
  • the mixing device consists of an exchangeable venturi nozzle through which combustion air flows with the aid of a blower located in the mixture path, fuel gas being sucked in from a fuel gas line via at least one passage opening.
  • a pressure drop occurs in the venturi nozzle, so that the fuel gas is drawn in. If the air flow changes, the fuel gas flow follows in the specified ratio.
  • the maximum output of the gas burner is determined by the dimensions of the venturi nozzle. This maximum output can be changed in a particularly simple manner by merely exchanging the venturi nozzle for one with different dimensions. This is of particular importance if the heat transfer medium is to be exchanged for a heat transfer medium with a different maximum temperature.
  • the combustion gas / combustion air is preferably fed to the burner plate designed as a metal fiber plate by means of a fan, the speed of which can be regulated.
  • Figure 1 is a schematic representation of the essential components of a temperature control device.
  • Fig. 2 is a schematic plan view of the heating device of the temperature control device.
  • Fig. 1 shows a container 1 for a heat transfer medium.
  • a circuit line 2 in which the heat transfer medium is pumped in a circle is on the container 1 and connected to at least one heat consumer 3 in the form of a mold.
  • the molding tool 3 has a channel, not shown, through which the heat transfer medium flows and thereby releases heat.
  • the molding tool is, for example, an injection mold for plastic. Water is used as the heat transfer medium.
  • the container 1 is provided with a heating device 4, which is designed as a fully premixing gas burner, which is operated with natural gas.
  • the gas burner has a rectangular burner plate 5, which is designed as a metal fiber plate.
  • a combustion chamber 6 connects to the burner plate 5.
  • the arrangement of the exhaust gas heat exchanger can also be seen in FIG. 2.
  • the combustion chamber 5, the exhaust gas heat exchanger 6 and the exhaust gas collection chamber 7 form a structural unit which is fastened to a side wall of the container 1 in a manner not shown by means of a flange connection.
  • the combustion chamber 6 and the exhaust gas heat exchanger 7 are in direct heat exchange with the heat transfer medium, so that the hot exhaust gases heat it up relatively quickly to the desired temperature.
  • the fuel gas-A combustion air mixture is generated by means of a mixing device 10, which consists of a venturi nozzle which is open at the end, so that ambient air is drawn in by means of a fan 13. Since a pressure drop occurs in the venturi nozzle 10, natural gas is drawn in from a gas line 11 via a passage opening 12 which is designed as an annular gap.
  • the gas supply can be interrupted in a known manner by means of a solenoid valve (not shown) in the gas line 11.
  • the dimensions of the venturi nozzle 10 determine the maximum power of the gas burner. This maximum output can be changed in a particularly simple manner by merely replacing the venturi nozzle 10 with one having different dimensions. This is of particular importance if the heat transfer medium is to be exchanged for a heat transfer medium with a different maximum temperature.
  • the fuel gas / combustion air mixture is fed to the burner plate 5 by means of the fan 13, the speed of which can be regulated. In this way, the performance of the gas burner can be varied. Since the burner plate 5 glows during operation, post-ignition takes place continuously, which means that the burner burns very stably.
  • the burner output can thus be modulated by intermittent operation.
  • the exhaust gas heat exchanger 7 can be designed in any way.
  • the passage opening 12 can be designed in the form of several bores. Instead of water, thermal oil or another suitable liquid can also be used as the heat transfer medium.
  • the combustion chamber 6 can have an exhaust gas connection for energy-saving use of the waste heat from external gas burners.

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Description

Temperiergerät für industrielle Wärmeverbraucher
Die Erfindung betrifft ein Temperiergerät für industrielle Wärmeverbraucher, insbesondere Formwerkzeuge, die in Wärmetausch mit einem flüssigen Warmetragermedium stehen, welches in einer Kreislaufleitung strömt, mit einem Behälter, in dem sich eine Heizeinrichtung für das Warmetragermedium befindet,
Derartige Temperiergeräte werden zum Temperieren von Spritzgieß- und Druckgussformen für die Kunststoff-, Gummi-, Metalldruckguss- Verarbeitung eingesetzt. Weitere Anwendungen sind das Temperieren von An- satzbehältem in der Pharma- und der Chemieindustrie sowie die Walzentemperierung bei der Herstellung von Papier und Spanplatten.
Als Warmetragermedium wird insbesondere Wasser oder Thermoöl verwendet. Das Warmetragermedium wird in dem Behälter mittels der Heizeinrichtung auf eine Solltemperatur erhitzt. Die Temperatur wird in der Regel konstant gehalten. Im Behälter befindet sich eine Kühlschlange, die an einen externen Kühlkreislauf angeschlossen ist, um die Temperaturkon- stanz zu gewährleisten. Das Warmetragermedium wird mittels einer Pumpe zu einem oder mehreren Wärmeverbrauchern geführt.
Aus der Praxis ist bekannt, in dem Behälter zum Erhitzen des Wärmeträgermediums elektrische Widerstandsheizelemente in Form von z. B. Heizstäben zu verwenden. Elektrische Widerstandheizelemente haben den Nachteil, dass die Aufheizgeschwindigkeit gering ist. Demzufolge ist die Aufheizzeit, d. h. die Zeit in der das Warmetragermedium zu Produktionsbeginn oder nach dem Abkühlen die gewünschte Solltemperatur erreicht hat, relativ lang. Nachteilig ist weiterhin, dass elektrische Widerstandsheizelemente mit relativ großem Aufwand ausgetauscht werden müssen, falls ein Warmetragermedium gegen ein solches mit anderer Maximaltemperatur ausgewechselt werden soll. Die Maximaltemperatur des Wärmeträgermediums hängt von der Art des verwendeten Wärmeträgermediums ab. Wasser ist bekanntlich nicht höher als 100°C erhitzbar. Thermoöl kann Temperaturen bis 350°C erreichen. Hinzu kommt, dass die Standzeit elektrischer Heizelemente in Folge von Alterungsprozessen relativ gering ist. Dies wirkt sich negativ auf die laufende Produktion aus.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Temperiergerät der eingangs genannten Art derart zu verbessern, dass diese Nachteile vermieden werden, wobei insbesondere die Aufheizzeit gering sein soll.
Diese Aufgabe wird durch ein Temperiergerät mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Da die Brennkammer und der Abgaswärmetauscher des Gasbrenners in direktem Wärmetausch mit dem Warmetr germedium stehen und die Abgastemperaturen hoch sind, ist die Aufheizzeit für das Warmetragermedium sehr gering.
Vorzugsweise sind an die Brennkammer mehrere parallel und mit Abstand zueinander angeordnete im wesentlichen rohrförmige Abgas-Wärme- tauscher angeschlossen, die mit ihren stromabwärts gelegenen Enden in eine Abgas-Sammelkammer münden, die eine Austrittsöffnung aufweist.
Die Montage ist einfach, weil die Brennkammer, die Abgas-Wärmetauscher und die Abgas-Sammelkammer eine Baueinheit bilden, die im Behälter befestigt werden kann.
Erfindungsgemäß weist die Brennkammer einen Anschluss für die Zuführung von fremden Brennerabgasen auf, die bei abgeschaltetem Gasbrenner durch den Abgas-Wärmetauscher leitbar sind. Auf diese Weise kann die Abwärme von fremden Gasbrennern, deren Abgase noch eine Temperatur von etwa 160°C bis 200°C haben kann, energiesparend zur Aufrechterhaltung der Temperatur des Wärmeträgermediums genutzt werden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Mischeinrichtung aus einer austauschbaren Venturiedüse, durch die mit Hilfe eines im Gemischweg befindlichen Gebläses Verbrennungsluft strömt, wobei über mindestens eine Durchtrittsöffnung Brenngas aus einer Brenngasleitung ansaugt wird.
In der Venturiedüse entsteht eine Druckabfall, so dass das Brenngas angesaugt wird. Wenn der Luftstrom sich ändert, folgt der Brenngasstrom im vorgegebenen Verhältnis. Die maximale Leistung des Gasbrenners wird durch die Abmessungen der Venturiedüse bestimmt. Diese Maximalleistung kann auf besonders einfache Weise geändert werden, indem lediglich die Venturiedüse gegen eine solche mit anderen Abmessungen ausgetauscht wird. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn das Warmetragermedium gegen ein Warmetragermedium mit einer anderen Höchsttemperatur ausgetauscht werden soll.
Vorzugsweise wird der als Metallfaserplatte ausgebildeten Brennerplatte das Brenngas-/Verbrennungsluft mittels eines Gebläses zugeführt, dessen Drehzahl regelbar ist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungs- beispiels des erfindungsgemäßen Temperiergerätes in Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.
Die Zeichnung zeigt in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der wesentlichen Komponenten eines Temperiergerätes;
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Heizeinrichtung des Temperiergerätes.
Fig. 1 zeigt einen Behälter 1 für ein Warmetragermedium. Eine Kreislaufleitung 2 in der das Warmetragermedium in Kreis gepumpt wird, ist an dem Behälter 1 und an mindestens einen Wärmeverbraucher 3 in Form eines Formwerkzeuges angeschlossen. Das Formwerkzeug 3 weist einen nicht dargestellten Kanal auf, durch den das Warmetragermedium strömt und dabei Wärme abgibt. Bei dem Formwerkzeug handelt es sich beispielsweise um eine Spritzgießform für Kunststoff. Als Wärmeträgerme- dium wird Wasser verwendet.
Der Behälter 1 ist mit einer Heizeinrichtung 4 versehen, die als voll vormischender Gasbrenner ausgebildet ist, der mit Erdgas betrieben wird.
Der Gasbrenner weist eine rechteckige Brennerplatte 5 auf, die als Metallfaserplatte ausgebildet ist. An die Brennerplatte 5 schließt sich eine Brennkammer 6 an. An diese sind mehrere parallel und mit Abstand zueinander angeordnete Abgas-Wärmetauscher 7 angeschlossen, die mit ihren stromabwärts gelegenen Enden in eine Abgas-Sammelkammer 8 münden, die eine Austrittsöffnung 9 aufweist. Die Anordnung der Abgas- Wärmetauscher ist auch Fig. 2 zu entnehmen.
Die Brennkammer 5, die Abgas-Wärmetauscher 6 und die Abgas-Sammelkammer 7 bilden eine Baueinheit, die auf nicht dargestellte Weise mittels einer Flanschverbindung an einer Seitenwand des Behälters 1 befestigt ist.
Die Brennkammer 6 und der Abgaswärmetauscher 7 stehen in direktem Wärmetausch mit dem Warmetragermedium, so dass dieses von den heißen Abgasen relativ schnell auf die Solltemperatur aufgeheizt wird.
Das Brenngas-A erbrennungsluftgemisch wird mittels einer Mischeinrichtung 10 erzeugt, die aus einer Venturiedüse besteht, die stirnseitig offen ist, so dass Umgebungsluft mittels eines Gebläses 13 angesaugt wird. Da in der Venturiedüse 10 ein Druckabfall entsteht, wird Erdgas aus einer Gasleitung 11 über eine Durchtrittsöffnung 12 angesaugt, die als Ringspalt ausgebildet ist. Die Gaszufuhr kann auf bekannte Weise mittels eines nicht dargestelltes Magnetventils in der Gasleitung 11 unterbrochen werden. Die Abmessungen der Venturiedüse 10 bestimmen die maximale Leistung des Gasbrenners. Diese Maximalleistung kann auf besonders einfache Weise geändert werden, indem lediglich die Venturiedüse 10 gegen eine solche mit anderen Abmessungen ausgetauscht wird. Dies ist von besonderer Bedeutung, wenn das Warmetragermedium gegen ein Wärme- trägermedium mit einer anderen Höchsttemperatur ausgetauscht werden soll.
Das Brenngas-Λ/erbrennungsluftgemisch wird der Brennerplatte 5 mittels des Gebläses 13 zugeführt, dessen Drehzahl regelbar ist. Auf diese Weise kann die Leistung des Gasbrenners variiert werden. Da die Brennerplatte 5 während des Betriebs glüht, findet ständig eine Nachzündung statt, wodurch der Brenner sehr stabil brennt.
Im Rahmen der Erfindung sind ohne weiteres Abwandlungsmöglichkeiten gegeben. So kann die Brennerleistung durch taktweisen Betrieb moduliert werden. Der Abgas-Wärmetauscher 7 kann beliebig gestaltet sein. Die Durchtrittsöffnung 12 kann in Form von mehreren Bohrungen ausgeführt sein. Anstelle von Wasser kann als Warmetragermedium auch Thermoöl oder eine andere geeignete Flüssigkeit verwendet werden. Die Brennkammer 6 kann einen Abgasanschluss zur energiesparenden Nutzung der Abwärme von fremden Gasbrennern aufweisen.

Claims

Ansprüche
1. Temperiergerät für industrielle Wärmeverbraucher, insbesondere Formwerkzeuge, die in Wärmetausch mit einem flüssigen Warmetragermedium stehen, welches in einer Kreislauf leitung (2) strömt, mit einem Behälter (1 ), in dem sich eine Heizeinrichtung (4) für das Warmetragermedium befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (4) als Gasbrenner ausgebildet ist, der eine Mischeinrichtung (9) für Brenngas und Verbrennungsluft und eine Brennerplatte (5) aufweist, an die sich eine Brennkammer (6) anschließt, an welche mindestens ein Abgas-Wärmetauscher (7) angeschlossen ist, wobei die Brennkammer (6) und der Abgaswärmetauscher (7) in Wärmetausch mit dem Warmetragermedium stehen.
2. Temperiergerät nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an die Brennkammer (6) mehrere parallel und mit Abstand zueinander angeordnete im wesentlichen rohrförmige Abgas-Wärmetauscher (7) angeschlossen sind, die mit ihren stromabwärts gelegenen Enden in eine Abgas-Sammelkammer (8) münden, die eine Austrittsöffnung (9) aufweist.
3. Temperiergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (6), die Abgas-Wärmetauscher (7) und die Abgas-Sammelkammer (8) eine Baueinheit bilden, die im Behälter (1 ) befestigt ist.
4. Temperiergerät nach einem der Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Brennkammer (6) einen Anschluss für die Zuführung von fremden Abgasen aufweist, die bei abgeschaltetem Gasbrenner durch den Abgas-Wärmetauscher leitbar sind.
5. Temperiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mischeinrichtung (10) aus einer austauschbaren Venturiedüse besteht, durch die Verbrennungsluft strömt, wobei über mindestens eine Durchtrittsöffnung (11 ) Brenngas aus einer Brenngasleitung (12) ansaugt wird.
6. Temperiergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der als Metallfaserplatte ausgebildeten Brennerplatte (5) das Brenngas- Λ erbrennungsluft-Gemisch mittels eines Gebläses (13) zugeführt wird, dessen Drehzahl regelbar ist.
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