WO2005031222A1 - Tempering device for industrial heat consumers - Google Patents

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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

Abstract

The invention relates to a tempering device for industrial heat consumers, especially form tools, that exchange heat with a liquid heat transfer medium flowing through a circulation line. Said tempering device comprises a container which houses a heating device for the heat transfer medium. According to the invention, the heating device (4) is configured as a gas burner which comprises a mixing device (9) for burnable gas and combustion air and a burner plate (5) adjoining a combustion chamber (6) to which at least one exhaust gas heat exchanger (7) is connected. The invention is characterized in that the combustion chamber (6) and the exhaust gas heat exchanger (7) exchange heat with the heat transfer medium.

Description

Temperiergerät für industrielle Wärmeverbraucher Temperature control unit for industrial heat consumers
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,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.
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.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.
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.In particular, water or thermal oil is used as the heat transfer medium. 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. There is a cooling coil in the tank, which is connected to an external cooling circuit to ensure constant temperature. The heat transfer medium is led to one or more heat consumers by means of a pump.
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.From practice it is known in the container for heating the heat transfer medium electrical resistance heating elements in the form of z. B. to use heating rods. Electrical resistance heating elements have the disadvantage that the heating rate is slow. As a result, the heating-up time, ie the time in which the heat transfer medium has reached the desired target temperature at the start of production or after cooling, is relatively long. Another disadvantage is that electrical resistance heating elements have to be replaced with relatively great effort if a heat transfer medium is to be exchanged for one with a different maximum temperature. The maximum temperature of the heat transfer medium depends on the type of heat transfer medium used. As is well known, water cannot be heated above 100 ° C. Thermal oil can reach temperatures up to 350 ° C. In addition, the service life of electrical heating elements is relatively short as a result of aging processes. This has a negative impact on ongoing production.
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.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.
Diese Aufgabe wird durch ein Temperiergerät mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.This object is achieved by a temperature control device with the features of claim 1.
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.Since the combustion chamber and the exhaust gas heat exchanger of the gas burner are in direct heat exchange with the hot medium and the exhaust gas temperatures are high, the heating up time for the warm medium is very short.
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.Preferably, 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.
Die Montage ist einfach, weil die Brennkammer, die Abgas-Wärmetauscher und die Abgas-Sammelkammer eine Baueinheit bilden, die im Behälter befestigt werden kann.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.
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.According to the invention, 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. In this way, 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.
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 a preferred embodiment, 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.
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.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.
Vorzugsweise wird der als Metallfaserplatte ausgebildeten Brennerplatte das Brenngas-/Verbrennungsluft mittels eines Gebläses zugeführt, dessen Drehzahl regelbar ist.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.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungs- beispiels des erfindungsgemäßen Temperiergerätes in Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below on the basis of a preferred embodiment of the temperature control device according to the invention in connection with the drawing.
Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der wesentlichen Komponenten eines Temperiergerätes;Figure 1 is a schematic representation of the essential components of a temperature control device.
Fig. 2 eine schematische Draufsicht auf die Heizeinrichtung des Temperiergerätes.Fig. 2 is a schematic plan view of the heating device of the temperature control device.
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.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.
Der Behälter 1 ist mit einer Heizeinrichtung 4 versehen, die als voll vormischender Gasbrenner ausgebildet ist, der mit Erdgas betrieben wird.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.
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.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. A plurality of exhaust gas heat exchangers 7, which are arranged in parallel and at a distance from one another, are connected to them, and their downstream ends open into an exhaust gas collection chamber 8 which has an outlet opening 9. The arrangement of the exhaust gas heat exchanger can also be seen in FIG. 2.
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.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.
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.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.
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.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.
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.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.
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. Within the scope of the invention, modification options are readily available. 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.

Claims

Ansprüche Expectations
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.1. 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 (2), with a container (1) in which there is a heating device (4) for the heat transfer medium, thereby characterized in that the heating device (4) is designed as a gas burner which has a mixing device (9) for fuel gas and combustion air and a burner plate (5) to which a combustion chamber (6) is connected, to which at least one exhaust gas heat exchanger (7 ) is connected, the combustion chamber (6) and the exhaust gas heat exchanger (7) being in heat exchange with the heat transfer medium.
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.2. Temperature control device according to claim 1, characterized in that to the combustion chamber (6) a plurality of parallel and spaced from each other substantially tubular exhaust gas heat exchanger (7) are connected, with their downstream ends in an exhaust gas collection chamber (8) open, which has an outlet opening (9).
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.3. Temperature control device according to claim 2, characterized in that the combustion chamber (6), the exhaust gas heat exchanger (7) and the exhaust gas collection chamber (8) form a structural unit which is fastened in the container (1).
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. 4. Temperature control device according to one of claims 1 to 3, characterized in that the combustion chamber (6) has a connection for the supply of foreign exhaust gases which can be conducted through the exhaust gas heat exchanger when the gas burner is switched off.
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.5. Temperature control device according to one of claims 1 to 4, characterized in that the mixing device (10) consists of an exchangeable venturi nozzle through which combustion air flows, fuel gas being drawn in from a fuel gas line (12) via at least one passage opening (11).
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. 6. Temperature control device according to one of claims 1 to 5, characterized in that the burner plate (5) designed as a metal fiber plate is supplied with the fuel gas Λ combustion air mixture by means of a blower (13), the speed of which can be regulated.
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