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Heiz- oder Kühleinrichtung Bei Heizeinrichtungen für Maschinen und Apparate, wie Plattenpressen, Bäder, Walzwerke, Trockenzylinder oder dergleichen, wird oft die Forderung gestellt, dass die an den Heizflächen auftretende Temperaturdifferenz ein gewisses Höchstmass nicht überschreiten darf, weil sonst ein minderwertiges oder unbrauchbares Produkt entsteht oder andere unerwünschte Folgeerscheinungen auftreten. Mit Rücksicht auf diese Forderung war man gezwungen, bei solchen Heizeinrichtungen anstelle von Dampf ein flüssiges Medium, z. B. Warm- oder Heisswasser, als Wärmeträger zu verwenden, da man es in diesem Falle durch Wahl einer entsprechend grossen Durchflussmenge in der Hand hat, die Temperaturdifferenz in den geforderten Grenzen zu halten.
Bei Anlagen mit grossem Wärmebedarf und geringer zulässiger Temperaturdifferenz führt dies jedoch zu einem unverhältnismässig grossen Aufwand an Pumpen, Rohrleitungen, Ventilen und dergleichen und ausserdem zu einem zu hohen Kraftverbrauch für das Umpumpen der verhältnismässig grossen Flüssigkeitsmengen.
Die Erfindung geht aus von der Aufgabe, z. B. Heizeinrichtungen für Maschinen und Apparate der genannten Art derart auszubilden, dass eine vorbestimmte Temperaturdifferenz an den Heizflächen mit einer wesentlich geringeren Durchflussmenge des Wärmeträgers erzielt werden kann als bei den bisher bekannten Einrichtungen bzw., bei gleicher Durchflussmenge, eine wesentlich geringere Temperaturdifferenz an den Heizflächen auftritt.
Die Erfindung ist jedoch nicht auf Lösung dieser Aufgabe beschränkt, sondern betrifft allgemein eine Heiz- oder Kühleinrichtung mit mindestens einem von einem Wärme- oder Kälteträger durchströmten Rohr. Diese Einrichtung zeichnet sich nach der Erfindung dadurch aus, dass mindestens ein Abschnitt dieses Rohres von einer Leitung umgeben ist, durch welche der Wärme- oder Kälteträger nach dem Durchströmen des genannten Rohres hindurchfliesst und durch deren Aussenfläche die Wärme oder Kälte nach aussen abgegeben wird.
Wie nachfolgend gezeigt werden wird, ermöglicht dies beispielsweise bei einer Heizeinrichtung eine bedeutend gleichmässigere Wärmeabgabe als bisher über die gesamte Heizfläche zu erzielen, bei entsprechend geringeren Temperaturdifferenzen längs derselben und mit einer wesentlich geringeren Durchflussmenge als bei bisher üblichen Heizeinrichtungen. Dadurch ergibt sich der Vorteil einer kleineren und wirtschaftlicheren Heizeinrichtung sowie eines geringeren Kräfteverbrauches für die Umwälzung des Wärmeträgers. Bei gleich grosser Heizeinrichtung kann dagegen die erreichbare Minimaltemperaturdifferenz gegenüber der mit den bisher gebräuchlichen Einrichtungen erzielbaren Temperaturdifferenz erheblich, z.
B. auf weniger als 113, herabgesetzt werden, wodurch wesentliche Vorteile bei der Produktion sehr temperaturempfindlicher Erzeugnisse erzielt werden können.
In. der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele des Erfindungsgegenstandes schematisch dargestellt. Fig. 1 ist ein Längsschnitt durch eine erste Heiz- einrichtung; Fig. 2 ist ein Schaubild, das den Temperaturverlauf des Wärmeträgers bei den bisher bekannten Heizeinrichtungen zeigt; Fig. 3 ist ein Schaubild, das im Vergleich zu dem Schaubild nach Fig.2 den Temperaturverlauf des Heizmediums bei der Einrichtung nach Fig. 1 zeigt;
Fig.4 ist ein Längsschnitt durch die zweite Heizeinrichtung, und
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Fig. 5 ist ein Querschnitt derselben nach der Linie V-V von Fig. 4.
Die Heizeinrichtung nach Fig. 1 weist ein mäanderförmig gebogenes Rohr 1 auf, das auf seiner ganzen Länge von einem zu ihm koaxialen Rohr 2 umgeben ist. Der Wärmeträger tritt durch den Anschluss 3 in das Rohr 1 ein und verlässt dasselbe an dessen Ende 4. Hierauf strömt der Wärmeträger in der von den Rohren 1 und 2 begrenzten Leitung von ringförmigem Querschnitt im Gegenstrome zurück und verlässt diese Leitung durch den am Rohr 2 vorgesehenen Anschluss 5. Die Aussenfläche dieses Rohres gibt die Wärme für den gewünschten Zweck nach aussen ab.
Bei den bisher üblichen Heizeinrichtungen, bei welchen die Heizfläche unmittelbar durch den in einem Rohr strömenden und zirkulierenden Wärmeträger erwärmt wird, tritt ein Temperaturverlauf auf, der aus Fig. 2 erkennbar ist: Hiebei tritt der Wärmeträger bei Punkt 3' in den Heizkanal (Rohr) mit der Temperatur t1 ein, die infolge der Wärmeabgabe an die Heizfläche in der Durchflussrichtung bis zur Austrittsstelle 5' nach einer Exponentialkurve auf die Temperatur t2 abfällt.
Wenn die vorgeschriebene Temperaturdifferenz d t in Grad Celsius, Q der Wärmebedarf der Heizeinrichtung in Kcal/h, G die Durchflussmenge in kg/h und c., die mittlere spezifische Wärme des Wärmeträgers bedeutet, ergibt sich die erforderliche Durchflussmenge bei einer Heiz- einrichtung der üblichen Art aus der Beziehung
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Bei der der Fig. 3 zugrunde gelegten Heizeinrich- tung nach Fig. 1 tritt der Wärmeträger bei Punkt 3 mit der Temperatur t'1 in das Innenrohr des Heiz- elementes ein,
worauf infolge der Wärmeabgabe aus dem Innenrohr an den in der dasselbe umgebenden Leitung im Gegenstrom zurückfliessenden, bereits abgekühlten Wärmeträger die Temperatur des Wärmeträgers im Innenrohr nach einer Exponentialkurve bis zur Temperatur t'2 beim Punkt 4 absinkt. Bei Punkt 4 tritt der Wärmeträger mit der Endtemperatur t'2 in die das Innenrohr umgebende Leitung ein.
Auf dem Wege von Punkt 4 bis zu einem Punkt 6 sinkt die Temperatur infolge der Wärmeabgabe an die Heizfläche weiter ab, jedoch nicht in dem Masse, wie es bei den Heizungen üblicher Art der Fall ist, weil der Wärmeträger mit fortschreitendem Temperaturabfall aus dem Innenrohr Wärme aufnehmen kann. Bei Punkt 6 wird dann ein Gleichgewichtszustand erreicht, wobei der Wärmeträger in der Leitung gleichviel Wärme an die Heizfläche abgibt, als er vom Innenrohr empfängt. Auf dem weiteren Weg von Punkt 6 zurAustrittsstelle 5 empfängt der Wärmeträger in der Leitung mehr Wärme vom Innenrohr, als es an die Heizfläche abgeben kann.
Infolgedessen steigt die Temperatur des Wärmeträgers in diesem Abschnitt im Sinne der Rückstromrichtung wieder an, bis sie an der Austrittsstelle bei Punkt 5 den Wert t'4 erreicht, der bei günstiger Dimensionierung der Heizfläche ungefähr der Temperatur t'2 bei Punkt 4 entspricht.
Für diese Heizeinrichtung gilt die Beziehung
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wobei jedoch die Temperaturdifferenz J t' für die Temperaturverteilung auf der Heizfläche belanglos ist. Massgebend für die Temperaturverteilung ist vielmehr die Temperaturdifferenz d t", die bei richtig ausgelegten Heizflächen, wie die Praxis gezeigt hat, nur 11,3 oder weniger der Temperaturdifferenz d t' beträgt.
Mit d t = 4t" ergäbe sich bei den üblichen Heiz- einrichtungen aus der ersten Formel eine Durchfluss- menge
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Man erhält somit G'jG = d t";d t', so dass z. B. G' < 1/3 G wird, das heisst zur Erzielung derselben äussern Temperaturdifferenz d t = d t" ist somit bei der Heizeinrichtung nach Fig. 1 weniger als 1/3 derjenigen Dur hflussmenge erforderlich, die bei den bisher üblichen Heizeinrichtungen notwendig war.
Mehrere Heizeinrichtungen der in Fig. 1 gezeigten Art können natürlich z. B. in Parallel- oder Serieschaltung zu einer grösseren Heizeinrichtung vereinigt werden. Solche Heizeinrichtungen eignen sich speziell zur Beheizung von Bädern oder dergleichen.
Die Heizeinrichtung nach Fig. 4 weist zwei ebenfalls mäanderförmig gebogene Rohre 7 und 7', die parallel an ein Zuführungsrohr 8 angeschlossen sind, auf. Eine Heizplatte 9 ist von zwei mäander- förmigen Kanälen 10 und 10' durchzogen. Die Rohre 7 bzw. 7' liegen nicht gänzlich innerhalb der Kanäle 10 bzw. 10', sondern nur je drei einander parallele Abschnitte 11 bzw. 11' dieser Rohre liegen innerhalb dieser Kanäle und werden somit von Leitungen (Kanälen) mit ringförmigem Querschnitt umgeben.
Die Rohre 7 und 7' gehen nicht durch alle Längsabschnitte der Kanäle 10 und 10' hindurch. In den Abschnitten 12 bzw. 12' dieser Kanäle befinden sich Blindrohre 13 bzw. 13', die nicht vom Wärmeträger durchströmt sind, die aber mit der Wand dieser Kanäle ebenfalls Leitungen (Kanäle) von ringförmigem Querschnitt bilden, die denen um die Rohrabschnitte 11 bzw. 11' gleich sind.
Der Wärmeträger strömt in Richtung der Pfeile durch die Rohre 7 bzw. 7', tritt aus deren Enden 14 bzw. 14' in die Kanäle 10 bzw. 10' ein und fliesst dann im Gegenstrom durch die Leitungen von ringförmigem Querschnitt und schliesslich durch die Rohre 15 bzw. 15' in das Ableitungsrohr 16. Die Wirkungsweise dieser Einrichtung ist im wesentlichen gleich derjenigen nach Fig. 1. Die Wärmeabgabe ist etwas geringer, wie wenn die Rohre 7 bzw. 7' auf ihrer ganzen Länge in den Kanälen 10 bzw. 10' liegen wür-
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den. Die Gleichheit der Strömungsquerschnitte der die Rohrabschnitte 11 bzw. 11' und die Blindrohre 13 bzw. 13' umgebenden Leitungen ist für die Gleichmässigkeit der Wärmeabgabe längs der Heizplatte 9 günstig. Die Heizplatte braucht natürlich nicht eben zu sein, sie kann z.
B. für die Anwendung bei Walzen, Trockenzylindern usw. zylinderförmig gewölbt sein.
Die beschriebenen Einrichtungen können natürlich statt mit einem Wärme- auch mit einem Kälteträger verwendet werden, wobei sich prinzipiell dieselben Vorteile ergeben.