WO2010045664A2 - Wärmetauscher für einen glühofen zum wärmetausch zwischen zwei fluiden - Google Patents

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    • C21D9/00—Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor

Definitions

  • the invention relates to a heat exchanger for an annealing furnace for exchanging heat between two fluids having a tubular, on its outer shell heat exchanger ribs having profile on at least one end face a connection flange with at least one flow opening for one of the two fluids, in particular a hot gas heard.
  • both the heat treatment and the optionally necessary subsequent cooling takes place under a protective gas, usually nitrogen or hydrogen or a mixture of these gases.
  • a protective gas usually nitrogen or hydrogen or a mixture of these gases.
  • the heat supply or discharge is usually carried out over high-temperature resistant heat exchanger made of cast materials or ceramic.
  • These heat exchangers or recuperators are traversed by hot gases, in particular fuel gases or the like, wherein the hot gas gives off the heat to the heat exchanger and this in turn the heat over its outer cooling fins, for example, in a space or the like.
  • the invention has for its object to provide a heat exchanger for an annealing furnace, which is suitable for imaging highly dynamic temperature fluctuations, as may be required in particular during the heat treatment of Glühgut.
  • the profile is a profile tube made of a folded sheet metal, which are aligned in the profile tube longitudinal direction heat exchanger ribs from the corrugated profile, in particular of the wave flanks of the folded sheet.
  • a particularly simple and cost-effective way of producing a heat exchanger suitable for an annealing furnace which can realize particularly dynamic temperature fluctuations in the annealing furnace with a particularly low material usage and thus low weight just because of its lower internal heat storage capacity.
  • the fact that the profile is a profile tube made of folded sheet increases not only the cherries (2004), as is the case in the prior art, but also the heat exchanger inner surface, whereby the energy contained in the hot gas is better utilized on the one hand and on the other hand at compared to the prior art equal heat exchangers higher heat energy flows can be realized.
  • the invention is based on the advantage that now smaller and lighter heat exchangers can be used. Due to the small wall thickness of the heat exchanger according to the invention, the heat conductivity of the heat exchanger material can be practically neglected and increases the efficiency of the heat exchanger by a significant factor.
  • the heat exchanger ribs on the Profilrohrmantel inside and / or on the Profilrohrmantel outside could be associated with turbulizers, the improved heat transfer by the fluid flow imprinting turbulence to have.
  • the profile tube at the two end faces may be associated with a connection flange with at least one flow opening for one of the two profiles, and in operation the heat exchanger flows through the heat carrier fluid in the axial direction.
  • the profile tube at one of the two end faces may be a connection flange with at least one flow opening for one of the two fluids, wherein the other of the two end faces is completed.
  • a coaxial to the profile axis fluid pipe is provided which extends through the connecting flange and protrudes in the direction of the closed end face.
  • the heat carrier fluid can be discharged to and from the heat exchanger, which in turn can be discharged from the heat exchanger through a coaxial opening in the connection flange or introduced into the heat exchanger. This makes it possible to realize annealing furnaces with heat exchangers requiring only little space.
  • the flow opening of a heat exchanger according to the invention is preferably associated with a flame tube of a burner, which optionally with - A -
  • FIG. 1 shows a heat exchanger according to the invention in longitudinal section
  • Fig. 2 shows the heat exchanger of Figure 1 in section along the line N-II of Fig. 1
  • Fig. 3 shows a design variant of the heat exchanger of FIG. 1 in a partially sectioned longitudinal section
  • Fig. 4 the Heat exchanger of Fig. 1 in an enlarged oblique view.
  • a heat exchanger 1 for an annealing furnace for exchanging heat between two fluids, a hot gas flowing through the heat exchanger inside and an internal annealing furnace to be heated by the heat exchanger comprises a connection flange 4 with at least one flow opening 8 for one of the two fluids, into which flow opening 8 on at least one end face 3 optionally a flame tube of a burner can be used.
  • the heat exchanger 1 is formed by a profile, which according to the invention is a profile tube 5 made of folded sheet metal whose profile tube longitudinal direction, parallel to the profile tube axis 6, aligned heat exchanger ribs 7 are formed by the wave profile, in particular of the wave flanks of the folded sheet.
  • the profiled tube 5 has at both end faces a connection flange 4, each with at least one flow opening 8 for one of the two fluids, which flows through the profile tube 5 in operation in the direction of the profile tube axis 9.
  • the embodiment of FIG. 3 belongs to the profile tube 5 at one of the two end faces a connection flange 4 with a flow opening 8 for one of the two fluids and is the other of the two end faces with a cover plate 10 completed.
  • a fluid pipe 11 which is coaxial to the profile tube axis 9 is provided which projects through the connection flange 4 and protrudes in the direction of the closed end side, to the end plate 10.
  • the hot gas is introduced through the fluid pipe 11 into the heat exchanger 1 and leaves it through a coaxial annular gap between the fluid pipe 11 and the connection flange 4 through the flow opening 8.
  • the heat exchanger 1 is made by folding sheet metal with welded end pieces, wherein the folding takes place without stretching on the longitudinal sides of the profile surfaces.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher (1) für einen Glühofen zum Wärmetausch zwischen zwei Fluiden mit einem rohrförmigen, an seinem Außenmantel Wärmetauscherrippen aufweisenden Profil, dem an wenigstens einer Stirnseite (3) ein Anschlussflansch (4) mit wenigstens einer Strömungsöffnung (8) für eines der beiden Fluide, insbesondere ein Heißgas, zugehört. Um vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse zu schaffen, wird vorgeschlagen, dass das Profil ein Profilrohr aus einem gefalteten Blech ist, dessen in Profilrohrlängsrichtung ausgerichtete Wärmetauscherrippen (7) vom Wellprofil, insbesondere von den Wellenflanken, des gefalteten Bleches gebildet sind.

Description

Wärmetauscher für einen Glühofen zum Wärmetausch zwischen zwei Fluiden
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft einen Wärmetauscher für einen Glühofen zum Wärmetausch zwischen zwei Fluiden mit einem rohrförmigen, an seinem Außenmantel Wärmetauscherrippen aufweisenden Profil, dem an wenigstens einer Stirnseite ein Anschlussflansch mit wenigstens einer Strömungsöffnung für eines der beiden Fluide, insbesondere ein Heißgas, zugehört.
Stand der Technik
Bei der Wärmebehandlung von metallischem Glühgut erfolgt sowohl die Wärmebehandlung als auch die gegebenenfalls notwendige nachfolgende Abkühlung unter einem Schutzgas, meist Stickstoff oder Wasserstoff bzw. einem Gemisch dieser Gase. Um dabei stets eine ordnungsgemäße, von Verunreinigungen und von eine Oxidation bewirkenden Stoffen, freie Schutzgasatmosphäre gewährleisten zu können, erfolgt die Wärmezu- bzw. Abfuhr bislang üblicherweise über hochtemperaturfeste Wärmetauscher aus Gussmaterialien oder aus Keramik. Diese Wärmetauscher bzw. Rekuperatoren werden von Heißgasen, insbesondere von Brenngasen oder dgl. durchströmt, wobei das Heißgas die Wärme an den Wärmetauscher abgibt und dieser die Wärme wiederum über seine äußeren Kühlrippen beispielsweise in einen Glühraum oder dgl. abgiebt. Bei den bekannten, aus Stahlrohren aufgebauten Wärmetauschern geschieht dies dadurch, dass diese Rohre an ihrem Außenmantel Kühlrippen zur Vergrößerung der Oberfläche aufweisen. Von Nachteil ist bei den bekannten Wärmetauschern allerdings, dass diese aus massivem hitzebestän- digem Material, wie insbesondere Guss oder Keramik, gefertigt werden, was nicht nur die Aufheizzeit des Wärmetauschers auf Grund seiner großen thermischen Masse erhöht, sondern auch das Aufprägen von besonders starken dynamischen Temperaturschwankungen auf Grund des großen Wärmespeichervermögens verhindert und den Wirkungsgrad einer Anlage verringert.
Ausgehend von einem Stand der Technik der eingangs geschilderten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Wärmetauscher für einen Glühofen zu schaffen, der zur Abbildung hoch dynamischer Temperaturschwankungen, wie sie insbesondere bei der Wärmebehandlung von Glühgut erforderlich sein können, geeignet ist.
Darstellung der Erfindung
Die Erfindung löst diese Aufgabe dadurch, dass das Profil ein Profilrohr aus einem gefalteten Blech ist, dessen in Profilrohrlängsrichtung ausgerichtete Wärmetauscherrippen vom Wellprofil, insbesondere von den Wellenflanken, des gefalteten Bleches gebildet sind.
Mit der Erfindung wird eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit zur Fertigung eines für einen Glühofen geeigneten Wärmetauscher geschaffen, der bei besonders geringem Materialeinsatz und somit geringem Gewicht eben aufgrund seines geringeren inneren Wärmespeichervermögens besonders dynamische Temperaturschwankungen im Glühofen realisieren kann. Dadurch, dass das Profil ein Profilrohr aus gefaltetem Blech ist, vergrößert sich beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher nicht nur die Wärmetauscheraußenmantelfläche, wie dies beim Stand der Technik der Fall ist, sondern auch die Wärmetauscherinnenmantelfläche, wodurch die im Heißgas enthaltene Energie einerseits besser ausgenutzt wird und anderseits bei gegenüber dem Stand der Technik gleich großen Wärmetauschern höhere Wärmeenergieströme realisiert werden können. Sind gegenüber dem Stand der Technik gleiche Energiemengen zu transportieren, liegt der Erfindung der Vorteil zugrunde, dass nunmehr kleinere und leichtere Wärmetauscher zum Einsatz kommen können. Aufgrund der geringen Wandstärke des erfindungsgemäßen Wärmetauschers kann das Wärmeleitvermögen des Wärmetauschermaterials praktisch vernachlässigt werden und erhöht sich der Wirkungsgrad des Wärmetauschers um einen bedeutenden Faktor.
Um die im Heißgas enthaltene Energie besser ausnutzen zu können bzw. um den Wärmeübergang zwischen den Fluiden und dem Wärmetauscher zu verbessern, könnten den Wärmetauscherrippen an der Profilrohrmantelinnenseite und/oder an der Profilrohrmantelaußenseite Wirbulatoren zugeordnet sein, die einen verbesserten Wärmeübergang durch dem Fluidstrom aufprägende Turbulenzen zufolge haben.
Im einfachsten Fall kann dem Profilrohr an den beiden Stirnseiten ein Anschlussflansch mit wenigstens einer Strömungsöffnung für eines der beiden Profile zugehören und wird der Wärmetauscher im Betrieb von dem Wärmeträ- gerfluid in axialer Richtung durchströmt.
Alternativ dazu kann dem Profilrohr an einer der beiden Stirnseiten ein Anschlussflansch mit wenigstens einer Strömungsöffnung für eines der beiden Fluide zugehören, wobei die andere der beiden Stirnseiten abgeschlossen ist. Besonders vorteilhafte Konstruktionsverhältnisse ergeben sich dabei, wenn ein zu der Profilachse koaxiales Fluidrohr vorgesehen ist, das den Anschlussflansch durchragt und in Richtung der abgeschlossenen Stirnseite vorragt. Durch dieses Fluidrohr kann das Wärmeträgerfluid ein bzw. aus dem Wärmetauscher ausgebracht werden, welches durch eine koaxiale Öffnung im Anschlussflansch wiederum aus dem Wärmetauscher ausgebracht bzw. in den Wärmetauscher eingebracht werden kann. Damit lassen sich Glühöfen mit nur besonders wenig Raum beanspruchenden Wärmetauschern realisieren.
Der Strömungsöffnung eines erfindungsgemäßen Wärmetauschers ist vorzugsweise ein Flammrohr eines Brenners zugeordnet, der gegebenenfalls mit - A -
einem Teil der vorgewärmten Wärmetauscherabluft, also einem Teil des aus dem Wärmetauscher austretenden Heißgases, praktisch zur Nachverbrennung, betrieben wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles schematisch dargestellt. Es zeigen
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Wärmetauscher im Längsschnitt, Fig. 2 den Wärmetauscher aus Fig. 1 im Schnitt nach der Linie N-Il aus Fig. 1 , Fig. 3 eine Konstruktionsvariante des Wärmetauschers aus Fig. 1 in teilgeschnittenem Längsschnitt und Fig. 4 den Wärmetauscher aus Fig. 1 in vergrößerter Schrägansicht.
Weg zur Ausführung der Erfindung
Ein Wärmetauscher 1 für einen Glühofen zum Wärmeaustausch zwischen zwei Fluiden, einem das Wärmetauscherinnere durchströmenden Heißgas 2 und einem vom Wärmetauscher aufzuwärmenden Glühofen inneren, umfasst an wenigstens einer Stirnseite 3 einen Anschlussflansch 4 mit wenigstens einer Strömungsöffnung 8 für eines der beiden Fluide, in welche Strömungsöffnung 8 gegebenenfalls ein Flammrohr eines Brenners eingesetzt sein kann. Der Wärmetauscher 1 wird von einem Profil gebildet, das erfindungsgemäß ein Profilrohr 5 aus gefaltetem Blech ist, dessen in Profilrohrlängsrichtung, parallel zur Profilrohrachse 6, ausgerichtete Wärmetauscherrippen 7 vom Wellenprofil, insbesondere von den Wellenflanken, des gefalteten Bleches gebildet sind.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach den Fig. 1 und 2 gehört dem Profilrohr 5 an beiden Stirnseiten ein Anschlussflansch 4 mit je wenigstens einer Strömungsöffnung 8 für eines der beiden Fluide zu, welches das Profilrohr 5 im Betrieb in Richtung der Profilrohrachse 9 durchströmt. Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 gehört dem Profilrohr 5 an einer der beiden Stirnseiten ein Anschlussflansch 4 mit einer Strömungsöffnung 8 für eines der beiden Fluide zu und ist die andere der beiden Stirnseiten mit einem Abschlussblech 10 abgeschlossen. Des Weiteren ist ein zur Profilrohrachse 9 koaxiales Fluidrohr 11 vorgesehen, das den Anschlussflansch 4 durchragt und in Richtung der abgeschlossenen Stirnseite, zum Abschlussblech 10, hin vorragt. Das Heißgas wird durch das Fluidrohr 11 in den Wärmetauscher 1 eingebracht und verlässt diesen durch einen koaxialen Ringspalt zwischen dem Fluidrohr 11 und dem Anschlussflansch 4 durch die Strömungsöffnung 8.
Der Wärmetauscher 1 wird durch Faltung von Blech mit angeschweißten Endstücken gefertigt, wobei die Faltung ohne Dehnung an den Längsseiten der Profilflächen erfolgt.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Wärmetauscher für einen Glühofen zum Wärmetausch (1) zwischen zwei Fluiden mit einem rohrförmigen, an seinem Außenmantel Wärmetauscherrippen aufweisenden Profil, dem an wenigstens einer Stirnseite (3) ein Anschlussflansch (4) mit wenigstens einer Strömungsöffnung (8) für eines der beiden Fluide, insbesondere ein Heißgas, zugehört, dadurch gekennzeichnet, dass das Profil ein Profilrohr (5) aus einem gefalteten Blech ist, dessen in Profilrohrlängsrichtung ausgerichtete Wärmetauscherrippen (7) vom Wellenprofil des gefalteten Bleches gebildet sind.
2. Wärmetauscher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass den Wärmetauscherrippen (7) an der Profilrohrmantelinnenseite und/oder an der Profilrohrmantelaußenseite Wirbulatoren zugeordnet sind.
3. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Profilrohr (5) an beiden Stirnseiten ein Anschlussflansch (4) mit je wenigstens einer Strömungsöffnung (8) für eines der beiden Fluide zugehört.
4. Wärmetauscher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass dem Profilrohr (5) an einer der beiden Stirnseiten ein Anschlussflansch (4) mit wenigstens einer Strömungsöffnung (8) für eines der beiden Fluide zugehört und dass die andere der beiden Stirnseiten abgeschlossen ist.
5. Wärmetauscher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein zur Profilrohrachse (9) koaxiales Fluidrohr (11) vorgesehen ist, das den Anschlussflansch (4) durchragt und in Richtung der abgeschlossenen Stirnseite vorragt.
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