DE102006011181A1

DE102006011181A1 - Hot surface cooling method, involves adjusting defined ventilation slot in front covering wall over entire covering width by ventilation flaps, where flaps are arranged on entrance side of surface to be cooled

Info

Publication number: DE102006011181A1
Application number: DE200610011181
Authority: DE
Inventors: Hubert Schulte
Original assignee: AIRMATIC GmbH
Current assignee: Andritz Metals Germany GmbH
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2007-09-13

Abstract

Verfahren zur Kühlung von Flächen, wobei in einer gegen die Umgebung abgedichteten Haube mindestens zwei Arbeitsbereiche (Kammern) mit mindestens einer starren oder beweglichen Querwand, die dicht über der Fläche enden kann, gegeneinander abgetrennt sind, und in der vorderen Kammer, in die die zu kühlende Fläche eintritt, Kühlflüssigkeit mit einem bestimmten Druck aufgesprüht und in der hinteren Kammer mit Unterdruck abgesaugt wird, dadurch gekennzeichnet, dass in der vorderen Haubenwand über der gesamten Haubenbreite über Klappen ein definierter Lüftungsschlitz einstellbar ist oder dass die vordere Haubenwand selbst höhenbeweglich ausgeführt ist und so über eine geeignete Vorrichtung ein bestimmter Abstand zur zu kühlenden Fläche einstellbar ist.method for cooling of surfaces, at least in a hood sealed against the environment two working areas (chambers) with at least one rigid or movable bulkhead, which is tight above the area ends, separated from each other, and in the anterior chamber, in which the to be cooled area enters, cooling liquid sprayed with a certain pressure and in the back chamber is sucked with vacuum, characterized in that in the front hood wall over the entire hood width over Flaps a defined ventilation slot is adjustable or that the front hood wall itself can be moved vertically accomplished is over and over a suitable device a certain distance to be cooled area is adjustable.

Description

Konventionelle Kühlverfahren:conventional Cooling Method:

Bei der Kühlung von heißen Oberflächen mit Wasser tritt das sogenannte Leidenfrost-Phänomen auf. Bei hohen Temperaturen bildet sich unmittelbar auf der heißen Oberfläche ein dünner Dampffilm, der isolierend wirkt; oberhalb des Dampffilms bildet sich ein dünner Flüssigkeitsfilm, auf den das aufgesprühte Wasser trifft ohne die zu kühlende Oberfläche zu erreichen. Hierdurch wird der Wärmeübergang erheblich verschlechtert, und die Abkühlgeschwindigkeit sinkt. Bei der Spritzkühlung liegt dann er Bereich der stabilen Filmverdampfung vor.at the cooling by hot surfaces With water occurs the so-called Leidenfrost phenomenon. At high temperatures Immediately on the hot surface a thin vapor film forms, which insulates acts; above the vapor film, a thin film of liquid forms on the sprayed Water meets without the one to be cooled surface to reach. As a result, the heat transfer is significantly deteriorated, and the cooling rate sinks. In the spray cooling then he is in the area of stable film evaporation.

Sinkt die Oberflächentemperatur weiter ab, unter die sogenannte Leidenfrost-Temperatur, so bricht der Dampffilm zusammen, und Flüssigkeit trifft auf die Oberfläche auf. Daraus resultiert unmittelbar eine Erhöhung des Wärmeübergangskoeffizienten und des übertragenen Wärmestroms, so dass eine beträchtlich verbesserte Kühlung erfolgt. Das Problem besteht zur Zeit darin, dass man zwar die wesentlichen Einflussgrößen kennt, die die Leidenfrost-Temperatur bestimmen wie z.B. Körpergeometrie oder Oberflächeneigenschaften, aber eine Quantifizierung der Temperatur ist nur sehr grob möglich.Sinks the surface temperature further down, below the so-called Leidenfrost temperature, it breaks the steam film together, and liquid meets the surface on. This immediately results in an increase in the heat transfer coefficient and the transferred Heat flow, so that a considerable improved cooling he follows. The problem at the moment is that while the essential Knows influencing variables, which determine the Leidenfrost temperature, e.g. body geometry or surface properties, but a quantification of the temperature is only possible very roughly.

Geht man dazu über, das Material mit einem feinen Sprühnebel abzukühlen, so können bei gleicher Wasserbeaufschlagungsdichte wesentlich höhere Wärmeübergangskoeffizienten als bei der stabilen Filmverdampfung erreicht werden. Die Wassermenge muss so dosiert werden, dass gerade alle auf die Oberfläche auftreffenden Sprühtropfen verdampft sind, bevor die neuen ankommen. In diesem Fall spricht man vom Prinzip der Verdampfungskühlung; der unmittelbar einsichtige Vorteil besteht darin, dass in der Kühlanlage kein flüssiges Wasser mehr anfällt, das aufwendig entfernt werden muss. Einflussgrößen hierbei sind u.a. die Tropfengröße, die entsprechende Tropfengrößenverteilung und der Abstand der Sprühdüse von der Oberfläche. Der Wärmeübergang ist in erster Annäherung unabhängig von der Oberflächentemperatur.going you over to it, to cool the material with a fine spray, so can at the same Wasserbeaufschlagungsdichte significantly higher heat transfer coefficients can be achieved as with the stable film evaporation. The amount of water must be dosed so that just all impinging on the surface spray droplets evaporated before the new ones arrive. In this case speaks one of the principle of evaporative cooling; the immediately obvious The advantage is that in the cooling system no liquid water more accumulates, that must be removed consuming. Influencing factors here include u.a. the drop size, the corresponding drop size distribution and the distance of the spray nozzle from the Surface. The heat transfer is in first approximation independently from the surface temperature.

Wird nun bei einer konstanten Materialtemperatur die Wasserbeaufschlagungsdichte variiert, so erfolgt je nach Düsenform und -größe eine Verdampfungskühlung; bei einer steigender Wasserbeaufschlagungsdichte kommt es zunächst zu einer partiellen Filmverdampfung die schließlich zur stabilen Filmverdampfung mit einem mehr oder weniger starken Zusammenbrechen des Wärmeübergangskoeffizienten übergeht. Im Bereich der stabilen Filmverdampfung ist dann der Wärmeübergangskoeffizient näherungsweise proportional der Wasserbeaufschlagungsdichte. Der Wärmeübergang kann dabei noch beeinflusst werden, indem über eine Zweistoffdüse Luft in einem bestimmten Verhältnis mit aufgedüst wird.Becomes now at a constant material temperature the Wasserbeaufschlagungsdichte varies, depending on the shape of the nozzle and size one Evaporative cooling; with an increasing Wasserbeaufschlagungsdichte it comes first a partial film evaporation which eventually leads to stable film evaporation merges with a more or less strong collapse of the heat transfer coefficient. In the field of stable film evaporation then the heat transfer coefficient is approximate proportional to the Wasserbeaufschlagungsdichte. The heat transfer can still be influenced by air through a two-fluid nozzle in a certain ratio is spent with.

Der Umschlagspunkt zwischen Verdampfungskühlung und stabiler Filmverdampfung ist damit im wesentlichen abhängig von der Oberflächentemperatur, der Wasserbeaufschlagungsdichte und tropfenspezifischen Parametern.Of the Transition point between evaporative cooling and stable film evaporation is thus essentially dependent from the surface temperature, the water loading density and drop-specific parameters.

Bezüglich der Kühlung von heißen Oberflächen sind jeweils eine Vielzahl von Arbeiten durchgeführt worden; historisch bedingt zunächst im Bereich der Filmverdampfung, seit rund 15 Jahren auch auf dem Gebiet der Verdampfungskühlung.Regarding the cooling by hot surfaces a large number of works have been carried out in each case; due to history first in the field of film evaporation, since about 15 years on the Area of evaporative cooling.

Kühlung mit Hochdruck-Vakuum-Technik:Cooling with high pressure vacuum technology:

Die neuartige Hochdruck-Vakuum-Technik wurde bisher noch nicht zur Kühlung heißer Oberflächen eingesetzt, sondern sie ist erstmalig in einem Reinigungsverfahren zur Öl- und Extremschmutzbeseitigung von Verkehrsflächen realisiert; sie basiert im wesentlichen darauf, dass in einem Arbeitsgang in einer Zweikammer-Haube ein kaltes oder warmes Wasser-Reinigungsmittel-Gemisch unter Hochdruck über rotierende Sprühdüsen auf die zu reinigende Fläche gedüst wird und gleichzeitig die entstehende Emulsion aus Wasser, Reinigungsmittel, Öl und Schmutz unter Vakuum abgesaugt wird, EP 0 773 327 B1 . Ein Festsaugen der Haube auf der Verkehrsfläche wird durch integrierte Klappen, die federbelastet selbsttätig den Unterdruck regulieren, verhindert DE 100 37 548 C2 .The novel high-pressure vacuum technology has not yet been used for cooling hot surfaces, but it is the first time realized in a cleaning process for oil and extreme dirt removal of traffic areas; It is essentially based on the fact that in a single operation in a two-chamber hood a cold or warm water-detergent mixture is sprayed under high pressure via rotating spray nozzles on the surface to be cleaned and at the same time the resulting emulsion of water, detergent, oil and dirt under Vacuum is sucked off, EP 0 773 327 B1 , A fixed eye of the hood on the traffic surface is prevented by integrated valves, which automatically regulate the negative pressure spring-loaded DE 100 37 548 C2 ,

Die Besonderheit bei dieser Technik ist, dass erstmalig die zwei verschiedenen verfahrenstechnischen Grundoperationen Hochdrucksprühen und Absaugen konstruktiv in einer Zweikammer-Haube vereinigt wurden, wobei eine strömungstechnische Verbindung zwischen den beiden Kammern besteht. Diese Verbindung wird durch eine Trennwand zwischen den beiden Kammern realisiert, die dicht oberhalb der Fläche endet. Im Hinblick auf die Kühlung der heißen Flächen werden die federbelasteten Klappen ebenfalls dicht an der Fläche vorgesehen, so dass sich eine Strömung über die zu kühlende Fläche ergibt; hierdurch wird die Ausbildung eines isolierenden Dampffilms verhindert. Bei gleichzeitiger Hochdruckaufdüsung der Kühlflüssigkeit bildet sich auf der Fläche eine Verwirbelung von Luft und Kühlflüssigkeit, wodurch sich eine weitere Verbesserung der Kühlwirkung ergibt. Auf Zweistoffdüsen kann dann verzichtet werden.The Special feature of this technique is that for the first time the two different basic procedural operations high pressure spraying and Suction constructively united in a two-chamber hood, being a fluidic Connection exists between the two chambers. This connection is realized by a partition wall between the two chambers, the close above the surface ends. With regard to the cooling of be called surfaces the spring-loaded flaps are also provided close to the surface, so that a flow over the to be cooled Area results; This prevents the formation of an insulating vapor film. With simultaneous high-pressure spraying the cooling liquid forms on the surface a turbulence of air and coolant, resulting in a further improvement of the cooling effect. On two-fluid nozzles can then be waived.

In 1 ist eine Übersichtsdarstellung des Verfahrens angegeben. In einer Haube 1 stellt die erste Kammer den Sprühbereich 10 mit einer rotierenden Düse 7, 5 dar, mit der die Reinigungsflüssigkeit ein- oder beidseitig auf die zu kühlende Fläche 4 gedüst wird. Die Haube 1 ist gegenüber der Umgebung vollständig abgeschirmt, die Abdichtung der Außenwände 9 und 12 gegenüber der Fläche 4 erfolgt durch hitzebeständigen Dichtleisten 13 z.B. aus Keramik, die in direktem Kontakt mit der Fläche 4 sind. Der Sprühraum 2 ist über ein dichte Drehdurchführung 8 an eine Hochdruckpumpe angeschlossen, welche die Flüssigkeit z.B. aus einem hier nicht dargestelltem Vorratsbehälter bezieht. Auf der Eintrittsseite 9 für die zu kühlende Fläche sind die federrückgestellten Klappen 6, 14 so angeordnet, dass sie je nach den Druckverhältnissen in der Haube über die gesamte Breite der zu kühlenden Fläche einen höhenvariablen Lüftungsschlitz freigeben.In 1 an overview of the method is given. In a hood 1 the first chamber sets the spray area 10 with a rotating nozzle 7 . 5 represents, with the cleaning liquid on one or both sides of the surface to be cooled 4 is being driven. The hood 1 is opposite the Umge completely shielded, sealing the outer walls 9 and 12 opposite the surface 4 carried out by heat-resistant sealing strips 13 eg made of ceramic, which is in direct contact with the surface 4 are. The spray room 2 is about a tight rotary feedthrough 8th connected to a high-pressure pump, which relates the liquid, for example, from a not shown here reservoir. On the entrance side 9 for the surface to be cooled are the spring-reset flaps 6 . 14 arranged so that they release depending on the pressure conditions in the hood over the entire width of the surface to be cooled a variable-height ventilation slot.

Der Sprühbereich 10 ist gegenüber der zweiten Kammer 11 mit einer dicht oberhalb der Fläche 4 endenden Trennwand 2 abgetrennt. Die zweite Kammer 11 ist über ein dichte Durchführung 3 an eine Saugpumpe, hier nicht dargestellt, angeschlossen.The spray area 10 is opposite the second chamber 11 with a close above the surface 4 ending partition 2 separated. The second chamber 11 is about a tight implementation 3 to a suction pump, not shown here, connected.

Aufgrund der Vakuumabsaugung ergibt sich unter der dicht oberhalb der Fläche 4 endenden Querwand ein Venturi-Effekt, der einerseits Luft über den durch die Klappen erzeugten Lüftungsschlitz ansaugt und andererseits Kühlflüssigkeit, die über den Düsenbalken 7 mit der Düse 5 auf die Fläche 4 gelangt, abgesaugt. Aufgrund der Strömungsführung ergibt sich auf der Fläche durch Vermischung von Luft und Kühlflüssigkeit eine hohe Turbulenz, die für eine besonders effektive Kühlung dieser Fläche sorgt. Über die Kammer 11 wird dann Luft und Kühlflüssigkeit bzw. verdampfte Kühlflüssigkeit in einen nicht dargestellt Auffangbehälter geführt.Due to the vacuum extraction results under the close above the surface 4 Endenden transverse wall a Venturi effect, on the one hand draws air through the ventilation slot generated by the flaps on the other hand, and the cooling liquid, which over the nozzle beam 7 with the nozzle 5 on the surface 4 passes, sucked. Due to the flow guidance results in a high turbulence on the surface by mixing air and coolant, which ensures a particularly effective cooling of this area. About the chamber 11 Then air and cooling liquid or evaporated coolant is passed into a collecting vessel, not shown.

Alternativ können die Lüftungsklappen 6 durch einen Steuer- oder Regeleingriff in ihrer Höhe gezielt verändert werden, so dass durch einen aktiven Stelleingriff, vorzugsweise durch hydraulisch, pneumatisch oder elektrisch betätigte Steuerelemente 14, der Abstand der Klappen von der Fläche 4 über der Haubenbreite und ggf. -länge definiert eingestellt werden kann.Alternatively, the ventilation flaps 6 be selectively changed in height by a control or regulating intervention, so that by an active control intervention, preferably by hydraulically, pneumatically or electrically operated controls 14 , the distance of the flaps from the surface 4 can be set defined over the hood width and optionally length.

Ferner kann die Querwand 2 so ausgeführt werden, dass der Abstand des unteren Endes der Querwand zur Fläche 4 definiert eingestellt werden kann.Furthermore, the transverse wall 2 be carried out so that the distance of the lower end of the transverse wall to the surface 4 can be set defined.

11: HaubeHood
22: Querwandpartition
33: Saugdurchführungsuction passage
44: Zu kühlende FlächeTo cooling area
55: Düsejet
66: Klappenfold
77: Düsenbalkennozzle beam
88th: Hochdruck-DurchführungHigh-pressure-carrying
99: Vordere HaubenwandFront hood wall
1010: Sprühraumspraying room
1111: Saugraumsuction
1212: Hintere HaubenwandRear hood wall
1313: Dichtungpoetry
1414: Bewegungsrichtung der zu kühlenden Flächemovement direction the one to be cooled area

Claims

A method for cooling surfaces, wherein in a sealed against the environment hood at least two work areas (chambers) with at least one rigid or movable transverse wall that can end close to the surface, are separated against each other, and in the front chamber, in which the Cooling surface occurs, sprayed liquid at a certain pressure, and is sucked in the rear chamber with negative pressure, characterized in that in the front hood wall over the entire hood width via flaps a defined ventilation slot is adjustable or that the front hood wall itself is designed to be vertically movable and so can be adjusted by a suitable device, a certain distance to be cooled surface.

Method according to claim 1, characterized in that that the cooling liquid over rotating Nozzle is sprayed on and the speed of the nozzles adjustable is.

A method according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling liquid over static Nozzles or nozzle beam sprayed becomes.

Method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the distance of the lower end of the Transverse wall of the to be cooled area is adjustable.

Method according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that air and cooling liquid are sucked off.

Method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that flaps in the front hood wall Spring are reset.

Method according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the nozzle spacing of the to be cooled area is adjustable.

Method according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the Kühlflüssigkeitsbeaufschlagungsdichte is changeable.

Method according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the spray and suction pressure adjustable is.

Apparatus for cooling surfaces, wherein in a sealed against the environment hood at least two work areas (Chambers) with at least one rigid or movable transverse wall, the tight above the area ends, separated from each other, and in the anterior chamber, in which the to be cooled area enters, cooling liquid sprayed with a certain pressure, and in the back chamber is sucked with negative pressure, characterized in that in front hood wall on the entire hood width over flaps a defined ventilation slot is adjustable or that the front hood wall itself can be moved vertically accomplished is over and over a suitable device a certain distance to be cooled area is adjustable.

Device according to claim 1, characterized in that that the cooling liquid is sprayed on rotating nozzles and the speed of the nozzles adjustable is.

Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the cooling liquid over static Nozzles or nozzle beam sprayed becomes.

Device according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the distance of the lower end of the Transverse wall of the to be cooled area is adjustable.

Device according to one or more of claims 1 to 4, characterized in that air and cooling liquid are sucked off.

Device according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that flaps in the front hood wall Spring reset are.

Device according to one or more of claims 1 to 6, characterized in that the nozzle spacing of the to be cooled area is adjustable.

Device according to one or more of claims 1 to 7, characterized in that the Kühlflüssigkeitsbeaufschlagungsdichte is changeable.

Device according to one or more of claims 1 to 8, characterized in that the spray and suction pressure adjustable is