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Die
Erfindung betrifft eine Materialbahntrockneranordnung mit mindestens
einem Strahlungstrockner und mindestens einem Lufttrockner, wobei der
Lufttrockner ein erstes Luftführungssystem mit Zuluft und
Abluft aufweist.
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Eine
Materialbahntrockneranordnung dieser Art wird beispielsweise bei
der Herstellung einer Papierbahn verwendet, um diese zu trocknen.
Der Strahlungstrockner hat eine relativ hohe Leistungsdichte, d.
h. er kann eine relativ große Wärmemenge auf die
Materialbahn übertragen, so dass das darin befindliche
Wasser gut verdampfen kann. Der Lufttrockner überträgt
zwar eine geringere Wärmemenge auf die Materialbahn. Er
ist aber in der Lage, die Materialbahn berührungsfrei abzustützen.
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Eine
Materialbahntrockneranordnung der eingangs genannten Art ist beispielsweise
aus
WO 2005/085729 bekannt.
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Der
Strahlungstrockner ist hierbei dem Lufttrockner vorgeschaltet. Es
können mehrere derartige Anordnungen aus Strahlungstrockner
und Lufttrockner hintereinander angeordnet sein. Erwärmte
Luft vom Strahlungstrockner wird vom Lufttrockner aufgefangen und
gegebenenfalls nach erneuter Erwärmung auf die Materialbahn
geblasen.
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Eine ähnliche
Ausgestaltung ist aus
EP 1 169
511 bekannt. Auch hier gelangt erwärmte Luft vom
Strahlungstrockner in eine Fangeinrichtung des Lufttrockners, wo
sie aufgenommen, umgewälzt und wieder auf die Materialbahn
geblasen wird.
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Aus
DE 39 10 898 84 ist ein
Kombinationstrockner mit einem Strahlungstrockner und einem Lufttrockner
bekannt, bei dem der Strahlungstrockner mit Luft erwärmt
wird, die aus einem Speisestrom für den Lufttrockner abgezweigt
wird. Erwärmte Luft aus dem Strahlungstrockner wird dem
Gehäuse des Lufttrockners zugeführt, dort abgesaugt,
mit Frischluft versetzt und erneut umgewälzt, wobei die
Kombination aus bereits erwärmter Luft und Frischluft durch eine
Heizeinrichtung erneut beheizt wird.
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Der
Vorgang der Trocknung einer Materialbahn ist energetisch um so günstiger,
je geringer die zugeführte Frischluftmenge ist. Im Idealfall
würde man daher die Frischluftzufuhr vollständig
abschalten. Dies hat allerdings den Nachteil, dass sich eine hohe
Lufttemperatur und eine hohe Feuchtigkeitsbeladung einstellen. Während
die hohe Lufttemperatur in Hinsicht auf eine möglichst
hohe Trocknungsleistung grundsätzlich von Vorteil ist,
kann sie sich allerdings bei manchen Mate rialbahnen, beispielsweise bei
grafischen Papieren, im Hinblick auf die Qualität der Materialbahn
auch als nachteilig erweisen. Bei grafischen Papieren kann sie beispielsweise
ein so genanntes Mottling hervorrufen. Wenn die Materialbahn beim
Eintritt in den Strahlungstrockner noch relativ kalt ist, dann kann
die hohe Feuchtigkeitsbeladung der Luft außerdem zu ebenfalls
unerwünschten Kondensationserscheinungen auf der zu trocknenden
Materialbahn führen. Aus diesem Grund wird bei empfindlichen
Materialbahnen in der Praxis soviel Frischluft zugeführt,
dass die Lufttemperatur 120 bis 140°C nicht übersteigt,
was aus energetischer Sicht nachteilig ist.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen möglichst hohen
Wirkungsgrad bei möglichst geringer Beeinträchtigung
der Qualität der Materialbahn zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird bei einer Materialbahntrockneranordnung der eingangs
genannten Art dadurch gelöst, dass der Strahlungstrockner
ein zweites Luftführungssystem mit Zuluft und Abluft aufweist,
beide Luftführungssysteme mit jeweils einer Verbindung
von Zuluft und Abluft aufweisen und beide Luftführungssysteme
lediglich im Bereich ihrer jeweiligen Abluft miteinander verbunden
sind.
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Mit
dieser Ausgestaltung kann man auch beim Strahlungstrockner einen
guten Wirkungsgrad erreichen. Die bereits erwärmte Luft
wird zumindest teilweise wieder zurückgeführt,
so dass die dem Strahlungstrockner zugeführte Energie zu
einem größeren Teil für die Aufheizung
der Materialbahn genutzt werden kann. Gleichzeitig kann man aber
auch die Lufttemperaturen im Strahlungstrockner und im Lufttrockner
zumindest weitgehend entkoppeln, so dass man in den beiden Trocknungsstufen,
also dem Strahlungstrockner und dem Lufttrockner, jeweils Luft mit
einer optimal eingestellten Temperatur verwenden kann. Gleichzeitig
ist es möglich, die Wärme, die durch den Strahlungstrockner
in die Luft eingetragen worden ist, über die Abluft des
Strahlungstrockners auch in das Luftführungssystem des
Lufttrockners einzuspeisen, so dass zur Aufheizung der Luft dort weniger
Energie benötigt wird. Man ist nicht mehr darauf angewiesen,
dass erwärmte Luft auf dem Umweg über die Umgebung
in den Lufttrockner gelangt. Bei dem gesamten Vorgang des Trocknens
der Materialbahn ist natürlich eine zusätzliche
Luftzufuhr erforderlich. Diese kann aber über den Strahlungstrockner
gewährleistet werden. Wenn es sich um einen gasbetriebenen
Strahlungstrockner handelt, dann benötigt dieser Strahlungstrockner
eine Verbrennungsluft. Wenn es sich um einen elektrisch betriebenen
Strahlungstrockner handelt, dann benötigt dieser Trockner
eine Kühlluft. Als Strahlungstrockner kommt vorzugsweise
ein Infrarot-Trockner in Betracht.
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Es
ist von Vorteil, wenn in beiden Luftführungssystemen unterschiedliche
Temperaturen und/oder Beladungen einstellbar sind. Dann lassen sich
in beiden Trocknern oder Trockner-Abschnitten jeweils Bedingungen
einstellen, die sich einem Optimum nähern.
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Vorzugsweise
ist in jeder Verbindung jeweils eine Fördereinrichtung
angeordnet. Die Fördereinrichtungen müssen lediglich
den jeweiligen Strom innerhalb des jeweiligen Luftführungssystems
erzeugen. Sie können daher vergleichsweise schwach ausgebildet
sein, d. h. eine niedrige Druckstufe bzw. eine niedrige Fördermenge
aufweisen. Dies macht die Materialbahntrockneranordnung in der Herstellung
und im Betrieb kostengünstig, obwohl man zwei Fördereinrichtungen
verwendet.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass beide Fördereinrichtungen unabhängig
voneinander steuerbar sind. Man kann daher den Luftstrom im ersten
Luftführungssystem anders steuern als im zweiten Luftführungssystem.
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Bevorzugterweise
ist im zweiten Luftführungssystem in der Verbindung von
Abluft und Zuluft ein erster Frischluftanschluss vorgesehen. Man
kann also beispielsweise so vorgehen, dass man beim Strahlungstrockner
nur einen geringen Teil der Abluft, beispielsweise 20 wieder
zur Zuluft zurückfördert und diesen Teil soweit
mit Frischluft versetzt, dass er auf einen Wert in der Größenordnung
von 120 bis 140°C abkühlt. Auf diese Weise kann
bei einer Papierbahn die Gefahr des Mottlings reduziert und das
Auskondensieren von Wasser auf der kalten Bahn vermieden werden.
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Auch
ist von Vorteil, wenn im ersten Luftführungssystem in der
Verbindung von Abluft und Zuluft eine Heizeinrichtung vorgesehen
ist. Diese Heizeinrichtung erwärmt die Luft, die durch
den Lufttrockner ausgestoßen wird, um die Bahn zu trocknen,
dann, wenn der Strahlungstrockner mit seiner Abluft nicht genügend
Wärme zur Verfügung steht.
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Hierbei
ist bevorzugt, wenn im ersten Luftführungssystem in der
Verbindung von Abluft und Zuluft ein zweiter Frischluftanschluss
vorgesehen ist. Normalerweise sollte dieser Frischluftanschluss
geschlossen sein, beispielsweise durch eine Klappe. Wenn die Heizeinrichtung
vorhanden ist, dann kann der zweite Frischluftanschluss zum Spülen
sinnvoll sein.
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Vorzugsweise
ist im ersten Luftführungssystem zwischen dem Lufttrockner
und der Verbindung der Abluft beider Luftführungssysteme
ein steuerbarer Abluftauslass angeordnet. Die Abluft des Lufttrockners
stellt den Punkt der Materialbahntrockneranordnung dar, an dem die
Trocknungsluft am Kältesten ist, ohne dass Frischluft zugeführt
wurde, und die Beladung mit Wasserdampf am Höchsten ist. Daher
ist es energetisch hier sinnvoll, die Abluft an dieser Stelle abzuziehen.
Auch dies steigert den Wirkungsgrad.
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Vorzugsweise
weist der Abluftauslass eine Fördereinrichtung auf. Die
Fördereinrichtung kann verwendet werden, um den Abluftauslass
zu steuern. Wenn die Fördereinrichtung mit hoher Leistung
betrieben wird, gelangt mehr Abluft nach außen als wenn
die Fördereinrichtung mit einer kleinen Leistung betrieben
wird.
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Hierbei
ist bevorzugt, dass die Fördereinrichtung im Abluftauslass
eine geringere Druckleistung aufweist als die Fördereinrichtung
in den Verbindungen der beiden Luftführungssysteme. Dies
hält die Kosten niedrig.
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Vorzugsweise
ist im ersten Luftführungssystem und/oder im zweiten Luftführungssystem
jeweils eine Abschottklappe angeordnet. Wenn man die Abschottklappe
schließt, dann wird eine Zirkulation durch das jeweili ge
Luftführungssystem unterbunden oder zumindest stark gedrosselt.
Diese Ausgestaltung hat insbesondere bei Strahlungstrocknern Vorteile,
die als gasbetriebene IR-Trockner ausgebildet sind. Durch die Abschottklappe
wird das Nachstarten derartiger Strahlungstrockner nicht von der
Umluft gestört.
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Auch
ist von Vorteil, wenn die Abluft des Strahlungstrockners zur Beheizung
des Lufttrockners geführt ist. In diesem Fall ergibt sich
eine gute Energieausbeute.
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Die
Erfindung wird im Folgenden anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
in Verbindung mit einer Zeichnung beschrieben. Hierin zeigt die
einzige Figur eine schematische Darstellung einer Materialbahntrockneranordnung.
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Eine
Materialbahntrockneranordnung 1 dient zum Trocknen einer
Materialbahn 2, die in einer durch einen Pfeil 3 gekennzeichneten
Richtung an der Materialbahntrockneranordnung 1 vorbeiläuft.
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In
Laufrichtung passiert die Materialbahn 2 zunächst
einen Strahlungstrockner 4, der als Infrarot-Trockner ausgebildet
ist und danach einen Lufttrockner 5.
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Dem
Strahlungstrockner 4 wird über einen Einlass 6 Luft
zugeführt, die je nach Ausbildung des Strahlungstrockners 4 als
Verbrennungsluft (bei einem gasbetriebenen Infrarot-Trockner) oder
als Kühlluft (bei einem elektrisch betriebenen Infrarot-Trockner)
ausgebildet ist. Hierbei treibt ein Motor 7 einen Lüfter 8 an.
Der Strahlungstrockner 4 gibt einerseits Strahlungswärme
an die Materialbahn 2 ab, andererseits erwärmt
er die eingetragene Luft. Erwärmte Luft wird zusammen mit
dem verdunsteten Wasser aus der Materialbahn und – bei
gasbeheizten Infrarotstrahlern – den Verbrennungsabgasen
als Abluft 9 entnommen. Die Abluft 9 ist natürlich
in einer Leitung oder einer Leitungsanordnung geführt.
Ein Teil der Abluft 9, beispielsweise 15 bis 30 insbesondere
etwa 20 wird über eine Verbindung 10 einer
Zuluft 11 zugeführt. In der Verbindung 10 ist
ein Frischluftanschluss 12 vorgesehen. Eine einen Motor 13 und
ein Gebläse 14 aufweisende Fördereinrichtung
fördert die Zuluft 11 in den Strahlungstrockner 4. Über
die Beimischung der Luft aus dem Frischluftanschluss 12 wird diese
Zuluft 11 auf etwa 120 bis 140°C abgekühlt.
Auf diese Weise kann bei einer Papierbahn die Gefahr des Mottlings
reduziert und allgemein bei einer Materialbahn 2 das Auskondensieren
von Wasser auf der Materialbahn 2 verhindert werden. Das
Gebläse 14 kann hier relativ klein ausgebildet
sein und eine relativ niedrige Druckstufe von beispielsweise etwa
30 mbar aufweisen. Bei herkömmlichen Systemen hat man 50
mbar oder mehr benötigt. Der Motor 13 ist durch
eine nicht näher dargestellte Steuereinrichtung steuerbar,
insbesondere in Abhängigkeit von der Temperatur der Zuluft 11.
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In
der Verbindung 10 ist eine Abschottklappe 15 vorgesehen.
Die Abschottklappe 15 ist normalerweise offen. Sie wird
beispielsweise dann geschlossen, wenn im Strahlungstrockner 4 einzelne
IR-Module nachgestartet werden müssen und nicht von der Umluft
gestört werden sollen.
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Der
Lufttrockner 5 weist eine Zuluft 16 und eine Abluft 17 auf.
Wie im Zusammenhang mit dem Strahlungstrockner 4 bereits
erwähnt, sind natürlich sämtliche Luftströme
in Leitungen oder Leitungsanordnungen geführt.
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Zwischen
der Abluft 17 und der Zuluft 16 ist eine Verbindung 18 angeordnet.
In der Verbindung 18 ist eine einen Motor 19 und
ein Gebläse 20 aufweisende Fördereinrichtung
angeordnet. Ferner ist in der Verbindung eine Abschottklappe 21 angeordnet. Schließlich
kann optional in der Verbindung 18 noch eine Heizeinrichtung 22 angeordnet
sein. Die Heizeinrichtung 22 kann beispielsweise als Brennkammer ausgebildet
sein. Wenn in der Verbindung 18 oder in der Zuluft 16 eine
derartige Heizeinrichtung 22 angeordnet ist, dann ist es
zweckmäßig, einen Frischluftanschluss 23 vorzusehen,
der, genau wie der Frischluftanschluss 12, steuerbar ausgebildet
ist. Dieser Frischluftanschluss 23 dient gegebenenfalls
zum Spülen des Kreislaufs durch den Lufttrockner 5.
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Der
Lufttrockner 5 weist also ein erstes Luftführungssystem 24 und
der Strahlungstrockner 4 weist ein zweites Luftführungssystem 25 auf.
Beide Luftführungssysteme weisen eine Verbindung 18, 10 von
Zuluft 16, 11 und Abluft 17, 9 auf.
Beide Luftführungssysteme 24, 25 sind
im Bereich ihrer Abluft 17, 9 miteinander verbunden,
d. h. es existiert eine Verbindung 26, wo die die Abluft 17, 9 führenden
Leitungen zusammentreffen.
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In
der Abluft 17 des ersten Luftführungssystems 24,
d. h. zwischen dem Lufttrockner 5 und der Verbindung 26 ist
ein Abluftauslass 27 angeordnet, der eine einen Mo tor 28 und
ein Gebläse 29 aufweisende Fördereinrichtung
aufweist. Diese Fördereinrichtung weist eine noch niedrigere
Förderleistung als die beiden anderen Fördereinrichtungen 13, 14 bzw. 19, 20 auf.
Es reicht hier beispielsweise eine Druckstufe von nur 20 mbar aus.
Der Abluftauslass 27 ist im ersten Luftführungssystem 24 dort
angeordnet, wo die Trocknungsluft am kältesten ist (wenn man
von der Zuluft 11 des Infrarot-Trockners, der aus Qualitätsgründen
nur mit Frischluft versetzt wird, absieht) und die höchste
Beladung mit Feuchtigkeit aufweist. Die beladene Abluft wird am
Abluftauslass 27 mit den geringsten energetischen Verlusten
abgezogen.
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Die
Materialbahntrockneranordnung 1 arbeitet wie folgt: ein
geringer Teil, beispielsweise 20 der Abluft 9 des
Strahlungstrockners wird mit Frischluft versetzt und dadurch auf
etwa 120 bis 140°C abgekühlt und dem Strahlungstrockner 4 wieder
als Zuluft oder Blasluft zugeführt. Der größte
Teil der Abluft 9 des Strahlungstrockners 4 wird
in das Luftführungssystem 24 des Lufttrockners 5 eingespeist.
In vielen Fällen wird die hierdurch eingetragene Wärmeenergie
bereits ausreichen, um den Lufttrockner 5 betreiben zu
können. Wenn dies nicht der Fall ist, kann über
die Heizeinrichtung 22 zusätzliche Wärme
eingetragen werden. Da sich die Luft im Lufttrockner 5 mit
Feuchtigkeit belädt, wird ein Teil dieser Luft über den
Abluftauslass 27 entfernt. Im Strahlungstrockner 4 ist
hingegen die Gefahr einer zu hohen Beladung mit Feuchtigkeit relativ
gering, weil hier fortlaufend Frischluft über den Einlass 6 und über
den Frischluftanschluss 12 zugeführt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2005/085729 [0003]
- - EP 1169511 [0005]
- - DE 391089884 [0006]