DE102014200895A1 - Modul zum Zuführen von Trocknungsgas und zum Abführen von mit Dampf beladenen Gas sowie Vorrichtung zum Trocknen eines Substrats - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Modul (M) zum Zuführen von Trocknungsgas und zum Abführen von mit Dampf beladenen feuchten Gas, mit
einer Gaszuführkammer (1) mit zumindest einem ersten Anschlussstutzen (10) zum Zuführen von Trocknungsgas und einer eine Vielzahl von Durchbrüchen aufweisenden Gasverteilungsplatte (8) zum Entlassen des Trocknungsgases, und
einer Gasabführkammer (2) mit zumindest einem zweiten Anschlussstutzen (11) zum Abführen des feuchten Gases und zumindest einem Gasansaugschlitz (9),
wobei die Gasabführkammer (2) die Gaszuführkammer (1) zumindest abschnittsweise umgibt, so dass die Gaszuführkammer (1) und die Gasabführkammer (2) einen gemeinsamen Boden (B) eines Gehäuses (G) des Moduls (M) bilden, welcher die Gasverteilungsplatte (8) und eine Öffnung (O) des Gasansaugschlitzes (9) umfasst.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Modul zum Zuführen eines Trocknungsgases und zum Abführen des mit Dampf beladenen Gases sowie eine Vorrichtung zum Trocknen eines Substrats.
• Nach dem Stand der Technik ist es bekannt, die Oberflächen bahnförmiger Güter mit dünnen Fluidschichten zu versehen. Bei den bahnförmigen Gütern kann es sich beispielsweise um Papier-, Kunststofffolien-, Textilien- oder Metallbänder handeln. Zur Beschichtung der Oberfläche wird ein Fluidfilm aufgetragen, der eine verdampfbare Flüssigkeit und nicht-verdampfbare Komponenten enthält. Der Fluidfilm wird durch Verdampfen der verdampfbaren Flüssigkeit verfestigt. Dieser Prozess wird als Trocknung der Fluidschicht bezeichnet.
• Zur Verfestigung bzw. Trocknung des Fluidfilms ist es beispielsweise aus der DE 39 27 627 A1 bekannt, sowohl eine Unterseite des Substrats als auch eine mit dem Fluidfilm versehene gegenüberliegende Oberseite mit einem erwärmten Transportgas anzuströmen. Zur Anströmung der Oberseite sind in Transportrichtung aufeinanderfolgend erste und zweite Filterplatten vorgesehen. Durch die ersten Filterplatten wird Zuluft zugeführt. Durch die zweiten Filterplatten wird die mit Dämpfen und Lösungsmitteln angereicherte Abluft abgeführt.
• Aus der WO 82/03450 ist es bekannt, Zuluft durch eine in einem Abstand oberhalb des Fluidfilms vorgesehene Verteilerplatte zuzuführen. Durch die Wirkung der Verteilerplatte wird die Strömung des Transportgases im Bereich oberhalb der Fluidschicht verlangsamt. Turbulente Strömungen werden vermieden.
• Die DE 44 33 904 offenbart eine Vorrichtung zum Erhitzen einer Druckbahn für eine Druckpresse. Dabei sind eine Luftzuführkammer und eine Luftabführkammer jeweils mittels eines porösen Gewebe-Kohlenstoffs gegenüber dem Substrat getrennt.
• Die nach dem Stand der Technik bekannten Trocknungsvorrichtungen erfordern einen aufwändigen Herstellungsprozess. Deren Wartung und Reparatur, beispielsweise im Falle eines Zusetzens einer porösen Platte oder eines porösen Gewebes, ist zeit- und kostenaufwändig. Abgesehen davon erfordern die bekannten Trocknungsvorrichtungen einen hohen Energieaufwand sowie große Luftmengen.
• Aufgabe der Erfindung ist es, die Nachteile nach dem Stand der Technik zu beseitigen. Es soll insbesondere eine Vorrichtung zum Trocknen eines Substrats angegeben werden, welche einfach und kostengünstig herstellbar ist. Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll die Vorrichtung einfach montiert, repariert sowie gewartet werden können. Ferner sollen mit der Vorrichtung hohe Trocknungsraten erzielt werden können. Schließlich sollen der Energieaufwand und die zur Trocknung erforderlichen Luftmengen vermindert werden.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 14 gelöst. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 13 und 15 bis 17.
• Zur Lösung der Aufgabe wird ein Modul zum Zuführen von Trocknungsgas und zum Abführen von mit Dampf beladenen feuchten Gas vorgeschlagen, mit
  einer Gaszuführkammer mit zumindest einem ersten Anschlussstutzen zum Zuführen von Trocknungsgas und einer eine Vielzahl von Durchbrüchen aufweisenden Gasverteilungsplatte zum Entlassen des Trocknungsgases, und
  einer Gasabführkammer mit zumindest einem zweiten Anschlussstutzen zum Abführen des feuchten Gases und zumindest einem Gasansaugschlitz,
  wobei die Gasabführkammer die Gaszuführkammer zumindest abschnittsweise umgibt, so dass die Gaszuführkammer und die Gasabführkammer einen gemeinsamen Boden eines Gehäuses des Moduls bilden, welcher die Gasverteilungsplatte und eine Öffnung des Gasansaugschlitzes umfasst.
• Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff ”feuchtes Gas” ein Gas verstanden, welches mit Wasser- oder Lösemitteldämpfen beladen ist. Ein vorgegebenes Volumen ”feuchten Gases” im Sinne der Erfindung enthält mehr Dampf als das gleiche Volumen des Trocknungsgases. ”Feuchtes Gas” enthält Dampf von 5% bis hin zur Sättigungsgrenze des Trocknungsgases. Als Trocknungsgas wird üblicherweise Luft verwendet. Es können aber auch nichtbrennbare Gase wie N₂, CO₂, Ar verwendet werden.
• Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Modul lässt sich einfach herstellen. Es vereint in einer einzigen Montageeinheit die Funktionen des Zuführens von Trocknungsgas sowie des Abführens von mit Dampf beladenen feuchtem Gas. Eine unter Verwendung der erfindungsgemäßen Module hergestellte Vorrichtung zum Trocknen eines Substrats lässt sich einfach und schnell reparieren und warten. Abgesehen davon, können unter Verwendung der erfindungsgemäßen Module schnell und einfach Vorrichtungen mit variablen Trocknungsstrecken hergestellt werden. Das vorgeschlagene Modul lässt sich zur Herstellung von Linear- und Trommeltrocknern verwenden.
• Vorteilhafterweise umfasst das Gehäuse zwei lange Seitenwände, zwei kurze Seitenwände, eine dem Boden gegenüberliegende Decke und einen die Gaszuführkammer von der Gasabführkammer trennenden Zwischenboden. Das Gehäuse ist beispielsweise nach Art eines Quaders ausgestaltet. Die Seitenwände, die Decke und der Zwischenboden sind zweckmäßigerweise aus Metall, beispielsweise Aluminium oder Edelstahl, hergestellt. Auch die Verwendung thermisch isolierter Werkstoffe, z. B. Polymere, Keramik oder dgl., ist möglich.
• Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Gasverteilungsplatte zwischen zwei weiteren langen Seitenwänden gehalten, welche sich von der Zwischendecke erstrecken. In diesem Fall kann die Gaszuführkammer als separate Baueinheit vorgefertigt werden und anschließend in ein aus den langen Seitenwänden, den kurzen Seitenwänden und der Decke gebildeten Gehäusebestandteil eingesetzt werden. Die Gasabführkammer ist dann zweckmäßigerweise durch die Decke sowie abschnittsweise durch die langen und die kurzen Seitenwände sowie die Zwischendecke begrenzt. Der zumindest eine Gasabführschlitz ist in diesem Fall zweckmäßigerweise im Gehäuse zwischen einer der langen Seitenwände und der gegenüberliegenden weiteren langen Seitenwand gebildet.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung ist der erste Anschlussstutzen an einer der beiden kurzen Seitenwände angebracht. Nach einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung ist an beiden kurzen Seitenwänden jeweils ein erster Anschlussstutzen angebracht. Der zumindest eine Anschlussstutzen, vorzugsweise beide Anschlussstutzen, sind mit einem die Gaszuführkammer durchgreifenden ersten Gasverteilungsrohr verbunden. Das erste Gasverteilungsrohr hat die Funktion, das durch die Gaszuführkammer zugeführte Trocknungsgas über deren gesamte, sich entlang der langen Seitenwände erstreckenden Breite gleichmäßig der Gaszuführkammer zuzuführen.
• In ähnlicher Weise kann auch der zweite Anschlussstutzen an einer der beiden kurzen Seitenwände angebracht sein. Vorteilhafterweise sind an beiden kurzen Seitenwänden jeweils ein zweiter Anschlussstutzen angebracht. Der zumindest eine zweite Anschlussstutzen, vorzugsweise beide Anschlussstutzen, können mit einem die Gasabführkammer durchgreifenden zweiten Gasverteilungsrohr verbunden sein. Das zweite Gasverteilungsrohr hat die Funktion, das feuchte Gas aus der Gasabführkammer über die Breite hinweg gleichmäßig abzuführen.
• Das erste und/oder zweite Gasverteilungsrohr kann/können jeweils eine Vielzahl von über deren Länge hinweg sich erstreckenden Durchbrüchen aufweisen. Das erste und/oder zweite Gasverteilungsrohr ist/sind zweckmäßigerweise aus einem porösen Material hergestellt. Das Gasverteilungsrohr kann aus Kunststoff oder aus Metall, beispielsweise aus einem gesinterten porösen Metall, hergestellt sein. Das Gasverteilungsrohr kann insbesondere aus einem mit Durchbrüchen versehenen Aluminiumrohr hergestellt sein.
• Die Gasverteilungsplatte kann eine Lochplatte oder eine aus einem porösen Material hergestellte Platte sein. Auch die Gasverteilungsplatte kann – ähnlich wie die Gasverteilungsrohre – aus Kunststoff, Metall, insbesondere aus einem gesinterten Metall, gegossenem Aluminium oder dgl. hergestellt sein.
• Nach weiterer Maßgabe der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Trocknen eines Substrats vorgeschlagen, umfassend:
  eine Transporteinrichtung zum Transport des Substrats entlang einer Transportrichtung und
  mehrere in Transportrichtung hintereinander angebrachte erfindungsgemäße Module, wobei die Module so angeordnet sind, dass die Öffnungen der Gasansaugschlitze sich etwa senkrecht zur Transportrichtung erstrecken.
• Die vorgeschlagene Vorrichtung ist kompakt aufgebaut. Sie lässt sich einfach herstellen, reparieren und warten. Eine Länge einer Trocknungsstrecke der Vorrichtung kann durch eine Ändern der Anzahl der in Transportrichtung hintereinander angeordneten Module und/oder durch Zwischenschaltung bzw. Kombination mit Heizmodulen variiert werden.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Böden der aufeinanderfolgenden Module in einer Ebene angeordnet, welche parallel zur Substratoberfläche verläuft. Die Ebene hat z. B. einen Abstand von der Substratoberfläche im Bereich von 0,1 bis 15,0 mm, zweckmäßigerweise 0,2 bis 5,0 mm.
• Die Gasverteilungsplatte und die Öffnungen der Gasansaugschlitze erstrecken sich über die Breite der Module. Die Breite ist zweckmäßigerweise größer gewählt als eine weitere Breite der Fluidbeschichtung auf dem Substrat. Die Breite der Module kann auch durch Abdeckbleche variiert werden, mit denen ein Randabschnitt der Gasverteilungsplatte abgedeckt werden kann, so dass eine nicht abgedeckte Breite der Gasverteilungsplatte etwa der weiteren Breite der Fluidbeschichtung auf dem Substrat entspricht.
• Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen zwei aufeinanderfolgenden Modulen jeweils ein IR-Trocknungsmodul angeordnet. Eine Strahlungsfläche des IR-Trocknungsmoduls ist dabei vorteilhafterweise ebenfalls in derselben Ebene angeordnet wie die Böden der benachbarten Module. Die Strahlungsfläche kann aber auch schräg zur Ebene der Böden der benachbarten Module gerichtet sein. Anstelle der IR-Trocknungsmodule können selbstverständlich auch andere geeignete Heizmodule verwendet werden.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung sind gegenüberliegend einer Oberseite des Substrats die Module, und gegenüberliegend einer der Oberseite abgewandten Unterseite des Substrats in Transportrichtung aufeinanderfolgend IR-Trocknungsmodule angebracht. Bei der vorgeschlagenen Ausgestaltung wird das Substrat von seiner Unterseite her mittels der IR-Trocknungsmodule beheizt. Eine im auf die Oberseite aufgetragenen Fluid enthaltene Flüssigkeit wird verdampft und durch die gegenüberliegend der Oberseite angebrachten Module abgeführt.
• Nach einer weiteren Ausgestaltung kann es auch sein, dass auch an der Unterseite zwischen zwei aufeinanderfolgenden IR-Trocknungsmodulen jeweils ein Modul angeordnet ist. Die vorgeschlagene Ausgestaltung eignet sich insbesondere zur Trocknung von Substraten, welche sowohl an ihrer Oberseite als auch an ihrer Unterseite mit einem Fluid beschichtet sind. Die IR-Trocknungsmodule bzw. Heizmodule und die Module können entsprechend der jeweiligen Trocknungsanforderungen beliebig hintereinander angeordnet werden.
• Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist eine Montageschnittstelle zur Befestigung eines Moduls an einem Rahmen oder einem Träger einer Trocknungsvorrichtung weitgehend ähnlich mit einer Montageschnittstelle eines IR-Trocknungsmoduls ausgestaltet, so dass anstelle eines Moduls an der Trocknungsvorrichtung auch ein IR-Trocknungsmodul montiert werden kann. Damit ist es schnell und einfach möglich, eine Trocknungsvorrichtung an geänderte Trocknungserfordernisse anzupassen. Die Module und die IR-Trocknungsmodule weisen im Wesentlichen die gleiche Dimensionen hinsichtlich ihrer Länge und Breite auf.
• Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
• 1 eine Draufsicht auf ein Modul,
• 2 eine erste Seitenansicht des Moduls gemäß 1,
• 3 eine zweite Seitenansicht des Moduls gemäß 1,
• 4 eine Schnittansicht gemäß der Schnittlinie A-A in 2,
• 5 eine Draufsicht auf eine erste Vorrichtung zum Trocknen von Substraten,
• 6 eine Seitenansicht gemäß 5,
• 7 eine Draufsicht auf eine zweiten Vorrichtung zum Trocknen von Substraten,
• 8 eine Seitenansicht gemäß 7,
• 9 eine Draufsicht auf eine dritte Vorrichtung zum Trocknen von Substraten,
• 10 eine Seitenansicht gemäß 9,
• 11 den Zusammenhang zwischen der Trocknungsrate und der Substrattemperatur bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,
• 12 den Zusammenhang gemäß 11 für unterschiedliche Massetransporte und unterschiedliche Masseherstellung und
• 13 die Trocknungsrate über der Substrattemperatur für unterschiedliche Temperaturdifferenzen.
• Die 1 bis 4 zeigen ein erfindungsgemäßes Modul. Eine in 4 erkennbare Luftzuführkammer 1 ist abschnittsweise von einer Luftabführkammer 2 umgeben. Die Luftabführkammer 2 bildet einen Teil eines Gehäuses G. Sie ist begrenzt von zwei langen Seitenwänden 3, einer die langen Seitenwände 3 verbindenden Decke 4 sowie zwei kurzen Seitenwänden 5.
• Die Luftzuführkammer 1 ist begrenzt durch einen etwa parallel zur Decke 4 verlaufenden Zwischenboden 6, von dem sich zwei weitere lange Seitenwände 7 erstrecken. Zwischen den beiden weiteren langen Seitenwänden 7 ist eine mit Durchbrüchen versehene Luftverteilungsplatte 8 gehalten, welche einen Boden B der Luftzuführkammer 1 bildet. Die langen Seitenwände 3 und die kurzen Seitenwände 5 erstrecken sich bis zu einer durch den Boden B gebildeten Ebene. Zwischen den langen Seitenwänden 3 und den weiteren langen Seitenwänden 7 sind Luftansaugschlitze 9 gebildet, deren Öffnungen O sich beidseits der Luftverteilungsplatte 8 erstrecken. Der Boden B bildet einen weiteren Teil des Gehäuses G.
• Die Luftzuführkammer 1 ist im Wesentlichen unterhalb der Luftabführkammer 2 angeordnet. Die Luftzuführkammer 1 und die Luftabführkammer 2 weisen ein ähnliches Volumen auf. Sie unterscheiden sich in ihrem Volumen um höchstens 50%, vorzugsweise 10 bis 30%.
• Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind an den beiden kurzen Seitenwänden 5 jeweils ein erster Anschlussstutzen 10 zum Versorgen der Luftzuführkammer 1 mit Trocknungsluft angebracht. Oberhalb der ersten Anschlussstutzen 10 sind an jeder kurzen Seitenwand 5 zweite Anschlussstutzen 11 angebracht, über die in die Luftabführkammer 2 abgesaugte feuchte Luft entsorgt wird.
• Wie insbesondere aus 4 ersichtlich ist, sind die ersten Anschlussstutzen 10 innerhalb der Luftzuführkammer 1 mit einem ersten Luftverteilungsrohr 12 verbunden. Die zweiten Anschlussstutzen 11 sind mit einem die Luftabführkammer 2 durchgreifenden zweiten Luftverteilungsrohr 13 verbunden.
• Die Luftverteilungsrohre 12, 13 sowie die Luftverteilungsplatte 8 können beispielsweise aus einem Sintermetall hergestellt sein. Sie weisen zweckmäßigerweise eine offene Porosität mit einem mittleren Porendurchmesser im Bereich von 0,5 bis 1,5 mm auf. Die Luftverteilungsplatte 8 dient einer gleichmäßigen Beaufschlagung eines Substrats mit Trocknungsluft. Durch das Vorsehen des ersten Luftverteilungsrohrs 12 wird die gleichmäßige Beaufschlagung des Substrats mit Trocknungsluft weiter verbessert. – Das zweite Luftverteilungsrohr 13 dient einem gleichmäßigen Abführen feuchter Luft durch die Luftansaugschlitze 9.
• Öffnungen O der Luftansaugschlitze 9 und die Luftverteilungsplatte 8 erstrecken sich im Wesentlichen über eine gesamte Breite Br des Moduls.
• Die langen Seitenwände 3 sind bodenseitig um ca. 90° abgewinkelt. Erste abgewinkelte Abschnitte 14 vergrößern beidseits der langen Seitenwände 3 eine Fläche des Bodens B.
• Die kurzen Seitenwände 5 weisen ebenfalls Abwinklungen um etwa 90° auf. Zweite abgewinkelte Abschnitte 15 können weitere Durchbrüche zur Montage des Moduls aufweisen.
• Die Funktion des in den 1 bis 4 gezeigten Moduls ist Folgende:
  Trocknungsluft wird der Luftzuführkammer 1 durch die ersten Anschlussstutzen 10 zugeführt. Sofern mehrere Module hintereinander geschaltet sind, können jeweils zwei erste Anschlussstutzen 10 zweier aufeinanderfolgender Module miteinander verbunden sein, so dass sämtliche aufeinanderfolgende Module in Serie geschaltet sind. Die Trocknungsluft wird über die gesamte Breite Br gleichmäßig durch das erste Luftverteilungsrohr 12 in die Luftzuführkammer 1 entlassen. Von der Luftzuführkammer 1 gelangt die Trocknungsluft durch die Luftverteilungsplatte 8 auf das (hier nicht gezeigte) Substrat. Die Trocknungsluft nimmt vom zu trocknenden Fluid Dampf auf und wird durch die Luftansaugschlitze 9 in die Luftabführkammer 2 über die gesamte Breite Br hinweg gleichmäßig angesaugt. Zu diesem Zweck erfolgt die Ansaugung der feuchten Luft in der Luftabführkammer 2 durch das zweite Luftverteilungsrohr 13.
• Bei der in den 5 und 6 gezeigten ersten Vorrichtung zum Trocknen eines Substrats S sind in einer Transportrichtung T des Substrats S hintereinander mehrere Module M gemäß den 1 bis 4 angeordnet. Die langen Seitenwände 3 der Module M sind dabei im Wesentlichen senkrecht zur Transportrichtung T angeordnet. Die sich von den langen Seitenwänden 3 erstreckenden ersten Abschnitte 14 liegen aneinander und bilden gemeinsam mit den Luftverteilungsplatten 8 eine Ebene E, welche parallel zu einer Oberseite Os des Substrats S verläuft. Ein Abstand d zwischen der Ebene E und der Oberseite Os des Substrats S beträgt 0,1 bis 15 mm, vorzugsweise 0,2 bis 10 mm. Eine der Oberseite Os gegenüberliegende Unterseite des Substrats S ist mit dem Bezugszeichen Us bezeichnet.
• Bei der in den 7 und 8 gezeigten zweiten Vorrichtung zum Trocknen eines Substrats S sind – wie bei der in den 5 und 6 gezeigten ersten Vorrichtung – gegenüberliegend der Oberseite Os des Substrats S aufeinanderfolgend mehrere Module M angeordnet. Gegenüberliegend der Unterseite Us des Substrats S sind hier zusätzlich in Transportrichtung T aufeinanderfolgend IR-Strahlungsmodule MI angeordnet. Die IR-Strahlungsmodule MI erstrecken sich im Wesentlichen über dieselbe Breite Br wie die Module M (hier nicht gezeigt). Eine Strahlungsebene SE von Strahlungsflächen F der IR-Strahlungsmodule MI verläuft etwa parallel zur Unterseite Us.
• Bei der in den 9 und 10 gezeigten dritten Vorrichtung sind gegenüberliegend der Oberseite Os in Transportrichtung T aufeinanderfolgend abwechselnd Module M und IR-Strahlungsmodule MI angeordnet, und zwar derart, dass wiederum die langen Seitenwände 3 der Module M sich etwa senkrecht zur Transportrichtung T erstrecken. Lange Gehäuseseitenwände 16 der IR-Strahlungsmodule MI erstrecken sich etwa parallel zu den langen Seitenwänden 3 der Module M.
• Wie aus 10 ersichtlich ist, ist jeweils ein Modul M gegenüberliegend der Oberseite Os und in gegenüberliegender Anordnung ein IR-Strahlungsmodul MI gegenüberliegend der Unterseite Us angeordnet. Damit wird eine besonders effiziente Trocknung eines sowohl an der Oberseite Os als auch an der Unterseite Us mit einem Fluid beschichteten Substrats S erreicht.
• 11 zeigt den Zusammenhang zwischen der Temperatur des Substrats (Substrate temperature) und der Trocknungsrate (Drying Rate) bei Verwendung einer Vorrichtung mit den erfindungsgemäßen Modulen. Ein Abstand d zwischen dem der Oberfläche des Fluidfilms zugewandten Boden B der Trocknungsmodule und der Oberfläche des Fluidfilms hat 4 mm betragen. Eine Strömungsgeschwindigkeit u der Trocknungsluft durch die Luftverteilungsplatte 8 hat 1 m/s betragen. Eine Temperaturdifferenz ΔT zwischen dem Boden B und der Oberfläche des Fluidfilms hat 200°C betragen. Wie aus 11 ersichtlich ist, liegen Trocknungsraten konventioneller Trockner etwa bei 1 g/m²s. Die mit den Punkten gekennzeichnete Kurve beschreibt eine Masse m ._P an Dampf, welche pro Zeiteinheit aus dem zu trocknenden Fluid gebildet wird (mass production). Eine Masse m ._T an feuchter Luft, welche pro Zeiteinheit abtransportiert wird (mass transport), ist durch die mit den Dreiecken gekennzeichnete Kurve wiedergegeben.
• Wie aus 11 ersichtlich ist, kann bei einer Substrattemperatur von etwa 65°C eine optimale Trocknungsrate von mehr als 5 g/m²s erreicht werden. D. h. eine Vorrichtung unter Verwendung der erfindungsgemäßen Module ermöglicht eine 5-fach erhöhte Trocknungsrate im Vergleich zu herkömmlichen Trocknern.
• Die Masserate m ._T des Abtransports von feuchter Luft und die Masserate m ._P der Dampfbildung ergeben sich aus den folgenden Formeln:

  

  wobei φ(T) das Verhältnis der Dampfdichte zur Gesamtdichte der mittels Diffusion transportierten Luft und des Dampfs ist,
  wobei ρ die Dichte des Transportgases ist, und
  wobei D die Diffusionskonstante ist.

  

  wobei q . die Wärmeflussrate ist, und
  wobei Δh_LH die latente Wärme des verdampfenden Fluids der aufgetragenen Schicht angibt.
• Die oben für m ._T angegebene Formel enthält nicht die Luftgeschwindigkeit, da diese an der Oberfläche des Fluidfilms identisch Null ist. Der Abtransport der verdampften Flüssigkeit erfolgt an der Filmoberfläche rein diffusiv. Erst in einem größeren Abstand kommt es zum Abtransport des Dampfes durch Konvektion. Dies ist der Grund, weshalb das hier beschriebene Trocknungsverfahren als diffusionsoptimierte Konvektionstrocknung bezeichnet wird.
• 12 zeigt die Abhängigkeit der Trocknungsrate über der Substrattemperatur für unterschiedliche Masseraten m ._T des Abtransports und Masseraten m ._P der Dampfbildung bei d = 4 mm und ΔT = 200°C. Daraus ist ersichtlich, dass eine besonders hohe Trocknungsrate im Bereich von 10 g/ms² erreicht werden kann bei einer Substrattemperatur von etwa 50°C und einer Strömungsgeschwindigkeit u der Trocknungsluft von 2 m/s.
• 13 zeigt die Trocknungsrate über der Substrattemperatur für verschiedene Massetransporte m ._T und Dampferzeugungsraten m ._P bei variablem ΔT, wobei d = 4 mm und die Strömungsgeschwindigkeit u der Trocknungsluft = 1 m/s. Wie aus 13 ersichtlich ist, kann eine maximale Trocknungsrate von mehr als 5 g/ms² erreicht werden bei einer Temperaturdifferenz ΔT von 200°C. In diesem Fall beträgt die Substrattemperatur etwa 65°C.
• Obwohl im gezeigten Ausführungsbeispiel das Modul M zwei Luftansaugschlitze 9 aufweist, kann es auch sein, dass lediglich ein Luftansaugschlitz 9 vorgesehen ist. Die Luftzuführkammer 1 kann als separates Bauelement gefertigt sein. In diesem Zusammenhang ist es auch möglich, dass der Zwischenboden 6 und die weiteren langen Seitenwände 7 mittels weiterer kurzer Seitenwände (hier nicht gezeigt) verbunden sind. Die Luftzuführkammer 1 wird zweckmäßigerweise innerhalb der Luftabführkammer 2 mittels an den kurzen Seitenwänden 5 angebrachter Befestigungsmittel, beispielsweise Schrauben, Nieten, einer Schweißverbindung oder dgl., gehalten. Damit ist es möglich, durch Verbindungsmittel hervorgerufene unerwünschte Durchdringungen der Luftansaugschlitze 9 zu vermeiden.
• Obwohl es in den Figuren nicht gezeigt ist, können pro Modul M auch lediglich ein erster 10 und ein zweiter Anschlussstutzen 11 vorgesehen sein. Vorteilhafterweise erstrecken sich die Anschlussstutzen 10, 11 jedoch von den kurzen Seitenwänden 5. Das ermöglicht es, die Module M relativ eng aneinanderliegend in Transportrichtung T hintereinander anzuordnen.
• Als Transportvorrichtung zum Transport des Substrats S kann eine herkömmliche Transportvorrichtung verwendet werden. Beispielsweise kann das Substrat S über Walzen angetrieben und durch die Vorrichtung zum Trocknen geführt werden. Eine solche Transportvorrichtung eignet sich insbesondere zum Beschichten bahnförmiger Substrate S, beispielsweise Papier-, Kunststoff- oder Gewebebahnen. Ferner kann die Transportvorrichtung auch ein Transportband aufweisen, auf dem vorzugsweise plattenförmige starre Substrate S transportiert werden. Solche Substrate S können beispielsweise aus Metall, Keramik oder Kunststoff hergestellt sein.
• Bezugszeichenliste

1

Luftzuführkammer

2

Luftabführkammer

3

lange Seitenwand

4

Decke

5

kurze Seitenwand

6

Zwischenboden

7

weitere lange Seitenwand

8

Luftverteilungsplatte

9

Luftansaugschlitz

10

erster Anschlussstutzen

11

zweiter Anschlussstutzen

12

erstes Luftverteilungsrohr

13

zweites Luftverteilungsrohr

14

erster Abschnitt

15

zweiter Abschnitt

16

lange Gehäuseseitenwand

B

Boden

Br

Breite

d

Abstand

E

Ebene

F

Strahlungsfläche

G

Gehäuse

M

Modul

MI

IR-Strahlungsmodul

O

Öffnung

Os

Oberseite

S

Substrat

SE

Strahlungsebene

T

Transportrichtung

Us

Unterseite

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 3927627 A1 [0003]
• WO 82/03450 [0004]
• DE 4433904 [0005]

Claims (17)

1. Modul (M) zum Zuführen von Trocknungsgas und zum Abführen von mit Dampf beladenen feuchten Gas, mit einer Gaszuführkammer (1) mit zumindest einem ersten Anschlussstutzen (10) zum Zuführen von Trocknungsgas und einer eine Vielzahl von Durchbrüchen aufweisenden Gasverteilungsplatte (8) zum Entlassen des Trocknungsgases, und einer Gasabführkammer (2) mit zumindest einem zweiten Anschlussstutzen (11) zum Abführen des feuchten Gases und zumindest einem Gasansaugschlitz (9), wobei die Gasabführkammer (2) die Gaszuführkammer (1) zumindest abschnittsweise umgibt, so dass die Gaszuführkammer (1) und die Gasabführkammer (2) einen gemeinsamen Boden (B) eines Gehäuses (G) des Moduls (M) bilden, welcher die Gasverteilungsplatte (8) und eine Öffnung (O) des Gasansaugschlitzes (9) umfasst.
2. Modul (M) nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse (G) zwei lange Seitenwände (3), zwei kurze Seitenwände (5), eine dem Boden (B) gegenüberliegende Decke (4) und einen die Gaszuführkammer (1) von der Gasabführkammer (2) trennenden Zwischenboden (6) umfasst.
3. Modul (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasverteilungsplatte (8) zwischen zwei weiteren langen Seitenwänden (7) gehalten ist, welche sich von dem Zwischenboden (6) erstrecken.
4. Modul (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasabführkammer (2) durch die Decke (4) sowie abschnittsweise durch die langen (3) und die kurzen Seitenwände (5) sowie den Zwischenboden (6) begrenzt ist, und wobei im Gehäuse (G) der Gasansaugschlitz (9) zwischen zumindest einer der langen Seitenwände (3) und der gegenüberliegenden weiteren langen Seitenwand (7) gebildet ist.
5. Modul (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Anschlussstutzen (10) an einer der beiden kurzen Seitenwände (5) angebracht ist.
6. Modul (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an beiden kurzen Seitenwänden (5) jeweils ein erster Anschlussstutzen (10) angebracht ist.
7. Modul (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine erste Anschlussstutzen (10) mit einem die Gaszuführkammer (1) durchgreifenden ersten Gasverteilungsrohr (12) verbunden ist.
8. Modul (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zweite Anschlussstutzen (11) an einer der beiden kurzen Seitenwände (5) angebracht ist.
9. Modul (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an beiden kurzen Seitenwänden (5) jeweils ein zweiter Anschlussstutzen (11) angebracht ist.
10. Modul (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine zweite Anschlussstutzen (11) mit einem die Gasabführkammer (2) durchgreifenden zweiten Gasverteilungsrohr (13) verbunden ist.
11. Modul (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste (12) und/oder zweite Gasverteilungsrohr (13) jeweils eine Vielzahl von über deren Länge hinweg sich erstreckende Durchbrüchen aufweist/en.
12. Modul (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste (12) und/oder zweite Gasverteilungsrohr (13) aus einem porösen Material hergestellt ist/sind.
13. Modul (M) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Gasverteilungsplatte (8) eine Lochplatte oder eine aus einem porösen Material hergestellte Platte ist.
14. Vorrichtung zum Trocknen eines Substrats (S), umfassend: eine Transporteinrichtung zum Transport des Substrats (S) entlang einer Transportrichtung (T), und mehrere in Transportrichtung (T) hintereinander angebrachte Module (M) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Module (M) so angeordnet sind, dass die Öffnung (O) der Gasansaugschlitze (9) sich etwa senkrecht zur Transportrichtung (T) erstrecken.
15. Vorrichtung nach Anspruch 14, wobei zwischen zwei aufeinanderfolgenden Modulen (M) jeweils ein IR-Trocknungsmodul (MI) angeordnet ist.
16. Vorrichtung nach Anspruch 14 und 15, wobei gegenüberliegend einer Oberseite (Os) des Substrats (S) die Module (M) und gegenüberliegend einer der Oberseite (Os) abgewandten Unterseite (Us) des Substrats (S) in Transportrichtung (T) aufeinanderfolgend IR-Trocknungsmodule (MI) angebracht sind.
17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, wobei zwischen zwei aufeinanderfolgenden IR-Trocknungsmodulen (MI) jeweils ein Modul (M) angeordnet ist.

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