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Die Erfindung betrifft eine Reinigungseinrichtung für einen Abluftstrom eines Ofens, insbesondere Gelierofens, sowie ein Verfahren zum Reinigen eines Abluftstroms eines Ofens, insbesondere Gelierofens, bei gleichzeitiger Wärmerückgewinnung.
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Gemäß einem dem Anmelder bekannten, druckschriftlich nicht niedergelegten Stand der Technik erfolgt eine Abluftreinigung für einen Abluftstrom eines Ofens, insbesondere Gelierofens, durch eine thermische Nachverbrennung. Bei einer thermischen Nachverbrennung wird dem Abluftstrom ein Brennstoff, insbesondere ein Brenngas, zugesetzt und es erfolgt eine Zündung und nachfolgende Verbrennung des Gemisches aus Brennstoff und Abluftstrom, insbesondere in einem kontinuierlichen Gasstrom. Hierbei werden die im Abluftstrom aus dem Ofen, insbesondere Gelierofen, der insbesondere zum Vorhärten von Klebeverbindungen, insbesondere im Bereich der Automobilindustrie, eingesetzt wird, enthaltenen Aerosolbestandteile wie beispielsweise Öldampf und/oder Lösungsmitteldampf, neutralisiert. Allerdings ergibt sich hierbei der Nachteil, dass aufgrund der Verbrennung der Aerosolbestandteile des Abluftstroms und des Brennstoffs erhebliche Mengen an Kohlendioxid freigesetzt werden, die eine negative Auswirkung auf eine Schadstoffbilanz für die Verwendung eines entsprechenden Klebeverfahrens haben. Darüber hinaus muss ein geeigneter Brennstoff zur Verfügung gestellt werden, wodurch zusätzliche Kosten entstehen. Weiterhin fällt durch eine derartige thermische Nachverbrennung eine erhebliche Menge an Abwärme an, die nur teilweise sinnvoll genutzt werden kann.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Reinigungseinrichtung und ein Verfahren zum Reinigen eines Abluftstroms eines Ofens, insbesondere Gelierofens, bereitzustellen, die eine erhebliche Vereinfachung der Abluftnachbehandlung sowie eine verbesserte Energiebilanz für die Reinigung des Abluftstroms ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Erfindungsaspekt durch eine Reinigungseinrichtung gelöst, wie sie im Anspruch 1 angegeben ist.
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Die erfindungsgemäße Reinigungseinrichtung weist ein Gehäuse auf, an dem ein Lufteinlass für einen Eintritt des Abluftstroms in das Gehäuse und ein Luftauslass für einen Austritt des Abluftstroms aus dem Gehäuse ausgebildet sind und in dem längs eines Strömungspfands für den Abluftstrom zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass eine erste Kühleinrichtung und eine zweite Kühleinrichtung angeordnet sind, wobei die erste Kühleinrichtung einen Sprühkühler umfasst, der für eine Vernebelung einer Kühlflüssigkeit in den Abluftstrom ausgebildet ist und wobei die zweite Kühleinrichtung einen Wärmetauscher umfasst, der für einen Wärmeaustausch des Abluftstroms mit einem fluidgetrennt geführten Zuluftstrom für den Ofen, insbesondere Gelierofen, ausgebildet ist.
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Die beschriebene Reinigungseinrichtung basiert darauf, dass die Abwärme gezielt aus dem Abluftstrom entzogen wird und die entzogene Abwärme wieder dem Prozess zugeführt wird.
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Vorzugsweise ist vorgesehen, dass die Reinigungseinrichtung für den Abluftstrom in unmittelbarer Umgebung des Ofens, insbesondere Gelierofens, angeordnet ist, sodass der vom Ofen bereitgestellte, beispielsweise mit Hilfe eines geeigneten Gebläses abgesaugte, Abluftstrom in das Gehäuse der Reinigungseinrichtung einströmen kann.
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Exemplarisch ist das Gehäuse aus mehreren, vorzugsweise eben ausgebildeten, Gehäusewänden aufgebaut, die in abdichtender Weise miteinander verbunden sind. Beispielhaft ist das Gehäuse im Wesentlichen kastenförmig ausgeführt, wobei an einem ersten Endbereich des Gehäuses der Lufteinlass und an einem entgegengesetzt angeordneten Endbereich des Gehäuses der Luftauslass ausgebildet sind. Zwischen dem Lufteinlass und dem Luftauslass durchströmt der Abluftstrom das Gehäuse längs eines Strömungspfads, der zumindest bereichsweise gekrümmt ausgebildet sein kann.
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Für die erfindungsgemäße Reinigung des Abluftstroms sind dem Gehäuse eine erste Kühleinrichtung wie eine stromab längs des Strömungspfads gegenüber der ersten Kühleinrichtung angeordnete zweite Kühleinrichtung vorgesehen. Die Aufgabe der ersten Kühleinrichtung besteht darin, den im Wesentlichen ungekühlt aus dem Ofen, insbesondere Gelierofen, austretenden Abluftstrom mit Hilfe vernebelter Kühlflüssigkeit abzuschrecken, das heißt auf einer kurzen Strecke längs des Strömungspfads eine erhebliche Temperaturreduzierung für den Abluftstrom zu bewirken. Dies wird dadurch erreicht, dass Kühlflüssigkeit, insbesondere Wasser, mit Hilfe geeigneter Sprühdüsenanordnungen in den Abluftstrom eingesprüht und dadurch vernebelt wird. Durch die Vernebelung entsteht eine große Oberfläche für die Kühlflüssigkeit. Dabei wird die Kühlflüssigkeit aufgrund der hohen Temperatur des Abluftstroms, die in diesem Bereich des Strömungspfands zwischen 150 Grad Celsius und 200 Grad Celsius liegen kann, zumindest nahezu vollständig verdampft. Die für die Verdampfung der Kühlflüssigkeit erforderliche Verdampfungswärme führt zur gewünschten Abschreckung des Abluftstroms durch die erste Kühleinrichtung, vorzugsweise auf eine Temperatur von ca. 100 Grad Celsius bis 140 Grad Celsius, insbesondere auf eine Temperatur von ca. 120 Grad Celsius.
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Die Aufgabe der, insbesondere als Luft/Luft-Wärmetauscher ausgebildeten, zweiten Kühleinrichtung besteht darin, eine weitere Abkühlung des Abluftstroms herbeizuführen und dabei zumindest eine teilweise Kondensation der Kühlflüssigkeit und der nunmehr in der Kühlflüssigkeit gelösten oder zumindest an der Kühlflüssigkeit anhaftenden Aerosolbestandteile zu bewirken. Hierzu ist die zweite Kühleinrichtung als Wärmetauscher, insbesondere als Röhrenwärmetauscher, ausgebildet und wird vorzugsweise von einem Zuluftstrom durchströmt, der zu einer weiteren Abkühlung der Temperatur des Abluftstroms führt. Die im Zuge des Wärmeaustauschs zwischen dem Abluftstrom und dem Zuluftstrom übertragene Wärme führt zu einer Temperaturerhöhung im Zuluftstrom. Somit kann der Zuluftstrom nach einem Durchtritt durch den Wärmetauscher beispielsweise als vorgewärmte Luft für Schleusenbereiche am Eintritts- und/oder Austrittsbereich des Ofens, insbesondere Gelierofens, bei dem es sich insbesondere um einen Durchlaufofen handelt, eingesetzt werden.
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Um eine Durchmischung des Abluftstroms mit dem Zuluftstrom zu vermeiden ist eine fluidgetrennte Führung der beiden Luftströme vorgesehen, der Wärmeaustausch zwischen den beiden Luftströmen erfolgt durch Wärmediffusion (Konduktion) in dem Material, aus dem der Wärmetauscher hergestellt ist. Bevorzugt wird der Wärmetauscher aus einem metallischen Material, insbesondere Aluminium oder Stahl, hergestellt, um eine vorteilhafte Wärmeübertragung zwischen dem Abluftstrom und dem Zuluftstrom zu gewährleisten. Besonders bevorzugt ist vorgesehen, dass der Zuluftstrom durch den Wärmetauscher so eingestellt wird, dass eine weitere Abkühlung des Abluftstroms durch die zweite Kühleinrichtung im Bereich von 30 bis 50 Grad Celsius, insbesondere 40 Grad Celsius erfolgt.
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Ausgehend von einer Temperatur von ca. 120 Grad Celsius beim Eintritt der Abluftstroms in den Wärmetauscher der zweiten Kühleinrichtung kann hierdurch vermieden werden, dass die im Abluftstrom enthaltenen Aerosolbestandteile, insbesondere Öldampf und Lösemitteldampf, an den Oberflächen des Wärmetauschers verkrusten und dessen Funktion bereits nach kurzer Zeit in Frage stellen. Bei geeigneter Auswahl der Materialien für die zweite Kühleinrichtung und des Temperaturprofils für den Abgasstrom innerhalb des Wärmetauschers der zweiten Kühleinrichtung wird zum einen die Verkrustung der Oberflächen des Wärmetauschers vermieden und zum anderen wird eine Kondensation der Kühlflüssigkeit und der daran anhaftenden oder darin gelösten Aerosolbestandteile, die aus dem Abluftstrom ausgewaschen wurden, ermöglicht. Durch diese Maßnahmen wird eine erhebliche Reduzierung der Schadstoffbeladung des Abluftstroms erreicht.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Zweckmäßig ist es, wenn das Gehäuse bereichsweise als Vorratsbehälter für die Kühlflüssigkeit ausgebildet ist und/oder wenn der Strömungspfad von Gehäusewänden des Gehäuses und einem Flüssigkeitspegel der Kühlflüssigkeit begrenzt ist. Durch die Ausgestaltung des Gehäuses als Vorratsbehälter für die Kühlflüssigkeit kann auf zusätzliche Maßnahmen zur Führung von kondensierter Kühlflüssigkeit, wie sie beispielsweise am Wärmetauscher der zweiten Kühleinrichtung auftreten kann, verzichtet werden. Vielmehr kann die kondensierte Kühlflüssigkeit im Gehäuse vom Wärmetauscher nach unten tropfen und dort in einen, vorzugsweise wannenartig ausgebildeten Bereich, des Gehäuses aufgenommen werden. Darüber hinaus kann auch vernebelte Kühlflüssigkeit, die vom Sprühkühler in den Abluftstrom abgegeben, dort aber nicht verdunstet wird, unmittelbar in den als Vorratsbehälter dienenden Bereich des Gehäuses abtropfen. Ergänzend oder alternativ ist vorgesehen, dass der Strömungspfad für den Abluftstrom von Gehäusewänden des Gehäuses und dem Flüssigkeitspegel der Kühlflüssigkeit begrenzt ist. Durch diese Maßnahme kann eine Anpassung des freien Strömungsquerschnitts für den Abluftstrom, der das Gehäuse durchströmt, verändert werden. Hierzu wird der Flüssigkeitspegel der Kühlflüssigkeit angehoben oder abgesenkt. Dies erlaubt eine vorteilhafte Anpassung des freien Strömungsquerschnitts für den Abluftstrom in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsbedingungen der Reinigungseinrichtung und/oder des Ofens, insbesondere Gelierofens.
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Vorteilhaft ist es, wenn die erste Kühleinrichtung wenigstens zwei Sprühdüsenanordnungen zur Vernebelung von Kühlflüssigkeit in den Abluftstrom umfasst, wobei eine erste Sprühdüsenanordnung längs des Strömungspfads vor dem Wärmetauscher der zweiten Kühleinrichtung angeordnet ist und wobei eine zweite Sprühdüsenanordnung längs des Strömungspfads nach dem Wärmetauscher der zweiten Kühleinrichtung angeordnet ist. Dabei besteht die Aufgabe der ersten Sprühdüsenanordnung in der bereits vorstehend beschriebenen Abschreckung des im Wesentlichen ungekühlt aus dem Ofen, insbesondere Gelierofen, mit einer Temperatur von ca. 180 Grad Celsius in das Gehäuse eintretenden Abluftstroms auf eine Temperatur von ca. 120 Grad, die sich als besonders günstig für die weitere Abkühlung mit Hilfe der zweiten Kühleinrichtung herausgestellt hat. Die Aufgabe der zweiten Sprühdüsenanordnung, die stromab hinter dem Wärmetauscher der zweiten Kühleinrichtung angeordnet ist, besteht darin, eine Nachkühlung des Abgasstroms vorzunehmen. Hierbei findet wie bei der ersten Sprühdüsenanordnung eine Vernebelung von Kühlflüssigkeit durch Einsprühen in den Abluftstrom statt. Dabei ist jedoch abweichend von dem Abschreckvorgang, wie er durch die erste Sprühdüsenanordnung für den Abgasstrom bewirkt werden soll, bei der zweiten Sprühdüsenanordnung eine reine Wärmeübertragung zwischen dem Abluftstrom und der vernebelten Kühlflüssigkeit vorgesehen, eine Verdunstung findet in diesem Bereich des Strömungspfads nicht in nennenswertem Umfang statt, da die Temperatur des Abluftstroms nach Verlassens des Wärmetauschers der zweiten Kühleinrichtung unterhalb von 100 Grad Celsius, vorzugsweise im Bereich von ca. 80 Grad Celsius liegt. Die durch die beiden Sprühdüsenanordnungen bereitgestellte Kühlflüssigkeit hingegen weist eine Temperatur von 30 bis 60 Grad Celsius, vorzugsweise 40 bis 45 Grad Celsius, auf. Dementsprechend wird durch die Vernebelung der Kühlflüssigkeit durch die zweite Sprühdüsenanordnung eine Wärmeübertragung zwischen dem warmen Abluftstrom und der kühlen Kühlflüssigkeit ermöglicht, die zu der gewünschten Abkühlung des Abluftstroms auf eine Temperatur von 40 Grad Celsius bis 60 Grad Celsius, insbesondere 50 Grad Celsius, führt.
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Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Strömungspfad nach den Kühleinrichtungen und vor dem Luftauslass eine Abscheideeinrichtung für eine Abscheidung von Flüssigkeitströpfchen aus dem Abluftstrom angeordnet ist. Die Aufgabe der Abscheideeinrichtung besteht demnach darin, noch vorhandene Aerosolbestandteile, insbesondere Öldampf und/oder Lösungsmitteldampf, sowie vernebelte Kühlflüssigkeit zumindest weitgehend aus dem Abluftstrom zu entfernen, damit diese nicht in eine Umgebung der Reinigungseinrichtung ausgetragen wird.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Abscheideeinrichtung einen fluiddynamischen Tropfenabscheider, insbesondere einen Lamellenabscheider oder einen Drahtgestrick-Abscheider und/oder einen Elektrofilter umfasst. Bei den fluiddynamischen Tropfenabscheidern wie dem Lamellenabscheider oder dem Drahtgestrick-Abscheider handelt es sich um passive Einrichtungen, bei denen eine starke Umlenkung des Abluftstroms dazu ausgenutzt wird, möglicherweise noch vorhandene Aerosolbestandteile, insbesondere Öldampf, Lösemitteldampf oder vernebelte Kühlflüssigkeit, an den Oberflächen des jeweiligen Tropfenabscheiders abzusetzen.
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Ergänzend oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Abscheideeinrichtung einen Elektrofilter umfasst, bei dem eine elektrostatische Aufladung des Abluftstroms dazu ausgenutzt wird, die im Abluftstrom enthaltenen Partikel an einer entsprechend aufgeladenen Gegenelektrode abzulagern.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass im Gehäuse ein Ölabscheider für die Kühlflüssigkeit und/oder wenigstens ein Füllstandssensor für die Kühlflüssigkeit und/oder wenigstens ein Flüssigkeitsanschluss mit einer Ventileinrichtung für eine füllstandsabhängige Flüssigkeitszufuhr in das Gehäuse und/oder ein an einem Tiefpunkt im Gehäuse angeordnete angeordnetes Ablassventil angeordnet ist. Dabei besteht die Aufgabe der Ölabscheideeinrichtung darin, ein Abfließen eines an der Oberfläche der, vorzugsweise wässrigen, Kühlflüssigkeit entstehenden Ölfilms zu ermöglichen. Hierzu kann die Ölabscheideeinrichtung als gezahnter Auslaufbereich für die Kühlflüssigkeit ausgebildet sein, wobei das an der Oberfläche der Kühlflüssigkeit schwimmende Öl zuerst über die Zahnlücken der Ölabscheideeinrichtung abfließen kann. Die übrige Kühlflüssigkeit wird hingegen von der zahnförmigen Leiste im Gehäuse zurückgehalten. Für eine derartige Ölabscheidung für die im Gehäuse aufgenommene Kühlflüssigkeit ist es vorteilhaft, wenn dem Gehäuse wenigstens ein Füllstandssensor für die Kühlflüssigkeit zugeordnet ist, mit dessen Hilfe ein Kühlflüssigkeitspegel im Gehäuse ermittelt werden kann und dadurch der gewünschte Ölabscheidevorgang mit Hilfe der Ölabscheideeinrichtung durchgeführt werden kann. Für eine Beeinflussung des Kühlflüssigkeitspegels ist ein Flüssigkeitsanschluss mit einer Ventileinrichtung vorgesehen, der für eine füllstandsabhängige Flüssigkeitszufuhr in das Gehäuse dient. Dieser Flüssigkeitsanschluss kann beispielsweise ein Anschluss an eine zentrale Wasserversorgung sein, wobei die Ventileinrichtung mittels elektrischer Steuersignale angesteuert werden kann und eine elektromechanische Umsetzung der Steuersignale in eine Ventilöffnung oder Ventilschließung der Ventileinrichtung durchführt. Bevorzugt ist die Steuerungseinrichtung derart mit dem Füllstandssensor verbunden, dass ein zumindest im Wesentlichen konstanter Pegel der Kühlflüssigkeit im Gehäuse beibehalten werden wird.
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Für eine Abfuhr von Partikeln, insbesondere Feststoffpartikeln, aus der Kühlflüssigkeit ist an einem Tiefpunkt des Gehäuses ein Ablassventil angeordnet, mit dem die in der Art eines Sediments am Boden des Gehäuses abgelagerten Feststoffpartikel aus dem Gehäuse abgelassen werden können. Dabei kann das Ablassventil wahlweise manuell oder elektrisch angesteuert ausgebildet sein.
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Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass am Gehäuse ein Ablaufanschluss für eine Entnahme von Kühlflüssigkeit ausgebildet ist, der mit einem Wärmetauscher für einen Wärmeaustausch der Kühlflüssigkeit mit einem fluidgetrennt geführten Kühlluftstrom für eine dem Ofen, insbesondere Gelierofen, nachgelagerte Kühlzone verbunden ist. Die Aufgabe dieses Wärmetauschers besteht somit darin, die durch Abkühlung des Abluftstroms erwärmte Kühlflüssigkeit wieder abzukühlen. Hierzu werden die Kühlflüssigkeit und ein Kühlluftstrom fluidgetrennt durch den Wärmetauscher geführt, so dass ein Wärmeübergang von der Kühlflüssigkeit in den Kühlluftstrom stattfinden kann. Der hierdurch erwärmte Kühlluftstrom kann in vorteilhafter Weise für eine Temperierung einer dem Ofen, insbesondere Gelierofen, nachgelagerten Kühlzone genutzt werden, in der die im Durchlaufverfahren durch den Ofen, insbesondere Gelierofen, geführten Werkstücke, vorzugsweise ohne große Temperatursprünge, wieder auf eine niedrigere Temperatur, insbesondere Raumtemperatur abgekühlt werden. Besonders vorteilhaft ist es, wenn die am Ablaufanschluss entnommene Kühlflüssigkeit mit Hilfe einer Pumpeinrichtung durch den Wärmetauscher gefördert wird und als abgekühlte Kühlflüssigkeit wieder in das Gehäuse zurückgeführt wird. Hiermit wird die Kühlflüssigkeit in einem Flüssigkeitskreislauf genutzt und kann dadurch im Gehäuse in energieeffizienter Weise auf einer vorgebbaren Temperatur, insbesondere auf ca. 40 Grad Celsius bis 45 Grad Celsius, gehalten werden.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Lufteinlass eine Querschnittsfläche aufweist, die weniger als 70 Prozent, insbesondere weniger als 50 Prozent, einer Querschnittsfläche des Luftauslasses beträgt. Durch diese Maßnahme wird in Kombination mit der vorgesehenen Abkühlung des Abluftstroms, insbesondere ausgehend von einer Temperatur von ca. 180 Grad Celsius am Lufteinlass auf ca. 50 Grad Celsius am Luftauslass, eine vorteilhafte Strömungsgeschwindigkeit für den Abluftstrom im Bereich der dem Luftauslass zugeordneten Abscheideeinrichtung bewirkt. Die Abscheideeinrichtung kann mit einem vorteilhaften Wirkungsgrad betrieben werden, wenn eine Strömungsgeschwindigkeit des Abluftstroms im Bereich der Abscheideeinrichtung in einem Bereich von ca. 1,5 m/s bis 4 m/s, insbesondere 2,5 m/s beträgt. Bei einer solchen Geschwindigkeit des Abluftstroms findet eine effiziente Abscheidung von verbliebenen Aerosolbestandteilen, insbesondere Öldampf und/oder Lösemitteldampf und/oder Kühlflüssigkeitströpfchen aus dem Abluftstrom statt. Exemplarisch ist vorgesehen, dass eine Eintrittsgeschwindigkeit am Lufteinlass bei ca. 8 m/s bis 10 m/s, insbesondere 9 m/s anzusiedeln ist.
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Die Aufgabe der Erfindung wird gemäß einem zweiten Erfindungsaspekt durch ein Verfahren zum Reinigen eines Abluftstroms eines Ofens, insbesondere Gelierofens, bei gleichzeitiger Wärmerückgewinnung, gelöst, wie es im Anspruch 9 angegeben ist. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht die folgenden Schritte vor: Zuführen des Abluftstroms in ein Gehäuse einer Reinigungseinrichtung, Abschrecken des Abluftstroms durch Beimischung von vernebelter Kühlflüssigkeit zur Erzielung einer Abkühlung für den Abluftstrom um wenigstens 40 Grad Celsius, vorzugsweise wenigstens 50 Grad Celsius, besonders bevorzugt wenigstens 60 Grad Celsius, insbesondere auf 120 Grad Celsius, Durchführen eines Wärmeaustauschs des Abluftstroms mit einem fluidgetrennt zugeführten Zuluftstrom und/oder Abkühlen des Abluftstroms durch Beimischung von vernebelter Kühlflüssigkeit zur Erzielung einer Abkühlung für den Abluftstrom um wenigstens 40 Grad Celsius, vorzugsweise wenigstens 50 Grad Celsius, insbesondere wenigstens 60 Grad Celsius, Durchführen eines Abscheidevorgangs für Flüssigkeitströpfchen aus dem Abluftstrom durch Verwendung eines fluiddynamischen Tropfenabscheiders, insbesondere eines Lamellenabscheiders oder eines Drahtgestrick-Abscheiders, und/oder eines Elektrofilters.
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Durch diese Maßnahmen kann eine Reinigung eines Abluftstroms eines Ofens, insbesondere Gelierofens, mit einem geringen energetischen Aufwand und ohne Erstehung von unerwünschtem Kohlendioxid gewährleistet werden.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Verfahrens ist vorgesehen, dass kondensierte Kühlflüssigkeit einem Ölabscheider zur Entfernung von aus dem Abluftstrom ausgewaschenem Öl und/oder einem Wärmetauscher für einen Wärmeaustausch mit einem fluidgetrennt geführtem Kühlluftstrom, der für eine Temperierung einer Kühlzone eines Ofens, insbesondere Gelierofens, eingesetzt wird, zugeführt wird.
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Durch diese Maßnahmen werden eine unerwünschte Anreicherung von Öl in der Kühlflüssigkeit und eine unerwünschte Temperaturerhöhung für die Kühlflüssigkeit verhindert.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt. Hierbei zeigt:
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1 eine schematische Querschnittsdarstellung einer Reinigungseinrichtung zur Reinigung eines Abluftstroms eines Ofens, insbesondere Gelierofens.
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Die in der einzigen Figur schematisch dargestellte Reinigungseinrichtung 1 umfasst ein exemplarisch kastenförmig ausgebildetes Gehäuse 2, an dem ein Lufteinlass 3 und ein Luftauslass 4 ausgebildet sind. Rein exemplarisch ist das Gehäuse 2 aus mehreren abdichtend miteinander verbundenen, jeweils im Wesentlichen plattenförmig ausgebildeten Gehäusewänden 5, 6, 7, 8, 9, 11, 12, 13, 14 aufgebaut, die beispielsweise aus Stahlblechtafeln hergestellt werden können. Dabei sind die Gehäusewände 5, 9, 12, 13 und 14 exemplarisch als im Wesentlichen in vertikaler Richtung ausgerichtete Seitenwände ausgebildet. Die schräg ausgerichteten Gehäusewände 6 und 8 bilden zusammen mit den vertikal ausgerichteten Gehäusewänden 13 und 14 und der horizontal ausgerichteten Gehäusewand 7 einen trogförmigen Bereich 15 des Gehäuses 2, der insbesondere zur Aufnahme der Kühlflüssigkeit 16 vorgesehen ist. Die horizontal ausgerichtete Gehäusewand 11 dient als obere Abdeckung für das Gehäuse 2.
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Exemplarisch ist weiterhin vorgesehen, dass ein freier Querschnitt des Lufteinlasses 3, der durch die Gehäusewände 5, 12, 13 und 14 begrenzt wird, ca. 50 Prozent eines freien Querschnitts des Luftauslasses 4 beträgt, der seinerseits durch die Gehäusewände 9, 13 und 14 begrenzt ist. Am Lufteinlass 3 wird ein durch den Pfeil 17 symbolisierter Abluftstrom aus einem nicht dargestellten Ofen, insbesondere Gelierofen, in das Gehäuse 2 geleitet. Exemplarisch ist vorgesehen, dass eine Temperatur des Abluftstroms 17 am Lufteinlass 3 ca. 180 Grad beträgt. Ferner ist exemplarisch vorgesehen, dass eine Strömungsgeschwindigkeit des Abluftstroms 17 am Lufteinlass 3 ca. 9 m/s beträgt.
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Der Abluftstrom 17 wird ausgehend vom Lufteinlass 3 aus einer exemplarisch in vertikaler Richtung nach unten gerichteten Strömungsrichtung an der Gehäusewand 6 und einem von der Kühlflüssigkeit 16 im Gehäuse 2 bestimmten Flüssigkeitsoberfläche 18 in eine horizontale Strömungsrichtung umgelenkt. Unmittelbar nach der Umlenkung des Abluftstroms 17 in eine horizontale Strömungsrichtung erfolgt eine Abschreckung des Abluftstroms 17 durch Einsprühen von Kühlflüssigkeit in den Abluftstrom 17 aus einer ersten Sprühdüsenanordnung 19. Die Sprühdüsenanordnung 19 ist an der Gehäusewand 11 angebracht und weist in vertikaler Richtung nach unten ausgerichtete, nicht näher dargestellte Sprühdüsen zum Austrag von druckbeaufschlagter Kühlflüssigkeit in den Abluftstrom 17 auf. Die erste Sprühdüsenanordnung 19 bildet zusammen mit einer stromab des Abluftstroms 17 vorgesehenen zweiten Sprühdüsenanordnung 20 eine erste Kühleinrichtung 21, die für eine direkte oder unmittelbare Wärmeübertragung zwischen dem Abluftstrom 17 und der Kühlflüssigkeit 16 vorgesehen ist.
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Rein exemplarisch ist der ersten Kühleinrichtung 21 eine Kühlmittelpumpe 22 zugeordnet, die in eine Kühlmittelleitung 23 eingeschleift ist. Die Kühlmittelleitung 23 durchsetzt die Gehäusewand 6 und ermöglicht somit eine Förderung von Kühlflüssigkeit 16 aus dem Gehäuse zu den beiden Sprühdüsenanordnungen 19 und 20.
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Stromab der ersten Sprühdüsenanordnung 19 ist eine als Wärmetauscher 24 ausgebildete zweite Kühleinrichtung 25 vorgesehen, die für einen fluidgetrennten Wärmeübergang zwischen dem Abgasstrom 17 und einem Zuluftstrom 26 vorgesehen ist. Der Zuluftstrom 26 wird über Luftleitungen 27 durch Einwirkung einer den Luftleitungen 27 zugeordneten Ventilatoreinrichtung 28 aus einer Umgebung der Reinigungseinrichtung 1, insbesondere einer nicht dargestellten Industriehalle, angesaugt und durch den exemplarisch als Röhrenwärmetauscher ausgebildeten Wärmetauscher 24 gefördert. Eine Eingangstemperatur des Zuluftstroms 26 am Wärmetauscher 24 kann mit ca. 20 Grad Celsius angenommen werden. Nach Durchströmen des Wärmetauschers 24 weist der Zuluftstrom 26 ungefähr eine Temperatur von 70 bis 80 Grad Celsius auf und kann beispielsweise an nicht dargestellten Eingangsschleusenbereichen und/oder Ausgangsschleusenbereichen des Ofens, insbesondere Gelierofens, bereitgestellt werden. Durch die fluidgetrennte Führung des Zuluftstroms 26 gegenüber dem Abluftstrom 17 ist ein Übergang der im Abluftstrom 17 enthaltenen Aerosolbestandteile, insbesondere Öldämpfe und/oder Lösungsmitteldämpfe, in den Zuluftstrom 26 ausgeschlossen.
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Mit Hilfe der ersten Sprühdüsenanordnung 19 wird der Abluftstrom 17 von einer Temperatur von ungefähr 180 Grad Celsius auf eine Temperatur von ungefähr 120 Grad Celsius abgekühlte Abluftstrom 17 im Wärmetauscher 24 weiter abgekühlt, insbesondere auf eine Temperatur von ca. 80 Grad Celsius. Im Zuge dieser Abkühlung erfolgt eine zumindest teilweise Kondensation der von der ersten Sprühdüsenanordnung 19 in den Abluftstrom 17 eingebrachten Kühlflüssigkeit 16, die beim Abschrecken des Abluftstroms 17 vorzugsweise vollständig verdampft wurde. Die am Wärmetauscher 24 zumindest teilweise kondensierende Kühlflüssigkeit 16 tropft von dort in den trogförmigen Bereich 15 des Gehäuses 2, wobei ein überwiegender Anteil der Aerosolbestandteile des Abluftstroms 17, die an den Kühlflüssigkeitströpfchen angelagert oder darin gelöst sind, hierbei ebenfalls aus dem Abgasstrom 17 entfernt wird.
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Nach Durchströmen des Wärmetauschers 24 ist exemplarisch vorgesehen, dass eine weitere Abkühlung des Abluftstroms 17 durch Einbringen weiterer Kühlflüssigkeit 16 mit Hilfe der zweiten Sprühdüsenanordnung 20 erfolgt. während im Bereich der ersten Sprühdüsenanordnung 19 die Abschreckungswirkung durch Verdunstung der Kühlflüssigkeit 16 erfolgt, findet im Bereich der zweiten Sprühdüsenanordnung 20 lediglich ein Wärmeübergang zwischen der kühleren Kühlflüssigkeit 16 und dem wärmeren Abluftstrom 17 statt. Durch diese weitere Abkühlung erfolgt eine Reduzierung der Temperatur des Abluftstroms 17, die hinter dem Wärmetauscher 24 noch ca. 80 Grad beträgt, auf ca. 50 Grad Celsius. Durch die Vernebelung von Kühlflüssigkeit 16 kann eine weitere Auswaschung von Aerosolbestandteilen aus dem Abluftstrom 17 erfolgen, ferner wird die weitere Kondensation von verdampfter Kühlflüssigkeit 16 gefördert.
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Der zweiten Sprühdüsenanordnung 20 ist ein exemplarisch als Lamellenabscheider gebildeter fluiddynamischer Tropfenabscheider 29 zugeordnet, der sich vorzugsweise von der Gehäusewand 11 in vertikaler Richtung nach unten bis zur Flüssigkeitsoberfläche 18 und zwischen den Gehäusewänden 13 und 14 erstreckt und somit den kompletten Strömungsquerschnitt für den Abluftstrom 17 überdeckt. Im fluiddynamischen Tropfenabscheider 29 werden eventuell noch im Abluftstrom 17 vorhandene größere Aerosolbestandteile, insbesondere Öltröpfchen und/oder Lösemitteltröpfchen und/oder Kühlflüssigkeitströpfchen und/oder Tröpfchen mit Gemischen der vorgenannten Flüssigkeiten, aus dem Abluftstrom 17 entfernt und können nach unten in den trogförmigen Bereich 15 des Gehäuses 2 abtropfen. Im weiteren Verlauf des Strömungspfads für den Abluftstrom 17 ist exemplarisch ein zweiter fluiddynamischer Tropfenabscheider 30 vorgesehen, der insbesondere als Drahtgestrick-Abscheider ausgebildet ist. Die Aufgabe dieses fluiddynamischen Tropfenabscheiders 30 besteht darin, kleinere Flüssigkeitströpfchen aus dem Abluftstrom 17 zu entfernen. Hiermit soll insbesondere verhindert werden, dass Flüssigkeitströpfchen, die größer als ein vorgebbares Maß sind, auf die stromab des fluiddynamischen Tropfenabscheiders vorgesehenen, ebenfalls einen Bestandteil der Abscheideeinrichtung bildenden Elektrofilter 32 auftreffen.
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Beispielhaft kann vorgesehen werden, dass der Abluftstrom 17 beim Durchströmen des fluiddynamischen Tropfenabscheiders 30 elektrostatisch aufgeladen wird und der Elektrofilter 32 eine zum fluiddynamischen Tropfenabscheider 30 gegensinnige elektrische Polung aufweist, sodass im Elektrofilter 32 aufgrund von elektrostatischer Wirkung eine nahezu vollständige Abscheidung von verbliebenen Aerosolbestandteilen aus dem Abluftstrom 17 gewährleistet werden kann.
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Die am Luftauslass 3 austretende Abluft ist somit ohne die Verwendung einer thermischen Nachverbrennung und die damit verbundenen Nachteile wie einen hohen Energiebedarf und eine ungünstige Kohlendioxidbilanz, nahezu vollständig von Aerosolbestandteilen befreit und kann nunmehr in die Umgebung abströmen.
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Vorteilhaft ist es, wenn der Abluftstrom 17 nach dem Abschreckvorgang im Bereich der ersten Sprühdüsenanordnung 19 eine Strömungsgeschwindigkeit von ca. 1,5 m/s bis 4 m/s, insbesondere 2,5 m/s, aufweist. Bei einer derartigen Strömungsgeschwindigkeit ist eine vorteilhafte Abscheidung von verbliebenen Aerosolbestandteilen aus dem Abluftstrom 17 mit Hilfe der fluiddynamischen Tropfenabscheider 29 und 30 sowie des Elektrofilters 32 möglich.
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Die mit den Aerosolbestandteilen aus dem Abluftstrom 17 beladene Kühlflüssigkeit 16 tropft im Bereich der beiden Sprühdüsenanordnungen 19 und 20 sowie im Bereich des Wärmetauscher 24 in vertikaler Richtung nach unten in den trogförmigen Bereich 15 des Gehäuses 2. Die dort vorhandene Flüssigkeitsmenge der Kühlflüssigkeit 16 wird im Wesentlichen durch eine Zufuhr von frischer Kühlflüssigkeit 16 über einen Flüssigkeitsanschluss 33 gewährleistet, der in nicht näher dargestellter Weise mit einem Wasserversorgungsnetz gekoppelt ist. Um einen automatisierten Zustrom von frischer Kühlflüssigkeit 16 in den trogförmigen Bereich 15 des Gehäuses 2 zu ermöglichen ist dem Flüssigkeitsanschluss 33 eine Ventileinrichtung 34 zugeordnet. Diese Ventileinrichtung 34 ist insbesondere als elektromechanisches Ventil ausgebildet und umfasst eine nicht näher dargestellte, integrierte elektronische Steuerungseinrichtung. Diese Steuerungseinrichtung ist für eine Verarbeitung von Sensorsignalen ausgebildet, die exemplarisch von zwei Füllstandsensoren 35, 36 bereitgestellt werden. Dabei ist ein erster Füllstandsensor 35 zur Bestimmung eines minimalen Flüssigkeitspegels für die Kühlflüssigkeit 16 vorgesehen, während ein zweiter Füllstandsensor 36 für die Bestimmung eines maximalen Flüssigkeitspegels 38 für die Kühlflüssigkeit 16 vorgesehen ist.
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Bei Einhaltung des minimalen Flüssigkeitspegels 37 findet kein Austritt von Kühlflüssigkeit 16 am Ölabscheider 39 statt, der seitlich am Gehäuse 2 im Bereich der Gehäusewand 8 angeordnet ist und als sägezahnförmiges Blechteil ausgebildet ist. Demgegenüber findet bei Anhebung des Flüssigkeitspegels auf den maximalen Flüssigkeitspegels 38 ein Überlauf der Kühlflüssigkeit 16 am Ölabscheider 39 statt, wobei das an der Oberfläche der Kühlflüssigkeit 16 aufschwimmende, nicht dargestellte Öl durch die tiefliegenden Bereiche des zahnförmigen Ölabscheiders 39 in ein nicht dargestelltes Vorratsgefäß abströmen kann, wodurch die gewünschte Ölabscheidung bewirkt wird.
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Exemplarisch ist vorgesehen, dass die Gehäusewand 8 von einem Ablaufanschluss 40 durchsetzt ist, der mit einer Kühlmittelpumpe 41 fluidisch verbunden ist. Die Kühlmittelpumpe ist zur Förderung von Kühlflüssigkeit 16 aus dem trogförmigen Bereich 15 des Gehäuses 2 in einen Wärmetauscher 42 vorgesehen, der seinerseits für einen Wärmeaustausch mit einem fluidgetrennt geführten Kühlluftstrom 43 ausgebildet ist. Der Kühlluftstrom 43 wird mit Hilfe einer nicht näher dargestellten Ventilatoreinrichtung durch den Wärmetauscher 42 gefördert und nach Durchströmen des Wärmetauschers 42 über ein ebenfalls nicht dargestelltes Kanalsystem einer dem Ofen, insbesondere Gelierofen, nachgelagerten, nicht dargestellten Kühlzone zugeführt. Dabei ist vorgesehen, dass die am Wärmetauscher 42 bereitgestellte Kühlluft des Kühlluftstroms 43 durch fluidgetrennten Wärmeaustausch mit der Kühlflüssigkeit 16 auf eine Temperatur von ungefähr 40 Grad bis 50 Grad Celsius vorgewärmt wird. Der vorgewärmte Kühlluftstrom kann beispielsweise dazu eingesetzt werden, eine dem Ofen, insbesondere Gelierofen, nachgelagerte Kühlzone zu temperieren, um einen Temperatursprung für Werkstücke, die in die Kühlzone gefördert werden, möglichst gering zu halten. Die durch den Wärmeaustausch mit dem fluidgetrennt geführten Kühlluftstrom 43 abgekühlte Kühlflüssigkeit 16 wird durch eine Rückführleitung 44 zurück in den trogförmigen Bereich 15 des Gehäuses 2 gefördert und trägt dazu bei, eine zumindest im Wesentlichen konstante Temperatur der Kühlflüssigkeit 16 im trogförmigen Bereich 15 des Gehäuses 2 von ca. 40 Grad Celsius bis 50 Grad Celsius zu gewährleisten.
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An der unteren Gehäusewand 7 ist ein Ablassventil 45 angeordnet, bei dem es sich insbesondere um ein manuell betätigbares Ventil handeln kann und das eine Entfernung von Feststoffpartikeln, die eine höhere Dichte als die Kühlflüssigkeit aufweisen und sich an der unteren Gehäusewand 7 als Sediment absetzen können, ermöglicht. Rein exemplarisch ist hierfür im Bereich des Ablassventils 45 eine kastenförmige Vertiefung in der Gehäusewand 7 vorgesehen.
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Bei einem Betrieb der Reinigungseinrichtung 1 ist vorgesehen, einen Abluftstrom 17 aus einem nicht dargestellten Ofen, insbesondere Gelierofen, am Lufteinlass 3 der Reinigungseinrichtung 1 mit einer Temperatur von ca. 180 Grad und einer Geschwindigkeit von ca. 9 m/s zur Verfügung zu stellen. Nach Umlenkung des Abluftstroms 17 an der Gehäusewand 6 und der Flüssigkeitsoberfläche 18 in eine im Wesentlichen horizontale Strömungsrichtung erfolgt der Abschreckvorgang mit Hilfe der ersten Sprühdüsenanordnung 19. Dort findet eine zumindest nahezu vollständige Verdampfung der bereitgestellten Kühlflüssigkeit 16 statt, sodass die Temperatur des Abluftstroms 17 von eingangs 180 Grad Celsius auf ca. 120 Grad Celsius abgesenkt werden kann. Der Abluftstrom 17 durchtritt nunmehr den Wärmetauscher 24, wo es zu einer fluidgetrennten Wärmeübertragung zwischen dem Abluftstrom 17 und dem Zuluftstrom 26 kommt. Hierbei findet zum einen eine weitere Abkühlung des Abluftstroms auf ca. 80 Grad Celsius statt. Im Gegenzug findet eine Erwärmung des Zuluftstroms 26 von ca. 20 Grad Celsius auf 70 Grad Celsius bis 80 Grad Celsius statt.
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Nachgelagert zum Wärmetauscher 24 wird mit Hilfe der zweiten Sprühdüsenanordnung 20 ein weiterer Abkühlvorgang für den Abluftstrom bewirkt, wobei hier lediglich ein Wärmeübergang zwischen der kühleren Kühlflüssigkeit und dem demgegenüber wärmeren Abluftstrom 17 stattfindet. In diesem Bereich werden verbliebene Anteile der noch im Abluftstrom 17 befindlichen Schadstoffbeladung ausgewaschen und in die im trogförmigen Bereich 15 vorliegende Kühlflüssigkeit 16 eingetragen.
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Der Abluftstrom 17 durchläuft nach Passieren der zweiten Sprühdüsenanordnung 20 zunächst den ersten fluiddynamischen Tropfenabscheider 29, der für eine Abscheidung von gröberen Flüssigkeitströpfchen ausgestaltet ist. Anschließend durchläuft der Abluftstrom 17 den zweiten fluiddynamischen Tropfenabscheider 30, der für eine Abscheidung feinerer Fluidtröpfchen ausgestaltet ist. Im Bereich des zweiten fluiddynamischen Tropfenabscheiders 30 erfolgt eine elektrostatische Aufladung des Abluftstroms 17, so dass mit Hilfe des Elektrofilters 32 nahezu alle Aerosolbestandteile und Flüssigkeitströpfchen aus dem Abluftstrom 17 entfernt werden können. Dadurch verlässt der Abluftstrom 17 am Luftauslass 4 das Gehäuse 2 der Reinigungseinrichtung 1 vollständig gereinigt.
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Vorzugsweise sind die Wärmeströme in der Reinigungseinrichtung 1 derart aufeinander abgestimmt, dass der Abluftstrom 17 mit geringstmöglichen energetischem Einsatz nahezu vollständig von seiner Schmutz- und Schadstoffbeladung befreit werden kann, wobei die im Abluftstrom 17 enthaltene Wärme in vorteilhafter Weise zur Temperierung des Zuluftstroms 26 und des Kühlluftstrom 43 genutzt werden kann. Hierdurch ergibt sich eine besonders vorteilhafte Energiebilanz für die Reinigungseinrichtung 1.
