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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Temperierung von Gegenständen, insbesondere zum Trocknen von beschichteten Fahrzeugkarosserien, mit einem Temperierraum und einem an den Temperierraum angeschlossenen Kühlbereich, einer Temperiervorrichtung zur Erzeugung von Temperierluft, einer Steuereinrichtung und einem Wärmetauscher. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Vorrichtung zur Temperierung von Gegenständen.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Die Erfindung wird nachfolgend vorrangig unter Bezugnahme auf Fahrzeugkarosserien als Gegenstände beschrieben. Die Erfindung betrifft aber auch Vorrichtungen für andere Gegenstände, die in einem Produktionsprozess temperiert werden müssen. Unter dem Begriff „Temperieren” wird das Herbeiführen einer Temperaturänderung eines Gegenstandes verstanden. Dabei kann es sich um eine Temperaturerhöhung oder um eine Temperaturverringerung handeln. Unter „temperierter Luft” oder „Temperierluft” eine solche verstanden, welche die zur Temperierung des Gegenstandes erforderliche Temperatur besitzt.
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In der Automobilindustrie werden häufig Fahrzeugkarosserien erwärmt, um Feuchtigkeit von den Fahrzeugkarosserien zu entfernen oder eine Beschichtung einer solchen Fahrzeugkarosserie zu trocknen. Es können selbst verständlich auch andere feuchte Gegenstände als Fahrzeugkarosserien oder die Beschichtungen anderer Gegenstände getrocknet werden.
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Der Begriff „Trocknen” soll alle Vorgänge umfassen, bei denen die Beschichtung von Fahrzeugkarosserien, insbesondere ein Lack, zum Aushärten gebracht wird, sei dies durch Austreiben von Lösemitteln oder durch Vernetzen der Beschichtungssubstanz oder dergleichen.
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Temperier- oder Trocknungsanlagen sind meist Teile von Lackier- oder Beschichtungsanlagen, hinsichtlich der Prozessführung diesen nachgeschaltet und dienen zum Trocknen, Einbrennen und/oder Aushärten von Beschichtungen oder Klebstoffen auf Gegenständen. Eine solche Temperieranlage benötigt aufgrund der Größe der Gegenstände und der benötigten Temperaturen erhebliche Mengen an Energie. Nach dem Durchführen eines Temperierprozesses befinden sich die temperierten Gegenstände meist auf einer erhöhten Temperatur und müssen zur weiteren Verarbeitung auf handhabbare Temperaturen gekühlt werden. Unter einer „handhabbaren Temperatur” wird vorliegend eine Temperatur verstanden, bei der Personal ohne weitere Sicherungsvorkehrungen hinsichtlich der Temperatur gefahrlos mit dem Gegenstand umgehen kann. Zumeist handelt es sich bei einer handhabbaren Temperatur um eine Hallentemperatur, in der die weitere Verarbeitung von statten gehen soll. Für die Reduzierung der Temperatur kann beispielsweise gefilterte Außenluft zugeführt werden. Je nach Außentemperaturniveau findet dann eine mehr oder weniger schnelle Abkühlung der beschichteten Gegenstände statt. Es können allerdings Probleme auftreten, wenn die Außentemperatur besonders niedrig ist und sich beispielsweise um den Gefrierpunkt oder darunter befindet. Es findet dann entweder eine zu starke Abkühlung des gesamten für die Temperaturverringerung vorgesehenen Kühlbereichs statt oder der zur Verfügung stehende Volumenstrom ist zu gering.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Temperierung von Gegenständen, insbesondere zum Trocknen von beschichteten Fahrzeugkarosserien, mit einem energieoptimierten Kühlbereich anzugeben.
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Die Aufgabe wird durch eine Vorrichtung zur Temperierung von Gegenständen gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 gelöst. Die Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur Temperierung von Gegenständen gemäß dem unabhängigen Anspruch 10 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den entsprechenden abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Temperierung von Gegenständen, insbesondere zum Trocknen von beschichteten Fahrzeugkarosserien, weist einen Temperierraum und einen an den Temperierraum angeschlossenen Kühlbereich, eine Temperiervorrichtung zur Erzeugung von Temperierluft, eine Steuereinrichtung und einen Wärmetauscher auf. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der Wärmetauscher eine Außenluftzuleitung, eine mit dem Kühlbereich und/oder der Temperiervorrichtung verbundene Warmluftzuleitung und eine mit dem Kühlbereich verbundene Kühlluftableitung aufweist. Weiter ist die Steuereinrichtung dazu eingerichtet, über die Außenluftzuleitung zugeführte Außenluft mit über die Warmluftzuleitung zugeführter Warmluft zu temperieren. Es ist somit möglich, dem Wärmetauscher Außenluft zuzuleiten und mittels Warmluft zu temperieren. Die Warmluft kann entweder dem Kühlbereich selbst entstammen, dem die Außenluft zuzuführen ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Warmluft auch von einer Temperiervorrichtung gebildet werden. Bei der Temperiervorrichtung kann es sich um eine Temperiervorrichtung handeln, die ohnehin in der Vorrichtung zur Temperierung von Gegenständen vorhanden ist, beispielsweise zur Erzeugung von Temperierluft für den Temperierraum. Unter der Temperiervorrichtung kann beispielsweise eine thermische Nachverbrennungseinrichtung oder ein Heizregister für einzelne Zonen der Temperiervorrichtung verstanden sein. Die Steuereinrichtung kann die Temperierung der Außenluft in dem Wärmetauscher beispielsweise dadurch bewirken, dass sie das Verhältnis aus einem von dem Kühlbereich stammenden Volumenstrom und einem von der Temperiervorrichtung stammenden Volumenstrom verändert. Auf diese Weise ist es möglich, eine Kühlung der aus dem Temperierraum in den Kühlbereich geförderten Gegenstände auf energieoptimierte Weise zu bewirken. Die dafür unter Umständen notwendige Aufheizung der Außenluft kann mit Kühlbereichs-Abluft unter Beimischung von aus einer Temperiervorrichtung stammender Warmluft erfolgen. Es ist somit keine Energie aus einem technischen Versorgungsnetz der Vorrichtung zur Temperierung von Gegenständen erforderlich.
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Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ergibt sich dadurch, dass der Wärmetauscher eine Bypassleitung aufweist, welche die Außenluftzuleitung und die Kühlluftableitung verbindet. Mittels der Bypassleitung kann die Außenluft um den Wärmetauscher herum direkt in den Kühlbereich geleitet werden. Hierfür kann die Bypassleitung eine Steuerklappe aufweisen. Es kann somit je nach Anforderung durch die Steuereinrichtung die Bypassleitung geöffnet oder geschlossen werden.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Steuerung dazu eingerichtet ist, die Bypassleitung in Abhängigkeit von der Temperatur der Außenluft anzusteuern. Somit kann die Funktion des Wärmetauschers bei geeigneten Temperaturen, wie beispielsweise bei entsprechend hohen Außentemperaturen, außer Kraft gesetzt werden und die Außenluft untemperiert in den Kühlbereich der Vorrichtung zur Temperierung von Gegenständen eingeleitet werden. Bei entsprechend niedrigeren Außentemperaturen kann der Wärmetauscher hingegen seine Funktion vollständig ausüben und die Außenluft auf die gewünschte, für den Kühlbereich geeignete, Temperatur bringen. Eine mögliche Grenze, bei der eine Öffnung der Bypassleitung stattfinden kann, kann beispielsweise in einem Bereich von 15°C bis 17°C Außentemperatur liegen.
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Eine Weiterbildung der Erfindung kann vorsehen, dass die Temperierluft ein Reingas einer thermischen Nachverbrennung, eine Kühlbereichsabluft, eine direkte Temperierraumabluft oder/und eine durch die Temperiervorrichtung temperierte Temperierraumabluft ist. Insbesondere kann auch eine Mischung der genannten Temperierluftquellen zur Erzeugung einer geeigneten Temperierung der Außenluft erfolgen.
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Eine Ausführungsform kann vorsehen, dass die Vorrichtung zur Temperierung von Gegenständen eine Zuluftanlage zur Zuführung von Zuluft zu dem Kühlbereich aufweist, wobei die Zuluftanlage mit der Kühlluftableitung des Wärmetauschers verbunden ist. In der Zuluftanlage kann beispielsweise eine Filterung der dem Kühlbereich zuzuführenden Außenluft sowie gegebenenfalls eine Kühlung stattfinden.
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In diesem Zusammenhang kann vorgesehen sein, dass die Zuluftanlage ein Gebläse und/oder einen Filter aufweist.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung kann der Wärmetauscher als Plattenwärmetauscher ausgeführt sein. Diese Bauweise ermöglicht einen guten Wärmeübergang zwischen zwei gasförmigen Medien bei gleichzeitig kostengünstiger Ausführung und flexibler Gestaltung der Strömungsführung.
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Bei einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, dass der Wärmetauscher eine Temperierluftableitung aufweist, über welche die dem Wärmetauscher zugeführte Temperierluft abgebbar ist.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Steuerung einer Vorrichtung zur Temperierung von Gegenständen ist bei einer Vorrichtung anwendbar, die einen Temperierraum, einen an den Temperierraum angeschlossenen Kühlbereich, eine Temperiervorrichtung zur Erzeugung von temperierter Temperierraumluft und einen Wärmetauscher aufweist. Insbesondere kann es sich um eine wie vorstehend in verschiedenen Ausführungen und Weiterbildungen beschriebene Vorrichtung handeln. Der Wärmetauscher weist eine Außenluftzuleitung, eine mit dem Kühlbereich und der Temperiervorrichtung verbundenen Warmluftzuleitung und eine mit dem Kühlbereich verbundene Kühlluftableitung auf. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte: Bestimmen einer Temperatur der Außenluft; Einstellen eines über den Wärmetauscher temperierbaren Außenluftvolumenstroms durch die Kühlluftableitung; und Einstellen eines Volumenstrom Verhältnisses zwischen dem von dem Kühlbereich in den Wärmetauscher strömenden Volumenstrom und dem von der Temperiervorrichtung in den Wärmetauscher strömenden Volumenstrom in Abhängigkeit von der Temperatur der Außenluft. Das Verfahren ermöglicht somit eine je nach Temperatur der Außenluft geeignet stattfindende Temperierung des Außenluftvolumenstroms auf eine kostengünstige und einfache Weise.
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Eine Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorsehen, dass der Außenluftvolumenstrom um den Wärmetauscher durch eine Bypassleitung in Abhängigkeit von der Temperatur der Außenluft umgelenkt wird. Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform vorgesehen sein, dass der Schritt des Umlenkens ein vollständiges Umlenken bei einer Schwellentemperatur umfasst. Es kann also je nach Höhe der Außentemperatur die Außenluft durch den Wärmetauscher oder an dem Wärmetauscher vorbei in den Kühlbereich der Vorrichtung zur Temperierung von Gegenständen geleitet werden. Beispielsweise bei Überschreiten einer Schwelle der Außentemperatur kann die Außenluft vollständig durch die Bypassleitung in den Kühlbereich ohne ein Durchströmen des Wärmetauschers geführt werden. Eine solche Schwellentemperatur kann beispielsweise in einem Bereich von 15°C bis 17°C liegen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert, die eine schematische Darstellung eines Trockners für Fahrzeugkarosserien zeigt.
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BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die einzige Figur zeigt in einer schematischen Darstellung eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Temperierung von Gegenständen in Form eines Trockners 100. Der Trockner 100 weist ein wärmeisoliertes Trocknergehäuse 102 auf, in dem ein Trocknerraum 104 untergebracht ist. An den Trocknerraum 104 schließt sich ein Kühlbereich 106 an. In dem Trockner 100 werden beispielhaft Kraftfahrzeugkarosserien 108 nach einem Beschichtungsprozess erhitzt, um die Kraftfahrzeugkarosserien 108 oder eine auf diese aufgebrachte Beschichtung oder Klebung zu trocknen. Wenn hier oder im Folgenden von „Trocknen” die Rede ist, so sind damit alle Vorgänge gemeint, bei denen die Beschichtung der Fahrzeugkarosserie, insbesondere ein Lack, zum Aushärten gebracht werden kann. Dies kann beispielsweise durch Austreiben von Wasser oder von Lösemitteln oder durch Vernetzung der Beschichtungssubstanz geschehen.
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In dem Trocknerraum 104 werden die Kraftfahrzeugkarosserien 108 im Durchlauf mittels eines hier nicht näher beschriebenen Fördersystems 110 hindurchgefördert und gelangen nach dem in dem Trocknerraum 104 ablaufenden Trocknungsprozess in den Kühlbereich 106, in dem die temperierten Gegenstände, also hier die Kraftfahrzeugkarosserien 108, wieder auf eine handhabbare Temperatur gebracht werden.
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Für diesen Kühlvorgang wird der Kühlbereich 106 mit Außenluft 112 beschickt. Die beispielsweise dem Außenbereich des Trockners 100 entnommene Außenluft 112 wird über eine Außenluftzuleitung 114 einem Wärmetauscher 116 zugeführt.
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Der Wärmetauscher 116 ist in der vorliegenden Ausführungsform als Plattenwärmetauscher ausgebildet. Es sind jedoch neben der besonders vorteilhaften Bauform eines Plattenwärmetauschers selbstverständlich auch andere Bauformen wie beispielsweise Spiralwärmetauscher möglich. Die über die Außenluftzuleitung 114 herangeförderte und mittels einer Steuerklappe 115 hinsichtlich ihres Volumenstroms steuerbare Außenluft 112 wird durch den Wärmetauscher 116 hindurch in eine Kühlluftableitung 118 gefördert. In dem Wärmetauscher 116 findet eine Wärmeübertragung von dem Wärmetauscher 116 auf die Außenluft 112 statt. Hierzu weist der Wärmetauscher 116 eine erste Warmluftzuleitung 120 sowie eine zweite Warmluftzuleitung 122 auf. Die erste Warmluftzuleitung 120 fördert Reingas 124, das beispielsweise in einer thermischen Nachverbrennung erzeugt sein kann, zu dem Wärmetauscher 116. Mittels eines Abluftgebläses 123 wird Kühlbereichsabluft 126 von dem Kühlbereich 106 über eine Kühlbereichs-Abluftleitung 121 zu der zweiten Warmluftzuleitung 122 und in den Wärmetauscher 116 gefördert. Eine erste Warmluftsteuerklappe 128 steuert den Reingasvolumenstrom, der in den Wärmetauscher 116 gelangt. Eine zweite Warmluftsteuerklappe 130 steuert zusammen mit oder alternativ zu dem Abluftgebläse 123 den in den Wärmetauscher 116 gelangenden Kühlbereichsabluft-Volumenstrom. Nach dem Durchströmen des Wärmetauschers 116 wird die Warmluft über eine Temperierluftableitung 132 beispielsweise an die Umgebung abgeführt. Neben der Möglichkeit der Zuführung des Reingases 124 und der Kühlbereichsabluft 126 zu dem Wärmetauscher 116 besteht jeweils die Möglichkeit einer Abführung des Reingases 124 und der Kühlbereichsabluft 126 an die Umgebung. Das Reingas 124 kann über eine Reingasableitung 134, die Kühlbereichsabluft 126 über eine Kühlbereichsabluft-Leitung 136 an die Umgebung abgegeben werden, jeweils gesteuert über Steuerklappen 135, 137.
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In der Außenluftzuleitung 114 zu dem Wärmetauscher 116 befindet sich eine erste Bypassabzweigung 138, an der eine Bypassleitung 140 abzweigt. Die Bypassleitung 140 überbrückt den Wärmetauscher 116 und mündet in die Kühlluftableitung 118 an einer zweiten Bypassabzweigung 142. Die Bypassleitung 140 weist eine Bypasssteuerklappe 144 auf, welche die Bypassleitung 140 verschließen und freigeben kann. Die Kühlluftableitung 118 weist eine weitere Abzweigung 146 auf, in die eine von der Kühlbereichsabluft-Leitung 136 abzweigende Leitung 148 mit einer Steuerklappe 150 mündet
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Die Kühlluftableitung 118 mündet in eine Zuluftanlage 152, in der eine Filterung 154, gegebenenfalls eine Kühlung (nicht abgebildet) sowie ein Zuluftgebläse 156 angeordnet sind. Mittels des Zuluftgebläses 156 wird die temperierte Außenluft 118 dem Kühlbereich 106 über eine Kühlbereichs-Zuleitung 158 zugeführt.
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Der Trockner 100 weist eine Steuereinrichtung 160 auf. Um die Figur übersichtlich zu halten, sind keine einzelnen Steuerleitungen eingezeichnet. Die Steuereinrichtung 160 ist mit den Steuerklappen 115, 128, 130, 135, 137, 150, 144 sowie mit den Gebläsen 123, 156 verbunden und steuert diese je nach Auslegung der Gesamtanlage an. Es können also einzelne oder alle Steuerklappen beispielsweise motorisch ansteuerbar sein. Desgleichen können die Gebläse hinsichtlich der Drehzahl steuerbar oder regelbar sein. Des weiteren sind in der Außenluftzuleitung 114 und der zweiten Warmluftzuleitung 122 Temperatursensoren 162, 164 und in der Kühlbereichs-Abluftleitung 121 sowie der Kühlbereichs-Zuleitung 158 Volumenstromsensor 164, 166 vorgesehen, welche entsprechende Daten an die Steuereinrichtung 160 liefern.
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Im Betrieb arbeitet der Trockner 100 wie folgt:
Dem Kühlbereich 106 wird über die Kühlbereichs-Abluftleitung 121 Kühlbereichsabluft 126 entnommen, die Temperatur der Kühlbereichsabluft 126 über den Sensor 168 und der entstehende Volumenstrom der Kühlbereichsabluft 126 über den Volumenstromsensor 168 ermittelt und der Steuereinrichtung 160 mitgeteilt.
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Ein erster Teil des dem Kühlbereich 106 entnommenen Luftvolumens kann gegebenenfalls über die Leitung 148 dem Kühlbereich 106 als Umluft wieder zugeführt werden. Dies kann insbesondere in einem Anfahrbetrieb von Vorteil sein. Ein zweiter Teil wird über die Kühlbereichsabluft-Leitung 136 der Umgebung zugeführt. Ein dritter Teil kann dem Wärmetauscher 116 über die zweite Warmluftzuleitung 122 zugeführt werden und dort zur Erwärmung der über die Außenluftzuleitung 114 zugeführten Außenluft 112 verwendet werden.
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Der an die Umluft abgegebene zweite Teil der Kühlbereichsabluft 126 muss über die Frischluftzufuhr wieder ergänzt werden. Die Steuereinrichtung 160 ermittelt über den Temperatursensor 162 die Temperatur der Außenluft 112. Befindet sich die ermittelte Temperatur der Außenluft 112 unterhalb eines Grenzwertes, beispielsweise kleiner oder gleich 17°C, wird die zuzuführende Außenluft 112 über die Außenluftzuleitung 114 dem Wärmetauscher 116 zugeführt und dort erwärmt. Bei geringen Außentemperaturen, beispielsweise kleiner oder gleich 15°C, wird dem Wärmetauscher 116 neben der Kühlbereichsabluft 126 zusätzlich Reingas 124 über die erste Warmluftzuleitung 120 zugeführt. Das aus einer thermischen Nachverbrennung stammende Reingas weist vergleichweise hohe Temperaturen im Bereich von 150°C auf und kann mit einem solchen Volumenstrom zugemischt werden, dass die Außenluft 112 im Gegenstrom von dem Plattenwärmetauscher 116 auf ca. 17°C aufgeheizt wird. Mit dieser Temperatur wird die Außenluft 112 über die Kühlluftableitung 118 des Wärmetauschers 116 der Zuluftanlage 152 und im weiteren Verlauf über die Kühlbereichs-Zuleitung 158 dem Kühlbereich 106 zugeführt. Der Volumenzustrom zu dem Kühlbereich 106 wird über den Volumenstromsensor 166 ermittelt. In diesem Betriebsmodus ist die Steuerklappe 115 in der Außenluftzuleitung 114 geöffnet, die Bypasssteuerklappe 144 geschlossen. Die Aufheizung der Außenluft 112 erfolgt somit mit Kühlbereichsabluft 126 unter Beimischung von Reingas 124, ohne dass Energie zur Erwärmung aus dem technischen Versorgungsnetz des Trockners 100 erforderlich wäre.
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Bei Außenlufttemperaturen größer als 17°C wird die Bypasssteuerklappe 144 geöffnet und die Steuerklappe 115 in der Außenluftzuleitung 114 geschlossen. Die Außenluft 112 wird in diesem Betriebsmodus um den Wärmetauscher 116 herum direkt in die Kühlluftableitung 118 und damit der Zuluftanlage 152 zugeführt. Es erfolgt keine Erwärmung über den Wärmetauscher 116, sodass eine weitere Energieeinsparung möglich ist.
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Im Betrieb können an einer beispielhaften Anlage beispielsweise folgende Volumenstromverhältnisse auftreten:
An der Reingasableitung 134 können zwischen 10000 und 12000 m3/h, an der Temperierluftableitung bis zu 62000 m3/h und an der Kühlbereichsabluft-Leitung bis zu 60000 m3/h abgeleitet werden. Über die Kühlluftableitung 118 des Wärmetauschers 116 können bis zu 60000 m3/h der Zuluftanlage 152 und damit auch dem Kühlbereich 106 zugeleitet werden. Entsprechend können bis zu 60000 m3/h über die Abluftleitung 121 abgeleitet und über die zweite Warmluftzuleitung 122 dem Wärmetauscher zugeleitet werden. Es ist vorgesehen, dass bis zu 2000 m3/h über die erste Warmluftzuleitung 120 dem Wärmetauscher zugeleitet werden können. Das Reingas 124 hat beispielsweise eine Temperatur von 150°C, während die Temperatur der Kühlbereichsabluft 126 etwa 30°C bis 50°C beträgt. Die dem Kühlbereich zugeführte Außenluft sollte in der Kühlbereichs-Zuleitung 158 eine Temperatur von etwa 17°C bis 35°C aufweisen.
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Durch die energieoptimierte Frischlufterwärmung kann die Kühlung der Fahrzeugkarosserien 108 nahezu ausschließlich über Frischluft 112 erfolgen. In dem Kühlbereich 106 fällt kein oder kaum Kondensat an, da durch den Zu-/Abluftbetrieb kaum oder keine Umluft zirkuliert und somit keine Anreicherung stattfindet. Gleichzeitig können die ansonsten notwendigen Heizregister mit entsprechendem Steuer-, Verrohrungs- und Isolierungsaufwand entfallen.
