-
Die Erfindung betrifft einen Oxidationsofen zur oxidativen Behandlung von Fasern, insbesondere zur Herstellung von Kohlenstofffasern, mit
- a) einem Gehäuse mit einem Innenraum, welches abgesehen von Durchtrittsbereichen für die Fasern gasdicht ist;
- b) einem im Innenraum des Gehäuses befindlichen Prozessraum;
- c) Umlenkrollen, welche die Fasern als Faserteppich nebeneinander liegend serpentinenartig durch den Prozessraum führen, wobei der Faserteppich zwischen gegenüber liegenden Umlenkrollen jeweils eine Ebene aufspannt, wobei oberhalb und unterhalb dieser Ebenen jeweils ein Teilraum des Innenraums definiert ist;
- d) einer an einem Einblas-Ende des Gehäuses angeordneten Primär-Einblaseinrichtung und einer Primär-Absaugeinrichtung, zwischen denen sich der Prozessraum erstreckt, wobei mittels der Primär-Einblaseinrichtung ein Primärgas derart in einen Teilraum einblasbar ist, dass das Prozessgas den Prozessraum in einer Prozessströmungsrichtung durchströmt.
-
Bei derartigen, vom Markt her bekannten Oxidationsöfen umfasst die Einblaseinrichtung beispielsweise mehrere Einblaskästen, aus welchen die Arbeitsatmosphäre in den Prozessraum eintritt. Die von der Primär-Absaugeinrichtung abgesaugte Prozessluft wird mittels einer Umwälzeinrichtung in einem Kreislauf zur Primär-Einblaseinrichtung geführt und dabei einer Konditionierung unterzogen.
-
Wenn die Primär-Absaugeinrichtung am dem Einblas-Ende gegenüberliegenden Ende des Oxidationsofens angeordnet ist, spricht man in der Fachwelt von einem nach dem "end-to-end"-Prinzip arbeitenden Oxidationsofen. Dies bedeutet, dass die Prozessluft von einem Ende zum anderen Ende des Oxidationsofens durch den Prozessraum geführt wird. Solche "end-to-end"-Oxidationsöfen sind beispielsweise aus der
EP 0 848 090 B1 bekannt.
-
Der Vorteil solcher "end-to-end"-Oxidationsöfen liegt darin, dass eine recht homogene Um- und Anströmung der Fasern über den gesamten Prozessraum mit nur einer Umwälzeinrichtung erzielt werden kann; der bauliche Aufwand ist verhältnismäßig gering.
-
Allerdings gibt es bei "end-to-end"-Oxidationsöfen beträchtliche Schwierigkeiten zu verhindern, dass durch die Durchtrittsbereiche am Einblas-Ende des Gehäuses sowohl kontaminierte Prozessluft nach außen in die Umgebung des Oxidationsofens gelangt als auch Kaltluft aus der Umgebung des Oxidationsofens in unerwünschter Weise in den Prozessraum einströmt.
-
Über die Höhe des Oxidationsofens bildet sich im Betrieb ein Druckgradient aus, der sich aus einer Überlagerung des Unterdrucks im Prozessraum durch die strömende Prozessluft und des thermischen Druckgradienten ergibt, der sich durch die nach oben steigende heiße Prozessluft ergibt. Durch den resultierenden Druckgradient gelangt einerseits Schadluft durch die Durchtrittsbereiche im oberen Teil des Oxidationsofens nach außen und wird andererseits Kaltluft aus der Ofenumgebung durch Durchtrittsbereiche im unteren Teil des Oxidationsofens eingesaugt.
-
Es ist nun Aufgabe der Erfindung, einen Oxidationsofen der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei dem derartige unerwünschte Strömungen zuverlässig verhindert sind.
-
Diese Aufgabe wird bei einem Oxidationsofen der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass
- e) eine Strömungs-Dichteinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher ein Sekundärgas mit einer Sekundär-Einblaseinrichtung auf der vom Prozessraum abliegenden Seite der Primär-Einblaseinrichtung in den Teilraum einblasbar ist.
-
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass mittels einer Sekundärgasströmung, die eine zur Primärgasströmung zweite eingeblasenen Strömung definiert, eine Art Gegenströmung aufgebaut werden kann, durch welche der oben erläuterte Druckgradient gleichsam homogenisiert werden kann, so dass am Einblas-Ende kein Druckgradient mehr anliegt und eine Strömungsdichtung erzeugt ist, so dass keine Schadluft mehr nach außen und keine Kaltluft aus der Ofenumgebung mehr in dessen Innenraum strömt.
-
Dies wird insbesondere dann erreicht, wenn das eingeblasene Sekundärgas zum Teil in Richtung auf den Prozessraum zu strömt und zum Teil in Richtung von dem Prozessraum weg strömt. Besonders günstig ist es, wenn die Anteile dieser Teilströme des Sekundärgases, die in Richtung auf den Prozessraum und in Richtung von dem Prozessraum weg strömen, einstellbar sind. Dies kann erreicht werden, indem der Druckverlustbeiwert des einen und des anderen Strömungsweges beeinflusst wird und dadurch der Druckverlust in beide Strömungsrichtungen einstellbar ist.
-
Besonders günstig ist es, wenn der Druckverlustbeiwert des einen und des anderen Strömungsweges des Sekundärgases in jedem Teilraum einstellbar ist, da die Strömungsverhältnisse in den vertikal übereinanderliegenden Teilräumen unterschiedlich sind.
-
Eine solche Einstellbarkeit des Druckverlustbeiwertes kann vorteilhaft dadurch erreicht werden, dass die Strömungs-Dichteinrichtung eine Sekundärgas-Umlenkeinrichtung umfasst, durch welche der Sekundärgasstrom derart umgelenkt wird, dass Sekundärgas zum Teil in Richtung auf den Prozessraum zu strömt und zum Teil in Richtung von dem Prozessraum weg strömt. In diesem Fall sollen insbesondere die Anteile der Teilströme am Gesamtvolumenstrom des Sekundärgases einstellbar sein.
-
Es ist günstig, wenn die Sekundärgas-Umlenkeinrichtung eine Abgabe-Leiteinrichtung an der Sekundär-Einblaseinrichtung und ein Umlenkelement umfasst, wobei zwischen der Abgabe-Leiteinrichtung und dem Umlenkelement ein Strömungskanal ausgebildet ist.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Umlenkelement beweglich und der Strömungskanal veränderbar ist.
-
Um die Strömungsverhältnisse über die Höhe des Oxidationsofens einstellen zu können, ist es günstig, wenn mittels der Primärgas-Einblaseinrichtung Primärgas in jeden Teilraum und mittels der Sekundär-Einblaseinrichtung Sekundärgas in jeden Teilraum einblasbar ist.
-
Vorzugsweise ist auch in jedem Teilraum eine Sekundärgas-Umlenkeinrichtung vorgesehen.
-
Eine günstige Lösung für die Zuführung des Primär- und des Sekundärgases besteht darin, dass die Primär-Einblaseinrichtung einen oder mehrere Primär-Einblaskästen und die Sekundär-Einblaseinrichtung einen oder mehrere Sekundär-Einblaskästen umfassen.
-
Vorteilhaft sind ein Primär-Einblaskasten und ein Sekundär-Einblaskasten, die in einem selben Teilraum angeordnet sind, unmittelbar nebeneinander angeordnet und blasen Primärgas bzw. Sekundärgas in entgegengesetzte Richtungen ein.
-
Damit der Teil des Sekundärgases, der vom Prozessraum wegströmt, nicht nach außen gelangt, ist es günstig, wenn eine Sekundär-Absaugeinrichtung vorhanden ist, mittels welcher dieser Teilstrom des Sekundärgases absaugbar ist.
-
Es ist außerdem günstig, wenn am Einblas-Ende des Gehäuses eine Frischgas-Zuführeinrichtung vorhanden ist, mittels welcher Frischgas in den Innenraum einblasbar ist, wobei die Frischgas-Zuführeinrichtung insbesondere auf der von dem Prozessraum abliegenden Seite der Sekundär-Absaugeinrichtung angeordnet ist.
-
Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
-
1 einen Vertikalschnitt durch einen Oxidationsofen zur Herstellung von Kohlenstofffasern in Ofenlängsrichtung mit einer Atmosphäreneinrichtung, mit welcher eine heiße Arbeitsatmosphäre erzeugbar und ein Primärgas an einem Einblas-Ende in einen Prozessraum einblasbar ist, sowie mit einer Strömungs-Dichteinrichtung am Einblas-Ende;
-
2 einen Detailausschnitt des Vertikalschnitts von 1 entsprechend der dortigen gestrichelten Linie II;
-
3-A bis 3-I verschiedene Ausführungsbeispiele der Strömungs-Dichteinrichtung anhand von der 2 ähnlichen Detailausschnitten.
-
1 zeigt einen vertikalen Schnitt eines Oxidationsofens 10, der zur Herstellung von Kohlenstofffasern eingesetzt wird. Der Oxidationsofen 10 umfasst ein Gehäuse 12, das einen den Innenraum 14 des Oxidationsofens 10 bildenden Durchlaufraum durch eine Bodenwand 12a, eine Deckenwand 12b und zwei vertikale Längswände begrenzt, von denen in 1 nur eine hinter der Schnittebene liegende Längswand 12c zu sehen ist.
-
An seinen Stirnenden weist das Gehäuse 12 jeweils eine Stirnwand 16a, 16b auf, wobei in der Stirnwand 16a von unten nach oben abwechselnd Durchgangsöffnungen in Form von horizontalen Eingangsschlitzen 18 und Ausgangsschlitzen 20 und in der gegenüberliegenden Stirnwand 16b von unten nach oben abwechselnd Durchgangsöffnungen in Form von horizontalen Ausgangsschlitze 20 und Eingangsschlitzen 18 vorhanden sind, die der Übersichtlichkeit halber nicht alle ein Bezugszeichen tragen. Durch die Eingangs- und Ausgangsschlitze 18 bzw. 20 werden Fasern 22 in den Innenraum 14 hinein und wieder aus diesem herausgeführt. Die Eingangs- und Ausgangsschlitze 18, 20 bilden allgemein Durchtrittsbereiche des Gehäuses 12 für die Kohlenstofffasern 22. Abgesehen von diesen Durchgangsöffnungen ist das Gehäuse 12 des Oxidationsofens 10 gasdicht.
-
Der Innenraum 14 ist seinerseits in Längsrichtung in drei Bereiche unterteilt und umfasst eine ersten Vorkammer 24, welche unmittelbar neben der Stirnwand 16a angeordnet ist, eine zweite Vorkammer 26, welcher unmittelbar neben der gegenüberliegenden Stirnwand 16b benachbart ist, sowie einen zwischen den Vorkammern 24, 26 angesiedelten Prozessraum 28.
-
Die Vorkammern 24 und 26 bilden so zugleich eine Ein- und Austrittsschleuse für die Fasern 22 in den Innenraum 14 bzw. den Prozessraum 28.
-
Die zu behandelnden Fasern 22 werden dem Innenraum 14 des Oxidationsofens 10 parallel verlaufend als Art Faserteppich 30 zugeführt. Hierzu treten die Fasern 22 von einem ersten Umlenkbereich 32, der neben der Stirnwand 16b außerhalb des Ofengehäuses 12 liegt, durch den obersten Eingangsschlitz 18 in der Stirnwand 16b in die Vorkammer 26 ein. Die Fasern 22 werden sodann durch den Prozessraum 28 und durch die gegenüberliegende Vorkammer 24 zu einem zweiten Umlenkbereich 34, der neben der Stirnwand 16a außerhalb des Ofengehäuses 12 liegt, und von dort wieder zurückgeführt.
-
Insgesamt durchlaufen die Fasern 22 den Prozessraum 28 serpentinenartig über von oben nach unten aufeinander folgende Umlenkrollen 36, von denen lediglich zwei ein Bezugszeichen tragen. Zwischen den Umlenkrollen 36 spannt der durch die Vielzahl von nebeneinander laufenden Fasern 22 gebildete Faserteppich 30 jeweils eine Ebene auf, wobei oberhalb und unterhalb dieser Ebenen jeweils ein Teilraum 38 des Innenraums 14 definiert ist. Beim in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel sind von unten nach oben fünf solche Teilräume 38.1, 38.2, 38.3, 38.4, 38.5 definiert. Der Verlauf der Fasern 22 kann auch von unten nach oben erfolgen und es können auch mehr oder weniger Ebenen als in 1 gezeigt aufgespannt sein und entsprechend mehr oder weniger Teilräume 38 des Innenraums 14 definiert sein.
-
Nach dem gesamten Durchlauf durch den Prozessraum 28 verlassen die Fasern 22 den Oxidationsofen 10 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel durch den untersten Ausgangsschlitz 20 in der Stirnwand 16b. Vor dem Erreichen des obersten Eingangsschlitzes 18 in der Stirnwand 16b und nach Verlassen des Oxidationsofens 10 durch den untersten Ausgangsschlitz 20 in der Stirnwand 16b werden die Fasern 22 außerhalb des Ofengehäuses 12 über weitere, nicht eigens gezeigte Führungsrollen geführt.
-
Der Prozessraum 28 wird unter Prozessbedingungen von einer heißen Arbeitsatmosphäre 40 durchströmt, die durch eine Atmosphäreneinrichtung 42 aufgebaut wird. Allgemein ausgedrückt kann mit der Atmosphäreneinrichtung 42 eine heiße Arbeitsatmosphäre 40 erzeugt und in den Prozessraum 28 eingeblasen werden, welche den Prozessraum 28 unter Prozessbedingungen durchströmt. In der Praxis handelt es sich bei der Arbeitsatmosphäre um Luft, weshalb im Weiteren auch synonym für alle Gase, die zu dem Atmosphärenhaushalt des Oxidationsofens 10 beitragen, der Begriff Luft gewählt wird und von Prozessluft, Umwälzluft, Abluft, Frischluft und dergleichen gesprochen wird; es können aber auch andere Gase durch den Prozessraum 28 geführt werden.
-
Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der Oxidationsofen 10 nach dem sogenannten "end-to-end"-Prinzip ausgebildet und definiert ein Einblas-Ende 44 mit einer Einblaseinrichtung 46 und ein Absaug-Ende 48 mit einer Primär-Absaugeinrichtung 50, zwischen denen die Arbeitsatmosphäre 40 in einer Haupt- oder Prozessströmungsrichtung 52 durch den Prozessraum 28 strömt. Das Einblas-Ende 44 ist am Ende des Oxidationsofens mit der Stirnwand 16b angesiedelt, das Absaug-Ende 48 am gegenüberliegenden Ende mit der Stirnwand 16a. Im Übrigen veranschaulichen alle in den Figuren zu erkennenden Pfeile jeweils Strömungen bzw. Strömungsrichtungen.
-
Zwischen der Primär-Absaugeinrichtung 50 und der Einblaseinrichtung 46 wird die Arbeitsatmosphäre 40 durch eine Umwälzleitung 54 mit einem Gebläse 56 gefördert und durchströmt dabei eine Konditioniereinrichtung 58, welche beispielhaft als Wärmetauscher 60 veranschaulicht ist, da durch die Konditioniereinrichtung 58 insbesondere die Temperatur der Arbeitsatmosphäre 40 eingestellt wird. Stromauf der Konditioniereinrichtung 58 zweigt eine Abluftleitung 62 mit einem nicht eigens gezeigten Ventil von der Umwälzleitung 54 ab, über welche ein Anteil der umgewälzten Arbeitsatmosphäre 40 abgeführt werden kann.
-
Um den Lufthaushalt des Oxidationsofens 10 aufrechtzuerhalten, wird das anteilig abströmende Abgasvolumen durch eine Frischluft-Zuführeinrichtung 64 ausgeglichen, die am Einblas-Ende 44 des Oxidationsofens 10 und dort in der Vorkammer 24 vorgesehen ist. Die Frischluft-Zuführeinrichtung 64 umfasst mehrere mit Frischluft gespeiste Zuführkanäle 66, die in den Teilräumen 38 angeordnet sind und von denen nur einer ein Bezugszeichen trägt. Die Zuführkanäle 66 erstrecken sich quer zur Prozessströmungsrichtung 52 und somit quer zur Ofenlängsrichtung.
-
2 zeigt einen in 1 gestrichelt umrahmten und mit II bezeichneten Abschnitt des Teilraumes 38.3 in einer vergrößerten Darstellung. In 2 ist gut zu erkennen, dass jeder Zuführkanal 66 eine Austrittsseite 68 hat, die in Richtung auf die Stirnwand 16a weist und durch welche Frischluft über die Breite des Oxidationsofens 10 in die vom Prozessraum 28 abliegende Richtung abgegeben wird. Jedem Zuführkanal 66 ist ein Leitblech 70 zugeordnet, welches vor der Austrittsseite 68 angeordnet ist, so dass die austretende Frischluft in Richtung der Fasern 22 ausströmt.
-
Alle hier und nachfolgend als Blech oder dergleichen bezeichneten Bauteile können aus Metall und somit gegebenenfalls ein strukturelles Blech sein oder auch aus einem nicht metallischem Material gefertigt sein; die Bezeichnung "Blech" soll grundsätzlich die verhältnismäßig dünne Ausbildung solcher Bauteile definieren.
-
Die über die Abluftleitung 62 abgeführten Gase, die auch giftige Bestandteile enthalten können, werden einer thermischen Nachverbrennung zugeführt. Die dabei mögliche zurückgewonnene Wärme kann zumindest zur Vorerwärmung der dem Oxidationsofen 10 zugeführten Frischluft verwendet werden.
-
Über die Umwälzleitung 54 gelangt die Luft zu der Einblaseinrichtung 46. Diese gibt die nun umgewälzte und konditionierte Luft als Prozessluft in den Prozessraum 28 ab. Während des serpentinenartigen Durchgangs der Fasern 22 durch den Prozessraum 28 werden die Fasern 22 nun von heißer, sauerstoffhaltiger Prozessluft umspült und dabei oxidiert.
-
Die Einblaseinrichtung 46 umfasst nun in jedem Teilraum 38 einen Einblaskasten 72, von denen in 1 nur der Einblaskasten 72 in dem Teilraum 38.3 ein Bezugszeichen trägt und in 2 in größerem Maßstab gezeigt ist; nur dort tragen auch die weiteren nachfolgend beschriebenen Komponenten der Einblaseinrichtung 46 Bezugszeichen. In den Freiräumen zwischen den in vertikaler Richtung übereinander angeordneten Einblaskästen 72 ist jeweils der sich bewegende Faserteppich 30 aufgespannt.
-
Die Einblaskästen 72 sind durch eine Trennwand 74 in einen Primär-Einblaskasten 76 und einen Sekundär-Einblaskasten 78 unterteilt. Die Umwälzleitung 54 verzweigt in zwei Versorgungsarme 54a, 54b, von denen jeweils einer mit den Primärkästen 76 bzw. Sekundärkästen 78 verbunden ist, so dass die Primärkästen 76 und die Sekundärkästen 78 mit umgewälzter Luft versorgt werden.
-
Die Primärkästen 76 haben jeweils ein strömungstechnisch offenes Primär-Austrittsfenster 80, das sich quer zur Ofenlängsrichtung erstreckt und über welches Primärgas, d.h. vorliegend Primärluft, in den Prozessraum 28 strömt. Diese Primär-Austrittsfenster 80 der Einblaseinrichtung 46 weisen in Richtung der gegenüberliegenden Primär-Absaugeinrichtung 50. Auf diese Weise ist eine Primär-Einblaseinrichtung 46a ausgebildet.
-
Strömungstechnisch offen bedeutet, dass durch die hier und nachfolgend beschriebenen Fenster eine Gasströmung hindurch strömen kann. Hierzu können die Fenster zum Beispiel dadurch ausgebildet sein, dass eine jeweilige Wand weggelassen ist. Gegebenenfalls kann eine Wand aber auch mit Strömungsdurchgängen versehen sein.
-
Außerdem haben die Sekundärkästen 78 der Einblaskästen 72 auf der dem Primär-Austrittfenster 80 gegenüberliegenden Seite ein strömungstechnisch offenes Sekundär-Austrittsfenster 82, welches folglich in Richtung auf die Stirnwand 16a weist und über welches Sekundärgas, d.h. vorliegend Sekundärluft, in zu der Prozessströmungsrichtung 52 entgegengesetzte Richtung in die Vorkammer 24 des Oxidationsofens 10 strömt. Auf diese Weise ist allgemein ausgedrückt eine Sekundär-Einblaseinrichtung 46b ausgebildet, durch welche Sekundärgas auf der vom Prozessraum 28 abliegenden Seite der Primär-Einblaseinrichtung 46a in die Teilräume 38 eingeblasen werden kann.
-
Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung können die Primär-Einblaseinrichtung 46a und die Sekundär-Einblaseinrichtung 46b statt durch die Primärkästen 76 und die Sekundärkästen 78, die sich die Trennwand 74 teilen, auch jeweils durch separate Einblaskästen mit entsprechenden Primär- und Sekundär-Austrittsfenstern ausgebildet sein.
-
Das Volumenstromverhältnis zwischen Primärluft und Sekundärluft wird durch die Lage der jeweiligen Trennwand 74 in den Einblaskästen 72 beeinflusst, wenn diese über das gemeinsame Gebläse 56 gespeist werden. Wenn die Primärkästen 76 und die Sekundärkästen 78 jeweils durch eigene Gepläse versorgt werden, spielt die Lage der Trennwand 74 keine Rolle. In der Praxis hat sich ein Verhältnis von 65%–70% über die Primär-Einblaskästen 76 und 35%–30% über die Sekundär-Einblaskästen 78 als günstig erwiesen.
-
Die Sekundär-Einblaseinrichtung 46b ist Teil einer Strömungs-Dichteinrichtung 84, mittels welcher ein Austreten von mit Schadstoffen kontaminierter Prozessluft aus dem Oxidationsofen 10 verhindert wird.
-
Diese Strömungs-Dichteinrichtung 84 umfasst außerdem eine Sekundär-Absaugeinrichtung 86, welche in jedem Teilraum 38 einen Sekundär-Absaugkasten 88 aufweist, der in einem Abstand von der Sekundär-Einblaskammer 78 in dem jeweiligen Teilraum 38 angeordnet ist. Von diesen Sekundär-Absaugkästen 88 trägt in 1 nur der Absaugkasten 88 in dem Teilraum 38.3 ein Bezugszeichen, der wieder in 2 in größerem Maßstab gezeigt ist. In den Freiräumen zwischen den in vertikaler Richtung übereinander angeordneten Sekundär-Absaugkästen 88 ist jeweils der sich bewegende Faserteppich 30 aufgespannt. Zwischen jeder Sekundär-Einblaseinrichtung 46b und jedem Sekundär-Absaugkasten 88 in jedem Teilraum 38 verbleibt ein Strömungsraum 90 der Strömungs-Dichteinrichtung 84.
-
Die Sekundär-Absaugkästen 88 weisen auf der von der Sekundär-Einblaseinrichtung 46b abliegenden Seite jeweils ein strömungstechnisch offenes Absaugfenster 92 auf, das folglich in Richtung auf die Stirnwand 16a des Gehäuses 12 weist. Durch die Sekundär-Absaugkästen 88 kann Luft aus dem Innenraum 14 abgesaugt werden. Hierzu sind die Sekundär-Absaugkästen 88 über jeweils ein Ventil 94 mit einer Absaugleitung 96 verbunden, welche stromauf des Gebläses 56 und beim vorliegenden Ausführungsbeispiel auch stromauf der Konditioniereinrichtung 58 in die Umwälzleitung 54 mündet. Durch das jeweilige Ventil 94 kann der Absaug-Volumenstrom für jeden Absaugkasten 88 eingestellt werden.
-
Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung kann auch auf die Ventile 94 verzichtet werden.
-
Die Strömungs-Dichteinrichtung 84 umfasst außerdem eine Strömungsleiteinrichtung 98, durch welche die Strömungsverhältnisse in den Strömungsräumen 90 zwischen den Sekundär-Einblaseinrichtungen 46b und der Sekundär-Absaugeinrichtung 86 eingestellt werden können.
-
Die Strömungsleiteinrichtung 98 umfasst in jedem Teilraum 38 eine Sekundärgas-Umlenkeinrichtung 100, durch welche der Sekundärgasstrom derart umgelenkt wird, dass Sekundärgas zum Teil in Richtung auf den Prozessraum 28 zu strömt und zum Teil in Richtung von dem Prozessraum 28 weg strömt. Jede Sekundärgas-Umlenkeinrichtung 100 umfasst wiederum eine Abgabe-Leiteinrichtung 102 am Sekundär-Austrittsfenster 82 der Sekundär-Einblaskammer 78 und ein Umlenkelement 104, gegen welches die Sekundärluft aus der Sekundär-Einblaskammer 78 strömt.
-
Das Umlenkelement 104 ist beweglich, so dass der Abstand zwischen der Abgabe-Leiteinrichtung 102 und dem Umlenkelement 104 veränderbar ist und für jeden Teilraum 38 eingestellt werden kann.
-
Beim vorliegend gezeigten Ausführungsbeispiel umfasst die Abgabe-Leiteinrichtung 102 zwei oben und unten am Sekundär-Austrittsfenster 82 anbrachte Leitbleche 106 mit freien Außenrändern 108, die in Austrittrichtung der Sekundärluft konvergieren und deren aufeinander zuweisende Flächen als Innenflächen 106a und deren voneinander weg weisende Flächen als Außenfläche 106b gekennzeichnet sind. Zwischen den freien Kanten 108 der Leitbleche 106 ist auf diese Weise ein Austrittsspalt 110 für die Sekundärluft ausgebildet. Die aus dem Sekundär-Austrittsfenster 82 austretende Sekundärluft wird durch die jeweiligen Innenflächen 106a der Leitbleche 106 gebündelt. Die beiden Leitbleche 106 verlaufen beim vorliegenden Ausführungsbeispiel in einem Winkel von 45° bezogen auf eine horizontale Ebene.
-
Das Umlenkelement 104 gibt geneigte Strömungsflächen 112 vor, die jeweils in horizontaler Richtung gegenüber von den Leitblechen 106 angeordnet sind und zwischen denen eine Anströmfläche 114 verläuft. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel verlaufen die geneigten Strömungsflächen 112 parallel zu den Außenflächen 106a der Leitbleche 106; die Anströmfläche 114 verläuft vertikal.
-
Das Umlenkelement 104 ist als Aufsetzbauteil 116 ausgebildet, welches komplementär zu einem Sekundär-Absaugkasten 88 ausgebildet ist, so dass es auf den Sekundär-Absaugkasten 88 aufgesetzt und auf diesem verschoben werden kann.
-
Auf diese Weise ist in jedem Teilraum 38 ein veränderbarer Strömungskanal 118 ausgebildet, durch welchen Sekundärluft in Richtung nach oben und unten in Richtung auf die dort jeweils verlaufenden Faserteppiche 30 strömen kann und deren Strömungsquerschnitt eingestellt werden kann.
-
Der Oxidationsofen 10 und dessen Strömungs-Dichtungseinrichtung 84 funktionieren nun wie folgt:
Mittels der Primär-Einblaseinrichtung 46a und deren Primär-Einblaskammern 76 wird Primärluft in Prozessströmungsrichtung 50 in den Prozessraum 28 eingeblasen. Zugleich wird mittels der Sekundär-Einblaseinrichtung 46b und deren Sekundär-Einblaskästen 78 Sekundärluft in entgegengesetzte Richtung in die Strömungsräume 90 der Strömungs-Dichtungseinrichtung 84 eingeblasen. Der Abgabe-Volumenstrom der Primär-Einblaseinrichtung 46a und der Abgabe-Volumenstrom der Sekundär-Einblaseinrichtung 46b stehen dabei bei jedem Einblaskasten 72 in einem konstanten Verhältnis und kann strukturell über die Lage der Trennwand 74 im Einblaskasten 72 eingestellt werden; in der Praxis liegt dieses Verhältnis bei 3:1 bis 3:2.
-
Die Freiräume unterhalb oberhalb der Einblaskästen 72 und die Freiräume unterhalb und oberhalb der Umlenkelemente 104 und der Sekundär-Absaugkästen 88 bilden Strömungspassagen 120 bzw. 122, von denen jeweils nur in 1 die beiden am Teilraum 38.3 verlaufenden Strömungspassagen 120, 122 mit Bezugszeichen versehen sind.
-
Die in die Strömungskanäle 118 eingeblasene Sekundärluft teilt sich nun durch die Sekundärgas-Umlenkeinrichtung 100 auf und strömt in jedem Teilraum 38 im Strömungskanal 118 nach oben und unten und dann in die dortigen Strömungspassagen 120 und 122.
-
Zu einem Teil strömt die Sekundärluft dann in den Strömungspassagen 120 in den Prozessraum 28. Zu einem anderen Teil strömt die Sekundärluft in den Strömungspassagen 122 in die entgegengesetzte Richtung in Richtung auf die Stirnwand 16a des Gehäuses 12 zu den Absaugfenstern 92 der Sekundär-Absaugkästen 88. Diese Volumenströme, die durch die Strömungspassagen 122 in Richtung auf die Stirnwand 16a strömen, werden mit Hilfe der Sekundär-Absaugeinrichtung 86 und deren Sekundär-Absaugkästen 88 abgesaugt und in die Umwälzleitung 54 zurückgeführt.
-
In dem untersten Teilraum 38.1 wird nun beispielsweise das Umlenkelement 104 so positioniert, dass ein großer Abstand zur Abgabe-Leiteinrichtung 102 eingestellt ist, bei dem der Strömungskanal 118 keine leitende oder umlenkende Wirkung auf die dortige Sekundärluft hat. Hierdurch teilt sich die Sekundärluft im Teilraum 38.1 hälftig in die Teilströme durch die Strömungspassagen 120 und 122 auf, wobei der Druckverlust in beiden Teilströmen gleich ist.
-
In Richtung nach oben werden die Umlenkelemente 104 in den einzelnen Teilräumen 38 sukzessive immer näher an die jeweilige Abgabe-Leiteinrichtung 102 heran positioniert, so dass der in jedem Teilraum 38 jeweils resultierende Strömungskanal 118 nach oben hin immer schmaler wird. Dies ist in 1 gut zu erkennen. Durch die Leitbleche 106 der Abgabe-Leiteinrichtung 102 und die damit zusammenarbeitenden geneigten Strömungsflächen 112 der Sekundärgas-Umlenkeinrichtung 100 wird der jeweilige Sekundärluftstrom in den Teilräumen 38 jeweils immer stärker so umgelenkt, dass sich ein immer größerer Anteil Sekundärluft mit einer Strömungsrichtung in Prozessströmungsrichtung 50 ergibt, d.h. ein immer größerer Anteil der Sekundärluft strömt in die Strömungspassage 120 in Richtung auf den Prozessraum 28 zu und ein immer kleinerer Anteil der Sekundärluft strömt in die Strömungspassage 122 in Richtung auf die Stirnwand 16a des Gehäuses 12.
-
Durch die erzwungenen Strömungsrichtungen wirkt der jeweilige dynamische Druck der Sekundärluft in den Teilräumen 38 gegen den positiven Innendruck des Oxidationsofens 10, wobei sich von unten nach oben von Teilraum 38 zu Teilraum 38 der Druckverlustbeiwert nach außen sukzessive erhöht.
-
Durch das bewegliche Umlenkelement 104 ist folglich der Strömungskanal 118 derart veränderbar, dass der Druckverlustbeiwert des einen und des anderen Strömungsweges beeinflusst wird und dadurch der Druckverlust in beide Strömungsrichtungen eingestellt werden kann.
-
Auf diese Weise lässt sich die Volumenstromaufteilung steuern und der Druckgradient über die Höhe des Oxidationsofens 10, der sich aus der Überlagerung des Unterdrucks im Prozessraum durch die strömende Prozessluft und des thermischen Druckgradienten ergibt, homogenisieren. Dadurch wird unterbunden, dass einerseits Schadluft durch Eingangs- und Ausgangsschlitze 18, 20 im oberen Bereich des Oxidationsofens 10 nach außen gelangt und dass andererseits Kaltluft aus der Ofenumgebung durch Eingangs- und Ausgangsschlitze 18, 20 im unteren Bereich des Oxidationsofens 10 eingesaugt wird.
-
Somit ist eine Strömungsdichtung ausgebildet.
-
Eine entsprechende Strömungs-Dichtungseinrichtung 84 kann auch bei einem Oxidationsofen eingesetzt werden, dessen Lufthaushalt nach dem "end-to-center"-Prinzip betrieben wird.
-
Bei nicht eigens gezeigten Abwandlungen kann Sekundärluft beispielsweise auch über gesonderte Einblasdüsen eingeblasen werden, die in den Teilräumen 38 angeordnet sind und deren Abgabeberichtung, Abgabedruck und Abgabevolumenströmung entsprechend eingestellt werden kann, wobei insbesondere der Abgabedruck und die Abgabevolumenströmung von unten nach oben erhöht wird.
-
Die 3-A bis 3-I zeigen verschiedene Ausführungsbeispiele der Strömungs-Dichteinrichtung 84, wobei bereits beschriebene und funktionell oder strukturell einander entsprechende Bauteile dieselben Bezugszeichen wie in den 1 oder 2 tragen, wobei nur wesentliche Komponenten mit einem Bezugszeichen versehen sind. Mit den dort gezeigten Strömungs-Dichteinrichtungen 84 kann der Strom des Sekundärgases zum Teil in Richtung auf den Prozessraum 28 zu und zum Teil in Richtung von dem Prozessraum 28 weg aufgeteilt und umgelenkt werden, so dass einerseits der thermische Überdruck des Oxidationsofens 10 ausgeglichen und andererseits ein Einströmen von Kaltluft von außen verhindert wird.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3-A weist das Umlenkelement 104 und somit das Aufsetzbauteil 116 nur eine plane und vertikal verlaufende Anströmfläche 114 ohne geneigte Strömungsflächen 112 auf. Stattdessen sind in dem Strömungskanal 118 zwei schräg gestellte Strömungsbleche 124 angeordnet. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel verlaufen diese Strömungsbleche 124 parallel zu dem jeweils horizontal benachbarten Leitblech 106; andere Anstellwinkel sind jedoch möglich. Abhängig von der Stellung des Aufsetzbauteils 116 können die Strömungsanteile der Sekundärluft eingestellt werden.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 3-B gib es kein gesondertes Umlenkelement 104 bzw. Aufsetzbauteil 116. Vielmehr ist die plane Anströmfläche 114 durch die dem Strömungskanal 118 zugewandte Außenfläche 126 des Sekundär-Absaugkastens 88 ausgebildet. Von dieser Außenfläche 126 ragt ein in einer horizontalen Ebene verlaufendes Trennblech 128 in den Strömungskanal 118.
-
Es gibt auch bei diesem Ausführungsbeispiel die schräg gestellten Strömungsbleche 124, welche hier nicht mehr parallel zu den Leitblechen 106 verlaufen, sondern bezogen auf eine horizontale Ebene steiler verlaufen. An den jeweils dem Trennblech 128 zugewandten Enden tragen die Strömungsbleche 124 gelenkig jeweils eine Strömungsklappe 130, welche zwischen einer ersten Schließstellung, in welcher ihre freien Enden gegen das Trennblech 128 anliegen, und einer zweiten Schließstellung, in welcher ihre freie Enden gegen die freien Enden der Leitbleche 106 anliegen, verstellbar sind.
-
In der ersten Schließstellung ist der Strömungsweg zwischen den Strömungsblechen 124 und der Außenfläche 126 des Sekundär-Absaugkastens 88 gesperrt, wogegen in der zweiten Schließstellung der Strömungsweg zwischen den Leitblechen 106 und den Strömungsblechen 124 gesperrt ist. Abhängig von der Stellung der Strömungsklappen 130 können die Strömungsanteile der Sekundärluft eingestellt werden.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3-C sind statt der Strömungsklappen 130 verdrehbare Drosselklappen 132 vorgesehen, durch welche der Strömungsweg zwischen den Strömungsblechen 124 und der Außenfläche 126 des Sekundär-Absaugkastens 88 wahlweise gesperrt oder mit verschiedenen Strömungsquerschnitten freigegeben werden kann. Der Strömungsweg zwischen den Leitblechen 106 und den Strömungsblechen 124 bleibt bei diesem Ausführungsbeispiel stets frei.
-
Das Ausführungsbeispiel gemäß 3-D entspricht in etwa dem Ausführungsbeispiel von 3-C, wobei es kein Trennblech und statt der unbeweglichen Strömungsbleche 124 in Strömungsrichtung nach oben und nach unten jeweils zwei verschwenkbare Strömungsbleche 134 gibt. Abhängig von deren Neigung verändern sich die Strömungsanteile der Sekundärluft.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 3-E ist wieder ein Trennblech 128 am Sekundär-Absaugkasten 88 im Strömungskanal 118 vorhanden. Der Strömungsweg oberhalb und unterhalb des Trennbleches 128 kann dort mit variablem Querschnitt durch zwei Schieber 136 freigegeben oder gesperrt werden.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 3-F sind entlang der freien Kanten 108 der Leitbleche 106 Strömungs-Drehwalzen 138 mit Strömungsdurchgängen 140 positioniert, von denen sich weitere Leitbleche 142 divergierend zu dem Sekundär-Absaugkasten 88 erstrecken. Auf diese Weise ist der Strömungskanal 118 gleichsam eingehaust. Abhängig von der Drehstellung der Strömungs-Drehwalzen 138 können die Strömungsanteile der Sekundärluft in beide Richtungen eingestellt werden.
-
Das Ausführungsbeispiel gemäß 3-G zeigt eine Variante, bei welcher die Leitbleche 106 verschwenkbar gelagert sind. Im Abstand von den Leitblechen 106 sind weitere Schwenkbleche 144 an weitgehend horizontalen Wänden 146 gelagert, die ihrerseits am Sekundär-Absaugkasten 88 befestigt sind, durch die ein Abstand der Schwenkbleche 144 zur Außenfläche 126 gewährleistet ist. Die Leitbleche 106 und die weiteren Schwenkbleche 144 können parallel oder nicht parallel zueinander verschwenkt werden; die Strömungsanteile der Sekundärluft in beide Richtungen verändert sich abhängig von den Stellungen der Leitbleche 106 bzw. der weiteren Schwenkbleche 144.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel nach 3-H sind die Leitbleche 106 wieder unbeweglich angeordnet. An der Außenfläche 126 des Sekundär-Absaugkastens 88 sind nun verschwenkbare Leitbleche 148 gelagert, deren gelenkig befestigte Enden jeweils nahe der auf die vertikale Richtung bezogene Mitte des Sekundär-Absaugkastens 88 angeordnet sind. Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel haben die verschwenkbaren Leitbleche 148 einen gekrümmten Verlauf in Richtung in den Strömungskanal 118 hinein. Abhängig von der Stellung der verschwenkbaren Leitbleche 148 können die Strömungsanteile der Sekundärluft in Richtung auf den Prozessraum 28 zu und in Richtung von dem Prozessraum 28 weg eingestellt werden.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den 3-Ia und 3-Ib sind zwischen den Leitblechen 106 und dem Sekundär-Absaugkasten 88 Strömungs-Keilleisten 150 angeordnet, die jeweils eine geneigte und zu dem jeweils horizontal benachbarten Leitblech 106 parallele Leitfläche 152 definieren, die in Richtung auf die Leitbleche 106 zeigt. In Richtung auf die plane und vertikal verlaufende Anströmfläche 114 des Sekundär-Absaugkastens 88 weisen die Strömungs-Keilleisten 150 jeweils eine ebenfalls vertikal verlaufende Leitfläche 154 auf.
-
Die bezogen auf den Strömungskanal 118 innere Kante der Strömungs-Keilleisten 150 ist jeweils auf gleicher Höhe angeordnet wie die freien Kanten 108 der jeweils in horizontaler Richtung benachbarten Leitbleche 106.
-
Zwischen den Strömungskeilen 150 und den Leitblechen 106 ist ein hohler Leitkasten 156 verschiebbar gelagert, der eine obere und eine untere Wand 158 bzw. 160 hat, die ihrerseits einen geschlossenen Abschnitt 158a bzw. 160a und einen mit Strömungsdurchgängen versehenen Abschnitt 158b bzw. 160b haben. Die mit Strömungsdurchgängen versehenen Abschnitte 158b und 160b haben in horizontaler Richtung eine Erstreckung, die dem Abstand der Strömungs-Keilleisten 150 und dem Sekundär-Absaugkasten 88 entspricht. Die Stirnseite des Leitkastens 156 in Richtung auf den Einblaskasten 72 ist offen, wogegen die Stirnseite des Leitkastens 156 in Richtung auf den Sekundär-Absaugkasten 88 durch eine Stirnwand 162 verschlossen ist.
-
In einer ersten Maximalstellung des Leitkastens 156 fluchtet dessen Stirnwand 162 mit den vertikalen Leitflächen 154 der Strömungs-Keilleisten 150, wodurch nur ein Strömungsweg für die Sekundärluft durch die mit Strömungsdurchgängen versehenen Wandabschnitte 158b und 160b und weiter zwischen den Leitblechen 106 und den geneigten Leitflächen 152 der Strömungs-Keilleisten 150 möglich ist. Ein Strömen der Sekundärluft an den Strömungs-Keilleisten 150 vorbei in Richtung auf den Sekundär-Absaugkasten 88 wird durch die geschlossene Stirnwand 162 des Leitkastens 156 verhindert. Dies ist in 3-Ia zu erkennen.
-
In einer zweiten Maximalstellung des Leitkastens 156 liegt dessen Stirnwand 162 an die Außenfläche 126 des Sekundär-Absaugkastens 88 an, so dass nur ein Strömungsweg für die Sekundärluft durch die mit Strömungsdurchgängen versehenen Wandabschnitte 158b und 160b und weiter zwischen den vertikalen Leitflächen 154 der Strömungs-Keilleisten 150 und der Außenfläche 126 des Sekundär-Absaugkastens 88 möglich ist. Ein Strömen der Sekundärluft zwischen den Leitblechen 106 und den geneigten Leitflächen 152 der Strömungs-Keilleisten 150 wird durch die geschlossenen Wandabschnitte 158a und 160a des Leitkastens 150 verhindert. Dies zeigt 3-Ib.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
