DE102021124768A1 - Prozessluftaggregat zum erhitzen einer prozessluft - Google Patents

Prozessluftaggregat zum erhitzen einer prozessluft Download PDF

Info

Publication number
DE102021124768A1
DE102021124768A1 DE102021124768.3A DE102021124768A DE102021124768A1 DE 102021124768 A1 DE102021124768 A1 DE 102021124768A1 DE 102021124768 A DE102021124768 A DE 102021124768A DE 102021124768 A1 DE102021124768 A1 DE 102021124768A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
process air
tube bundle
combustion chamber
duct
tubes
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102021124768.3A
Other languages
English (en)
Inventor
Oliver Iglauer-Angrik
Andreas Neu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Duerr Systems AG
Original Assignee
Duerr Systems AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Duerr Systems AG filed Critical Duerr Systems AG
Priority to DE102021124768.3A priority Critical patent/DE102021124768A1/de
Priority to PCT/DE2022/100698 priority patent/WO2023046236A1/de
Priority to KR1020247008218A priority patent/KR20240076777A/ko
Priority to CN202280063890.3A priority patent/CN117980659A/zh
Priority to DE112022003449.1T priority patent/DE112022003449A5/de
Priority to EP22799846.5A priority patent/EP4405620A1/de
Publication of DE102021124768A1 publication Critical patent/DE102021124768A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H3/00—Air heaters
    • F24H3/02—Air heaters with forced circulation
    • F24H3/06—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators
    • F24H3/08—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators by tubes
    • F24H3/087—Air heaters with forced circulation the air being kept separate from the heating medium, e.g. using forced circulation of air over radiators by tubes using fluid fuel
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B16/00—Spray booths
    • B05B16/20—Arrangements for spraying in combination with other operations, e.g. drying; Arrangements enabling a combination of spraying operations
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/06—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/204—Temperature of the air before heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/20—Control of fluid heaters characterised by control inputs
    • F24H15/208—Temperature of the air after heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/345—Control of fans, e.g. on-off control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H15/00—Control of fluid heaters
    • F24H15/30—Control of fluid heaters characterised by control outputs; characterised by the components to be controlled
    • F24H15/355—Control of heat-generating means in heaters
    • F24H15/36—Control of heat-generating means in heaters of burners
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/0052—Details for air heaters
    • F24H9/0057—Guiding means
    • F24H9/0063—Guiding means in air channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/0052—Details for air heaters
    • F24H9/0057—Guiding means
    • F24H9/0068—Guiding means in combustion gas channels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/18—Arrangement or mounting of grates or heating means
    • F24H9/1854—Arrangement or mounting of grates or heating means for air heaters
    • F24H9/1877—Arrangement or mounting of combustion heating means, e.g. grates or burners
    • F24H9/1881—Arrangement or mounting of combustion heating means, e.g. grates or burners using fluid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H9/00—Details
    • F24H9/20—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F24H9/2064—Arrangement or mounting of control or safety devices for air heaters
    • F24H9/2085—Arrangement or mounting of control or safety devices for air heaters using fluid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B15/00—Machines or apparatus for drying objects with progressive movement; Machines or apparatus with progressive movement for drying batches of material in compact form
    • F26B15/10—Machines or apparatus for drying objects with progressive movement; Machines or apparatus with progressive movement for drying batches of material in compact form with movement in a path composed of one or more straight lines, e.g. compound, the movement being in alternate horizontal and vertical directions
    • F26B15/12—Machines or apparatus for drying objects with progressive movement; Machines or apparatus with progressive movement for drying batches of material in compact form with movement in a path composed of one or more straight lines, e.g. compound, the movement being in alternate horizontal and vertical directions the lines being all horizontal or slightly inclined
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/001—Drying-air generating units, e.g. movable, independent of drying enclosure
    • F26B21/002—Drying-air generating units, e.g. movable, independent of drying enclosure heating the drying air indirectly, i.e. using a heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/02—Circulating air or gases in closed cycles, e.g. wholly within the drying enclosure
    • F26B21/04—Circulating air or gases in closed cycles, e.g. wholly within the drying enclosure partly outside the drying enclosure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/06—Controlling, e.g. regulating, parameters of gas supply
    • F26B21/10—Temperature; Pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B23/00—Heating arrangements
    • F26B23/02—Heating arrangements using combustion heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F24—HEATING; RANGES; VENTILATING
    • F24H—FLUID HEATERS, e.g. WATER OR AIR HEATERS, HAVING HEAT-GENERATING MEANS, e.g. HEAT PUMPS, IN GENERAL
    • F24H2210/00—Burner and heat exchanger are integrated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B2210/00—Drying processes and machines for solid objects characterised by the specific requirements of the drying good
    • F26B2210/12—Vehicle bodies, e.g. after being painted
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Incineration Of Waste (AREA)

Abstract

Ein Prozessluftaggregat (20) zum Erhitzen einer Prozessluft (21) für eine Werkstückbearbeitungsanlage weist einen von einer Prozessluft (21) durchströmbaren Prozessluftkanal (22), eine Brennkammer (30) zum Verbrennen einer Verbrennungsluft, die im Prozessluftkanal (22) von der Prozessluft (21) überströmt wird und dadurch Wärme auf die Prozessluft (21) überträgt, und eine mit der Brennkammer verbundene Rohrbündelanordnung (35), die wenigstens ein Rohrbündel (36) mit mehreren vom Rauchgas (34) aus der Brennkammer (30) durchströmbaren Rohren (38) aufweist, auf. Die mehreren Rohre (38) des wenigstens einen Rohrbündels (36) sind im Prozessluftkanal (21) quer zur Prozessluftströmungsrichtung ausgerichtet, sodass sie von der Prozessluft (21) überströmt werden und dadurch Wärme vom Rauchgas (34) auf die Prozessluft (21) übertragen. Zum Erzielen einer erhöhten energetischen Effizienz ist die Rohrbündelanordnung (35) bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf der Brennkammer (30) im Prozessluftkanal (22) angeordnet.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prozessluftaggregat zum Erhitzen einer Prozessluft zum Beispiel für eine Werkstückbearbeitungsanlage.
  • In Prozesskammern von Werkstückbearbeitungsanlagen müssen häufig warme Prozessluftströme (zum Beispiel Frischluft und/oder Umluft) eingeleitet werden, um die entsprechende Werkstückbearbeitung durchzuführen. Zum Beispiel hat das Trocknen von lackierten Fahrzeugkarosserien in Lackierprozessen einen hohen Wärmebedarf. In der Regel sind deshalb in den Prozessluftzufuhrleitungen Prozessluftaggregate zum Erhitzen der jeweiligen Prozessluft angeordnet. In den Prozessluftaggregaten wird die Prozessluft in der Regel durch eine Wärmeübertragungsvorrichtung indirekt erhitzt, d.h. nicht direkt durch Verbrennen in einer Brennkammer, um für die Werkstückbearbeitung kritische Stoffe in der Prozessluft zu vermeiden. Herkömmliche Prozessluftaggregate zum Erhitzen einer Prozessluft haben deshalb häufig eine Brennkammer und ein vom Rauchgas aus der Brennkammer durchströmtes Rohrbündel, die zwecks Wärmeübertragung beide von der Prozessluft überströmt werden.
  • Da in vielen Werkstückbearbeitungsanlagen sehr große Prozessluftmengen mit hohem Wärmebedarf benötigt werden, wird für das Erhitzen der Prozessluft viel Energie benötigt. Es besteht deshalb Bedarf an Prozessluftaggregaten, die ein Erhitzen einer Prozessluft in energetisch effizienter Weise durchführen können.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein im anhängenden unabhängigen Anspruch 1 definiertes Prozessluftaggregat. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Das Prozessluftaggregat zum Erhitzen einer Prozessluft, insbesondere für eine Werkstückbearbeitungsanlage, weist einen Prozessluftkanal auf, der von einer Prozessluft durchströmbar ist und im Bereich eines ersten Kanalendes eine Eingangsöffnung zum Einnehmen einer zu erhitzenden Prozessluft und im Bereich eines zweiten Kanalendes entgegengesetzt zum ersten Kanalende eine Ausgangsöffnung zum Ausgeben einer erhitzten Prozessluft aufweist. Zum Erhitzen der Prozessluft enthält das Prozessluftaggregat eine Brennkammer zum Verbrennen einer Verbrennungsluft, die zumindest teilweise innerhalb des Prozessluftkanals angeordnet ist, sodass sie von der Prozessluft überströmt wird und dadurch Wärme auf die Prozessluft überträgt, sowie eine Rohrbündelanordnung, die mit der Brennkammer verbunden ist und wenigstens ein Rohrbündel mit mehreren vom Rauchgas aus der Brennkammer durchströmbaren Rohren aufweist, wobei die mehreren Rohre des wenigstens einen Rohrbündels quer zur Prozessluftströmungsrichtung ausgerichtet sind und zumindest teilweise innerhalb des Prozessluftkanals angeordnet sind, sodass sie von der Prozessluft überströmt werden und dadurch Wärme vom Rauchgas auf die Prozessluft übertragen. Erfindungsgemäß ist die Rohrbündelanordnung bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf der Brennkammer im Prozessluftkanal angeordnet.
  • Die Erfinder haben festgestellt, dass bei herkömmlichen Prozessluftaggregaten, bei denen als erstes die Brennkammer von der Prozessluft überströmt wird, die beiden Hauptströme des Rauchgases und der Prozessluft in dieselbe Richtung verlaufen (Gleichstrom-Prinzip) und als Konsequenz die Austrittstemperaturen der beiden Stoffströme nur die Mischtemperatur annehmen, was energetisch sehr ineffektiv ist. Die Erfinder schlagen deshalb vor, dass die Prozessluft zuerst die Rohrbündelanordnung überströmt, was ein Gegenstromprinzip erzeugt, bei dem die Stoffströme der zu erhitzenden Prozessluft und des Rauchgases in entgegengesetzten Richtungen durch den Prozessluftkanal verlaufen, wodurch immer ein Temperaturunterschied zwischen diesen Stoffströmen existiert und deshalb deutlich mehr (nahezu die gesamte) Wärme übertragen werden kann, wodurch eine deutlich stärkere Energieeffizienz des Prozessluftaggregats zum Erhitzen der Prozessluft erzielt werden kann. Aufgrund der stärkeren Energieeffizienz ist zudem eine Vereinfachung der Geometrie der Brennkammer im Vergleich zu herkömmlichen Prozessluftaggregaten möglich (z.B. rund statt birnenförmig).
  • Das erfindungsgemäße Prozessluftaggregat ist grundsätzlich für beliebige Anwendungen / Anlagen einsetzbar. Eine besonders vorteilhafte Anwendung ist das Erhitzen von Prozessluft für Werkstückbearbeitungsanlagen, bei denen ein großer Wärmebedarf existiert, wie beispielsweise zum Trocknen / Vernetzen / Härten von lackierten und/oder beschichteten und/oder geklebten Werkstücken wie Karosserien oder Karosserieteilen zum Beispiel in Form von Durchlauftrocknern, Durchlaufhärtungsanlagen, Kammertrocknern oder Kammerhärtungsanlagen.
  • In Zusammenhang mit der im unabhängigen Anspruch 1 definierten Erfindung sind folgende Begriffserläuterungen zu beachten. Die Prozessluft ist zum Beispiel Frischluft oder Umluft oder ein Frischluft-Umluft-Gemisch, kann aber je nach Anwendungsfall grundsätzlich beliebig sein. Der Begriff Rauchgas bezeichnet die in der Brennkammer verbrannte Luft, die aus der Brennkammer ausströmt. Der Prozessluftkanal kann grundsätzlich beliebig strukturiert und dimensioniert sein, ist zumindest im Bereich der Brennkammer und der Rohrbündelanordnung bevorzugt im Wesentlichen geradlinig, kann im Eingangsbereich und/oder im Ausgangsbereich je nach Anwendungsfall ebenfalls im Wesentlichen geradlinig oder gegebenenfalls einfach oder mehrfach gekrümmt sein, hat zum Beispiel eine kreisförmige oder rechteckige Querschnittsform, und kann entlang seiner Länge eine im Wesentlichen konstante oder variable Durchmessergröße haben. Die Brennkammer hat vorzugsweise eine einfache runde rohrförmige Form. Die Brennkammer und das wenigstens eine Rohrbündel der Rohrbündelanordnung können jeweils vollständig oder nahezu vollständig innerhalb des Prozessluftkanals angeordnet sein, nur die Zuführleitungen für Brennstoff und Verbrennungsluft und die Rauchgasabführleitung sind vorzugsweise komplett außerhalb des Kanals angeordnet. Die Rohre des wenigstens einen Rohrbündels sind quer, d.h. nicht parallel, sondern in einem Winkel zur Prozessluftströmungsrichtung ausgerichtet, wobei sie bevorzugt, aber nicht notwendigerweise im Wesentlichen senkrecht zur Prozessluftströmungsrichtung ausgerichtet sind. Die Strukturen und Dimensionen des wenigstens einen Rohrbündels und seiner Rohre sind grundsätzlich beliebig, wobei die Rohre zum Beispiel im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sein können, und wobei die Rohre von mehreren Rohrreihen im Rohrbündel zueinander versetzt oder fluchtend angeordnet sein können. Die Brennkammer ist in der Regel mit einem Brenner ausgestattet, der eine Brennstoffzufuhr (z.B. Erdgas, Wasserstoff, Gemisch aus Erdgas und Wasserstoff, Biogas, etc.) und eine Verbrennungsluftzufuhr (z.B. Umgebungsluft oder eine Abgasrückführung) sowie optional einen Zünder und/oder eine Heizvorrichtung (z.B. eine elektrische oder elektromagnetische Aufheizvorrichtung oder eine schaltbare Hochtemperatur-Wärmequelle anderer Art zum Versorgen der Brennkammer mit Wärmeenergie) aufweist.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Rohrbündelanordnung mehrere (z.B. zwei, drei oder vier) Rohrbündel auf, die im Prozessluftkanal bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung hintereinander (und alle stromauf der Brennkammer) angeordnet sind, wobei das Rauchgas die verschiedenen Rohrbündel nacheinander in einer Abfolge entgegen der Prozessluftströmungsrichtung durchströmt und dabei die Rohre der nacheinander angeordneten Rohrbündel in entgegengesetzten Richtungen jeweils quer zur Prozessluftströmungsrichtung durchströmt. Durch diesen Einsatz mehrerer Rohrbündel wird das vorteilhafte Gegenstrom-Prinzip noch intensiver genutzt, da das Rauchgas in Schlangenlinien entgegengesetzt zur Prozessluft durch die Rohre geleitet wird. Bei dieser Ausgestaltung weisen die mehreren Rohrbündel der Rohrbündelanordnung bevorzugt jeweils mehrere Rohrreihen auf, die bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung hintereinander verlaufen, wobei vorzugsweise jeweils im Vergleich zwischen zwei benachbarten der mehreren Rohrbündel das Rohrbündel näher zur Brennkammer eine größere Anzahl an Rohrreihen hat als das Rohrbündel weiter entfernt von der Brennkammer. Durch diese Maßnahme kann eine optimale Durchströmung der Rohre erzielt und der Druckverlust so gering wie möglich gehalten werden. Die Absenkung der Rohrreihenzahl zwischen zwei benachbarten Rohrbündeln in Richtung weg von der Brennkammer beträgt zum Beispiel jeweils etwa 20% bis 50%, bevorzugt etwa 30% bis 40%.
  • In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Prozessluftaggregat ferner einen Sammelkasten im Umfangsbereich des Prozessluftkanals, der die Brennkammer mit allen Rohren des der Brennkammer zugewandten Rohrbündels der Rohrbündelanordnung verbindet, und einen Sammelkasten im Umfangsbereich des Prozessluftkanals, der alle Rohre des der Brennkammer abgewandten Rohrbündels der Rohrbündelanordnung mit der Rauchgasabführleitung verbindet. Falls die Rohrbündelanordnung ein einzelnes Rohrbündel aufweist, sind die beiden genannten Sammelkästen jeweils in Kontakt zu diesem einen Rohrbündel angeordnet. Falls die Rohrbündelanordnung mehrere Rohrbündel aufweist, ist außerdem jeweils ein Sammelkasten im Umfangsbereich des Prozessluftkanals vorhanden, der alle Rohre eines Rohrbündels mit allen Rohren eines benachbarten Rohrbündels der Rohrbündelanordnung verbindet. Durch die Sammelkästen wird das Rauchgas jeweils von der Brennkammer in die Rohre des Rohrbündels bzw. von den Rohren eines Rohrbündels in die Rohre des nächsten Rohrbündels bzw. von den Rohren des letzten Rohrbündels in die Rauchgasabführleitung umgelenkt. Die Sammelkästen sind jeweils innerhalb oder außerhalb oder zum Teil innerhalb des Prozessluftkanals angeordnet. Außerdem sind die Sammelkästen vorzugsweise getrennt voneinander ausgeführt, um thermischen Spannungen entgegenzuwirken.
  • Je nach Anwendungsfall ist die Eingangsöffnung zum Einnehmen der zu erhitzenden Prozessluft in einer Ausführungsform der Erfindung am ersten Kanalende in einer Stirnseite des Prozessluftkanals vorgesehen oder in einer anderen Ausführungsform der Erfindung am ersten Kanalende in einer Umfangsseite des Prozessluftkanals vorgesehen. In der zweiten genannten Ausführungsform ist vorzugsweise an der Rohrbündelanordnung an der der Eingangsöffnung zugewandten Seite ein Leitblech angeordnet, das ausgehend von der Brennkammerseite zumindest ein Teil der Rohre (bevorzugt den Großteil oder alle Rohre) gegen ein Überströmen von der Umfangsseite des Prozessluftkanals her blockiert. Durch ein solches Leitblech kann gewährleistet werden, dass die Prozessluft auch bei einem Einströmen von der Umfangsseite in den Prozessluftkanal den Großteil der Rohrbündelanordnung quer zur Ausrichtung der Rohre überströmt, was eine bessere Wärmeübertragung gewährleistet.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Prozessluftaggregat ferner einen Filter zum Reinigen der Prozessluft auf, der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromab der Brennkammer angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung ist vorzugsweise zwischen der Brennkammer und dem Filter zusätzlich eine Lochplatte zum (möglichst gleichmäßigen) Verteilen der Prozessluft auf den Filter angeordnet. Durch diese Maßnahme können eine gleichmäßige Nutzung des Filters und ein geringerer Druckverlust gewährleistet werden.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Prozessluftaggregat ferner einen Ventilator zum Drücken der Prozessluft durch das Aggregat auf, der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf der Rohrbündelanordnung angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung weist der Prozessluftkanal zwischen dem Ventilator und der Rohrbündelanordnung vorzugsweise einen kontinuierlich aufgeweiteten Kanalabschnitt und/oder wenigstens ein Luftleitblech zum Aufweiten des Prozessluftstroms auf, um die Rohrbündelanordnung möglichst gleichmäßig zu überströmen. Anstelle eines solchen im Prozessluftaggregat integrierten Ventilators kann wahlweise auch ein Ventilator außerhalb vor dem Prozessluftaggregat in der jeweiligen Prozessluftzufuhrleitung angeordnet sein.
  • Alternativ kann das Prozessluftaggregat ferner einen Ventilator zum Ziehen der Prozessluft durch das Aggregat aufweisen, der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromab der Brennkammer angeordnet ist. Anstelle eines solchen im Prozessluftaggregat integrierten Ventilators kann wahlweise auch ein Ventilator außerhalb nach dem Prozessluftaggregat in der jeweiligen Prozessluftzufuhrleitung angeordnet sein.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Prozessluftaggregat ferner wenigstens eine Temperaturerfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Temperatur der Prozessluft stromauf der Rohrbündelanordnung und/oder einer Temperatur der Prozessluft stromab der Brennkammer auf. Anstelle einer solchen im Prozessluftaggregat integrierten Temperaturerfassungsvorrichtung kann wahlweise auch eine entsprechende Temperaturerfassungsvorrichtung in der jeweiligen Prozessluftzufuhrleitung angeordnet sein. Die Temperaturerfassungsvorrichtung weist zum Beispiel einen Temperatursensor wie beispielsweise Thermoelement, IR-Sensor, Pyrometer, etc. zum Erfassen einer Temperatur der Prozessluft auf. Die auf diese Weise erfasste Temperatur der Prozessluft vor und/oder nach dem Prozessluftaggregat kann für die Steuerung des Betriebs der Prozessluftzufuhr (insbesondere Prozessluftmenge, Brennerleistung im Prozessluftaggregat) verwendet werden.
  • Alle oben erläuterten Ausgestaltungen des Prozessluftaggregats sind im Rahmen der Erfindung nahezu beliebig kombinierbar.
  • Gegenstand der Erfindung ist auch eine Werkstückbearbeitungsanlage, die wenigstens eine Prozesskammer zum Bearbeiten von Werkstücken und wenigstens eine Prozessluftzufuhrleitung zum Zuführen von Prozessluft in die wenigstens eine Prozesskammer aufweist, wobei in der wenigstens einen Prozessluftzufuhrleitung ein oben beschriebenes Prozessluftaggregat der Erfindung angeordnet ist.
  • Die Werkstückbearbeitungsanlage dient beispielsweise einem Lackierprozess. Bei der Werkstückbearbeitungsanlage handelt es sich zum Beispiel um einen Durchlauftrockner, eine Durchlaufhärtungsanlage, einen Kammertrockner oder eine Kammerhärtungsanlage zum Trocknen / Vernetzen / Härten von lackierten und/oder beschichteten und/oder geklebten Werkstücken wie Karosserien oder Karosserieteilen. Die Erfindung ist aber nicht auf diese speziellen Anwendungen eingeschränkt.
  • Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:
    • 1 den Aufbau einer Werkstückbearbeitungsanlage mit erfindungsgemäßen Prozessluftaggregaten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 2 eine Draufsicht der Konstruktion des erfindungsgemäßen Prozessluftaggregats;
    • 3 eine Detail-Draufsicht eines Prozessluftaggregats gemäß einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung;
    • 4A eine Detail-Draufsicht eines Prozessluftaggregats gemäß einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung;
    • 4B eine Detail-Seitenansicht des Prozessluftaggregats von 4A;
    • 5 eine Detail-Seitenansicht eines Prozessluftaggregats gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
    • 6 eine Detail-Seitenansicht eines Prozessluftaggregats gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
    • 7 eine Detail-Draufsicht eines Prozessluftaggregats gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung.
  • Bezugnehmend auf 1 wird zunächst beispielhaft ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Prozessluftaggregats erläutert.
  • Die in 1 dargestellte Werkstückbearbeitungsanlage 10 ist zum Beispiel Teil einer Lackieranlage und hat eine Prozesskammer 12 beispielsweise zum Trocknen / Vernetzen / Härten von lackierten und/oder beschichteten und/oder geklebten Werkstücken 14 wie Karosserien oder Karosserieteilen. Das Werkstück 14 kann auf einem Träger (z.B. Skid) 15 befestigt sein, der das Werkstück 14 durch die Prozesskammer 12 befördert. Je nach Anwendungsfall kann die Prozesskammer 12 auch mehrere Zonen (z.B. Schleusenzonen, Aufheizzonen, Haltezonen, etc.) umfassen.
  • Der Prozesskammer 12 bzw. ihren Zonen wird über wenigstens eine Prozessluftzufuhrleitung 18 eine entsprechende Prozessluft zugeführt. Im Ausführungsbeispiel von 1 werden der Prozesskammer 12 über wenigstens eine Frischluftleitung 18a Frischluft und über wenigstens eine Umluftleitung 18b Umluft zugeführt. In der Frischluftleitung 18a ist ein erfindungsgemäßes Prozessluftaggregat 20a zum Erhitzen der Frischluft angeordnet, und in der Umluftleitung 18b ist ein erfindungsgemäßes Prozessluftaggregat 20b zum Erhitzen der Umluft angeordnet.
  • Wie in 1 angedeutet, können in den Prozessluftzufuhrleitungen 18 außerdem Ventilatoren 16 zum Fördern der jeweiligen Prozessluft (z.B. stromauf des Prozessluftaggregats 20) und Temperaturerfassungsvorrichtungen 17 zum Erfassen der Prozesslufttemperatur (z.B. stromab des Prozessluftaggregats 20) vorgesehen sein.
  • Alternativ können die Ventilatoren und/oder die Temperaturerfassungsvorrichtungen auch in die jeweiligen Prozessluftaggregate 20 integriert sein, wie später in Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen des Prozessluftaggregats 20 erläutert.
  • Bezugnehmend auf 2 wird nun die grundsätzliche Konstruktion des erfindungsgemäßen Prozessluftaggregats 20 näher erläutert, das zum Beispiel in der Werkstückbearbeitungsanlage 10 von 1 in den Prozessluftzufuhrleitungen 18 einsetzbar ist.
  • Das Prozessluftaggregat 20 hat einen Prozessluftkanal 22, der von der jeweiligen Prozessluft 21 (z.B. Frischluft oder Umluft) durchströmbar ist. Im Bereich eines ersten Kanalendes (rechts in 2) hat der Prozessluftkanal 22 eine Eingangsöffnung 24a zum Einnehmen der zu erhitzenden Prozessluft 21 aus der Prozessluftzufuhrleitung 18, und im Bereich eines zweiten Kanalendes entgegengesetzt zum ersten Kanalende (links in 2) hat der Prozessluftkanal 22 eine Ausgangsöffnung 24b zum Ausgeben der erhitzten Prozessluft 21 in die Prozessluftzufuhrleitung 18.
  • Im Prozessluftkanal 22 ist eine Brennkammer 30 in Form einer normalen Gasbrennkammer angeordnet, die von der Prozessluft 21 überströmt wird (d.h. nicht eingeströmt wird). Die Brennkammer 30 hat beispielsweise eine runde rohrförmige Form (wie zum Beispiel in den 4B und 6 ersichtlich), die einfacher herstellbar ist im Vergleich zum Beispiel zu einer birnenförmigen Brennkammer, und ist mit einem Brenner 32 zum Verbrennen einer Verbrennungsluft ausgestattet. Der Brenner 32 hat zum Beispiel eine Brennstoffzufuhr 33a zum Einleiten eines flüssigen oder bevorzugt gasförmigen Brennstoffes (z.B. Erdgas, Wasserstoff, etc.) in die Brennkammer 30 und eine Verbrennungsluftzufuhr 33b zum Einleiten einer Verbrennungsluft (z.B. Umgebungsluft) in die Brennkammer 30. Je nach Anwendungsfall, der Art des benutzten Brennstoffes, der Art der benutzten Verbrennungsluft und der gewünschten Temperatur des Rauchgases (= verbrannte Verbrennungsluft) enthält der Brenner zudem einen Zünder zum Auslösen des Verbrennungsvorgangs des Brennstoffes und/oder eine Heizvorrichtung (z.B. eine elektrische oder elektromagnetische Aufheizvorrichtung oder eine schaltbare Hochtemperatur-Wärmequelle anderer Art) zum Versorgen der Brennkammer 30 mit Wärmeenergie, damit die zu verbrennende Verbrennungsluft A zusammen mit dem Brennstoff sofort eine Verbrennungstemperatur erreicht, ohne dass ein zusätzlicher Zündmechanismus erforderlich ist.
  • Im Prozessluftkanal 22 ist zudem eine Rohrbündelanordnung 35 angeordnet, die ebenfalls von der Prozessluft 21 überströmt wird. Die Rohrbündelanordnung 35 weist wenigstens ein Rohrbündel mit mehreren Rohren auf und ist über einen Sammelkasten 40 mit der Brennkammer 30 verbunden, sodass das Rauchgas 34 aus der Brennkammer 30 die Rohre der Rohrbündelanordnung 35 durchströmt. Wie in 2 veranschaulicht, ist die Rohrbündelanordnung 35 so konstruiert und im Prozessluftkanal 22 angeordnet, dass die Rohre quer, wie in 2 dargestellt (in diesem Ausführungsbeispiel zum Beispiel im Wesentlichen 90°) zur Prozessluftströmungsrichtung (Rechts-Links-Richtung in 2) ausgerichtet sind. Die Rohrbündelanordnung 35 ist außerdem über einen weiteren Sammelkasten 42 mit einer Rauchgasabführleitung 44 verbunden, um das Rauchgas 34 nach Durchströmen der Rohrbündelanordnung 35 über die Rauchgasabführleitung zum Beispiel in die Umgebung auszugeben. Grundsätzlich könnte das Rauchgas 34 nach Durchströmen des Prozessluftkanals 22 auch zu einem weiteren Wärmeübertrager geleitet werden, was jedoch eher unvorteilhaft ist, weil das Rauchgas aufgrund des sehr effizienten Prozessluftaggregats nur sehr wenig Restwärme behält. Außerdem kann das Rauchgas 34 nach Durchströmen des Prozessluftkanals 22 wahlweise auch zur Wiederverwendung als Verbrennungsluft zum Brenner 32 geleitet werden, wobei aber zu beachten ist, dass das Rauchgas nach dem vorherigen Verbrennen weniger oder im Extremfall keine brennbaren Stoffe mehr enthält. In 2 sind die Sammelkästen 40, 42 beispielhaft innerhalb des Prozessluftkanals 22 angeordnet; alternativ können die Sammelkästen 42 auch nur teilweise innerhalb oder vollständig außerhalb des Prozessluftkanals 22 angeordnet sein, da sie in erster Linie dem Umlenken des Rauchgases 34 dienen, nicht aber der Wärmeübertragung auf die Prozessluft 21.
  • Wie in 2 dargestellt, ist die Rohrbündelanordnung 35 gemäß der Erfindung bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf (rechts in 2) der Brennkammer 30 im Prozessluftkanal 22 angeordnet, sodass die durch die Eingangsöffnung 24a einströmende Prozessluft 21 zuerst die Rohrbündelanordnung 35 überströmt und danach die Brennkammer 30 überströmt, um Wärme vom Rauchgas übertragen zu bekommen. Durch diese Reihenfolge der Rohrbündelanordnung 35 zur Brennkammer 30 im Prozessluftkanal 22 verläuft der Rauchgasstrom in eine Richtung entgegengesetzt zum Prozessluftstrom durch den Prozessluftkanal 22, sodass sehr viel oder sogar die gesamte Wärme des Rauchgases 34 auf die Prozessluft 21 übertragen werden kann, wodurch das Prozessluftaggregat 20 energetisch sehr effektiv ist.
  • Wie in 2 veranschaulicht, kann in dem Prozessluftaggregat 20 optional auch ein Ventilator 26a zum Drücken der Prozessluft 21 durch den Prozessluftkanal 22, der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf der Rohrbündelanordnung 35 und somit in der Nähe der Eingangsöffnung 24a angeordnet ist, oder ein Ventilator 26b zum Ziehen der Prozessluft 21 durch den Prozessluftkanal 22, der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromab der Brennkammer 30 und somit in der Nähe der Ausgangsöffnung 24b angeordnet ist, integriert sein. Bei dieser Ausführungsvariante des Prozessluftaggregats 20 kann auf Ventilatoren 26 in den Prozessluftzufuhrleitungen 18 verzichtet werden.
  • Alternativ oder zusätzlich zum Ventilator 26a / 26b können, wie in 2 veranschaulicht, im Prozessluftaggregat 20 optional auch ein Filter 28 zum Bereinigen der Prozessluft 21, der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromab der Brennkammer 30 angeordnet ist, und/oder eine Temperaturerfassungsvorrichtung 27 zum Erfassen einer Temperatur der Prozessluft 21 stromauf der Rohrbündelanordnung 35 und/oder einer Temperatur der Prozessluft 21 stromab der Brennkammer 30, integriert sein. Die Temperaturerfassungsvorrichtung 27 weist zum Beispiel einen oder mehrere Temperatursensoren (z.B. Thermoelement, IR-Sensor, Pyrometer, etc.) zum Erfassen der Prozesslufttemperatur auf und ist beispielsweise mit einer Steuervorrichtung der Werkstückbearbeitungsanlage 10 verbunden, damit der Betrieb der Prozessluftzufuhr (insbesondere Prozessluftmenge und Brennerleistung im Prozessluftaggregat) in die Prozesskammer 12 auch unter Berücksichtigung der erfassten Prozesslufttemperatur vor und/oder nach dem Prozessluftaggregat gesteuert werden kann.
  • Bezugnehmend auf 3 bis 7 werden nun verschiedene Ausführungsvarianten / Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Prozessluftaggregats 20 in mehr Einzelheiten erläutert. Der Einfachheit halber zeigen die 3 bis 7 jeweils nur ein paar spezielle Merkmale / Eigenschaften der jeweiligen Ausführungsvarianten/formen, die in dem oben unter Bezug auf 2 beschriebenen Grundkonzept des Prozessluftaggregats 20 einzeln oder ggf. auch in Kombination mit anderen vorhanden sein können.
  • 3 zeigt eine Ausführungsvariante des Prozessluftaggregats 20, bei dem die Rohrbündelanordnung 35 ein einziges Rohrbündel 36 aufweist, das bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf der Brennkammer 30 angeordnet ist. Wie in 3 deutlicher als in 2 veranschaulicht, enthält das Rohrbündel 36 mehrere Rohrreihen 37, die bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung (Rechts-Links-Richtung in 3) hintereinander und beispielsweise im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Wie in 3 angedeutet, kann das Rohrbündel 36 zum Beispiel etwa sieben Rohrreihen 37 enthalten. Die mehreren Rohrreihen 37 des Rohrbündels 36 haben jeweils mehrere Rohre, die in Draufsicht auf 3 untereinander positioniert sind. Die Rohre der verschiedenen Rohrreihen 37 können alle oder wenigstens zum Teil zueinander versetzt oder zueinander fluchtend angeordnet sein. Die Vielzahl der Rohre der mehreren Rohrreihen 37 ist über den einen Sammelkasten 40 eingangsseitig (oben in 3) mit der Brennkammer 30 verbunden, sodass alle Rohre vom Rauchgas 34 durchströmt werden, und ist über den einen Sammelkasten 42 ausgangsseitig mit der Rauchgasabführleitung 44 verbunden, sodass das Rauchgas 34 aus allen Rohren ausgegeben wird.
  • 4A und 4B zeigen eine andere Ausführungsvariante des Prozessluftaggregats 20, bei dem die Rohrbündelanordnung 35 mehrere (in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft drei) Rohrbündel 36a, 36b, 36c aufweist, die bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung alle stromauf der Brennkammer 30 angeordnet sind. Diese Ausführungsvariante verstärkt im Vergleich zur Ausführungsvariante von 3 mit einem einzelnen Rohrbündel 36 das Gegenstrom-Prinzip zwischen Rauchgasstrom und Prozessluftstrom im Prozessluftkanal 22 und damit die Wärmeübertragung vom Rauchgas 34 auf die Prozessluft 21 und konsequenterweise die energetische Effizienz des Prozessluftaggregats 20.
  • Die mehreren Rohrbündel 36a, 36b, 36c sind bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung (Rechts-Links-Richtung in 4A und 4B) hintereinander angeordnet, wobei das Rauchgas 34 die verschiedenen Rohrbündel 36n nacheinander in einer Abfolge entgegen der Prozessluftströmungsrichtung (d.h. in 4A und 4B von links nach rechts) durchströmt. Außerdem durchströmt das Rauchgas 34 dabei die Rohre 38 der nacheinander angeordneten Rohrbündel 36a, 36b, 36c jeweils in entgegengesetzten Richtungen quer zur Prozessluftströmungsrichtung, wie durch die Rauchgas-Strömungspfeile 34 in der Mitte der Rohrbündel 36n in 4A angedeutet. Jedes Rohrbündel 36n hat analog zur obigen Erläuterung jeweils mehrere Rohrreihen 37 mit jeweils mehreren Rohren 38. Die Rohre des erstes Rohrbündels 36a am nächsten zur Brennkammer 30 sind eingangsseitig (oben in 4A) über den einen Sammelkasten 40 mit der Brennkammer 30 verbunden und ausgangsseitig (unten in 4A) über einen weiteren Sammelkasten 41 mit den Rohren des zweiten Rohrbündels 36b verbunden. Die Rohre des zweiten Rohrbündels 36b sind eingangsseitig (unten in 4A) über den weiteren Sammelkasten 41 mit den Rohren des ersten Rohrbündels 36a verbunden und ausgangsseitig (oben in 4A) über einen noch weiteren Sammelkasten 41 mit den Rohren des dritten Rohrbündels 36c am weitesten entfernt von der Brennkammer 30 verbunden. Die Rohre des dritten Rohrbündels 36c sind eingangsseitig (oben in 4A) über den noch weiteren Sammelkasten 41 mit den Rohren des zweiten Rohrbündels 36b verbunden und ausgangsseitig (unten in 4A) über den Sammelkasten 42 mit der Rauchgasabführleitung 44 verbunden. Um thermischen Spannungen entgegenzuwirken, sind die Sammelkästen 40, 41, 41, 42 vorzugsweise getrennt voneinander ausgestaltet.
  • Um eine optimale Durchströmung der Rohre 38 der Rohrbündel 36n zu gewährleisten und den Druckverlust so gering wie möglich zu halten, haben die einzelnen Rohrbündel 36n der Rohrbündelanordnung 35 vorzugsweise unterschiedliche Anzahlen an Rohrreihen 37 und damit auch an Rohren 38. Das erste Rohrbündel 36a am nächsten zur Brennkammer 30 besitzt vorzugsweise die höchste Anzahl an Rohrreihen 37, da hier die Temperatur des Rauchgases 34 und somit der Betriebsvolumenstrom am höchsten sind. Mit jedem weiteren Rohrbündel 36b, 36c sinkt die Anzahl der Rohrreihen 37 bzw. Rohre 38 in Richtung weg von der Brennkammer 30 jeweils um etwa 20% bis 50%, bevorzugt um etwa 30% bis 40%. Im Ausführungsbeispiel von 4A und 4B hat das erste Rohrbündel 36a beispielsweise sieben Rohrreihen 37, das zweite Rohrbündel 36b beispielsweise fünf Rohrreihen 37, und das dritte Rohrbündel 36c beispielsweise vier Rohrreihen 37. In einem anderen Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) hat das erste Rohrbündel 36a beispielsweise fünf Rohrreihen 37, das zweite Rohrbündel 36b beispielsweise vier Rohrreihen 37, und das dritte Rohrbündel 36c beispielsweise drei Rohrreihen 37.
  • Je nach Anwendungsfall des Prozessluftaggregats 20 können zum Beispiel unterschiedliche Größen und Orientierungen der Stellplätze vorhanden sein. Dies kann entsprechend unterschiedliche Anström- und Abströmsituationen der Prozessluft bewirken, was im Prozessluftaggregat konstruktiv berücksichtigt werden muss.
  • 5 veranschaulicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prozessluftaggregats 20, bei dem die Eingangsöffnung 24a zum Einnehmen der zu erhitzenden Prozessluft 21 aus der Prozessluftzufuhrleitung 18 in den Prozessluftkanal 22 nicht an einer Stirnseite des Prozessluftkanals 22, wie in 2 dargestellt, sondern in einer Umfangsseite des Prozessluftkanals 22 (z.B. unten oder oben am Prozessluftkanal) vorgesehen ist. Da die Prozessluft 21 die Rohrbündel 36n der Rohrbündelanordnung 35 quer zu deren Ausrichtung der Rohre überströmen soll, ist in dieser Ausführungsform an der Rohrbündelanordnung 35 zusätzlich ein Leitblech 46 angeordnet. Dieses Leitblech 46 ist an der der Eingangsöffnung 24 zugewandten Seite der Rohrbündelanordnung 35 (unten in 5) angeordnet und blockiert ausgehend von der Brennkammerseite zumindest einen Teil der Rohre 38 oder alle Rohre 38 gegen ein Überströmen von der Umfangsseite des Prozessluftkanals 22 her. Durch das Leitblech soll vorzugsweise maximal die Hälfte der Rohrreihen des einzelnen Rohrbündels 36 oder des von der Brennkammer 30 entferntesten Rohrbündels 36c der Rohrbündelanordnung 35 von der Umfangsseite des Prozessluftkanals 22 durch die Prozessluft 21 angeströmt werden können. Je nach Konzept des Prozessluftkanals 22 muss die Rohrbündelanordnung 35 durch das Leitblech 46 bereits ab der Brennkammer 30 oder nur im Bereich des entferntesten Rohrbündels 36c blockiert werden.
  • 6 veranschaulicht eine Ausführungsform des Prozessluftaggregats 20, in dem stromab der Brennkammer 30 ein Filter 28 zum Bereinigen der erhitzten Prozessluft 21 integriert ist. Bei dieser Ausführungsform ist vorzugsweise ein Lochblech 48 zwischen der Brennkammer 30 und dem Filter 28 im Prozessluftkanal 22 angeordnet. Diese Lochplatte 48 kann eine gleichmäßige Anströmung des Filters 28 durch die Prozessluft 21 und damit eine gleichmäßige Beanspruchung des Filters 28 und einen geringeren Druckverlust gewährleisten.
  • In einer anderen Ausführungsform der Erfindung (nicht dargestellt) kann ein solches Lochblech 48 auch ohne Filter 28 nach der Brennkammer 30 angeordnet sein. Auch ohne Filter 28 trägt dieses Lochblech 48 dazu bei, dass die Prozessluft (z.B. bei einem nachgeschalteten Ventilator 26b) gleichmäßig über die ganze Tiefe der Brennkammer 30 strömt. Dadurch wird das Prozessluftaggregat 20 hinsichtlich seiner Wärmeübertragungseffizienz optimal betrieben, und die Brennkammer 30 wird gleichmäßig gekühlt.
  • 7 veranschaulicht eine Ausführungsform des Prozessluftaggregats 20, in dem stromauf der Rohrbündelanordnung 35 ein Ventilator 26a zum Drücken der Prozessluft 21 durch den Prozessluftkanal 22 integriert ist. Um zu verhindern, dass bei einer solchen Anordnung des Ventilators 26a kurz vor der Rohrbündelanordnung 35 die Rohrbündelanordnung 35 ungleichmäßig angeströmt wird, ist der Prozessluftkanal 22 zwischen dem Ventilator 26a und der Rohrbündelanordnung 35 vorzugsweise mit einem kontinuierlich aufgeweiteten Kanalabschnitt 23 ausgestaltet. Die Aufweitung kann zum Beispiel in Form einer gebogenen Kontur oder aus Einzelsegmenten zusammengesetzt sein, welche die gekrümmte Form diskretisieren. Zusätzlich kann es sinnvoll sein, die gleichmäßige Anströmung der Rohrbündelanordnung 35 durch wenigstens ein Luftleitblech im Prozessluftkanal 22 zu unterstützen.
  • In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung (nicht dargestellt) könnte der kontinuierlich aufgeweitete Kanalabschnitt 23 des Prozessluftkanals 22 auch komplett durch Luftleitbleche im Prozessluftkanal 22 ersetzt werden. In diesem Fall könnte eine lineare oder sprunghafte Aufweitung des Prozessluftkanals verwendet werden und ein oder vorzugsweise mehr Luftleitbleche so ausgestaltet und im Prozessluftkanal 22 angeordnet werden, dass zumindest der Hauptteil des Prozessluftstroms kontinuierlich aufgeweitet / entspannt wird, indem die äußeren Luftleitbleche die kontinuierliche Aufweitung übernehmen.
  • Der Schutzbereich der Erfindung ist durch den anhängenden Anspruchssatz definiert. Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele und Anwendungsbeispiele des Prozessluftaggregats, einschließlich deren Varianten, dienen insbesondere dem besseren Verständnis der Erfindung, sollen aber den Schutzbereich nicht einschränken. Der Fachmann wird weitere Ausführungsvarianten im Schutzbereich der Erfindung erkennen können, die zum Beispiel auf weiteren Merkmalskombinationen der obigen Ausführungsbeispiele, weiteren Kombinationen von ein oder mehr der obigen Ausführungsbeispiele (d.h. nicht nur ausdrücklich erwähnte Kombinationsbeispiele), auf einzelnen weggelassenen Merkmalen der obigen Ausführungsbeispiele und/oder auf einzelnen modifizierten Merkmalen der obigen Ausführungsbeispiele basieren.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Werkstückbearbeitungsanlage
    12
    Prozesskammer
    14
    Werkstück
    15
    Träger
    16
    Ventilator (separat von 20)
    17
    Temperaturerfassungsvorrichtung (separat von 20)
    18
    Prozessluftzufuhrleitung (18a Frischluftleitung / 18b Umluftleitung)
    20
    Prozessluftaggregat (20a Frischluftaggregat / 20b Umluftaggregat)
    21
    Prozessluft
    22
    Prozessluftkanal
    23
    kontinuierlich aufgeweiteter Kanalabschnitt
    24a
    Eingangsöffnung
    24b
    Ausgangsöffnung
    26
    Ventilator (als Bestandteil von 20) (26a stromauf Rohrbündelanordnung / 26b stromab Brennkammer)
    27
    Temperaturerfassungsvorrichtung (als Bestandteil von 20)
    28
    Filter
    30
    Brennkammer
    32
    Brenner
    33a
    Brennstoffzufuhr
    33b
    Verbrennungsluftzufuhr
    34
    Rauchgas
    35
    Rohrbündelanordnung
    36
    Rohrbündel
    36n
    Rohrbündel
    37
    Rohrreihen
    38
    Rohre
    40
    Sammelkasten zwischen Brennkammer und Rohrbündelanordnung
    41
    Sammelkasten zwischen zwei Rohrbündeln
    42
    Sammelkasten am Ende der Rohrbündelanordnung
    44
    Rauchgasabführleitung
    46
    Leitblech
    48
    Lochplatte

Claims (10)

  1. Prozessluftaggregat (20) zum Erhitzen einer Prozessluft (21), aufweisend: einen Prozessluftkanal (22), der von einer Prozessluft (21) durchströmbar ist und im Bereich eines ersten Kanalendes eine Eingangsöffnung (24a) zum Einnehmen einer zu erhitzenden Prozessluft und im Bereich eines zweiten Kanalendes entgegengesetzt zum ersten Kanalende eine Ausgangsöffnung (24) zum Ausgeben einer erhitzten Prozessluft (21) aufweist; eine Brennkammer (30) zum Verbrennen einer Verbrennungsluft, die zumindest teilweise innerhalb des Prozessluftkanals (22) angeordnet ist, sodass sie von der Prozessluft (21) überströmt wird und dadurch Wärme auf die Prozessluft (21) überträgt; und eine Rohrbündelanordnung (35), die mit der Brennkammer (30) verbunden ist und wenigstens ein Rohrbündel (36) mit mehreren vom Rauchgas (34) aus der Brennkammer (30) durchströmbaren Rohren (38) aufweist, wobei die mehreren Rohre (38) des wenigstens einen Rohrbündels (36) quer zur Prozessluftströmungsrichtung ausgerichtet sind und zumindest teilweise innerhalb des Prozessluftkanals (22) angeordnet sind, sodass sie von der Prozessluft (21) überströmt werden und dadurch Wärme vom Rauchgas (34) auf die Prozessluft (21) übertragen, und wobei die Rohrbündelanordnung (35) bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf der Brennkammer (30) im Prozessluftkanal (22) angeordnet ist.
  2. Prozessluftaggregat (20) nach Anspruch 1, bei welchem die Rohrbündelanordnung (35) mehrere Rohrbündel (36n) aufweist, die im Prozessluftkanal (22) bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei das Rauchgas (34) die verschiedenen Rohrbündel (36n) nacheinander in einer Abfolge entgegen der Prozessluftströmungsrichtung durchströmt und dabei die Rohre (38) der nacheinander angeordneten Rohrbündel (36n) in entgegengesetzten Richtungen jeweils quer zur Prozessluftströmungsrichtung durchströmt.
  3. Prozessluftaggregat (20) nach Anspruch 2, bei welchem die mehreren Rohrbündel (36n) der Rohrbündelanordnung (35) jeweils mehrere Rohrreihen (37), die bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung hintereinander verlaufen, aufweisen, wobei jeweils im Vergleich zwischen zwei benachbarten der mehreren Rohrbündel (36n) das Rohrbündel näher zur Brennkammer (30) eine größere Anzahl an Rohrreichen (37) hat als das Rohrbündel weiter entfernt von der Brennkammer.
  4. Prozessluftaggregat (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend: einen Sammelkasten (40) im Umfangsbereich des Prozessluftkanals (22), der die Brennkammer mit allen Rohren (38) des der Brennkammer zugewandten Rohrbündels (36, 36a) der Rohrbündelanordnung (35) verbindet; einen Sammelkasten (42) im Umfangsbereich des Prozessluftkanals (22), der alle Rohre (38) des der Brennkammer abgewandten Rohrbündels (36, 36c) der Rohrbündelanordnung (35) mit der Rauchgasabführleitung (44) verbindet; und falls die Rohrbündelanordnung (35) mehrere Rohrbündel (36n) aufweist, jeweils einen Sammelkasten (41) im Umfangsbereich des Prozessluftkanals (22), der alle Rohre (38) eines Rohrbündels (36a, 36b) mit allen Rohren (38) eines benachbarten Rohrbündels (36b, 36c) der Rohrbündelanordnung (35) verbindet.
  5. Prozessluftaggregat (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die Eingangsöffnung (24) zum Einnehmen der zu erhitzenden Prozessluft (21) am ersten Kanalende in einer Stirnseite des Prozessluftkanals (22) vorgesehen ist; oder die Eingangsöffnung (24) zum Einnehmen der zu erhitzenden Prozessluft (21) am ersten Kanalende in einer Umfangsseite des Prozessluftkanals (22) vorgesehen ist und an der Rohrbündelanordnung (35) an der der Eingangsöffnung (24) zugewandten Seite ein Leitblech (46) angeordnet ist, das ausgehend von der Brennkammerseite zumindest ein Teil der Rohre (38) gegen ein Überströmen von der Umfangsseite des Prozessluftkanals her blockiert.
  6. Prozessluftaggregat (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend einen Filter (28), der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromab der Brennkammer (30) angeordnet ist, wobei zwischen der Brennkammer (30) und dem Filter (28) eine Lochplatte (48) zum Verteilen der Prozessluft (21) auf den Filter angeordnet ist.
  7. Prozessluftaggregat (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend einen Ventilator (26a), der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf der Rohrbündelanordnung (35) angeordnet ist, wobei der Prozessluftkanal (20) zwischen dem Ventilator (26a) und der Rohrbündelanordnung (35) einen kontinuierlich aufgeweiteten Kanalabschnitt (23) und/oder wenigstens ein Luftleitblech zum Aufweiten des Prozessluftstroms aufweist.
  8. Prozessluftaggregat (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner aufweisend einen Ventilator (26b), der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromab der Brennkammer (30) angeordnet ist.
  9. Prozessluftaggregat (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner aufweisend wenigstens eine Temperaturerfassungsvorrichtung (27) zum Erfassen einer Temperatur der Prozessluft (21) stromauf der Rohrbündelanordnung (35) und/oder einer Temperatur der Prozessluft (21) stromab der Brennkammer (30).
  10. Werkstückbearbeitungsanlage (10), aufweisend: wenigstens eine Prozesskammer (12) zum Bearbeiten von Werkstücken (14); und wenigstens eine Prozessluftzufuhrleitung (18) zum Zuführen einer Prozessluft (21) in die wenigstens eine Prozesskammer (12), wobei in der wenigstens einen Prozessluftzufuhrleitung (18) ein Prozessluftaggregat (20) zum Erhitzen der Prozessluft nach einem der Ansprüche 1 bis 9 angeordnet ist.
DE102021124768.3A 2021-09-24 2021-09-24 Prozessluftaggregat zum erhitzen einer prozessluft Withdrawn DE102021124768A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021124768.3A DE102021124768A1 (de) 2021-09-24 2021-09-24 Prozessluftaggregat zum erhitzen einer prozessluft
PCT/DE2022/100698 WO2023046236A1 (de) 2021-09-24 2022-09-20 Prozessluftaggregat zum erhitzen einer prozessluft
KR1020247008218A KR20240076777A (ko) 2021-09-24 2022-09-20 공정 공기를 가열하기 위한 공정 공기 유닛
CN202280063890.3A CN117980659A (zh) 2021-09-24 2022-09-20 用于加热过程空气的过程空气装置
DE112022003449.1T DE112022003449A5 (de) 2021-09-24 2022-09-20 Prozessluftaggregat zum erhitzen einer prozessluft
EP22799846.5A EP4405620A1 (de) 2021-09-24 2022-09-20 Prozessluftaggregat zum erhitzen einer prozessluft

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102021124768.3A DE102021124768A1 (de) 2021-09-24 2021-09-24 Prozessluftaggregat zum erhitzen einer prozessluft

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102021124768A1 true DE102021124768A1 (de) 2023-03-30

Family

ID=84053321

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102021124768.3A Withdrawn DE102021124768A1 (de) 2021-09-24 2021-09-24 Prozessluftaggregat zum erhitzen einer prozessluft
DE112022003449.1T Pending DE112022003449A5 (de) 2021-09-24 2022-09-20 Prozessluftaggregat zum erhitzen einer prozessluft

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE112022003449.1T Pending DE112022003449A5 (de) 2021-09-24 2022-09-20 Prozessluftaggregat zum erhitzen einer prozessluft

Country Status (5)

Country Link
EP (1) EP4405620A1 (de)
KR (1) KR20240076777A (de)
CN (1) CN117980659A (de)
DE (2) DE102021124768A1 (de)
WO (1) WO2023046236A1 (de)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB655443A (en) 1948-10-13 1951-07-18 Vickers Electrical Co Ltd Improvements in or relating to gas turbine power plant
US3054257A (en) 1953-03-10 1962-09-18 Garrett Corp Gas turbine power plant for vehicles
DE2524151A1 (de) 1975-05-30 1976-12-16 Thermak Gmbh & Co Kg Lufterhitzer mit nachverbrennung der abluft, insbesondere fuer lacktrocknungsoefen
US7581334B2 (en) 2003-09-04 2009-09-01 Fujifilm Corporation Drying apparatus
DE202014104897U1 (de) 2014-10-14 2014-10-28 Lasco Heutechnik Gmbh Mobile Festbrennstofffeuerungsanlage
DE102018002769A1 (de) 2018-04-04 2019-10-10 Scheer Heizsysteme & Produktonstechnik Gmbh Lufterwärmer mit zwei Wärmetauschern

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
NL9002150A (nl) * 1990-10-03 1992-05-06 Veg Gasinstituut Nv Compacte gasgestookte luchtverhitter.
US5383445A (en) * 1993-09-27 1995-01-24 Tri-Mark Metal Corporation Indirect heater
DE102014011646B4 (de) * 2014-08-11 2022-05-19 Colak GmbH Biomasse-Trockner-Anlage zum Trocknen von Biomasse und Verfahren zum Trocknen von Biomasse

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB655443A (en) 1948-10-13 1951-07-18 Vickers Electrical Co Ltd Improvements in or relating to gas turbine power plant
US3054257A (en) 1953-03-10 1962-09-18 Garrett Corp Gas turbine power plant for vehicles
DE2524151A1 (de) 1975-05-30 1976-12-16 Thermak Gmbh & Co Kg Lufterhitzer mit nachverbrennung der abluft, insbesondere fuer lacktrocknungsoefen
US7581334B2 (en) 2003-09-04 2009-09-01 Fujifilm Corporation Drying apparatus
DE202014104897U1 (de) 2014-10-14 2014-10-28 Lasco Heutechnik Gmbh Mobile Festbrennstofffeuerungsanlage
DE102018002769A1 (de) 2018-04-04 2019-10-10 Scheer Heizsysteme & Produktonstechnik Gmbh Lufterwärmer mit zwei Wärmetauschern

Also Published As

Publication number Publication date
CN117980659A (zh) 2024-05-03
WO2023046236A1 (de) 2023-03-30
KR20240076777A (ko) 2024-05-30
DE112022003449A5 (de) 2024-05-02
EP4405620A1 (de) 2024-07-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2775241B1 (de) Vorrichtung zum Trocknen eines Werkstücks und Verfahren zum Betrieb einer derartigen Vorrichtung
EP3249326B1 (de) Trocknereinrichtung für eine textile warenbahn mit einer verbesserten einrichtung zur wärmeeinbringung
EP1390679B1 (de) Trockner
DE69410091T2 (de) Trockner zum Trocknen einer Papierbahn während der Herstellung der Papierbahn
EP0336120A2 (de) Vorrichtung zur Wärmebehandlung und/oder Trocknung einer Materialbahn im Durchlauf
EP3745066A2 (de) Behandlungsanlage und verfahren zum behandeln von werkstücken
WO2011076180A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum trocknen von gipsplatten
DE19654043C2 (de) Trockner mit Abgasreinigung mittels thermischer Nachverbrennung
DE10233754B4 (de) Textilmaschine mit Umluftheizung durch gasbeheizte Wärmetauscher
DE202009017286U1 (de) Vorrichtung zum Trocknen von Gipsplatten
EP4006470A2 (de) Vorrichtung und verfahren zum trocknen eines werkstücks mit kaskadierender wärmezufuhr
DE102015003856A1 (de) Vorrichtung zur Temperierung von Gegenständen
DE102021124768A1 (de) Prozessluftaggregat zum erhitzen einer prozessluft
AT521541B1 (de) Verfahren zum Erhitzen eines Mediums
EP4341612A1 (de) Rekuperativer brenner für eine thermische prozessluftbehandlungsvorrichtung
DE102009011625B4 (de) Heizvorrichtung mit einem Pelletbrenner für einen Bäckereiofen
DE19538364C2 (de) Vorrichtung zur Schnellerwärmung von Metall-Preßbolzen
EP0937955A1 (de) Strahlungswärme-Trocknungssystem
DE102010012006A1 (de) Wärmetauscher für eine thermische Abluftreinigungsanlage und Verfahren zum Reinigen eines Abluftstroms
DE874678C (de) Roehrengaserhitzer, insbesondere fuer feste Brennstoffe, vorzugsweise zur Verwendungbei zweistufigen Gasturbinenanlagen
CH699658B1 (de) Vorrichtung zur Wärmerückgewinnung an einer Anlage zur thermischen Behandlung von Warenbahnen.
DE102023107754A1 (de) Konstruktion und verfahren zum überwachen einer brennervorrichtung
DE718651C (de) Gaserhitzer, insbesondere fuer Gasturbinen
DE202008012971U1 (de) Anlage zur Trocknung und Erhitzung von granuliertem Material für die Asphaltherstellung
DE102011117604A1 (de) Vorrichtung zur Erwärmung oder Trocknung von langgestreckten Materialien

Legal Events

Date Code Title Description
R079 Amendment of ipc main class

Free format text: PREVIOUS MAIN CLASS: F24H0008000000

Ipc: F24H0003080000

R163 Identified publications notified
R118 Application deemed withdrawn due to claim for domestic priority