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Die
Erfindung betrifft einen Wärmespeicher, insbesondere für
Trocknungseinrichtungen für Trockengüter, insbesondere
keramische Formlinge, mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Aus
der Praxis sind Trocknungseinrichtungen für keramische
Formlinge, z. B. Wandziegel, Dachziegel, Sanitärkeramik,
Katalysatoren, Keramikrohre oder dergleichen bekannt, in denen die
Formlinge mit einer nach der Feuchte und Temperatur konditionierten
Luft getrocknet werden. Die Trocknungsluft wird durch integrierte
Heizungen bedarfsweise erwärmt. Das Wasseraufnahmevermögen
der Luft wird über die Trockenlufterwärmung erhöht.
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Die
WO 2008/119471 A1 befasst
sich mit einem Verfahren und einer Einrichtung zum Trocknen von
keramischen Formlingen, wobei der Trocknungsprozess im wesentlichen
mit der aus der Umgebung des Trocknungsraums zur Verfügung
gestellten Wärmeenergie durchgeführt wird. Hierbei
kann auch auf Abwärme von einem benachbarten Brennofen
für die keramischen Formlinge zurückgegriffen
werden. Die Warmluft kann ggf. in einer Wärmekammer unter dem
Trocknungsraum zwischengespeichert werden, wobei durch Öffnungen
in der Kammerdecke die gesammelte Warmluft in die Trockenkammer
und zum Trockengut ausströmen kann.
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Aus
der
US 5,191,930 A ist
ein Kreuzstrom-Wärmetauscher zum Anschluss an einen Ofen bekannt.
Der Kreuzstrom-Wärmetauscher besteht aus massiven Keramikblöcken,
die derart unter Lückenbildung aufgeschichtet sind, dass
sich Kreuzstromkanäle ergeben, wobei Strömungsverbindungen zwischen
den gekreuzten Kanälen bestehen.
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Die
DE 199 33 426 C2 lehrt
ein Wärmetauschermodul zur Durchleitung zweier voneinander
getrennter Medien im Kreuzstrom oder im Gegenstrom. Das Modul besteht
aus Böden mit rippenförmigen Abstützungen,
die als keramische Formteile ausgebildet sind und zur Modulbildung
aufgeschichtet werden.
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Die
DE 20 2007 015 025
U1 befasst sich mit einer Trocknungseinrichtung und einer
Trocknungskammer, wobei die zum Trocknen von keramischen Formlingen
erforderliche Wärmezufuhr aus der äußeren
Umgebung des Trocknungsraums erfolgt, wobei auch die von einem Ofen
an die Umgebungsluft abgegebene Abwärme genutzt wird. Ein
Wärmespeicher ist nicht vorhanden.
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Die
JP 09-269193 A lehrt
einen Wärmetauscher für einen Heißwindofen
zum Wärmetausch zwischen heißen und kalten Gasströmen.
Der Wärmetauscher besteht aus Gitterziegeln in Wabenform
mit innenliegenden Rohrkanälen, die mittels fluchtender Vorsprünge
und Vertiefungen unter gegenseitiger Führung aufeinandergeschichtet
werden können. Hierbei werden innenliegende vertikale Strömungskanäle
gebildet, die stellenweise untereinander eine Querverbindung haben.
Für den Wärmetausch werden die Gasströmungen
parallel geführt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Bedingungen für
eine Wärmespeicherung und ggf. für einen Trocknungsprozess
zu verbessern.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
Der Einsatz eines keramischen Speicherelements, welches ggf. auch mehrfach
vorhanden sein kann, bietet verschiedene Vorteile. Einerseits hat
es eine hohe Speicherkapazität bei niedrigen Verlusten.
Andererseits hält das Speicherelement sehr hohe Temperaturen
aus, die z. B. bei der direkt zugeführten Ofenluft eines
Brennofens bei ca. 800°C oder mehr liegen können.
Andererseits kann das Speicherelement mit einem wesentlich kälteren
Fluid zu Wärmetauschzwecken beströmt werden, ohne
dass das Speicherelement dabei beschädigt wird. Für
derartige Einsatzzwecke und Temperaturunterschiede eignen sich besonders keramische
Massen aus Lehm, Ton oder Mischungen dieser Werkstoffe. Besonders
geeignet sind gebrannte keramische Speicherelemente, speziell in Form
von keramischen Ziegeln.
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Die
Fluide können von beliebiger Art sein. Eine besondere Eignung
besteht für Gase, insbesondere Luft. Ein bevorzugter Einsatzbereich
des Wärmespeichers ist in Verbindung mit Trocknungseinrichtungen
jeglicher Art und dabei insbesondere für keramische Formlinge,
gegeben.
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Der
beanspruchte Wärmespeicher erlaubt einen zeitversetzten
Wärmetausch, wobei durch ein wärmeisoliertes umgebendes
Gehäuse in den Zwischenzeiten die Wärmeverluste
minimiert werden können. Durch einen derartigen Wärmespeicher kann
in Verbindung mit einer Trocknungseinrichtung bedarfsweise und gezielt
die zum Trocknen eingesetzte Trocknungsluft erwärmt werden.
Hierfür werden ohnehin vorhandene Wärmeenergien
in der Anlage, nämlich z. B. die Ofenluft, eingesetzt.
Dies schont den Energieeinsatz und nutzt vorhandene Wärmeressourcen
optimal aus.
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Der
Wärmespeicher kann auch mit einer zugeschalteten Entfeuchtungseinrichtung
betrieben werden, so dass die eingesetzte Trocknungsluft, ggf. in
Zumischung mit Frischluft, optimal für den Trocknungsprozess
nach Temperatur und Feuchtegehalt konditioniert werden kann. Die
Einbindung einer Trocknungseinrichtung und des Wärmespeichers
sowie ggf. einer Entfeuchtungseinrichtung in einen Luftkreislauf
optimiert die Ressourcenschonung noch weiter.
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Der
Wärmespeicher kann als Kreuzstrom-Wärmespeicher
ausgeführt werden, wobei sich unterschiedlich temperierte
Fluidströme vorzugsweise ohne gegenseitige Vermischung
kreuzen. Ein als Ziegelstein mit Lochung ausgebildetes Speicherelement
ist hierfür von besonderem Vorteil. Auf der Kaltluftseite
kann der Wärmespeicher in der besagten Weise mit einer
Trocknungseinrichtung und ggf. einer Entfeuchtungseinrichtung oder
einem anderen Verbraucher verbunden sein. Auf der Heißluftseite
besteht eingangseitig eine Verbindung mit einer Heißluftquelle,
insbesondere einem Ofen. Auslassseitig kann die abgekühlte
Luft ins Freie entlassen oder einem anderen Verbraucher zugeführt
werden. Dies kann ebenfalls eine Entfeuchtungseinrichtung sein,
wobei mit der Restwärme eine Kondensationseinrichtung,
insbesondere ein Abscheider, betrieben und energetisch versorgt
werden kann. Das heiße Fluid, insbesondere die Heißluft,
kann hierdurch mehrfach genutzt werden.
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Für
die Ausbildung einer günstigen Kreuzströmung können
die Speicherelemente in einer geeigneten Verteilung, insbesondere
einem Raster, unter seitlicher Beabstandung mittels Stützelementen angeordneten
sein, wobei durch einen Versatz eine mäandrierende und
damit für die Wärmeabgabe optimierte Strömung
erzeugt wird. Dies ist bevorzugterweise eine heiße Fluidströmung,
welche das Speicherelement und insbesondere den gelochten Ziegelstein
außenseitig umströmt. Die kühlere Fluidströmung
oder Kaltluftströmung kann axial durch die Innenseite des
Speicherelements und insbesondere die Lochung eines Ziegelsteins,
gerichtet werden. Durch diese Strömungsführung
ist eine besonders gute Art der Wärmespeicherung und des
Wärmetauschs möglich. Ein Aufbau der Stützelemente
aus dem gleichen oder ähnlichen keramischen Material wie
das Speicherelement ist für die Hitzewiderstandsfähigkeit
günstig.
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In
den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung angegeben.
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Die
Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch
dargestellt. Dabei zeigen:
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1:
eine schematische Darstellung einer Anlage mit einem Wärmespeicher,
einer Trocknungseinrichtung und einem Ofen,
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2 bis 4:
den Wärmespeicher in Frontansicht, Draufsicht und Seitenansicht
und
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5 und 6:
perspektivische Ansichten von Bauelementen des Wärmespeichers.
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Die
Erfindung betrifft einen Wärmespeicher (2), der
auch eine Wärmetauschfunktion haben kann und der für
verschiedene Zwecke einsetzbar ist. Er eignet sich besonders für
eine Trocknungseinrichtung (3) für Trockengüter
(4). Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Nutzung
von heißer Ofenabluft, zur Wärmespeicherung und
zum bedarfsweisen Erwärmen der zur Trocknung eingesetzten
Zuluft (8) einer Trocknungseinrichtung (3). Außerdem
befasst sich die Erfindung mit einer Anlage (1) zur Herstellung
von Trockengütern (4), insbesondere keramischen
Formlingen.
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1 zeigt
eine solche Anlage (1) in einer Schemadarstellung. Das
Trockengut (4) kann von beliebiger Art, Ausbildung und
Größe sein. Es kann auch aus beliebigen Werkstoffen
bestehen. Im gezeigten und bevorzugten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um keramische Formlinge (4), die z. B. aus
keramischen Massen, insbesondere Ton, Lehm oder dergleichen und
ggf. auch Zuschlagstoffen bestehen. Die keramischen Formlinge (4)
können massiv ausgebildet sein oder eine Lochung aufweisen. Sie
können z. B. Wandziegel, Dachziegel, Steinzeugrohre, Kondensatoren,
Sanitärkeramik, wie z. B. Toilettenschüsseln,
Waschbecken oder dergleichen sein.
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Die
keramischen Formlinge (4) werden aus einer plastischen
Ausgangsmasse durch eine Formeinrichtung, z. B. einen Extruder mit
einer Matrize (nicht dargestellt) in die gewünschte Form
gebracht. Die keramischen Formlinge (4) können
anschließend in einer Trocknungseinrichtung (3)
getrocknet und danach in einem Ofen (5) gebrannt werden.
Alternativ kann das Trockengut (4) aus Holz oder anderen Materialien
bestehen. Es muss sich auch nicht um Formteile handeln.
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Die
in 1 gezeigte Anlage (1) umfasst die besagte
Trocknungseinrichtung (3) und einen Ofen (5) sowie
einen Wärmespeicher (2). Sie kann ferner eine
Entfeuchtungseinrichtung (6) zum Entfeuchten der zum Trocknen
benutzten Luft, insbesondere der Abluft (10) und/oder der
Zuluft (8) der Trocknungseinrichtung (3), beinhalten.
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Der
Wärmespeicher (2) und seine Bauelemente sind in 2 bis 6 schematisch
dargestellt. Hierbei zeigen 2 bis 4 den
Wärmespeicher (2) in verschiedenen Ansichten.
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Der
Wärmespeicher (2) dient zur Aufnahme und Speicherung
von Wärme aus mindestens einem strömenden heißen
Fluid (11), bei dem es sich z. B. um Heißluft
handeln kann. Das Fluid (11) kann auch ein anderes Gas
oder auch eine Flüssigkeit sein. Der Wärmespeicher
(2) kann die gespeicherte Wärme in beliebiger
Weise wieder abgeben. Dies ist insbesondere in Verbindung mit einem
weiteren strömenden Fluid (12) mit niedrigerer
Temperatur möglich. Dieses kältere Fluid (12)
kann ebenfalls ein Gas, insbesondere Kaltluft oder eine Flüssigkeit
sein. Der Wärmespeicher (2) hat dadurch auch eine
Wärmetauschfunktion. In Verbindung mit der Speicherfunktion kann
der Wärmetausch gleichzeitig oder zeitlich versetzt stattfinden.
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Der
Wärmespeicher (2) ist bevorzugt als Kreuzstrom-Wärmespeicher
ausgebildet. Die Zeichnungen zeigen diese Ausführungsform.
Alternativ ist eine Ausbildung als Parallelstrom-Wärmespeicher mit
gleicher oder entgegengesetzter Strömungsrichtung oder
in anderer Weise möglich. Bei einer Ausbildung als Kreuzstrom-Wärmespeicher
werden die unterschiedlich temperierten Fluide (11, 12)
in einer Kreuzströmung (32) vorzugsweise getrennt
voneinander und ohne gegenseitige Vermischung geführt. Sie
strömen dadurch zum einen innenseitig durch mindestens
ein Speicherelement (24) und zum anderen außenseitig
um den Umfang bzw. den Mantel des Speicherelements (24)
herum.
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Der
Wärmespeicher (2) weist mindestens ein Speicherelement
(24) auf, welches aus einem keramischen Werkstoff besteht.
Dieser keramische Werkstoff ist vorzugsweise ein erdiges Material
und besteht insbesondere aus Ton oder Lehm oder einer Mischung dieser
Materialien. Ggf. können auch andere Materialien beigemischt
sein. Der keramische Werkstoff kann getrocknet oder auch zuätzlich
gebrannt sein, wodurch er eine besonders hohe Widerstandsfähigkeit,
auch für sehr hohe Temperaturen erhält.
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In
der bevorzugten Ausführungsform besteht das Speicherelement
(24) aus einem gebrannten Ziegelstein (25) aus
Ton und/oder Lehm, welcher einen außenseitig geschlossenen
Mantel und innenseitig eine axial durchgehende Lochung (26)
mit einer Vielzahl von Kanälen aufweist. Durch die Lochung
(26) fließt im gezeigten Ausführungsbeispiel die
kalte Fluidströmung oder Kaltluftströmung (34). Außenseitig
wird der Ziegelstein (25) von der heißen Fluidströmung
oder Heißluftströmung (33) umflossen.
Die Temperatur- und Strömungszuordnung kann auch umgekehrt
sein.
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2 bis 4 verdeutlichen
beispielhaft den inneren Aufbau eines Wärmespeichers (2).
Er besteht aus mehreren der besagten Speicherelemente (24),
die hier in einem Raster (27) angeordnet sind. Dies kann
ein gleichmäßiger oder ungleichmäßiger
Raster (27) sein. In der gezeigten Ausführungsform
ist die Rasteranordnung (27) kubisch und besteht aus Speicherelementen
(24), die in mehreren Reihen und mehreren Spalten nebeneinander
angeordnet sind. 2 zeigt diese Anordnung mit
Blick auf die bevorzugte Kaltluftseite und die Stirnseite der Speicherelemente
(24). Diese Ansicht wird nachstehend als Frontansicht bezeichnet. 3 verdeutlicht die
Draufsicht auf den Wärmespeicher (2). In 4 ist
die Seitenansicht mit Blick auf die bevorzugte Heißluftseite
zu sehen.
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Aus
der Draufsicht und der Seitenansicht von 3 und 4 geht
hervor, dass mehrere Speicherelemente (24) in Axialrichtung
ihrer Lochung oder Innenkanäle (26) mit dichtem
gegenseitigen Anschluss hintereinander angeordnet sind. Durch diese Mehrfachanordnung
wird ein verlängerter Strömungskanal (23)
gebildet, der bevorzugt für das kältere Fluid
(12) und die Strömung (34) vorgesehen
ist.
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Aus
der Frontansicht von 2 und der Draufsicht von 3 geht
hervor, dass die Speicherelemente (24) bzw. deren vorerwähnte
axiale Reihenanordnungen im Raster (27) mit gegenseitigen seitlichen
Abständen (29, 31) übereinander
und nebeneinander angeordnet sind. Hierdurch entstehen Freiräume
für die Fluidströmung, wobei ein mehrarmiger Strömungskanal
(22) für das quer eingeströmte Fluid,
insbesondere das heiße Fluid (11) bzw. die Heißluft,
gebildet wird. Um die Strömungswege zu verlängern
und die Wärmeabgabe zu erhöhen, ist es günstig,
die Speicherelemente (24) in Strömungsrichtung
mit einem gegenseitigen Versatz (28) anzuordnen. Hierbei
werden z. B. die benachbarten vertikalen Reihen oder Rasterspalten
von Speicherelementen (24) um jeweils eine halbe Elementbreite
zueinander in der Höhe versetzt. Hierdurch entsteht die gezeigte
mäandrierende Heißluftströmung (33).
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Die
Speicherelemente (24) werden in den quer zur Anströmrichtung
ausgerichteten und z. B. vertikalen Reihen oder Rasterspalten durch
ein oder mehrere Stützelemente (30) auf einem
vertikalen Abstand (29) gehalten. Außerdem sind
die besagten Stützelemente (24) bzw. die vertikalen
Elementreihen in Strömungsrichtung voneinander mit einem
horizontalen Abstand (31) angeordnet. Die mäandrierende
Fluidströmung (33) fließt durch die besagten Abstände
(29, 31) rund um den Umfang der Speicherelemente
(24) bzw. der axialen Speicherelementreihen. Diese außenseitige
Umströmung (33) und die durch die Strömungsumlenkung
erzwungenen Turbulenzen können zu einer verstärkten
Wärmeabgabe der mäandrierenden Heißluftströmung
(33) an die Speicherelemente (24) führen.
Diese nehmen die Wärme auf und speichern sie und geben
sie an die axial durchströmende Kaltluftströmung
(34) bei Bedarf, d. h. gleichzeitig oder zeitversetzt,
wieder ab und erwärmen diese.
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5 und 6 zeigen
das Speicherelement (24) und das Stützelement
(30) in perspektivischer Ansicht und in einer beispielhaften
Ausführung.
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Die
Stützelemente (30) können in einer beliebigen
und für die Temperaturbeaufschlagung sowie das anströmende
Fluid geeigneten Weise ausgebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um massive Stützsteine, die ebenfalls aus
einem keramischen Material bestehen können. Dies kann insbesondere
ein Ton- und/oder Lehmmaterial sein. Die Stützelemente
(30) sind bevorzugt an den axialen Stoßstellen
der hintereinander aufgereihten Speicherelemente (24) angeordnet
und sorgen hier neben der Abstandsbildung auch für eine
sichere Abstützung der Speicherelemente (24).
Diese können in ihrer Axialanordnung lose hintereinander
angeordnet oder in geeigneter Weise miteinander verbunden sein,
z. B. durch eine Haftverbindung, eine Klammer, eine Manschette oder
dgl..
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Wie 2 bis 4 verdeutlichen,
weist der Wärmespeicher (2) z. B. ein umschließendes
Gehäuse (20) auf, in dessen Innenraum die Speicherelemente
(24) und die Stützelemente (30) in der
vorbeschriebenen Weise angeordnet sind. Das Speichergehäuse
(20) besitzt eine dichte Wandung mit einer Wärmeisolierung,
so dass die Wärmeabgabe nach außen und die Wärmeverluste
minimiert werden.
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Das
Speichergehäuse (20) kann mehrere schematisch
durch Pfeile angedeutete Anschlüsse (21) mit einer
Fluidverteilung für die verschieden temperierte Fluide
(11, 12) aufweisen. Diese Anschlüsse (21)
können z. B. an verschiedenen Seiten des Gehäuses
(20) angeordnet sein. Am gezeigten Kreuzstrom-Wärmespeicher
sind sie über Eck angeordnet. Die Fluidverteilungen sorgen
in der in 2 bis 4 angedeuteten
Weise an der Zuströmseite für eine Aufweitung
des z. B. mittels eines zentralen Rohrs zugeführten Fluidstroms
und für eine vollflächige Einspeisung in dem jeweiligen
aufgefächerten Strömungskanal (22, 23).
Auf der Abflussseite sorgt die Fluidverteilung für eine
Bündelung der aus den Strömungskanälen
(22, 23) ausströmenden Fluidströme
in ein wiederum z. B. zentrales Abflussrohr. Die Fluidverteilung
kann alternativ auch anders ausgebildet sein.
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In
der gezeigten Ausführungsform ist der Strömungskanal
(22) für das heißere Fluid (11)
an eine beliebige geeignete Fluidquelle, z. B. einen Ofen (5),
angeschlossen. Dies kann insbesondere ein Brennofen für
die in der Trocknungseinrichtung (3) getrockneten keramischen
Formlinge (4) sein. Hierbei wird dem Wärmespeicher
(2) auf der Heißluftseite Ofenluft oder ggf. die
außenseitig am Ofen (5) aufgenommene Ofenabluft über
eine Leitung zugeführt. Auf der Ausgangsseite kann das
abgekühlte Fluid (11) ins Freie entlassen oder
einem anderen Verbraucher zugeführt werden. Dies kann z.
B. die Zuluftseite (17) der Trocknungseinrichtung und/oder
die vorerwähnte Entfeuchtungseinrichtung (6) sein.
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Auf
der Kaltluftseite wird dem Wärmespeicher (2) in
der gezeigten Anordnung von 1 Trocknungsluft
(9), insbesondere die Abluft (10) der Trocknungseinrichtung
(3) zugeführt. Dies kann auf direktem Wege oder
ggf. unter Zwischenschaltung der besagten Entfeuchtungseinrichtung
(6) erfolgen. Das erwärmte Fluid (12)
kann der Trocknungseinrichtung (3) auf der Zuluftseite
(17) direkt oder ggf. unter Beimischung von Frischluft
(7) zugeführt werden. Die der Trocknungseinrichtung
(3) dadurch zugeführte Zuluft (8) kann
in der gewünschten Weise nach der Temperatur und ggf. auch
der Feuchte konditioniert werden.
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Die
Trocknungsluft (9) kann bei dieser Anordnung in einem zumindest
weitgehend geschlossenen Luftkreislauf (19) geführt
werden. Hierfür kann das in 1 gezeigte
Leitungsnetzwerk (16) vorhanden sein, welches die Trocknungseinrichtung
(3) und den Wärmespeicher (2) sowie ggf.
eine Entfeuchtungseinrichtung (6) und außerdem
auch ggf. eine Frischluftzufuhr und eine direkte Ofenluftzufuhr
miteinander verbindet. Im Leitungsnetzwerk (16) können
mehrere geeignete Steuerorgane (36, 37) vorhanden
sein, die z. B. als Pumpen, Klappen, Ventile oder dgl. ausgeführt
sind und für eine Förderung und/oder Lenkung sowie
Sperrung oder Dosierung der Luftströmungen sorgen. Die
Steuerorgane (36, 37) können von einer
Steuerung (13) beaufschlagt werden, die ggf. auch die Trocknungseinrichtung
(3) beaufschlagt.
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Die
der Trocknungseinrichtung (3) und dem Trocknungsprozess
zugeführte Zuluft (8) kann sich unterschiedlich
zusammensetzen. Einerseits kann sie von außen zugeführte
Frischluft (7) enthalten. Diese Frischluft (7)
kann auch aus dem Innenraum und der Innenumgebung einer Halle stammen,
welche die Anlage (1) außenseitig umgibt. Alternativ oder
zusätzlich kann die Frischluft (7) auch aus der freien
Umgebung stammen.
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Der
Zuluft (8) kann ferner die erwärmte Luft oder
Umluft (12) aus dem Wärmespeicher (2)
beigegeben werden. In einer nicht gezeigten Abwandlung ist auch
ggf. die direkte Einspeisung von heißer Ofenluft möglich.
Die Zuluft (8) kann teilweise oder vollständig
auch aus der entfeuchteten Luft bestehen, die ggf. durch Mischung
mit Frischluft (8) und/oder Umluft (12) bzw. Ofenluft
oder durch eine zusätzliche Heizeinrichtung (nicht dargestellt)
auf eine höhere Temperatur, von z. B. ca. 30°C
oder mehr gebracht wurde.
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Die
Trocknungseinrichtung (3) kann von beliebiger Art, Größe
und Ausbildung sein. Sie kann als Kammertrockner oder als Durchlauftrockner
ausgeführt sein. Sie weist eine Trocknungskammer (14) auf,
in der das auf stationären oder beweglichen Gestellen gelagerte
Trockengut (4) einem Trocknungsprozess mit konditionierter
Trocknungsluft (9) unterworfen wird. Die Trocknungskammer
(14) kann mehrfach vorhanden sein. Die Trocknungsluft (9)
und der Trocknungsprozess können über ein Trocknungsaggregat
(15) in gesteuerter Weise beeinflusst werden. Das Trocknungsaggregat
(15) kann mehrfach vorhanden und in unterschiedlicher Weise
ausgebildet und angeordnet sein. Dies können z. B. Lüfter
in Gassen oder an der Raumwandung zum Bewegen der Trocknungsluft
(9) sein. Außerdem können Klappen oder
andere Steuerorgane (37) zur Steuerung des Einlasses und
Auslasses von Zuluft (8) und Abluft (10) vorhanden
sein. Ferner kann eine Zusatzheizung als Trocknungsaggregat vorhanden
sein, welche die innerhalb der Trocknungskammer (14) befindliche
Trocknungsluft (9) bei Bedarf zusätzlich aufheizt.
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Im
gezeigten und bevorzugten Ausführungsbeispiel wird auf
eine solche Zusatzheizung verzichtet. Die Trocknungsluft (9)
wird in gesteuerter Weise durch die Gestelle mit den Trocknungsgütern
(4) bewegt und nimmt dabei die abgegebene Feuchtigkeit aus
dem Trockengut (4) auf. In der gezeigten Ausführungsform
ohne Zusatzbeheizung wird die zum Trocknen erforderliche Wärmeenergie
von außen über die Zuluft (8) zugeführt.
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Einerseits
kann die Zuluft (8) durch den Wärmespeicher (2)
bei Bedarf und in der gewünschten Weise gesteuert und ggf.
geregelt erwärmt werden. Eine Temperaturerhöhung
ist auch durch Zugabe von Ofenluft möglich. Wenn je nach
Stadium des Trocknungsprozesses geringere Temperaturen verlangt werden,
kann die Wärme auch über die aus der Anlagenumgebung
stammende Frischluft (7) bezogen werden.
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Die
ggf. entfeuchtete Umluft (12) kann mit oder ohne Erwärmung
durch den Wärmespeicher (2) und ggf. eine zusätzliche
Heizeinrichtung beigegeben werden und hat dementsprechend eine niedrige oder
höhere Temperatur. Hierbei stellt sich eine gewünschte
Mischtemperatur der Zuluft (8) ein. Diese Mischtemperatur
kann durch Steuerung der Luftbeimengungen oder ggf. auch noch durch
eine weitere Zusatzheizung auf das gewünschte Maß eingestellt werden.
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Hierbei
können von der Steuerung (13) auch die Strömungen
(11, 12, 33, 34) durch den Wärmespeicher
(2) über Steuerorgane (36, 37)
gesteuert oder ggf. geregelt werden. Hierbei können Durchflussmengen
gesteuert bzw. geregelt und gesperrt werden. Auch die Strömungsgeschwindigkeit
kann gesteuert bzw. geregelt werden.
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Die
Trocknungseinrichtung (3) und der Wärmespeicher
(2) sowie ggf. die Entfeuchtungseinrichtung (6)
weisen geeignete Sensoren zur Messung der Temperatur und ggf. der
Feuchte in den verschiedenen Luftströmungen (8, 9, 10, 11, 12, 33, 34)
auf. Diese Messeinrichtungen sind mit der Steuerung (13) und
der Trocknungssteuerung verbunden. Außerdem können
in der Trocknungseinrichtung (3) Messeinrichtungen für
die Messung der Feuchte des Trockenguts (4) vorhanden sein.
Dies können z. B. Waagen, Dehnungsmesser oder dergleichen
sein. Außerdem können Messeinrichtungen vorhanden
sein, um das Schwindungsverhalten des Trockenguts (4) direkt
oder indirekt zu erfassen. Diese Messeinrichtungen sind ebenfalls
mit der Steuerung (nicht dargestellt) der Trocknungseinrichtung
(3) und ggf. mit der Steuerung (13) verbunden.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel kann die Trocknungseinrichtung
(3) mit dem Wärmespeicher und ggf. der Entfeuchtungseinrichtung
(6) in einem geschlossenen Luftkreislauf (19)
betrieben werden, wobei über das Leitungsnetzwerk (16)
eine konstante Luftmenge umgewälzt wird. Die in der Trocknungseinrichtung
(3) an die Trocknungsluft (9) abgegebene Feuchtigkeit
wird z. B. in der Entfeuchtungseinrichtung (6) wieder entzogen
und die getrocknete Umluft (12) nach Erwärmung
im Wärmespeicher (2) erneut dem Trocknungsprozess
zugeführt. Dieser Trocknungsluftkreislauf kann im Gleichgewicht
sein. Bei einem solchen Kreislauf (19), insbesondere einem
geschlossenen Kreislauf, kann anstelle von Luft auch ein anderes
Gas verwendet werden.
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Der
Kreislauf (19) kann alternativ offen sein, wobei ein Teil
der entfeuchteten Luft nach außen abgeführt und
durch Beigabe von Frischluft (7) und/oder Ofenluft ersetzt
wird. Die in der Trocknungseinrichtung (3) umgewälzten Luftmengen
werden gesteuert. Sie können konstant sein oder nach Bedarf
variieren. Dies kann vom Trocknungsfortschritt und von den dabei
möglichen Strömungsgeschwindigkeiten der Trocknungsluft
(9) abhängen. Über die Steuerung (13)
und die Trocknungssteuerung kann eine Regelung des Trocknungs- und/oder
Erwärmungs- und/oder Entfeuchtungsprozesses stattfinden.
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In
der gezeigten Ausführungsform wird mit der Entfeuchtungseinrichtung
(6) die Abluft (10) der Trocknungseinrichtung
(3) entfeuchtet und zur Konditionierung der Zuluft (8)
für den Wärmespeicher (2) und die Trocknungseinrichtung
(3) benutzt. In der dargestellten Variante ist die Entfeuchtungseinrichtung
(6) auf die Entfeuchtung der Trocknungsluft (9) ausgelegt
und eingerichtet, die das beim Trocknungsprozess aus dem Trockengut
(4) ausgetriebene Wasser aufnimmt und als Abluft (10)
austritt.
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In
der gezeigten Ausführungsform ist die Entfeuchtungseinrichtung
(6) mit der Abluftseite (18) der Trocknungseinrichtung
(3) verbunden und kann hier direkt an die Abluftleitung
angeschlossen sein. Auslassseitig wird die entfeuchtete Luft über
eine Leitung abgeführt und kann in die Umgebung entlassen
werden. Sie kann teilweise oder vollständig auch im Luftkreislauf
(19) dem Wärmespeicher (2) und anschließend
der Trocknungseinrichtung (3) wieder zugeführt werden.
In der Entfeuchtungseinrichtung (6) findet ein Abscheideprozess
statt, bei dem das in der feuchten Abluft enthaltene Wasser abgeschieden
und getrennt von der Luft abgeführt wird.
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Die
Entfeuchtungseinrichtung (6) kann einen Abscheider für
diesen Entfeuchtungs- oder Abscheideprozess aufweisen. Dies kann
z. B. ein Kondensator sein, in dem die Abluft (10) abgekühlt
wird, wobei das Wasser auskondensiert und über einen Ablauf abgegeben
oder ggf. einer weiteren Aufbereitung, z. B. einer Regenerierung,
zugeführt werden. Es kann z. B. ein nachgeschalteter Wasch-
oder Trennprozess stattfinden.
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Die
Entfeuchtungseinrichtung (6) kann mit Wärmeenergie,
insbesondere Abfallwärme, aus dem Brennofen (5)
und/oder aus dem Wärmespeicher (2) betrieben werden.
Hierfür kann z. B. der Abscheider mit einer Kältemaschine
gekoppelt sein, die mit einem geeigneten Kältemittelkreislauf
auf der Kälteseite einen Wärmetauschprozess zur
Abkühlung der Abluft (10) im Abscheider durchführt
und auf der Wärmeseite über die Ofenluft oder
Wärmespeicherluft beheizt wird. Alternativ kann die heiße
Ofenluft über eine Turbine oder eine andere Wärmekraftmaschine mechanische
Energie erzeugen, mit der ein Abscheider in einer anderen geeigneten
Ausbildung betrieben wird.
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Im
gezeigten und bevorzugten Ausführungsbeispiel findet der
Entfeuchtungsprozess über eine Kondensation statt. Alternativ
sind andere Arten von Entfeuchtungsprozessen möglich. In
der gezeigten Ausführungsform wird z. B. die mit einer
Temperatur von ca. 35.°C zugeführte Trocknungsluft
(9) bzw. Abluft (10) bei der Kondensation abgekühlt
auf eine Temperatur von z. B. ca. 5°C. Die vom Abscheider abgegebene
entfeuchtete Luft kann auch eine andere Temperatur haben, wobei
ein Temperaturbereich zwischen ca. 5 bis 15°C bevorzugt
wird.
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Die
Entfeuchtungseinrichtung (6) kann durch den Wärmespeicher
(2) in der Energieversorgung vom Betrieb des Ofens (5)
und von dessen Abwärme zeitlich entkoppelt sein. Auch bei
ausgeschaltetem Ofen (5) kann die Entfeuchtungseinrichtung
(6) und dabei insbesondere der Abscheider in Betrieb sein. Das
Leitungsnetzwerk (16) und die Steuerorgane (36, 37)
bleiben dabei in Funktion und werden entsprechend gesteuert.
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In
weiterer Abwandlung der gezeigten Ausführungsform kann
alternativ oder zusätzlich zum Ofen (5) eine andere
Energiequelle zur Verfügung stehen, z. B. Abwärme
aus einem benachbarten Kraftwerk oder von anderen Einrichtungen
und Maschinen. Der Wärmespeicher (2) kann ggf.
auch mit Fremdenergie, z. B. Strom, Gas, Öl oder dergleichen, und
ggf. mit einer Befeuerung der Speicherelemente (24) betrieben
werden.
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Abwandlungen
der gezeigten und beschriebenen Ausführungsform sind in
verschiedener Weise möglich. Der Wärmespeicher
(2) kann in anderer Weise ausgebildet und ausgelegt sein.
Insbesondere kann in Umkehr der gezeigten Anordnung das heißere
Fluid (11) durch die Lochung (26) und das kältere Fluid
(12) außen um die Speicherelemente (24)
geführt sein. Das keramische Material der Speicher- und
Stützelemente (24, 30) kann aus Porzellan, Steingut,
Oxiden oder anderen technischen Keramikmassen bestehen.
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Der
Wärmespeicher (2) kann auch modular aufgebaut
sein und sich dadurch in der Größe und Speicherkapazität
an den Bedarf anpassen und ggf. verändern lassen. Die in 2 bis 4 gezeigte Speichereinheit
kann z. B. ein Speichermodul (35) bilden, wobei mehrere
Module (35) in einer oder beiden Strömungsrichtungen
oder auch in Querrichtung dazu nebeneinander angeordnet sind. Ferner
kann ein Teilabschnitt des Rasters (27), z. B. eine vertikale oder
horizontale Speicherelementreihe oder eine kleinere Elementenmatrix
ein Speichermodul (35) bilden, wobei mehrere Module (35)
in standardisierten oder ggf. erweiterbaren Speichergehäusen
(20) unterschiedlicher Größe untergebracht
werden können. Ein Speichermodul (35) kann auch
ein einzelnes Speicherelement (24) mit ein oder mehreren
Stützelementen (30) sein.
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Die
Entfeuchtungseinrichtung (6) kann entfallen. Sie kann auch
nur der Zuluftseite (17) zugeordnet sein und für
eine Entfeuchtung der Zuluft (8) sorgen. Feuchte Abluft
(10) kann in diesem Fall an die Umgebung abgegeben oder über
den Wärmespeicher (2) geführt werden.
Sie kann alternativ in einer anderen Art von Kreislauf einem an
der Zuluftseite (17) angeordneten Abscheider oder einem
anderen entsprechenden Element der Entfeuchtungseinrichtung (6)
zugeführt werden. Bei einer zuluftseitigen Entfeuchtungseinrichtung
(6) kann eine Mischung von Umluft (12), Frischluft
(7) und ggf. Ofenluft stattfinden. Auf der Zuluftseite
(17) wird bei der Zuluft (8) in einer solchen
Anordnung eine Konditionierung nach Temperatur und Feuchte durchgeführt.
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In
der gezeigten Ausführungsform sind der Wärmespeicher
(2) und ggf. die Entfeuchtungseinrichtung (6)
außerhalb der Trocknungseinrichtung (3) angeordnet.
Einer oder beide können alternativ innerhalb der Trocknungseinrichtung
(3) angeordnet sein und in geeigneter Weise auf die im
Trocknungsraum (14) umgewälzte Trocknungsluft
(9) einwirken. Insbesondere kann hierbei die Trocknungsluft
(9) in einem internen Kreislauf innerhalb des Trocknungsraums
(14) geführt und dabei erwärmt und ggf.
entfeuchtet werden.
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Variabel
sind auch die beschriebenen und dargestellten Komponenten der verschiedenen
Einrichtungen. Dies betrifft insbesondere deren konstruktive Ausgestaltung.
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Die
Speicherelemente (24) können massiv ausgeführt
sein, wobei die Fluide (11, 12) bzw. die heißen
und kalten Strömungen (33, 34) gleichzeitig unter
gegenseitiger Vermischung und Erwärmung der Speicherelemente
(24) oder zeitversetzt nacheinander durch den Wärmespeicher
(2) geführt werden. Sie können dabei über
gleiche oder unterschiedliche Strömungskanäle
fließen, die anders als im gezeigten Ausführungsbeispiel
ausgebildet sein können. Der Wärmespeicher (2)
muss auch nicht die gezeigte Rasteranordnung (27) haben.
Eine Mehrfachanordnung von Speicherelementen (24) ist auch in
anderer Weise möglich.
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Für
den Entfeuchtungsprozess kann statt eines Kondensators eine andere
geeignete Einrichtung eingesetzt werden. Ferner kann die Leitungsführung verändert
werden. Generell betrifft die Erfindung auch den Gedanken, die zum
Trocknen des Trockenguts (4) eingesetzte Luft oder ein
anderes Gas in der Temperatur und ggf. auch in der Feuchte bzw.
in ihrem Wasseraufnahmevermögen zu konditionieren und dadurch
den Trocknungsprozess günstig zu beeinflussen und insbesondere
zu stabilisieren. Die Entfeuchtung kann dafür an eine oder
mehreren geeigneten Stellen und in beliebiger Weise stattfinden. Die
Entfeuchtungseinrichtung (6) bzw. der Abscheider kann auch
eine Einrichtung zur Aufbereitung des Kondensats aufweisen. Hierbei
können etwaige in der Trocknungsluft und im Kondensat enthaltene
Zusatzstoffe abgeschieden und durch Auswaschen oder dgl. umweltfreundlich
recycelt oder entsorgt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Anlage
- 2
- Wärmespeicher,
Kreuzstromwärmespeicher
- 3
- Trocknungseinrichtung
- 4
- Trockengut,
keramische Formlinge
- 5
- Ofen,
Brennofen
- 6
- Entfeuchtungseinrichtung
- 7
- Frischluft
- 8
- Zuluft
- 9
- Trocknungsluft,
Trockenluftströmung
- 10
- Abluft
- 11
- Fluid,
Heißluft, Ofenluft
- 12
- Fluid,
Kaltluft, Umluft
- 13
- Steuerung
- 14
- Trocknungskammer
- 15
- Trocknungsaggregat
- 16
- Leitungsnetzwerk
- 17
- Zuluftseite
- 18
- Abluftseite
- 19
- Luftkreislauf
- 20
- Gehäuse,
Speichergehäuse
- 21
- Anschluss
mit Fluidverteilung
- 22
- Strömungskanal
für Heißluft
- 23
- Strömungskanal
für Kaltluft
- 24
- Speicherelement
- 25
- Ziegelstein
- 26
- Lochung
- 27
- Raster,
Rasteranordnung
- 28
- Versatz
- 29
- Abstand
vertikal
- 30
- Stützelement,
Stützstein
- 31
- Abstand
horizontal
- 32
- Kreuzströmung
- 33
- Heißluftströmung
mäandrierend
- 34
- Kaltluftströmung
- 35
- Speichermodul
- 36
- Steuerorgan,
Pumpe
- 37
- Steuerorgan,
Klappe
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - WO 2008/119471
A1 [0003]
- - US 5191930 A [0004]
- - DE 19933426 C2 [0005]
- - DE 202007015025 U1 [0006]
- - JP 09-269193 A [0007]