DE3112063A1

DE3112063A1 - Vorrichtung und verfahren fuer die konditionierung eines gasstromes zum beispiel einer luftzufuhr fuer farbspritzkabinen

Info

Publication number: DE3112063A1
Application number: DE19813112063
Authority: DE
Inventors: Norman Frederick Richmond Surrey Bradshaw
Original assignee: Carrier Drysys Ltd
Current assignee: Hmh Process Engineering & Services Ltd Birmingha
Priority date: 1980-05-16
Filing date: 1981-03-27
Publication date: 1982-03-18
Also published as: ES8207627A1; GB2076958B; GB8409089D0; GB2139751A; BE888795A; DE3112063C2; ES502253A0; FR2484621B1; GB2076958A; GB2139751B; US4367787A; FR2484621A1; CA1150509A

Description

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Vorrichtung und Verfahren für die Konditionierung eines Gasstromes zum Beispiel einer Luftzufuhr für Farbspritzkabinen

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Konditionierung eines Gasstromes zum Beispiel einer Luftzufuhr für eine Farbspritzkabine.

Bei industrieller und sonstiger Anwendung muß oft ein Luftstrom mit relativ eng gesteuertem Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur geliefert uierden. Eine dieser Anujendungsmöglichkeiten besteht in der Luftversorgung von Farbspritzkabinen, in denen Farbe auf tdassergrundlage aufgebracht wird. Solche Verfahren verlangen typischeriueise eine Trocken-Temperaturkugel-Luft-Terapsratur van 24 C und 50 % rslative Luftfeuchtigkeit, das heißt 13° MaBkuegelteraperaturo

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Eine derartige Steuerung van Temperatur und Feuchtigkeit verlangte bisher ziemlich enorme Auslagen für Energie. üJenn zum Beispiel die Lufttemperatur im Sammer höher als nötig und auch der Feuchtigkeitsgehalt höher als erforderlich ist (wie zum Beispiel beim Sammerbetrieb normalerweise der Fall ist), müssen sowohl Temperatur als auch Feuchtigkeitsgehalt der Luft herabgesetzt werden. Wird die Feuchtigkeit mechanisch entfernt, d.h. durch FlieBenlassen der Luft durch einen Wärmeaustauscher, uio sie auf den passenden Taupunkt abgekühlt wird, d.h. in dem angegebenen Beispiel auf 13°, dann muß der Luftstrom wieder auf die erforderliche Trockenkugel-Temperatur von 2k C aufgewärmt werden.

Bei der enormen Menge von Luft, die für typische Autofarbspritzkabinen vorbereitet werden müssen, zum Beispiel 160,0OD m3/sec. je 3 Meter FarbspritzkabinenlMnge, werden solche Energiekasten wahrhaft bedeutsam.

Zum Anfeuchten kann Feuchtigkeit der strömenden Luftmasse durch die Verwendung von über einen Wärmeaustauscher geleiteten Hochleistungssprühdüsen, in dem die Luft gesättigt, d.h. auf 100 % relativer Feuchtigkeit gebracht

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werden kann, leicht hinzugefügt werden. Es ist jedoch schwierig, bei diesem Verfahren Luft auf einen niedrigen Gehalt, d.h. 5G % relativer Luftfeuchtigkeit, zu steuern.

Der Zusatz von Feuchtigkeit zur Luft bewirkt im allgemeinen eine verdampfende Abkühlung der Luftmasse, sd daß die TrQckentemperaturkugel-Temperatur nach der Anfeuchtung unter der erforderlichen Temperatur liegen kann und so ein Aufheizen erforderlich macht.

Man hat bisher Entfeuchterverfahren vorgeschlagen und verwendet, die nicht die gesamte Luftmasse auf den erforderlichen Taupunkt abkühlen, um eine bessere Leistungsfähigkeit zu erzielen. Bei einem solchen Verfahren wird ein Teil der Luft um die Kühlschlangen herumgeleitet, so daß nur ein Teil des Luftstroms auf eine Temperatur· mit niedrigem Taupunkt abgekühlt wird. Auf diese Weise wird die Luftmasse auf einen niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt als erforderlich gesenkt, so daß beim üliederzusammenflisßen mit der umgeleiteten Luft das Gemisch des Luftstroiiis dann den richtigen Feuchtigkeitsgehalt und die richtige Temperatur aufweist.

Luftvorbereitungsanlagen dieser Art müssen typischerweise groSa Temperatur- und Feuchtigkeitsschwankungen in der

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Umluft auffangen, und die Menge der umgeleiteten Luft muß ziemlich groß sein, um den endgültigen, richtig gesteuerten Luftzustand zu erhalten. Die Notwendigkeit der relativ großen Anpassung der umgeleiteten Luftmenge verlangt ein komplexes Schiebersystem in Verbindung mit den Kühlschlangen und der Umleitung und dies vergrößert weitgehend die Masse der erforderlichen Leitungen.

Auch sind die Luftströmungseigenschaften des Systems schwer genau anzupassen, besonders bei Systemen mit größeren Mengen, und zwar wegen des StrSmungswiderstandes der Kühlschlangen.

Aus ähnlichen Gründen ist es schwierig,die Anpassung des Schiebersystems richtig zu steuern, um den so vorbereiteten Luftstrom genau und stetig zu steuern, wenn große Strömungsschwankungen im Fluß durch den Wärmeaustauscher erforderlich sind.

Bsi vielen dieser Systeme ist es schwierig, genau ge~ stsusrts An- und Entfviuühtungs-,Kühl- und Heilverfahren zu s^sisIePf ohr κ osS nachhier iiiiedsr aufgeheizt tasrdsn

aässsn sin völliges Nischsn 3Γ vnrbsrsitetEn Luft slohsr-

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stellen, um eine Schichtenbildung zu vermeiden, in der verschiedene Punkte innerhalb der Luftmasse eine unterschiedliche Feuchtigkeit und Temperatur aufweisen.

Die US-Patentschriften IMr. k 173 125 und if 173 92*f offenbaren Anordnungen, in denen relativ niedrige Wärmeenergie üjiedergeuionnen und in Luftvorbereitungsverfahren verwendet werden können, um die Gesamtleistungsfähigkeit industrieller Verfahren zu verbessern. Es ist natürlich von Vorteil, wenn ein Luftvorbereitungsgerät eine Wärmequelle von niedriger Energie verwenden könnte oder den von der abgegebenen Kühlluft dargestellten Energiewert, um die Leistungsfähigkeit des Vorbereitungsverfahrens zu verbessern.

Aufgabe dieser Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorbereitung eines Gasstrams zu erstellen, die besonders wirksam in der Ausnutzung der Energie beim Erzielen aolcher gesteuerter Größen sind.

Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zur Vorbereitung eines Gasstroms erstellt; welches eine Leitung zur Aufnahme eines Gasstroms, einen

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aus mehreren Teilen bestehenden Wärmeaustauscher zur Aufnahme wenigstens eines Teils des Gastromes in die Leitung umfaßt, wobei dieser Wärmeaustauscher aus mehreren Teilen besteht, van denen jeder einen bestimmten Prozentsatz des durch die Leitung fließenden Bases aufnehmen kann, ferner eine Vorrichtung zum Umwälzen eines üJärmeaustauschermediums durch jeden Teil des Wärmeaustauschers und eine Steuervorrichtung zum individuellen Lenken des Flusses des Wärmeaustauschmediums in jeden Teil des Wärmeaustauschers umfaßt, wobei die Leitung einen dem Wärmeaustauscher nachgeschalteten Teil umfaßt, der den Gasstrom aus den Teilen des Wärmeaustauschers aufnimmt, wobei der Gasstrom aus den Teilen gemischt wird und so einen richtig vorbereiteten Gasstrom ergibt.

Da der Fluß des Wärmeaustauschmediums in die einzelnen Teile des Wärmeaustauschers individuell gesteuert wird, kann die Temperatur des Gasstromes genau eingestellt werden, um eine bestimmte endgültige Trockenkugeltemperatur zu ergeben.

Ein genau berechneter Teil des Gesamtgasstromes kann um den Wärmeaustauscher herumgeleitet werden und wieder mit

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dem durch den Wärmeaustauscher fließenden Gasstram gemischt werden, sa daß ein Gemisch mit dem richtigen Feuchtigkeitsgehalt und der richtigen Trockenkugeltemperatur erzeugt wird.

Der ülärmeaustauscher kann mehrere Wärmetauschelemente umfassen, die in Blöcken angeordnet sind, uiobei jeder Teil einzeln durch Verwendung vein 3-Wegeventilen abgestellt uierden kann, die somit den Strom des erwärmten oder abgekühlten Wärmeübertragungsirediums durch sie hindurch steuern, um größere Mengen von umgeleiteten oder nicht vorbereiteten Gasstrams zu ermöglichen.

Die verwendete Umleitungstechnik verlangt nur ein relativ kleines Umleitungsrohr mit nur einer Schiebersteuerung für den Fluß im Umleitungsrohr, während der Fluß direkt durch den Wärmeaustauscher unverändert bleibt. Dieses verringert das Volumen der erforderlichen Anlage und reduziert die beim Versuch, den Luftstrom durch den Wärmeaustauscher wesentlich zu ändern, aufgetretenen Schwierigkeiten auf ein Minimum.

Eine Reihe von üJassersprühdüsen kann dem Wärmeaustauscher vorgeschaltet werden und quer über dessen Fläche verlaufen,

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um das Sprühwasser auf die Oberfläche des UMrmeaustauschers zu lenken. Die Sprühdüsenanordnung ist in einem Rohrleitungssystem untergebracht mit unabhängig voneinander gesteuerten Abschaltventilen, um den Feuchtigkeitsgehalt nach Bedarf zu steuern. Zusammen mit der Anpassung der Temperatur des durch die üüärmeaustauscherteile strömenden Gases und der Menge der im IMebenstrom vorbeigeleiteten Luft kann der Endzustand der wieder gemischten Luftströmung mit einem Minimum, wenn überhaupt, von Wärme genau gesteuert werden, je nach Zustand des ankommenden Gasstroms.

Die üJärmeaustauscherteile können mit einem Energie-Wiedergewinnungssystem und auch mit einem dem UorbereitungsüJMrmeaustauscher vor- oder nachgeschalteten Vorwärme- oder Wiederaufheiz-Wärmeaustauscher verbunden werden, um die aus Wärmequellen von geringer üJärme wiedergewonnene geringe Wärme wirksam auszunutzen und auch den Energiewert des gekühlten Abgases zu verwerten.

Das Uorbereitungsgerät kann in ein Luftzuführsystem für Farbspritzkabinen eingebaut werden, in dem die Luft durch die Farbspritzkabine fließt, gefiltert wird und dann durch eine Wärme-Wiedergewinnungsschlange im Auspuff der Kabine

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strömt, um Entweder die in der Abluft enthaltene Wärmeenergie oder den van der gekühlten Luft dargestellten Energieujert uiiederzugeminnen, falls die Umlufttemperatur über der im Spritzkabinenzuführsystem liegt.

Ein Luftstrombypass kann mittels einer Verteilungsleitung und einer Reihe von Schnellstrahldüsen, die eine völlige Vermischung der umgeleiteten Luft mit der vorbereiteten Luft garantieren, gemischt uierden, um eine homogene Luftmasse zu erzielen.

Ein Steuersystem kann vorgesehen uierden zum Steuern der Bypassschieber, der Sprühdüsenabschaltventile, des üJärmeaustauscher-Verstellventils, der Teilabstellung von tJMrmetauschblöcken und des Vor- und Nacherhitzers, um eine vorher festgelegte End-Trockenkugeltemperatur und einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt für den Ausgleich unterschiedlicher Zustände der Umluft oder Einlaßluft zu erzeugen und so tiirksam Luft einer Farbspritzkabine zuzuführen»

Wach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Uerfahren erstellt zur Vorbereitung eines Gasstromes; dieses umfaßt die Stufe des Durchgangs von wenigstens Tail dss Gasstrom^ durch sinen WarmsEusTsguschsr mit

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mehreren Teilen, durch welche ein Wärmeübertragungsmedium umgewälzt wird, der individuellen Steuerung des Flusses des liJMrmeübertragungsmediums durch jedes Teil des Wärmeaustauschers, sa daß die Wirkung jedes Teils auf den Gasstrom variieren kann, uiobei der Gasstrom hinter dem aus mehreren Teilen bestehenden Wärmeaustauscher gemischt ujird und sich ein Gemisch des Gasstroms ergibt, welches der Wirkung der einzelnen Wärmeaustauscherteile darauf entspricht.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden später beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; darin ist

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Luftvorbereitungssystems für die Luftversorgung einer Farbspritzkabine unter Verwendung eines Luftvorbereitungsgerätes nach der Erfindung;

Fig. 2 eine detaillierte schematische Darstellung des in dem in der Fig. 1 gezeigten Systems des verwendeten Luftvorbereitungsgerätes,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Luftvorbereitungsgeräts, wie es schematisch in Fig. 1 und 2 dargestellt ist; und

Fig. k eine schematische Darstellung eines Luftvorbereitungssystems von Fig. 1; es zeigt die zur Steuerung des Luftvorbereitungssystems bei der Anwendung für eine Farbspritzkabine verwendeten Steuer- und Fühlersignale.

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Fig. 1 zeigt schematisch ein mit einer als Farbspritzkabine dargestellten Umkleidung verbundenes Luftvnrbereitungssystems 10, in der Farbe aufgesprüht werden soll.

Der Abluftstrom 1^ aus der Farbspritzkabine 12, der von Abluftventilator 16 Erzeugt uiird, iuird zur Wärmerückgewinnung durch einen Wärmeaustauscher 1B geleitet, der vor der Abgabe der Luft in die AtmosphMre in einem Abluftkanal untergebracht ist.

Der Wärmeuiiedergeuiinnungs-Austauscher 18 kann auch Wärmeenergie aus dem Abluftstrom entfernen oder Wärmeenergie an die Abluft vor der Abgabe an die Außenluft hinbringen, je nach der Umujelttemperatur. Die Funktion des Wärmeaustauschers für die Übertragung van Wärme in oder aus der Abluft ist genauer in der in Großbritannien veröffentlichten Patentanmeldung Wr. 201 538*t A beschrieben.

Während der Abluftstrom *\k durch den Wärmeaustauscher geleitet wird, sollen überschüssige Farbpartikel daraus entfernt uierden, um einen schnellen Aufbau einer Farbschicht auf den Flächen des Wärmeaustauschers 18 zu verhindern. Dementsprechend ist die Farbspritzkabine 12 mit einem Hochleistungsfiltersystem mit einem unter Wasser stehenden Trog 13 und Auslaßrohren 15 versehen. Wie ge-

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nauer in der britischen Patentanmeldung Nr. 200 75ί+2Α beschrieben, unterwirft diese Anordnung die durch die Auslaßrohre 15 strömende Luft einem Skrubber-Effekt, der die Abluft wirksam filtert. Daher ist die Abluft 1i» im wesentlichen frei von festen Farbteilchen.

Das Luftvorbereitungssystem 10 umfaßt ein Luftansauggehäuse 20 für die Aufnahme von Luft aus der Umwelt durch einen Schornstein 22 und die Weiterleitung der Luft in einen Speicherraum Zk.

Wahlweise oder zusätzlich kann die für das System bestimmte Luft vorbehandelte Luft sein, d.h. von einer anderen Quelle als der Außenluft aufgenommene und über eine Zuleitung 26 zugeführte Luft. Schieber und Steuerungen und 30 sind vorgesehen, um den Luftstrom in die Speicherkammer zu steuern.

Das Luftvorbereitungssystem 10 soll verwendet werden für die Vorbereitung von Luft unter typischen Winter- oder Sommerbedingungen sowie unter zwischenjahreszeitlichen Bedingungen, so daß die Temperatur von Außenluft unter [\lull auf eine Temperatur über den Gefrierpunkt erwärmt kann»

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Für ein solches Erwärmen wird ein direkt gasbefeuerter Vorwärmer 32 vorgesehen. Er umfaßt eine Reihe von direkt in eine Einlaßleitung 3k eingesetzten Brennern. Diese Vorwärmer 32 können von herkömmlicher Konstruktion sein und uierden in Betrieb genommen, wenn die Außenlufttemperatur unter die Kapazität anderer Heizvorrichtungen in dem zu beschreibenden System sinkt.

Für mäßig niedrige Temperaturen kann ein Vorheizgerät von einem Wärmeaustauscher 36 dargestellt werden, durch den eine Flüssigkeit, uiie uiarmes Wasser oder Äthylenglykol mit einer Pumpe 38 umgewälzt wird. Dieses Umwälzen erfolgt unter der Kontrolle eines geeigneten Reglerventiles kO.

Die Energiequelle für die Erwärmung der in Wärmeaustauscher 36 umgewälzten Flüssigkeit kann von einem allgemein bei kZ angegebenen Wärmewiedergewinnungssystems dargestellt werden. Dieses Energie-Wiedergewinnungssystem kZ kann von der in der britischen Patentanmeldung Nr. 2015384A beschriebenen Art sein und den Verdampfer und Kondensator einer (nicht gezeigten) mechanischen Kühlanlage umfassen, die betriebsmäßig mit dem Wärmewiedergewinnungsaustauscher 18 verbunden ist, um eine wirksame

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Übertragung υαη Wärmeenergie aus der Abluft in das umgewälzte Medium zu gewährleisten.

Wahlweise kann das Wärmewiedergewinnungssystem 42 das in der britischen Patentanmeldung Nr. 201666BA beschriebene allgemeinere System sein, in dem die Wärmeenergie gesammelt und wirksam über mit mechanischen Kühlanlagen verbundene Wärmeübertragungsanordnungen verwendet werden.

Dem Uorwärmeaustauscher 36 in der Richtung des Luftstromes nachgeschaltet ist eine Klimaanlage kk, in der Feuchtigkeit der hindurchströmenden Luftmaase zugesetzt oder aus ihr entfernt wird, um den erforderlichen Gehalt zu erzielen, und in dem die Temperatur der Luftmasse den erforderlichen Bedingungen mit einer Mindestmenge von für die folgende Wiederaufheizung notwendigen Energie angepaßt wird.

Die Klimaanlage kk umfaßt einen Wärmeaustauscher *t5 mit mehreren Teilen k6, kB und 50, die als Kühlrippenschlangen anzusehen sind und von denen jeder einen Teil der durch den Luftkanal 52 fließenden Luftmasse aufnehmen kann.

Quer über die Uorderfläche des Wärmeaustauschers ist eine Reihe von Sprühdüsen 5k angeordnet, die Feuchtigkeit hinzu-

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fügen können, um den durch die aus mehreren Teilen bestehende Schlange k5 strömende Luft zu sättigen. Eine Ummälzpumpe 56 uMlzt das in einer Ablaufuianne 58 gesammelte üJasser um, das dann nach Ablaufen von den betreffenden Schlangenflächen gesammelt wird. Ein (nicht gezeigtes) üJasserzuleitungssystem fügt je nach Bedarf Wasser in eine Ablaufwanne 58 zu.

Ein Teil der in der Leitung 52 strömenden Luftmasse uiird durch einen Umleitungskanal 6G (Bypass) geleitet, der einen relativ kleinen Teil, etuia 25 %, des gesamten durch Leitung 52 fließenden Luftstroms, aufnimmt.

Ein Schieber und Regler 62 ist vorgesehen, um die genaue Menge der durch den Umleitungskanal 60 fließenden Luft zu regeln.

Die Luft wird unmittelbar hinter der Klimaanlage kk mieder gemischt und bildet so ein Gemisch mit oder nahe den endgültigen Feuchtigkeits- und Temperaturbedingungen, die erzielt werden sollen.

Ein Aufheizaustauscher 66 ist ebenfalls vorgesehen, der die Luftmasse auf die endgültige Kugeltemperatur nach dem Durchlaufen durch die Klimaanlage kk soweit wie nötig wieder aufheizt.

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MuB wegen der Betriebsbedingungen wiederaufgeheizt werden, wird der Wärmeaustauscher 66 mit warmem Wasser oder einem anderen ÜJärmeübertragungsmedium versehen, das in den Leitungen 68 und 70 mittels einer Umwälzpumpe 72 umgewälzt wird. Ein Reglerventil TU steuert die genaue Menge des Idärmeübertragungsmediums, um die Temperatur der aus dem Varwärmeaustauscher 66 ausströmenden Luft auf einen vorher bestimmten Temperaturgrad zu steuern.

Da diese Temperatur ziemlich niedrig ist, wird erwogen, die erforderliche Wärmeenergie durch das Energiewiedergewinnungssystem 42 zu beschaffen.

Unmittelbar vor der Farbspritzkabine 12 ist ein Filter 76 angeordnet, um feste oder flüssige Schmutzteilchen, die in der Luft schweben, zu entfernen.

Ein V/entilator 78 ist vorgesehen für das Ansaugen von Luft aus Leitung 52 und den verschiedenen V/orbereitungsgeräten und Weiterführen von da in eine Speicherkammer 8D auf dem Dach der Farbspritzkabine.

Ein Zufuhr-Schieber und -regler 82 ist vorgesehen, um das Volumen des Luftstroms in die Speicherkammer 80 den Erfordernissen des Systems anzupassen.

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Unter Bezugnahme auf Fig. 2 werden die Einzelheiten des Luftvorbereitungssystems 44 beschrieben. Typischerweise umfaßt dieses die drei üJarmeaustauscherteile 46, 48 und 50, die entsprechende Teile des durch die Leitung 52 fließendere Luftstroms abfangen sollen. Die Sprühdüsen 54, die vor den üJMrmeaustauscherteilen 46, UB und 50 angeordnet sind, umfassen drei Gruppen von Düsen Bk, 86 und 88; jede Gruppe ist so angebracht, aaß sie auf die Vorderflache eines entsprechenden IdMrmeaustauscherteils sprühen. Jede Sprühdüsengruppe umfaßt die einzelnen Sprühdüsen 90, die so angeordnet sind, daß sie die Fläche der UJärmeaustauscherteile 46, 48 und 50 besprühen, und zwar mit einer Dichte von 10,75 Düsen/m2 der QuerschnittsflSche des üJarmeaustauscherteils (eine pro Quadratfuß).

Jede der Sprühdüsen 90 wird von einer von einem Solenoid gesteuerten Absperrventil 92 so gesteuert, daß der üiasserzufluß zu jeder einzelnen Sprühdüse 90 reguliert werden

Eine Umwälzpumpe 56, die Wasser aus der Ablaufmanne 58 saugt, sorgt für Wasser unter Druck. Das Wasser uird über eine Hauptleitung 98 zu den Zuführleitungen 100

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gebracht, die wiederum die Zweigleitungen 102 versorgen, die die Durchlässe 1O*t beliefern, von denen jeder mit einem Absperrventil 92 und einer Sprühdüse 90 verbunden ist.

Das aus den ülärmeaustauscherteilen *»6, k&, 50 auslaufende üJaBser wird in den entsprechenden Auffangtrögen 106 aufgefangen, die an ein Ablaufsystem angeschlossen sind und das blasser zur Ablauf manne 58 zurückleiten.

Um die Menge des Luftstroms, die angefeuchtet wird, zu steuern, werden die Absperrventile 92 von einem (nicht gezeigten) Systemregler betätigt, um den Zusatz von Feuchtig· keit zu einem entsprechenden Teil des Luftstroms zu regeln oder zu unterbrechen. Jeder dieser Wärmeaustauscherteile k6, kB und 50 wird über eine Umwälzpumpe 108 mit einem erwärmten oder abgekühlten Wärmeübertragungsmedium, zum Beispiel Sole, versargt; diese Pumpe bekommt ihren Teil des üJärmeübertragungsmediums über die Leitung 110 und ein Reglerventil 112.

Regelventil 112 steuert die Temperatur des Uärmeübertragungsmediums, das an eine Auslaßleitung 11*t der Umwälzpumpe

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abgegeben uird. Die Regelung der Temperatur des ldMrmeübertragungsmediums regelt die Wärmegrade, die an die durch die Austauscherteile k6, kB und 5G fließende Luftinasse angegeben oder ihr entzogen uird.

AuslaBleitung 114 versorgt die Einlaßleitung jedes der Wärmeaustauscherteile k&, kB ader 5D über 3-Wegehähne 116, die eine Umleitung des Wärmeübertragungsmediums durch die Umleitung 118 ermöglichen, von denen jede mit einem Auslaß eines entsprechenden Austauscherteils kB, kB und 5D verbunden ist; jeder Auslaß 120 ist an eine Hauptrücklaufleitung 122 angeschlossen.

Die Erwärmung ader Abkühlung jedes liJärmeaustauscherteils kann daher unterbrochen uierden, um die Luftmenge durch Umgehung des Luftvorbereitungsgeräts zu vergrößern, ahne den Luftstrom durch dieses zu beeinflussen. Die durch die mehrteilige Konstruktion des Wärmeaustauschers k5 ermöglichte stufenweise Steuerung gibt auch eine zusätzliche Temperatursteuerung über die von dem Reglerventil 112 gelieferte hinaus.

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Während also nur eine relativ geringe Menge van LJmleitungsluftstram durch die Umleitung 60 mit nur geringer Regelung durch Schieber und Regler 62 erforderlich ist, wird jedoch ein höheres Maß an stetiger Steuerung erstellt in höchst wirksamer Weise durch die Steuerung der im Luftvorbereitungsgerät M* durchgeführten VorbereitungstHtigkeit.

Ist die Luft zu feucht, wird durch Abkühlung der Luftmasse unter den Taupunkt und durch Auskondensieren einer erforderlichen Feuchtigkeitsmenge eine mechanische Entfeuchtung erzielt. Die Luftmasse muß jedoch vor Auftreten der Kondensation van der einkommenden Temperatur auf die Taupunkttemperatur abgekühlt werden; herkömmlicheruieise
ujird die ganze Masse auf diesen Punkt abgekühlt, die dann mieder auf die erforderliche Trockentemperaturkugel—
temperatur aufgeheizt uierden muß.

ülird jedoch, uiie bei dem beschriebenen GerMt, nur ein Teil der Luftmasse auf einen geeigneten unteren Taupunkt abgekühlt, kann nach Mischen mit der umgeleiteten Luft der
richtige Feuchtigkeitsgehalt der gesamten Luftmasse erzielt werden.

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Damit erzielt man eine bessere Effizienz des Uerfahrens, weil nur ein Teil der Luft von der Eingangstemperatur auf den Taupunkt abgekühlt werden muß. In beiden Fällen märe der für das Auskondensieren der erforderlichen Feuchtigkeitsgewichtsmenge erforderliche Abkühlungsgrad der gleiche.

Bei der Durchführung der Sprühflächenanfeuchtung ist es relativ leicht, die Luftmasse mit 1OD 96iger relativer Luftfeuchtigkeit zu sättigen.

Es ist jedoch schmierig, diesen AnfeuchtungsprozeB so zu steuern, daß ein Zwischenspiegel, zum Beispiel 50 % relativer Luftfeuchtigkeit, erreicht iuird. Bei Verwendung der Umleitungsleitung 60 ist es aber möglich, die gesamte durch das Luftvorbereitungsgerät fließende Luftmasse völlig zu sättigen und von da den Luftstrom mit der umgeleiteten Luft wieder zu vereinigen, der eine höhere Temperatur und eine geringere Feuchtigkeit aufweist, und so ein Bemisch mit der richtigen relativen Luftfeuchtigkeit, zum Beispiel 50 %, und der richtigen Trockenkugeltemperatur, zum Beispiel 2^C, zu bekommen.

Während also durch Verwendung der Absperrventile 92, wie oben beschrieben, und der 3-tiJegeventile 116 nur eine

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relativ kleine Menge des Luftstroms durch die Umleitungsleitung 60 fließt, so daß das lilärmeübertragungsmedium die üJärmeaustauscherteile kB, kB und 50 umgeht, umgeht ein größerer Teil des Luftstroms tatsächlich das Luftvorbereitungsgerät, ohne daß es nötig ist, größere Mengen des Luftstrams am Fließen durch die ülärmeaustauscherteile zu hindern.

Das heißt, daß ein Teil des Stromes durch jedes Austauscherteil in Wirklichkeit ein Umleitungsluftstrom werden kann und so ein ziemlich großer Teil des Stroms "umgeleitet" werden kann, ohne durch die Umleitungsleitung 60 zu fließen.

Man tuird feststellen, daß die verschiedenen gesteuerten Teile dieses Gerätes ein großes Maß an Flexibilität bieten bei der Erzielung von gegebenen Temperatur- und Feuchtigkeitsspiegeln. Das heißt, durch Steuerung der einkommenden Lufttemperatur durch einen Vorerhitzer und durch Variieren der das Luftvorbereitungsgerät umgehenden Luft, indem sie entweder durch die Umleitungsleitung geschickt uiird und/oder durch einen inaktiven Austauscherteil geleitet wird, durch Anpassung der Temperatur des WMrmeübertragungsmediums, das zu den aktiven Uärmeaustauscherteilen geschickt wird, durch

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Steuerung der Sprühdüsen und durch die Verwendung eines liliedererhitzers zur Einstellung der endgültigen Trockenkugeltemperatur, kann die in die Farbspritzkabine 12 geschickte Luft höchst wirksam genau gesteuert werden.

Für den Winterbetrieb zum Beispiel kann die Luft im Uorerhitzer oder Vorwärmwärmeaustauscher 32 auf eine Temperatur über D C erwärmt werden. Der Umleitungsschieber wird dann so eingestellt, daß der ganze Luftstrom durch das UorbereitungsgerMt kk hindurch fließt, in dem die Luft mit den Sprühdüsen 5k gesättigt wird.

Gleichzeitig wird die im Wärmeaustauscher k5 warme Flüssigkeit umgewälzt, so daß die Lufttemperatur auf den geeigneten Taupunkt, in diesem Falle auf 13 C, aufgewärmt wird, so daß wir eine 1DO %ige Luftfeuchtigkeit und eine Trockenkugeltemperatur von 13^d C haben.

Von dort wird die Luft durch den Uiederaufheiz-üJSrmeaustauscher 66 geschickt, wo sie auf die geeignete höhere Temperatur, d.h. auf 24⁰C gebracht wird.

Unter bestimmten Umständen kann es möglich sein, auf die Verwendung des Uliederaufheiz-lüärmeaustauschers im Interesse der größeren Leistungsfähigkeit ganz zu verzichten.

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Wenn daher die ankommende Luft auf 31⁰C aufgeheizt uiird und man annehmen kann, daB die Umluft eine Luftfeuchtigkeit gleich einem Taupunkt van 6,6 C aufweist, dann kann man durch Betätigung des Absperrventils 92 und des Schiebers und Reglers 62 eine HSlfte der Luft unvorbereitet durch das LuftvorbereitungsgerMt kk strömen lassen.

Die andere Hälfte der Luft wird sd durch die besprühten Teile des Wärmeaustauschers geleitet. Dieser Teil des Luftstroms uiird gesättigt und infolge des verdampfenden Kühleffekts sinkt seine Temperatur. Bei der Wiedermischung nachher hat das resultierende Gemisch die erforderliche Temperatur von Zk C und eine relative Luftfeuchtigkeit von 50 %.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 uiird eine tatsächliche physikalische Anordnung von Wärmeaustauscherteilen, Sprühdüsen und Umleitungsrahren gezeigt. Bei dieser Anordnung sind vier Teile des Wärmeaustauschers vorgesehen, eine Hälfte jedes Teile ist zu beiden Seiten einer in der Mitte gelegenen Umleitung (Bypase) 12^ angeordnet, üedes Wärmeaustauscherteil umfaßt eine Schlange 126, 128, 13G, 132 eines Hühlrippenrohrs herkömmlicher Bauart zur Aufnahme einer lilärmeübertragungsflüssigkeit über Einlaßleitungen,

van denen eine für Schlange 126 bei 13*f gezeigt uird mit einer Rücklaufleitung 136 für die Rückleitung der umgewälzten Flüssigkeit zum Energiewiedergeuiinnungssystem.

Jede Schlange ist mit einem unabhängig betätigten 3-Ulegeventil 138 ausgerüstet, das es der üJärmeübertragungsflüssigkeit möglich macht, die betreffende Schlange 126, 128, und 132, wie oben beschrieben, zu umgehen.

Vor dem Einlaß 1^D ist auch ein Reglerventil eingebaut, um die Temperatur der Ulärmeübertragungsflüssigkeit zu steuern, damit diese wiederum die Wärme- oder Kühluiirkung auf die durch die betreffenden Schlangen 126, 128, 13G und 132 geleitete Luft steuern kann.

Ferner ist eine Gruppe von Sprühdüsen 1^2 vorgesehen, die gleichmäßig quer über die stromaufwärts liegende Fläche der Schlangen 126, 128, 130 und 132 angeordnet sind und von denen jede Wasser aus den Querrohren 14Ί bekommt, die über die Zuführrohrleitung 1*t6 mit dazwischen eingeschalteten Absperrventilen 1if8 versorgt werden, die es ermöglichen, die mit jedem Teil der Schlangen 126, 128, 130 und 132 verbundenen Düsen abzusperren.

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Es uiird eine Umwälzpumpe 150 gezeigt mit einem Einlaß 152, der mit einer unter den Schlangen gelegenen Ablaufuianne verbunden ist.

Der Fluß durch die Umleitung 12*t uiird durch eine Reihe von Hlappenschiebern gesteuert, νση denen eine bei 156 gezeigt wird, die die Menge des die Schlangen gänzlich umgehenden Flusses steuern.

Auf der AusgangsBeite jeder dieser Schlangen kann die Umgehungsluft mieder mit der durch jede der Schlangen 126, 128, 13D und 132 fließenden Luft gemischt werden. Dies geschieht durch eine Reihe van Strahldüsen 158, die so angeordnet sind, daß sie den Umgehungsstrom in die aus den Schlangen kommende Luftmasse hineinlenken.

Die Geschwindigkeit des Umgehungestromes uird durch die Düsen 158 auf ziemlich hohe Geschwindigkeiten, zum Beispiel auf etuia 20, 32 m/sec. erhöht, um eine völlige Mischung der Umgehungsluft und der aus den Schlangen kommenden Luft zu bewirken und auch um die aus den abgesperrten Schlangen kommende Luft mit der durch die Schlangen, in denen die durchfließende Luft erwärmt, abgekühlt oder angefeuchtet wurde, zu mischen.

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Die QuerflieBrichtung der Düsen und die durch das StrahlflieBmuster bewirkte Mischung garantiert eine völlige Mischung, um eine homogene Luftmasse von geeigneter Luftfeuchtigkeit und Temperatur zu erzeugen.

Fig. k zeigt schematisch eine Gesamtanordnung des Steuersystems. Ein Mikroprozessor oder ein anderer geeigneter zentraler Regler 160 ist vorgesehen, der feuchte und trockene Fühlersignale von den Umuieltfühlern 162 und 16U aufnimmt und von den feuchten und trockenen Fühlern der Versorgung 166 und 16S. Falls ein Energie-üJiedergeminnungssystem kZ verwendet wird, werden vorhandene Ldärmesignale auch vom zentralen Regler 160 verarbeitet.

Diese Signale werden verarbeitet, um zu veranlassen, daß die verschiedenen gesteuerten Bauteile so betätigt werden, daB eine optimale Wirksamkeit erzielt wird. Das bedeutet, daß eine Steuerung des Vareruiärmers 32, des VorheizülSrmeaustauschers 36, des LuftvarbereitungsgerMts kk und des üiiederaufheizers 66 vorgenommen wird, um eine Luftzufuhr zur Farbspritzkabine 12 mit einer optimalen Wirksamkeit für die besonderen Arbeitsbedingungen zu erzielen.

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Claims

Γ ^Vorrichtung zur Konditionierung eines Gasstromes, dadurch
gekennzeichnet, daß eine Leitung (26,34) zur Aufnahme eines Gasstromes und einen aus mehreren Teilen bestehender Wärmeaustauscher (k5) zur Aufnahme wenigstens eines Teils dieses Gasstromes der Leitung angeordnet ist, wobei die Teile
(46,48,50) des Wärmeaustauschers (45) mehrere Teile zur
Aufnahme jeweils eines Teils des durch die Leitung fließenden Gasstroms umfassen, daß weiter eine Vorrichtung zum Umwälzen eines Wärmeübertragungsmediums durch jeden Teil des
Wärmeaustauschers {45) und eine Steuervorrichtung zur individuellen Steuerung des Flusses des Wärmeübertragungsmediums zu jedem der Teile des Wärmeaustauschers angeordnet ist, ferner die Leitung (34) in dieser Vorrichtung eine dem Wärmeaustauscher (45) nachgeschaltete Vorrichtung zur Aufnahme des aus den Teilen des Wärmeaustauschers strömenden

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Gasstrams vorgesehen ist, durch die die aus den Teilströmen gebildeten Gasströme gemischt werden und so einen konditionieren Gasstrom bilden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daS ein Abstimmventil vorgesehen ist, das mit dem aus mehreren Teilen bestehenden Wärmeaustauscher (it5) verbunden ist und die Temperatur des in den Teilen des Wärmeaustauschers (45) umgeujMlzten WärmEübertragungsmediums regelt.

3. Uorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Gruppen (Bit,86,88) von Sprühdüsen (90) in der Nähe des Wärmeaustauschers (45) angebracht sind, die Wasser auf die Teile des Wärmeaustauschers (45) sprühen, um das hier durchfließende Gas anzufeuchten, wobei ferner eine Vorrichtung zur Versorgung der Sprühdüsen (90) mit Druckmesser angeschlossen ist.

it. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Ventile zur selektiven Steuerung der Wasserversorgung der Sprühdüsen (90), wodurch die Düsen (90) so betätigbar sind, daß sie nur einen Teil des durch den Wärmeaustauscher (it5) fließenden Wassers anfeuchten.

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5. Vorrichtung nach Anspruch *», dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile einzeln zu betätigende Absperrventile (92) umfassen, van denen jedes eine einzelne Sprühdüse (90) oder eine bestimmte Gruppe (8^,86,88) von Sprühdüsen (90) steuert.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen (90) so angeordnet sind, daß sie blasser auf die stromaufwärts gelegene Fläche des Wärmeaustauschers C+5) in Fließrichtung des Gases sprühen.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung zum Steuern des Ausmaßes der Temperaturveränderung des zu den Teilen des Wärmeaustauschers (1*5) fließenden üJärmeübertragungsmediums vorgesehen ist, so daß die Betätigung der Sprühdüsen (90) ein Gasgemisch mit bestimmter Temperatur und Feuchtigkeit ergibt.

B. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Teile des Wärmeaustauschers (i»5) eine ndt Kühlrippen versehene rohrförmige

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Schlange umfaßt, sowie eine Vorrichtung zum Umwälzen einer Ulärmeübertragungsflüssigkeit durch die Schlangen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum uahlueisen Umwälzen von eraiärmtem oder abgekühltem Wasser durch jeden der genannten Wärmeaustauscher (45) vorgesehen ist, wodurch die Temperatur des darüber strömenden Gases erhßhbar oder absenkbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umleitungsvorrichtung für die Aufnahme des verbleibenden Teils des Gasstroms in der Leitung (34), der nicht von den Teilen des Wärmeaustauschers (45) aufgenommen wird, vorgesehen ist, ferner eine Schiebervorrichtung (62) zum Lenken des Gasstromes durch die Umleitungsvorrichtung und ferner der dem üJMrmeaustauscher (45) nachgeschaltete Teil der Leitung den Gasstrom aus beiden, Wärmeaustauscher und der Umleitung;, aufnimmt, wodurch eine Mischung von umgeleitetem und varbehandeltem Gas erzielbar isto

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11. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Umleitungsvarrichtung Spritzdüsen umfaßt und eine Vorrichtung, die den umgeleiteten Gasstrom durch die Spritzdüsen leitet und so in den Strom des durch die Teile des Wärmeaustauschers (45) fließenden Gases lenkt, uiodurch mittels dieser Spritzdüsen eine gründliche Mischung des umgeleiteten und des durch die Teile des Wärmeaustauschers (k5) fließenden Gases beuirkbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine Voruärmevorrichtung (32) in der Leitung vor dem Wärmeaustauscher (45) in der Flieörichtung vorgesehen ist, die so angeordnet ist, daß sie das in der Leitung (34) fließende Gas eruärmt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuervorrichtung zum Steuern der Erwärmung des Gasstromes durch den Voreruiärmer angeordnet ist, so daß der Gasstrom auf eine bestimmte Temperatur eruiärmbar ist.

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14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der aus mehreren Teilen bestehende Wärmeaustauscher (45) eine Vorrichtung zum unabhängigen Absperren des Flusses des lüärmeübertragungsmediums für bestimmte Teile des Wärmeaustauschers umfaßt.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß ein Uiederaufheiz-Iiiärmeaustauscher (6S) hinter dem mehrteiligen Wärmeaustauscher (45) in

der Richtung des Basflusses zur Aufnahme des gemischten Gasstrams in dem nachgeschaltsten Teil der Leitung (34) angeordnet ist und ferner eine Vorrichtung zum Wiederumuiälzen des üJMrmeübertragungsmediums zum üJiederaufheiz-liJärmeaustauscher vorgesehen ist, so daß das Gasgemisch uiedsraufheizbar ist.

16. Luftzufuhrsystem zur Versorgung einer Farbspritzkabine mit vorbehandelter Luft, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einlaßvorrichtung zur Aufnahme eines Stroms nichtbehandelter Luft und eine Vor-

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richtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15 zur Vorbehandlung des Luftstrams vorgesehen ist, wobei die Leitung des VarbehandlungsgerMts zur Aufnahme der unbehandelten Luft vom Einlaß her ausgebildet ist und die von der Vorrichtung vorbehandelte Luft in die Farbspritzkabine (12) leitet.

17. Luftzufuhrsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß mit den Teilen des Wärmeaustauschers (.1*5) verbundene Regelventile zum Regeln des Flusses des lilMrmeübertragungsmediums zu jedem der Teile und zum gleichzeitigen Regeln des Maßes der EruiMrmung und Abkühlung der hindurchfließenden Luft entsprechend der Regelung des Flusses des blärmeubertragungsmediums vorgesehen sind.

18. Luftzufuhrsystem nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß eine Uorheizvorrichtung (32) in der Leitung (34) zur Aufnahme des Luftstromes durch die Einlaßvorrichtung und zur selektiven Betätigung vorgesehen ist, um eine Temperaturzunahme der

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durchfließenden Luft zu erreichen, und eine Wiederaufheizvorrichtung (66) in der Leitung angeordnet ist, sowie eine Vorrichtung zum Umwälzen des üJMrmeübertragungsmediums zu dem liliederaufheiz-tiJarmeaustauscher, um ein üJiederaufheizen des Luftstroms auf eine bestimmte Temperatur nach dem Durchgang durch das Vorbehandlungsgerät zu ermöglichen.

19. Luftzufuhrsystern nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Farbspritzkabine (12) eine Leitung umfaßt, die den Luftstrom aus der Habine herausleitet, ferner eine Energieuiiedergeuinnungsanlage zur Übertragung van Wärme in den und aus dem Abluftstrom heraus und aus der Luftzufuhr heraus oder in sie hinein, je nachdem ob die Luft gekühlt oder erwärmt wird, wobei diese Energieuiiedergeiiiinnungsanlage eine Vorrichtung zum Übertragen von üJSrrne durch eine oder mehrere Vorerhitzer, Wärmeaustauscher und/oder Uliedererhitzer, umfaßt.

2G. Vorrichtung zur Vorbehandlung eines Gasstroms, dadurch gekennzeichnet, daß eine Leitung (34) zur

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Aufnahme eines Gasstromes, Wärmeaustauscher (45) für die Aufnahme wenigstens eines Teils des Gasstromes, eine Vorrichtung zum Umwälzen eines Wärmeübertragungsmediums durch den Wärmeaustauscher, eine Umleitungsvorrichtung zur Aufnahme des verbleibenden Teils des Gasstromes in der Leitung, soweit er nicht vom Wärmeaustauscher (45) aufgenommen wird, Sprühdüsen hinter dem Wärmeaustauscher und Verteilungsleitungen zur Aufnahme des umgeleiteten Gasstromes, die das umgeleitete Gas in die Sprühdüsen leitet, vorgesehen sind, wobei die Sprühdüsen so angeordnet sind, daß sie den umgeleiteten Gasstrom in den Gasstrom leiten, der durch den Wärmeaustauscher (45) geflossen ist, wodurch ein gründliches Mischen des umgeleiteten Gasstromes mit dem durch den Wärmeaustauscher (45) geflossenen Gasstrom erzielbar ist.

21. l/erfahren zur Vorbehandlung eines Gasstromes, gekennzeichnet durch die folgenden Stufen: wenigstens ein Teil des Gasstromes wird durch einen mehrteiligen Wärmeaustauscher geleitet, durch den ein Wärmeübertragungsmedium geleitet wird, der Fluß des Wärmeüber-

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tragungsmediums durch jedes der Teile des Wärmeaustauschers uiird individuell gesteuert, so daß die Wirkung jedes Teils auf den Gasstrom variieren kann, dann wird der Gasstrom hinter dem mehrteiligen Wärmeaustauscher gemischt und so eine Mischung des Gasstromes erzeugt, die die Einwirkung der einzelnen Wärmeaustauscher darauf uiiederspiegelt.

22. Verfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Stufe des Wassersprühens auf eine oder mehrere ausgewählte Teile des Wärmeaustauschers, wodurch die Feuchtigkeit des durchfließenden Gases verändert uird»

23. V/erfahren nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, daß der verbleibende Teil des Gasstromes am Wärmeaustauscher vorbeigeleitet wird und der durch den Wärmeaustauscher geflossene mit dem umgeleiteten Gasstrom gemischt wird.

Zk. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß eine Uorerhitzungsstufe für den Gasstrom vor dem Durchfluß durch den mehrteiligen Wärme-

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austauscher angeordnet wird.

25. Verfahren nach einem der Ansprüche 21 bis 2k, dadurch gekennzeichnet, daß eine Wiederaufheizstufe für den Gasstrom nach dem Durchgang durch den mehrteiligen Wärmeaustauscher angeordnet uiird.

26. Verfahren nach einem oer Ansprüche 21 bis 25, dadurch gekennzeichnet, daß eine üJärmeübertragungsstufe van wenig uiarmen Abfallenergiequellen in den Gasstrom über den mehrteiligen Wärmeaustauscher vorgesehen wird, wenn der Gasstrom erhitzt werden soll.

DIPL.-ING. CONRAD Kö^HLING

PATENTANWALT