DE3322262A1 - Heizverfahren und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

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Patentanwälte- .-.—: ANDRAE · .£LACW O-'OfAUG

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Patentanwalt Dipl.-Phys. Flach, Max-Josefs-Platz 6, D-8200 Rosenhaim ·

ROSENHEIM Dipi.-Phys. Dieter Flach Max-Josefs Platz 6 D-8200 Rosenheim Telefon: (0 8031) 193 52 Telegramm: Physicist Rosenheim

MÜNCHEN

Dipl.-Chem. Dr. Steffen Andrae Dipl.-Ing. Dietmar Haug Steinstraße 44
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Nobuyoshi KUBOYAMA, 28-9-1, Shimomiyamori, Aza, Miyamori-Mura, Kamihei-Gun, Iwate-ken, Japan

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Heizverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Heizverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bei reduziertem Luftdruck auf einem Gleichgewichtsniveau innerhalb einer Kammer.

Der Ausgangspunkt der Erfindung basiert auf der deutschen Patentanmeldung P 30 40 159.3 mit dem Titel "Heizverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bei reduziertem Druck auf einem Gleichgewichtsniveau in einer Kammer", die auf den gleichen Anmelder zurückgeht.

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Aufbauend auf dieser deutschen Patentanmeldung hat der Anmelder verschiedene technische Weiterentwicklungen getätigt und entsprechende deutsche Patentanmeldungen P 32 05 845.4, P 32 10 990.3 und P 33 11 648.2 eingereicht.

Bezugnehmend auf das Prinzip der oben genannten deutschen Patentanmeldungen und der verwandten Techniken basiert das Wesen der Erfindung darauf, daß die Lufl innerhalb einer Kammer kräftig angesaugt und nach außen durch Rotation einer Rotationseinrichtung abgegeben wird, die in der Kammer angeordnet ist. Im Ergebnis wird der Luftdruck innerhalb der Kammer reduziert, wobei sich nach einer kurzen Zeitdauer eine Differenz zwischen dem reduzierten Luftdruck innerhalb der Kammer und dem Normalluftdruck außerhalb eingestellt und auf einem Gleichgewichtsniveau aufrechterhalten wird. Unter diesen Bedingungen wird Luftreibungshitze durch die ständige Drehung der Rotationseinrichtung erzeugt, wodurch das !mere der Kammer durch die Luftreibung aufgeheizt wird und als Heizquelle verwendet werden kann. Ferner ist es, wenn notwendig, angebracht, beim Trockner nasser Artikel, die in die Kammer eingelegt sind, eine bestimmte Menge Außenluft in die Kammer manuell oder automatisch zuzuführen. Demgemäß läßt sich diese Technik in hohem Maße auswerten, da sie in verschiedenen industriellen Kreisen, die sich mit dem Trocknen und der Hitzeerzeugung befassen, weitverbreitet angewandt werden kann.

Wenn die erwähnten nassen Gegenstände getrocknet werden, ist es sehr nützlich, den Trocknungsvorgang effektiv ohne Wärmeverlust auszuführen, indem ein aufgeheiztes und mit einem Dampfgehalt versehenes Gas nach außen abgegeben wird und eine entsprechende Menge von gekühlter Außenluft von der Außenseite angesaugt und der Kammer,

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die auf einem reduzierten Luftdruck heizt, zugeführt wird.

Auf diesen Problemkreis baut die Erfindung auf.

Demgemäß schafft die Erfindung ein Heizverfahren und eine Vorrichtung zur" Durchführung des Verfahrens bei reduziertem Luftdruck innerhalb einer Kammer auf einem Gleichgewichtsniveau, wobei gleichzeitig die Außenluft angesaugt und die Innenluft abgegeben wird, und zwar in entgegengesetzter Richtung im Bereich der Wärmeaustauscheinrichtung. Dabei soll angemerkt werden, daß die anzusaugende Außenluft mit niedriger Temperatur einem Wärmeaustausch mit der inneren nach außen abzugebenden Luft mit hoher Temperatur unterzogen wird. Mit anderen Worten wird die zuerst genannte Außenluft durch die zuletzt genannte Innenluft absorbiert, wobei ein nahezu vollständiger Wärmeaustausch durchgeführt und ein Hitzeverlust verhindert wird. Demgemäß kann eine Temperatursenkung der Kammer verhindert werden.

Wenn der Luftdruck innerhalb einer Kammer auf einem Gleichgewichtsniveau kontinuierlich reduziert wird, indem die Menge der angesaugten Außenluft geringer ist als die nach außen abgegebene Menge der Innenluft, dann fällt die Lufttemperatur in der Kammer nicht, sondern beginnt zu steigen. Wenn demgemäß ein Benutzer die Temperatur schnell absinken lassen will, ist es erforderlich, eine bestimmte Menge von Außenluft in die Kammer zuzuführen, indem eine ödere mehrere Außenluft-Zuführeinrichtungen eingebaut werden. Wenn insbesondere verschiedene Arten von nassen Gegenständen getrocknet werden sollen, ist es hinlänglich bekannt, daß eine Steuerung des Temperaturverlaufes in der Kammer und der Heizzeit in einem bestimmten Umfang notwendig ist.

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Im anderen Fall könnte die Qualität der getrockneten Gegenstände verschlechtert werden.

Ferner wird durch die Erfindung ein Heizverfahren und eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens bei reduziertem Luftdruck innerhalb der Kammer auf einem Gleichgewichtsniveau geschaffen, bei dem die Fortführung des Verfahrens bei reduziertem Luftdruck innerhalb der Kammer auf einem Gleichgewichtsniveau sogar dann möglich ist, wenn die Außenluft durch die Außenluft-Ansaugeinrichtung angesaugt wird und die Luft innerhalb der Kammer mit der Außenluft in Verbindung steht. Ferner ist es, wenn notwendig, möglich, die Kammertemperatur schnell zu senken oder einen Wasserdampfgehalt der Kammer schnell nach ' außen abzugeben, indem eine Außenluft-Einführeinrichtung zur direkten Zufuhr der Außenluft in die Kammer eingebaut wird.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen im einzelnen:

Figur 1 : einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel einer Aufheizvorrichtung;

Figur 2a: eine Rückansicht gemäß II-II von Figur 1 unter teilweiser Weglassung einzelner Teile;

Figur 2b: eine teilweise vergrößerte Schnittdarstellung

der Wärmeaustauscheinrichtung gemäß Figur 2a;

Figur 3 : eine Schnittdarstellung längs der Linie III-III nach Figur 1.

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Mit 1 ist eine Kammer mit geschlossenen Türen 2 benannt, die durch eine doppelwandige Außenwand geschützt ist, zwischen denen ein Hitzeisoliermaterial 3 eingefügt ist. Mit 4 ist eine Luftreibungshitze-Erzeugungseinrichtung benannt, die einen Motor 5, einen oder mehrere Ventilatoren 6 (Rotationseinrichtung) und einen Zylinder 7 umfaßt, der die Ventilatoren 6 abdeckt. Zwischen den Ventilatoren 6 und dem Zylinder 7 ist eine schmale Lücke g gebildet. Mit dem Bezugszeichen 8 ist der Luftreibungshitze-Erzeuger benannt, der in dem Raum, in dem die mehreren Ventilatoren 6 rotieren, gebildet ist. Aufgrund der schmalen Lücke g wird der Luftreibungseffekt verstärkt. Natürlich kann die Größe des Ventilators 6, die Anzahl der Flügel 6a, die Neigung eines jeden Flügels 6a, der Abstand zwischen den benachbarten Ventilatoren 6, die Anzahl der Ventilatoren 6, etc.-wahlweise verändert werden. Wie in der deutschen Patentanmeldung P 33 11 648.2 offenbart ist, kann die Dreheinrichtung mit mehrstufigen Ventilatoren ausgerüstet sein. Der Ventilator 6, beispielsweise ausgebildet als Propellerventilator, Walzenventilator oder dergleichen umfaßt Rotationsflügel 6a, die mit einer bestimmten Neigung versehen sind, um die Luft in die Kammer 1 anzusaugen und abzugeben.

Eine Wärmeaustauscheinrichtung A besteht aus einer Innenluft-Ausströmeinrichtung 9 und einer Außenluft-Ansaugeinrichtung 13, die nachfolgend beschrieben wird. ·

Die Innenluft-Ausströmeinrichtung 9 steht mit einer öffnung 4a der Ausströmseite der Luftreibungshitze-Erzeugungseinrichtung 4 und ferner mit der Außenseite der Kammer 1 in Verbindung.

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Die Innenluft-Ausströmeinrichtung 9 umfaßt eine große Anzahl von parallel zueinander angeordneten Wärmeauslauschplatten 10, einer großen Anzahl von Wärmeaustauschrohren 11, die die Warmeaustauschplatten 10 in einem rechten Winkel durchschneiden und einem Durchlaß 12, der außerhalb der Wärmeaustauschrohre 11 gebildet ist.

Mit dem Bezugszeichen 13 ist eine Außenluft-Ansaugeinrichtung gezeigt, die als integraler Bestandteil in die Innenluft-Ausströmeinrichtung 9 eingebaut ist. Mit 14 ist ein außerhalb der Innenluft-Ausströmeinrichtung 9 gebildeter Rohrkörper benannt, der Räume 14a, 14a umfaßt, die in zwei Reihen entlang beider Öffnungen 11a, 11a der Vielzahl von Wärmeaustauschrohren 11 angeordnet sind. In den in den beiden Reihen angeordneten Räumen 14a, 14a sind mehrere Querwände 15 in versetzter Weise zueinander angeordnet. Ferner umfaßt der Rohrkörper 14 einen in Zickzackform gebildeten Durchlaß 18, der von einer Ventilöffnung 16 der Außenluft-Ansaugeinrichtung 13 zu einer Öffnung 17 führt, die mit der Kammer 1 in Verbindung steht. Dieser zickzackförmige Durchlaß 18 ist längs der Wärmeaustauschrohre 11 und der Querwände 15 gebildet.

Wahlweise kann die Ventilöffnung 16 der Außenluft-Ansaugeinrichtung 13 durch ein Zeitglied oder manuell geöffnet oder geschlossen werden, um die Lufttemperatur der Kammer 1 zu regeln. Mit 13a ist eine Außenluft-Einlaßeinrichtung gekennzeichnet, die direkt mit der Kammer 1 verbunden ist und die ein entweder manuell oder automatisch steuerbares Ventil V und eine Leitung P umfaßt. Wenn die Lufttemperatur in der Kammer 1 schnell gesenkt werden soll, kann das Ventil V entsprechend den Befehlen einer nicht näher gezeigten Steuereinrichtung geöffnet werden.

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Wahlweise können mehrere Außenluft-Einlaßeinrichtungen 13a mit der Kammer 1 verbunden werden.

Mit 19 ist ein Innenluft-Einlaßzylinder 19 bezeichnet, der unterhalb der Öffnung 4b der Luftansaugseite der Luftreibungshitze-Erzeugungseinrichtung 4 angeordnet ist. Mit dem Bezugszeichen 20 ist ein Luftzirkulationsrohr mit einer Öffnung 22 gekennzeichnet, die mit der Kammer 1 in Verbindung steht. Das Bezugszeichen 21 zeigt eine Trennwand zur Abdeckung der Luftreibungshitze-Erzeugungseinrichtung 4. Das Bezugszeichen 23 betrifft ebenfalls eine öffnung für die Zirkulation der Innenluft. Mit 24 ist eine Leitung mit geringer Größe zur Einführung der Außenluft benannt, um den Motor 5 vor einem Überhitzen zu schützen.

Das erfindungsgemäß Aufheizverfahren wird nachfolgend beschrieben.

Wenn der Motor 5 angeschaltet wird, beginnen die mehreren Ventilatoren 6 zu drehen, wobei die Luft innerhalb der geschlossenen Kammer 1 kräftig angesaugt und über die Innenluft-Ausströmeinrichtung mittels der Luftansaug- und -ausströmwirkung der Ventilatoren 6 nach außen .abgegeben wird. Im Ergebnis wird der Luftdruck in der Kammer 1 allmählich reduziert. Allmählich wird die Differenz zwischen dem reduzierten Luftdruck innerhalb der Kammer und dem Normalluftdruck außerhalb größer, wobei aber nach einer kurzen Zeitdauer die Differenz auf einem Gleichgewichtsniveau aufrecht erhalten wird. 30

Bei dem reduzierten Gleichgewichtsluftdruck innerhalb der Kammer wird ein Luftrückhalt- bzw. Luftrückstauphänomen

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in dem Luftreibungshitze-Erzeugungsbereich 8 im Drehbereich der Ventilatoren 6 erzeugt. D.h., wenn die Flügel 6a kontinuierlich gedreht werden, dann wird in der schmalen Lücke g des Luftreibungshitze-Erzeugungsbereiches 8 Luftreibungshitze erzeugt, wodurch die Temperatur sich allmählich erhöht. Die so erzeugte Luftreibungshitze wird über die Kammer 1 hindurch gleichförmig verteilt, so daß die Kammer auf eine gewünschte Temperatur aufgeheizt werden kann. Entsprechend wird, wenn feuchte Gegenstände in die Kammer 1 hineingegeben werden, ein Wassergehalt in jedem Gegenstand durch den Luftdruck-Reduktionseffekt in der Kammer 1 entfernt. Zusätzlich wird aufgrund des Luftreibungshitzeeffektes die Kammertemperatur erhöht, wodurch alle in die Kammer gegebenen nassen Gegenstände aufgeheizt werden. Somit kann die Trocknungsbehandlung dieser Gegenstände, als auch der Entzug des Wassergehaltes und dergleichen effektiv ausgefüllt werden.

Wenn die Ventilöffnung 16 der Außenluft-Einlaßeinrichtung 13 durch ein Zeitglied oder im Hinblick auf die Temperatur der Kammer 1 geöffnet wird, dann wird die Außenluft der Kammer 1 zugeführt und in ihr verteilt, indem diese mäanderförmig in einer Zickzack-Linie längs des Weges des Durchlasses 18 durch die Vielzahl der Wärmeaustauschrohre 11 und der in zwei Reihen angeordneten Räume 14a, 14a geführt wird. Dann wird eine Menge von Wasserdampf enthaltendes Gas in der Kammer 1, die der eingeführten Menge der Außenluft entspricht, aus der Kammer über den Weg der Innenluft-Ausströmeinrichtung 9 der Luftreibungshitze-Erzeugungseinrichtung 4 abgegeben. Wenn die abgegebene Menge der aufgeheizten Innenluft größer ist als die eingeführte Menge der Außenluft, dann wird das Ausmaß der Luftdruckreduzierung in der Kammer 1 unter der Bedingung, daß die Ventilöffnung 16 abgedichtet ist, gesenkt,

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wobei aber der Luftdruck-Reduktionseffekt auf einem Gleichgewichtsniveau aufrecht erhalten und die Hitzeerzeugungswirkung fortgesetzt wird, wobei die Temperatur steigt.

Soll die Kammertemperatur schnell gesenkt werden, so wird Außenluft unbeschränkt bzw. ungedrosselt in die Kammer eingeführt, indem das Ventil V der Außenluft-Einlaßeinrichtung 13a geöffnet wird. Dadurch wird die Differenz zwischen dem Luftdruck innerhalb der Kammer 1 und dem Normaldruck außerhalb aufgehoben und die Kammertemperatur fällt schnell auf die gewünschte Höhe ab.

Bei einer üblichen Betriebssituation gemäß der Erfindung ist deshalb die Ventilöffnung 16 der Außenluft-Einlaßeinrichtung 13 zunächst abgedichtet.

Bei einer derartig vollständig abgedichteten Betriebsbedingung wird der Druck innerhalb der Kammer 1 bis auf ein Gleichgewichtsniveau reduziert. Nachfolgend wird die Ventilöffnung 16 geöffnet. Ferner wird das Ventil V der Außenluft-Einlaßeinrichtung 13a geöffnet. Es kann jedoch die Kammertemperatur auch sogar unter der Bedingung, daß die Ventilöffnung 16 der Außenluft-Einlaßeinrichtung 13 bereits vor der ersten Inbetriebnahme geöffnet ist, erhöht werden, da die Luft in der Kammer etwas mit der Außenluft in Verbindung steht und folglich der Grad des Luftdruckreduzierungseffektes niedriger ist als im Gegensatz zu dem Zustand, in dem die Kammer 1 vollständig abgedichtet ist. Natürlich kann die Außenluft-Einlaßeinrichtung 13a auch zum Senken der Kammertemperatur benutzt werden.

Da die Innenluft-Ausströmeinrichtung 9 eine große Anzahl von Wärmeaustauschplatten 10 und auch eine große An-

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zahl von Wärmeaustauschrohren 11 umfaßt, wird der Wärmeaustausch der in der Kammer aufgeheizten Innenluft mit der durch die Vielzahl der Wärmeaustauschrohre 11 über die Außenluft-Ansaugeinrichtung 13 geführten Außenluft wirksam bewerkstelligt. Im Ergebnis wird ein Wassergehalt der aufgeheizten Innenluft abgegeben und gekühlt und vollständig als abgeschiedenes (kondensiertes) Wasser entfernt.

Wie unter Bezugnahme auf Figur 1 anhand der dort gezeigten Pfeile zu ersehen ist, wird die Luft in der Kammer wirksam durch die Anordnung der Innenluft-Einlaßzylinder 19, das Luftzirkulationsrohr 20 und die Seitenöffnung 23 zirkuliert. Somit können die in die Kammer 1 eingegebenen nassen Gegenstände aufgeheizt oder wirksam getrocknet werden.

Gemäß einem anderen erfindungsgemäßen Aspekt werden, da die Wärmeaustauscheinrichtung durch integralen Einbau der Außenluft-Ansaugeinrichtung in die Innenluft-Ausströmeinrichtung gebildet ist, die Wirkung der Außenluftansaugung und der Innenluftabgabe gemeinsam in entgegengesetzter Richtung bewirkt, wodurch der Wärmeaustausch äußerst wirksam und effizient ausgeführt werden kann. Dadurch kann ein Temperaturabfall in der Kammer verhindert werden.

Da der Wärmeaustausch wirksam ausgeführt wird, kann der dampfförmige Wassergehalt der aufgeheizten Innenluft ferner niedergeschlagen und verflüssigt werden, wodurch die Abgabe von feuchter Luft verhindert wird. Dadurch ist die Wärmeaustauscheinrichtung auch zur Abgabe eines Wassergehaltes odgl. geeignet und verwendbar.

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Ferner kann durch Entfernung der Außenluft-Einlaßeinrichtung oder durch Abdichten des zugehörigen Ventils die Kammer geschlossen und bei reduziertem Luftdruck innerhalb auf einem Gleichgewichtsniveau geheizt werden. Zusätzlich kann die Kammer bei reduziertem Luftdruck innerhalb auf einem Gleichgewichtslöffel auch dann geheizt werden, wenn sie mit der Außenluft in Verbindung steht, wenn diese über die VVärmeaustauscheinrichtung durch die Außenluft-Ansaugeinrichtung eingeführt wird. Demgemäß kann die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Trocknen, Heizen und für andere unterschiediche industrielle Zwecke verwendet werden, wobei die Kammertemperatur schnell durch Betätigung der Außen-Einlaßeinrichtung gesenkt wird.

Claims (4)

Dipl.-Chem. Dr. Steffen Andrae Dipl.-Ing. Dietmar Haug Steinstraßo 44 D-8000 München 80 Telefon: (089) 482089 Telegramm: pagema München Telex: 5216281 afho d Nobuyoshi KUBOYAMA, 28-9-1, Shimomiyamori, Aza, Miyamori-Mura, Kamihei-Gun, Iwate-ken, Japan 60 P 79 Heizverfahren und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Ansprüche:

1. Verfahren zum Aufheizen des Inneren einer Kammer bei reduziertem Luftdruck, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Kammer zurückgehaltene Luft kräftig angesaugt oder die Luft durch eine Außenluft-Ansaugeinrichtung durch Rotation einer in der Kammer angeordneten Rotationseinrichtung angesaugt wird, daß die Luft durch eine Innenluft-Ausströmeinrichtung außerhalb der Kammer abgegeben wird, bis der Luftdruck in der Kammer auf ein

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Gleichgewichtsniveau abgenommen hat, daß die Differenz zwischen dem reduzierten Luftdruck innerhalb und dem Luftdruck außerhalb der Kammer auf dem Gleichgewichtsniveau aufrechterhalten wird, daß Luftreibungshitze durch ständige Rotation der Rotationseinrichtung erzeugt und das Innere der Kammer durch die Luftreibungshitze erwärmt wird und daß ein Wärmeaustausch zwischen der durch die Innenluft-Ausströmeinrichtung abgegebenen Warmluftenergie und eine durch die Außenluft-Ansaugeinrichtung angesaugte gekühlte Außenluft stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Außenluft direkt in das Innere der Kammer über eine Außenluft-Einlaßeinrichtung zugeführt wird.

3. Aufheizvorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine abdichtbare Kammer (1) mit einer Außenluft-Einlaßeinrichtung (13a) zur direkten Zuführung von Außenluft in die Kammer (1), eine in der Kammer (1) angeordnete Rotationseinrichtung (Ventilator 6) zur Reduzierung des Luftdruckes in der Kammer (1) auf einem minimierten Gleichgewichtsniveau, indem die in der Kammer (1) zurückgehaltene Luft durch eine Innenluft-Ausströmeinrichtung (9) benachbart zu der Rotationseinrichtung kräftig angesaugt und außerhalb der Kammer (1) abgegeben wird, wobei die Rotationseinrichtung eine Aufrechterhaltung der Differenz zwischen dem reduzierten Luftdruck innerhalb der Kammer (1) und dem Luftdruck außerhalb der Kammer (1) auf einem reduzierten Gleichgewichtsniveau bewirkt und das Innere der Kammer (1) aufheizt und durch eine Wärmeaustauscheinrichtung (A), in der eine Außenluft-Ansaugeinrichtung (13) in der Innenluft-Ausströmeinrichtung (9) integriert eingebaut ist.

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4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (1) mit mehreren Außenluft-Einlaßeinrichtungen (13a) versehen ist.