DE4100232C2 - Einrichtung zur Regelung des in einem Ofenraum herrschenden Gasdrucks - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Messung und Regelung des in einem Ofenraum herrschenden Gasdrucks.

Die Abgase oder die Abluft von Öfen, insbesondere Industrie­ öfen wie beispielsweise Herdwagen- oder Kammeröfen zum Brennen keramischer Formlinge, werden üblicherweise über einen nach außen führenden Schornstein abgeführt. Druck­ differenzen im Ofenraum sowie thermischer Auftrieb unter­ stützen den Abgasstrom. Hierbei kann es zu unerwünschten Veränderungen des Gasdrucks im Ofenraum kommen. Um die für die Verfahrenstechnik notwendige Konstanz des Gas­ drucks im Ofenraum einzustellen, ist es bekannt, mit Hilfe eines Meßgerätes den jeweils aktuellen Gasdruck im Ofen­ raum zu messen und bei Abweichungen von einem vorgegebenen Sollwert aufgrund eines Über- oder Unterdrucks im Ofenraum eine im Schornstein beziehungsweise Abgassystem angeordnete Regelklappe zu aktivieren, die sich im Fall eines gemessenen Überdrucks zusätzlich öffnet beziehungsweise im Fall eines zu niedrigen Drucks gegebenenfalls bis zur vollständigen Absperrung des Querschnittes des Schornsteins schließt.

Ein wesentlicher Nachteil der bekannten Regelklappe besteht darin, daß sie einem erheblichen Verschleiß unterliegt, vor allem aufgrund der teilweise extremen thermischen Beanspruchung, zum Beispiel beim Brennen keramischer Form­ teile. Dies hat zur Folge, daß die Regelklappe nur eine kurze Lebensdauer hat und nach einem gewissen Verschleiß nur noch bedingt oder gar nicht mehr funktioniert. Sie muß dann ausgewechselt werden.

Aus US 4 638 487 A ist ein in einem geschlossenen Raum angeordneten Elektro-Lichtbogenofen bekannt, der über eine Zuführöffnung mit Schrott beschickt wird. Beim Beschicken des Ofens steigt mit Staubteilchen beladene Abluft auf. Dabei soll ein unkontrolliertes Entweichen der Abluft aus dem Raum verhindert werden. Zu diesem Zweck ist im Bereich der Beschickungsöffnung eine Gebläseanordnung vorgesehen, die senkrecht zur Beschickungsrichtung wirkt und die Abgase in eine benachbarte Filtereinheit führt, wo die Staubteilchen abgeschieden werden.

Aus der DE 24 15 547 B1 ist eine Einrichtung zum Regeln des Ofendrucks an einem Ofen zur Wärmebehandlung von insbesondere metallischem Gut mit mehreren Brennern bekannt, die über Zufuhrleitungen mit Verbrennungsluft versorgt werden. Entsprechend der Temperatur im Ofenraum werden die Zuführleitungen zu gegebener Zeit abgesperrt und die Verbrennungsluft wird über Abzweigleitungen umgeleitet und über eine Ringdüse in den Kamin des Ofens geleitet. Die bekannte Einrichtung führt zwar zu einer Drosselung der Wirkung des Rauchgasabzuges, jedoch nur dann, wenn die Brenner abgeschaltet sind. Darüber hinaus ermöglicht die bekannte Einrichtung keine kontinuierliche Regelung.

Der Erfindung liegt insoweit die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zur Messung und anschließenden Regelung des in einem Ofenraum herrschenden Gasdrucks anzubieten, mit der möglichst verschleißfrei eine sichere und zuverlässige Regelung des Abgasstromes/Abluftstromes erreicht werden kann. Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfidnung eine Einrichtung mit den Merkmalen des Hauptanspruchs vor.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, daß dieses Ziel unter Vermeidung mechanischer Absperrmittel verblüffend einfach und sicher auf ganz anderem Wege, nämlich mit Hilfe zwangsweise zugeführter Kaltluft in den Abgasstrom erreicht werden kann. Der Kerngedanke der Erfindung besteht danach darin, die Abgase-/Abluftmenge über einen relativ kühleren Sperrluftstrom zu regeln. Wird beispielsweise senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgases Kaltluft in den Schornstein eingeblasen, so entsteht eine Art "Luftbarriere", die die heißere Abluft zurückhält. Wird die Menge des Kaltluftstromes reduziert, gegebenenfalls bis auf Null, kann wieder mehr Abgas über die "Luftsperre" hinaus durch den Schornstein austreten. Der vorstehend beschriebene Effekt läßt sich aber nicht nur über eine Regelung der Menge der zugeführten Kaltluft, sondern auch über ihre Temperatur beziehungsweise Strömungsrichtung erreichen. Dabei hat die Erfindung erkannt, daß die "Absperrwirkung" der zugeführten Kaltluft umso größer ist, je größer die Temperaturdifferenz zwischen Kaltluft und Abgasstrom ist oder umgekehrt: je geringer die Temperaturdifferenz zwischen Kaltluft und Abgas ist, umso mehr Abluft kann über die "Absperrstelle" hinaus durch den Schornstein entweichen.

Auch die Strömungsrichtung der zugeführten Kaltluft ermöglicht eine Regelung des Abgasstromes. Wird die Kaltluft senkrecht zur Strömungsrichtung des Abgases zugeführt oder im Extremfall sogar entgegen der Strömungsrichtung des Abgases, so ist für das Abgas praktisch keine Möglichkeit mehr gegeben, aus dem Schornstein auszutreten. Durch diese Sperre des Abgasstromes wird gleichzeitig der Druck im Ofenraum wieder erhöht. Verläuft die Strömungsrichtung des Kühlgases unter einem Winkel < 90°, jedoch in Strömungsrichtung des Abgases, so ist zwar immer noch eine Sperrwirkung vorhanden, jedoch geringer als in vorgenannten Fällen. Die Regelung der zugeführten Kaltluftmenge, ihrer Temperatur oder Strömungs­ richtung erfolgt mit Unterstützung des genannten Meßgerätes. Stellt dieses eine Abweichung vom vorgegebenen Sollwert fest, gibt sie ein entsprechendes Signal an die Druckluft­ quelle, die Beheizung für die Kaltluft beziehungsweise die Stellglieder für die Luftzuführorgane, wobei diese Regelung kontinuierlich oder diskontinuierlich erfolgen kann. Dabei umfaßt der Begriff "Regelung" auch eine "Steuerung".

In ihrer allgemeinsten Ausführungsform ist die Einrichtung zur Regelung des in einem Ofenraum herrschen­ den Gasdrucks durch die Merkmale des Patentranspruchs 1 gekennzeichnet. Über den so in den Abgaskanal geführten Sperrluft­ strom wird der im Ofenraum herrschende Gasdruck auf den Sollwert zurückgeführt.

Bezüglich der Ausbildung des Zuführorgans schlägt die Erfindung verschiedene alternative Ausführungsformen vor:
Eine Möglichkeit besteht darin, eine oder mehrere, im Wandbereich des Abgaskanals angeordnete Düsen oder Schlitze vorzusehen, die an einer Druckluftquelle anschließbar sind. Die Düsen/Schlitze können dabei entweder direkt in der Wand angeordnet werden, zum Beispiel ringförmig; es ist aber auch möglich, sie beispielsweise als Bestandteil eines ringförmigen Luftzuführrohres auszubilden, wodurch der Installationsaufwand verringert wird.

In diesem Fall sind ein oder mehrere Luftzuführrohre wand­ seitig oder im Abgaskanal/Schornstein angeordnet und die Luft tritt über Löcher/Schlitze der Zuführrohre aus.

Vorzugsweise sind die Düsen/Schlitze in einer vorzugsweise horizontalen Ebene nebeneinander ausgebildet und bei An­ ordnung von zwei Luftzuführrohren im wesentlichen gegen­ einander gerichtet. Auf diese Art und Weise kann von zwei gegenüberliegenden Wandflächen des Schornsteins die Luft senkrecht zum Abgasstrom eingedüst werden.

Die Zuführrohre selbst sind vorzugsweise so angeordnet, daß sie entlang ihrer Mittenlängsachse drehbar sind. Auf diese Weise kann die Ausströmrichtung der Luft verändert werden und zwar so, daß sie sowohl entgegen der Strömungs­ richtung des Abgases senkrecht zum Abgasstrom, aber auch in dessen Strömungsrichtung verläuft. Je nach Strömungs­ richtung der Kaltluft wird hierdurch der Sperrluftstrom verstärkt oder abgeschwächt. Zur Positionsveränderung der Luftzuführrohre stehen dem Fachmann zahlreiche konstruk­ tive Möglichkeiten zur Verfügung. Insofern wird lediglich beispielhaft ein vom Meßgerät aktivierbarer Stellantrieb (ein Getriebe) vorgeschlagen. Dabei können die Luftzu­ führrohre endseitig durch die Schornsteinwand herausgeführt und außenseitig mit dem Getriebe gekuppelt werden, so daß dieses nicht dem Heißgasstrom ausgesetzt wird.

Auf gleiche Weise kann - beispielsweise am gegenüberliegen­ den Ende - die Druckluftquelle an die Luftzuführrohre angeschlossen werden. Diese besteht im einfachsten Fall aus einem Gebläse. Die Regelung des Gebläses und damit die Kaltluftmenge kann entweder unmittelbar vom Meßgerät beziehungsweise dessen Regeleinheit in Abhängigkeit von den erfaßten Druckwerten im Ofenraum geregelt werden; es ist aber auch möglich, das Gebläse mit konstanter Leistung zu fahren und zwischen Gebläse und den Luftaustrittsöffnun­ gen außerhalb des Abgassystems eine Regelklappe anzuordnen, die den Querschnitt und damit die zugeführte Luftmenge verändert. Auch diese Regelklappe ist dann vorzugsweise wieder direkt von entsprechenden Signalen des Meßgeräts verstellbar.

Im einfachsten Fall saugt das Gebläse Umgebungsluft an und führt diese - bei Bedarf - über die Zuführorgane in den Abgasweg. Wie oben ausgeführt kann eine Regelung der Absperrwirkung des Sperrluftstromes aber auch über die Temperatur der zugeführten Kaltluft erreicht werden. Es ist deshalb nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, das Gebläse und/oder die Zuführ­ organe beheizbar auszubilden. Auch die Beheizung ist wiederum über das genannte Meßgerät regelbar, und zwar in Abhängig­ keit von den im Ofenraum jeweils herrschenden und gemessenen Gasdrücken. Ebenso ist die Zufuhr kühlerer Ofenabluft möglich.

Es ist selbstverständlich, daß eine oder mehrere Einrichtungen der genannten Art im Abgaskanal und/oder dem Schornstein eines Ofens angeordnet werden können. Ihre Anordnung und konkrete Ausbildung kann der Fachmann anhand des jeweiligen Anwendungsfalls auswählen. In jedem Fall ist aber darauf zu achten, daß sich eine Regelung des Abgasstromes und damit eine Beeinflussung des im Ofenraum herrschenden Gasdruckes stets nur dann bewerkstelligen läßt, wenn gegenüber dem Abgasstrom ein Widerstand durch kältere Luft aufgebracht wird.

Aus Vorstehendem ergibt sich, daß die beschriebene Ein­ richtung vollständig auf mechanische Sperraggregate verzichtet. Sie arbeitet ausschließlich mit Luft. Verschleißprobleme wie im Stand der Technik bestehen deshalb nicht mehr. Die Luftregelung ist sehr viel präziser als die mechanische Regelung. Die beschriebene Einrichtung kann ohne weiteres an vorhandenen Ofenaggregaten nachgerüstet werden.

Besonders vorteilhaft wird die Einrichtung dort angewendet, wo hohe Ofentemperaturen und damit hohe Abgastemperaturen herrschen. In diesem Zusammenhang sind in erster Linie Industrieöfen zu nennen. Der Anwendungsbereich erstreckt sich sowohl auf diskontinuierlich arbeitende Öfen, wie Herdwagen- oder Kammeröfen, als auch auf kontinuierliche Öfen, wie Tunnelöfen oder dergleichen. Bei letztgenannter Gruppe ist es beispielsweise bekannt, einzelne Zonen des Ofens durch sogenannte "Schotten" zu unterteilen, um in einzelnen Ofenbereichen unterschiedliche Ofenatmosphären und -drücke einstellen zu können. In diesem Fall wird man entsprechend den einzelnen Ofenzonen Einrichtungen der genannten Art in den jeweils zugehörigen Abgaskanälen anordnen. Schließlich besteht ein wichtiger Vorteil der Einrichtung auch darin, daß heiße Abgase beim Arbeiten mit einem kühleren Sperrluftstrom (definiert) gekühlt werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbei­ spieles näher beschrieben, wobei die einzige Figur in stark schematisierter Darstellung einen Herdwagenofen zum Brennen keramischer Formteile zeigt, dessen Schorn­ stein mit einer erfindungsgemäßen Einrichtung ausgerüstet ist.

Mit dem Bezugszeichen 10 ist ein Herdwagenofen gekenn­ zeichnet, der eine übliche Bauform aufweist und deshalb hier nicht näher beschrieben wird. Zu erkennen ist ein Herdwagen 12, auf dem das keramische Brenngut 14 aufliegt. In der Decke 16 des Ofens 10 sind zwei Abgasöffnungen 18a, b zu erkennen, die jeweils in einen zugehörigen Abgas­ kanal 20a, 20b münden, die gemeinsam in einen vertikal sich nach oben erstreckenden Schornstein 22 verlaufen.

Das Abgas aus dem Ofenraum 24 wird also im Normalfall den Weg über die Abgasöffnungen 18a, b, die Abgaskanäle 20a, b und den Schornstein 22 in die Umgebungsatmosphäre nehmen.

Wie der Figur zu entnehmen ist, verlaufen durch den Schorn­ stein 22 unmittelbar vor dessen beiden gegenüberliegenden Wänden 22a, b Rohrleitungen 28a, b, die im Bereich der senkrecht dazu verlaufenden Schornsteinwände 22c, d dreh­ bar gelagert sind und im Bereich hinter der Wand 22c in eine gemeinsame Rohrleitung 30 münden.

Im Bereich innerhalb des Schornsteins 22 weisen die Rohr­ leitungen 28a, 28b in axialer Richtung hintereinander angeordnete Öffnungen (Düsen) 32 auf, deren Funktion nach­ stehend noch näher beschrieben wird.

Am freien Ende der Rohrleitung 30 ist ein Gebläse 34 ange­ ordnet, über das Frischluft in die Rohrleitung 30 und die Rohrleitungen 28a, b gefördert wird. Diese Frischluft kann anschließend über die Düsen 32 in den Innenraum des Schornsteins 22 austreten. Auch dies wird nachstehend näher beschrieben.

Der Figur läßt sich weiter entnehmen, daß zwischen der Rückwand 22c des Schornsteins 22 und dem Anschlußbereich der Rohrleitungen 28a, 28b an die Rohrleitung 30 Kupp­ lungen 36a, b angeordnet sind. Diese dienen dazu, den Bereich der Rohrleitungen 28a, b zwischen den Kupplungen 36a, b und den freien Enden der Rohrleitungen 28a, b dreh­ bar zu führen. Zu diesem Zweck sind die über die Vorder­ wand 22d des Schornsteins 22 vorstehenden freien Enden der Rohrleitungen 28a, b an ein Gestänge 40 angeschlossen, das wiederum mit einem reversierbaren Stellantrieb 42 gekoppelt ist. Über den Stellantrieb 42 und das Gestänge 40 lassen sich die Rohrleitungen 28a, 28b drehen und damit die Position der Düsen 32 verändern.

Außerhalb des Ofens ist ferner ein Meßgerät 44 angeordnet, das über eine Leitung 46 den im Ofenraum 24 herrschenden Gasdruck mißt. Das Meßgerät 44 weist ferner eine Regel­ einheit auf, die bei Abweichung des ermittelten Gasdrucks von einem vorgegebenen Sollwert ein Signal an den Stellantrieb 42 gibt, der entsprechend das Gestänge 40 in Bewegung setzt, wodurch die Richtung der Düsen 32 verändert wird. Auf diese Weise wird gleichzeitig die Strömungsrichtung der vom Gebläse 34 zugeführten Kaltluft verändert. Soll zum Beispiel ein weiteres Ausströmen von Abgas völlig verhindert werden, so wird das vom Meßgerät 44 auf den Stellantrieb 42 gegebene Signal dazu führen, daß die Düsen 32 unmittel­ bar gegeneinander gerichtet sind. Auf diese Weise wird praktisch über den gesamten Querschnitt des Schornsteins 22 ein Sperrluftstrom ausgebildet und damit das Abgas an einem Durchtritt über diese Stelle gehindert.

Diese Stellung bleibt solange aufrechterhalten, bis der Gasdruck im Ofenraum 24 wieder den vorgegebenen Sollwert erreicht hat. Bildet sich anschließend im Ofenraum 24 ein Überdruck aus, so wird dies im Meßgerät 44 angezeigt, das dann ein entsprechendes Signal an den Stellantrieb 42 gibt, um die Düsen 32 über das Gestänge 40 in Richtung auf das offene Ende des Schornsteins 22 in einem bestimmten Winkel zu verschwenken, wodurch die Sperrwirkung des Sperr­ luftstromes verringert wird und damit gleichzeitig wieder etwas Abgas durch den Schornstein 22 nach außen austreten kann.

In umgekehrter Weise kann durch Rückführung der Position der Düsen 32 zu gegebener Zeit wieder eine vollständige Absperrung des Abgasstromes erreicht werden.

Der Figur läßt sich entnehmen, daß entlang der Rohrleitung 30 ein Stellglied 48 in Form einer Regelklappe angeordnet ist. Auch dieses ist direkt mit dem Meßgerät 44 beziehungs­ weise dessen Regeleinheit verbunden. Alternativ zur Regelungs­ möglichkeit über den Stellantrieb 42 oder zusätzlich kann deshalb bei Abweichungen des gemessenen Gasdrucks vom Sollwert auch das Stellglied 48 verändert und damit die vom Gebläse 34 zugeführte Luftmenge variiert werden. Es ist offensichtlich, daß bei nachlassendem Druck der zugeführten Kaltluft die Sperrwirkung der erfindungsgemäßen Einrichtung nachläßt, wodurch wieder mehr Abgas entweichen kann oder bei erhöhtem Kaltluftdruck die Sperrwirkung erhöht wird und entsprechend weniger Abgas ausströmen kann.

Mit der beschriebenen Einrichtung läßt sich die Menge des Abgasstromes praktisch beliebig regeln, und zwar derart, daß bereits kleinste Abweichungen vom Sollwert dadurch korrigiert werden, daß die Durchströmungsrate des Abgases durch Veränderung der Strömungsrichtung der Kaltluft oder der Strömungsmenge der Kaltluft variiert wird.

Gleichzeitig wird das Abgas/die Abluft gekühlt.

Die im Meßgerät 44 integrierte Regeleinheit besteht vorzugs­ weise aus einem Prozeßrechner und arbeitet vollautomatisch.

Claims (8)

1. Einrichtung zur Regelung des in einem Ofenraum (24) herrschenden Gasdrucks mit folgenden Merkmalen:

• 1.1 einem Meßgerät (44) mit Regeleinheit zur Erfassung des im Ofenraum (24) herrschenden Gasdrucks,
• 1.2 das Meßgerät (44) ergibt bei Abweichungen von einem vorgegebenen Sollwert ein Signal an einen Stellantrieb (42) und/oder eine Druckluftquelle (34) für mindestens ein Zuführorgan (28a, 28b, 32) für Kaltluft,
• 1.3 das Zuführorgan (28a, 28b, 32) ist außerhalb des Ofenraums (24) im Abgaskanal (22a, 22b, 22) so angeordnet, daß dort ein geführter Sperrluftstrom für das aus dem Ofenraum (24) kommende Abgas entsteht,
• 1.4 das Zuführorgan (28a, 28b, 32) ist über den Stellantrieb (42) richtungsverstellbar angeordnet und/oder
• 1.5 die zugeführte Kaltluft ist in ihrer Temperatur und/oder über die Druckluftquelle (34) in ihrer Menge einstellbar.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, bei der das Zuführorgan (28a, 28b, 32) mindestens eine(n), im Wandbereich des Abgaskanals (22a, 22b, 22) angeordnete(n) Düse/Schlitz aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der das Zuführorgan (28a, 28b) aus mindestens einem, mit Luftaustrittsdüsen/- Schlitzen (32) ausgebildeten Luftzuführrohr besteht.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, bei der mehrere Luftzuführrohre (28a, b) beabstandet zueinander im Abgaskanal (22) angeordnet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, bei der die Luftzuführrohre (28a, b) um ihre Längsachse drehbar sind.

6. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der die Druckluftquelle (34) so ausgebildet ist, daß sie Frischluft aus der Umgebungsatmosphäre ansaugt und dem/den Zuführorganen (28a, b, 32) zugeleitet.

7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei der die Druckluftquelle (34) und/oder die Zuführorgane (28a, b, 32) beheizbar sind.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, bei der zwischen der Druckluftquelle (34) und den Luftaustrittsöffnungen (32) der Zuführorgane (28a, b) eine Luftregelklappe (48) angeordnet ist.