EP2633922A1

EP2633922A1 - Vorrichtung zur thermischen Nutzung eines Primärfluids und Anlage zur Behandlung von Gegenständen mit einer solchen

Info

Publication number: EP2633922A1
Application number: EP13000726.3A
Authority: EP
Inventors: Volker Strobel
Original assignee: Eisenmann SE
Current assignee: Eisenmann SE
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2013-09-04
Anticipated expiration: 2033-02-13
Also published as: DE102012004246A1; EP2633922B1

Abstract

Eine Vorrichtung zur thermischen Nutzung eines Primärfluids umfasst eine Wärmetauschereinrichtung (42) mit einer Einlassleitung (38), durch welche Primärfluid zu einer Wärmetauschereinheit (44) leitbar ist, mittels welcher ein Sekundärfluid durch das Primärfluid temperierbar ist, und mit einer Auslassleitung (46), durch welche Primärfluid nach Durchströmen der Wärmetauschereinheit (44) ausströmt. Primärfluid ist durch eine Strömungsleitung (40) strömungstechnisch an der Wärmetauschereinrichtung (42) vorbei leitbar, so dass dieses Primärfluid nicht zur Wärmetauschereinrichtung (42) gelangt. Mittels einer Steuer- und Regeleinrichtung (58, 72) ist der jeweilige Anteil des Primärfluids einstellbar, welcher zur Wärmetauschereinheit (44) und in die Strömungsleitung (40) gelangt. Der Strom von Primärfluid zur Wärmetauschereinheit (44) kann mittels einer Sicherheitseinrichtung (64) unterbrochen werden. Die Sicherheitseinrichtung (64) umfasst eine in der Einlassleitung (38) oder in der Auslassleitung (46) der Wärmetauschereinrichtung (42) angeordnete Ventileinheit (68, 70), mittels welcher die Einlassleitung (38) oder die Auslassleitung (46) wahlweise verschließbar oder freigebbar ist und für deren Betrieb Betriebsmittel notwendig sind. Die Ventileinheit (68, 70) ist derart eingerichtet, dass sie bei Fehlen der Betriebsmittel ihre Schließstellung einnimmt, und die Sicherheitseinrichtung (64) umfasst außerdem ein Sicherheitssystem (58, 62), durch welches die Betriebsmittel für die Ventileinheit (68, 70) sperrbar sind. Außerdem ist eine Anlage zum Behandeln von Gegenständen mit einer Nachverbrennungseinrichtung und einer solchen Nutzvorrichtung angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur thermischen Nutzung eines Primärfluids, welche umfasst:

a) eine Wärmetauschereinrichtung mit einer Einlassleitung, durch welche Primärfluid zu einer Wärmetauschereinheit leitbar ist, mittels welcher ein Sekundärfluid durch das Primärfluid temperierbar ist, und mit einer Auslassleitung, durch welche Primärfluid nach Durchströmen der Wärmetauschereinheit ausströmt;
b) eine Strömungsleitung, durch welche Primärfluid strömungstechnisch an der Wärmetauschereinrichtung vorbei leitbar ist, so dass dieses Primärfluid nicht zur Wärmetauschereinrichtung gelangt;
c) eine Steuer- und Regeleinrichtung, mittels welcher der jeweilige Anteil des Primärfluids einstellbar ist, welcher zur Wärmetauschereinheit und in die Strömungsleitung gelangt;
d) eine Sicherheitseinrichtung, mittels welcher der Strom von Primärfluid zur Wärmetauschereinheit unterbrochen werden kann.

Außerdem betrifft die Erfindung eine Anlage zum Behandeln von Gegenständen mit

a) einer Behandlungskabine, in welcher Prozessluft entsteht;
b) einer Nachverbrennungseinrichtung, welcher Prozessluft zuführbar ist und durch welche eine heiße Primärgasströmung erzeugbar ist;
c) einer Vorrichtung zur thermischen Nutzung des heißen Primärgases.

Derartige Vorrichtungen und Anlagen sind vom Markt her bekannt und haben sich beispielsweise in der Automobilindustrie für die und bei der Oberflächenbehandlung von Fahrzeugkarosserien oder von Karosserieteilen etabliert.
Bei der Oberflächenbehandlung von Fahrzeugkarosserien oder von deren Teilen können in der Behandlungskabine Verunreinigungen freigesetzt werden. Verunreinigungen müssen jedoch aus der Behandlungskabine entfernt werden, wozu diese von Luft durchströmt wird, welche die Verunreinigungen aufnimmt und als Prozessluft abführt. Verunreinigungen können z.B. in Form von Lösemittel vorliegen, welches aus Oberflächenbeschichtungen der Gegenstände austreten kann, wenn diese in einem Trockner getrocknet werden oder mit einem Lack oder einer anderen Beschichtung versehen werden.
In letzterem Fall wird bei der manuellen oder automatischen Applikation von Lacken auf Gegenstände ein Teilstrom des Lackes, der im Allgemeinen sowohl Festkörper und/oder Bindemittel als auch Lösemittel enthält, nicht auf den Gegenstand appliziert. Dieser Teilstrom wird in der Fachwelt "Overspray" genannt. Der Overspray wird von der Kabinenluft, die durch die Lackierkabine strömt, erfasst und als Prozessluft einer Abscheidung zugeführt. Die von Overspraypartikeln befreite Prozessluft durchströmt dann eine Nachverbrennungsanlage, wo noch vorhandene Verunreinigungen verbrannt werden. Die gereinigte Prozessluft kann nach einer geeigneten Konditionierung zumindest zum Teil als Umluft wieder in die Behandlungskabine zurückgeleitet werden kann.
Generell sind hier alle Behandlungsvorgänge oder chemische Prozessabläufe relevant, bei denen lösemittelbeladene Prozessluftströme entstehen.
Der Anteil der gereinigten Prozessluft, der nicht als Umluft genutzt wird, kann als heißes Primärgas einer Vorrichtung der eingangs genannten Art für dessen thermische Nutzung zugeführt werden.
Allgemein bedeutet "thermische Nutzung" dabei nicht, dass das Primärfluid immer eine höhere Temperatur aufweisen muss als das Sekundärfluid. Auch wenn das Primärfluid eine niedrigere Temperatur als das Sekundärfluid hat und das Sekundärfluid in der Wärmetauschereinrichtung somit bezogen auf eine Ausgangstemperatur abgekühlt wird, wird das Primärfluid thermisch genutzt. Dies spiegelt sich in dem Begriff "temperieren" wider, wie er eingangs verwendet wird.
Das von der Wärmetauschereinrichtung kommende Sekundärfluid wird in der Regel in anderen Prozessschritten genutzt, welche nicht im Zusammenhang mit dem Ursprung des Primärfluids stehen müssen. In jedem Fall werden Betriebsparameter der Abhitzenutzung und von dem Sekundärfluid in an und für sich bekannter Weise überwacht, da im Falle einer Störung der Strom von Primärfluid zur Wärmetauschereinheit sicher unterbrochen werden muss. Es gibt bestehende Normen, welche für bestimmte sicherheitsrelevante Störfälle hierzu ein Abschalten der Nachverbrennungseinrichtung verlangen, um ganz sicherzugehen, dass kein heißes Primärgas mehr erzeugt wird. In der Regel muss dann jedoch auch der Behandlungsvorgang in der Behandlungskabine unterbrochen werden, da dort entstehende Prozessluft nicht mehr aufbereitet werden kann. Hierauf wird auch weiter unten nochmals eingegangen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und eine Anlage der eingangs genannten Art bereitzustellen, bei welchen der Strom von Primärfluid zur Wärmetauschereinheit sicher unterbrochen werden kann, ohne dass ein Prozessschritt, bei dem Primärfluid erzeugt wird, unterbrochen werden muss.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass

e) die Sicherheitseinrichtung eine in der Einlassleitung oder in der Auslassleitung der Wärmetauschereinrichtung angeordnete Ventileinheit umfasst, mittels welcher die Einlassleitung oder die Auslassleitung wahlweise verschließbar oder freigebbar ist und für deren Betrieb Betriebsmittel notwendig sind;
f) die Ventileinheit derart eingerichtet ist, dass sie bei Fehlen der Betriebsmittel ihre Schließstellung einnimmt;
g) die Sicherheitseinrichtung außerdem ein Sicherheitssystem umfasst, durch welches die Betriebsmittel für die Ventileinheit sperrbar sind.

Erfindungsgemäß ist somit in der Einlassleitung zur oder in der Auslassleitung von der Wärmetauschereinheit ein energielos schließendes Ventil vorhanden. Ein solches Ventil kann beispielsweise elektromotorisch oder fluidisch in seine Offenstellung gebracht werden, wie es an und für sich bekannt ist. Dementsprechend zählen zu Betriebsmitteln, die für den Betrieb eines solchen Ventils notwendig sind, eine elektrische Energieversorgung, eine Fluidversorgung oder dergleichen.
Durch die Kombination eines derartigen Ventils mit dem Steuersystem ist bei einem Störfall sichergestellt, dass zuverlässig verhindert wird, dass Primärfluid zur Wärmetauschereinheit gelangt bzw. die Wärmetauschereinrichtung durchströmt und dort in thermischen Kontakt mit dem Sekundärfluid kommt. Das Primärfluid kann in diesem Fall jedoch über die Strömungsleitung abströmen und abgeführt werden.
Bei vielen Anwendungen bietet es sich an, die Strömungsleitung und die Auslassleitung der Wärmetauschereinrichtung stromab der Wärmetauschereinheit zusammenzuführen. Dies wird weiter unten nochmals deutlich. In diesem Fall ist es günstig, wenn die Ventileinheit in der Einlassleitung der Wärmetauschereinrichtung angeordnet und eine erste Ventileinheit ist und außerdem eine zweite Ventileinheit in der Auslassleitung der Wärmetauschereinrichtung angeordnet ist. Dann kann verhindert werden, dass Primärfluid, welches an der Wärmetauschereinrichtung vorbei geströmt ist, durch die Auslassleitung zur Wärmetauschereinheit zurückströmt. Weiterhin kann diese zweite Ventileinheit als redundantes Sicherheitsventil bei erhöhten Sicherheitsanforderungen betrachtet werden, da durch die zweite Ventileinheit der Strömungsweg des Primärfluids durch die Wärmetauschereinrichtung hindurch gesperrt werden kann, wenn die erste Ventileinheit versagen sollte.
Dabei ist es von Vorteil, wenn auch für den Betrieb der zweiten Ventileinheit Betriebsmittel notwendig sind und auch die zweite Ventileinheit derart eingerichtet ist, dass diese bei Fehlen der Betriebsmittel ihre Schließstellung einnimmt. Dies bedeutet, dass dann auch die zweite Ventileinheit ein energielos schließendes Ventil ist.
Der Volumenstrom des Primärfluids durch die Wärmetauschereinrichtung kann vorteilhaft eingestellt werden, wenn die Steuer- und Regeleinrichtung ein Gebläse umfasst, dessen Betriebsleistung einstellbar ist.
Grundsätzlich kann das Gebläse stromab oder stromauf der Wärmetauchereinrichtung angeordnet sein, wobei es günstig ist, wenn das Gebläse in der Auslassleitung oder der Einlassleitung der Wärmetauschereinrichtung angeordnet ist. Insbesondere wärmetechnisch ist jedoch von Vorteil, wenn das Gebläse stromab der Wärmetauschereinheit und vorzugsweise in der Auslassleitung der Wärmetauschereinrichtung angeordnet ist, da auf diese Weise bereits abgekühltes Primärfluid zu dem Gebläse gelangt und dessen thermische Belastung dadurch reduziert ist.
Wie oben erwähnt, kann es aus strömungs- und bautechnischer Sicht günstig sein, wenn die Auslassleitung der Wärmetauschereinrichtung mit der Strömungsleitung zu einer Sammelleitung zusammengeführt wird.
Damit Primärfluid im Störfall besonders rasch und ohne Behinderungen abströmen kann, ist es günstig, wenn ein Hauptströmungsweg für das Primärfluid vorhanden ist und die Wärmetauschereinrichtung von einem Bypassströmungsweg umfasst ist, der von dem Hauptströmungsweg abzweigt und stromab der Abzweigung wieder in den Hauptströmungsweg mündet.
Im Hinblick auf die Anlage der eingangs genannten Art wird die oben angegebene Aufgabe dadurch gelöst, dass

d) die Vorrichtung zur thermischen Nutzung des heißen Primärgases mit einigen oder allen der oben erläuterten Merkmale ausgebildet ist, wobei das heiße Primärgas das Primärfluid bildet.

Wenn die Vorrichtung zur thermischen Nutzung des heißen Primärgases mit dem Hauptströmungsweg und dem Bypassweg ausgebildet ist, ist es besonders günstig, wenn der Hauptströmungsweg für das Primärfluid durch einen Kamin gebildet ist. Ein Kamin bietet in der Regel einen großen Strömungsquerschnitt mit vordefinierter gerader Strömungsrichtung, so dass Primärfluid im Störfall ohne Behinderungen durch den Kamin über Dach abgeführt werden kann.
Nachstehend werden der Stand der Technik und Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Figur 1: schematisch eine Anlage zur Behandlung von Gegenständen, in welcher Prozessluft in einer thermischen Nachverbrennungseinrichtung zu heißer Abluft verbrannt wird, welche dann einer thermischen Verwertung zugeführt wird, wie es im Stand der Technik bekannt ist und eingangs erläutert wurde;
Figur 2: schematisch eine erfindungsgemäße Anlage zur Behandlung von Gegenständen, in welcher Prozessluft in einer thermischen Nachverbrennungseinrichtung zu heißer Abluft verbrannt wird, welche eine Vorrichtung zur thermischen Verwertung dieser Abluft gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel umfasst;
Figur 3: schematisch eine erfindungsgemäße Anlage zur Behandlung von Gegenständen, in welcher Prozessluft in einer thermischen Nachverbrennungseinrichtung zu heißer Abluft verbrannt wird, welche eine Vorrichtung zur thermischen Verwertung dieser Abluft gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel umfasst.

Zunächst wird auf Figur 1 Bezug genommen. Dort ist schematisch eine insgesamt mit 10 bezeichnete Anlage zur Behandlung von Gegenständen gezeigt, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Die Anlage 10 umfasst in an und für sich bekannter Art und Weise eine Behandlungskabine 12, in welcher die Gegenstände einer Behandlung unterzogen werden, und ein Luftsystem 14, mittels welchem der Lufthaushalt der Anlage 10 und der Behandlungskabine 12 gesteuert und geregelt wird. Dies ist an und für sich bekannt und daher vorliegend nicht im Detail gezeigt. Bei der Behandlung der Gegenstände kann es sich, wie eingangs erwähnt, um ein Trocknen, ein Beschichten oder eine sonstige Behandlung handeln.
Bei der Behandlung der Gegenstände entsteht in der Behandlungskabine 12 Prozessluft, welche Verunreinigungen wie beispielsweise Lösemittel aus der Behandlungskabine 12 abführt und hierzu mittels eines Gebläses 16 über eine Prozessluftleitung 18 einer thermischen oder regenerativen Nachverbrennungseinrichtung 20 zugeführt wird. Dort werden die Verunreinigungen mittels eines Brenners 22 in ebenfalls an und für sich bekannter Weise verbrannt, wobei gereinigte heiße Abluft entsteht, welche die Nachverbrennungseinrichtung 20 über eine Abluftleitung 24 verlässt.
Von der Prozessluftleitung 18 zweigt beim vorliegenden Beispiel eine Bypassleitung 26 ab, welche die Nachverbrennungseinrichtung 22 umgeht und stromab der Nachverbrennungseinrichtung 22 in die Abluftleitung 24 mündet, wo sich durch die Bypassleitung 26 strömende Prozessluft mit der heißen Abluft vereinigt.
Der jeweilige Anteil der von der Behandlungskabine 12 kommenden Prozessluft, der durch die Nachverbrennungseinrichtung 22 oder durch die Bypassleitung 26 geführt wird, wird mit Hilfe von zwei Drosselventilen 28 und 30 eingestellt, von denen das Drosselventil 28 in der Prozessleitung 18 und das Drosselventil 30 in der Bypassleitung 26 angeordnet ist. Die Drosselventile 28, 30 werden mittels einer Prozesssteuerung 32 angesteuert, was schematisch durch gestrichelte Pfeile angedeutet ist, die nicht eigens ein Bezugszeichen tragen. Gegebenenfalls kann auch auf eines der beiden Drosselventile 28, 30 verzichtet werden. Wenn es keine Bypassleitung 26 gibt, wird auf diese Drosselventile 28, 30 verzichtet.
Die nach der Mündungsstelle der Bypassleitung 26 durch die Abluftleitung strömende Luft kann somit abhängig von den Einstellungen der Drosselventile 28 und 30 nur durch unbehandelte Prozessluft, durch ein Gemisch von Prozessluft und Abluft in nahezu beliebigem Mischungsverhältnis oder nur durch heiße Abluft aus der Nachverbrennungseinrichtung 22 gebildet sein. Im Normalfall wird jedoch die gesamte Prozessluft einer Nachverbrennung zugeführt, weshalb in der Regel nur heiße Abluft aus der Nachverbrennungseinrichtung 22 durch die Abluftleitung 24 strömt. Hiervon wird nachstehend der Einfachheit halber ausgegangen.
Die Abluftleitung 24 führt die Abluft nun in einen Anlagenbereich 34 zu einer Vorrichtung 36, mittels welcher die heiße Abluft thermisch genutzt werden kann. Dort gabelt sich die die Abluftleitung 24 in zwei Leitungen 38, 40.
Die erste Leitung 38 bildet eine Einlassleitung, über welche die heiße Abluft in einen Wärmetauscher 42 hinein strömen kann, wo sie an einer Wärmetauschereinheit in Form einer Wärmetauscherschlange 44 vorbeigeführt wird und hiernach über eine Auslassleitung 46 aus dem Wärmetauscher 42 herausströmt. Bezogen auf den Wärmetauscher 42 bildet die heiße Abluft somit ein Primärfluid, weshalb die heiße Abluft nachfolgend als heiße Primärluft bezeichnet wird.
Die zweite Leitung 40 ist eine Strömungsleitung, durch welche diese heiße Primärluft strömungstechnisch an dem Wärmetauscher 42 vorbei leitbar ist, so dass diese Primärluft nicht zum Wärmetauscher 42 gelangt. Die Strömungsleitung 40 wird stromab des Wärmetauschers 42 mit deren Auslassleitung 46 zu einer Sammelleitung 48 zusammengeführt, über welche die dorthin gelangende Primärluft nun mit geringerer Temperatur zu einem Kamin 50 und von dort über Dach abgeführt wird. Ein solcher Kamin definiert eine gerade Strömungsrichtung, wie es an und für sich im Stand der Technik bekannt ist. Gegebenenfalls können noch Filterstufen durchströmt werden, um die Primärluft von noch vorhandenen Verunreinigungen zu befreien.
Um nun die Wärme der durch den Wärmetauscher 42 strömenden Primärluft zu nutzen, wird ein flüssiges Sekundärfluid mittels einer Pumpe 52 durch die Wärmetauscherschlange 44 gefördert, welches dabei Wärme von der heißen Primärluft aufnimmt. Bei dem Sekundärfluid kann es sich beispielsweise um Wasser oder auch ein Öl handeln, so dass abhängig von der Ausgangstemperatur der heißen Primärluft Warmwasser, Heißwasser oder auch Wasserdampf oder entsprechend erhitztes Thermalöl erzeugt werden kann, wie es an und für sich bekannt ist. Statt eines flüssigen Sekundärfluids kann auch ein Gas genutzt werden; in diesem Fall ist statt der Pumpe 52 ein Gebläse vorgesehen.
Der jeweilige Anteil der über die Abluftleitung 24 in den Anlagenbereich 34 strömenden heißen Primärluft, der über die Einlassleitung 38 zum Wärmetauscher 42 oder über die Strömungsleitung 40 an diesem vorbei geführt wird, wird mit Hilfe von zwei Drosselventilen eingestellt, wobei ein Wärmetauscher-Drosselventil 54 in der Einlassleitung 38 und ein Strömungs-Drosselventil 56 in der Strömungsleitung 40 angeordnet ist. Die Drosselventile 54 und 56 können mittels einer Wärmetauschersteuerung 58 angesteuert werden, was wieder durch gestrichelte Pfeile ohne eigenes Bezugszeichen veranschaulicht ist.
Als Drosselventile 54, 56 können - ebenso wie als Drosselventile 28, 30 im Zusammenhang mit der Nachverbrennungseinrichtung 42 - beispielsweise elektromotorisch oder fluidisch betätigbare Ventile verwendet werden, wie sie an und für sich bekannt sind. Die Betriebsmittel wie eine elektrische Energieversorgung oder eine Fluidversorgung, die für den Betrieb dieser Ventile notwendig sind, werden durch die Wärmetauschersteuerung 58 bereitgestellt.
Die Drosselventil 54 und 56 bilden somit zusammen mit der Wärmetauschersteuerung 58 eine Steuereinrichtung 60, durch welche der jeweilige Anteil der Primärluft einstellbar ist, welcher in die Wärmetauschereinrichtung 42 und in die Strömungsleitung 40 gelangt.
Die Betriebsparameter der Vorrichtung 36 zur thermisch Nutzung der heißen Prozessluft werden in an und für sich bekannter Weise ebenso überwacht, wie Betriebsparameter des Sekundärfluids und gegebenenfalls von Anlagenteilen, welche dieses Sekundärfluid nutzen. Die ermittelten Überwachungsdaten werden an eine Sicherheitssteuerung 62 einer Sicherheitseinrichtung 64 übergeben, was durch eine gestrichelte Doppellinie skizziert ist.
Die Sicherheitssteuerung 62 wertet die Betriebsparameter aus. Im Falle einer Störung einer sicherheitsrelevanten Funktion, d.h. einer so genannten "Safety Instrumented Function", kurz SIF, muss der Zustrom der heißen Primärluft in zur Wärmetauscherschlange 44 vollständig und sicher unterbrochen werden. Hierzu hat es sich unter Berücksichtigung bestehender Normen, wie beispielsweise den "Technischen Regeln für Dampfkessel", kurz TRD, etabliert, den Betrieb des Brenners 22 sicherheitshalber einzustellen, so dass sicher kein heißes Primärgas mehr erzeugt wird. In diesem Fall wird der Betrieb des Brenners 22 daher durch die Sicherheitssteuerung 62 unterbrochen. Die Ansteuerung des Brenners 22 durch die Sicherheitssteuerung 62 ist wieder durch einen gestrichelten Pfeil dargestellt. Durch die Sicherheitseinrichtung 64 wird als Folge somit die Temperatur des Primärluftstroms herabgesetzt, wodurch selbst bei einem Versagen der Schließfunktion oder Dichtungsfunktion des Ventils 54 ein sicherer Zustand erreicht wird.
Diese Maßnahme hat jedoch Auswirkungen auf den Behandlungsprozess in der Behandlungskabine 12: da nun in der Nachverbrennungseinrichtung 20 keine Prozessluft mehr gereinigt wird, muss deren Entstehen zumindest verringert und in der Regel gestoppt werden. Dies bedeutet, dass auch der Behandlungsprozess in der Behandlungskabine 12 unterbrochen werden muss, bei dem die zu reinigende Prozessluft entsteht. Dieser nachhaltige Zusammenhang zwischen dem Betrieb des Brenners 22 bzw. der Nachverbrennungseinrichtung 20 und des Behandlungsvorgangs ist durch einen gewellten Pfeil vom Brenner 22 zur Behandlungskabine 12 angedeutet.
Figur 2 zeigt nun als erstes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eine Anlage 10, bei welcher im Falle einer Störung im Zusammenhang mit dem von der Wärmetauschereinrichtung 42 kommenden Sekundärfluid der Behandlungsvorgang nicht unterbrochen werden muss. Dabei tragen Komponenten, die denjenigen der Anlage 10 nach Figur 1 entsprechen, dieselben Bezugszeichen.
Die in Figur 2 gezeigte Anlage 10 umfasst eine abgewandelte Vorrichtung zur thermischen Nutzung der Primärluft, welche das Bezugszeichen 66 trägt. Dort ist in der Strömungsleitung 40 kein Ventil angeordnet. Außerdem ist statt des Wärmetauscher-Drosselventils in der Einlassleitung 38 des Wärmetauschers 42 eine Ventileinheit in Form eines ersten Sicherheitsventils 68 und zusätzlich in der Auslassleitung 46 eine Ventileinheit in Form eines zweiten Sicherheitsventil 70 vorhanden, welche von der Sicherheitseinrichtung 64 umfasst sind.
Die Sicherheitsventile 68 und 70 zeichnen sich dadurch aus, dass sie bei einem Fehlen von Betriebsmitteln, d.h. ohne Zufuhr von Energie, sei es elektrisch, fluidisch oder auf andere Weise, eine Schließstellung einnehmen und die zugehörige Leitung 38 bzw. 46 verschließen und vollständig blockieren. Anders ausgedrückt handelt es sich bei den Sicherheitsventilen 68 und 70 um energielos schließende Ventileinheiten.
In der Auslassleitung 46 ist zudem ein Gebläse 72 angeordnet, mittels welchem heiße Primärluft aus der Abluftleitung 24 in den Wärmetauscher 42 angesaugt werden kann. Die Betriebsleistung des Gebläses 72 kann verändert werden. Auf diesem Wege kann der Volumenstrom und damit der Anteil der Prozessluft eingestellt werden, welcher durch den Wärmetauscher 42 bzw. durch die Strömungsleitung 40 strömt. Bei einer nicht eigens gezeigten Abwandlung kann das Gebläse 72 auch in der Einlassleitung 38 des Wärmetauschers 42 angeordnet sein.
Im Zusammenwirken mit dem Gebläse 72 können die Sicherheitsventile 68, 70 als Ventile ohne Drosselwirkung ausgebildet sein. Z.B. können hierzu federbeaufschlagte Klappenventile mit Stellmotor verwendet werden, die ohne Energiezufuhr durch die Federkraft ihre Schließstellung einnehmen und bei vorhandener Betriebsenergie vollständig öffnen.
Gegebenenfalls kann auch auf das Gebläse 72 verzichtet werden. In diesem Fall sind die Sicherheitsventile 68, 70 als Drosselventile ausgebildet, so dass der Volumenstrom der heißen Primärluft zu der Wärmetauscherschlange 44 abhängig von dem Öffnungsgrad der Sicherheitsventile 68, 70 eingestellt werden kann. Derartige Drosselventile können auch in Verbindung mit dem Gebläse 72 eingesetzt werden.
Die Sicherheitsventile 68 und 70 sowie das Gebläse 72 werden mittels der Wärmetauschersteuerung 58 angesteuert. Die Sicherheitssteuerung 62 steht hier jedoch nicht in Steuerverbindung mit dem Brenner 22 der Nachverbrennungseinrichtung 20, sondern arbeitet direkt mit der Wärmetauschersteuerung 58 zusammen und bildet so gemeinsam mit dieser ein Sicherheitssystem, durch welches die Betriebsmittel für die Sicherheitsventile 68, 70 sperrbar sind.
Im Falle eines oben erläuterten Störfalles im Zusammenhang mit dem Sekundärfluid, welches den Wärmetauscher 42 durchströmt hat, unterbricht die Sicherheitssteuerung 62 die Energiezufuhr von der Wärmetauschersteuerung 58 zu den Sicherheitsventilen 68 und 70 sowie zu dem Gebläse 72. Allgemein ausgedrückt sperrt die Sicherheitssteuerung 62 die Betriebsmittel für die Sicherheitsventile 68 und 70 und das Gebläse 72. Dies führt zu einem sofortigen Verschließen sowohl der Einlassleitung 38 als auch der Auslassleitung 46 des Wärmetauschers 42 und zu einem sofortigen Ende der Förderwirkung des Gebläses 72.
Die heiße Primärluft aus der Abluftleitung 24 kann somit nur über die Strömungsleitung 40 an dem Wärmetauscher 42 vorbei in die Sammelleitung 48 und von dort in den Kamin 50 und über Dach abströmen. Da die heiße Primärluft durch die Nachverbrennungseinrichtung 20 gereinigte Luft ist, ist dies auch umwelttechnisch unbedenklich.
Durch das geschlossene Sicherheitsventil 68 in der Auslassleitung 46 des Wärmetauschers 42 ist zudem zuverlässig sichergestellt, dass keine heiße Primärluft zur Wärmetauscherschlange 44 zurückströmt. Dies kann beispielsweise auf Grund eines sich im Wärmetauscher 42 ausbildenden Unterdruckes geschehen, ist jedoch aus Sicherheitsgründen generell unerwünscht.
Im Falle eines Störfalles im Zusammenhang mit dem Sekundärfluid ist auf diese Weise sichergestellt, dass keine heiße Primärluft in den Wärmetauscher 42 gelangt. Aus diesem Grund kann in der Behandlungskabine weitere heiße Prozessluft erzeugt werden, ohne dass dies ein Sicherheitsrisiko bedeutet, und die Behandlung von Gegenständen in der Behandlungskabine 12 kann weitgehend unverändert fortgesetzt werden.
Bei einer Abwandlung kann die Sicherheitssteuerung 62 auch unter Umgehung der Wärmetauschersteuerung 58 direkt mit den Sicherheitsventilen 68, 70 und mit dem Gebläse 72 in Verbindung stehen und unmittelbar dort die Betriebsmittel unterbrechen.
In Figur 3 ist als zweites erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel eine nochmals abgewandelte Anlage 10 gezeigt, bei welcher bereits erläutere Komponenten wieder mit denselben Bezugszeichen versehen sind.
Im Unterschied zur Vorrichtung 66 zur thermischen Nutzung der Primärluft nach Figur 2 sind hier die Leitungen anders geführt. Wie in Figur 3 zu erkennen ist, zweigt dort die Einlassleitung 38 des Wärmetauschers 42 von dem Kamin 50 ab. Die Auslassleitung 46 des Wärmetauschers 42 mündet dann stromab dieser Verzweigungsstelle wieder in den Kamin 50. Somit ist die Strömungsleitung 40, durch welche die heiße Primärluft strömungstechnisch an dem Wärmetauscher 42 vorbei leitbar ist, so dass diese Primärluft nicht zum Wärmetauscher 42 gelangt, bei diesem Ausführungsbeispiel durch einen Abschnitt des Kamins 50 gebildet, der zwischen der Einlassleitung 38 und der Auslassleitung 46 des Wärmetauschers 42 verläuft. Ein Leitungsabschnitt, welche der Sammelleitung 48 bei den Anlagen 10 nach den Figuren 1 und 2 entspricht, ist hier nicht vorhanden. Die Strömungsleitung 40 und die Auslassleitung 38 des Wärmetauschers 42 werden in diesem Fall wieder zu dem Kamin 50 zusammengeführt, der dann als Sammelleitung dient.
Der Kamin 50 bildet in diesem Fall außerdem einen Hauptströmungsweg 74 für die heiße Primärluft, die von der Nachverbrennungseinrichtung 20 kommt. Der Strömungsweg der heißen Primärluft zum und durch den Wärmetauscher 42 hindurch folgt demgegenüber einem Bypassströmungsweg 76, der den Wärmetauscher 42 mit dessen Einlassleitung 38 und dessen Auslassleitung 46 umfasst und außerhalb des Hauptströmungsweges 74 der von der Nachverbrennungseinrichtung 20 kommenden heißen Primärluft liegt. Der Bypassströmungsweg 76 zweigt also von dem Hauptströmungsweg 74 ab und mündet stromab der Abzweigung wieder in den Hauptströmungsweg 74.
Der Steuerungsablauf im Falle einer Störung bezogen auf das Sekundärfluid entspricht dem Steuerungsablauf beim ersten Ausführungsbeispiel nach Figur 2.
Die Anordnung des Wärmetauschers 42 in dem Bypassströmungsweg 76 hat bei dem konkreten Ausführungsbeispiel vor allem strömungstechnische und thermische Vorteile, da die Strömung der Abluft im Falle einer Störung, d.h. also bei geschlossenem Bypassströmungsweg 76, ungehindert und weitgehend geradlinig durch den Hauptströmungsweg 74, d.h. durch den Kamin 50, erfolgen kann. So können hinderliche Verwirbelungen und Turbulenzen in der abströmenden Abluft vermieden werden, was zu einer zusätzlichen Sicherheit z.B. im Falle des Versagens der Dicht- oder Schließfunktion der Ventile 68 oder 70 führt.
Im regulären Betrieb wird der Strömungsweg der Abluft durch den Kamin 50 durch die Saugwirkung des Gebläses 72 in Richtung auf den Wärmetauscher 42 umgelenkt, so dass die Abluft aus dem Kamin 50 in dessen Einlassleitung 38 einströmt.
Um die Redundanz der Sicherheitseinrichtung 64 noch zu erhöhen, können in der Einlassleitung 38 und/oder der Ausgangsleitung 46 der Wärmetauschereinrichtung 42 auch jeweils zwei oder mehr Sicherheitsventile 68 bzw. 70 in Reihe hintereinander angeordnet sein. So ist ein sicheres Verschließen der entsprechenden Leitung 38 oder 40 auch dann gewährleistet, wenn eines dieser mehreren Ventile 68, 70 ausfallen sollte und trotz fehlender Betriebsmittel geöffnet bleibt.
Dadurch, dass der Primärluftstrom auf Grund der Vorrichtung 66 zur thermischen Nutzung der Primärluft bei den oben beschriebenen Anlagen 10 nicht unterbrochen werden muss, kann diese Technik auch bei Anlagen eingesetzt werden, bei denen durch ein Abschalten des Benners 22 keine sicherheitstechnisch wirksame Abkühlung des Primärfluids erzielt werden kann. Dies kann beispielsweise bei regenerativen Nachverbrennungsanlagen der Fall sein, bei denen durch die hohe Wärmespeicherung auch nach Abschalten des Brenners noch heiße Primärluft entsteht, wenn nicht die Prozessluftzufuhr beendet wird.

Claims

Vorrichtung zur thermischen Nutzung eines Primärfluids, welche umfasst:
a) eine Wärmetauschereinrichtung (42) mit einer Einlassleitung (38), durch welche Primärfluid zu einer Wärmetauschereinheit (44) leitbar ist, mittels welcher ein Sekundärfluid durch das Primärfluid temperierbar ist, und mit einer Auslassleitung (46), durch welche Primärfluid nach Durchströmen der Wärmetauschereinheit (44) ausströmt;

b) eine Strömungsleitung (40), durch welche Primärfluid strömungstechnisch an der Wärmetauschereinrichtung (42) vorbei leitbar ist, so dass dieses Primärfluid nicht zur Wärmetauschereinrichtung (42) gelangt;

c) eine Steuer- und Regeleinrichtung (58, 72), mittels welcher der jeweilige Anteil des Primärfluids einstellbar ist, welcher zur Wärmetauschereinheit (44) und in die Strömungsleitung (40) gelangt;

d) eine Sicherheitseinrichtung (64), mittels welcher der Strom von Primärfluid zur Wärmetauschereinheit (44) unterbrochen werden kann,
dadurch gekennzeichnet, dass

e) die Sicherheitseinrichtung (64) eine in der Einlassleitung (38) oder in der Auslassleitung (46) der Wärmetauschereinrichtung (42) angeordnete Ventileinheit (68, 70) umfasst, mittels welcher die Einlassleitung (38) oder die Auslassleitung (46) wahlweise verschließbar oder freigebbar ist und für deren Betrieb Betriebsmittel notwendig sind;

f) die Ventileinheit (68, 70) derart eingerichtet ist, dass sie bei Fehlen der Betriebsmittel ihre Schließstellung einnimmt;

g) die Sicherheitseinrichtung (64) außerdem ein Sicherheitssystem (58, 62) umfasst, durch welches die Betriebsmittel für die Ventileinheit (68, 70) sperrbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (68) in der Einlassleitung (38) der Wärmetauschereinrichtung (42) angeordnet und eine erste Ventileinheit (68) ist und außerdem eine zweite Ventileinheit (70) in der Auslassleitung der Wärmetauschereinrichtung (42) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für den Betrieb der zweiten Ventileinheit (70) Betriebsmittel notwendig sind und die zweite Ventileinheit (70) derart eingerichtet ist, dass diese bei Fehlen der Betriebsmittel ihre Schließstellung einnimmt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- und Regeleinrichtung (58, 72) ein Gebläse (72) umfasst, dessen Betriebsleistung einstellbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (72) stromab oder stromauf der Wärmetauschereinheit (44) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gebläse (72) in der Auslassleitung (46) oder der Einlassleitung (38) der Wärmetauschereinrichtung (42) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auslassleitung (46) der Wärmetauschereinrichtung (42) mit der Strömungsleitung (40) zu einer Sammelleitung (48, 50) zusammengeführt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Hauptströmungsweg (76) für das Primärfluid vorhanden ist und die Wärmetauschereinrichtung (42) von einem Bypassströmungsweg (74) umfasst ist, der von dem Hauptströmungsweg (76) abzweigt und stromab der Abzweigung wieder in den Hauptströmungsweg (76) mündet.
Anlage zum Behandeln von Gegenständen mit
a) einer Behandlungskabine (12), in welcher Prozessluft entsteht;

b) einer Nachverbrennungseinrichtung (20), welcher Prozessluft zuführbar ist und durch welche eine heiße Primärgasströmung erzeugbar ist;

c) einer Vorrichtung (66) zur thermischen Nutzung des heißen Primärgases,
dadurch gekennzeichnet, dass

d) die Vorrichtung (66) zur thermischen Nutzung des heißen Primärgases nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebildet ist, wobei das heiße Primärgas das Primärfluid bildet.
Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (66) zur thermischen Nutzung des heißen Primärgases nach Anspruch 8 ausgebildet ist und der Hauptströmungsweg (74) für das Primärfluid durch einen Kamin (50) gebildet ist.