EP4405620A1 - Prozessluftaggregat zum erhitzen einer prozessluft - Google Patents

Prozessluftaggregat zum erhitzen einer prozessluft

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Publication number
EP4405620A1
EP4405620A1 EP22799846.5A EP22799846A EP4405620A1 EP 4405620 A1 EP4405620 A1 EP 4405620A1 EP 22799846 A EP22799846 A EP 22799846A EP 4405620 A1 EP4405620 A1 EP 4405620A1
Authority
EP
European Patent Office
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process air
tube bundle
combustion chamber
tube
tubes
Prior art date
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Pending
Application number
EP22799846.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver IGLAUER-ANGRIK
Andreas Neu
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Duerr Systems AG
Original Assignee
Duerr Systems AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Duerr Systems AG filed Critical Duerr Systems AG
Publication of EP4405620A1 publication Critical patent/EP4405620A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B05B16/20—Arrangements for spraying in combination with other operations, e.g. drying; Arrangements enabling a combination of spraying operations
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    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/06—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of coolers
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    • F26B15/10—Machines or apparatus for drying objects with progressive movement; Machines or apparatus with progressive movement for drying batches of material in compact form with movement in a path composed of one or more straight lines, e.g. compound, the movement being in alternate horizontal and vertical directions
    • F26B15/12—Machines or apparatus for drying objects with progressive movement; Machines or apparatus with progressive movement for drying batches of material in compact form with movement in a path composed of one or more straight lines, e.g. compound, the movement being in alternate horizontal and vertical directions the lines being all horizontal or slightly inclined
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    • F26B21/002—Drying-air generating units, e.g. movable, independent of drying enclosure heating the drying air indirectly, i.e. using a heat exchanger
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    • F26B2210/12—Vehicle bodies, e.g. after being painted
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/34—Indirect CO2mitigation, i.e. by acting on non CO2directly related matters of the process, e.g. pre-heating or heat recovery

Definitions

  • the present invention relates to a process air unit for heating process air, for example for a workpiece processing system.
  • Warm process air streams for example fresh air and/or circulating air
  • process air units for heating the respective process air are arranged in the process air supply lines.
  • the process air is usually heated indirectly by a heat transfer device, i.e. not directly by burning in a combustion chamber, in order to avoid substances in the process air that are critical for workpiece processing.
  • Conventional process air units for heating process air therefore often have a combustion chamber and a tube bundle through which the flue gas from the combustion chamber flows, both of which the process air flows over for the purpose of heat transfer.
  • the process air unit for heating process air in particular for a workpiece processing system, has a process air duct through which process air can flow and in the area of a first duct end an inlet opening for taking in process air to be heated and in the area of a second duct end opposite to the first duct end an outlet opening for Having output a heated process air.
  • the process air unit contains a combustion chamber for burning a combustion air that at least is arranged partially within the process air duct so that the process air flows over it and heat is thereby transferred to the process air, and a tube bundle arrangement which is connected to the combustion chamber and has at least one tube bundle with a plurality of tubes through which the flue gas from the combustion chamber can flow, the plurality of Tubes of the at least one tube bundle are aligned transversely to the process air flow direction and are at least partially arranged within the process air duct so that the process air flows over them and heat is thereby transferred from the flue gas to the process air.
  • this tube bundle arrangement is arranged upstream of the combustion chamber in the process air duct in relation to the process air flow direction.
  • the inventors have found that in conventional process air units, in which the process air first flows over the combustion chamber, the two main flows of the flue gas and the process air run in the same direction (direct flow principle) and as a consequence the outlet temperatures of the two material flows only have the mixed temperature accept, which is energetically very ineffective.
  • the inventors therefore propose that the process air first flows over the tube bundle arrangement, which creates a countercurrent principle in which the material flows of the process air to be heated and the flue gas run in opposite directions through the process air duct, which means that there is always a temperature difference between these material flows and therefore significantly more (Almost the entire) heat can be transferred, whereby a significantly higher energy efficiency of the process air unit for heating the process air can be achieved. Due to the greater energy efficiency, the geometry of the combustion chamber can also be simplified compared to conventional process air units (e.g. round instead of pear-shaped).
  • the process air unit according to the invention can basically be used for any application/plant.
  • a particularly advantageous application is the heating of process air for workpiece processing systems where there is a large heat requirement, such as for drying / crosslinking / curing painted and / or coated and / or bonded workpieces such as bodies or body parts, for example in the form of continuous dryers, continuous hardening systems , chamber dryers or chamber hardening systems.
  • the process air is, for example, fresh air or circulating air or a mixture of fresh air and circulating air, but can in principle be of any type depending on the application.
  • flue gas refers to the air burned in the combustion chamber, which flows out of the combustion chamber.
  • the process air duct can be structured and dimensioned as desired, is preferably essentially straight at least in the area of the combustion chamber and the tube bundle arrangement, can also be essentially straight in the inlet area and/or in the outlet area, depending on the application, or possibly be curved once or several times, for example a circular or rectangular cross-sectional shape, and may be of substantially constant or variable diametric size along its length.
  • the flows of the process air through the tube bundle arrangement and over the combustion chamber preferably run essentially in one plane, preferably essentially horizontally to the bottom side of the process air duct.
  • the combustion chamber preferably has a simple round tubular shape.
  • the combustion chamber and the tube bundle arrangement connected to it form a compact unit which can be pushed into the process air unit as one component.
  • the combustion chamber and the at least one tube bundle of the tube bundle arrangement can each be arranged completely or almost completely within the process air duct, only the supply lines for fuel and combustion air and the flue gas discharge line are preferably arranged completely outside the duct.
  • the tubes of the at least one tube bundle are aligned transversely, ie not parallel but at an angle to the process air flow direction, wherein they are preferably, but not necessarily, essentially perpendicular to the process air flow direction.
  • the structures and dimensions of the at least one tube bundle and its tubes are basically arbitrary, with the tubes being able to be aligned essentially parallel to one another, for example, and with the tubes of several rows of tubes in the tube bundle being offset relative to one another or being arranged in alignment.
  • the combustion chamber is usually equipped with a burner that has a fuel supply (e.g. natural gas, hydrogen, mixture of natural gas and hydrogen, biogas, etc.) and a combustion air supply (e.g. ambient air or an exhaust gas recirculation) and optionally an igniter and/or a heating device (eg an electrical or electromagnetic heating device or a switchable high-temperature heat source of a different type for supplying the combustion chamber with thermal energy).
  • a fuel supply e.g. natural gas, hydrogen, mixture of natural gas and hydrogen, biogas, etc.
  • a combustion air supply e.g. ambient air or an exhaust gas recirculation
  • an igniter and/or a heating device eg an electrical or electromagnetic heating device or a switchable high-temperature heat source of a different type for supplying the combustion chamber with thermal energy.
  • the tube bundle arrangement has a plurality of (ie at least two) tube bundles which are arranged one behind the other in the process air duct in relation to the process air flow direction (and all upstream of the combustion chamber), with the flue gas flowing through the various tube bundles one after the other in a sequence counter to the process air flow direction and flows through the tubes of the tube bundles arranged one after the other in opposite directions, each transverse to the process air flow direction.
  • the advantageous counterflow principle is used even more intensively, since the flue gas is routed through the tubes in wavy lines in the opposite direction to the process air.
  • the multiple tube bundles of the tube bundle arrangement preferably each have multiple rows of tubes that run one behind the other in relation to the process air flow direction, with the tube bundle closer to the combustion chamber preferably having a larger number of tube rows than the tube bundle further away in a comparison between two adjacent ones of the multiple tube bundles from the combustion chamber.
  • the decrease in the number of tube rows between two adjacent tube bundles in the direction away from the combustion chamber is preferably about 20% to 50%, optionally about 30% to 40%.
  • the tube bundle arrangement preferably contains an odd number of tube bundles (e.g. one or three or five).
  • the process air unit also includes a first header box in the peripheral area of the process air duct, which connects the combustion chamber to all tubes of the tube bundle of the tube bundle arrangement facing the combustion chamber, and a second header box in the peripheral area of the process air duct, which connects all tubes of the tube bundle facing away from the combustion chamber Tube bundle assembly connects to the flue gas discharge line.
  • the tube bundle arrangement has a single tube bundle, the two collection boxes mentioned are each arranged in contact with this one tube bundle. If the tube bundle arrangement has several tube bundles, there is also a further collection box in each case in the peripheral area of the process air duct, which connects all tubes of a tube bundle with all tubes of an adjacent tube bundle of the tube bundle arrangement connects.
  • the flue gas is deflected through the collecting boxes from the combustion chamber into the tubes of the tube bundle or from the tubes of one tube bundle into the tubes of the next tube bundle or from the tubes of the last tube bundle into the flue gas discharge line.
  • the collection boxes are each arranged inside or outside or partly inside the process air duct.
  • the collection boxes are preferably designed separately from one another in order to counteract thermal stresses.
  • the inlet opening for taking in the process air to be heated is provided in one embodiment of the invention at the first duct end in a front side of the process air duct or in another embodiment of the invention at the first duct end in a peripheral side of the process air duct.
  • a guide plate is preferably arranged on the tube bundle arrangement on the side facing the inlet opening, which, starting from the combustion chamber side, blocks at least some of the tubes (preferably the majority or all of the tubes) from overflowing from the peripheral side of the process air duct.
  • Such a guide plate can ensure that the process air flows across the majority of the tube bundle arrangement transversely to the alignment of the tubes, even when it flows into the process air duct from the peripheral side, which ensures better heat transfer.
  • the process air unit also has a filter for cleaning the process air, which is arranged downstream of the combustion chamber in relation to the process air flow direction.
  • a perforated plate for distributing the process air (as evenly as possible) to the filter is preferably additionally arranged between the combustion chamber and the filter. This measure ensures that the filter is used evenly and that there is less pressure loss.
  • the process air unit also has a perforated plate arranged downstream of the combustion chamber in relation to the process air flow direction for distributing the process air over the entire depth of the combustion chamber.
  • the process air unit also has a fan for forcing the process air through the unit, which is arranged upstream of the tube bundle arrangement in relation to the process air flow direction.
  • the process air duct between the fan and the Tube bundle arrangement preferably has a continuously widened channel section and/or at least one air baffle for expanding the process air flow in order to flow over the tube bundle arrangement as evenly as possible.
  • a fan can optionally also be arranged outside in front of the process air unit in the respective process air supply line.
  • the process air unit can also have a fan for drawing the process air through the unit, which is arranged downstream of the combustion chamber in relation to the process air flow direction.
  • a fan can optionally also be arranged outside after the process air unit in the respective process air supply line.
  • the process air unit also has at least one temperature detection device for detecting a temperature of the process air upstream of the tube bundle arrangement and/or a temperature of the process air downstream of the combustion chamber.
  • a temperature detection device instead of such a temperature detection device integrated in the process air unit, a corresponding temperature detection device can optionally also be arranged in the respective process air supply line.
  • the temperature detection device has, for example, a temperature sensor such as a thermocouple, IR sensor, pyrometer, etc. for detecting a temperature of the process air.
  • the temperature of the process air recorded in this way before and/or after the process air unit can be used to control the operation of the process air supply (in particular the amount of process air, the burner capacity in the process air unit).
  • the invention also relates to a workpiece processing system that has at least one process chamber for processing workpieces and at least one process air supply line for supplying process air into the at least one process chamber, with a process air unit of the invention described above being arranged in the at least one process air supply line.
  • the workpiece processing system is used, for example, for a painting process.
  • the workpiece processing system is, for example, a continuous dryer, a continuous hardening system, a chamber dryer or a chamber hardening system for drying/crosslinking/hardening painted and/or coated and/or bonded workpieces such as bodies or body parts.
  • the invention is not restricted to these special applications.
  • FIG. 1 shows the structure of a workpiece processing system with process air units according to the invention according to an exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a plan view of the construction of the process air unit according to the invention.
  • FIG. 3 shows a detailed plan view of a process air unit according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 4A shows a detailed plan view of a process air unit according to a second embodiment of the invention.
  • FIG. 4B shows a detailed side view of the process air unit from FIG. 4A;
  • FIG. 5 shows a detailed side view of a process air unit according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 6 shows a detailed side view of a process air unit according to a further embodiment of the invention.
  • FIG. 7 shows a detailed plan view of a process air unit according to yet another embodiment of the invention.
  • FIG. 1 an application example of the process air unit according to the invention is first explained by way of example.
  • the workpiece processing system 10 shown in FIG. 1 is, for example, part of a painting system and has a process chamber 12, for example for drying/crosslinking/curing painted and/or coated and/or bonded workpieces 14 such as bodies or body parts.
  • the workpiece 14 can be attached to a carrier (e.g. skid) 15, which carries the workpiece 14 through the process chamber 12 promoted.
  • the process chamber 12 can also include several zones (eg lock zones, heating zones, holding zones, etc.).
  • a corresponding process air is supplied to the process chamber 12 or its zones via at least one process air supply line 18 .
  • fresh air is supplied to the process chamber 12 via at least one fresh air line 18a and circulating air is supplied via at least one circulating air line 18b.
  • a process air unit 20a according to the invention for heating the fresh air is arranged in the fresh air line 18a, and a process air unit 20b according to the invention for heating the circulating air is arranged in the circulating air line 18b.
  • fans 16 for conveying the respective process air e.g. upstream of the process air unit 20
  • temperature detection devices 17 for detecting the process air temperature can also be provided in the process air supply lines 18.
  • the fans and/or the temperature detection devices can also be integrated into the respective process air units 20 , as explained later in connection with exemplary embodiments of the process air unit 20 .
  • process air unit 20 according to the invention will now be explained in more detail, which can be used, for example, in the workpiece processing system 10 of FIG. 1 in the process air supply lines 18.
  • the process air unit 20 has a process air duct 22 through which the respective process air 21 (e.g. fresh air or circulating air) can flow.
  • the process air duct 22 In the area of a first end of the duct (on the right in Fig. 2) the process air duct 22 has an inlet opening 24a for taking in the process air 21 to be heated from the process air supply line 18, and in the area of a second duct end opposite to the first end of the duct (on the left in Fig. 2) the Process air duct 22 has an outlet opening 24b for discharging the heated process air 21 into the process air supply line 18.
  • the combustion chamber 30 in the form of a normal gas combustion chamber, over which the process air 21 flows (ie does not flow in).
  • the combustion chamber 30 has, for example, a round tubular shape (as can be seen, for example, in FIGS. 4B and 6), which is easier to manufacture compared to, for example, a pear-shaped combustion chamber, and is provided with a burner 32 for Combustion equipped with a combustion air.
  • the burner 32 has, for example, a fuel supply 33a for introducing a liquid or preferably gaseous fuel (e.g. natural gas, hydrogen, etc.) into the combustion chamber 30 and a combustion air supply 33b for introducing combustion air (e.g. ambient air) into the combustion chamber 30.
  • a fuel supply 33a for introducing a liquid or preferably gaseous fuel (e.g. natural gas, hydrogen, etc.) into the combustion chamber 30
  • a combustion air supply 33b for introducing combustion air (e.g. ambient air) into the combustion chamber 30.
  • the burner also contains an igniter to trigger the combustion process of the fuel and/or a heating device (e.g. an electric or electromagnetic heating device or a switchable one Another type of high-temperature heat source) for supplying thermal energy to the combustion chamber 30 so that the combustion air A to be burned together with the fuel immediately reaches a combustion temperature without the need for an additional ignition mechanism.
  • a heating device e.g. an electric or electromagnetic heating device or a switchable one Another type of high-temperature heat source
  • a tube bundle arrangement 35 is arranged in the process air duct 22 , over which the process air 21 also flows.
  • the combustion chamber 30 and the tube bundle arrangement 35 connected to it form a compact unit which can be pushed into the process air unit 20 as a component.
  • the tube bundle arrangement 35 has at least one tube bundle with a plurality of tubes and is connected to the combustion chamber 30 via a first collecting box 40 so that the flue gas 34 from the combustion chamber 30 flows through the tubes of the tube bundle arrangement 35 .
  • the tube bundle arrangement 35 is constructed and arranged in the process air duct 22 in such a way that the tubes are transverse, as shown in Fig.
  • the tube bundle arrangement 35 is also connected via a second collecting box 42 to a smoke gas discharge line 44 in order to discharge the smoke gas 34 after flowing through the tube bundle arrangement 35 via the smoke gas discharge line, for example into the environment.
  • the flue gas 34 could also be routed to a further heat exchanger after flowing through the process air duct 22, but this is rather disadvantageous because the flue gas retains very little residual heat due to the very efficient process air unit.
  • the flue gas 34 can optionally also be routed to the burner 32 for reuse as combustion air, but it should be noted that the flue gas contains fewer or, in extreme cases, no more combustible substances after the previous combustion.
  • the first and second collection boxes 40, 42 are exemplary within the process air channel 22 arranged; alternatively, the first and second collecting boxes 40, 42 can also be arranged only partially inside or completely outside of the process air duct 22, since they primarily serve to deflect the flue gas 34, but not to transfer heat to the process air 21.
  • the combustion air supply 33b of the burner 32 and the flue gas discharge line 44 from the tube bundle arrangement 35 are both arranged on the same side (for example the lower side) of the process air duct 22 or the process air unit 20 .
  • the tube bundle arrangement 35 is arranged upstream (on the right in Fig. 2) of the combustion chamber 30 in the process air duct 22 in relation to the process air flow direction, so that the process air 21 flowing in through the inlet opening 24a first flows over the tube bundle arrangement 35 and then flows over the combustor 30 to transfer heat from the flue gas. Due to this sequence of the tube bundle arrangement 35 to the combustion chamber 30 in the process air duct 22, the flue gas flow runs in a direction opposite to the process air flow through the process air duct 22, so that a lot or even all of the heat of the flue gas 34 can be transferred to the process air 21, whereby the process air unit 20 energetically is very effective. In addition, the flows of the process air 21 run through the tube bundle arrangement 35 and then over the combustion chamber 30 essentially in a plane horizontal to the bottom side (bottom in Fig. 2) of the process air duct 22.
  • the process air unit 20 can optionally also have a fan 26a for pushing the process air 21 through the process air duct 22, which is arranged upstream of the tube bundle arrangement 35 in relation to the process air flow direction and thus in the vicinity of the inlet opening 24a, or a fan 26b for drawing the process air 21 through the process air duct 22, which is arranged downstream of the combustion chamber 30 and thus in the vicinity of the outlet opening 24b in relation to the process air flow direction.
  • fans 26 in the process air supply lines 18 can be dispensed with.
  • a filter 28 for cleaning the process air 21, which is arranged downstream of the combustion chamber 30 in relation to the process air flow direction, and/or a temperature detection device 27 for capture a Temperature of the process air 21 upstream of the tube bundle arrangement 35 and/or a temperature of the process air 21 downstream of the combustion chamber 30 can be integrated.
  • the temperature detection device 27 has, for example, one or more temperature sensors (e.g.
  • thermocouple for detecting the process air temperature and is connected, for example, to a control device of the workpiece processing system 10 so that the operation of the process air supply (in particular the amount of process air and the burner output in the Process air unit) can be controlled in the process chamber 12 also taking into account the detected process air temperature before and / or after the process air unit.
  • FIGS. 3 to 7 each show only a few special features/properties of the respective embodiment variants/forms that can be present individually or possibly in combination with others in the basic concept of the process air unit 20 described above with reference to FIG .
  • the tube bundle arrangement 35 has a single tube bundle 36 which is arranged upstream of the combustion chamber 30 in relation to the process air flow direction.
  • the tube bundle 36 contains a plurality of tube rows 37 which, in relation to the process air flow direction (right-left direction in FIG. 3), run one behind the other and, for example, essentially parallel to one another.
  • the tube bundle 36 can contain, for example, about seven rows 37 of tubes.
  • the multiple tube rows 37 of the tube bundle 36 each have multiple tubes that are positioned one below the other in the top view of FIG. 3 .
  • the tubes of the various rows of tubes 37 can all or at least partially be offset from one another or arranged in alignment with one another.
  • the plurality of tubes of the several rows of tubes 37 is connected to the combustion chamber 30 via the first collecting box 40 on the inlet side (top in Fig. 3), so that all tubes are traversed by the flue gas 34, and is connected via the second collecting box 42 to the flue gas discharge line 44 on the outlet side , so that the flue gas 34 is discharged from all tubes.
  • Fig. 4A and 4B show another embodiment of the process air unit 20, in which the tube bundle arrangement 35 more, matching the arrangement of Combustion air supply 33b and the flue gas discharge line 44 on the same side of the process air duct 22 has an odd number of (in this exemplary embodiment three by way of example) tube bundles 36a, 36b, 36c, which are all arranged upstream of the combustion chamber 30 in relation to the process air flow direction.
  • this embodiment variant reinforces the countercurrent principle between the flue gas flow and the process air flow in the process air duct 22 and thus the heat transfer from the flue gas 34 to the process air 21 and consequently the energetic efficiency of the process air unit 20.
  • the multiple tube bundles 36a, 36b, 36c are arranged one behind the other in relation to the process air flow direction (right-left direction in Fig. 4A and 4B), with the flue gas 34 passing through the various tube bundles 36n one after the other in a sequence counter to the process air flow direction (i.e. in Fig. 4A and 4B from left to right).
  • the flue gas 34 flows through the tubes 38 of the successively arranged tube bundles 36a, 36b, 36c in opposite directions transverse to the process air flow direction, as indicated by the flue gas flow arrows 34 in the center of the tube bundle 36n in FIG. 4A.
  • each tube bundle 36n has a plurality of tube rows 37 each with a plurality of tubes 38.
  • the tubes of the first tube bundle 36a closest to the combustion chamber 30 are connected to the combustion chamber 30 on the inlet side (top in FIG. 4A) via the first collecting box 40 and on the outlet side (bottom in Fig. 4A) connected via a further header box 41 to the tubes of the second tube bundle 36b.
  • the tubes of the second tube bundle 36b are connected on the inlet side (bottom in Fig. 4A) to the tubes of the first tube bundle 36a via the further header box 41 and on the outlet side (above in Fig. 4A) via an even further header box 41 to the tubes of the third tube bundle 36c connected farthest from the combustor 30.
  • the tubes of the third tube bundle 36c are connected on the inlet side (top in Fig. 4A) to the tubes of the second tube bundle 36b via the still further collector box 41 and on the outlet side (bottom in Fig. 4A) via the second collector box 42 to the flue gas discharge line 44.
  • the collection boxes 40, 41, 41, 42 are preferably designed separately from one another.
  • the individual tube bundles 36n of the tube bundle arrangement 35 preferably different numbers of tube rows 37 and thus also of tubes 38.
  • the first tube bundle 36a closest to the combustion chamber 30 preferably has the highest number of tube rows 37, since the temperature of the flue gas 34 and thus the operating volume flow are highest here.
  • the number of tube rows 37 or tubes 38 decreases in the direction away from the combustion chamber 30, preferably by about 20% to 50%, optionally by about 30% to 40%. In the embodiment of FIGS.
  • the first tube bundle 36a has, for example, seven tube rows 37, the second tube bundle 36b, for example five tube rows 37, and the third tube bundle 36c, for example four tube rows 37.
  • the first tube bundle 36a for example five tube rows 37
  • the second tube bundle 36b for example four tube rows 37
  • the third tube bundle 36c for example three tube rows 37.
  • the parking spaces can be of different sizes and orientations, for example. This can result in different inflow and outflow situations for the process air, which must be taken into account in the design of the process air unit.
  • Fig. 5 illustrates an embodiment of a process air unit 20 according to the invention, in which the inlet opening 24a for taking the process air 21 to be heated from the process air supply line 18 into the process air duct 22 is not on a front side of the process air duct 22, as shown in Fig. 2, but on a peripheral side of the process air duct 22 (eg at the bottom or top of the process air duct) is provided. Since the process air 21 is intended to flow over the tube bundles 36n of the tube bundle arrangement 35 transversely to the alignment of the tubes, a baffle plate 46 is additionally arranged on the tube bundle arrangement 35 in this embodiment. This guide plate 46 is arranged on the side of the tube bundle arrangement 35 facing the inlet opening 24 (bottom in Fig.
  • the guide plate should preferably allow the process air 21 to flow against a maximum of half of the tube rows of the individual tube bundle 36 or of the tube bundle 36c of the tube bundle arrangement 35 that is furthest from the combustion chamber 30 from the peripheral side of the process air duct 22 .
  • the tube bundle arrangement 35 be blocked by the guide plate 46 already from the combustion chamber 30 or only in the area of the most distant tube bundle 36c.
  • FIG. 6 illustrates an embodiment of the process air unit 20 in which a filter 28 for cleaning the heated process air 21 is integrated downstream of the combustion chamber 30 .
  • a perforated plate 48 is preferably arranged between the combustion chamber 30 and the filter 28 in the process air duct 22 . This perforated plate 48 can ensure a uniform flow of the filter 28 through the process air 21 and thus a uniform stress on the filter 28 and a lower pressure loss.
  • such a perforated plate 48 can also be arranged after the combustion chamber 30 without a filter 28 . Even without a filter 28, this perforated plate 48 contributes to the process air (e.g. with a downstream fan 26b) flowing evenly over the entire depth of the combustion chamber 30. As a result, the process air unit 20 is operated optimally in terms of its heat transfer efficiency, and the combustion chamber 30 is evenly cooled.
  • the process air duct 22 between the fan 26a and the tube bundle arrangement 35 is preferably configured with a continuously widened duct section 23.
  • the expansion can, for example, be in the form of a curved contour or composed of individual segments that discretize the curved shape.
  • it can be useful to support the uniform inflow of the tube bundle arrangement 35 by at least one air baffle in the process air duct 22 .
  • the continuously widened duct section 23 of the process air duct 22 could also be completely replaced by air baffles in the process air duct 22 .
  • a linear or sudden widening of the process air duct could be used and one or preferably more air baffles designed in this way and in the process air duct 22 be arranged so that at least the main part of the process air flow is continuously expanded / expanded by the outer air baffles taking over the continuous expansion.

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Abstract

Ein Prozessluftaggregat (20) zum Erhitzen einer Prozessluft (21) für eine Werkstückbearbeitungsanlage umfasst einen von einer Prozessluft (21) durchströmbaren Prozessluftkanal (22), eine Brennkammer (30) zum Verbrennen einer Verbrennungsluft, die im Prozessluftkanal (22) von der Prozessluft (21) überströmt wird und dadurch Wärme auf die Prozessluft (21) überträgt, und eine mit der Brennkammer verbundene Rohrbündelanordnung (35), die wenigstens ein Rohrbündel (36) mit mehreren vom Rauchgas (34) aus der Brennkammer (30) durchströmbaren Rohren (38) aufweist. Die mehreren Rohre (38) des wenigstens einen Rohrbündels (36) sind im Prozessluftkanal (21) quer zur Prozessluftströmungsrichtung ausgerichtet, sodass sie von der Prozessluft (21) überströmt werden und dadurch Wärme vom Rauchgas (34) auf die Prozessluft (21) übertragen, und die Rohrbündelanordnung (35) ist zum Erzielen einer erhöhten energetischen Effizienz bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf der Brennkammer (30) im Prozessluftkanal (22) angeordnet.

Description

PROZESSLUFTAGGREGAT ZUM ERHITZEN EINER PROZESSLUFT
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Prozessluftaggregat zum Erhitzen einer Prozessluft zum Beispiel für eine Werkstückbearbeitungsanlage.
In Prozesskammern von Werkstückbearbeitungsanlagen müssen häufig warme Prozessluftströme (zum Beispiel Frischluft und/oder Umluft) eingeleitet werden, um die entsprechende Werkstückbearbeitung durchzuführen. Zum Beispiel hat das Trocknen von lackierten Fahrzeugkarosserien in Lackierprozessen einen hohen Wärmebedarf. In der Regel sind deshalb in den Prozessluftzufuhrleitungen Prozessluftaggregate zum Erhitzen der jeweiligen Prozessluft angeordnet. In den Prozessluftaggregaten wird die Prozessluft in der Regel durch eine Wärmeübertragungsvorrichtung indirekt erhitzt, d.h. nicht direkt durch Verbrennen in einer Brennkammer, um für die Werkstückbearbeitung kritische Stoffe in der Prozessluft zu vermeiden. Herkömmliche Prozessluftaggregate zum Erhitzen einer Prozessluft haben deshalb häufig eine Brennkammer und ein vom Rauchgas aus der Brennkammer durchströmtes Rohrbündel, die zwecks Wärmeübertragung beide von der Prozessluft überströmt werden.
Da in vielen Werkstückbearbeitungsanlagen sehr große Prozessluftmengen mit hohem Wärmebedarf benötigt werden, wird für das Erhitzen der Prozessluft viel Energie benötigt. Es besteht deshalb Bedarf an Prozessluftaggregaten, die ein Erhitzen einer Prozessluft in energetisch effizienter Weise durchführen können.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein im anhängenden unabhängigen Anspruch 1 definiertes Prozessluftaggregat. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Das Prozessluftaggregat zum Erhitzen einer Prozessluft, insbesondere für eine Werkstückbearbeitungsanlage, weist einen Prozessluftkanal auf, der von einer Prozessluft durchströmbar ist und im Bereich eines ersten Kanalendes eine Eingangsöffnung zum Einnehmen einer zu erhitzenden Prozessluft und im Bereich eines zweiten Kanalendes entgegengesetzt zum ersten Kanalende eine Ausgangsöffnung zum Ausgeben einer erhitzten Prozessluft aufweist. Zum Erhitzen der Prozessluft enthält das Prozessluftaggregat eine Brennkammer zum Verbrennen einer Verbrennungsluft, die zumindest teilweise innerhalb des Prozessluftkanals angeordnet ist, sodass sie von der Prozessluft überströmt wird und dadurch Wärme auf die Prozessluft überträgt, sowie eine Rohrbündelanordnung, die mit der Brennkammer verbunden ist und wenigstens ein Rohrbündel mit mehreren vom Rauchgas aus der Brennkammer durchströmbaren Rohren aufweist, wobei die mehreren Rohre des wenigstens einen Rohrbündels quer zur Prozessluftströmungsrichtung ausgerichtet sind und zumindest teilweise innerhalb des Prozessluftkanals angeordnet sind, sodass sie von der Prozessluft überströmt werden und dadurch Wärme vom Rauchgas auf die Prozessluft übertragen. Erfindungsgemäß ist diese Rohrbündelanordnung bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf der Brennkammer im Prozessluftkanal angeordnet.
Die Erfinder haben festgestellt, dass bei herkömmlichen Prozessluftaggregaten, bei denen als erstes die Brennkammer von der Prozessluft überströmt wird, die beiden Hauptströme des Rauchgases und der Prozessluft in dieselbe Richtung verlaufen (Gleichstrom-Prinzip) und als Konsequenz die Austrittstemperaturen der beiden Stoffströme nur die Mischtemperatur annehmen, was energetisch sehr ineffektiv ist. Die Erfinder schlagen deshalb vor, dass die Prozessluft zuerst die Rohrbündelanordnung überströmt, was ein Gegenstromprinzip erzeugt, bei dem die Stoffströme der zu erhitzenden Prozessluft und des Rauchgases in entgegengesetzten Richtungen durch den Prozessluftkanal verlaufen, wodurch immer ein Temperaturunterschied zwischen diesen Stoffströmen existiert und deshalb deutlich mehr (nahezu die gesamte) Wärme übertragen werden kann, wodurch eine deutlich stärkere Energieeffizienz des Prozessluftaggregats zum Erhitzen der Prozessluft erzielt werden kann. Aufgrund der stärkeren Energieeffizienz ist zudem eine Vereinfachung der Geometrie der Brennkammer im Vergleich zu herkömmlichen Prozessluftaggregaten möglich (z.B. rund statt birnenförmig).
Das erfindungsgemäße Prozessluftaggregat ist grundsätzlich für beliebige Anwendungen / Anlagen einsetzbar. Eine besonders vorteilhafte Anwendung ist das Erhitzen von Prozessluft für Werkstückbearbeitungsanlagen, bei denen ein großer Wärmebedarf existiert, wie beispielsweise zum Trocknen / Vernetzen / Härten von lackierten und/oder beschichteten und/oder geklebten Werkstücken wie Karosserien oder Karosserieteilen zum Beispiel in Form von Durchlauftrocknern, Durchlaufhärtungsanlagen, Kammertrocknern oder Kammerhärtungsanlagen. In Zusammenhang mit der im unabhängigen Anspruch 1 definierten Erfindung sind folgende Begriffserläuterungen zu beachten. Die Prozessluft ist zum Beispiel Frischluft oder Umluft oder ein Frischluft-Umluft-Gemisch, kann aber je nach Anwendungsfall grundsätzlich beliebig sein. Der Begriff Rauchgas bezeichnet die in der Brennkammer verbrannte Luft, die aus der Brennkammer ausströmt. Der Prozessluftkanal kann grundsätzlich beliebig strukturiert und dimensioniert sein, ist zumindest im Bereich der Brennkammer und der Rohrbündelanordnung bevorzugt im Wesentlichen geradlinig, kann im Eingangsbereich und/oder im Ausgangsbereich je nach Anwendungsfall ebenfalls im Wesentlichen geradlinig oder gegebenenfalls einfach oder mehrfach gekrümmt sein, hat zum Beispiel eine kreisförmige oder rechteckige Querschnittsform, und kann entlang seiner Länge eine im Wesentlichen konstante oder variable Durchmessergröße haben. Die Strömungen der Prozessluft durch die Rohrbündelanordnung und über die Brennkammer verlaufen vorzugsweise im Wesentlichen in einer Ebene, bevorzugt im Wesentlichen horizontal zur Bodenseite des Prozessluftkanals. Die Brennkammer hat vorzugsweise eine einfache runde rohrförmige Form. Die Brennkammer und die mit ihr verbundene Rohrbündelanordnung bilden eine Kompakteinheit, die als ein Bauteil in das Prozessluftaggregat einschiebbar ist. Die Brennkammer und das wenigstens eine Rohrbündel der Rohrbündelanordnung können jeweils vollständig oder nahezu vollständig innerhalb des Prozessluftkanals angeordnet sein, nur die Zuführleitungen für Brennstoff und Verbrennungsluft und die Rauchgasabführleitung sind vorzugsweise komplett außerhalb des Kanals angeordnet. Die Rohre des wenigstens einen Rohrbündels sind quer, d.h. nicht parallel, sondern in einem Winkel zur Prozessluftströmungsrichtung ausgerichtet, wobei sie bevorzugt, aber nicht notwendigerweise im Wesentlichen senkrecht zur Prozessluftströmungsrichtung ausgerichtet sind. Die Strukturen und Dimensionen des wenigstens einen Rohrbündels und seiner Rohre sind grundsätzlich beliebig, wobei die Rohre zum Beispiel im Wesentlichen parallel zueinander ausgerichtet sein können, und wobei die Rohre von mehreren Rohrreihen im Rohrbündel zueinander versetzt oder fluchtend angeordnet sein können. Die Brennkammer ist in der Regel mit einem Brenner ausgestattet, der eine Brennstoffzufuhr (z.B. Erdgas, Wasserstoff, Gemisch aus Erdgas und Wasserstoff, Biogas, etc.) und eine Verbrennungsluftzufuhr (z.B. Umgebungsluft oder eine Abgasrückführung) sowie optional einen Zünder und/oder eine Heizvorrichtung (z.B. eine elektrische oder elektromagnetische Aufheizvorrichtung oder eine schaltbare Hochtemperatur-Wärmequelle anderer Art zum Versorgen der Brennkammer mit Wärmeenergie) aufweist. In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Rohrbündelanordnung mehrere (d.h. wenigstens zwei) Rohrbündel auf, die im Prozessluftkanal bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung hintereinander (und alle stromauf der Brennkammer) angeordnet sind, wobei das Rauchgas die verschiedenen Rohrbündel nacheinander in einer Abfolge entgegen der Prozessluftströmungsrichtung durchströmt und dabei die Rohre der nacheinander angeordneten Rohrbündel in entgegengesetzten Richtungen jeweils quer zur Prozessluftströmungsrichtung durchströmt. Durch diesen Einsatz mehrerer Rohrbündel wird das vorteilhafte Gegenstrom-Prinzip noch intensiver genutzt, da das Rauchgas in Schlangenlinien entgegengesetzt zur Prozessluft durch die Rohre geleitet wird. Bei dieser Ausgestaltung weisen die mehreren Rohrbündel der Rohrbündelanordnung bevorzugt jeweils mehrere Rohrreihen auf, die bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung hintereinander verlaufen, wobei vorzugsweise jeweils im Vergleich zwischen zwei benachbarten der mehreren Rohrbündel das Rohrbündel näher zur Brennkammer eine größere Anzahl an Rohrreihen hat als das Rohrbündel weiter entfernt von der Brennkammer. Durch diese Maßnahme kann eine optimale Durchströmung der Rohre erzielt und der Druckverlust so gering wie möglich gehalten werden. Die Absenkung der Rohrreihenzahl zwischen zwei benachbarten Rohrbündeln in Richtung weg von der Brennkammer beträgt vorzugsweise jeweils etwa 20% bis 50%, optional etwa 30% bis 40%. Da die Verbrennungsluftzufuhr zum Einleiten von Verbrennungsluft in die Brennkammer und die Rauchgasabführleitung zum Ausgeben des Rauchgases nach Durchströmen der Rohrbündelanordnung vorzugsweise an derselben Seite des Prozessluftkanals (bzw. des Prozessluftaggregats) angeordnet sind, enthält die Rohrbündelanordnung bevorzugt eine ungeradzahlige Anzahl von Rohrbündeln (z.B. eine oder drei oder fünf).
In einer Ausgestaltung der Erfindung umfasst das Prozessluftaggregat ferner einen ersten Sammelkasten im Umfangsbereich des Prozessluftkanals, der die Brennkammer mit allen Rohren des der Brennkammer zugewandten Rohrbündels der Rohrbündelanordnung verbindet, und einen zweiten Sammelkasten im Umfangsbereich des Prozessluftkanals, der alle Rohre des der Brennkammer abgewandten Rohrbündels der Rohrbündelanordnung mit der Rauchgasabführleitung verbindet. Falls die Rohrbündelanordnung ein einzelnes Rohrbündel aufweist, sind die beiden genannten Sammelkästen jeweils in Kontakt zu diesem einen Rohrbündel angeordnet. Falls die Rohrbündelanordnung mehrere Rohrbündel aufweist, ist außerdem jeweils ein weiterer Sammelkasten im Umfangsbereich des Prozessluftkanals vorhanden, der alle Rohre eines Rohrbündels mit allen Rohren eines benachbarten Rohrbündels der Rohrbündel- anordnung verbindet. Durch die Sammelkästen wird das Rauchgas jeweils von der Brennkammer in die Rohre des Rohrbündels bzw. von den Rohren eines Rohrbündels in die Rohre des nächsten Rohrbündels bzw. von den Rohren des letzten Rohrbündels in die Rauchgasabführleitung umgelenkt. Die Sammelkästen sind jeweils innerhalb oder außerhalb oder zum Teil innerhalb des Prozessluftkanals angeordnet. Außerdem sind die Sammelkästen vorzugsweise getrennt voneinander ausgeführt, um thermischen Spannungen entgegenzuwirken.
Je nach Anwendungsfall ist die Eingangsöffnung zum Einnehmen der zu erhitzenden Prozessluft in einer Ausführungsform der Erfindung am ersten Kanalende in einer Stirnseite des Prozessluftkanals vorgesehen oder in einer anderen Ausführungsform der Erfindung am ersten Kanalende in einer Umfangsseite des Prozessluftkanals vorgesehen. In der zweiten genannten Ausführungsform ist vorzugsweise an der Rohrbündelanordnung an der der Eingangsöffnung zugewandten Seite ein Leitblech angeordnet, das ausgehend von der Brennkammerseite zumindest ein Teil der Rohre (bevorzugt den Großteil oder alle Rohre) gegen ein Überströmen von der Umfangsseite des Prozessluftkanals her blockiert. Durch ein solches Leitblech kann gewährleistet werden, dass die Prozessluft auch bei einem Einströmen von der Umfangsseite in den Prozessluftkanal den Großteil der Rohrbündelanordnung quer zur Ausrichtung der Rohre überströmt, was eine bessere Wärmeübertragung gewährleistet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Prozessluftaggregat ferner einen Filter zum Reinigen der Prozessluft auf, der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromab der Brennkammer angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung ist vorzugsweise zwischen der Brennkammer und dem Filter zusätzlich eine Lochplatte zum (möglichst gleichmäßigen) Verteilen der Prozessluft auf den Filter angeordnet. Durch diese Maßnahme können eine gleichmäßige Nutzung des Filters und ein geringerer Druckverlust gewährleistet werden. In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ohne einen solchen Filter weist das Prozessluftaggregat ferner eine bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromab der Brennkamme angeordnete Lochplatte zum Verteilen der Prozessluft über die ganze Tiefe der Brennkammer auf.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Prozessluftaggregat ferner einen Ventilator zum Drücken der Prozessluft durch das Aggregat auf, der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf der Rohrbündelanordnung angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung weist der Prozessluftkanal zwischen dem Ventilator und der Rohrbündelanordnung vorzugsweise einen kontinuierlich aufgeweiteten Kanalabschnitt und/oder wenigstens ein Luftleitblech zum Aufweiten des Prozessluftstroms auf, um die Rohrbündelanordnung möglichst gleichmäßig zu überströmen. Anstelle eines solchen im Prozessluftaggregat integrierten Ventilators kann wahlweise auch ein Ventilator außerhalb vor dem Prozessluftaggregat in der jeweiligen Prozessluftzufuhrleitung angeordnet sein.
Alternativ kann das Prozessluftaggregat ferner einen Ventilator zum Ziehen der Prozessluft durch das Aggregat aufweisen, der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromab der Brennkammer angeordnet ist. Anstelle eines solchen im Prozessluftaggregat integrierten Ventilators kann wahlweise auch ein Ventilator außerhalb nach dem Prozessluftaggregat in der jeweiligen Prozessluftzufuhrleitung angeordnet sein.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Prozessluftaggregat ferner wenigstens eine Temperaturerfassungsvorrichtung zum Erfassen einer Temperatur der Prozessluft stromauf der Rohrbündelanordnung und/oder einer Temperatur der Prozessluft stromab der Brennkammer auf. Anstelle einer solchen im Prozessluftaggregat integrierten Temperaturerfassungsvorrichtung kann wahlweise auch eine entsprechende Temperaturerfassungsvorrichtung in der jeweiligen Prozessluftzufuhrleitung angeordnet sein. Die Temperaturerfassungsvorrichtung weist zum Beispiel einen Temperatursensor wie beispielsweise Thermoelement, IR-Sensor, Pyrometer, etc. zum Erfassen einer Temperatur der Prozessluft auf. Die auf diese Weise erfasste Temperatur der Prozessluft vor und/oder nach dem Prozessluftaggregat kann für die Steuerung des Betriebs der Prozessluftzufuhr (insbesondere Prozessluftmenge, Brennerleistung im Prozessluftaggregat) verwendet werden.
Alle oben erläuterten Ausgestaltungen des Prozessluftaggregats sind im Rahmen der Erfindung nahezu beliebig kombinierbar.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Werkstückbearbeitungsanlage, die wenigstens eine Prozesskammer zum Bearbeiten von Werkstücken und wenigstens eine Prozessluftzufuhrleitung zum Zuführen von Prozessluft in die wenigstens eine Prozesskammer aufweist, wobei in der wenigstens einen Prozessluftzufuhrleitung ein oben beschriebenes Prozessluftaggregat der Erfindung angeordnet ist. Die Werkstückbearbeitungsanlage dient beispielsweise einem Lackierprozess. Bei der Werkstückbearbeitungsanlage handelt es sich zum Beispiel um einen Durchlauftrockner, eine Durchlaufhärtungsanlage, einen Kammertrockner oder eine Kammerhärtungsanlage zum Trocknen / Vernetzen / Härten von lackierten und/oder beschichteten und/oder geklebten Werkstücken wie Karosserien oder Karosserieteilen. Die Erfindung ist aber nicht auf diese speziellen Anwendungen eingeschränkt.
Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:
Fig. 1 den Aufbau einer Werkstückbearbeitungsanlage mit erfindungsgemäßen Prozessluftaggregaten gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 2 eine Draufsicht der Konstruktion des erfindungsgemäßen Prozessluftaggregats;
Fig. 3 eine Detail-Draufsicht eines Prozessluftaggregats gemäß einer ersten Ausführungsvariante der Erfindung;
Fig. 4A eine Detail-Draufsicht eines Prozessluftaggregats gemäß einer zweiten Ausführungsvariante der Erfindung;
Fig. 4B eine Detail-Seitenansicht des Prozessluftaggregats von Fig. 4A;
Fig. 5 eine Detail-Seitenansicht eines Prozessluftaggregats gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 eine Detail-Seitenansicht eines Prozessluftaggregats gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
Fig. 7 eine Detail-Draufsicht eines Prozessluftaggregats gemäß einer noch weiteren Ausführungsform der Erfindung.
Bezugnehmend auf Fig. 1 wird zunächst beispielhaft ein Anwendungsbeispiel des erfindungsgemäßen Prozessluftaggregats erläutert.
Die in Fig. 1 dargestellte Werkstückbearbeitungsanlage 10 ist zum Beispiel Teil einer Lackieranlage und hat eine Prozesskammer 12 beispielsweise zum Trocknen / Vernetzen / Härten von lackierten und/oder beschichteten und/oder geklebten Werkstücken 14 wie Karosserien oder Karosserieteilen. Das Werkstück 14 kann auf einem Träger (z.B. Skid) 15 befestigt sein, der das Werkstück 14 durch die Prozesskammer 12 befördert. Je nach Anwendungsfall kann die Prozesskammer 12 auch mehrere Zonen (z.B. Schleusenzonen, Aufheizzonen, Haltezonen, etc.) umfassen.
Der Prozesskammer 12 bzw. ihren Zonen wird über wenigstens eine Prozessluftzufuhrleitung 18 eine entsprechende Prozessluft zugeführt. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 werden der Prozesskammer 12 über wenigstens eine Frischluftleitung 18a Frischluft und über wenigstens eine Umluftleitung 18b Umluft zugeführt. In der Frischluftleitung 18a ist ein erfindungsgemäßes Prozessluftaggregat 20a zum Erhitzen der Frischluft angeordnet, und in der Umluftleitung 18b ist ein erfindungsgemäßes Prozessluftaggregat 20b zum Erhitzen der Umluft angeordnet.
Wie in Fig. 1 angedeutet, können in den Prozessluftzufuhrleitungen 18 außerdem Ventilatoren 16 zum Fördern der jeweiligen Prozessluft (z.B. stromauf des Prozessluftaggregats 20) und Temperaturerfassungsvorrichtungen 17 zum Erfassen der Prozesslufttemperatur (z.B. stromab des Prozessluftaggregats 20) vorgesehen sein. Alternativ können die Ventilatoren und/oder die Temperaturerfassungsvorrichtungen auch in die jeweiligen Prozessluftaggregate 20 integriert sein, wie später in Zusammenhang mit Ausführungsbeispielen des Prozessluftaggregats 20 erläutert.
Bezugnehmend auf Fig. 2 wird nun die grundsätzliche Konstruktion des erfindungsgemäßen Prozessluftaggregats 20 näher erläutert, das zum Beispiel in der Werkstückbearbeitungsanlage 10 von Fig. 1 in den Prozessluftzufuhrleitungen 18 einsetzbar ist.
Das Prozessluftaggregat 20 hat einen Prozessluftkanal 22, der von der jeweiligen Prozessluft 21 (z.B. Frischluft oder Umluft) durchströmbar ist. Im Bereich eines ersten Kanalendes (rechts in Fig. 2) hat der Prozessluftkanal 22 eine Eingangsöffnung 24a zum Einnehmen der zu erhitzenden Prozessluft 21 aus der Prozessluftzufuhrleitung 18, und im Bereich eines zweiten Kanalendes entgegengesetzt zum ersten Kanalende (links in Fig. 2) hat der Prozessluftkanal 22 eine Ausgangsöffnung 24b zum Ausgeben der erhitzten Prozessluft 21 in die Prozessluftzufuhrleitung 18.
Im Prozessluftkanal 22 ist eine Brennkammer 30 in Form einer normalen Gasbrennkammer angeordnet, die von der Prozessluft 21 überströmt wird (d.h. nicht eingeströmt wird). Die Brennkammer 30 hat beispielsweise eine runde rohrförmige Form (wie zum Beispiel in den Fig. 4B und 6 ersichtlich), die einfacher herstellbar ist im Vergleich zum Beispiel zu einer birnenförmigen Brennkammer, und ist mit einem Brenner 32 zum Verbrennen einer Verbrennungsluft ausgestattet. Der Brenner 32 hat zum Beispiel eine Brennstoffzufuhr 33a zum Einleiten eines flüssigen oder bevorzugt gasförmigen Brennstoffes (z.B. Erdgas, Wasserstoff, etc.) in die Brennkammer 30 und eine Verbrennungsluftzufuhr 33b zum Einleiten einer Verbrennungsluft (z.B. Umgebungsluft) in die Brennkammer 30. Je nach Anwendungsfall, der Art des benutzten Brennstoffes, der Art der benutzten Verbrennungsluft und der gewünschten Temperatur des Rauchgases (= verbrannte Verbrennungsluft) enthält der Brenner zudem einen Zünder zum Auslösen des Verbrennungsvorgangs des Brennstoffes und/oder eine Heizvorrichtung (z.B. eine elektrische oder elektromagnetische Aufheizvorrichtung oder eine schaltbare Hochtemperatur-Wärmequelle anderer Art) zum Versorgen der Brennkammer 30 mit Wärmeenergie, damit die zu verbrennende Verbrennungsluft A zusammen mit dem Brennstoff sofort eine Verbrennungstemperatur erreicht, ohne dass ein zusätzlicher Zündmechanismus erforderlich ist.
Im Prozessluftkanal 22 ist zudem eine Rohrbündelanordnung 35 angeordnet, die ebenfalls von der Prozessluft 21 überströmt wird. Die Brennkammer 30 und die mit ihr verbundene Rohrbündelanordnung 35 bilden eine Kompakteinheit, die als ein Bauteil in das Prozessluftaggregat 20 einschiebbar ist. Die Rohrbündelanordnung 35 weist wenigstens ein Rohrbündel mit mehreren Rohren auf und ist über einen ersten Sammelkasten 40 mit der Brennkammer 30 verbunden, sodass das Rauchgas 34 aus der Brennkammer 30 die Rohre der Rohrbündelanordnung 35 durchströmt. Wie in Fig. 2 veranschaulicht, ist die Rohrbündelanordnung 35 so konstruiert und im Prozessluftkanal 22 angeordnet, dass die Rohre quer, wie in Fig. 2 dargestellt (in diesem Ausführungsbeispiel zum Beispiel im Wesentlichen 90°) zur Prozessluftströmungsrichtung (Rechts- Links-Richtung in Fig. 2) ausgerichtet sind. Die Rohrbündelanordnung 35 ist außerdem über einen zweiten Sammelkasten 42 mit einer Rauchgasabführleitung 44 verbunden, um das Rauchgas 34 nach Durchströmen der Rohrbündelanordnung 35 über die Rauchgasabführleitung zum Beispiel in die Umgebung auszugeben. Grundsätzlich könnte das Rauchgas 34 nach Durchströmen des Prozessluftkanals 22 auch zu einem weiteren Wärmeübertrager geleitet werden, was jedoch eher unvorteilhaft ist, weil das Rauchgas aufgrund des sehr effizienten Prozessluftaggregats nur sehr wenig Restwärme behält. Außerdem kann das Rauchgas 34 nach Durchströmen des Prozessluftkanals 22 wahlweise auch zur Wiederverwendung als Verbrennungsluft zum Brenner 32 geleitet werden, wobei aber zu beachten ist, dass das Rauchgas nach dem vorherigen Verbrennen weniger oder im Extremfall keine brennbaren Stoffe mehr enthält. In Fig. 2 sind die ersten und zweiten Sammelkästen 40, 42 beispielhaft innerhalb des Prozessluft- kanals 22 angeordnet; alternativ können die ersten und zweiten Sammelkästen 40, 42 auch nur teilweise innerhalb oder vollständig außerhalb des Prozessluftkanals 22 angeordnet sein, da sie in erster Linie dem Umlenken des Rauchgases 34 dienen, nicht aber der Wärmeübertragung auf die Prozessluft 21. Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Verbrennungsluftzufuhr 33b des Brenners 32 und die Rauchgasabführleitung 44 aus der Rohrbündelanordnung 35 beide an derselben Seite (beispielhaft der unteren Seite) des Prozessluftkanals 22 bzw. des Prozessluftaggregats 20 angeordnet.
Wie in Fig. 2 dargestellt, ist die Rohrbündelanordnung 35 gemäß der Erfindung bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf (rechts in Fig. 2) der Brennkammer 30 im Prozessluftkanal 22 angeordnet, sodass die durch die Eingangsöffnung 24a einströmende Prozessluft 21 zuerst die Rohrbündelanordnung 35 überströmt und danach die Brennkammer 30 überströmt, um Wärme vom Rauchgas übertragen zu bekommen. Durch diese Reihenfolge der Rohrbündelanordnung 35 zur Brennkammer 30 im Prozessluftkanal 22 verläuft der Rauchgasstrom in eine Richtung entgegengesetzt zum Prozessluftstrom durch den Prozessluftkanal 22, sodass sehr viel oder sogar die gesamte Wärme des Rauchgases 34 auf die Prozessluft 21 übertragen werden kann, wodurch das Prozessluftaggregat 20 energetisch sehr effektiv ist. Außerdem verlaufen die Strömungen der Prozessluft 21 durch die Rohrbündelanordnung 35 und dann über die Brennkammer 30 im Wesentlichen in einer Ebene horizontal zur Bodenseite (unten in Fig. 2) des Prozessluftkanals 22.
Wie in Fig. 2 veranschaulicht, kann in dem Prozessluftaggregat 20 optional auch ein Ventilator 26a zum Drücken der Prozessluft 21 durch den Prozessluftkanal 22, der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf der Rohrbündelanordnung 35 und somit in der Nähe der Eingangsöffnung 24a angeordnet ist, oder ein Ventilator 26b zum Ziehen der Prozessluft 21 durch den Prozessluftkanal 22, der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromab der Brennkammer 30 und somit in der Nähe der Ausgangsöffnung 24b angeordnet ist, integriert sein. Bei dieser Ausführungsvariante des Prozessluftaggregats 20 kann auf Ventilatoren 26 in den Prozessluftzufuhrleitungen 18 verzichtet werden.
Alternativ oder zusätzlich zum Ventilator 26a / 26b können, wie in Fig. 2 veranschaulicht, im Prozessluftaggregat 20 optional auch ein Filter 28 zum Bereinigen der Prozessluft 21, der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromab der Brennkammer 30 angeordnet ist, und/oder eine Temperaturerfassungsvorrichtung 27 zum Erfassen einer Temperatur der Prozessluft 21 stromauf der Rohrbündelanordnung 35 und/oder einer Temperatur der Prozessluft 21 stromab der Brennkammer 30, integriert sein. Die Temperaturerfassungsvorrichtung 27 weist zum Beispiel einen oder mehrere Temperatursensoren (z.B. Thermoelement, IR-Sensor, Pyrometer, etc.) zum Erfassen der Prozesslufttemperatur auf und ist beispielsweise mit einer Steuervorrichtung der Werkstückbearbeitungsanlage 10 verbunden, damit der Betrieb der Prozessluftzufuhr (insbesondere Prozessluftmenge und Brennerleistung im Prozessluftaggregat) in die Prozesskammer 12 auch unter Berücksichtigung der erfassten Prozesslufttemperatur vor und/oder nach dem Prozessluftaggregat gesteuert werden kann.
Bezugnehmend auf Fig. 3 bis 7 werden nun verschiedene Ausführungsvarianten / Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Prozessluftaggregats 20 in mehr Einzelheiten erläutert. Der Einfachheit halber zeigen die Figuren 3 bis 7 jeweils nur ein paar spezielle Merkmale / Eigenschaften der jeweiligen Ausführungsvarianten/formen, die in dem oben unter Bezug auf Fig. 2 beschriebenen Grundkonzept des Prozessluftaggregats 20 einzeln oder ggf. auch in Kombination mit anderen vorhanden sein können.
Fig. 3 zeigt eine Ausführungsvariante des Prozessluftaggregats 20, bei dem die Rohrbündelanordnung 35 ein einziges Rohrbündel 36 aufweist, das bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf der Brennkammer 30 angeordnet ist. Wie in Fig. 3 deutlicher als in Fig. 2 veranschaulicht, enthält das Rohrbündel 36 mehrere Rohrreihen 37, die bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung (Rechts-Links-Richtung in Fig. 3) hintereinander und beispielsweise im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen. Wie in Fig. 3 angedeutet, kann das Rohrbündel 36 zum Beispiel etwa sieben Rohrreihen 37 enthalten. Die mehreren Rohrreihen 37 des Rohrbündels 36 haben jeweils mehrere Rohre, die in Draufsicht auf Fig. 3 untereinander positioniert sind. Die Rohre der verschiedenen Rohrreihen 37 können alle oder wenigstens zum Teil zueinander versetzt oder zueinander fluchtend angeordnet sein. Die Vielzahl der Rohre der mehreren Rohrreihen 37 ist über den ersten Sammelkasten 40 eingangsseitig (oben in Fig. 3) mit der Brennkammer 30 verbunden, sodass alle Rohre vom Rauchgas 34 durchströmt werden, und ist über den zweiten Sammelkasten 42 ausgangsseitig mit der Rauchgasabführleitung 44 verbunden, sodass das Rauchgas 34 aus allen Rohren ausgegeben wird.
Fig. 4A und 4B zeigen eine andere Ausführungsvariante des Prozessluftaggregats 20, bei dem die Rohrbündelanordnung 35 mehrere, passend zur Anordnung der Verbrennungsluftzufuhr 33b und der Rauchgasabführleitung 44 an derselben Seite des Prozessluftkanals 22 eine ungeradzahlige Anzahl von (in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft drei) Rohrbündeln 36a, 36b, 36c aufweist, die bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung alle stromauf der Brennkammer 30 angeordnet sind. Diese Ausführungsvariante verstärkt im Vergleich zur Ausführungsvariante von Fig. 3 mit einem einzelnen Rohrbündel 36 das Gegenstrom-Prinzip zwischen Rauchgasstrom und Prozessluftstrom im Prozessluftkanal 22 und damit die Wärmeübertragung vom Rauchgas 34 auf die Prozessluft 21 und konsequenterweise die energetische Effizienz des Prozessluftaggregats 20.
Die mehreren Rohrbündel 36a, 36b, 36c sind bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung (Rechts-Links-Richtung in Fig. 4A und 4B) hintereinander angeordnet, wobei das Rauchgas 34 die verschiedenen Rohrbündel 36n nacheinander in einer Abfolge entgegen der Prozessluftströmungsrichtung (d.h. in Fig. 4A und 4B von links nach rechts) durchströmt. Außerdem durchströmt das Rauchgas 34 dabei die Rohre 38 der nacheinander angeordneten Rohrbündel 36a, 36b, 36c jeweils in entgegengesetzten Richtungen quer zur Prozessluftströmungsrichtung, wie durch die Rauchgas-Strömungspfeile 34 in der Mitte der Rohrbündel 36n in Fig. 4A angedeutet. Jedes Rohrbündel 36n hat analog zur obigen Erläuterung jeweils mehrere Rohrreihen 37 mit jeweils mehreren Rohren 38. Die Rohre des erstes Rohrbündels 36a am nächsten zur Brennkammer 30 sind eingangsseitig (oben in Fig. 4A) über den ersten Sammelkasten 40 mit der Brennkammer 30 verbunden und ausgangsseitig (unten in Fig. 4A) über einen weiteren Sammelkasten 41 mit den Rohren des zweiten Rohrbündels 36b verbunden. Die Rohre des zweiten Rohrbündels 36b sind eingangsseitig (unten in Fig. 4A) über den weiteren Sammelkasten 41 mit den Rohren des ersten Rohrbündels 36a verbunden und ausgangsseitig (oben in Fig. 4A) über einen noch weiteren Sammelkasten 41 mit den Rohren des dritten Rohrbündels 36c am weitesten entfernt von der Brennkammer 30 verbunden. Die Rohre des dritten Rohrbündels 36c sind eingangsseitig (oben in Fig. 4A) über den noch weiteren Sammelkasten 41 mit den Rohren des zweiten Rohrbündels 36b verbunden und ausgangsseitig (unten in Fig. 4A) über den zweiten Sammelkasten 42 mit der Rauchgasabführleitung 44 verbunden. Um thermischen Spannungen entgegenzuwirken, sind die Sammelkästen 40, 41 , 41, 42 vorzugsweise getrennt voneinander ausgestaltet.
Um eine optimale Durchströmung der Rohre 38 der Rohrbündel 36n zu gewährleisten und den Druckverlust so gering wie möglich zu halten, haben die einzelnen Rohrbündel 36n der Rohrbündelanordnung 35 vorzugsweise unterschiedliche Anzahlen an Rohrreihen 37 und damit auch an Rohren 38. Das erste Rohrbündel 36a am nächsten zur Brennkammer 30 besitzt vorzugsweise die höchste Anzahl an Rohrreihen 37, da hier die Temperatur des Rauchgases 34 und somit der Betriebsvolumenstrom am höchsten sind. Mit jedem weiteren Rohrbündel 36b, 36c sinkt die Anzahl der Rohrreihen 37 bzw. Rohre 38 in Richtung weg von der Brennkammer 30 vorzugsweise jeweils um etwa 20% bis 50%, optional um etwa 30% bis 40%. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 4A und 4B hat das erste Rohrbündel 36a beispielsweise sieben Rohrreihen 37, das zweite Rohrbündel 36b beispielsweise fünf Rohrreihen 37, und das dritte Rohrbündel 36c beispielsweise vier Rohrreihen 37. In einem anderen Ausführungsbeispiel (nicht dargestellt) hat das erste Rohrbündel 36a beispielsweise fünf Rohrreihen 37, das zweite Rohrbündel 36b beispielsweise vier Rohrreihen 37, und das dritte Rohrbündel 36c beispielsweise drei Rohrreihen 37.
Je nach Anwendungsfall des Prozessluftaggregats 20 können zum Beispiel unterschiedliche Größen und Orientierungen der Stellplätze vorhanden sein. Dies kann entsprechend unterschiedliche Anström- und Abströmsituationen der Prozessluft bewirken, was im Prozessluftaggregat konstruktiv berücksichtigt werden muss.
Fig. 5 veranschaulicht eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Prozessluftaggregats 20, bei dem die Eingangsöffnung 24a zum Einnehmen der zu erhitzenden Prozessluft 21 aus der Prozessluftzufuhrleitung 18 in den Prozessluftkanal 22 nicht an einer Stirnseite des Prozessluftkanals 22, wie in Fig. 2 dargestellt, sondern in einer Umfangsseite des Prozessluftkanals 22 (z.B. unten oder oben am Prozessluftkanal) vorgesehen ist. Da die Prozessluft 21 die Rohrbündel 36n der Rohrbündelanordnung 35 quer zu deren Ausrichtung der Rohre überströmen soll, ist in dieser Ausführungsform an der Rohrbündelanordnung 35 zusätzlich ein Leitblech 46 angeordnet. Dieses Leitblech 46 ist an der der Eingangsöffnung 24 zugewandten Seite der Rohrbündelanordnung 35 (unten in Fig. 5) angeordnet und blockiert ausgehend von der Brennkammerseite zumindest einen Teil der Rohre 38 oder alle Rohre 38 gegen ein Überströmen von der Umfangsseite des Prozessluftkanals 22 her. Durch das Leitblech soll vorzugsweise maximal die Hälfte der Rohrreihen des einzelnen Rohrbündels 36 oder des von der Brennkammer 30 entferntesten Rohrbündels 36c der Rohrbündelanordnung 35 von der Umfangsseite des Prozessluftkanals 22 durch die Prozessluft 21 angeströmt werden können. Je nach Konzept des Prozessluftkanals 22 muss die Rohrbündelanordnung 35 durch das Leitblech 46 bereits ab der Brennkammer 30 oder nur im Bereich des entferntesten Rohrbündels 36c blockiert werden.
Fig. 6 veranschaulicht eine Ausführungsform des Prozessluftaggregats 20, in dem stromab der Brennkammer 30 ein Filter 28 zum Bereinigen der erhitzten Prozessluft 21 integriert ist. Bei dieser Ausführungsform ist vorzugsweise eine Lochplatte 48 zwischen der Brennkammer 30 und dem Filter 28 im Prozessluftkanal 22 angeordnet. Diese Lochplatte 48 kann eine gleichmäßige Anströmung des Filters 28 durch die Prozessluft 21 und damit eine gleichmäßige Beanspruchung des Filters 28 und einen geringeren Druckverlust gewährleisten.
In einer anderen Ausführungsform der Erfindung (nicht dargestellt) kann eine solche Lochplatte 48 auch ohne Filter 28 nach der Brennkammer 30 angeordnet sein. Auch ohne Filter 28 trägt diese Lochplatte 48 dazu bei, dass die Prozessluft (z.B. bei einem nachgeschalteten Ventilator 26b) gleichmäßig über die ganze Tiefe der Brennkammer 30 strömt. Dadurch wird das Prozessluftaggregat 20 hinsichtlich seiner Wärmeübertragungseffizienz optimal betrieben, und die Brennkammer 30 wird gleichmäßig gekühlt.
Fig. 7 veranschaulicht eine Ausführungsform des Prozessluftaggregats 20, in dem stromauf der Rohrbündelanordnung 35 ein Ventilator 26a zum Drücken der Prozessluft 21 durch den Prozessluftkanal 22 integriert ist. Um zu verhindern, dass bei einer solchen Anordnung des Ventilators 26a kurz vor der Rohrbündelanordnung 35 die Rohrbündelanordnung 35 ungleichmäßig angeströmt wird, ist der Prozessluftkanal 22 zwischen dem Ventilator 26a und der Rohrbündelanordnung 35 vorzugsweise mit einem kontinuierlich aufgeweiteten Kanalabschnitt 23 ausgestaltet. Die Aufweitung kann zum Beispiel in Form einer gebogenen Kontur oder aus Einzelsegmenten zusammengesetzt sein, welche die gekrümmte Form diskretisieren. Zusätzlich kann es sinnvoll sein, die gleichmäßige Anströmung der Rohrbündelanordnung 35 durch wenigstens ein Luftleitblech im Prozessluftkanal 22 zu unterstützen.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung (nicht dargestellt) könnte der kontinuierlich aufgeweitete Kanalabschnitt 23 des Prozessluftkanals 22 auch komplett durch Luftleitbleche im Prozessluftkanal 22 ersetzt werden. In diesem Fall könnte eine lineare oder sprunghafte Aufweitung des Prozessluftkanals verwendet werden und ein oder vorzugsweise mehr Luftleitbleche so ausgestaltet und im Prozessluftkanal 22 angeordnet werden, dass zumindest der Hauptteil des Prozessluftstroms kontinuierlich aufgeweitet / entspannt wird, indem die äußeren Luftleitbleche die kontinuierliche Aufweitung übernehmen.
Der Schutzbereich der Erfindung ist durch den anhängenden Anspruchssatz definiert. Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele und Anwendungsbeispiele des Prozessluftaggregats, einschließlich deren Varianten, dienen insbesondere dem besseren Verständnis der Erfindung, sollen aber den Schutzbereich nicht einschränken. Der Fachmann wird weitere Ausführungsvarianten im Schutzbereich der Erfindung erkennen können, die zum Beispiel auf weiteren Merkmalskombinationen der obigen Ausführungsbeispiele, weiteren Kombinationen von ein oder mehr der obigen Ausführungsbeispiele (d.h. nicht nur ausdrücklich erwähnte Kombinationsbeispiele), auf einzelnen weggelassenen Merkmalen der obigen Ausführungsbeispiele und/oder auf einzelnen modifizierten Merkmalen der obigen Ausführungsbeispiele basieren.
BEZUGSZIFFERNLISTE
10 Werkstückbearbeitungsanlage
12 Prozesskammer
14 Werkstück
15 Träger
16 Ventilator (separat von 20)
17 Temperaturerfassungsvorrichtung (separat von 20)
18 Prozessluftzufuhrleitung (18a Frischluftleitung / 18b Umluftleitung)
20 Prozessluftaggregat (20a Frischluftaggregat / 20b Umluftaggregat)
21 Prozessluft
22 Prozessluftkanal
23 kontinuierlich aufgeweiteter Kanalabschnitt
24a Eingangsöffnung
24b Ausgangsöffnung
26 Ventilator (als Bestandteil von 20)
(26a stromauf Rohrbündelanordnung / 26b stromab Brennkammer)
27 Temperaturerfassungsvorrichtung (als Bestandteil von 20)
28 Filter
30 Brennkammer
32 Brenner 33a Brennstoffzufuhr
33b Verbrennungsluftzufuhr
34 Rauchgas
35 Rohrbündelanordnung 36 Rohrbündel
36n Rohrbündel
37 Rohrreihen
38 Rohre
40 erster Sammelkasten zwischen Brennkammer und Rohrbündelanordnung 41 weiterer Sammelkasten zwischen zwei Rohrbündeln
42 zweiter Sammelkasten am Ende der Rohrbündelanordnung
44 Rauchgasabführleitung
46 Leitblech
48 Lochplatte

Claims

ANSPRÜCHE
1. Prozessluftaggregat (20) zum Erhitzen einer Prozessluft (21), aufweisend: einen Prozessluftkanal (22), der von einer Prozessluft (21) durchströmbar ist und im Bereich eines ersten Kanalendes eine Eingangsöffnung (24a) zum Einnehmen einer zu erhitzenden Prozessluft und im Bereich eines zweiten Kanalendes entgegengesetzt zum ersten Kanalende eine Ausgangsöffnung (24b) zum Ausgeben einer erhitzten Prozessluft (21) aufweist; eine Brennkammer (30) zum Verbrennen einer Verbrennungsluft, die zumindest teilweise innerhalb des Prozessluftkanals (22) angeordnet ist, sodass sie von der Prozessluft (21) überströmt wird und dadurch Wärme auf die Prozessluft (21) überträgt; und eine Rohrbündelanordnung (35), die mit der Brennkammer (30) verbunden ist und wenigstens ein Rohrbündel (36) mit mehreren vom Rauchgas (34) aus der Brennkammer (30) durchströmbaren Rohren (38) aufweist, wobei die mehreren Rohre (38) des wenigstens einen Rohrbündels (36) quer zur Prozessluftströmungsrichtung ausgerichtet sind und zumindest teilweise innerhalb des Prozessluftkanals (22) angeordnet sind, sodass sie von der Prozessluft (21) überströmt werden und dadurch Wärme vom Rauchgas (34) auf die Prozessluft (21) übertragen, und wobei die Rohrbündelanordnung (35) bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf der Brennkammer (30) im Prozessluftkanal (22) angeordnet ist.
2. Prozessluftaggregat (20) nach Anspruch 1, bei welchem die Rohrbündelanordnung (35) mehrere Rohrbündel (36n) aufweist, die im Prozessluftkanal (22) bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung hintereinander angeordnet sind, wobei das Rauchgas (34) die verschiedenen Rohrbündel (36n) nacheinander in einer Abfolge entgegen der Prozessluftströmungsrichtung durchströmt und dabei die Rohre (38) der nacheinander angeordneten Rohrbündel (36n) in entgegengesetzten Richtungen jeweils quer zur Prozessluftströmungsrichtung durchströmt.
3. Prozessluftaggregat (20) nach Anspruch 2, bei welchem die mehreren Rohrbündel (36n) der Rohrbündelanordnung (35) jeweils mehrere Rohrreihen (37), die bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung hintereinander verlaufen, auf- weisen, wobei jeweils im Vergleich zwischen zwei benachbarten der mehreren Rohrbündel (36n) das Rohrbündel näher zur Brennkammer (30) eine größere Anzahl an Rohrreihen (37) hat als das Rohrbündel weiter entfernt von der Brennkammer.
4. Prozessluftaggregat (20) nach Anspruch 3, wobei die Absenkung der Rohrreihenzahl zwischen zwei benachbarten Rohrbündeln (36n) in Richtung weg von der Brennkammer (30) jeweils 20% bis 50% beträgt.
5. Prozessluftaggregat (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welchem eine Verbrennungsluftzufuhr (33b) zum Einleiten von Verbrennungsluft in die Brennkammer (30) und eine Rauchgasabführleitung (44) zum Ausgeben des Rauchgases (34) nach Durchströmen der Rohrbündelanordnung (35) an derselben Seite des Prozessluftkanals (22) angeordnet sind, und die Rohrbündelanordnung (35) eine ungeradzahlige Anzahl von Rohrbündeln (36n) enthält.
6. Prozessluftaggregat (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ferner aufweisend: einen ersten Sammelkasten (40) im Umfangsbereich des Prozessluftkanals (22), der die Brennkammer mit allen Rohren (38) des der Brennkammer zugewandten Rohrbündels (36, 36a) der Rohrbündelanordnung (35) verbindet; einen zweiten Sammelkasten (42) im Umfangsbereich des Prozessluftkanals (22), der alle Rohre (38) des der Brennkammer abgewandten Rohrbündels (36, 36c) der Rohrbündelanordnung (35) mit der Rauchgasabführleitung (44) verbindet; und falls die Rohrbündelanordnung (35) mehrere Rohrbündel (36n) aufweist, jeweils einen weiteren Sammelkasten (41) im Umfangsbereich des Prozessluftkanals (22), der alle Rohre (38) eines Rohrbündels (36a, 36b) mit allen Rohren (38) eines benachbarten Rohrbündels (36b, 36c) der Rohrbündelanordnung (35) verbindet.
7. Prozessluftaggregat (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die Eingangsöffnung (24a) zum Einnehmen der zu erhitzenden Prozessluft (21) am ersten Kanalende in einer Stirnseite des Prozessluftkanals (22) vorgesehen ist.
8. Prozessluftaggregat (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei welchem die Eingangsöffnung (24a) zum Einnehmen der zu erhitzenden Prozessluft (21) am ersten Kanalende in einer Umfangsseite des Prozessluftkanals (22) vorgesehen ist - 19 - und an der Rohrbündelanordnung (35) an der der Eingangsöffnung (24a) zugewandten Seite ein Leitblech (46) angeordnet ist, das ausgehend von der Brennkammerseite zumindest ein Teil der Rohre (38) gegen ein Überströmen von der Umfangsseite des Prozessluftkanals her blockiert.
9. Prozessluftaggregat (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend einen Filter (28), der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromab der Brennkammer (30) angeordnet ist, wobei zwischen der Brennkammer (30) und dem Filter (28) eine Lochplatte (48) zum Verteilen der Prozessluft (21) auf den Filter angeordnet ist.
10. Prozessluftaggregat (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner aufweisend eine bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromab der Brennkammer (30) angeordnete Lochplatte (48) zum Verteilen der Prozessluft (21) über die ganze Tiefe der Brennkammer (30).
11. Prozessluftaggregat (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend einen Ventilator (26a), der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf der Rohrbündelanordnung (35) angeordnet ist, wobei der Prozessluftkanal (20) zwischen dem Ventilator (26a) und der Rohrbündelanordnung (35) einen kontinuierlich aufgeweiteten Kanalabschnitt (23) und optional zusätzlich wenigstens ein Luftleitblech zum Aufweiten des Prozessluftstroms aufweist.
12. Prozessluftaggregat (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend einen Ventilator (26a), der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromauf der Rohrbündelanordnung (35) angeordnet ist, wobei der Prozessluftkanal (20) zwischen dem Ventilator (26a) und der Rohrbündelanordnung (35) wenigstens ein Luftleitblech zum Aufweiten des Prozessluftstroms und optional zusätzlich einen kontinuierlich aufgeweiteten Kanalabschnitt (23) aufweist.
13. Prozessluftaggregat (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner aufweisend einen Ventilator (26b), der bezogen auf die Prozessluftströmungsrichtung stromab der Brennkammer (30) angeordnet ist.
14. Prozessluftaggregat (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, ferner aufweisend wenigstens eine Temperaturerfassungsvorrichtung (27) zum Erfassen einer - 20 -
Temperatur der Prozessluft (21) stromauf der Rohrbündelanordnung (35) und/oder einer Temperatur der Prozessluft (21) stromab der Brennkammer (30). Werkstückbearbeitungsanlage (10), aufweisend: wenigstens eine Prozesskammer (12) zum Bearbeiten von Werkstücken (14); und wenigstens eine Prozessluftzufuhrleitung (18) zum Zuführen einer Prozessluft (21) in die wenigstens eine Prozesskammer (12), wobei in der wenigstens einen Prozessluftzufuhrleitung (18) ein Prozessluftaggregat (20) zum Erhitzen der Prozessluft nach einem der Ansprüche 1 bis 14 angeordnet ist.
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