WO2023227164A1 - Frischluft-wärmeübertrager und verfahren zum bereitstellen erhitzter frischluft mit dem elektrisch beheizten frischluft-wärmeübertrager - Google Patents

Frischluft-wärmeübertrager und verfahren zum bereitstellen erhitzter frischluft mit dem elektrisch beheizten frischluft-wärmeübertrager Download PDF

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WO2023227164A1 PCT/DE2023/100376 DE2023100376W WO2023227164A1 WO 2023227164 A1 WO2023227164 A1 WO 2023227164A1 DE 2023100376 W DE2023100376 W DE 2023100376W WO 2023227164 A1 WO2023227164 A1 WO 2023227164A1
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fresh air
heat exchanger
fan
air heat
lock
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Oliver IGLAUER-ANGRIK
Kevin Woll
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Dürr Systems Ag
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    • F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0035—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for domestic or space heating, e.g. heating radiators

Definitions

  • the present invention relates to a fresh air heat exchanger and a method for providing heated fresh air with a corresponding fresh air heat exchanger.
  • fresh air heaters are used within treatment systems for workpieces, in particular within drying systems (dryers for short) for vehicle bodies, which heat the fresh air supplied to the lock areas of such a system in order to prevent condensation from forming, particularly in the lock areas of the system avoid.
  • the pure gas enthalpy flow close to the dryer can be used to heat fresh air, i.e. the thermal energy of the clean gas led from the TAR is transferred to the fresh air supplied to the dryer.
  • the fresh air can be heated either directly, i.e. for example by means of a gas surface burner, or indirectly by means of a combustion chamber with a flue gas heat exchanger.
  • a corresponding fresh air heater is therefore known to include the following components: a suction with a filter, with the suction taking place, for example, directly from the dryer hall; a silencer; a heat exchanger for transferring the thermal energy of the clean gas to the supplied fresh air or a combustion chamber for combustion of a burner gas with supplied fresh air; a fan; and the required fresh air and clean gas ducts.
  • the fresh air heater can either be integrated into a housing or free-standing, with the individual components being connected by means of a ductwork in the latter embodiment.
  • Such fresh air heaters can be arranged on a separate steel construction platform above the dryer. In rare cases, an arrangement below the dryer is also possible, in which case the dryer tunnel itself is supported on a steel structure.
  • the fresh air heater in the case of pure gas heating, it is possible to arrange the fresh air heater at the beginning or end of the pure gas line, i.e. at the beginning or end of the dryer, in particular in order to reduce the temperature of the clean gas to a low temperature level with the help of the fresh air supplied before it is released into the atmosphere i.e. preferably led out of the hall to the outside via the roof.
  • a countercurrent heat exchanger is preferably used to lower the temperature of the clean gas using the fresh air supplied.
  • the exhaust air is usually cleaned in a gas-powered regenerative-thermal exhaust air purification system, also known as regenerative-thermal oxidation (RTO).
  • RTO gas-powered regenerative-thermal exhaust air purification system
  • the use of waste heat to preheat the supplied fresh air is not possible due to the required channel lengths between the RTO and the fresh air heat exchanger.
  • a corresponding system requires two insulated ducts or duct systems for the heating medium and the fresh air.
  • the fresh air heated in the fresh air heater is supplied to the dryer, on the one hand to the lock areas of the dryer and on the other hand to the circulating air units or the circulating air modules of the sections of the dryer in which the workpieces are treated or dried.
  • a dryer usually has an inlet lock at the (front) entrance of the dryer and an outlet lock at the (front) exit of the dryer, the dryer usually comprising several sections arranged one after the other, which together form a treatment channel.
  • intermediate locks can be arranged between the treatment sections of the dryer.
  • the inlet, intermediate and outlet locks can be designed in one stage, the inlet and outlet locks can alternatively also be designed in two stages.
  • a fresh air control flap is used to regulate the amount of fresh air so that the recirculating air units are supplied with variable proportions of fresh air depending on the dryer utilization, while the locks are always supplied with a constant proportion of fresh air. Because with low dryer utilization, for example in relation to a paint dryer, fewer solvents emerge from the painted surfaces of the workpiece to be dried. The total amount of fresh air that is introduced into the dryer, or the variable proportion that is supplied to the circulating air units, can be correspondingly lower.
  • the outer air curtain or the outer step is supplied with fresh air heated in the fresh air heater via its own channel (fresh air curtain), while The inner air curtain or the inner stage is supplied with recirculated air from the adjacent recirculating air unit (recirculating air curtain).
  • Adjacent means that the inner stage of the outlet lock is supplied with circulating air from the last treatment section of the dryer, i.e. the last holding zone, or the inner stage of the inlet lock is supplied with circulating air from the first treatment section of the dryer, i.e. the first heating zone.
  • the fresh air curtain can be viewed as a barrier that borders a colder area on its outward-facing side.
  • the fresh air curtain of an inlet lock preferably forms a barrier between the surroundings of the treatment room and the circulating air curtain of the inlet lock, while the fresh air curtain of an outlet lock preferably forms a barrier between a cooling zone downstream of the treatment room and the circulating air curtain of the outlet lock.
  • the inner stage i.e. the respective recirculating air curtain
  • the flap control i.e. the proportion of recirculated air supplied remains constant.
  • the adjustment of the air proportions only takes place for the fresh air supplied by the fresh air heater, whereby the proportion for the outer stage, i.e. the fresh air curtain, is also kept constant, whereas the proportion for the recirculating air units depends on the utilization of the dryer by an allocating control flap is adapted or can be adapted.
  • variable fresh air/exhaust air control requires two insulated fresh air channels, namely a lock channel for a constant fresh air proportion and an insulated aggregate channel for the variable fresh air proportion, both in the case of pure gas and burner heating. These channels must be led to the other end of the dryer - usually to the inlet lock. For a 30 jph dryer, this corresponds to a duct length of 15 vehicle lengths and for a 60 jph dryer, this corresponds to a duct length of 30 vehicle lengths.
  • this proportion of fresh air does not contribute to reducing the solvent concentration in the lock area and therefore does not reduce the risk of condensation in the cold edge areas of the dryer, such as in the inlet area or in the cooling zones.
  • the present invention is therefore based on the object of creating a fresh air heat exchanger for heating a stream of fresh air, which enables a more flexible and economical arrangement on the dryer level due to a more compact design.
  • a fresh air heat exchanger for heating a fresh air stream which comprises the following: at least one fan for sucking in fresh air and generating a fresh air stream, and at least one electrically heated heat transfer unit for transferring thermal energy to the fresh air stream.
  • this can be achieved by an electrical and therefore flameless system for the regenerative thermal oxidation of the dryer exhaust air.
  • the electric RTO can be installed within the building and therefore close to the dryer due to its design (single bed).
  • This procedure makes fresh air preheating possible using a pure gas enthalpy flow connected to the electrical RTO.
  • the electrical RTO has the special feature of a low temperature swing of approx. 20 K during thermal oxidation.
  • the enthalpy flow of the clean gas is usually not sufficient to bring the fresh air to the desired target temperature solely with the help of a heat exchanger, which transfers the thermal energy of the clean gas to the fresh air.
  • the combination of preheating the fresh air and subsequent electrical temperature increase in the fresh air heat exchanger according to the invention enables the target temperature to be reached efficiently.
  • a heat pump can be used to preheat the fresh air.
  • a small amount of waste heat that cannot be used any further e.g. cooling zone exhaust air with a temperature in the range of e.g. 40 °C to 50 °C or the remaining pure gas enthalpy flow after the RTO with a temperature in the range of e.g. 60 °C to 100 °).
  • C brought to a temperature level that can be used to preheat the fresh air using mechanical drive energy.
  • the heat exchange between the heat pump and the fresh air or the clean gas can take place, for example, via a water-air heat exchanger.
  • heat-absorbing direct evaporation on the evaporator side or heat-emitting direct condensation on the condenser side is also conceivable, in that heat energy is supplied to the working gas via a heat exchanger and thus without an intermediate medium or heat energy is removed from it.
  • Solar thermal energy can also be used for preheating.
  • the heat exchange between the fresh air and the solar thermal heat transfer medium e.g. thermal oil or water
  • a fresh air heat exchanger has the advantage that a simplified channel routing can be achieved within the treatment system or within the dryer due to the elimination of the heating medium, since only the channel routing for the fresh air is required.
  • a reduced depth and length of the entire heat exchanger can be achieved compared to a pure gas heat exchanger with a combustion chamber concept. Due to the compact design, an integrated installation in a recirculation unit or in a lock or a lock module can advantageously take place.
  • he can't do it yet, for example used space between the outer dryer wall and the inner dryer wall (usable space wall) can be used to arrange the fresh air heat exchanger according to the invention.
  • the compact design of the fresh air heat exchanger makes it possible to arrange it at the tunnel level, i.e. at the level of the treatment sections of the dryer, preferably in the niches between two circulating air units. Consequently, no additional steel construction is required.
  • the fresh air heat exchanger according to the invention no longer has to be set up at the end of the clean gas line, it is advantageously possible to divide the heat exchanger, i.e. a separate fresh air heat exchanger for the inlet and outlet locks.
  • a separate fresh air heat exchanger for the inlet and outlet locks.
  • no insulated fresh air duct is required over the entire length of the dryer.
  • this can also be supplied with electrically heated fresh air from the fresh air heat exchanger of the inlet lock or the inlet lock unit.
  • the temperature of the fresh air heated in the fresh air heat exchanger is set to the intermediate lock, the heated fresh air flow is divided and correspondingly cold fresh air for the inlet lock is added to the heated fresh air flow.
  • the at least one electrically heated heat transfer unit comprises at least one heating resistance device.
  • the electrically heated heat transfer unit which is also referred to as a register, preferably comprises heating elements as a heating resistance device with a profile tube surrounding the heating wire. This results in little dirt adhesion and at the same time makes it easy to clean.
  • the at least one electrically heated heat transfer unit is arranged downstream of the at least one fan.
  • the fresh air heat exchanger has at least one filter unit for filtering the fresh air sucked in.
  • filtering the sucked air is advantageous in order to prevent contamination, in particular of the heating resistance device. Filtering is sufficient at this point because the fresh air sucked in has not yet come into contact with the dryer atmosphere.
  • the fresh air heat exchanger has at least one silencer unit for reducing the sound emission of the fresh air flow.
  • the at least one filter unit and/or the at least one silencer unit is arranged upstream of the at least one fan.
  • the at least one filter unit and/or the at least one silencer unit is arranged at least partially above the at least one fan.
  • the fresh air heat exchanger has at least two, preferably three, electrically heated heat transfer units.
  • the electrically heated heat transfer units are arranged one after the other along the fresh air flow. This allows the fresh air flow to be successively heated in order to reach the target temperature when it passes the last heat transfer unit at the latest.
  • a first flow path of the fresh air stream upstream of the fan is perpendicular to a second flow path of the fresh air stream downstream of the fan.
  • the fresh air guide on the suction side of the fan serves to suck in fresh air via the filter units and through the subsequent silencer units and can be referred to as the first flow path, which follows a U-shape from the filter units via the silencer units to the fan .
  • the fresh air flow runs horizontally from the intake through the filter units to the silencer units. The flow then runs vertically through the silencer units before entering the fan as a horizontal flow.
  • the fresh air is guided on the pressure side of the fan, i.e. downstream of the fan, in the longitudinal direction of the housing and therefore preferably - when installed between two circulating air units on the dryer tunnel level - in or against the conveyor technology direction or conveying direction of the workpieces.
  • the flow path downstream of the fan can be viewed as a second flow path.
  • the fresh air preferably flows in a straight line and parallel to the dryer installation level through the heat transfer units, i.e. there is no repeated redirection of the fresh air as in the case of a cross-countercurrent heat exchanger. There are therefore no deflection spaces required, which would require additional installation space perpendicular to this air flow direction.
  • the planes of the first and second flow paths or the flow paths are preferably perpendicular to one another.
  • the second flow path runs at least approximately in or against the conveying direction of the treatment system or the treatment room.
  • the at least one fan is a radial fan.
  • the upstream fresh air flow is converted in relation to its flow direction into a downstream fresh air flow which runs perpendicular to the former.
  • the centrifugal compressor therefore causes the first flow path to run perpendicular to the second flow path.
  • the fresh air heat exchanger comprises a housing in which the at least one filter unit, the at least one silencer unit, the at least one fan and the at least one electrically heated heat transfer unit are at least partially accommodated.
  • the housing comprises a service side which has at least one maintenance access.
  • the object is further achieved by using a fresh air heat exchanger according to the invention as described above for heating a stream of fresh air, which is fed to a treatment system for workpieces, in particular a drying system for vehicle bodies.
  • the object is further achieved according to the invention by a method for providing heated fresh air with an electrically heated fresh air heat exchanger, the method comprising the following steps:
  • sucking in fresh air from an environment of the fresh air heat exchanger filtering the sucked in fresh air, reducing the sound emission of the sucked in fresh air
  • the fresh air from the surroundings of the fresh air heat exchanger is sucked in by a fan and cleaned of impurities in the ambient air on the input side as it flows through at least one filter unit.
  • the sound emission is then reduced within a silencer unit.
  • the fresh air flow is then guided through a fan, preferably a radial fan, which compresses the fresh air flow and deflects it in a direction which is perpendicular to the upstream direction of the fresh air flow.
  • a fan preferably a radial fan
  • the fresh air flow then flows around at least one electrically heated heat transfer unit, each of which has a heating resistance device.
  • the heated fresh air is discharged from the fresh air heat exchanger towards the dryer's locks.
  • the method according to the invention comprises a step of preheating the fresh air in a preheating device, the preheating device being a heat pump, a regenerative thermal, in particular purely electrically operated and flameless, oxidation device or a solar thermal device which contains thermal oil or water includes, is.
  • the heated fresh air is then used or provided in a treatment system for workpieces, in particular a drying system for vehicle bodies, so that the locks of this treatment system can be supplied with heated fresh air.
  • a corresponding treatment system for treating workpieces, in particular vehicle bodies comprises a treatment room, which itself comprises a plurality of treatment room sections, each of which is assigned to one of several separate recirculating air modules of the treatment system, and at least one lock.
  • the lock can have a first stage and a second stage, with fresh air being supplied to the first stage of the lock, and circulating air and/or fresh air being supplied to the second stage.
  • the treatment system further comprises at least one electrically heated fresh air heat exchanger according to the invention, which provides heated fresh air to the at least one lock.
  • a fresh air heat exchanger allows the use of separate fresh air heat exchangers for the inlet and outlet locks, with the heat exchangers of the first stage (fresh air curtain or silhouette) being a constant or of the second stage (recirculating air silhouette or recirculating air and Fresh air silhouette) a variable amount of fresh air is available.
  • At least one controllable and/or regulatable throttle device is arranged between the electrically heated fresh air heat exchanger and the first stage of the at least one lock, so that a constant volume flow of fresh air can be supplied to the first stage of the lock.
  • At least one further controllable and/or regulatable throttle device can be arranged between a treatment room section and the second stage of the at least one lock, so that a constant volume flow of circulating air and/or fresh air can be supplied to the second stage of the lock.
  • the first throttle device assigned to the first stage thus ensures the volume flow to the first stage by releasing the excess fresh air into the line or the guide of the second stage.
  • the entire volume flow to the second stage is regulated via the further, second throttle device, so that the second stage is also supplied with a constant volume flow.
  • a lock fan is assigned to the second stage of the lock.
  • the lock fan preferably comprises a frequency converter or is frequency-controlled and/or controlled.
  • the second stage of the lock prefferably supplied with 50%, preferably 100%, particularly preferably 200% more circulating air than fresh air.
  • a filter unit is assigned to the first and second stages of the lock.
  • At least one temperature sensor and at least one volume flow probe are arranged between the at least one electrically heated fresh air heat exchanger and the at least one lock and between at least one circulating air module and the at least one lock.
  • a pressure sensor may be assigned to the second stage of the lock to control the lock fan.
  • first and second stages of the lock include slot nozzles to form a silhouette-based air curtain.
  • the fan of the fresh air heat exchanger according to the invention can therefore supply the fresh air silhouette of the first stage of the lock with fresh air.
  • a separate lock fan also supplies the circulating air silhouette of the second stage of the lock with circulating air from the adjacent treatment room section or the adjacent heating/drying zone.
  • the fresh air and recirculated air ducts are connected to each other via a branch.
  • the merging of both air ducts ends on the suction side of the lock fan.
  • the lock fan can be fed with both fresh air and circulating air.
  • a motor-driven throttle device is arranged in both suction-side feeds, ie for fresh and recirculated air, of the lock fan, with the help of which, on the one hand, the air volume proportions of the fresh air and the recirculated air for the steps of the lock can be adjusted, but on the other hand, it also prevents there is an unwanted reversal of the flow of the lock air (fresh air and recirculated air lock).
  • the speed of the fan of the fresh air heat exchanger according to the invention and thus the amount of fresh air delivered depends on the volume flow required for the drying process in a dryer. Since the amount of air in the two lock stages must be kept constant in every operating state in order to achieve optimal lock function, the excess amount of fresh air is supplied to the first stage via the branching of the fresh air supply to the second stage of the lock, i.e. the recirculation stage.
  • a volume flow probe and a temperature sensor are arranged or installed in the fresh air supply, with the help of which a standard volume flow is calculated.
  • the calculated value serves as a controlled variable for the motor-driven throttle device. It is regulated so that the fresh air flow to the first lock stage is always constant and the excess fresh air flow can be used for the second lock stage.
  • the lock fan uses the signal from the pressure sensor assigned to it.
  • the motor-driven throttle device is controlled in such a way that the excess fresh air flow together with the circulating air flow results in a constant volume flow for the second lock stage.
  • the lock fan can optionally be equipped with a frequency converter.
  • the volume flow can be kept constant with the help of the speed change of the fan and with the help of the motor-operated throttle device or preferably even without the motor-operated throttle device.
  • all electrically operated heating components can be supplied with a medium voltage of, for example, at least approximately 3 kV and/or at most approximately 8 kV, in particular 4160 V to 6600 V, instead of the usual 400 V.
  • a medium voltage of, for example, at least approximately 3 kV and/or at most approximately 8 kV, in particular 4160 V to 6600 V, instead of the usual 400 V.
  • This can be done using special heating elements with appropriate ones Require additional costs, but offers great potential for savings, preferably in the peripheral areas, ie in terms of connections, cables, etc.
  • a significantly lower voltage transformation factor from the supply network is necessary, which, among other things, reduces the size of the transformer station in favor of lower investment costs and saves space.
  • the connection to an electrically operated heating component with such a medium voltage also results in significantly smaller cable diameters.
  • FIG. 1 shows a schematic isometric representation of an electrically heated fresh air heat exchanger according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an end face of the electrically heated fresh air heat exchanger according to the invention
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a service side of the electrically heated fresh air heat exchanger according to the invention.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of the entrance area of a treatment system with an electrically heated fresh air heat exchanger and a double lock on the entrance side;
  • a fresh air heat exchanger 100 serves to provide a heated fresh air heat flow within a treatment system 10 of workpieces (not shown).
  • the treatment system 10 is, for example, a drying system 12 for drying workpieces.
  • the workpieces are, for example, vehicle bodies.
  • FIGS. 1 to 3 For a simplified description of the fresh air flow, a three-dimensional coordinate system with the axes x, y, z was introduced in FIGS. 1 to 3.
  • the fresh air heat exchanger 100 includes a filter unit 102, a silencer unit 104, a centrifugal fan 106 and two electrically heated heat transfer units 108, which are accommodated together in a housing 110.
  • the housing 110 has a service side 112 in which two maintenance accesses 114 are provided.
  • the filter unit 102 and the silencer unit 104 are arranged above the centrifugal fan 106.
  • the silencer unit 104 comprises four cuboid silencer elements.
  • the sucked in fresh air 116 which is preferably sucked in from the surrounding hall, first flows through the filter unit 102 in the y direction, i.e. in a horizontal direction, in order to filter out possible impurities from the sucked in fresh air 116.
  • the fresh air 116 sucked in can be ambient air, i.e. from inside or outside the hall in which the treatment system 10 is installed, or also cleaned exhaust air.
  • the sucked in fresh air 116 describes a U-shaped, first flow path in the yz plane upstream of the radial compressor 106, i.e. on its suction side.
  • the fresh air flow after the filter unit 102 passes the silencer unit 104 in the z direction, ie in a vertical direction.
  • the fresh air then flows through the radial fan 106 in the y direction, ie again in a horizontal direction.
  • the fresh air flows in the x direction, i.e. in a horizontal direction, along a second, straight flow path 120.
  • the diverted fresh air flow flows through or around the two heat transfer units 108 arranged one after the other along the second flow path 120.
  • the heat energy generated by means of a heating resistance device of the electrically heated heat transfer unit 108 is transferred to the fresh air flow before it leaves the housing 110 or is led out of it as heated fresh air 122 or heated fresh air heat flow.
  • the achievement of the target temperature of the heated fresh air 122 is preferably measured or checked at the outlet of the fresh air heat exchanger 100 by means of a temperature sensor 123 and a measuring port 124 (shown in FIG. 4).
  • the standard volume flow at the outlet of the fresh air heat exchanger 100 is preferably between 4250 Nm 3 /h and 12000 Nm 3 /h in the case of a divided heat exchanger to supply the inlet and intermediate lock or outlet lock. In the case of a single fresh air heat exchanger 100 to supply all locks, the standard volume flow is up to 24,000 Nm 3 /h.
  • a treatment system 10 for example a drying system 12
  • the treatment system 10 includes a treatment room 200 with several treatment room sections, of which a first treatment room section 202 or a first heating zone is shown in FIG. 1.
  • a recirculating air module 204 or a recirculating air unit is assigned to the first treatment room section 202.
  • the circulating air module 204 includes a circulating air fan 206, a measuring port for manual measurements 208 and a heat exchanger 210.
  • a filter unit 212 is also arranged, which filters the circulating air returned from the circulating air module 204 via the circulating air duct 211.
  • the treatment room 200 includes a two-stage lock 214, which preferably forms a silhouette-based air curtain in order, among other things, to keep the solvents in the treatment room 200 or to prevent them from being released into the environment.
  • a two-stage lock 214 which preferably forms a silhouette-based air curtain in order, among other things, to keep the solvents in the treatment room 200 or to prevent them from being released into the environment.
  • the lock 214 has a first stage 216 and a second stage 218, with - based on a conveying direction 220 of the workpieces within the treatment room 200 - the first stage 216 being passed by the workpieces first, followed by the second stage 218.
  • the first stage 216 and the second stage 218 are arranged directly one behind the other in the conveying direction 220, i.e. without an intermediate element.
  • a pivotable shield can be attached between the stages 216, 218, which, when swung out, acts as a physical barrier that supports the lock function and at the same time stabilizes the air flow of the first stage 216.
  • Each stage 216, 218 of the lock 214 is a filter unit 222, 224 to ensure that no contamination from the respective air supplies is applied to the workpieces via the slot nozzles (not shown) of the stages 216, 218 of the lock 214.
  • Each stage 216, 218 is also assigned a measuring port for manual measurements 226, 228 upstream of the filter units 222, 224, via which physical variables can be monitored manually, particularly when the lock 214 is put into operation.
  • the lock 214 is supplied with heated fresh air 122 via a fresh air supply 230 from a fresh air heat exchanger 100, as described above in connection with FIGS. 1 to 3.
  • the fresh air supply 230 leads the heated fresh air 122 to the first stage 216, which forms a fresh air curtain.
  • the compensator 232 is an element for compensating movements in the corresponding pipeline of the fresh air supply 230, in particular in the event of thermal changes in length, vibrations, wall penetrations or settlement phenomena.
  • a temperature sensor 234 and a volume flow probe 236, in particular a dynamic pressure probe, are arranged upstream of the throttle device 233 and downstream of the measuring port 226.
  • the fresh air supply 230 is also branched off at a branch 238 in the direction of the second stage 218 in order to also be able to supply the second stage 218 with fresh air.
  • a further compensator 240 and a motor-driven throttle device 242, which can be controlled and/or regulated, are arranged downstream of the branch 238.
  • the motor-driven throttle device 242 By means of the motor-driven throttle device 242, the amount of fresh air that can be supplied to the second stage 218 can be adjusted, that is, controlled and/or regulated.
  • the second stage 218 is basically supplied with circulating air from the first treatment room section 202, which is sucked in by means of a lock fan 243.
  • the lock fan 243 supplies the circulating air silhouette of the second stage 218 with circulating air from the adjacent, first processing section 202.
  • the amount of circulating air is also controlled and/or regulated by a motor-driven throttle device 244.
  • a further compensator 246 and a further measuring port for manual measurements 248 are arranged downstream of the motor-driven throttle device 244 before the branched fresh air stream is supplied to the circulating air stream.
  • the second stage 218 of the lock 214 also forms an air curtain through a constant volume flow, preferably at the level of 10,000 Bm 3 /h, comprising circulating air and fresh air.
  • a further throttle device 250 for adjusting the volume flow is arranged downstream of the fresh air supply 230 into the circulating air flow.
  • a further compensator 252 or 254 is arranged directly upstream and downstream of the lock fan 243.
  • the speed of the radial compressor 106 of the fresh air heat exchanger 100 and thus the amount of fresh air delivered or supplied depends on which air mass flow is required for the treatment process or the drying process. Since in particular the amount of fresh air in the first stage 216 of the lock 214 must be kept constant in order to achieve optimal lock function, the Excess amount of fresh air is supplied via the branch 238 to the second stage 218, i.e. the recirculation stage.
  • the temperature sensor 234 and the volume flow probe 236 are provided in the fresh air supply 230.
  • the (standard) volume flow can be determined, which serves as a controlled variable for the motor-driven throttle device 242.
  • This throttle device 242 can be regulated so that the fresh air flow to the first stage 216 is always constant and the excess fresh air portion is led to the second stage 218.
  • a pressure sensor 256 is arranged in front of the lock slot or the lock nozzle of the second stage 218 and in particular after the filter unit 224, the pressure difference of which compared to the environment, such as the hall, serves as a controlled variable for the frequency-controlled lock fan 243. This differential pressure also ensures that the second stage 218 is also subjected to a constant air flow. The arrangement after the filter unit 224 ensures that the contamination of the filter unit 224 is irrelevant for the pressure measurement.
  • this air flow can consist of pure circulating air or a mixture of circulating air and fresh air.
  • the drying process is carried out with a high amount of fresh air, ie a high dryer utilization, then the excess fresh air proportion is correspondingly high, preferably a maximum of up to 7500 Nm 3 /h. As a result, the proportion of circulating air mixed in for the second stage 218 is lower.
  • the amount of fresh air provided by the fresh air heat exchanger is just enough to supply the first stage 216 of the lock 214 with fresh air.
  • the motor-driven throttle device 242 is completely or largely closed and the air for the second stage 218 must be completely supplied by means of the Lock fan 243 is sucked in from the adjacent first treatment room section 202.
  • the advantage of supplying the excess fresh air portion to the second stage 218 depending on the utilization of the treatment system 10 is that fresh air is no longer mixed directly into the recirculation air modules 204, as was previously the case, which means that all of the fresh air is available to the lock 214 for this purpose to help reduce the solvent content in the atmosphere of the treatment room 200 at its edge areas to a minimum. In this way, the risk of solvent recondensation in these cooler edge areas is counteracted even better.
  • Measuring port for hand measurements Treatment room Treatment room section/first heating zone Recirculation module/recirculation unit Recirculation fan
  • Air circulation filter unit two-stage lock first stage of the lock second stage of the lock

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Frischluft-Wärmeübertrager (100) zum Erhitzen eines Frischluftstromes, umfassend: mindestens einen Ventilator (106) zur Ansaugung von Frischluft und Erzeugung eines Frischluftstromes; und mindestens eine elektrisch beheizte Wärmeübertragungseinheit (108) zur Übertragung von Wärmeenergie auf den Frischluftstrom.

Description

Frischluft-Wärmeübertrager und Verfahren zum Bereitstellen erhitzter Frischluft mit dem elektrisch beheizten Frischluft-Wärmeübertrager
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Frischluft-Wärmeübertrager und ein Verfahren zum Bereitstellen erhitzter Frischluft mit einem entsprechenden Frischluft- Wärmeübertrager.
Aus der Praxis ist bekannt, dass innerhalb von Behandlungsanlagen von Werkstücken, insbesondere innerhalb von Trocknungsanlagen (kurz Trockner) für Fahrzeugkarosserien, Frischlufterhitzer zum Einsatz kommen, welche die den Schleusenbereichen einer solchen Anlage zugeführte Frischluft erhitzen, um eine Kondensatbildung insbesondere in den Schleusenbereichen der Anlage zu vermeiden.
Es sind im Allgemeinen hinsichtlich der Beheizung derartiger Frischlufterhitzer folgende zwei Möglichkeiten bekannt.
Zum einen kann bei Trocknern mit einer rekuperativ arbeitenden thermischen Abluftreinigung (TAR) der Reingasenthalpiestrom trocknernah zur Frischlufterwärmung genutzt werden, d.h. die Wärmeenergie des aus der TAR geführten Reingases wird auf die dem Trockner zugeführte Frischluft übertragen.
Zum anderen kann im Falle einer Brennerbeheizung die Frischlufterwärmung entweder direkt, d.h. beispielsweise mittels eines Gasflächenbrenners, oder indirekt mittels einer Brennkammer mit Rauchgaswärmetauscher erfolgen.
Ein entsprechender Frischlufterhitzer umfasst demnach bekanntermaßen folgende Komponenten: eine Ansaugung mit Filter, wobei die Ansaugung z.B. direkt aus der Halle des Trockners erfolgt; einen Schalldämpfer; einen Wärmetauscher zur Übertragung der Wärmeenergie des Reingases auf die zugeführte Frischluft oder eine Brennkammer zur Verbrennung eines Brennergases mit zugeführter Frischluft; einem Ventilator; und die erforderlichen Frischluft- und Reingaskanäle. Hierbei kann der Frischlufterhitzer entweder integriert in ein Gehäuse oder freistehend ausgebildet sein, wobei bei der letzteren Ausführungsform die Einzelkomponenten mittels eines Kanalwerks verbunden sind.
Derartige Frischlufterhitzer lassen sich einerseits auf einer separaten Stahlbaubühne oberhalb des Trockners anordnen. In seltenen Fällen ist auch eine Anordnung unterhalb des Trockners möglich, wobei dann der Trocknertunnel selbst auf einem Stahlbau gelagert ist.
Andrerseits ist im Falle einer Reingasbeheizung eine Anordnung des Frischlufterhitzers am Anfang oder Ende des Reingasstranges, d.h. am Anfang oder Ende des Trockners möglich, insbesondere um die Temperatur des Reingases mit Hilfe der zugeführten Frischluft auf ein niedriges Temperaturniveau zu senken, bevor es in die Atmosphäre abgegeben wird, d.h. vorzugsweise über das Dach aus der Halle nach draußen herausgeführt. Für die Temperaturabsenkung des Reingases durch die zugeführte Frischluft wird bevorzugt ein Gegenstromwärmetäuscher verwendet.
In einem brennerbeheizten Trockner wird die Abluft gewöhnlicherweise in einer gasbetriebenen regenerativ-thermischen Abluftreinigungsanlagen gereinigt, was auch als regenerativ-thermische Oxidation (RTO) bezeichnet wird. Eine derartige Anlage ist allerdings aufgrund ihrer Bauweise mit in der Regel drei Kammern und den damit verbundenen Dimensionen für eine Aufstellung außerhalb des Gebäudes, d.h. der Halle, konzipiert. Somit kommt eine Abwärmenutzung zur Vorwärmung der zugeführten Frischluft aufgrund der erforderlichen Kanallängen zwischen der RTO und dem Frischluftwärmetauscher in den allermeisten Fällen nicht zur Anwendung.
Ferner ist eine kompakte Bauweise aufgrund des voluminösen Reingaswärmetauschers bzw. der voluminösen Brennkammer nicht möglich.
Zudem erfordert eine entsprechende Anlage zwei isolierte Kanäle bzw. Kanalsysteme für das Heizmedium und die Frischluft.
Außerdem ergeben sich hinsichtlich der Aufstellungsmöglichkeiten Einschränkungen. So ist bei einer Anordnung oberhalb des Trockners eine zusätzliche Stahlbaubühne erforderlich. Unabhängig vom Aufstellungsort ist zusätzlich immer ein isolierter Frischluftkanal über mindestens einmal die gesamte Trocknerlänge erforderlich, insbesondere dann, wenn ausgehend vom Frischluftwärmetauscher beide Schleusen (Ein- und Auslauf) angebunden werden müssen.
Wie bereits erwähnt, wird die im Frischlufterhitzer erhitzte Frischluft dem Trockner zugeführt und zwar zum einen den Schleusenbereichen des Trockners und zum anderen den Umluft-Aggregaten bzw. den Umluftmodulen der Abschnitte des Trockners, in denen die Werkstücke behandelt bzw. getrocknet werden.
Ein Trockner weist in der Regel eine Einlaufschleuse am (stirnseitigen) Eingang des Trockners und eine Auslaufschleuse am (stirnseitigen) Ausgang des Trockners auf, wobei der Trockner in der Regel mehrere, nacheinander angeordnete Abschnitte umfasst, welche zusammen einen Behandlungskanal ausbilden. Daneben können zwischen den Behandlungsabschnitten des Trockners noch Zwischenschleusen angeordnet sein.
Die Einlauf-, die Zwischen- und die Auslaufschleusen können einstufig, die Einlauf- und die Auslaufschleusen alternativ auch zweistufig ausgebildet sein.
Im Falle einstufig ausgebildeter Schleusen wird ein konstanter Frischluftvolumenstrom in diese Schleusen jeweils mit Hilfe eines Kanals ausgehend vom Frischlufterhitzer geführt.
Mit Hilfe weiterer Kanäle und entsprechenden Stichleitungen zu den einzelnen Umluft- Aggregaten wird zudem ein variabler Frischluftvolumenstrom in die Umluft-Aggregate geführt.
Eine Frischluftregelklappe dient in diesem Zusammenhang dazu, die Frischluftmengen so zu regeln, dass den Umluft-Aggregaten in Abhängigkeit der Trocknerauslastung variable Frischluftanteile zugeführt werden, während den Schleusen stets ein konstanter Frischluftanteil zugeführt wird. Denn bei geringer Trocknerauslastung, bezogen z.B. auf Lacktrockner, treten weniger Lösemittel aus den lackierten Oberflächen des zu trocknenden Werkstücks. Entsprechend geringer kann auch die Gesamtfrischluftmenge sein, die in den Trockner eingetragen wird, bzw. der variable Anteil, der den Umluft- Aggregaten zugeführt wird. Im Falle zweistufig ausgebildeter Einlauf- und/oder Auslaufschleusen, d.h. Schleusen an der Stirnseite des Trockners mit einem doppeltem, silhouettenbasierten Luftvorhang, wird jeweils der äußere Luftvorhang bzw. die äußere Stufe über einen eigenen Kanal mit im Frischlufterhitzer erhitzter Frischluft versorgt (Frischluftvorhang), während der jeweils innere Luftvorhang bzw. die innere Stufe mit Umluft aus dem angrenzenden Umluft- Aggregat versorgt wird (Umluftvorhang). Angrenzend bedeutet hierbei, dass die innere Stufe der Auslaufschleuse mit Umluft aus dem letzten Behandlungsabschnitt des Trockners, also der letzten Haltezone, bzw. die innere Stufe der Einlaufschleuse mit Umluft aus dem ersten Behandlungsabschnitt des Trockners, also der ersten Aufheizzone, versorgt wird.
Anders formuliert kann der Frischluftvorhang als eine Barriere, die auf ihrer nach außen weisenden Seite an einen kälteren Bereich angrenzt, betrachtet werden. So bildet der Frischluftvorhang einer Einlaufschleuse vorzugsweise eine Barriere zwischen der Umgebung des Behandlungsraums und dem Umluftvorhang der Einlaufschleuse, während der Frischluftvorhang einer Auslaufschleuse vorzugsweise eine Barriere zwischen einer dem Behandlungsraum nachgeordneten Kühlzone und dem Umluftvorhang der Auslaufschleuse bildet.
Im Rahmen des bereits vorgestellten Frischluft-/Abluftkonzepts wird im Falle von zweistufigen Schleusen die innere Stufe, d.h. der jeweilige Umluftvorhang, nicht direkt von der Klappenregelung beeinflusst, d.h. der zugeführte Umluftanteil bleibt konstant. Die Anpassung der Luftanteile erfolgt also nur für die vom Frischlufterhitzer zugeführte Frischluft, wobei auch hier der Anteil für die äußere Stufe, d.h. den Frischluftvorhang, konstant gehalten wird, wohingegen der Anteil für die Umluft-Aggregate in Abhängigkeit der Auslastung des Trockners durch eine zuteilende Regelklappe angepasst wird bzw. anpassbar ist.
Nachteilig an einer bisherigen variablen Frischluft-/ Abluftregelung ist, dass dieser Ansatz sowohl im Falle der Reingas- als auch der Brennerbeheizung zwei isolierte Frischluftkanäle und zwar einen Schleusenkanal für einen konstanten Frischluftanteil und isolierten Aggregatkanal für die variablen Frischluftanteil erforderlich macht. Diese Kanäle müssen zum anderen Ende des Trockners - in der Regel zur Einlaufschleuse - geführt werden. Dies entspricht bei einem 30 jph-Trockner einer Kanallänge von 15 Fahrzeuglängen und bei einem 60 jph-Trockner dementsprechend einer Kanallänge von 30 Fahrzeuglängen. Hinzukommt, dass durch die Zuführung des variablen Frischluftanteils zu den Umluft- Aggregaten eben dieser Anteil der Frischluft nicht dazu beiträgt, die Lösemittelkonzentration im Schleusenbereich herabzusenken und damit auch nicht die Gefahr einer Kondensation derselben in den kalten Randbereichen des Trockners, wie z.B. im Einlaufbereich oder in den Kühlzonen, zu minimieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Frischluft- Wärmeübertrager zum Erhitzen eines Frischluftstromes zu schaffen, welcher durch eine kompaktere Bauweise eine flexiblere und sparsamere Anordnung auf der Trocknerebene ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass ein Frischluft- Wärmeübertrager zum Erhitzen eines Frischluftstromes bereitgestellt wird, welcher Folgendes umfasst: mindestens einen Ventilator zur Ansaugung von Frischluft und Erzeugung eines Frischluftstromes, und mindestens eine elektrisch beheizte Wärmeübertragungseinheit zur Übertragung von Wärmeenergie auf den Frischluftstrom.
Es ist vorteilhaft, wenn die zu erhitzende Frischluft vor der Zuführung in einer Vorwärmvorrichtung vorgewärmt wird.
Dieser Ansatz ist insbesondere dann wirtschaftlich und nachhaltig, wenn hierfür Abwärme des Trockners oder regenerative Energiequellen zum Einsatz kommen, da auf diese Weise der Bedarf an Strom mit einer hohen Energiequalität (Exergie) reduziert werden kann.
Dies kann einerseits durch eine elektrische und damit flammenlose Anlage zur regenerativen-thermischen Oxidation der Trocknerabluft realisiert werden. Im Unterschied zu einer gasbeheizten RTO (siehe oben), kann die elektrische RTO aufgrund ihrer Bauweise (Einzelbett) innerhalb des Gebäudes und damit trocknernah aufgestellt werden. Dieses Vorgehen macht eine Frischluftvorwärmung mittels eines Reingasenthalpiestroms im Anschluss an die elektrische RTO möglich. Die elektrische RTO hat die Besonderheit eines niedrigen Temperaturhubs von ca. 20 K im Zuge der thermischen Oxidation. Der Enthalpiestrom des Reingases reicht in der Regel nicht aus, um die Frischluft allein mit Hilfe eines Wärmetauschers, welcher die Wärmeenergie des Reingases auf die Frischluft überträgt, auf die gewünschte Solltemperatur zu bringen. Hingegen ermöglicht die Kombination aus einer Vorwärmung der Frischluft und anschließender elektrischer Temperaturanhebung im erfindungsgemäßen Frischluft-Wärmeübertrager ein effizientes Erreichen der Solltemperatur.
Andrerseits kann zur Vorwärmung der Frischluft einer Wärmepumpe genutzt werden. Bei dieser Form der Vorwärmung wird eine geringe Menge nicht weiter nutzbarer Abwärme (z.B. Kühlzonenabluft mit einer Temperatur im Bereich von z.B. 40 °C bis 50 °C oder der restliche Reingasenthalpiestrom nach der RTO mit einer Temperatur im Bereich von z.B. 60 °C bis 100 °C) unter Einsatz von mechanischer Antriebsenergie auf ein für die Vorwärmung der Frischluft nutzbares Temperaturniveau gebracht. Der Wärmetausch zwischen der Wärmpumpe und der Frischluft bzw. dem Reingas kann z.B. über einen Wasser-Luft-Wärmetauscher erfolgen.
Denkbar ist aber auch eine wärmeaufnehmende Direktverdampfung auf der Verdampferseite bzw. eine wärmeabgebende Direktkondensation auf der Kondensatorseite, indem dem Arbeitsgas über einen Wärmeübertrager und damit ohne ein Zwischenmedium Wärmeenergie zugeführt wird bzw. diesem Wärmeenergie abgeführt.
Des Weiteren kann für die Vorwärmung Solarthermie verwendet werden. Der Wärmetausch zwischen der Frischluft und dem solarthermischen Wärmeträgermedium (z.B. Thermalöl oder Wasser) erfolgt beispielsweise über einen Wasser-Luft- Wärmetauscher oder Öl-Luft-Wärmetauscher.
Ein erfindungsgemäßer Frischluft-Wärmetauscher hat den Vorteil, dass innerhalb der Behandlungsanlage bzw. innerhalb des Trockners eine vereinfachte Kanalführung aufgrund des Wegfalls des Heizmediums erreicht werden kann, da nur noch die Kanalführung für die Frischluft erforderlich ist. Außerdem lässt sich eine gegenüber einem Reingaswärmetauscher mit Brennkammerkonzept reduzierte Tiefe und Länge des gesamten Wärmeübertragers realisieren. Durch die kompakte Bauweise kann vorteilhafterweise ein integrierter Einbau in ein Umluft-Aggregat oder in eine Schleuse bzw. ein Schleusenmodul erfolgen. Außerdem kann beispielsweise der bisher nicht genutzte Zwischenraum zwischen Trockneraußenwand und Trocknerinnenwand (Nutzraumwand) zur Anordnung des erfindungsgemäßen Frischluft-Wärmetauschers verwendet werden.
Im Unterschied zum Stand der Technik macht die kompakte Bauweise des Frischluft- Wärmeübertragers es möglich, diesen auf der Tunnelebene, d.h. auf der Ebene der Behandlungsabschnitte des Trockners anzuordnen, bevorzugt in den Nischen zwischen zwei Umluft-Aggregate. Folglich ist kein zusätzlicher Stahlbau erforderlich.
Da der erfindungsgemäße Frischluft-Wärmetauscher nicht mehr am Ende des Reingasstranges aufgestellt werden muss, ist vorteilhafterweise eine Teilung des Wärmetauschers möglich, d.h. ein separater Frischluft-Wärmetauscher für Einlauf- und Auslaufschleuse. Es ist somit vorzugsweise kein isolierter Frischluftkanal über die ganze Trocknerlänge hinweg erforderlich.
Im Falle einer Zwischenschleuse kann diese ferner mit elektrisch erhitzter Frischluft vom Frischluft-Wärmeübertrager der Einlaufschleuse bzw. des Einlaufschleusen-Aggregats versorgt werden. In diesem Zusammenhang wird die Temperatur der im Frischluft- Wärmeübertrager erhitzten Frischluft auf die Zwischenschleuse eingestellt, der erhitzte Frischluftstrom aufgeteilt und entsprechend kalte Frischluft für die Einlaufschleuse zum erhitzten Frischluftstrom zugemischt.
Es ist ferner vorgesehen, dass die mindestens eine elektrisch beheizte Wärmeübertragungseinheit mindestens eine Heizwiderstandseinrichtung umfasst.
Die elektrisch beheizte Wärmeübertragungseinheit, welche auch als Register bezeichnet wird, umfasst als Heizwiderstandseinrichtung vorzugsweise Heizstäbe mit einem den Heizdraht umgebenden Profilrohr. Dadurch ergibt sich eine geringe Schmutzanhaftung und zugleich eine gute Reinigungsmöglichkeit.
Alternativ können offene, elektrisch isolierte Drahtspulen mit hoher Temperaturbeständigkeit verwendet werden. Die Frischluftstrom strömt dabei direkt über den Heizdraht; auf diese Weise wird eine maximale Wärmeübertragungseffizienz erzielt. Diese Alternative ist eine kostengünstige Variante im Vergleich zu den Heizstäben mit Profil rohr. In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine elektrisch beheizte Wärmeübertragungseinheit stromabwärts des mindestens einen Ventilators angeordnet ist.
Außerdem kann vorgesehen sein, dass der Frischluft-Wärmeübertrager mindestens eine Filtereinheit zur Filterung der angesaugten Frischluft aufweist.
Da die Frischluft beispielsweise aus der den Trockner umgebenden Halle angesaugt wird, ist eine Filterung der angesaugten vorteilhaft, um eine Verunreinigung insbesondere der Heizwiderstandseinrichtung zu verhindern. Eine Filterung ist an dieser Stelle ausreichend, da die angesaugte Frischluft noch nicht mit Trockneratmosphäre in Berührung gekommen ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Frischluft- Wärmeübertrager mindestens eine Schalldämpfereinheit zur Reduzierung der Schallemission des Frischluftstromes aufweist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Filtereinheit und/oder die mindestens eine Schalldämpfereinheit stromaufwärts des mindestens einen Ventilators angeordnet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die mindestens eine Filtereinheit und/oder die mindestens eine Schalldämpfereinheit zumindest teilweise oberhalb des mindestens einen Ventilators angeordnet ist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Frischluft- Wärmeübertrager mindestens zwei, vorzugsweise drei elektrisch beheizte Wärmeübertragungseinheiten aufweist.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die elektrisch beheizten Wärmeübertragungseinheiten entlang des Frischluftstromes nacheinander angeordnet sind. Dadurch kann der Frischluftstrom sukzessive erhitzt werden, um spätestens beim Passieren der letzten Wärmeübertragungseinheit die Solltemperatur zu erreichen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein erster Strömungspfad des Frischluftstromes stromaufwärts des Ventilators senkrecht zu einem zweiten Strömungspfad des Frischluftstromes stromabwärts des Ventilators ist.
Die Frischluftführung auf der Saugseite des Ventilators, d.h. stromaufwärts des Ventilators, dient zur Ansaugung der Frischluft über die Filtereinheiten und durch die nachfolgenden Schalldämpfereinheiten und kann als erster Strömungspfad bezeichnet werden, welcher von den Filtereinheiten über die Schalldämpfereinheiten bis hin zum Ventilator einer U-Forrn folgt. Bezogen auf Aufstellebene des Trockners verläuft der Frischluftstrom von der Ansaugung über die Filtereinheiten bis zu den Schalldämpfereinheiten horizontal. Anschließend verläuft die Strömung vertikal durch die Schalldämpfereinheiten, bevor sie dann als horizontale Strömung in den Ventilator einströmt.
Die Frischluftführung auf der Druckseite des Ventilators, d.h. stromabwärts des Ventilators, erfolgt in Längsrichtung des Gehäuses und damit vorzugsweise - bei einer Aufstellung zwischen zwei Umluft-Aggregaten auf der Trocknertunnelebene - in oder gegen die Fördertechnikrichtung bzw. Förderrichtung der Werkstücke. Der Strömungsverlauf stromabwärts des Ventilators kann als zweiter Strömungspfad betrachtet werden. Hierbei strömt die Frischluft vorzugsweise geradlinig und parallel zur Trockneraufstellungsebene durch die Wärmeübertragungseinheiten, sprich es erfolgt keine wiederholte Umlenkung der Frischluft wie im Falle eines Kreuz-Gegenstrom- Wärmetauschers. Es sind somit keine Umlenkräume erforderlich, die zusätzlichen Bauraum senkrecht zu dieser Luftführungsrichtung erforderlich machen würden.
Die Ebenen des ersten und des zweiten Strömungspfades bzw. die Strömungspfade sind vorzugsweise senkrecht zueinander.
Weiter vorzugsweise verläuft der zweite Strömungspfad zumindest annähernd in oder entgegen der Förderrichtung der Behandlungsanlage bzw. des Behandlungsraums. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der mindestens eine Ventilator ein Radialventilator ist.
Durch einen Radialventilator wird der stromaufwärtsseitige Frischluftstrom in Bezug auf seine Strömungsrichtung in einen stromabwärtsseitigen Frischluftstrom überführt, der senkrecht zum ersteren verläuft. Der Radialverdichter bewirkt demnach, dass der erste Strömungspfad senkrecht zu dem zweiten Strömungspfad verläuft.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Frischluft- Wärmeübertrager ein Gehäuse umfasst, in welchem die mindestens eine Filtereinheit, die mindestens eine Schalldämpfereinheit, der mindestens eine Ventilator und die mindestens eine elektrisch beheizte Wärmeübertragungseinheit zumindest teilweise aufgenommen sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Gehäuse eine Serviceseite umfasst, welche mindestens einen Wartungszugang aufweist.
Die Aufgabe wird ferner durch die Verwendung eines wie zuvor beschriebenen, erfindungsgemäßen Frischluft-Wärmeübertragers zum Erhitzen eines Frischluftstromes gelöst, welcher einer Behandlungsanlage für Werkstücke, insbesondere einer Trocknungsanlage für Fahrzeugkarosserien, zugeführt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß weiter durch ein Verfahren zum Bereitstellen erhitzter Frischluft mit einem elektrisch beheizten Frischluft-Wärmeübertrager gelöst, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Ansaugen von Frischluft aus einer Umgebung des Frischluft-Wärmeübertragers, Filtern der angesaugten Frischluft, Reduzieren der Schallemission der angesaugten Frischluft,
Umlenken der Strömungsrichtung des Frischluftstromes und Verdichten des Frischluftstromes,
Übertragen von Wärmeenergie, welche von mindestens einer Heizwiderstandseinrichtung erzeugt wird, auf den Frischluftstrom, und Abführen der erhitzten Frischluft. Die Frischluft aus der Umgebung des Frischluft-Wärmeübertragers wird durch einen Ventilator angesaugt und eingangsseitig beim Durchströmen mindestens einer Filtereinheit von Verunreinigungen in der Umgebungsluft gereinigt.
Anschließend wird die Schallemission innerhalb einer Schalldämpfereinheit reduziert.
Sodann wird der Frischluftstrom durch einen Ventilator geführt, vorzugsweise einen Radialventilator, welcher den Frischluftstrom verdichtet und in eine Richtung umlenkt, welche senkrecht zu der stromaufwärtsseitigen Richtung des Frischluftstromes steht.
Hiernach umströmt der Frischluftstrom mindestens eine elektrisch beheizte Wärmeübertragungseinheit, welche jeweils eine Heizwiderstandseinrichtung aufweisen.
Schließlich wird die erhitzte Frischluft aus dem Frischluft-Wärmeübertrager abgeführt in Richtung der Schleusen des Trockners.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das erfindungsgemäße Verfahren einen Schritt des Vorwärmens der Frischluft in einer Vorwärmvorrichtung umfasst, wobei Vorwärmvorrichtung eine Wärmepumpe, eine regenerative thermische, insbesondere rein elektrisch betriebene und flammenlose, Oxidationsvorrichtung oder eine Solarthermievorrichtung, welche Thermalöl oder Wasser umfasst, ist.
Die erhitzte Frischluft wird sodann in einer Behandlungsanlage für Werkstücke, insbesondere einer Trocknungsanlage für Fahrzeugkarosserien verwendet bzw. dieser bereitgestellt, damit die Schleusen dieser Behandlungsanlage mit erhitzter Frischluft versorgt werden können.
Eine entsprechende Behandlungsanlage zum Behandeln von Werkstücken, insbesondere von Fahrzeugkarosserien, umfasst einen Behandlungsraum, welcher selbst mehrere Behandlungsraumabschnitte, die jeweils einem von mehreren separaten Umluftmodulen der Behandlungsanlage zugeordnet sind, und mindestens eine Schleuse umfasst. Die Schleuse kann eine erste Stufe und eine zweite Stufe aufweisen, wobei der ersten Stufe der Schleuse Frischluft zuführbar ist, und wobei der zweiten Stufe Umluft und/oder Frischluft zuführbar ist. Es ist vorgesehen, dass die Behandlungsanlage weiter mindestens einen erfindungsgemäßen, elektrisch beheizten Frischluft-Wärmeübertrager umfasst, welcher der mindestens einen Schleuse erhitzte Frischluft bereitstellt.
Die Verwendung eines erfindungsgemäßen Frischluft-Wärmeübertragers erlaubt einen Einsatz von separaten Frischluft-Wärmetauschern für die Einlauf- und die Auslaufschleuse, wobei die Wärmetauscher der ersten Stufe (Frischluftvorhang bzw. - Silhouette) eine konstante bzw. der jeweils zweiten Stufe (Umluftsilhouette oder Umluft- und Frischluftsilhouette) eine variable Frischluftmenge zur Verfügung.
Vorteilhaft ist daran, dass - insbesondere bei diesen doppelstufigen Schleusen - kein isolierter Frischluftkanal für die konstante Schleusenluft über die ganze Trocknerlänge hinweg erforderlich ist. Ebenso ist kein isolierter Frischluftkanal für die variable Luft zu den Umluft-Aggregaten über die ganze Trocknerlänge hinweg mehr erforderlich, da nun die gesamte Frischluft im Bereich der Schleuse genutzt wird.
Zudem ist vorstellbar, dass zwischen dem elektrisch beheizten Frischluft- Wärmeübertrager und der ersten Stufe der mindestens einen Schleuse mindestens eine steuer- und/oder regelbare Drosseleinrichtung angeordnet ist, so dass der ersten Stufe der Schleuse ein konstanter Volumenstrom aus Frischluft zuführbar ist.
Außerdem kann zwischen einem Behandlungsraumabschnitt und der zweiten Stufe der mindestens einen Schleuse mindestens eine weitere steuer- und/oder regelbare Drosseleinrichtung angeordnet sein, so dass der zweiten Stufe der Schleuse ein konstanter Volumenstrom aus Umluft und/oder Frischluft zuführbar ist.
Die erste, der ersten Stufe zugeordnete Drosseleinrichtung stellt damit den Volumenstrom zur ersten Stufe sicher, indem der überschüssige Frischluftanteil in den Strang bzw. die Führung der zweiten Stufe entlassen wird. Der gesamte Volumenstrom zur zweiten Stufe wird über die weitere, zweite Drosseleinrichtung geregelt, so dass die zweite Stufe ebenfalls mit einem konstanten Volumenstrom versorgt wird. Weiter kann vorgesehen sein, dass der zweiten Stufe der Schleuse ein Schleusenventilator zugeordnet ist. Der Schleusenventilator umfasst vorzugsweise einen Frequenzumrichter bzw. ist frequenzgeregelt - und/oder gesteuert.
Möglich ist außerdem, dass der zweiten Stufe der Schleuse 50 %, bevorzugt 100 %, besonders bevorzugt 200 % mehr Umluft als Frischluft zuführbar ist.
Auch kann vorgesehen sein, dass der ersten und der zweiten Stufe der Schleuse jeweils eine Filtereinheit zugeordnet ist.
Vorstellbar ist zudem, dass zwischen dem mindestens einen elektrisch beheizten Frischluft-Wärmeübertrager und der mindestens einen Schleuse und zwischen mindestens einem Umluftmodul und der mindestens einen Schleuse jeweils mindestens ein Temperatursensor und mindestens eine Volumenstromsonde angeordnet sind.
Zudem ist es möglich, dass der zweiten Stufe der Schleuse ein Drucksensor zur Regelung des Schleusenventilators zugeordnet ist.
Es kann ferner vorgesehen sein, dass die erste und zweite Stufe der Schleuse Schlitzdüsen zur Ausbildung eines silhouettenbasierten Luftvorhangs umfassen.
Im Falle einer Einlaufschleuse kann somit der Ventilator des erfindungsgemäßen Frischluft-Wärmeübertragers die Frischluftsilhouette der ersten Stufe der Schleuse mit Frischluft versorgen.
Ein eigener Schleusenventilator versorgt daneben die Umluftsilhouette der zweiten Stufe der Schleuse mit Umluft aus dem angrenzenden Behandlungsraumabschnitt bzw. der angrenzenden Aufheiz-/T rocknerzone.
Die Frischluft- und Umluftführung sind über eine Verzweigung miteinander verbunden.
Die Zusammenführung beider Luftführungen mündet auf der Saugseite des Schleusenventilators. Der Schleusenventilator kann auf diese Weise sowohl mit Frischluft als auch mit Umluft gespeist werden kann. In beiden saugseitigen Zuführungen, d.h. für Frisch- und Umluft, des Schleusenventilators ist eine motorgetriebene Drosseleinrichtung angeordnet, mit deren Hilfe einerseits die Luftmengenanteile der Frischluft und der Umluft für die Stufen der Schleuse eingestellt werden können, andererseits wird mit ihrer Hilfe aber auch verhindert, dass es zu einer ungewollten Strömungsumkehr der Schleusenluft (Frischluft- und Umluftschleuse) kommt.
Die Drehzahl des Ventilators des erfindungsgemäßen Frischluft-Wärmeübertragers und damit die geförderte Frischluftmenge hängt davon ab, welcher Volumenstrom für den Trocknungsprozess in einem Trockner benötigt wird. Da die Luftmenge der beiden Schleusenstufen in jedem Betriebszustand konstant gehalten werden muss, um eine optimale Schleusenfunktion zu erzielen, wird die überschüssige Frischluftmenge der ersten Stufe über die Verzweigung der Frischluftzuführung der zweiten Stufe der Schleuse, also der Umluftstufe, zugeführt.
Hierfür ist in der Frischluftzuführung eine Volumenstromsonde und ein Temperatursensor angeordnet bzw. installiert, mit deren Hilfe ein Normvolumenstrom berechnet wird. Der berechnete Wert dient als Regelgröße für die motorbetriebene Drosseleinrichtung. Sie wird so geregelt, dass der Frischluftstrom zur ersten Schleusenstufe stets konstant ist und der überschüssige Frischluftstrom für die zweite Schleusenstufe genutzt werden kann.
Der Schleusenventilator greift zur Sicherstellung des konstanten Volumenstroms der zweiten Schleusenstufe auf das Signal des dieser zugeorndneten Drucksensors zurück. Die motorbetriebene Drosseleinrichtung wird so geregelt, dass der überschüssige Frischluftstrom zusammen mit dem Umluftstrom einen konstanten Volumenstrom für die zweite Schleusenstufe ergibt.
Optional kann der Schleusenventilator mit einem Frequenzumformer ausgestattet sein. In diesem Fall kann mit Hilfe der Drehzahländerung des Ventilators und mit Hilfe der motorbetriebenen Drosseleinrichtung oder vorzugsweise sogar ohne die motorbetriebene Drosseleinrichtung der Volumenstrom konstant gehalten werden.
Vorzugsweise können alle elektrisch betriebenen Heizkomponenten, wie u.a. Frischluft- Wärmeübertrager, mit einer Mittelspannung von beispielsweise mindestens ungefähr 3 kV und/oder höchstens ungefähr 8 kV, insbesondere 4160 V bis 6600 V, statt der üblichen 400 V versorgt werden. Das kann zwar besondere Heizelemente mit entsprechenden Mehrkosten erfordern, bietet jedoch vorzugsweise in der Peripherie, d.h. bzgl. der Anschlüsse, Kabel, etc., große Einsparpotentiale. Außerdem ist ein wesentlich geringerer Faktor der Spannungstransformation aus dem Versorgungsnetz notwendig, was u.a. die Trafostation zugunsten geringerer Investitionskosten verkleinert und Platz spart. Der Anschluss an eine elektrisch betriebene Heizkomponente mit einer derartigen Mittelspannung bringt zudem deutlich geringere Kabeldurchmesser mit sich.
Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
In den Figuren zeigen:
Fig. 1 eine schematische isometrische Darstellung eines erfindungsgemäßen, elektrisch beheizten Frischluft-Wärmetauschers;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Stirnseite des erfindungsgemäßen, elektrisch beheizten Frischluft-Wärmetauschers;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Serviceseite des erfindungsgemäßen, elektrisch beheizten Frischluft-Wärmetauschers; und
Fig. 4 eine schematische Darstellung des Eingangsbereichs einer Behandlungsanlage mit einem elektrisch beheizten Frischluftwärmetauscher und einer eingangsseitigen Doppelschleuse;
Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
Ein in den Fig. 1 bis 3 schematisch dargestellter Frischluft-Wärmetauscher 100 dient zur Bereitstellung eines erhitzten Frischluftwärmestromes innerhalb einer Behandlungsanlage 10 von Werkstücken (nicht dargestellt).
Die Behandlungsanlage 10 ist beispielsweise eine Trocknungsanlage 12 zum Trocknen von Werkstücken. Die Werkstücke sind beispielsweise Fahrzeugkarosserien.
Insbesondere zur vereinfachten Beschreibung des Frischluftstromes wurde in den Fig. 1 bis 3 ein dreidimensionales Koordinatensystem mit den Achsen x, y, z eingeführt.
Der Frischluft- Wärmetauscher 100 umfasst eine Filtereinheit 102, eine Schalldämpfereinheit 104, einen Radialventilator 106 und zwei elektrisch beheizte Wärmeübertragungseinheiten 108, welche zusammen in einem Gehäuse 110 aufgenommen sind.
Das Gehäuse 110 weist eine Serviceseite 112 auf, in welcher zwei Wartungszugänge 114 vorgesehen sind.
Die Filtereinheit 102 und die Schalldämpfereinheit 104 sind oberhalb des Radialventilators 106 angeordnet.
Die Schalldämpfereinheit 104 umfasst in dem Ausführungsbespiel in Fig. 1 vier quaderförmiger Schalldämpferelemente.
In Fig. 2 ist zu sehen, dass die angesaugte Frischluft 116, welche vorzugsweise aus der umgebenden Halle angesaugt wird, zunächst die Filtereinheit 102 in y-Richtung, d.h. in einer horizontalen Richtung, durchströmt, um mögliche Verunreinigungen aus der angesaugten Frischluft 116 herauszufiltern.
Die angesaugte Frischluft 116 kann Umgebungsluft, d.h. von innerhalb oder außerhalb der Halle, in welcher die Behandlungsanlage 10 installiert ist, oder aber auch gereinigte Abluft sein.
Die angesaugte Frischluft 116 beschreibt stromaufwärtsseitig des Radialverdichters 106, d.h. auf dessen Saugseite, einen u-förmigen, ersten Strömungspfad in der y-z-Ebene.
Entlang des ersten Strömungspfades 118 passiert der Frischluftstrom nach der Filtereinheit 102 die Schalldämpfereinheit 104 in z-Richtung, d.h. in einer vertikalen Richtung. Hiernach durchströmt die Frischluft den Radialventilator 106 in y-Richtung, d.h. wieder in einer horizontalen Richtung.
In Fig. 3 ist dargestellt, dass der Radialventilator 106 den Frischluftstrom in die x-z-Ebene umlenkt.
Stromabwärtsseitig des Radialventilator 106, d.h. auf der Druckseite, strömt die Frischluft in x-Richtung, d.h. in einer horizontalen Richtung, entlang eines zweiten, geraden Strömungspfades 120.
Nach dem Radialventilator 106 durch- bzw. umströmt der umgelenkte Frischluftstrom die zwei, entlang des zweiten Strömungspfades 120 nacheinander angeordneten Wärmeübertragungseinheiten 108.
Hierbei wird die jeweils mittels einer Heizwiderstandseinrichtung der elektrisch beheizten Wärmeübertragungseinheit 108, wie vorzugsweise einem Heizdraht, erzeugte Wärmeenergie auf den Frischluftstrom übertragen, bevor dieser als erhitzte Frischluft 122 bzw. erhitzter Frischluftwärmestrom das Gehäuse 110 verlässt bzw. aus diesem herausgeführt wird.
Das Erreichen der Solltemperatur der erhitzten Frischluft 122 wird vorzugsweise am Ausgang des Frischluft-Wärmeübertragers 100 mittels eines Temperatursensors 123 und eines Messstutzens 124 (in Fig. 4 dargestellt) gemessen bzw. überprüft.
Vorzugsweise beträgt der Normvolumenstrom am Ausgang des Frischluft- Wärmeübertragers 100 zwischen 4250 Nm3/h und 12000 Nm3/h für den Fall eines aufgeteilter Wärmeübertrager zur Versorgung der Einlauf- und Zwischenschleuse bzw. Auslaufschleuse. Im Falle eines einzigen Frischluft-Wärmeübertragers 100 zur Versorgung aller Schleusen beträgt der Normvolumenstrom bis zu 24000 Nm3/h.
In Fig. 4 ist schematisch der Eingangsbereich einer Behandlungsanlage 10, beispielsweise einer Trocknungsanlage 12, dargestellt. Die Behandlungsanlage 10 umfasst einen Behandlungsraum 200 mit mehreren Behandlungsraumabschnitten, von denen in Fig. 1 ein erster Behandlungsraumabschnitt 202 bzw. eine erste Aufheizzone gezeigt ist.
Dem ersten Behandlungsraumabschnitt 202 ist ein Umluftmodul 204 bzw. ein Umluft- Aggregat zugeordnet.
Das Umluftmodul 204 umfasst einen Umluftventilator 206, einen Messstutzen für Handmessungen 208 und einen Wärmeübertrager 210.
Im ersten Behandlungsraumabschnitt 202 ist zudem eine Filtereinheit 212 angeordnet, welche die vom Umluftmodul 204 über die Umluftführung 211 zurückgeführte Umluft filtert.
Des Weiteren umfasst der Behandlungsraum 200 gemäß dem Ausführungsbeispiel in Fig. 4 eine zweistufige Schleuse 214, welche vorzugsweise einen silhouettenbasierten Luftvorhang ausbilden, um u.a. die Lösemittel im Behandlungsraum 200 zu halten bzw. zu verhindern, dass diese an die Umgebung abgegeben werden.
Die Schleuse 214 weist eine erste Stufe 216 und eine zweite Stufe 218 auf, wobei - bezogen auf eine Förderrichtung 220 der Werkstücke innerhalb des Behandlungsraums 200 - die erste Stufe 216 zuerst von den Werkstücken passiert wird, gefolgt von der zweiten Stufe 218.
Vorzugsweise sind die erste Stufe 216 und die zweite Stufe 218 in Förderrichtung 220 unmittelbar hintereinander angeordnet, d.h. ohne Zwischenelement.
Vorstellbar ist aber auch in einer vorteilhaften Ausführungsform, dass zwischen den Stufen 216, 218 ein schwenkbares Schild angebracht sein kann, das im ausgeschwenkten Zustand als eine die Schleusenfunktion unterstützende physikalische Barriere fungiert und gleichzeitig den Luftstrom der ersten Stufe 216 stabilisiert.
Jeder Stufe 216, 218 der Schleuse 214 ist eine Filtereinheit 222, 224, um sicherzustellen, dass keine Verunreinigung aus den jeweiligen Luftzuführungen über die Schlitzdüsen (nicht dargestellt) der Stufen 216, 218 der Schleuse 214 auf die Werkstücke aufgebracht werden. Jeder Stufe 216, 218 ist zudem stromaufwärts der Filtereinheiten 222, 224 ein Messstutzen für Handmessungen 226, 228 zugeordnet, über welche insbesondere bei der Inbetriebnahme der Schleuse 214 physikalische Größen manuell überwacht werden können.
Der Schleuse 214 wird erhitzte Frischluft 122 über eine Frischluftzuführung 230 aus einem Frischluft-Wärmeübertrager 100, wie er weiter oben im Zusammenhang mit den Fig. 1 bis 3 beschrieben wurde, zugeführt.
Die Frischluftzuführung 230 führt zum einen die erhitzte Frischluft 122 zur ersten Stufe 216, welche einen Frischluftvorhang ausbildet.
Im Strömungspfad der Frischluftzuführung 230 hin zur ersten Stufe 216 der Schleuse 214, welche mit einem konstanten Frischluft-Volumenstrom, vorzugsweise in Höhe von 4250 Nm3/h, versorgt wird, sind ein weiterer Messstutzen für Handmessungen 231 , ein Kompensator 232 und eine Drosseleinrichtung 233 angeordnet. Der Kompensator 232 ist ein Element zum Ausgleich von Bewegungen in der entsprechenden Rohrleitung der Frischluftzuführung 230, insbesondere bei thermischen Längenänderungen, Vibrationen, Wanddurchführungen oder Setzungserscheinungen.
Stromaufwärts der Drosseleinrichtung 233 und stromabwärts des Messstutzens 226 ist ein Temperatursensor 234 und eine Volumenstromsonde 236, insbesondere eine Staudrucksonde, angeordnet.
Die Frischluftzuführung 230 wird des Weiteren an einer Verzweigung 238 in Richtung zweite Stufe 218 abgezweigt, um auch die zweite Stufe 218 mit Frischluft versorgen zu können.
Stromabwärts der Verzweigung 238 ist ein weiterer Kompensator 240 sowie eine motorgetriebene Drosseleinrichtung 242, welche steuer- und/oder regelbar ist, angeordnet. Mittels der motorgetriebenen Drosseleinrichtung 242 kann die Frischluftmenge, welche der zweiten Stufe 218 zugeführt werden kann, eingestellt werden, d.h. eingesteuert und/oder eingeregelt werden.
Die zweite Stufe 218 wird grundsätzlich mit Umluft aus dem ersten Behandlungsraumabschnitt 202 versorgt, welche mittels eines Schleusenventilators 243 angesaugt wird.
Anders gesagt, versorgt der Schleusenventilator 243 die Umluftsilhouette der zweite Stufe 218 mit Umluft aus dem angrenzenden, ersten Bearbeitungsabschnitt 202.
Die Umluftmenge wird ebenfalls durch eine motorgetriebene Drosseleinrichtung 244 eingesteuert und/oder eingeregelt.
Stromabwärts der motorgetriebenen Drosseleinrichtung 244 ist ein weiterer Kompensator 246 sowie ein weiterer Messstutzen für Handmessungen 248 angeordnet, bevor dem Umluftstrom der abgezweigte Frischluftstrom zugeführt wird.
Die zweite Stufe 218 der Schleuse 214 bildet ebenfalls einen Luftvorhang durch einen konstanten Volumenstrom, vorzugsweise in Höhe von 10000 Bm3/h, umfassend Umluft und Frischluft aus.
Stromabwärts der Frischluftzuführung 230 in den Umluftstrom ist eine weitere Drosseleinrichtung 250 zum Einstellen des Volumenstromes angeordnet.
Ferner ist zum Ausgleich von Rohrleitungsbewegungen im Bereich des Schleusenventilators 243 direkt stromaufwärts und stromabwärts des Schleusenventilators 243 jeweils ein weiterer Kompensator 252 bzw. 254 angeordnet.
Die Drehzahl des Radialverdichters 106 des Frischluft-Wärmeübertragers 100 und damit die geförderte bzw. zugeführte Frischluftmenge hängt davon ab, welcher Luftmassenstrom für den Behandlungsprozess bzw. den Trocknungsprozess benötigt wird. Da insbesondere die Frischluftmenge der ersten Stufe 216 der Schleuse 214 konstant gehalten werden muss, um eine optimale Schleusenfunktion zu erzielen, wird die überschüssige Luftmenge an Frischluft über die Verzweigung 238 der zweiten Stufe 218, also der Umluftstufe, zugeführt.
Aus diesem Grund ist der Temperatursensor 234 und die Volumenstromsonde 236 in der Frischluftzuführung 230 vorgesehen. Mittels dieser beiden Messeinrichtungen kann der (Norm)Volumenstrom bestimmt werden, welcher als Regelgröße für die motorgetrieben Drosseleinrichtung 242 dient. Diese Drosseleinrichtung 242 kann so geregelt werden, dass der Frischluftstrom zur ersten Stufe 216 stets konstant ist und der überschüssige Frischluftanteil zur zweite Stufe 218 geführt wird.
Vor dem Schleusenschlitz bzw. der Schleusendüse der zweiten Stufe 218 und insbesondere nach der Filtereinheit 224 ist ein Drucksensor 256 angeordnet, dessen Druckdifferenz gegenüber der Umgebung, wie z.B. der Halle, als Regelgröße für den frequenzgeregelten Schleusenventilator 243 dient. Über diesen Differenzdruck wird ebenfalls sichergestellt, dass die zweite Stufe 218 ebenfalls mit einem konstanten Luftstrom beaufschlagt wird. Die Anordnung nach der Filtereinheit 224 stellt sicher, dass die Verschmutzung der Filtereinheit 224 für die Druckmessung irrelevant ist.
Dieser Luftstrom kann, wie bereits erwähnt, aus reiner Umluft oder aber aus einer Mischung von Umluft und Frischluft bestehen.
Wird der Trocknungsprozess mit einer hohen Frischluftmenge gefahren, d.h. eine hohe Trocknerauslastung, dann ist der überschüssige Frischluftanteil entsprechend hoch, vorzugsweise maximal bis zu 7500 Nm3/h. Infolgedessen ist der zugemischte Umluftanteil für die zweite Stufe 218 geringer.
Anders herum ist es bei einer geringen Auslastung, wenn sich nur wenige Werkstücke wie Fahrzeugkarosserien in der Trocknungsanlage 12 befinden, d.h. eine niedrige Trocknerauslastung. Hier reicht die Frischluftmenge, die seitens des Frischluft- Wärmeübertragers bereitgestellt wird, gerade aus, um die erste Stufe 216 der Schleuse 214 mit Frischluft zu versorgen.
In diesem Fall ist die motorgetrieben Drosseleinrichtung 242 ganz bzw. weitgehend geschlossen und die Luft für die zweite Stufe 218 muss vollständig mittels des Schleusenventilators 243 aus dem benachbarten ersten Behandlungsraumabschnitt 202 angesaugt werden.
Vorteilhaft an der Zuführung des überschüssigen Frischluftanteils zu der zweiten Stufe 218 in Abhängigkeit der Auslastung der Behandlungsanlage 10 ist, dass nicht mehr wie bisher den Umluftmodulen 204 direkt Frischluft zugemischt wird, was dazu führt, dass sämtliche Frischluft der Schleuse 214 zur Verfügung, um dort dazu beizutragen, den Lösemittelgehalt in der Atmosphäre des Behandlungsraums 200 an dessen Randbereichen auf ein Minimum zu reduzieren. Auf diese Weise wird der Gefahr einer Lösemittelrückkondensation in diesen kühleren Randbereichen noch besser entgegengewirkt.
Bezugszeichenliste
Behandlungsanlage
T rocknungsanlage/T rockner Frischluft-Wärmeübertrager Filtereinheit
Schalldämpfereinheit Radialventilator
Wärmeübertragungseinheit Gehäuse
Serviceseite
Wartungszugang angesaugte Frischluft erster Strömungspfad zweiter Strömungspfad erhitzte Frischluft
Temperatursensor
Messstutzen für Handmessungen Behandlungsraum Behandlungsraumabschnitt/erste Aufheizzone Umluftmodul/Umluft-Aggregat Umluftventilator
Messstutzen für Handmessungen Wärmeüberträger
Umluftführung Filtereinheit zweistufige Schleuse erste Stufe der Schleuse zweite Stufe der Schleuse
Förderrichtung Filtereinheit Filtereinheit Messstutzen für Handmessungen Messstutzen für Handmessungen Frischluftführung
Messstutzen für Handmessungen
Kompensator
Drosseleinrichtung
Temperatursensor
Volumenstromsonde
Verzweigung
Volumenstromsonde motorgetriebene Drosseleinrichtung
Schleusenventilator motorgetriebene Drosseleinrichtung
Kompensator
Messstutzen für Handmessungen
Drosseleinrichtung
Messstutzen für Handmessungen
Messstutzen für Handmessungen
Drucksensor

Claims

Patentansprüche Frischluft-Wärmeübertrager (100) zum Erhitzen eines Frischluftstromes, umfassend: mindestens einen Ventilator (106) zur Ansaugung von Frischluft und Erzeugung eines Frischluftstromes, und mindestens eine elektrisch beheizte Wärmeübertragungseinheit (108) zur Übertragung von Wärmeenergie auf den Frischluftstrom. Frischluft-Wärmeübertrager (100) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrisch beheizte Wärmeübertragungseinheit (108) mindestens eine Heizwiderstandseinrichtung umfasst. Frischluft-Wärmeübertrager (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine elektrisch beheizte Wärmeübertragungseinheit (108) stromabwärts des mindestens einen Ventilators (106) angeordnet ist. Frischluft-Wärmeübertrager (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Frischluft-Wärmeübertrager (100) mindestens eine Filtereinheit (102) zur Filterung der angesaugten Frischluft aufweist. Frischluft-Wärmeübertrager (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Frischluft-Wärmeübertrager (100) mindestens eine Schalldämpfereinheit (104) zur Reduzierung der Schallemission des Frischluftstromes aufweist. Frischluft-Wärmeübertrager (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Filtereinheit (102) und/oder die mindestens eine Schalldämpfereinheit (104) stromaufwärts des mindestens einen Ventilators (106) angeordnet ist. Frischluft-Wärmeübertrager (100) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Filtereinheit (102) und/oder die mindestens eine Schalldämpfereinheit (104) zumindest teilweise oberhalb des mindestens einen Ventilators (106) angeordnet ist. Frischluft-Wärmeübertrager (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Frischluft-Wärmeübertrager (100) mindestens zwei, vorzugsweise drei elektrisch beheizte Wärmeübertragungseinheiten (108) aufweist. Frischluft-Wärmeübertrager (100) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch beheizten Wärmeübertragungseinheiten (108) entlang des Frischluftstromes nacheinander angeordnet sind. Frischluft-Wärmeübertrager (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Strömungspfad (118) des Frischluftstromes stromaufwärts des Ventilators (106) senkrecht zu einem zweiten Strömungspfad (120) des Frischluftstromes stromabwärts des Ventilators (106) ist. Frischluft-Wärmeübertrager (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Ventilator (106) ein Radialventilator ist. Frischluft-Wärmeübertrager (100) nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Frischluft-Wärmeübertrager (100) ein Gehäuse (110) umfasst, in welchem die mindestens eine Filtereinheit (102), die mindestens eine Schalldämpfereinheit (104), der mindestens einen Ventilator (106) und die mindestens eine elektrisch beheizte Wärmeübertragungseinheit (108) zumindest teilweise aufgenommen sind. Frischluft-Wärmeübertrager (100) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (110) eine Serviceseite (112) umfasst, welche mindestens einen Wartungszugang (114) aufweist. Frischluft-Wärmeübertrager (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass stromaufwärts des mindestens einen Ventilators eine Vorwärmvorrichtung zur Vorwärmung des Frischluftstromes angeordnet ist, wobei die Vorwärmvorrichtung eine Wärmepumpe, eine regenerative thermische, insbesondere rein elektrisch betriebene und flammenlose, Oxidationsvorrichtung oder eine Solarthermievorrichtung, welche Thermalöl oder Wasser umfasst, ist. Verwendung eines Frischluft-Wärmeübertragers (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 zum Erhitzen eines Frischluftstromes, welcher einer Behandlungsanlage für Werkstücke, insbesondere einer Trocknungsanlage für Fahrzeugkarosserien, zugeführt wird. Verfahren zum Bereitstellen erhitzter Frischluft mit einem elektrisch beheizten Frischluft-Wärmeübertrager (100), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Ansaugen von Frischluft (106) aus einer Umgebung des Frischluft- Wärmeübertragers (100), Filtern der angesaugten Frischluft (116), Reduzieren der Schallemission der angesaugten Frischluft (106), Umlenken der Strömungsrichtung des Frischluftstromes und Verdichten des Frischluftstromes, Übertragen von Wärmeenergie, welche von mindestens einer Heizwiderstandseinrichtung erzeugt wird, auf den Frischluftstrom, und Abführen der erhitzten Frischluft (122). Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner einen Schritt des Vorwärmens der Frischluft in einer Vorwärmvorrichtung umfasst, wobei Vorwärmvorrichtung eine Wärmepumpe, eine regenerative thermische, insbesondere rein elektrisch betriebene und flammenlose, Oxidationsvorrichtung oder eine Solarthermievorrichtung, welche Thermalöl oder Wasser umfasst, ist.
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