DE3112063C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Vorbehandlung eines Gasstromes, insbesondere bei der Luftzufuhr für eine Farb­ spritzkabine gemäß den in den Oberbegriffen der Ansprüche 1 bzw. 14 angegebenen Merkmale. Eine solche Vor­ richtung bzw. ein solches Verfahren ist aus der US-PS 41 73 924 bekannt.

Bei industrieller und sonstiger Anwendung muß oft ein Luftstrom mit relativ eng gesteuertem Feuchtigkeitsgehalt und Temperatur geliefert werden. Eine dieser Anwendungsmöglichkeiten besteht in der Luftversorgung von Farbspritz­ kabinen, in denen Farbe auf Wassergrundlage aufgebracht wird. Solche Verfahren verlangen typischerweise eine Trocken-Temperaturkugel- Luft-Temperatur von 24°C und 50% relative Luftfeuchtigkeit, d. h. 13° Naßkugeltemperatur.

Die Verwendung solcher Farben auf Wassergrund­ lage bei Anwendungen wie Autofarbspritzkabinen hat sich immer weiter ausgebreitet wegen der geringeren Verschmutzungsprobleme als bei Farbverfahren auf Kohlenwasserstoff-Lösungs­ mittelgrundlage.

Eine derartige Steuerung von Temperatur und Feuchtigkeit verlangte bisher ziemlich enorme Auslagen für Energie. Wenn z. B. die Luft­ temperatur im Sommer höher als nötig und auch der Feuchtigkeitsgehalt höher als erforderlich ist (wie z. B. beim Sommerbetrieb normalerweise der Fall ist) müssen sowohl Temperatur als auch Feuchtigkeitsgehalt der Luft herabgesetzt werden. Wird die Feuchtigkeit mechanisch entfernt, d. h. durch Fließenlassen der Luft durch einen Wärmeaustauscher, wo sie auf den passenden Taupunkt abgekühlt wird, d. h. in dem angegebenen Beispiel auf 13°, dann muß der Luftstrom wieder auf die erforderliche Trockenkugel-Temperatur von 24°C aufgewärmt werden. Bei der enormen Menge von Luft, die für typische Autofarbspritzkabinen vor­ bereitet werden müssen, z. B. 160 000 m³/sec. je 3 Meter Farbspritzkabinenlänge, werden solche Energiekosten wahrhaft bedeutsam.

Zum Anfeuchten kann Feuchtigkeit der strömenden Luftmasse durch die Verwendung von über einen Wärmeaustauscher geleiteten Hochleistungssprüh­ düsen, in dem die Luft gesättigt, d. h. auf 100% relativer Feuchtigkeit gebracht werden kann, leicht hinzugefügt werden. Es ist jedoch schwierig, bei diesem Verfahren Luft auf einen niedrigen Gehalt, d: h. 50% relativer Luft­ feuchtigkeit, zu steuern.

Der Zusatz von Feuchtigkeit zur Luft bewirkt im allgemeinen eine verdampfende Abkühlung der Luftmasse, so daß die Trockentemperatur­ kugel-Temperatur nach der Anfeuchtung unter der erforderlichen Temperatur liegen kann und so ein Aufheizen erforderlich macht.

Man hat bisher Entfeuchterverfahren vorgeschlagen und verwendet, die nicht die gesamte Luftmasse auf den erforderlichen Taupunkt abkühlen, um eine bessere Leistungsfähigkeit zu erzielen.

Bei einem solchen Verfahren wird ein Teil der Luft um die Kühlschlangen herumgeleitet, so daß nur ein Teil des Luftstroms auf eine Temperatur mit niedrigem Taupunkt abgekühlt wird. Auf diese Weise wird die Luftmasse auf einen niedrigeren Feuchtigkeitsgehalt als erforderlich gesenkt, so daß beim Wieder­ zusammenfließen mit der umgeleiteten Luft das Gemisch des Luftstroms dann den richtigen Feuchtigkeitsgehalt und die richtige Temperatur aufweist.

Luftvorbereitungsanlagen dieser Art müssen typischerweise große Temperatur- und

Feuchtigkeitsschwankungen in der Umluft auf­ fangen und die Menge der umgeleiteten Luft muß ziemlich groß sein, um den endgültigen, richtig gesteuerten Luftzustand zu erhalten. Die Notwendigkeit der relativ großen Anpassung der umgeleiteten Luftmenge verlangt ein komplexes Schiebersystem in Verbindung mit den Kühlschlangen und der Umleitung und dies vergrößert weitgehend die Masse der erforderlichen Leitungen. Auch sind die Luft­ strömungseigenschaften des Systems schwer genau anzupassen, besonders bei Systemen mit größeren Mengen und zwar wegen des Strömungs­ widerstandes der Kühlschlangen.

Aus ähnlichen Gründen ist es schwierig, die Anpassung des Schiebersystems richtig zu steuern, um den so vorbereiteten Luftstrom genau und stetig zu steuern, wenn große Strömungsschwankungen im Fluß durch den Wärmeaustauscher erforderlich sind.

Bei vielen dieser Systeme ist es schwierig, genau gesteuerte An- und Entfeuchtungs-, Kühl- und Heizverfahren zu erzielen, ohne daß nachher wieder aufgeheizt werden muß.

Solche Umleitungsanordnungen müssen ein völliges Mischen der umgeleiteten Luft mit der vorbereiteten Luft sicherstellen, um eine Schichtenbildung zu vermeiden, in der verschiedene Punkte innerhalb der Luftmasse eine unterschiedliche Feuchtigkeit und Temperatur aufweisen.

Die US-Patentschriften Nr. 41 73 125 und 41 73 924 offenbaren Anordnungen, in denen relativ niedrige Wärmeenergie wieder­ gewonnen und in Luftvorbereitungsverfahren verwendet werden können, um die Gesamt­ leistungsfähigkeit industrieller Verfahren zu verbessern.

Insbesondere die US-Patentschrift 41 73 924 zeigt eine Vorrichtung zur Vorbehandlung eines Gasstromes mit einer Leitung zur Aufnahme eines Gasstromes sowie mit einem in dieser Leitung angeordneten Wärme­ tauscher und mit einer Vorrichtung zum Umwälzen eines Wärmeübertragungsmediums.

Ferner ist aus dieser Druckschrift ein Verfahren zur Vorbehandlung eines Gasstromes vorbekannt, bei welchem ein Gasstrom durch einen Wärmetauscher geleitet wird.

Aus der GB-PS 15 59 607 ist ferner ein Wärmetauscher bekannt, bei dem zusätzlich eine Kühlung und Entfeuchtung der Luft erfolgt.

Aus dieser Druckschrift ist auch ein aufgeteilter Wärmetauscher ersichtlich.

Aus der DE-OS 22 20 598 ist zudem die Möglichkeit vorbekannt, verschieden vorbehandelte Teilgasströme zu mischen.

Schließlich ist aus der Literaturstelle Bilic, "Wärmerückgewinnung in lufttechnischen Anlagen der pharmazeutischen und chemischen Industrie", Zeitschrift Klima + Kälte-Ingenieur 5/1978, Seite 197 bis 203, die Anwendung regenerativer Wärmeaustauscher mit und ohne Feuchte-Übertragung beschrieben.

Dabei werden Enthalpiewechsler eingesetzt, die sowohl fühlbare wie auch latente Wärme übertragen, aber auch Temperaturwechsler, wenn es nur auf die Rückgewinnung der fühlbaren Wärme ankommt. Die Regelung solcher Anlagen durch Drehzahl­ änderung ist möglich, wobei diese so ausgeführt werden kann, daß die gesamte Fortluftenthalpie bis zur äußersten Grenze ausgenutzt werden kann.

Hierdurch können die Kältemaschinen kleiner ausgelegt werden und bisweilen sogar die Kühltürme samt den zugehörigen Installationen eingespart werden.

Ausgehend von dem eingangs bezeichneten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren gattungsgemäßer Art zu schaffen, mittels derer bzw. mittels dessen in einfacher Weise eine sehr feinfühlige Beeinflussung der Temperatur und des Feuchtegehaltes erreicht werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die in den kenn­ zeichnenden Merkmalen der Patentansprüche 1 und 14 angegebenen Merkmale gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben.

Da der Fluß des Wärmetransportmediums in die einzelnen Teile des Wärmetauschers individuell gesteuert wird, kann die Temperatur des Gasstromes genau ein­ gestellt werden, um eine bestimmte end­ gültige Trockenkugeltemperatur zu erreichen. Ein genau bestimmbarer Bestandteil des Gesamtgasstromes kann um den Wärmetauscher herumgeleitet werden und wieder mit dem durch den Wärme­ tauscher fließenden Gasstrom gemischt werden, so daß ein Gemisch mit dem richtigen Feuchtigkeitsgehalt und der richtigen Trockenkugeltemperatur erzeugt wird. Der Wärmetauscher kann mehrere Wärme­ tauschelemente umfassen, die in Blöcken angeordnet sind, wobei jeder Teil einzeln durch Verwendung von Dreiwegeventilen ab­ gestellt werden kann, die somit den Strom des erwärmten oder abgekühlten Wärme­ übertragungsmediums durch sie hindurch steuern, um größere Mengen von umgeleiten oder nicht vorbereiteten Gasstrom zu erzielen.

Die verwendete Umleitungstechnik verlangt nur ein relativ kleines Umleitungsrohr mit nur einer Schiebersteuerung für den Fluß im Umleitungsrohr, während der Fluß direkt durch den Wärmeaustauscher unverändert bleibt. Dieses verringert das Volumen der erforderlichen Anlage und reduziert die beim Versuch, den Luftstrom durch den Wärmeaustauscher wesentlich zu ändern, aufgetretenen Schwierigkeiten auf ein Minimum.

Eine Reihe von Wassersprühdüsen kann dem Wärme­ austauscher vorgeschaltet werden und quer über dessen Fläche verlaufen um das Sprühwasser auf die Oberfläche des Wärmeaustauschers zu lenken. Die Sprühdüsenanordnung ist in einem Rohr­ leitungssystem untergebracht mit unabhängig voneinander gesteuerten Abschaltventilen, um den Feuchtigkeitsgehalt nach Bedarf zu steuern. Zusammen mit der Anpassung der Temperatur des durch die Wärmeaustauscherteile strömenden Gases und der Menge der im Nebenstrom vorbei­ geleiteten Luft kann der Endzustand der wieder gemischten Luftströmung mit einem Minimum, wenn überhaupt, von Wärme genau gesteuert werden, je nach Zustand des ankommenden Gasstroms. Die Wärmeaustauscherteile können mit einem Energie- Wiedergewinnungssystem und auch mit einem dem Vorbereitungs-Wärmeaustauscher vor- oder nach­ geschalteten Vorwärme- oder Wiederaufheiz-Wärme­ austauscher verbunden werden, um die aus Wärme­ quellen von geringer Wärme wiedergewonnene geringe Wärme wirksam auszunutzen und auch den Energiewert des gekühlten Abgases zu verwerten.

Das Vorbereitungsgerät kann in ein Luftzuführ­ system für Farbspritzkabinen eingebaut werden, in dem die Luft durch die Farbspritzkabine fließt, gefiltert wird und dann einen Wieder­ gewinnungswärmetauscher im Auspuff der Kabine strömt, um entweder die in der Abluft enthaltene Wärmeenergie oder den von der gekühlten Luft dargestellten Energiewert wiederzugewinnen, falls die Umlufttemperatur über der im Spritzkabinen­ zuführsystem liegt.

Ein Luftstrombypass kann mittels einer Verteilungs­ leitung und einer Reihe von Schnellstrahldüsen, die eine völlige Vermischung der umgeleiteten Luft mit der vorbereiteten Luft garantieren, gemischt werden, um eine homogene Luftmasse zu erzielen.

Ein Steuersystem kann vorgesehen werden zum Steuern der Bypassschieber, der Sprühdüsen­ abschaltventile, des Wärmeaustauscher-Verstell­ ventils, der Teilabstellung von Wärmetausch­ blöcken und des Vor- und Nacherhitzers, um eine vorher festgelegte End-Trockenkugeltemperatur und einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt für den Ausgleich unterschiedlicher Zustände der Umluft oder Einlaßluft zu erzeugen und so wirksam Luft einer Farbspritzkabine zuzu­ führen.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben,; darin ist

Fig. 1 Eine schematische Darstellung eines Luft­ vorbehandlungssystems für die Luft­ versorgung einer Farbspritzkabine unter Verwendung eines Luftvorbereitungs­ gerätes nach der Erfindung;

Fig. 2 eine detaillierte schematische Darstellung des in dem in der Fig. 1 gezeigten Systems des verwendeten Luftvorbehandlungsgerätes;

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht eines Luft­ vorbereitungsgeräts, wie es schematisch in Fig. 1 und 2 dargestellt ist; und

Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Luft­ vorbehandlungssystems von Fig. 1; es zeigt die zur Steuerung des Luftvorbehandlungs­ systems bei der Anwendung für eine Farb­ spritzkabine verwendeten Steuer- und Fühlersignale.

Fig. 1 zeigt schematisch ein mit einer als Farbspritzkabine dargestellten Umkleidung verbundenes Luftvorbehandlungssystems 10, in der Farbe aufgesprüht werden soll. Der Abluftstrom 14 aus der Farbspritzkabine 12, der von Abluftventilator 16 erzeugt wird, wird zur Wärmerückgewinnung durch einen Wärmetauscher 18 geleitet, der vor der Abgabe der Luft in die Atmosphäre in einem Abluftkanal untergebracht ist. Der Wärme­ wiedergewinnungs-Austauscher 18 kann auch Wärmeenergie aus dem Abluftstrom entfernen oder Wärmeenergie an die Abluft vor der Abgabe an die Aufenluft hinbringen, je nach der Umwelttemperatur. Die Funktion des Wärmetauschers für die Übertragung von Wärme in oder aus der Abluft ist an sich bekannt. Während der Abluftstrom 14 durch den Wärmeaus­ tauscher 18 geleitet wird, sollen überschüssige Farbpartikel daraus entfernt werden, um einen schnellen Aufbau einer Farbschicht auf den Flächen des Wärmeaustauschers 18 zu verhindern. Dementsprechend ist die Farbspritzkabine 12 mit einem Hochleistungsfiltersystem mit einem unter Wasser stehenden Trog 13 und Auslaßrohren 15 versehen. Diese Anordnung unterwirft die durch die Auslaßrohre 15 strömende Luft einem Skrubber-Effekt der die Abluft wirksam filtert daher ist die Abluft 14 im wesentlichen frei von festen Farbteilchen. Das Luftvorbehandlungs­ system 10 umfaßt ein Luftansauggehäuse 20 für die Aufnahme von Luft aus der Umwelt durch einen Schornstein 22 und die Weiterleitung der Luft in einen Speicherraum 24. Wahlweise oder zusätzlich kann die für das System bestimmte Luft vorbehandelte Luft sein, d. h. von einer anderen Quelle als der Außenluft aufgenommene und über eine Zuleitung 26 zugeführte Luft.

Schieber und Steuerungen 28 und 30 sind vor­ gesehen, um den Luftstrom in die Speicher­ kammer zu steuern.

Das Luftvorbehandlungssystem 10 soll verwendet werden für die Vorbereitung von Luft unter typischen Winter- oder Sommerbedingungen sowie unter zwischenjahreszeitlichen Bedingungen, so daß die Temperatur von Außenluft unter Null auf eine Temperatur über den Gefrierpunkt erwärmt werden kann.

Für ein solches Erwärmen wird ein direkt gas­ befeuerter Vorwärmer 32 vorgesehen. Er umfaßt eine Reihe von direkt in eine Einlaßleitung 34 eingesetzten Brennern. Diese Vorwärmer 32 können von herkömmlicher Konstruktion sein und werden in Betrieb genommen, wenn die Außenluft­ temperatur unter die Kapazität anderer Heiz­ vorrichtungen in dem zu beschreibenden System sinkt.

Für mäßig niedrige Temperaturen kann ein Vorheiz­ gerät von einem Wärmeaustauscher 36 dargestellt werden, durch den eine Flüssigkeit, wie warmes Wasser oder Äthylenglykol mit einer Pumpe 38 um­ gewälzt wird. Dieses Umwälzen erfolgt unter der Kontrolle eines geeigneten Reglerventiles 40.

Die Energiequelle für die Erwärmung der im Wärme­ tauscher 36 umgewälzten Flüssigkeit kann von einem allgemein bei 42 angegebenen Wärmewieder­ gewinnungssystem dargestellt werden. Dieses Wärme­ wiedergewinnungssystem 42 kann den Verdampfer und Kondensator einer (nicht gezeigten) mechanischen Kühlanlage umfassen, die betriebsmäßig mit dem Wiedergewinnungswärmetauscher 18 verbunden ist, um eine wirksame Übertragung von Wärmeenergie aus der Abluft in das umgewälzte Medium zu gewährleisten.

Wahlweise kann das Wärmewiedergewinnungssystem 42 ein allgemeineres System sein, in dem die Wärme­ energie gesammelt und wirksam über mit mechanischen Kühlanlagen verbundene Wärmeübertragungsanordnungen verwendet werden.

Dem vorgeordneten Wärmetauscher 36 in Richtung des Luftstromes nachgeschaltet ist eine Anlage 44, in der Feuchtigkeit der hindurchströmenden Luftmasse zugesetzt oder aus ihr entfernt wird, um den erforderlichen Gehalt zu erzielen, und in dem die Temperatur der Luftmasse den erforderlichen Bedingungen mit einer Mindest­ menge von für die folgende Wiederaufheizung notwendigen Energie angepaßt wird. Die Anlage 44 umfaßt einen Wärmeaustauscher 45 mit mehreren Teilen 46, 48 und 50, die als Kühlrippenschlangen anzusehen sind und von denen jeder einen Teil der durch den Luftkanal 52 fließenden Luft­ masse aufnehmen kann. Quer über die Vorder­ fläche des Wärmeaustauschers ist eine Reihe von Sprühdüsen 54 angeordnet, die Feuchtigkeit hinzufügen können, um die durch die aus mehreren Teilen bestehende Schlange 45 strömende Luft zu sättigen. Eine Umwälzpumpe 56 wälzt das in einer Ablaufwanne 58 gesammelte Wasser um, das dann nach Ablaufen von den betreffenden Schlangenflächen gesammelt wird. Ein (nicht gezeigtes) Wasserzuleitungssystem fügt je nach Bedarf Wasser in eine Ablaufwanne 58 zu. Ein Teil der in der Leitung 52 strömenden Luft­ masse wird durch einen Umleitungskanal 60 (Bypass) geleitet, der einen relativ kleinen Teil, etwa 25%, des gesamten durch Leitung 52 fließenden Luftstroms, aufnimmt.

Ein Schieber und Regler 62 ist vorgesehen, um die genaue Menge der durch den Umleitungskanal 60 fließenden Luft zu regeln.

Die Luft wird unmittelbar hinter der Anlage 44 wieder gemischt und bildet so ein Gemisch mit oder nahe den endgültigen Feuchtigkeits- und Temperaturbedingungen, die erzielt werden sollen.

Ein Aufheizwärmetauscher 66 ist ebenfalls vor­ gesehen, der die Luftmasse auf die endgültige Kugeltemperatur nach dem Durchlaufen durch die Anlage 44 soweit wie nötig wieder aufheizt.

Muß wegen der Betriebsbedingungen wiederauf­ geheizt werden, wird der Wärmeaustauscher 66 mit warmen Wasser oder einem anderen Wärme­ übertragungsmedium versehen, das in den Leitungen 68 und 70 mittels einer Umwälz­ pumpe 72 umgewälzt wird. Ein Reglerventil 74 steuert die genaue Menge des Wärmeüber­ tragungsmediums, um die Temperatur der aus dem Vorwärmeaustauscher 66 ausströmenden Luft auf einen vorher bestimmten Temperatur­ grad zu steuern. Unmittelbar vor der Farb­ spritzkabine 12 ist ein Filter 76 angeordnet, um feste oder flüssige Schmutzteilchen, die in der Luft schweben, zu entfernen. Ein Ventilator 78 ist vorgesehen für das Ansaugen von Luft aus Leitung 52 und den verschiedenen Vorbereitungsgeräten und Weiterführen von da in eine Speicherkammer 80 auf dem Dach der Farbspritzkabine. Ein Zufuhr-Schieber und -Regler 82 ist vor­ gesehen, um das Volumen des Luftstroms in die Speicherkammer 80 den Erfordernissen des Systems anzupassen.

Unter Bezugnahme auf Fig. 2 werden die Einzel­ heiten des Luftvorbehandlungssystems 44 beschrieben.

Typischerweise umfaßt dieses die drei Wärme­ tauscherteile 46, 48 und 50, die entsprechende Teile des durch die Leitung 52 fließenden Luftstroms abfangen sollen. Die Sprühdüsen 54, die vor den Wärmetauscherteilen 46, 48 und 50 angeordnet sind, umfassen drei Gruppen von Düsen 84, 86 und 88. Jede Gruppe ist so angebracht, daß sie auf die Vorderfläche eines entsprechenden Wärmetauscherteils sprühen. Jede Sprühdüsengruppe umfaßt die einzelnen Sprüh­ düsen 90, die so angeordnet sind, daß sie die Fläche der Wärmetauscherteile 46, 48 und 50 besprühen, und zwar mit einer Dichte von 10,75 Düsen/m² der Querschnittsfläche des Wärmetauscherteils (eine pro Quadratfuß).

Jede der Sprühdüsen 90 wird von einer von einem Solenoid gesteuerten Absperrventil 92 so gesteuert, daß der Wasserzufluß zu jeder einzelnen Sprühdüse 90 reguliert werden kann. Eine Umwälzpumpe 56, die Wasser aus der Ablauf­ wanne 58 saugt, sorgt für Wasser unter Druck. Das Wasser wird über eine Hauptleitung 98 zu den Zuführleitungen 100 gebracht, die wiederum die Zweigleitungen 102 versorgen, die die Durchlässe 104 beliefern, von denen jeder mit einem Absperrventil 92 und einer Sprühdüse 90 verbunden ist. Das aus den Wärmetauscher­ teilen 46, 48, 50 auslaufende Wasser wird in den entsprechenden Auffangtrögen 106 aufgefangen, die an ein Ablaufsystem angeschlossen sind und das Wasser zur Ablaufwanne 58 zurückleiten. Um die Menge des Luftstroms, die angefeuchtet wird, zu steuern, werden die Absperrventile 92 von einem (nicht gezeigten) Systemregler betätigt, um den Zusatz von Feuchtigkeit zu einem entsprechenden Teil des Luftstroms zu regeln oder zu unterbrechen. Jeder dieser Wärme­ tauscherteile 46, 48 und 50 wird über eine Umwälz­ pumpe 108 mit einem erwärmten oder abgekühlten Wärmeübertragungsmedium, z. B. Sole, versorgt. Diese Pumpe bekommt ihren Teil des Wärmeüber­ tragungsmediums über die Leitung 110 und ein Reglerventil 112. Das Reglerventil steuert die Temperatur des Wärmeübertragungsmediums, das an eine Auslaßleitung 114 der Umwälzpumpe 108 abgegeben wird. Die Regelung der Temperatur des Wärmeübertragungsmediums bestimmt die Wärmegrade die an die durch die Austauscher­ teile 46, 48 und 50 fließende Luftmasse abgegeben oder ihr entzogen wird.

Die Auslaßleitung 114 versorgt die Einlaß­ leitung jedes der Wärmetauscherteile 46, 48 oder 50 über Dreiwegeventile 116, die eine Umleitung des Wärmeübertragungsmediums durch die Umleitung 118 ermöglichen, von denen jede mit einem Auslaß eines entsprechenden Austauscherteils 46, 48 und 50 verbunden ist. Jeder Auslaß 120 ist an eine Hauptrück­ laufleitung 122 angeschlossen. Die Erwärmung oder Abkühlung jedes Wärmetauscherteils kann daher unterbrochen werden, um die Luftmenge durch Umgehung des Luftvorbehandlungsgeräts zu vergrößern, ohne den Luftstrom durch dieses zu beeinflussen. Die durch die mehr­ teilige Konstruktion des Wärmetauschers 45 ermöglichte stufenweise Steuerung gibt auch eine zusätzliche Temperatursteuerung über die von dem Reglerventil 112 gelieferte hinaus. Während also nur eine relativ geringe Menge von Umleitungsluftstrom durch die Umleitung 60 mit nur geringer Regelung durch Schieber und Regler 62 erforderlich ist, wird jedoch ein höheres Maß an stetiger Steuerung erstellt in höchst wirksamer Weise durch die Steuerung der im Luftvorbehandlungs­ system 44 durchgeführten Vorbereitungs­ tätigkeit. Ist die Luft zu feucht, wird durch Abkühlung der Luftmasse unter den Tau­ punkt und durch Auskondensieren einer erforderlichen Feuchtigkeitsmenge eine mechanische Entfeuchtung erzielt. Die Luftmasse muß jedoch vor Auftreten der Kondensation von der einkommenden Temperatur auf die Taupunkttemperatur abgekühlt werden. Herkömmlicherweise wird die ganze Masse auf diesen Punkt abgekühlt, die dann wieder auf die erforderliche Trockentemperaturkugeltemperatur aufgeheizt werden muß. Wird jedoch, wie bei dem beschriebenen Gerät, nur ein Teil der Luftmasse auf einen geeigneten unteren Taupunkt abgekühlt, kann nach Mischen mit der umgeleiteten Luft der richtige Feuchtigkeitsgehalt der gesamten Luft­ masse erzielt werden. Damit erzielt man eine bessere Effizienz des Verfahrens, weil nur ein Teil der Luft von der Eingangstemperatur auf den Taupunkt abgekühlt werden muß. In beiden Fällen wäre der für das Auskondensieren der erforderlichen Feuchtigkeitsgewichtmenge erforderliche Abkühlungsgrad der gleiche. Bei der Durchführung der Sprühflächenanfeuchtung ist es relativ leicht, die Luftmasse mit 100%iger relativer Luftfeuchtigkeit zu sättigen.

Es ist jedoch schwierig, diesen Anfeuchtungs­ prozeß so zu steuern, daß ein mittlerer Pegel von beispielsweise 50% relativer Luft­ feuchtigkeit erreicht wird. Bei Verwendung der Umleitungsleitung 60 ist es aber möglich, die gesamte durch das Luftvorbereitungsgerät fließende Luftmasse völlig zu sättigen und von da den Luftstrom mit der umgeleiteten Luft wieder zu vereinigen, der eine höhere Temperatur und eine geringere Feuchtigkeit aufweist, und so ein Gemisch mit der richtigen relativen Luftfeuchtigkeit, z. B. 50%, und der richtigen Trockenkugeltemperatur, zum Beispiel 24°C, zu bekommen.

Während also durch Verwendung der Absperr­ ventile 92, wie oben beschrieben, und der Dreiwegeventile 116 nur eine relativ kleine Menge des Luftstroms durch die Umleitungsleitung 60 fließt, so daß das Wärmeübertragungsmedium die Wärmetauscherteile 46, 48 und 50 umgeht, umgeht ein größerer Teil des Luftstroms tatsächlich das Luftvorbereitungsgerät, ohne daß es nötig ist, größere Mengen des Luftstroms am Fließen durch die Wärmetauscherteile zu hindern. Das heißt, daß ein Teil des Stromes durch jedes Austauscherteil in Wirklichkeit ein Umleitungsluftstrom werden kann und so ein ziemlich großer Teil des Stroms "umgeleitet" werden kann, ohne durch die Umleitungsleitung 60 zu fließen.

Die verschiedenen gesteuerten Teile dieses Gerätes bieten ein großes Maß an Flexibilität bei der Erzielung von Temperaturen und relativen Feuchtigkeiten. Das heißt, durch Steuerung der einkommenden Lufttemperatur durch einen Vorerhitzer und durch Varieren der das Luftvorbereitungsgerät umgehenden Luft, indem sie entweder durch die Umleitungs­ leitung geschickt wird und/oder durch einen inaktiven Austauscherteil geleitet wird, durch Anpassung der Temperatur des Wärmeübertragungs­ mediums, das zu den aktiven Wärmetauscherteilen geschickt wird, durch Steuerung der Sprühdüsen und durch die Verwendung eines Wiedererhitzers zur Einstellung der endgültigen Trockenkugel­ temperatur, kann die in die Farbspritzkabine 12 geschickte Luft höchst wirksam genau gesteuert werden.

Für den Winterbetrieb zum Beispiel kann die Luft im Vorwärmer 32 auf eine Temperatur über 0°C erwärmt werden. Der Umleitungs­ schieber wird dann so eingestellt, daß der ganze Luftstrom durch das Vorbereitungs­ gerät 44 hindurch fließt, in dem die Luft mit den Sprühdüsen 54 gesättigt wird.

Gleichzeitig wird die im Wärmetauscher 45 warme Flüssigkeit umgewälzt, so daß die Lufttemperatur auf den geeigneten Taupunkt, in diesem Falle auf 13°C, aufgewärmt wird, so daß wir eine 100%-ige Luftfeuchtigkeit und eine Trocken­ kugeltemperatur von 13°C haben. Von dort wird die Luft durch den Wiederaufheiz-Wärmetauscher 66 geschickt, wo sie auf die geeignete höhere Temperatur, d. h. auf 24°C gebracht wird.

Unter bestimmten Umständen kann es möglich sein, auf die Verwendung des Wiederaufheiz-Wärme­ tauschers 66 im lnteresse der größeren Leistungs­ fähigkeit ganz zu verzichten. Wenn daher die ankommende Luft auf 31°C aufgeheizt wird und man annehmen kann, daß die Umluft eine Luft­ feuchtigkeit gleich einem Taupunkt von 6,6°C aufweist, dann kann man durch Betätigung des Absperrventils 92 und des Schiebers und Reglers 62 eine Hälfte der Luft unvorbereitet durch das Luftvorbereitungsgerät 44 strömen lassen. Die andere Hälfte der Luft wird so durch die besprühten Teile des Wärmetauschers geleitet. Dieser Teil des Luftstroms wird gesättigt und infolge des verdampfenden Kühleffekts sinkt seine Temperatur. Bei der Wiedermischung nachher hat das resultierendeGemisch die erforderliche Temperatur von 24°C und eine relative Luft­ feuchtigkeit von 50%.

Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird eine tatsächliche physikalische Anordnung von Wärmetauscherteilen, Sprühdüsen und Umleitungsrohren gezeigt. Bei dieser Anordnung sind vier Teile des Wärmetauschers vor­ gesehen, eine Hälfte jedes Teils ist zu beiden Seiten einer in der Mitte gelegenen Umleitung 124 angeordnet. Jedes Wärmetauscherteil umfaßt eine Schlange 126, 128, 130, 132 eines Kühlrippenrohrs herkömmlicher Bauart zur Aufnahme einer Wärme­ übertragungsflüssigkeit über Einlaßleitungen, von denen eine für Schlange 126 bei 134 gezeigt wird mit einer Rücklaufleitung 136 für die Rückleitung der umgewälzten Flüssigkeit zum Energiewieder­ gewinnungssystem. Jede Schlange ist mit einem unabhängig betätigten Dreiwegeventil 138 aus­ gerüstet, das es der Wärmeübertragungsflüssigkeit möglich macht, die betreffende Schlange 126, 128, 130 und 132, wie oben beschrieben, zu umgehen. Vor dem Einlaß 140 ist auch ein Reglerventil eingebaut, um die Temperatur der Wärmeübertragungsflüssigkeit zu steuern, damit diese wiederum die Wärme- oder Kühlwirkung auf die durch die betreffenden Schlangen 126, 128, 130 und 132 geleitete Luft steuern kann. Ferner ist eine Gruppe von Sprühdüsen 142 vor­ gesehen, die gleichmäßig quer über die strom­ aufwärts liegende Fläche der Schlangen 126, 128, 130 und 132 angeordnet sind und von denen jede Wasser aus den Querrohren 144 bekommt, die über die Zuführrohrleitung 146 mit dazwischen ein­ geschalteten Absperrventilen 148 versorgt werden, die es ermöglichen, die mit jedem Teil der Schlangen 126, 128, 130 und 132 verbundenen Düsen abzusperren.

Es wird eine Umwälzpumpe 150 gezeigt mit einem Einlaß 152, der mit einer unter den Schlangen gelegenen Ablaufwanne 154 verbunden ist.

Der Fluß durch die Umleitung 124 wird durch eine Reihe von Klappenschiebern gesteuert, von denen eine bei 156 gezeigt wird, die die Menge des die Schlangen gänzlich umgehenden Flusses steuern. Auf der Ausgangsseite jeder dieser Schlangen kann die Umgehungsluft wieder mit der durch jede der Schlangen 126, 128, 130 und 132 fließenden Luft gemischt werden. Dies geschieht durch eine Reihe von Strahldüsen 158, die so angeordnet sind, daß sie den Umgehungsstrom in die aus den Schlangen kommende Luftmasse hineinlenken. Die Geschwindigkeit des Umgehungsstromes wird durch die Düsen 158 auf ziemlich hohe Geschwindigkeiten, zum Beispiel auf etwa 20, 32 m/sec. erhöht, um eine völlige Mischung der Umgehungsluft und der aus den Schlangen kommenden Luft zu bewirken und auch um die aus den abgesperrten Schlangen kommende Luft mit der durch die Schlangen, in denen die durchfließende Luft erwärmt, abgekühlt oder angefeuchtet wurde, zu mischen. Die Querfließrichtung der Düsen und die durch das Strahlfließmuster bewirkte Mischung garantiert eine völlige Mischung, um eine homogene Luftmasse von geeigneter Luftfeuchtigkeit und Temperatur zu erzeugen.

Fig. 4 zeigt schematisch eine Gesamtanordnung des Steuersystems. Ein Mikroprozessor oder ein anderer geeigneter zentraler Regler 160 ist vorgesehen, der feuchte und trockene Fühlersignale von den Außen­ fühlern 162 und 164 aufnimmt und von den feuchten und trockenen Fühlern der Versorgung 166 und 168. Falls ein Energie-Wiedergewinnungssystem 42 verwendet wird, werden vorhandene Wärmesignale auch vom zentralen Regler 160 verarbeitet. Diese Signale werden verarbeitet, um zu veranlassen, daß die verschiedenen gesteuerten Bauteile so betätigt werden, daß eine optimale Wirksamkeit erzielt wird. Das bedeutet, daß eine Steuerung des Vorerwärmers 32, des Vorheiz-Wärmetauschers 36, des Luftvorbereitungsgeräts 44 und des Wieder­ aufheizers 66 vorgenommen wird, um eine Luft­ zufuhr zur Farbspritzkabine 12 mit einer optimalen Wirksamkeit für die besonderen Arbeitsbedingungen zu erzielen.

Claims (18)

1. Vorrichtung zur Behandlung eines Gasstromes mit einer Leitung (34) zur Aufnahme des Gasstromes, einem in dieser Leitung angeordneten Wärme­ tauscher (45) und einer Vorrichtung (108, 110, 112, 114, 116, 118, 120, 122) zum Umwälzen eines Wärmeübertragungsmediums im Wärmetauscher, wobei während der Inbetriebnahme ein indirekter Wärmetausch zwischen dem durchströmenden Gas und dem Wärmetransportmedium erfolgt, dadurch gekennzeichnet,

• - daß der Wärmetauscher (45) aus mehreren Teilen (46, 48, 50) besteht,
• - daß die Teile (46, 48, 50) des Wärmetauschers (45) jeweils einen Teil des durch die Leitung (26, 34) fließenden Gasstromes auf­ nehmen,
• - daß eine Steuervorrichtung (116, 92) zur individuellen Steuerung des Flusses des Wärmeübertragungsmediums zu jedem der Teile (46, 48, 50) des Wärmetauschers (45) vorgesehen ist,
• - daß Gruppen (84, 86, 88) von Sprühdüsen (90) in der Nähe des Wärmetauschers (45) angeordnet sind, die Wasser auf die Teile (46, 48, 50) des Wärmetauschers (45) sprühen, um das durch diese fließende Gas anzufeuchten,
• - daß eine Vorrichtung (56, 58, 92, 98, 100, 102) vorgesehen ist, um die Gruppe (84, 86, 88) von Sprühdüsen (90) mit Druckwasser zu versorgen,
• - daß Ventile zur Steuerung des Betriebs der Spraydüsen (90) vorgesehen sind,
  und daß die Leitung (34) abstromseitig des Wärmetauschers (45) einen Abschnitt (64) umfaßt, in welchem der aus den Teilen (46, 48, 50) austretende Gasstrom aufgenommen werden kann, wobei die Gasströme aus den Teilen (46, 48, 50) gemischt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelventil (112) zur Steuerung des Volumens des Wärmetransportmittels vorgesehen ist, welches zu der genannten Vielzahl von Teilen (46, 48, 50) des Wärmetauschers (45) geleitet wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventile zur selektiven Steuerung der Wasserversorgung der Sprühdüsen (90) vorge­ sehen sind, wodurch die Sprühdüsen (90) so betätigbar sind, daß sie nur einen Teil des durch den Wärmetauscher (45) fließenden Gases anfeuchten.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Ventile einzeln betätigbare Absperrventile (92) umfassen, von denen jedes eine einzelne Sprühdüse (90) oder eine bestimmte Gruppe (84, 86, 88) von Sprüh­ düsen (90) steuert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Sprühdüsen (90) so angeordnet sind, daß der Wassersprüh­ strahl auf die stromaufwärts gelegene Fläche des Wärmetauschers (45) in Fließrichtung des Gases gesehen gerichtet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Teile (46, 48, 50) des Wärmetauschers (45) eine mit Kühlrippen versehene rohrförmige Wärmetauscher­ schlange umfaßt, wobei die die Strömung des Wärmetransportmediums bewirkenden Mittel vor­ gesehen sind, um den Transport der Flüssigkeit durch die Rohrschlangen zu bewirken.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die die Strömung bewirkenden Mittel angeordnet sind, um erwärmtes oder gekühltes Wasser durch jeden der Teile (46, 48, 50) des Wärmetauschers (45) strömen zu lassen, wodurch die Temperatur des darüber­ strömenden Gases erhöhbar oder absenkbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Umleitungs­ vorrichtung (60, 124) für die Aufnahme des verbleibenden Teils des Gasstromes in der Leitung (34) vorgesehen ist, der nicht von den Teilen (46, 48, 50) des Wärmetauschers (45) aufgenommen wird,
daß eine schiebbare Vorrichtung (62, 156) zur Steuerung des Gasstromes durch die Umleitungs­ vorrichtung (60, 124) vorgesehen ist,
und daß der dem Wärmetauscher (45) nach­ geschaltete Teil der Leitung (34) den Gasstrom aus beiden, Wärmetauscher (45) und Umleitungsvorrichtung (60, 124) auf­ nimmt, wodurch eine Mischung von um­ geleitetem und vorbehandeltem Gas erzielbar ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Umleitungsvorrichtung (124) Strahldüsen (158) umfaßt sowie eine Vorrichtung, die den umgeleiteten Gasstrom durch die Strahl­ düsen (158) leitet und so in den Strom des durch die Teile (46, 48, 50) des Wärme­ tauschers (45) fließenden Gases lenkt, wodurch eine gründliche Mischung des um­ geleiteten und des vorbehandelten Gases erzielbar ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorwärmevorrichtung (36) in der Leitung (34) stromaufwärts zu dem Wärmetauscher (45) - in Fließrichtung des Gases gesehen - vorgesehen ist, mittels der das in der Leitung (34) fließende Gas erwärmbar ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Steuerungsvorrichtung (38, 40) zur Steuerung des Erhitzungsgrades des Gases mittels der Vorwärmemittel (36) vorgesehen sind, so daß der Gasstrom auf eine bestimmte Temperatur erwärmbar ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungs­ vorrichtung (38, 40) zur individuellen Steuerung der Strömung des Wärmetransportmediums zu jedem der Teile (46, 48, 50) des Wärmetauschers (45) betätigbar ist zum unabhängigen Absperren des Durchflusses von Wärmetransportmediem durch ausgewählte Teile (46, 48, 50) des Wärmetauschers (45).

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein Abwärmewärme­ tauscher (66) in Strömungsrichtung stromabwärts des mehrteiligen Wärmetauschers (45) - in Fließ­ richtung des Gases gesehen - vorgesehen ist, um den gemischten Gasstrom in dem abwärtsliegenden Teil der Leitung aufzunehmen, und
daß eine Vorrichtung (68, 72, 74) zum Umwälzen des Wärmetransport­ mediums zu dem Abwärmewärmetauscher (66) vor­ gesehen sind, mittels derer das Gasgemisch erneut aufheizbar ist.

14. Verfahren zur Vorbehandlung eines Gasstromes, bei welchem ein Gasstrom durch einen Wärme­ tauscher geleitet wird, dadurch gekennzeichnet,

• - daß wenigstens ein Teil des Gasstromes durch einen Wärmetauscher mit mehreren Sektionen geleitet wird,
• - daß der Wärmetauscher eine Vielzahl von Teilen umfaßt, von denen jedes eine entsprechende Menge des Gasstromes aufnehmen kann,
• - daß ein Wärmetransportmedium den Wärmetauscher durchströmt, um einen indirekten Wärmeaustausch zwischen dem Gasstrom und dem Wärmeübertragungs­ medium zu erreichen,
• - daß selektiv Wasser auf ein oder mehrere Teile des Wärmetauschers gesprüht wird, um dem Feuchtegehalt des Gasstromes zu verändern,
• - daß der Strom des Wärmetransportmediums durch jeden der Teile des Wärmetauschers individuell gesteuert wird, so daß die Erwärmung oder Kühlung des durch den jeweiligen Teil des Wärmetauschers fließenden Gases entsprechend beeinflußt werden kann, und
• - daß dieser Gasstrom stromabwärts des mehr­ teiligen Wärmetauschers gemischt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der verbleibende Teil des Gasstromes am Wärmetauscher vorbeigeleitet wird und der durch den Wärmetauscher geflossene Gasstrom mit dem daran vorbei­ geleiteten Gasstrom gemischt wird.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom vor dem Durchfluß durch den mehrteiligen Wärme­ tauscher vorerhitzt wird.

17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasstrom nach dem Passieren des mehrteiligen Wärmetauschers erneut erwärmt wird.

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß Wärme von wenig warmen Abfallenergiequellen in den Gasstrom mittels des mehrteiligen Wärmetauschers ein­ gebracht wird, sofern der Gasstrom erhitzt werden soll.