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Konditioniervorrichtung für den Zuluftstrom einer Trocknungskabine einer Lackieranlage und Verfahren zur Konditionierung des Zuluftstroms

Die Erfindung bezieht sich auf eine Konditioniervorrichtung für den Zuluftstrom einer Trocknungskabine einer Lackieranla- ge, mit einem Außenluftkanal und einem sich daran anschließenden Zuluftkanal, durch die hindurch ein Außenluft- bzw. Zuluftstrom in die Trocknungskabine einleitbar sind, einem Abluftkanal und einem sich daran anschließenden Fortluftkanal, durch den hindurch ein Abluftstrom aus der Trocknungska- bine bzw. ein Fortluftstrom in die Umgebung ableitbar sind, einer Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung, die einerseits im Fortluftkanal und andererseits im Zuluftkanal angeordnet und in der der Zuluftstrom mittels des Fortluftstroms auf einen vorgebbaren Feuchtegehalt entfeucht- und aufheizbar ist, ei- ner Wärmerückgewinnungsvorrichtung, die einerseits stromauf der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung im Fortluftkanal und andererseits stromab der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung im Zuluftkanal angeordnet und in der der in der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung entfeuchtete und aufgeheizte Zuluftstrom mit- tels des aus der Trocknungskabine ausgetretenen Fortluft-

Stroms abkühlbar ist, einem Nachkühler, der im Zuluftkanal stromab der Wärmerückgewinnungsvorrichtung angeordnet und in dem der in der Wärmerückgewinnungsvorrichtung vorgekühlte Zuluftstrom auf eine bei Eintritt in die Trocknungskabine ge- forderte Temperatur abkühlbar ist, und einem Nachheizer, der im Fortluftkanal stromab der Wärmerückgewinnungsvorrichtung und stromauf der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung angeordnet und in dem der Fortluftstrom auf eine für die Regeneration der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung geeignete Temperatur auf- heizbar ist. Entsprechend bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Konditionierung des Zuluftstroms einer Trocknungskabine einer Lackieranlage, bei dem ein Außen- bzw. Zuluftstrom in die Trocknungskabine eingeleitet wird, ein Ab- bzw. Fortluftstrom aus der Trocknungskabine in die Umgebung abgeleitet wird, der Zuluftstrom in einer Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung mittels des Fortluftstroms auf einen vorgebbaren Feuchtegehalt entfeuchtet und aufgeheizt wird, der in der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung entfeuchtete und aufgeheizte Zuluftstrom in einer Wärmerückgewinnungsvorrichtung mittels des aus der Trocknungskabine ausgetretenen Fortluftstroms abgekühlt wird, der in der Wärmerückgewinnungsvorrichtung abgekühlte Zuluftstrom in einem Nachkühler auf eine bei Eintritt in die Trocknungskabine geforderte Temperatur abgekühlt wird, und der Fortluftstrom zwischen der Wärmerückgewinnungsvor- richtung und der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung in einem

Nachheizer auf eine für die Regeneration der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung geeignete Temperatur aufgeheizt wird.

Ausgehend von dem vorstehend geschilderten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die gattungsgemäße Konditioniervorrichtung bzw. das gattungsgemäße Verfahren zur Konditionierung derart weiterzubilden, dass der Betrieb der

Konditioniervorrichtung bzw. die Durchführung des Verfahrens zur Konditionierung mit einem im Vergleich zum Stand der

Technik erheblich reduzierten Energieeinsatz möglich ist.

Diese Aufgabe wird hinsichtlich der vorstehend geschilderten Konditioniervorrichtung dadurch gelöst, dass von dem aus der Trocknungskabine austretenden Abluftkanal an einer ersten Verzweigungsstelle ein Umluftkanal abzweigt, durch den hindurch ein Anteil des aus der Trocknungskabine austretenden Abluftstroms als Umluftstrom in einer zweiten Verzweigungsstelle mit dem Außenluftstrom zusammenführbar und dann durch den Zuluftkanal als Zuluftstrom in die Trocknungskabine einleitbar ist, und dass stromauf der zweiten Verzweigungsstelle im Außenluftkanal ein Vorkühler angeordnet ist, mittels dem der Außenluftstrom abkühlbar und entfeuchtbar ist; hinsichtlich des vorstehend angegebenen gattungsgemäßen Verfahrens wird die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe dadurch gelöst, dass vom aus der Trocknungskabine austretenden Abluftstrom ein Umluftstrom abgezweigt und dann mit dem Außenluft- ström zum Zuluftstrom zusammen- und durch die Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung, die Wärmerückgewinnungsvorrichtung und den Nachkühler in die Trocknungskabine eingeführt wird, und dass der Außenluftstrom vor der Zusammenführung mit dem Umluftstrom in einem Vorkühler vorgekühlt wird. Mittels des Vorkühlers wird der Außenluftstrom so konditioniert, dass sie zusammen mit dem aus dem Abluftkanal abgezweigten Umluftstrom einen Zustand annimmt, der es ermöglicht, dass der aus dem Außenluftstrom und dem Umluftstrom sich zusammensetzende Zuluftström in der nachfolgenden Ab- bzw. Adsorptionsvorrich- tung auf den gewünschten Feuchtigkeitsgehalt des Zuluftstroms getrocknet wird. Die Regenerierung der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung wird mittels des aus dem Abluftstrom abgezweigten

Fortluftstroms nach Vorwärmung desselben mittels der Wärmerückgewinnungsvorrichtung und eines Nachheizers realisiert. In der erfindungsgemäßen Konditioniervorrichtung bzw. bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Konditionierung wird demgemäß quasi konditionierte Abluft verwendet, um die der Konditionierung des ZuluftStroms dienende Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung zu regenerieren. Der in dem Trocknungsprozess, der in der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung stattfindet, erwärmte Zuluftstrom wird mit dem Kühlpotential des aus der Trock- nungskabine ausgetretenen, nicht erwärmten Fortluftstroms in der Wärmerückgewinnungsvorrichtung vorgekühlt. Nach diesem Vorkühlvorgang wird der Zuluftstrom in einem Nachkühler auf die beim Eintritt in die Trocknungskabine geforderte bzw. erwünschte Temperatur gekühlt.

Im Vergleich zu herkömmlichen derartigen Vorrichtungen bzw. Verfahren ergibt sich ein erheblich reduzierter Energieein- satz für die Kälteerzeugung sowie die Regeneration der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung. Eine vollständige Konditionie- rung wird nur für denjenigen Anteil des Zuluftstroms erforderlich, der in Form des Außenluftstroms in die Konditionier- einrichtung eingeleitet wird. Hinsichtlich des Umluftstroms ist lediglich eine teilweise Konditionierung erforderlich. Des Weiteren wird die Auswechselung der in der Trocknungska- bine für den Trocknungsvorgang erforderlichen Luft auf das verfahrenstechnisch notwendige Maß begrenzt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind der im Außenluftkanal vorgesehene Vor- kühler und/oder der im Zuluftkanal vorgesehene Nachkühler im Kälte- bzw. Wärmeverbund mit dem im Fortluftkanal angeordneten Nachheizer geschaltet; entsprechend wird bei einer vor-

teilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens der Fortluftstrom mittels im Vor- und/oder Nachkühler anfallender Abwärme stromauf der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung auf die für die Regeneration der Ab- bzw. Adsorptionsvorrich- tung geeignete Temperatur aufgeheizt, wodurch sich eine weitere Reduzierung des Regenerationsenergiebedarfs ergibt. Die Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung lässt sich vorteilhaft als Sorptionsrotor bzw. -rad ausbilden, wobei der eine Sektor des Sorptionsrotors bzw. -rads dem Fortluftkanal und der andere Sektor des Sorptionsrotors bzw. -rads dem Zuluftkanal zugeordnet ist.

Sofern beim Betrieb der erfindungsgemäßen Konditioniervor- richtung bzw. bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Ver- fahrens zur Konditionierung die Leistung der Wärmerückgewinnungsvorrichtung regelbar ist, kann die bei der Kälteerzeugung anfallende Abwärme in ausreichender Weise abgeführt werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Konditioniervorrichtung ist im Fortluftkanal zumindest ein Wärmetauscher integriert, mittels dem bei der Kälteerzeugung in der Konditioniervorrichtung anfallende Abwärme aus der Konditioniervorrichtung ableitbar ist. In ent- sprechender Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anfallende Abwärme mittels Wärmetauschern in den Fort- luftstrom übertragen und abgeführt. Somit steht neben der Leistungsregelung der Wärmerückgewinnungsvorrichtung eine weitere Möglichkeit zur Verfügung, Wärme aus der Konditio- niervorrichtung abzuleiten.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Konditioniervorrichtung ist bzw. sind der Vorkühler und/oder der Nachkühler als Direktverdampfer ausgebildet. Der Nachheizer kann bei einem entsprechenden Anforde- rungsprofil zweistufig ausgebildet werden, wobei der Nachheizer bzw. die erste und/oder die zweite Stufe des Nachheizers als Kondensator ausgebildet sein kann bzw. können. Bei dieser Ausgestaltung des Vor-, des Nachkühlers und des Nachheizers kann auf die Einbeziehung externer Kältemittel verzichtet werden, wobei gleichzeitig die im Kälteprozess freiwerdende Prozesswärme in den Trocknungsprozess eingebunden werden kann.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform des erfindungsge- mäßen Verfahrens zur Konditionierung ergibt sich, wenn der

Zuluftstrom zu ca. 25 bis 37 %, vorzugsweise zu ca. 31 %, aus Umluft und zu ca. 63 bis 75 %, vorzugsweise zu ca. 69 %, aus Außenluft zusammengesetzt wird.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Konditioniervorrichtung ist im Umluftkanal ein Steuerventil angeordnet, mittels dem bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Volumenstrom des Umluftstroms gesteuert bzw. geregelt werden kann. Hierdurch kann eine Anpassung des Verhältnisses zwischen Umluft- und Außen- luftstrom je nach änderungen der Verfahrensparameter bzw. des Anforderungsprofils an den Zuluftstrom quasi stufenlos eingestellt werden.

Im Vergleich zum Stand der Technik kann mittels der erfindungsgemäß ausgestalteten Konditioniervorrichtung bzw. des

entsprechend ausgestalteten Verfahrens eine Energieeinsparung von bis zu 40 % erzielt werden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, deren einzige Figur eine Prinzipdarstellung einer erfindungsgemäßen Konditioniervorrichtung für den Zuluftstrom einer Trocknungskabine einer Lackieranlage zeigt.

Eine in der einzigen Figur gezeigte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Konditioniervorrichtung 1 wird eingesetzt, um den Zuluftstrom einer Trocknungskabine 2 einer im übrigen nicht dargestellten Lackieranlage in der Weise zu konditio- nieren, dass die Zuluft bei Eintritt in die Trocknungskabine 2 insbesondere hinsichtlich ihres Feuchtigkeitsgehalts und ihrer Temperatur denjenigen Anforderung entspricht, die im in der Trocknungskabine 2 ablaufenden Trocknungsprozess gestellt werden. Bei dem in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Soll-Feuchtegehalt der Zuluft bei Eintritt in die Trocknungskabine 2 1,3 g/kg, die Soll-Temperatur 30 Grad C. Das Volumen des Zuluftstroms beträgt 43000 m ³ /h.

Zur Konditionierung dieses Zuluftstroms in der gewünschten Weise hat die Konditioniervorrichtung 1 einen Vorkühler 3, eine Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung 4, einen Nachheizer 5, eine Wärmerückgewinnungsvorrichtung 6 und einen Nachkühler 7.

Der Vorkühler 3 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel als Direktverdampfer ausgebildet und in einem Außenluftkanal 8 angeordnet, durch den hindurch ein Außenluftstrom in die Konditioniervorrichtung 1 eingeleitet wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel hat der Außenluftstrom ein Volumen von

29500 m ³ /h, eine Temperatur von 35 Grad C und einen Feuchtigkeitsgehalt von 22 g/kg. Stromab des Nachkühlers 7 geht der Außenluftkanal 8 an einer Verzweigungsstelle 9 in einen Zu- luftkanal 10 über. An der Verzweigungsstelle 9 vereinigen sich der Außenluftkanal 8 und ein Umluftkanal 11 zum Zuluftkanal 10. Entsprechend wird an der Verzweigungsstelle 9 der Außenluftstrom mit einem Umluftstrom zum Zuluftstrom zusammengeführt. Der Umluftstrom hat ein Volumen von 13500 m ³ /h, einen Feuchtigkeitsgehalt von 3,5 g/kg und eine Temperatur von 25 Grad C. Der aus dem im Vorkühler 3 vorgekühlten und entfeuchteten Außenluftstrom und dem Umluftstrom zusammengesetzte Zuluftstrom hat stromab der Verzweigungsstelle 9 eine Temperatur von ca. 17 bis 18 Grad C und einen Feuchtigkeitsgehalt von ca. 8 g/kg.

Der Umluftkanal 11 endet an seinem der Verzweigungsstelle 9 entgegengesetzten Ende in einer weiteren Verzweigungsstelle 12, in die eingangsseitig ein Abluftkanal 13 mündet, der sich an der Verzweigungsstelle 12 in den Umluftkanal 11 und einen Fortluftkanal 14 verzweigt. Durch den Abluftkanal 13 wird ein Abluftstrom aus der Trocknungskabine 2 zur Verzweigungsstelle 12 geführt. An der Verzweigungsstelle 12 wird der Abluftstrom in einen Fortluftstrom und den Umluftstrom aufgeteilt. Der Abluftstrom hat im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Feuch- tigkeitsgehalt von ca. 3,5 g/kg, eine Temperatur von 25 Grad C und ein Volumen von ca. 35000 m ³ /h. Die Volumendifferenz zwischen dem Zuluft- und dem Abluftstrom entsteht durch beim Trocknungsprozess in der Trocknungskabine 2 auftretende Verluste.

Stromab der Verzweigungsstelle 12 strömt der Fortluftstrom mit einem Volumen von ca. 21500 m ³ /h durch den Fortluftkanal 14.

Stromab der Verzweigungsstelle 9 ist im Zuluftkanal 10 die Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung 4 angeordnet. Die Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung 4 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Sorptionsrotor bzw. -rad ausgebildet und außer im Zuluftkanal 10 noch stromab des Nachheizers 5 im Fortluftkanal 14 angeordnet. In dem dem Zuluftkanal 10 zugeordneten Bereich der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung 4 wird der Zuluftstrom auf eine Temperatur von ca. 50 Grad C aufgeheizt und auf einen Feuchtigkeitsgehalt von ca. 1,3 g/kg entfeuchtet.

Stromab der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung 4 ist im Zuluftkanal 10 die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 6 angeordnet, die mit einem anderen Abschnitt stromauf des Nachheizers 5 im Fortluftkanal 14 angeordnet ist. In der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 6 wird der Zuluftstrom bei weitestgehender Kon- stanthaltung seines Feuchtigkeitsgehalts von 50 Grad C auf ca. 38 bis 40 Grad C abgekühlt. Hierzu wird in der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 6 der Fortluftstrom, der vor Eintritt in die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 6 die Temperatur von 25 Grad C aufweist, erhitzt.

Stromab der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 6 ist im Zuluftkanal 10 der Nachkühler 7 angeordnet, mittels dem der Zuluftstrom von 38 bis 40 Grad C auf die bei Eintritt in die Trocknungskabine 2 gewünschte Temperatur von ca. 30 Grad C - unter Konstanthaltung des Feuchtigkeitsgehalts von 1,3 g/kg - abgekühlt wird. Der Nachkühler 7 ist im gezeigten Ausfüh-

rungsbeispiel - wie der Vorkühler 3 - als Direktverdampfer ausgebildet.

Die Wärmerückgewinnungsvorrichtung 6 ist im gezeigten Ausfüh- rungsbeispiel regelbar ausgestaltet, um die ausreichende Wärmeabfuhr der Kälteerzeugung zu gewährleisten.

Der im Fortluftkanal stromab der Wärmerückgewinnungsvorrichtung 6 und stromauf der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung 4 an- geordnete Nachheizer 5 kann bei entsprechendem Anforderungsprofil zweistufig ausgebildet sein, wobei eine Ausgestaltung des Nachheizers 5 bzw. seiner beiden Stufen als Kondensator zweckmäßig ist. Im Nachheizer 5 wird der Fortluftstrom hinsichtlich seiner Temperatur so eingestellt, dass er für die Regeneration der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung 4, mittels der der Zuluftstrom auf 50 Grad C aufgeheizt und den Ziel- Feuchtigkeitsgehalt von 1,3 g/kg eingestellt wird, ausreichend ist.

Bei Austritt aus der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung 4 hat der Fortluftstrom im gezeigten Ausführungsbeispiel einen Feuchtigkeitsgehalt von 17 g/kg und eine Temperatur von 51 Grad C, wobei sein Volumen nach wie vor 21500 m ³ /h beträgt.

Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist im Umluftkanal 11 ein Steuerventil 15 vorgesehen, mittels dem das Volumen des Umluftstroms und damit mittelbar der Anteil des Umluftstroms und des Fortluftstroms am Abluftstrom einstellbar ist.

Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind der im Außenluft- kanal 8 vorgesehen Vorkühler 3 und der im Zuluftkanal 10 vorgesehene Nachkühler 7 im Kälte- bzw. Wärmeverbund mit dem im

Fortluftkanal 14 angeordneten Nachheizer 5 geschaltet, so dass die bei der Kühlung anfallende Abwärme zum Aufheizen des Fortluftstroms stromauf der Ab- bzw. Adsorptionsvorrichtung eingesetzt werden kann.