Die vorliegende Erfindung betrifft einen rekuperativen Brenner für eine thermische Prozessluftbehandlungsvorrichtung, zum Beispiel einsetzbar als thermische, ins besondere rekuperative thermische Abluft- bzw. Abgasreinigungsanlage. Solche thermischen Prozessluftbehandlungsvorrichtungen können vorteilhafterweise in Zusammenhang mit industriellen Produktionsprozessen verwendet werden, bei denen vorwiegend organische Stoffe (z.B. Kohlenwasserstoffe) freigesetzt werden, die durch thermische Oxidation zum Schutz von Menschen und Umwelt behandelt werden müssen. Sie können zum Beispiel zum Reinigen von Schadstoffen aus einer Abluft aus einer Werkstückbearbeitungsanlage (z.B. Lackieranlage von Karosserien), zur Schwachgasverbrennung (z.B. im Deponie- oder Biogas-Umfeld, etc.), zur Erzeugung von Inertgas beispielsweise zur Desorption von Zeolithkonzentratoren, aber auch für verschiedene andere Zwecke oder andere Anlagen verwendet werden.

Beispielsweise müssen Werkstückbearbeitungsanlagen häufig mit einer thermischen Abluftreinigung ausgestattet sein, um die geltenden gesetzlichen Anforderungen zur Abreinigung von Kohlenwasserstoffen aus einer Abluft zum Beispiel aus Trockner anlagen im Rahmen des Immissionsschutzes zu erfüllen. Die meisten bisher bekannten Konzepte zur thermischen Prozessluftbehandlung haben eine Brennkammer, in deren Brennraum eine Oxidation der Prozessluft stattfindet, und einen Brenner zum Gewähr- leisten der erforderlichen Oxidationstemperatur. Der Brenner ist häufig als rekuperativer Brenner ausgestaltet, bei dem ein Wärmeübertragungssystem integriert ist, um die gesamte Prozessluft oder auch nur Teilströme durch Wärmeübertragung mit dem heißen Rauchgas aus dem Brennraum vorzuheizen, um bei reduziertem Primärenergie verbrauch trotzdem eine erhöhte Brennkammertemperatur zu erhalten. Für die rekuperativen Brenner gibt es auf dem Markt u.a. auch sogenannte Rohrbündelwärme übertrager, die in den Brenner integriert oder an den Brenner gekoppelt sind und die große Wärmeübertragerflächen realisieren.

Inzwischen gibt es in der Industrie etliche Anwendungen, bei denen extrem hohe Prozessluftvolumenströme thermisch behandelt werden müssen. Es ist deshalb die Aufgabe der Erfindung, einen verbesserten rekuperativen Brenner für eine thermische Prozessluftbehandlungsvorrichtung zu schaffen, der auch für hohe Prozessluftvolumen ströme mit einer guten Wärmeübertragungsfunktion des heißen Rauchgases auf die zu behandelnde Prozessluft eingesetzt werden kann.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen rekuperativen Brenner für eine thermische Prozessluftbehandlungsvorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1. Besonders vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Der rekuperative Brenner für eine thermische Prozessluftbehandlungsvorrichtung, die eine Brennkammer mit einem Brennraum darin zum thermischen Behandeln einer Prozessluft aufweist, ist ausgestaltet zum Einleiten einer zu behandelnden Prozessluft in den Brennraum der Brennkammer und zum Ausleiten eines durch thermisches Behandeln der Prozessluft entstehenden Rauchgases aus dem Brennraum der Brenn kammer mit einer Wärmeübertragung vom ausleitenden Rauchgas auf die einleitende Prozessluft. Der rekuperative Brenner hat einen Anschlusssektor, der wenigstens einen Prozessluft-Eingangskanal zum Einnehmen der Prozessluft und wenigstens einen Rauchgas-Ausgangskanal zum Ausgeben des Rauchgases aufweist; und einen Wärme übertragungssektor, der einen an den Anschlusssektor angebrachten Eingangsverteiler und ein dem Brennraum der Brennkammer zugewandtes Halterungselement aufweist, zwischen denen sich ein Innenraum befindet, in dem mehrere Prozessluftrohre vom Eingangsverteiler zum Halterungselement verlaufen, um die Prozessluft vom Anschluss sektor zum Brennraum zu leiten, wobei die Prozessluftrohre durch den Eingangsverteiler hindurch an den wenigstens einen Prozessluft-Eingangskanal des Anschlusssektors (direkt oder indirekt) angekoppelt sind und durch das Halterungselement hindurch in Richtung zum Brennraum offen sind. Gemäß der Erfindung hat der rekuperative Brenner außerdem wenigstens ein Rauchgasrohr zum Ausleiten des Rauchgases aus dem Brennraum, wobei das wenigstens eine Rauchgasrohr eine offene Eingangsöffnung im Brennraum aufweist und durch das Halterungselement des Wärmeübertragungssektors in den Wärmeübertragungssektor hinein verläuft und im Abschnitt innerhalb des Wärme übertragungssektors wenigstens eine Rohrwandöffnung zum Einleiten des Rauchgases in den von den Prozessluftrohren durchlaufenen Innenraum des Wärmeübertragungs sektors zwecks Wärmeübertragung vom ausleitenden Rauchgas auf die einleitende Prozessluft aufweist. Der Innenraum des Wärmeübertragungssektors ist in seinem dem Anschlusssektor zugewandten Endbereich an den wenigstens einen Rauchgas- Ausgangskanal (direkt oder indirekt) angekoppelt ist, um das Rauchgas aus dem Wärmeübertragungssektor und aus dem Brenner auszuleiten.

Während bei herkömmlichen Prozessluftbehandlungsvorrichtungen mit einer Rauchgas einfuhr aus dem Brennraum von außen in den Wärmeübertragungssektor das heiße Rauchgas im Fall einer größeren Dimension des Wärmeübertragungssektors mit einer größeren Anzahl von Prozessluftrohren, was für die Verarbeitung größerer Prozessluft volumenströme notwendigerweise eingerichtet wird, nur zu einem Teil der Prozessluft rohre auf jener Sektorenseite der Einfuhröffnung gelangt und damit die Wärmeüber tragung nur auf einen Teil der einleitenden Prozessluft erzielt, kann bei der erfindungs gemäßen Konstruktion des rekuperativen Brenners durch das wenigstens eine Rauch gasrohr das heiße Rauchgas aus dem Brennraum von innen in den Wärmeüber tragungssektor einströmen, was selbst bei einer größeren Dimension des Wärmeüber tragungssektors mit einer größeren Anzahl von Prozessluftrohren dazu führt, dass das Rauchgas zu (fast) allen Prozessluftrohren gelangt und damit eine gleichmäßigere Wärmeübertragung auf die (nahezu) komplette einleitende Prozessluft gewährleistet. Der erfindungsgemäße rekuperative Brenner ist somit auch für die Behandlung größerer Prozessluftvolumenströme von zum Beispiel einigen 10.000 Nm ³ /h und auch bis weit über 100.000 Nm ³ /h geeignet, da die erforderliche Wärmeübertragung vom heißen Rauchgas auf die einleitende Prozessluft auch bei entsprechend größerer Dimensionierung des Brenners und seines Wärmeübertragungssektors gewährleistet werden kann. Der erfindungsgemäße rekuperative Brenner ist aber selbstverständlich auch für Applikationen mit niedrigeren Prozessluftvolumenströmen, zum Beispiel im Bereich von nur wenigen 1.000 Nm ³ /h, in vorteilhafter weise einsetzbar.

Das Rauchgasrohr hat vorzugsweise mehrere Rohrwandöffnungen an verschiedenen Seiten des Rohres und/oder mehrere Rohrwandöffnungen an verschiedenen Längs stellen des Rohres, wodurch das heiße Rauchgas noch stärker verteilt in den Innenraum des Wärmeübertragungssektors eingeleitet wird, was bei einer größeren Dimension des Wärmeübertragungssektors mit einer größeren Anzahl von Prozessluftrohren noch effektiver dazu führt, dass das Rauchgas zu (fast) allen Prozessluftrohren gelangt und damit eine gleichmäßigere Wärmeübertragung auf die (nahezu) komplette einleitende Prozessluft gewährleistet. Die Querschnittsform und die Dimensionierung des Rauch gasrohres sind grundsätzlich beliebig (d.h. nicht zwingend rund, und wahlweise in der Laufrichtung variabel (z.B. leicht konisch) und können zum Beispiel je nach Anwendungsfall an die erforderlichen Prozessluftmengen und Temperaturwerte frei angepasst werden. Das Rauchgasrohr kann auch mit im Wesentlichen derselben Strukturierung (Durchmesser und/oder Querschnittsform und/oder Material) wie die Prozessluftrohre des Wärmeübertragungssektors ausgebildet sein, was vorteilhafter weise eine sehr kompakte Struktur des Wärmeübertragungsektors ermöglicht, und wobei dies bei Vorhandensein mehrerer Rauchgasrohre besonders vorteilhaft ist.

In einer möglichen Ausführungsvariante der Erfindung hat der Brenner nur ein einzelnes Rauchgasrohr, das dann bevorzugt im Wesentlichen zentrisch positioniert ist (außer die Zentrale wird anders genutzt, zum Beispiel von einer Zusatzmittelrohr, wie später erläutert). Vorzugsweise können mehrere Rauchgasrohre zum Ausleiten des Rauch gases aus dem Brennraum vorgesehen sein, die jeweils durch das Halterungselement des Wärmeübertragungssektors in den Wärmeübertragungssektor hinein verlaufen und im Abschnitt innerhalb des Wärmeübertragungssektors wenigstens eine Rohrwand öffnung zum Einleiten des Rauchgases in den Innenraum des Wärmeübertragungs sektors zwecks Wärmeübertragung vom ausleitenden Rauchgas auf die einleitende Prozessluft aufweisen, wobei die mehreren Rauchgasrohre im Querschnitt des Wärme übertragungssektors bevorzugt symmetrisch verteilt sind. Durch den Einbau von mehreren Rauchgasrohren können die oben erläuterten Vorteile noch effektiver erzielt werden. Falls mehrere Rauchgasrohre vorhanden sind, können optional alle Rauchgas rohre oder Gruppen mehrerer Rauchgasrohre jeweils einen gemeinsamen Eingangs abschnitt mit einer einzelnen Eingangsöffnung für das Rauchgas haben.

Der Wärmeübertragungssektor des rekuperativen Brenners ist in diesem Zusammen hang als ein räumlich begrenzter, insbesondere mit bestimmter Länge und im Umfang durch Wandungen abgegrenzter Abschnitt eines Raums, Rohrs, Kanals, etc. zu ver stehen. Der Eingangsverteiler des Wärmeübertragungssektors bezeichnet in diesem Zusammenhang die Abgrenzung des Wärmeübertragungssektors an dessen Stirnseite zum Anschlusssektor, und das Halterungselement des Wärmeübertragungssektors bezeichnet in diesem Zusammenhang die Abgrenzung des Wärmeübertragungssektors an dessen Stirnseite zum Brennraum, wobei der Eingangsverteiler und/oder das Halterungselement diesbezüglich je nach Ausführungsform des rekuperativen Brenners auch in den Anschlusssektor bzw. den Brennraum hineinragen oder innerhalb des Anschlusssektors bzw. des Brennraums angeordnet sein können. Der Wärmeüber tragungssektor ist an seiner Außenumfangsseite grundsätzlich geschlossen und vorzugsweise auch an wenigstens einer seiner beiden Stirnseiten abgedichtet (zum Beispiel bevorzugt am Eingangsverteiler, aber nicht zwingend am Halterungselement). Das Halterungselement des Wärmeübertragungssektors an seiner dem Brennraum zugewandten Stirnseite dient im Wesentlichen der Positionierung der Prozessluftrohre zueinander und kann in diesem Zusammenhang dichtschließend strukturiert sein oder Öffnungen aufweisen oder komplett offen sein. Die durch den Wärmeübertragungssektor verlaufenden Prozessluftrohre sind an ihren Enden durch die Stirnseiten des Wärme übertragungssektors hindurch mit dem Anschlusssektor des Brenners bzw. dem Brenn raum der Brennkammer vorzugsweise derart verbunden, dass die Prozessluft durch den Wärmeübertragungssektor im Wesentlichen nur innerhalb der Prozessluftrohre vom Prozessluft-Eingangskanal des Anschlusssektors zum Brennraum der Brennkammer strömt und das Rauchgas durch den Wärmeübertragungssektor möglichst nur außerhalb der Prozessluftrohre aus dem Rauchgasrohr zum Rauchgas-Ausgangskanal des Anschlusssektors strömt. Der Wärmeübertragungssektor hat bevorzugt eine im Wesent lichen kreisförmige oder elliptische oder polygonale (z.B. rechteckige, hexagonale, okto- gonale) Querschnittsform, die strömungstechnische Vorteile liefert. Bei einer größeren Dimensionierung des Brenners wird der Wärmeübertragungssektor vorzugsweise nur in einer (d.h. nicht in allen) Querschnittsrichtung erweitert, sodass er vorzugsweise eine elliptische (d.h. nicht kreisförmige) oder rechteckförmige (d.h. nicht quadratische) Querschnittsform hat. Auf diese Weise entsteht auch bei größeren Wärmeübertragungs sektoren mit mehr Prozessluftrohren (wegen Erfordernis höherer Prozessluftvolumen ströme) eine besser / gleichmäßiger verteilte Einfuhr des Rauchgases aus dem Brenn raum in den Wärmeübertragungssektor und auch mit konstant bleibenden Einström geschwindigkeiten. Die Querschnittsform des Rauchgasrohres ist grundsätzlich beliebig, beispielsweise im Wesentlichen kreisförmig. Bei der Herstellung des rekuperativen Brenners gemäß der Erfindung können die Längen des Wärmeübertragungssektors und seiner Prozessluftrohre variabel ausgebildet werden, um so den Brenner und damit auch die entsprechende Prozessluftbehandlungsvorrichtung je nach Anwendungsfall an Temperaturerfordernisse der Prozessluft und des Rauchgases anzupassen.

Der Wärmeübertragungssektor mit den Prozessluftrohren kann auch als Rohrbündel wärmeübertrager bezeichnet werden, der für den Fachmann bekanntermaßen große Wärmeübertragungsflächen bietet. Die vorliegende Erfindung ist in diesem Zusammen hang aber nicht auf spezielle Strukturen oder Dimensionen der Prozessluftrohre eines Rohrbündelwärmeübertragers eingeschränkt. Beispielsweise können die Prozessluft rohre aber auch bei der vorliegenden Erfindung gestauchte (d.h. unrunde) Profile und integrierte Abstandshalter dazwischen haben. Vorteilhafterweise können die Prozess luftrohre im Wärmeübertragungssektor zumindest abschnittsweise parallel ausgerichtet angeordnet sein. Dabei können sie zumindest abschnittsweise geradlinig, axial und/oder radial gekrümmt ausgebildet sein. Für eine einfache Montage sind die Prozessluftrohre dabei vorzugsweise mit gleichmäßigen Abständen zu jeweils benachbarten Prozess luftrohren angeordnet. Es kann jedoch insbesondere strömungstechnisch auch vorteil haft sein, wenn die Prozessluftrohre innerhalb des Wärmeübertragungssektors, ins besondere über einen Querschnitt des Wärmeübertragungssektors in einem ausge wählten Muster um das Rauchgasrohr angeordnet sind. Ein bevorzugtes Muster kann dabei mit zunehmendem Abstand vom Rauchgasrohr variieren, beispielsweise nach außen hin zunehmen oder abnehmen. In einer anderen Ausführungsvariante kann vorgesehen sein, radial weiter außen liegende Prozessluftrohre um einen bestimmten Umfangswinkel versetzt zu weiter innen liegenden Prozessluftrohren anzuordnen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante sind die Prozessluftrohre in der Art einer Fibonacci-Reihe um das Rauchgasrohr angeordnet. In einer anderen Ausführungs variante könne sich die Prozessluftrohre zumindest abschnittsweise kreis-, kreisbogen-, ellipsen- oder spiralartig entlang des Rauchgasrohres erstrecken, um auf diese Weise die Effizienz und/oder Gleichmäßigkeit der Wärmeübertragung zu erhöhen und/oder eine Anströmung der Prozessluftrohre mit Rauchgas zu verbessern, insbesondere zu vergleichmäßigen.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Wärmeübertragungssektor des rekuperativen Brenners in seinem dem Brennraum zugewandten Endbereich in seinem Außenumfangsbereich ferner wenigstens eine zusätzliche Einführöffnung zum Einleiten des Rauchgases aus dem Brennraum in den von den Prozessluftrohren durchlaufenen Innenraum des Wärmeübertragungssektors auf. Durch diese Maßnahme kann das Rauchgas in Querschnittsorientierung von innen und von außen in den Innenraum des Wärmeübertragungssektors eingeleitet werden, sodass das heiße Rauchgas noch sicherer zu (fast) allen Prozessluftrohren gelangt und damit eine gleichmäßigere Temperaturverteilung und Wärmeübertragung auf die (nahezu) komplette einleitende Prozessluft gewährleistet sowie noch sicherer Temperaturhotspots und damit ver bundene Materialbelastungen vermeidet. Die zusätzliche äußere Einführöffnung kann zum Beispiel im Randbereich des Halterungselements oder in der Außenumfangswand des Wärmeübertragungssektors vorgesehen sein.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der rekuperative Brenner ferner ein Flamm rohr auf, das an der dem Innenraum abgewandten Seite des Halterungselements des Wärmeübertragungssektors vorgesehen ist (z.B. als Teil des Halterungselements oder als separate Komponente angebracht an das Halterungselement), um die Prozessluft über das Flammrohr in den Brennraum einzuleiten, wobei das Rauchgasrohr durch dieses Flammrohr und durch das Halterungselement des Wärmeübertragungssektors in den Wärmeübertragungssektor hinein verläuft. Das Flammrohr verbessert im Vergleich zu einem direkten Anliegen des Brennraums am Halterungselement des Wärmeüber tragungssektors eine gleichmäßige Prozessluftzufuhr aus den Prozessluftrohren in den Brennraum und eine zielgerichtete thermische Behandlung der Prozessluft im Brenn raum. Das Flammrohr erzielt erhöhte Geschwindigkeiten, höhere Turbulenz und somit verbesserte Durchmischung der Ströme (Prozessluft, Brennstoff, ggf. Brennluftgemisch, ggf. Zusatzmittel) aus dem Wärmeübertragungssektor, wodurch eine Verbrennung bei gleichzeitig geringen Nox-Emissionen realisiert werden kann. Zudem wird durch das Flammrohr eine Mindestverweilzeit der Prozessluft gewährleistet, die für die Reaktionen erforderlich ist. Bei der Ausgestaltung des rekuperativen Brenners mit der zusätzlichen äußeren Einführöffnung wäre diese dann außerhalb des Flammrohres im Halterungs element positioniert und über einen Abführspalt zwischen dem Brennkammergehäuse und der Außenwand des Anschlussrohres zugänglich oder, falls in Außenumfangswand des Wärmeübertragungssektors, über einen Abführspalt zwischen dem Brennkammer gehäuse und der Außenwand des Anschlussrohres und weiter der Außenwand des Wärmeübertragungssektors zugänglich.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ragt das Rauchgasrohr nur entlang eines Teil abschnitts in den Wärmeübertragungssektor hinein und weist eine geschlossene Rohrendwand auf. Auf diese Weise wird das heiße Rauchgas nur im dem Brennraum zugewandten Bereich des Wärmeübertragungssektors aus dem Rauchgasrohr in den Innenraum des Wärmeübertragungssektors eingeleitet und dann im dem Anschluss sektor zugewandten Bereich des Wärmeübertragungssektors aus dem Innenraum zum Rauchgas-Ausgangskanal ausgeleitet.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung verläuft das Rauchgasrohr durch den gesamten Wärmeübertragungssektor bis zum Eingangsverteiler und weist eine geschlossene Rohrendwand auf. In diesem Fall ist wenigstens eine der wenigstens einen Rohrwandöffnung zum Einleiten des Rauchgases in den Innenraum des Wärme übertragungssektors in der dem Anschlusssektor zugewandten Hälfte des Wärmeüber tragungssektors angeordnet und weist der Wärmeübertragungssektor in seinem dem Anschlusssektor zugewandten Endbereich an seinem Außenumfang wenigstens eine Ausführöffnung auf, die an den wenigstens einen Rauchgas-Ausgangskanal angekoppelt ist. Das Rauchgasrohr kann nur in der dem Anschlusssektor zugewandten Hälfte des Wärmeübertragungssektors wenigstens eine Rohrwandöffnung aufweisen oder optional zusätzlich auch in der dem Brennraum zugewandten Hälfte des Wärmeübertragungs sektors wenigstens eine Rohrwandöffnung aufweisen, jeweils zum Einleiten des heißen Rauchgases in den Innenraum des Wärmeübertragungssektors.

In einer noch anderen Ausgestaltung der Erfindung verläuft das Rauchgasrohr durch den gesamten Wärmeübertragungssektor und durch den Eingangsverteiler hindurch und weist zwischen dem Bereich des Halterungselements und dem Bereich des Eingangs verteilers eine Rohrtrennwand auf, um einen dem Halterungselement zugewandten Einleitabschnitt und einen dem Eingangsverteiler zugewandten Ausleitabschnitt zu bilden, wobei der Ausleitabschnitt an den wenigstens einen Rauchgas-Ausgangskanal angekoppelt ist, wobei die wenigstens eine Rohrwandöffnung zum Einleiten des Rauch gases in den Innenraum des Wärmeübertragungssektors im Einleitabschnitt angeordnet ist, und wobei das Rauchgasrohr in seinem Ausleitabschnitt wenigstens eine weitere Rohrwandöffnung zum Ausleiten / Wiederaufnehmen des Rauchgases aus dem Innen raum des Wärmeübertragungssektors in das Rauchgasrohr aufweist. Das Rauchgasrohr kann in dieser Ausführungsvariante bevorzugt einteilig mit dem Rauchgas-Ausgangs- kanal konstruiert sein.

Optional umfasst der rekuperative Brenner ferner (i) wenigstens einen Aktuator, der ausgestaltet und angeordnet ist, um den Rauchgas-Ausgangskanal wahlweise zumindest etwas zu sperren; und/oder (ii) wenigstens einen Aktuator, der ausgestaltet und angeordnet ist, um wenigstens einen des wenigstens einen Rauchgasrohres wahlweise zumindest etwas zu sperren. Alternativ oder zusätzlich umfasst der rekuperative Brenner optional ferner (iii) wenigstens einen Variator, der ausgestaltet und angeordnet ist, um den Zugang zu wenigstens einer der wenigstens einen Rohrwand öffnung des Rauchgasrohres (zum Einleiten des Rauchgases aus dem Rauchgasrohr in den Innenraum des Wärmeübertragungssektors) wahlweise zumindest etwas einzu schränken; und/oder (iv) wenigstens einen Variator, der ausgestaltet und angeordnet ist, um den Zugang zu wenigstens einer der wenigstens einen weiteren Rohrwandöffnung des Rauchgasrohres (zum Ausleiten des Rauchgases aus dem Innenraum des Wärmeübertragungssektors zurück in das Rauchgasrohr), falls vorhanden, wahlweise zumindest etwas einzuschränken; und/oder (v) wenigstens einen Variator, der ausgestaltet und angeordnet ist, um den Zugang zu wenigstens einer der wenigstens einen zusätzlichen Einführöffnung in den Innenraum des Wärmeübertragungssektors (in seinem Außenumfangsbereich), falls vorhanden, wahlweise zumindest etwas einzu schränken; und/oder (vi) wenigstens einen Variator, der ausgestaltet und angeordnet ist, um die Rohrtrennwand zwischen dem Einleitabschnitt und dem Ausleitabschnitt des Rauchgasrohres, falls vorhanden, wahlweise zumindest etwas zu öffnen. Durch die Aktuatoren kann jeweils geregelt werden, wieviel Rauchgas durch das Rauchgasrohr und den Wärmeübertragungssektor strömt, und durch die Variatoren kann jeweils geregelt werden, wieviel Rauchgas in den Innenraum des Wärmeübertragungssektors gelangt. Durch diese optionalen Elemente kann somit jeweils vorteilhafterweise der Rekuperationsgrad des Wärmeübertragungssektors eingestellt / geregelt werden. Die genannten Aktuatoren können jeweils zum Beispiel manuell, elektrisch, pneumatisch, elektromagnetisch und/oder hydraulisch einstellbar sein, und die Aktuatoren können jeweils zum Beispiel so konfiguriert sein, dass das zumindest teilweise Sperren des Rauchgas-Ausgangskanals bzw. des Rauchgasrohres durch ein axiales Verschieben des Aktuators oder mittels eines drehbaren Elements mit Löchern, Klappen, etc. erfolgt. Die Variatoren können jeweils zum Beispiel ebenfalls manuell, elektrisch, pneumatisch, elektromagnetisch und/oder hydraulisch einstellbar sein, und die Variatoren können jeweils zum Beispiel axial verschiebbar sein oder drehbar sein.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Wärmeübertragungssektor an einer Stelle zwischen dem Halterungselement und dem Eingangsverteiler an seinem Außenumfang wenigstens eine Ableitöffnung zum Ausführen eines Teils des Rauchgases aus dem Innenraum des Wärmeübertragungssektors in einen Rauchgasableitkanal aufweisen (d.h. vor der Ausleitung des Rauchgases aus dem Innenraum des Wärmeübertragungs sektors zum Rauchgas-Ausgangskanal des Anschlusssektors). Auf diese Weise wird in den Rauchgasableitkanal eine Rauchgasteilmenge ausgeführt, die weniger abgekühlt ist als das in den Rauchgas-Ausgangskanal des Anschlusssektors ausgeführte Rauchgas, sodass bei Bedarf vom Rauchgas stromab der Prozessluftbehandlungsvorrichtung an anderen Stellen (z.B. Wärmeübertragern einer Werkstückbearbeitungsanlage, Wärme bereitstellung für Wärmeträgerfluidsystem, Wärmebereitstellung zur Erzeugung elektrischer Energie, etc.) mehr Wärme übertragen werden kann und zu diesem Zweck auch eine zusätzliche Heißgasableitung aus der Brennkammer der Prozessluft behandlungsvorrichtung entfallen kann. Außerdem wird durch diese Rauchgasteil ableitung die Temperatur der Prozessluftrohre im Bereich nahe dem Anschlusssektor reduziert, sodass die Prozessluftrohre vorzugsweise im Bereich zwischen der Ableit öffnung und dem Anschlusssektor zumindest teilweise aus einem weniger hitze beständigen Material (z.B. preisgünstigerer Edelstahl) gefertigt sein können, sodass die Herstellungskosten für die Prozessluftrohre und damit auch für den gesamten rekuperativen Brenner reduziert werden können. Die Ableitöffnung ist zudem vorzugs weise mit einem Durchflussregler zum wahlweisen Einstellen einer Rauchgasableit- menge ausgestattet. Durch die damit ermöglichte Regelung der Rauchgasableitmenge können die Temperatur im dem Anschlusssektor zugewandten Wärmeübertragungs sektorenbereich und auch die Temperatur des abgeleiteten Rauchgases je nach Anwendungsbedarf geregelt werden.

In einer Ausgestaltung der Erfindung kann der Wärmeübertragungssektor in seinem Innenraum zusätzlich mehrere Strömungsleitstrukturen in Form von zum Beispiel Umlenkbleche enthalten, die jeweils quer zu den Prozessluftrohren ausgerichtet sind und jeweils Durchgangsöffnungen zum Hindurchführen der Prozessluftrohre haben, wobei die mehreren Umlenkbleche in der Laufrichtung der Prozessluftrohre voneinander beabstandet sind und in der Richtung quer zur Laufrichtung der Prozessluftrohre zueinander versetzt sind. Durch diese Umlenkbleche wird das in den Innenraum des Wärmeübertragungssektors eingeleitete Rauchgas entlang der Längsrichtung des Wärmeübertragungssektors hin und her umgelenkt, sodass es zu allen Prozessluftrohren im äußeren Bereich und im inneren Bereich des Wärmeübertragungssektors gelangt. Bei dieser Ausgestaltung hat das Rauchgasrohr die wenigstens eine Rohrwandöffnung zum Einleiten des Rauchgases in den Innenraum vorzugsweise im dem Halterungselement zugewandten Endbereich des Wärmeübertragungssektors. Die Ausrichtung der Umlenk bleche ist grundsätzlich in einem beliebigen Winkel zur Laufrichtung der Prozessluftrohre (d.h. nicht zwingend senkrecht), vorzugsweise wenigstens etwa 45 Grad zur Lauf richtung der Prozessluftrohre.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist der Anschlusssektor ferner wenigstens einen Brennstoff-Eingangskanal zum Einnehmen eines Brennstoffes (z.B. Erdas) und einen Vormischraum zum Mischen der Prozessluft und des Brennstoffes zu einem Brennluft gemisch auf, wobei die Prozessluftrohre des Wärmeübertragungssektors durch den Eingangsverteiler hindurch an den Vormischraum angekoppelt sind, um das Brennluft gemisch vom Anschlusssektor zum Brennraum zu leiten. Durch das Vormischen der Prozessluft mit Brennstoff ist eine Entzündung des Brennluftgemisches beim Eintritt in Brennraum ohne zusätzlichen Zünder möglich. Dies vereinfacht die Konstruktion der Brennkammer und auch des Brenners. Der Brennraum kann zu diesem Zweck in einfacher Weise durch eine Heizvorrichtung (z.B. einer elektrischen oder elektro magnetischen Aufheizvorrichtung oder einer schaltbaren Hochtemperatur-Wärmequelle anderer Art) mit Wärmeenergie versorgt werden, sodass das durch den Wärmeüber tragungssektor vorgeheizte Brennluftgemisch dann sofort eine Verbrennungstemperatur erreicht. Bei dieser Ausführungsvariante werden vorzugsweise ein oder mehr Sicher heitsmaßnahmen vorgenommen, um eine Zündung des Brennluftgemisches im Vormischraum des Anschlusssektors sicher zu verhindern. Eine Sicherheitsmaßnahme kann darin bestehen, dass der Anschlusssektor ferner wenigstens eine Temperatur erfassungsvorrichtung (z.B. Temperatursensor wie beispielsweise Thermoelement, IR- Sensor, Pyrometer, etc.) zum Erfassen einer Temperatur des Brennluftgemisches im Vormischraum aufweist. Wenn durch die Temperaturerfassungsvorrichtung eine zu hohe Temperatur erkannt wird, kann eine Zündung im Vormischraum durch Sperren der Prozessluftversorgung und der Brennstoffversorgung und dann Ausblasen des restlichen Brenngasgemisches im Vormischraum durch den Wärmeübertragungssektor in den Brennraum verhindert werden. Außerdem sind die Prozessluftrohre am Eingangsverteiler des Wärmeübertragungssektors vorzugsweise jeweils abgedichtet fixiert, wodurch ein Einströmen des Rauchgases aus dem Innenraum des Wärmeübertragungssektors in den Vormischraum des Anschlusssektors verhindert und damit eine Temperatur steigerung und damit eine Zündung im Vormischraum sicherer verhindert werden kann. Eine weitere Sicherheitsmaßnahme kann darin bestehen, dass die Prozessluftrohre an ihrem dem Brennraum zugewandten Ende jeweils verjüngt ausgestaltet sind, wodurch die Prozessluft im Winkel in Richtung zum Brennraum geleitet wird und durch diesen Drall eine Rückleitung des heißen Rauchgases aus dem Brennraum in die Prozessluft rohre verhindert und damit eine dynamische Flammensperre zum sicheren Verhindern einer Temperatursteigerung und damit einer Zündung im Vormischraum erzeugt werden kann.

In einer anderen Ausgestaltung der Erfindung weist der Anschlusssektor ferner wenigstens einen Brennstoff-Eingangskanal zum Einnehmen eines Brennstoffes (z.B. Wasserstoff) auf und weist der Brenner ferner wenigstens ein Brennstoffrohr auf, das an den wenigstens einen Brennstoff-Eingangskanal (direkt oder indirekt) angekoppelt ist und entweder (i) zwischen den Prozessluftrohren oder (ii) innerhalb eines Prozessluft rohrs durch den Innenraum des Wärmeübertragungssektors verläuft, um den Brennstoff getrennt zur Prozessluft vom Anschlusssektor in den Brennraum zu leiten. Durch die separate Zufuhr des Brennstoffes zum Brennraum kann eine Entzündung schon inner halb des Wärmeübertragungssektors verhindert werden und kann deshalb anstatt Erdgas zum Beispiel auch Wasserstoff (mit höherer Reaktivität) als Brennstoff benutzt werden, ohne dass eine höhere Strömungsgeschwindigkeit erforderlich ist, um eine Entzündung schon im Wärmeübertragungssektor zu verhindern, da der Wasserstoff nicht alleine entzündet wird, sondern erst bei der Vermischung mit der Prozessluft nach dem Ausströmen aus dem Wärmeübertragungssektor zum Brennraum. Das separate Brenn stoffrohr ist (in beiden Varianten) vorzugsweise nicht oder nur unerheblich länger als die Prozessluftrohre, sodass der Wasserstoff nach dem Ausströmen aus dem Brennstoffrohr nicht zunächst alleine heiß wird (wodurch Stickoxide entstehen können), sondern sofort von der ausströmenden Prozessluft beströmt wird, wodurch die Erzeugung von Stick oxiden verhindert oder zumindest reduziert wird und dadurch Emissionswerte vermindert werden können. Das Brennstoffrohr kann optional zumindest etwas thermisch isoliert ausgestaltet sein, um den jeweiligen Brennstoff bei Bedarf ohne oder zumindest mit weniger Aufheizen durch das Rauchgas zum Brennraum zu leiten. Zum Beispiel kann so auch bei Verwendung eines sehr leicht entzündlichen Brennstoffes eine vorzeitige Entzündung vermieden werden.

Die beiden vorgenannten Ausgestaltungen der Erfindung mit einem Vormischraum bzw. einem Brennstoff-Eingangskanal können wahlweise auch miteinander kombiniert werden. Auf diese Weise können zum Beispiel zwei verschiedene Brennstoffe in den Brennraum geleitet werden, beispielsweise Erdgas über den Vormischraum und die Prozessluftrohre und Wasserstoff über das wenigstens eine Brennstoffrohr. Diese Nutzung von verschiedenen Brennstoffen kann sowohl gemeinsam in einer Anwendung oder einzeln in verschiedenen Anwendungen durchgeführt werden.

In einer noch anderen Ausgestaltung der Erfindung weist der Anschlusssektor keinen Brennstoff-Eingangskanal zum Einnehmen eines Brennstoffes auf, sodass durch den rekuperativen Brenner kein Brennstoff in den Brennraum der Brennkammer geleitet wird. Diese Ausgestaltung ist anwendbar bei Ausführungsformen der thermischen Prozessluft behandlungsvorrichtung, bei denen die Brennkammer eine eigene Brennstoffzufuhr aufweist, die wahlweise auch mit einem Zündmechanismus kombiniert sein kann.

In einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der Anschlusssektor ferner wenigstens einen Zusatzmittel-Eingangskanal zum Einnehmen eines Zusatzmittels (z.B. Zündmittel oder weitere Prozessmedien) aufweisen und der Brenner ferner wenigstens ein Zusatzmittelrohr aufweisen, das an den wenigstens einen Zusatzmittel-Eingangs kanal (direkt oder indirekt) angekoppelt ist und neben den Prozessluftrohren durch den Wärmeübertragungssektor verläuft, um zusätzlich zur Prozessluft ein Zusatzmittel in die Brennkammer zu leiten. In einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung können die Prozessluftrohre jeweils lose in das Halterungselement des Wärmeübertragungssektors eingekoppelt sein. Durch diese Maßnahme können sich die Prozessluftrohre bei einer Längendehnung aufgrund eines Temperatureinflusses individuell durch das Halterungselement in den Brennraum schieben.

Falls der rekuperative Brenner auch ein Flammrohr zum Einleiten der Prozessluft in den Brennraum der Brennkammer aufweist, wie oben erläutert, weisen das Flammrohr und/oder das Rauchgasrohr vorzugsweise Außenumfangswände auf, die derart aus gestaltet und ausgerichtet sind, dass der vom Flammrohr eingeschlossene Raum in Richtung vom Halterungselement des Wärmeübertragungssektors zum Brennraum der Brennkammer erweitert wird (was auch als Diffusor bezeichnet werden kann). Diese Ausführungsvariante ist besonders vorteilhaft bei der Ausführungsform mit den lose in das Halterungselement des Wärmeübertragungssektors eingekoppelten Prozessluft rohren. Durch die Erweiterung des Raums in Richtung zum Brennraum wird der Druck in Richtung zum Brennraum im Verhältnis zum Druck nahe dem Halterungselement erhöht, sodass der Druckunterschied zwischen innerhalb und außerhalb des Innenraums des Wärmeübertragungssektors vermindert wird und damit ein unmittelbares Rückströmen der Prozessluft oder des Brennluftgemisches aus den Prozessluftrohren durch die Spalten im Halterungselement um die Prozessluftrohre in den Innenraum des Wärme übertragungssektors und damit ein Vermischen mit dem Rauchgas vermieden werden kann.

In einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Halterungselement des Wärme übertragungssektors vorzugsweise neben den Prozessluftrohren wenigstens eine Zusatzöffnung auf, in der ein Draller zum schrägen Rückleiten von Gas (Rauchgas, Prozessluft, Brennluftgemisch) aus dem Innenraum des Wärmeübertragungssektors in das Flammrohr angeordnet ist. Durch eine solche Rezirkulation des Gases in den Brennraum wird die thermische Prozessluftbehandlung nochmals durchgeführt, was insbesondere wichtig ist, falls ein Teil der Prozessluft ohne Behandlung in den Innen raum des Wärmeübertragungssektors zurückströmt. Diese Ausführungsvariante ist besonders vorteilhaft bei der ausführungsform mit einer Diffusor-Variante des Flamm rohres. Alternativ oder zusätzlich kann zumindest eine Teilmenge der Prozessluftrohre auch einen Flammenstabilisator aufweisen, beispielsweise in Form eines außenliegenden Ringes nach ihrer Austrittsöffnung.

In einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Anschlusssektor wenigstens eine Ventilvorrichtung zum wahlweisen Öffnen oder Schließen und optional auch zum Drosseln eines jeweiligen Eingangskanals (Prozessluft / Brennstoff / Zusatzmittel) zum Einschalten oder Ausschalten des Brennerbetriebs und Beeinflussen der zu verar beitenden Prozessluftmenge auf. Im Fall mehrerer Ventilvorrichtungen, insbesondere auch im Fall mehrerer Ventilvorrichtungen für die gleiche Eingangskanalart, sind diese bevorzugt unabhängig voneinander ansteuerbar.

In einer noch weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann der rekuperative Brenner ferner eine Differenzdruckmessvorrichtung über den Wärmeübertragungssektor aufweisen. Auf Basis der Differenzdruckmessung können Verunreinigungen im Wärmeübertragungs sektor erkannt werden und so Reinigungsprozesse geplant / initiiert werden.

Bei dem erfindungsgemäßen rekuperativen Brenner kann der Wärmeübertragungssektor optional auch aus mehreren Wärmeübertragungssektorensegmenten bestehen, wobei die mehreren Wärmeübertragungssektorensegmente jeweils wenigstens ein Rauchgas rohr beinhalten und/oder wenigstens ein Rauchgasrohr zwischen wenigstens zwei Wärmeübertragungssektorensegmenten angeordnet ist. Die mehreren (d.h. zwei oder mehr) Wärmeübertragungssektorensegmente können zum Beispiel koaxial zueinander ausgestaltet und angeordnet sein oder nebeneinander angeordnet sein. Die mehreren Wärmeübertragungssektorensegmente sind vorzugsweise jeweils mit eigenen Eingangs kanälen verkoppelt und unabhängig voneinander ansteuerbar (zum Beispiel durch die oben genannten Ventilvorrichtungen), sodass eine Aufteilung der Prozessluftströmungs menge auf die mehreren Wärmeübertragungssektorensegmente flexibel geregelt und auf diese Weise der rekuperative Brenner mehrstufig betrieben werden kann.

Alle oben erläuterten Ausgestaltungen des rekuperativen Brenners sind im Rahmen der Erfindung nahezu beliebig kombinierbar.

Gegenstand der Erfindung ist auch eine thermische Prozessluftbehandlungsvorrichtung, die eine Brennkammer mit einem Brennraum darin zum thermischen Behandeln einer Prozessluft und wenigstens einen oben beschriebenen rekuperativen Brenner der Erfindung aufweist. Mit dieser thermischen Prozessluftbehandlungsvorrichtung können dieselben Vorteile erzielt werden, die oben in Bezug auf den rekuperativen Brenner der Erfindung erläutert worden sind. Außerdem sind alle oben genannten Ausgestaltungen und deren mögliche Kombinationen des rekuperativen Brenners einsetzbar, gegebenen falls je nach Anwendungsfall der Prozessluftbehandlungsvorrichtung.

Die thermische Prozessluftbehandlungsvorrichtung kann - je nach Anwendungsfall - wahlweise einen einzelnen rekuperativen Brenner oder mehrere (d.h. zwei oder mehr) rekuperative Brenner aufweist. Im Fall von mehreren rekuperativen Brennern sind diese vorzugsweise unabhängig voneinander ansteuerbar (zum Beispiel durch die oben genannten Ventilvorrichtungen an den Eingangskanälen), sodass eine Aufteilung der Prozessluftströmungsmenge auf die mehreren Brenner und/oder eine Betriebsanzahl der mehreren Brenner flexibel geregelt werden kann. Im Fall von mehreren rekuperativen Brennern können diese - je nach Anwendungsfall der Vorrichtung und/oder je nach Ausführungsform der Brenner - zum Beispiel direkt aneinander angeordnet sein oder mit Abstand zueinander angeordnet sein.

Die Brennkammer kann ein Brennkammergehäuse aufweisen und der eine rekuperative Brenner oder die Anordnung von mehreren rekuperativen Brennern kann von einer Brennerwand umgeben sein. In einer Ausführungsform kann die Brennerwand ein Bestandteil des Brenners oder der Brenneranordnung sein und über wenigstens einen Brennerflansch an dem Brennkammergehäuse befestigbar sein. In einer anderen Ausführungsform kann die Brennerwand ein Bestandteil des Brennkammergehäuses sein und kann der Brenner oder die Brenneranordnung über wenigstens einen Brenner flansch an der Brennerwand befestigbar sein. In der zweitgenannten Ausführungsform mit der Integration der Wände der Komponenten der Prozessluftbehandlungsvorrichtung kann eine integrierte Baueinheit oder zumindest integrierte Teilbaueinheiten für die Vorrichtung geschaffen werden, was die Installation der Vorrichtung beim jeweiligen Anwendungsfall vereinfacht.

In einer Ausgestaltung der Erfindung weist die Brennkammer wenigstens eine Heiz vorrichtung (z.B. eine elektrische oder elektromagnetische Aufheizvorrichtung oder eine schaltbare Hochtemperatur-Wärmequelle anderer Art) zum Versorgen des Brennraums mit Wärmeenergie auf. Durch diese Maßnahme kann das durch den Wärmeüber tragungssektor vorgeheizte vorgemischte Brennluftgemisch bzw. das Brennluftgemisch aus separat durch den Wärmeübertragungssektor geleiteter und vorgeheizter Prozessluft und Brennstoff gebildete Brennluftgemisch dann sofort eine Verbrennungstemperatur erreichen, ohne dass ein zusätzlicher Zündmechanismus erforderlich ist.

Die erfindungsgemäße thermische Prozessluftbehandlungsvorrichtung ist grundsätzlich für beliebige Anwendungen / Behandlungen / Anlagen einsetzbar. Die thermische Prozessluftbehandlungsvorrichtung kann zum Beispiel als thermische, insbesondere rekuperative thermische Abluft- bzw. Abgasreinigungsanlage eingesetzt werden, zum Beispiel zum Reinigen von Schadstoffen (z.B. organische Stoffe wie beispielsweise Kohlenwasserstoffe) aus einer Abluft aus einer Werkstückbearbeitungsanlage (z.B. zum Trocknen / Vernetzen / Härten von lackierten und/oder beschichteten und/oder geklebten Werkstücken wie Karosserien oder Karosserieteilen zum Beispiel in Form von Durchlauf trocknern, Durchlaufhärtungsanlagen, Kammertrocknern oder Kammerhärtungsanalgen), zur Schwachgasverbrennung (z.B. im Deponie- oder Biogas-Umfeld, etc.), zur Erzeugung von Inertgas beispielsweise zur Desorption von Zeolithkonzentratoren. Die Erfindung ist aber nicht auf diese speziellen Anwendungen eingeschränkt.

Gegenstand der Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betreiben des oben erläuterten rekuperativen Brenners gemäß der Erfindung, insbesondere in der oben erläuterten thermischen Prozessluftbehandlungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Dieses Betriebs verfahren enthält die Schritte des Einleitens einer zu behandelnden Prozessluft durch den rekuperativen Brenner (durch Anschlusssektor und Wärmeübertragungssektor) in den Brennraum der Brennkammer; des thermischen Behandelns (insbesondere thermischen Oxidierens) der eingeleiteten Prozessluft im Brennraum unter Bildung eines Rauchgases; und des Ausleitens des entstandenen Rauchgases über das Rauchgasrohr aus dem Brennraum und durch den rekuperativen Brenner mit Wärmeübertragung auf die einleitende Prozessluft im Wärmeübertragungssektor und über das Rauchgas- Ausgangskanal.

Obige sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der nach folgenden Beschreibung bevorzugter, nicht-einschränkender Ausführungsbeispiele anhand der beiliegenden Zeichnung besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:

Fig. 1 eine Schnittansicht einer thermischen Prozessluftbehandlungsvorrichtung mit einem rekuperativen Brenner gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 2 eine Schnittansicht einer thermischen Prozessluftbehandlungsvorrichtung mit einem rekuperativen Brenner gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 3 eine Schnittansicht einer thermischen Prozessluftbehandlungsvorrichtung mit einem rekuperativen Brenner gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 4 eine Querschnittsansicht einer Variante eines Wärmeübertragungssektors für die rekuperativen Brenner von Fig. 1-3;

Fig. 5A eine Teilschnittansicht eines rekuperativen Brenners zum Veranschaulichen einer ersten Variante des dritten Ausführungsbeispiels von Fig. 3;

Fig. 5B eine Teilschnittansicht eines rekuperativen Brenners zum Veranschaulichen einer zweiten Variante des dritten Ausführungsbeispiels von Fig. 3;

Fig. 6 eine Schnittansicht einer thermischen Prozessluftbehandlungsvorrichtung mit einem rekuperativen Brenner gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 7 eine Schnittansicht einer thermischen Prozessluftbehandlungsvorrichtung mit einem rekuperativen Brenner gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 8 eine Schnittansicht einer thermischen Prozessluftbehandlungsvorrichtung mit einem rekuperativen Brenner gemäß einem modifizierten fünften Ausführungs beispiel der Erfindung;

Fig. 9 eine Schnittansicht einer thermischen Prozessluftbehandlungsvorrichtung mit einem rekuperativen Brenner gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 10 eine Schnittansicht einer thermischen Prozessluftbehandlungsvorrichtung mit einem rekuperativen Brenner gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Fig. 11 eine Querschnittsansicht einer ersten Variante des rekuperativen Brenners mit einer Gruppe von mehreren Wärmeübertragungssektorensegmenten;

Fig. 12 eine Querschnittsansicht einer zweiten Variante des rekuperativen Brenners mit einer Gruppe von mehreren Wärmeübertragungssektorensegmenten;

Fig. 13 eine Teilschnittansicht eines rekuperativen Brenners gemäß einem achten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 14 eine Teilschnittansicht eines rekuperativen Brenners gemäß einem modifizierten achten Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 15 Skizzen zum Veranschaulichen einer thermischen Prozessluftbehandlungs vorrichtung mit mehreren rekuperativen Brennern gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 16 Skizzen zum Veranschaulichen einer thermischen Prozessluftbehandlungs vorrichtung mit mehreren rekuperativen Brennern gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung; und Fig. 17 ein Flussdiagramm zum Veranschaulichen des Betriebsverfahrens des erfindungsgemäßen rekuperativen Brenners gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Bezugnehmend auf Fig. 1 wird ein erstes Ausführungsbeispiel eines rekuperativen Brenners gemäß der Erfindung und einer thermischen Prozessluftbehandlungs vorrichtung mit einem solchen Brenner beispielhaft in mehr Einzelheiten erläutert.

Die thermische Prozessluftbehandlungsvorrichtung 10 hat eine Brennkammer 12 mit einem Brennkammergehäuse 14, die darin einen Brennraum 15 zum thermischen Behandeln (z.B. Oxidieren) einer Prozessluft A (z.B. Abluft aus einer Werkstück bearbeitungsanlage) aufweist. Wie in Fig. 1 angedeutet, ist die Brennkammer 12 in diesem Ausführungsbeispiel auch mit einer Brennstoffzufuhr 19 zum Einleiten eines Brennstoffes B (z.B. Erdgas oder Wasserstoff) in den Brennraum 15 und einer Heiz vorrichtung 18 (z.B. einer elektrischen oder elektromagnetischen Aufheizvorrichtung oder einer schaltbaren Hochtemperatur-Wärmequelle anderer Art) zum Versorgen des Brennraums 15 mit Wärmeenergie, damit die zu behandelnde Prozessluft A zusammen mit dem zugeführten Brennstoff B sofort eine Verbrennungstemperatur erreicht, ohne dass ein zusätzlicher Zündmechanismus erforderlich ist, versehen. Die Prozessluft behandlungsvorrichtung 10 hat außerdem einen rekuperativen Brenner 20 zum Einleiten der zu behandelnden Prozessluft A in den Brennraum 15 und zum Ausleiten des durch die thermische Behandlung entstehenden Rauchgases E aus dem Brennraum 15.

Optional kann die Brennkammer 12 zusätzlich einen Heißgasausgang zum Ausleiten des heißen Rauchgases E in Heißgasausleitung aufweisen (nicht dargestellt). Durch ein solches Ausleiten des heißen Rauchgases E aus der Brennkammer 12 ist es möglich, Energie aus dem Brennraum 15 abzuziehen, um eine Überhitzung zu vermeiden, oder zusätzliche Energie aus dem Brennraum 15 anderen Wärmeübertragern (z.B. zum Aufheizen einer Werkstückbearbeitungsanlage) zuzuführen.

Der rekuperative Brenner 20 hat einen Anschlusssektor 30 mit wenigstens einem Prozessluft-Eingangskanal 31, an den eine Prozessluftleitung der jeweiligen Anlage, bei der diese Vorrichtung 10 eingesetzt ist, angeschlossen werden kann und der eine Prozessluft-Ventilvorrichtung 32 zum wahlweisen Öffnen oder Schließen und optional auch zum Drosseln des Prozessluft-Eingangskanals 31 aufweist. Der Anschlusssektor 30 weist außerdem wenigstens einen Rauchgas-Ausgangskanal 38 zum Ausleiten des Rauchgases E aus dem Brenner 20 und der Prozessbehandlungsvorrichtung 10 auf. Optional kann der Anschlusssektor 30 zusätzlich auch noch mit einem Luftanschluss zum Einleiten einer Luft (z.B. Frischluft) verbunden werden.

Der rekuperative Brenner 20 hat ferner einen (in diesem Ausführungsbeispiel rohr- bzw. kanalförmigen) Wärmeübertragungssektor 40. Der Wärmeübertragungssektor 40 weist einen Eingangsverteiler 41 , der an dem Anschlusssektor 30 angebracht ist, ein der Brennkammer 12 zugewandtes Halterungselement 42 und eine Außenumfangswand auf, zwischen denen sich ein Innenraum 46 befindet. In dem Wärmeübertragungssektor 40 ist zudem eine Vielzahl von Prozessluftrohren 43 integriert, die vom Eingangsverteiler 41 durch den Innenraum 46 zum Halterungselement 42 verlaufen. Wie in Fig. 1 angedeutet, sind die Prozessluftrohre 43 einerseits durch den Eingangsverteiler 41 hindurch mit dem wenigstens einen Prozessluft-Eingangskanal 31 gekoppelt und andererseits durch das Halterungselement 42 hindurch zum Brennraum 15 offen, um die in den Anschlusssektor 30 eingeleitete Prozessluft A in den Brennraum 15 der Brennkammer 12 zu leiten. Am Halterungselement 42 des Wärmeübertragungssektors 40 ist in diesem Ausführungs beispiel zudem ein Flammrohr 50 angebracht, dessen Außenwände im Bereich der Außenumfangswand des Wärmeübertragungssektors 40 positioniert sind, der in die Brennkammer 12 eingeschoben ist, und durch den die Prozessluft A aus den Prozess luftrohren 43 in den Brennraum 15 der Brennkammer 12 geleitet wird.

Die speziellen Strukturen und Dimensionen der Prozessluftrohre 43 sind grundsätzlich beliebig. Die Prozessluftrohre 43 können in diesem Ausführungsbeispiel zum Beispiel jeweils im Wesentlichen parallel zur Zentralachse des Brenners 20 vom Eingangs verteiler 41 zum Halterungselement 42 verlaufen und bevorzugt gestauchte (d.h. unrunde) Profile und integrierte Abstandshalter dazwischen haben. Am Eingangsverteiler 41 sind die Prozessluftrohre 43 vorzugsweise jeweils abgedichtet fixiert, sodass nur die Innenräume der Prozessluftrohre 43 mit dem Prozessluft-Eingangskanal 31 verbunden sind, aber der Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 40 um die Prozessluftrohre 43 vom Anschlusssektor 30 abgesperrt ist. Am Halterungselement 42 können die Prozessluftrohre 43 auch etwas in das Flammrohr 50 hineinragen. Außerdem sind die Prozessluftrohre 43 im Halterungselement 42 jeweils nicht unbedingt abgedichtet fixiert, sondern jeweils vorzugsweise lose gehalten, sodass sie sich beispielsweise im Fall einer hitzebedingten Längendehnung individuell in die Brennkammer 12 hineinschieben können. Alternativ könnten die Prozessluftrohre 43 hierzu auch Lyra-förmig ausgestaltet sein. Die Enden der Prozessluftrohre 43 am Halterungselement 42 sind außerdem bevorzugt verjüngt, sodass die Prozessluft A im Winkel in Richtung zum Brennraum 15 geleitet wird und durch diesen Drall ein Rückleiten des Rauchgases E aus dem Brenn raum 15 in sie hinein dynamisch abgesperrt wird.

Der rekuperative Brenner 20 hat ferner wenigstens ein Rauchgasrohr 60 zum Ausleiten des Rauchgases E aus dem Brennraum 15 der Brennkammer 12. Wie in Fig. 1 darge stellt, weist das Rauchgasrohr 60 eine offene Eingangsöffnung 61 im Brennraum 15 zum Aufnehmen des heißen Rauchgases E auf. Das Rauchgasrohr 60 verläuft durch den Ausgangsflansch 42 des Wärmeübertragungssektors 40 in den Wärmeübertragungs sektor 40 hinein. Im Abschnitt innerhalb des Wärmeübertragungssektors 40 weist das Rauchgasrohr 60 dann eine oder bevorzugt mehrere (bevorzugt in verschiedene Richtungen und/oder an verschiedenen Längsstellen) Rohrwandöffnungen 63 zum Einleiten des heißen Rauchgases E in den von den Prozessluftrohren 43 durchlaufenen Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 40 auf, damit im Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 40 eine Wärmeübertragung vom ausleitenden Rauchgas E auf die Prozessluftrohre 43 und damit auf die einleitende Prozessluft A stattfindet. In seinem dem Anschlusssektor 30 zugewandten Endbereich ist der Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 40 dann an den wenigstens einen Rauchgas-Ausgangs- kanal 38 angekoppelt ist, um das durch den Innenraum 46 hindurch abgekühlte Rauch gas E aus dem Wärmeübertragungssektor 40 und aus dem Brenner 20 auszuleiten. Durch das Einleiten des Rauchgases E mittels des Rauchgasrohres 60 aus dem in Querschnittsebene inneren Bereich des Wärmeübertragungssektors 40 in den Innen raum 46 des Wärmeübertragungssektors 40 gelangt das Rauchgas E sehr zuverlässig zu den in Querschnittsebene inneren und auch äußeren Prozessluftrohren 43 im Innenraum 46, sodass selbst bei einer großen Dimensionierung des Wärmeüber tragungssektors 40 mit einer sehr großen Anzahl an Prozessluftrohren 43 zwecks Verarbeitung großer Prozessluftvolumenströme eine sehr effektive Wärmeübertragung auf die Prozessluft A stattfindet.

In diesem Ausführungsbeispiel weist der rekuperative Brenner 20 nur ein einzelnes Rauchgasrohr 60 auf, das etwa zentrisch positioniert ist, wie in der in Fig. 1 beigefügten Querschnittsansicht S-S angedeutet. Alternativ kann der rekuperative Brenner 20 auch mehrere (d.h. wenigstens zwei) Rauchgasrohre 60 enthalten. Bei dieser alternativen Ausführungsform können optional alle Rauchgasrohre oder die Gruppen mehrerer Rauchgasrohre jeweils einen gemeinsamen Eingangsabschnitt mit einer einzelnen Eingangsöffnung 61 für das Rauchgas E haben. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 1 ragt das Rauchgasrohr 60 auch nur entlang eines Teilabschnitts ein Stück in den Wärme übertragungssektors 40 hinein und hat eine geschlossene Rohrendwand 66. Ferner hat der Wärmeübertragungssektor 40 in diesem Ausführungsbeispiel in seinem dem Anschlusssektor 30 zugewandten Endbereich ein oder mehr äußere Ausführöffnungen 48 zum Ausleiten des Rauchgases E aus dem Innenraum 46 des Wärmeübertragungs sektors 40 in den wenigstens einen Rauchgas-Ausgangskanal 38.

Das Rauchgasrohr 60 kann grundsätzlich eine beliebige Querschnittsform haben, hat aber zum Beispiel eine im Wesentlichen kreisförmige Querschnittsform. Der Wärme übertragungssektor 40 kann ebenfalls grundsätzlich eine beliebige Querschnittsform haben, wobei er zum Beispiel eine im Wesentlichen kreisförmige oder elliptische oder polygonale (z.B. rechteckige, hexagonale, oktogonale) Querschnittsform hat. Bei einer größeren Dimensionierung wird der Wärmeübertragungssektor 40 vorzugsweise nur in einer (d.h. nicht in allen) Querschnittsrichtung erweitert, sodass er zürn Beispiel eine im Wesentlichen elliptische (d.h. nicht kreisförmige) oder rechteckförmige (d.h. nicht quadratische) Querschnittsform hat. Außerdem kann das Rauchgasrohr 60 optional mit im Wesentlichen derselben Strukturierung (d.h. insbesondere Durchmesser und/oder Querschnittsform und/oder Material) wie die Prozessluftrohre 43 des Wärmeüber tragungssektors 40 ausgebildet sein, was insbesondere bei Vorhandensein mehrerer Rauchgasrohre 60 vorteilhaft ist, und wodurch vorteilhafterweise eine sehr kompakte Struktur des Wärmeübertragungsektors 40 möglich ist.

Die Dimension des Wärmeübertragungssektors 40 und die Anzahl der Prozessluftrohre 43 werden an die jeweiligen Prozessluftvolumenströme angepasst, für welche die Vorrichtung 10 eingesetzt wird. Außerdem können die Länge des Wärmeübertragungs sektors 40 und die entsprechende Länge der Prozessluftrohre 43 an die jeweiligen Erfordernisse an die Temperaturen der zu behandelnden Prozessluft A und des heißen Rauchgases E angepasst werden.

Zum Überwachen des Betriebszustandes und der Temperaturbedingungen weist der rekuperative Brenner 20 vorzugsweise im Anschlusssektor 30 wenigstens eine Temperaturerfassungsvorrichtung 39a zum Erfassen der Temperatur der durch den Prozessluft-Eingangskanal 31 eingeleiteten Prozessluft A, wenigstens eine Temperatur erfassungsvorrichtung 39b zum Erfassen der Temperatur des aus dem Innenraum des Wärmeübertragungssektors 40 ausgeleiteten abgekühlten Rauchgases E und/oder im Eingangsbereich des Rauchgasrohres 60 wenigstens eine Temperaturerfassungs vorrichtung 62 zum Erfassen der Temperatur des Rauchgases E auf. Die Temperatur erfassungsvorrichtungen 39a, 39b, 62 können zum Beispiel einen Temperatursensor wie beispielsweise ein Thermoelement, einen IR-Sensor, ein Pyrometer oder dergleichen aufweisen. Obwohl nicht dargestellt, kann der rekuperative Brenner 20 optional außer dem einen Differenzdruckmesser über den Wärmeübertragungssektor 40 aufweisen, um eine Verunreinigung erkennen zu können.

In diesem Ausführungsbeispiel ist der rekuperative Brenner 20 entlang seines Anschlusssektors 30 und seines Wärmeübertragungssektors 40 umfänglich von einer Brennerwand 24 umgeben, die nach dem Einschieben des Brenners 20 in die Gehäuse öffnung 16 der Brennkammer 12 über wenigstens einen Brennerflansch 26 an dem Brennkammergehäuse 14 befestigt wird. Wie in Fig. 1 angedeutet, kann der rekuperative Brenner 20 optional ein oder mehr zusätzliche Elemente 81, 82, 84 haben, um den Rekuperationsgrad des Wärmeüber tragungssektors 40 im Betrieb des rekuperativen Brenners einzustellen bzw. zu regeln. Beispielsweise ist im Rauchgas-Ausgangskanal 38 wenigstens ein Aktuator 81 vor handen, der ausgestaltet ist, den Rauchgas-Ausgangskanal 38 wahlweise zumindest etwas zu sperren und damit die das Rauchgasrohr 60 und den Wärmeübertragungs sektor 40 durchströmende Rauchgasmenge zu regeln. Alternativ oder zusätzlich kann auch im Rauchgasrohr 60 wenigstens ein Aktuator 82 vorhanden sein, der ausgestaltet ist, das Rauchgasrohr 60 wahlweise zumindest etwas zu sperren und damit die das Rauchgasrohr 60 und den Wärmeübertragungssektor 40 durchströmende Rauchgas menge zu regeln. Die angedeuteten Aktuatoren 81, 82 sind jeweils zum Beispiel so konfiguriert, dass das zumindest teilweise Sperren des Rauchgas-Ausgangskanals 38 bzw. des Rauchgasrohres 60 durch ein axiales Verschieben des Aktuators (beispiels weise zwischen Abschnitten des Ausgangskanals 38 bzw. des Rauchgasrohres 60 mit unterschiedlichen Durchschnitten, wobei dann ein enger Abschnitt durch den Aktuator gefüllt werden kann) oder mittels eines drehbaren Elements mit Löchern, Klappen, etc. ausgeführt werden kann. Und die angedeuteten Aktuatoren 81, 82 sind zum Beispiel manuell, elektrisch, pneumatisch, elektromagnetisch und/oder hydraulisch einstellbar. Außerdem kann zusätzlich oder alternativ im Rauchgasrohr 60 ein Variator 84 vor handen sein, der so angeordnet und ausgestaltet ist, dass er den Zugang im Rauchgas rohr 60 zu wenigstens einer oder vorzugsweise zu allen Rohrwandöffnungen 63 wahl weise zumindest etwas einschränken kann und damit regeln kann, wieviel Rauchgas E aus dem Rauchgasrohr 60 zur Wärmeübertragung auf die Prozessluft A in den Prozess luftrohren 43 in den Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 40 gelangt. Der angedeutete Variator 84 ist zum Beispiel so konfiguriert, dass das zumindest teilweise Verblenden der Rohrwandöffnungen 63 durch ein axiales Verschieben oder ein Drehen des Variators 84 innerhalb des Rauchgasrohres 60 ausführbar ist. Und der angedeutete Variator 84 ist zum Beispiel ebenfalls manuell, elektrisch, pneumatisch, elektro magnetisch und/oder hydraulisch einstellbar.

Bezugnehmend auf Fig. 2 wird ein zweites Ausführungsbeispiel eines rekuperativen Brenners gemäß der Erfindung und einer thermischen Prozessluftbehandlungs vorrichtung mit einem solchen Brenner beispielhaft in mehr Einzelheiten erläutert. Gleiche bzw. entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugsziffern wie im ersten Ausführungsbeispiel gekennzeichnet. Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 weist der Wärmeübertragungs sektor 40 des rekuperativen Brenners 20 in diesem Ausführungsbeispiel in seinem der Brennkammer 12 zugewandten Endbereich in seinem Außenumfangsbereich ferner wenigstens eine zusätzliche Einführöffnung 47 zum Einleiten des heißen Rauchgases E aus dem Brennraum 15 der Brennkammer 12 in den Innenraum 46 des Wärmeüber tragungssektors 40 auf. D.h. das heiße Rauchgas E wird in diesem Ausführungsbeispiel sowohl aus dem in Querschnittsebene inneren Bereich des Wärmeübertragungssektors 40 als auch aus dem in Querschnittsebene äußeren Bereich des Wärmeübertragungs sektors 40 in den Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 40 eingeleitet, sodass das heiße Rauchgas E insbesondere bei größeren Dimensionen des Brenners noch zuverlässiger zu den in Querschnittsebene inneren und äußeren Prozessluftrohren 43 im Innenraum 46 gelangt, um auch bei Verarbeitung sehr großer Prozessluftvolumenströme eine sehr effektive Wärmeübertragung auf die Prozessluft A zu gewährleisten. Die zusätzliche Einführöffnung 47 ist in diesem Ausführungsbeispiel in der Außenumfangs wand des Wärmeübertragungssektors 40 vorgesehen. In einer alternativen Ausführungs form kann die zusätzliche Einführöffnung 47 auch außerhalb des Anschlussrohres 50 im Halterungselement 42 des Wärmeübertragungssektors 40 vorgesehen sein. Der Zugang vom Brennraum 15 zur zusätzlichen Einführöffnung 47 ist in beiden Varianten durch einen Abführspalt zwischen dem Brennkammergehäuse 14 und dem Anschlussrohr 50 möglich. Wie in Fig. 2 angedeutet, kann der rekuperative Brenner 20 analog zum ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 optional ein oder mehr Aktuatoren 81, 82 und/oder Variatoren 84 zum Einstellen bzw. Regeln des Rekuperationsgrades des Wärmeüber tragungssektors 40 aufweisen, wobei in diesem zweiten Ausführungsbeispiel auch noch optional wenigstens ein Variator 86 vorhanden ist, der so angeordnet und ausgestaltet ist, dass er den Zugang zur jeweiligen zusätzlichen Einführöffnung 47 des Rauchgases E wahlweise zumindest etwas einschränken kann und damit regeln kann, wieviel und in welchem Außenumfangsbereich Rauchgas E aus dem Brennraum 15 in den Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 40 gelangt. Auch diese angedeuteten Variatoren 86 sind zum Beispiel so konfiguriert, dass das zumindest teilweise Verblenden der jeweiligen zusätzlichen Einführöffnung 47 durch ein axiales Verschieben oder ein Drehen des Variators 86 ausführbar ist.

Außerdem unterscheidet sich dieses Ausführungsbeispiel vom ersten Ausführungs beispiel dadurch, dass die den Anschlusssektor 30 und den Wärmeübertragungssektor 40 umfänglich umgebende Brennerwand 24 als integrales Teil des Brennkammer- gehäuses 14 ausgestaltet ist. Der rekuperative Brenner 20 wird nach dem Einschieben in dieses Brennkammergehäuse 14+24 über wenigstens einen Brennerflansch 26 (zum Beispiel im Bereich des Anschlusssektors 30) an der Brennerwand 24 des Brenn kammergehäuses 14 befestigt.

Im Übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1, weshalb auf weitere Konstruktionsbeschreibungen verzichtet wird.

Bezugnehmend auf Fig. 3 wird ein drittes Ausführungsbeispiel eines rekuperativen Brenners gemäß der Erfindung und einer thermischen Prozessluftbehandlungs vorrichtung mit einem solchen Brenner beispielhaft in mehr Einzelheiten erläutert.

Gleiche bzw. entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugsziffern wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen gekennzeichnet.

Im Vergleich zum ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1 weist der Anschlusssektor 30 des rekuperativen Brenners 20 zusätzlich zu dem wenigstens einen Prozessluft- Eingangskanal 31 wenigstens einen Brennstoff-Eingangskanal 33 zum Einnehmen eines Brennstoffes B (z.B. Erdgas) auf. Der Brennstoff-Eingangskanal 33 weist ebenfalls bevorzugt eine Brennstoff-Ventilvorrichtung 34 auf, um den Brennstoff-Eingangskanal 33 wahlweise öffnen oder schließen und optional auch drosseln zu können. Außerdem ist im Anschlusssektor 30 ein Vormischraum 35 enthalten, in dem die durch den Prozessluft-Eingangskanal 31 aufgenommene Prozessluft A und der durch den Brennstoff-Eingangskanal 33 aufgenommene Brennstoff B zu einem Brennluftgemisch C vermischt werden. Optional kann zusätzlich noch über einen entsprechenden Luft anschluss eine Luft (z.B. Frischluft) in den Vormischraum 35 eingeleitet werden. Zum Unterstützen des Vermischens kann der Vormischraum 35 optional auch noch mit turbulenzfördernden Bauteilen / Einrichtungen (nicht dargestellt) ausgestattet sein. Die Prozessluftrohre 43 des Wärmeübertragungssektors 40 sind durch den Eingangsverteiler 41 mit diesem Vormischraum 35 verbunden, sodass die Prozessluftrohre 43 das Brenn luftgemisch C durch den Wärmeübertragungssektor 40 zum Anschlussrohr 50 und zum Brennraum 15 leiten. Die Temperaturerfassungsvorrichtung 39a des Anschlusssektors 30 überwacht in dieser Ausführungsform die Temperatur des Brennluftgemisches C im Vormischraum 35. Da in dieser Ausführungsform der für die thermische Prozessluft behandlung erforderliche Brennstoff durch den rekuperativen Brenner 20 in den Brenn raum 15 geleitet wird, kann auf die andere Brennstoffzufuhr 19 der Brennkammer 12 verzichtet werden. Wie in Fig. 3 angedeutet, kann auch dieser rekuperative Brenner 20 analog zu den vorherigen Ausführungsbeispielen optional ein oder mehr Aktuatoren 81, 82 und/oder Variatoren 84 aufweisen.

Aufgrund des Vormischraums 35 und der gemeinsamen Einleitung von Prozessluft A mit Brennstoff B muss ein Sicherheitskonzept vorhanden sein, um eine Zündung des Brenn luftgemisches C im Vormischraum 35 durch ein unbeabsichtigtes Einlaufen von heißem Rauchgas aus dem Brennraum 15 der Brennkammer 12 in den Vormischraum 35 des Anschlusssektors 30 des rekuperativen Brenners 20 zu verhindern. Dieses Sicherheits konzept wird zum Beispiel durch die bereits oben in Bezug auf Fig. 1 beschriebenen Merkmale erfüllt, dass (i) die Prozessluftrohre 43 an ihrem der Brennkammer 12 zuge wandten Ende jeweils verjüngt ausgestaltet sind, um eine Rückleitung des heißen Rauchgases aus dem Brennraum 15 in die Prozessluftrohre 43 zu verhindern, (ii) der Wärmeübertragungssektor 40 an seinem dem Anschlusssektor 35 zugewandten Ende einen Eingangsverteiler 41 in Kontakt zum Vormischraum 35 aufweist, an dem die mehreren Prozessluftrohre 43 abgedichtet fixiert sind, und (iii) der Anschlusssektor 35 eine Temperaturerfassungsvorrichtung 39a zum Erfassen einer Temperatur des Brenn gasgemisches C im Vormischraum 35 aufweist, um bei einer zu hohen Temperatur die Prozessluft- und Brennstoffversorgung rechtzeitig sperren zu können.

Im Übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1, weshalb auf weitere Konstruktionsbeschreibungen verzichtet wird.

Außerdem ist das dritte Ausführungsbeispiel von Fig. 3 mit dem zweiten Ausführungs beispiel von Fig. 2 kombinierbar, d.h. der Wärmeübertragungssektor 40 des rekuperativen Brenners 20 kann auch im dritten Ausführungsbeispiel von Fig. 3 mit wenigstens einer zusätzlichen Einführöffnung 47, wie sie im zweiten Ausführungsbeispiel von Fig. 2 beschrieben ist, versehen sein.

Die Dimension des Wärmeübertragungskanals 40 und die Anzahl der Prozessluftrohre 43 werden an die jeweiligen Prozessluftvolumenströme angepasst, für die die Vorrichtung 10 eingesetzt wird. Außerdem können die Länge des Wärmeübertragungs sektors 40 und die entsprechende Länge der Prozessluftrohre 43 an die jeweiligen Erfordernisse an die Temperaturen des Brennluftgemisches C und des heißen Rauch gases E angepasst werden. Beispielhaft werden nun unter Bezug auf Fig. 3 auch noch ein paar Größenordnungen der Dimensionierungen der Komponenten dieser thermischen Prozessluftbehandlungs vorrichtung 10 angegeben, die in einer erfolgreich getesteten Ausführungsform vor handen waren. Die angegeben Werte können auch auf die anderen Ausführungs beispiele übertragen bzw. angepasst werden. Die Brennkammer 12 hat einen Innen durchmesser d12 von etwa 1200 mm und eine Tiefe t12 von etwa 1500 mm. Das Flammrohr 50 hat eine Länge t50 von etwa 600 und bildet einen Durchmesser d50 des Ausgangsraums von etwa 650 mm (inklusive Durchmesser d60 des Rauchgasrohres 60 darin). Der Wärmeübertragungssektor 40 beinhaltet zum Beispiel etwa 330 Prozessluft rohre 43 mit einem Innendurchmesser von etwa 12 mm und einem Außendurchmesser von etwa 14 mm. Die Prozessluftrohre 43 können etwa 5 mm in das Flammrohr 50 hineinragen. Das Rauchgasrohr 60 hat einen Innendurchmesser d60 von etwa 200 mm und eine Wandstärke von etwa 4 mm. Die Innendurchmesser d35, d40 des Vormisch raums 35 und des Wärmeübertragungssektors 40 betragen jeweils etwa 650 mm. Der Vormischraum 35 hat eine Tiefe t35 von etwa 300 mm. Die Eingangskanäle 31, 33 haben jeweils einen Innendurchmesser von etwa 250 mm und eine Länge von etwa 1000 mm. Der Rauchgas-Ausgangskanal 38 hat einen Innendurchmesser d38 von etwa 100 mm. Die angegebenen Zahlenwerte sind natürlich nur beispielhaft und können insbesondere je nach Anwendungsfall abgeändert werden. Außerdem wird vorsorglich darauf hingewiesen, dass die Darstellung in Fig. 3 nicht an allen Stellen den hier angegeben Größenverhältnissen entspricht.

Wie bereits erwähnt, enthält der rekuperative Brenner 20 im ersten Ausführungsbeispiel ein einzelnes Rauchgasrohr 60, das im Wesentlichen zentral positioniert ist. Diese Aussage gilt auch für das zweite und das dritte Ausführungsbeispiel. Wie in Fig. 4 veranschaulicht, die eine Querschnittansicht analog S-S in Fig. 1 zeigt, können die rekuperativen Brenner 20 in allen Ausführungsbeispielen aber alternativ auch mehrere (d.h. zwei oder mehr, zum Beispiel drei oder vier) Rauchgasrohre 60 zum Einleiten des heißen Rauchgases E aus dem Brennraum 15 der Brennkammer 12 in den Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 40 aufweisen. Die mehreren Rauchgasrohre 60 sind bevorzugt symmetrisch im Wärmeübertragungssektor 40 verteilt. Der Einsatz mehrerer Rauchgasrohre 60 ist insbesondere bei größer dimensionierten Wärmeübertragungs sektoren 40 von Vorteil. Optional können alle Rauchgasrohre 60 oder Gruppen mehrerer Rauchgasrohre 60 jeweils einen gemeinsamen Eingangsabschnitt mit einer einzelnen Eingangsöffnung 61 haben. In diesem Fall besteht dann die Möglichkeit, wenigstens einen Aktuator 82 im jeweiligen gemeinsamen Eingangsabschnitt zu positionieren, um die kombinierten Rauchgasrohre 60 wahlweise zumindest teilweise zu versperren.

Bezugnehmend auf Fig. 5A und 5B werden zwei Varianten des dritten Ausführungs beispiels von Fig. 3 beispielhaft in mehr Einzelheiten erläutert. Gleiche bzw. entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugsziffern wie im dritten Ausführungsbeispiel gekennzeichnet.

Im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel von Fig. 3 enthält der Anschlusssektor 30 in diesen Ausführungsvarianten keinen Vormischraum 35. Das heißt, die durch den Prozessluft-Eingangskanal 31 aufgenommene Prozessluft A und der durch den Brennstoff-Eingangskanal 33 aufgenommene Brennstoff B werden nicht zu einem Brennluftgemisch C vermischt, sondern werden über den Wärmeübertragungssektor 40 separat zum Flammrohr 50 und zum Brennraum 15 geleitet. Durch das separate Leiten von Prozessluft A und Brennstoff B kann eine Entzündung der Prozessluft A schon innerhalb des Wärmeübertragungssektors 40 durch das Erhitzen durch das heiße Rauchgas E verhindert werden. Außerdem kann bei diesen Ausführungsvarianten auch zum Beispiel Wasserstoff (anstatt Erdgas) als Brennstoff benutzt werden, das eine höhere Reaktivität hat, ohne eine höhere Strömungsgeschwindigkeit zur Vermeidung einer Entzündung schon im Wärmeübertragungssektor 40, da der Wasserstoff erst bei einer Vermischung mit der Prozessluft im Brennraum 15 entzündet wird.

In beiden Varianten von Fig. 5A und 5B sind die Prozessluftrohre 43 des Wärmeüber tragungssektors 40 deshalb durch den Eingangsverteiler 41 nur mit dem wenigstens einen Prozessluft-Eingangskanal 31 verbunden. In der ersten Variante von Fig. 5A weist der Wärmeübertragungssektor 40 neben den Prozessluftrohren 43 zusätzlich wenigstens ein Brennstoffrohr 44a auf, das zwischen den mehreren Prozessluftrohren 43 durch den Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 40 vom Eingangsverteiler 41 zum Halterungselement 42 verläuft. In der zweiten Variante von Fig. 5A weist der Wärme übertragungssektor 40 neben den Prozessluftrohren 43 zusätzlich wenigstens ein Brennstoffrohr 44b auf, das innerhalb eines Prozessluftrohres 43 durch den Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 40 vom Eingangsverteiler 41 zum Halterungselement 42 verläuft. Wie in Fig. 5A und 5B dargestellt, ist das jeweilige Brennstoff rohr 44a, 44b direkt mit dem Brennstoff-Eingangskanal 33 verbunden oder sogar einstückig mit diesem ausgebildet. In der ersten Variante von Fig. 5A ragt das Brenn Stoff rohr 44a durch das Halterungselement 42 hindurch ein Stück in das Flammrohr 50 hinein. In der zweiten Variante von Fig. 5B überragt das Brennstoffrohr 44b das ihn beinhaltende Prozessluft rohr 43 nicht oder nur sehr wenig. Bei der Benutzung von Wasserstoff als Brennstoff B ist es vorteilhaft, wenn der Wasserstoff möglichst rasch von der Prozessluft A beströmt wird, um die Erzeugung von Stickoxiden zu verhindern oder zumindest zu reduzieren, die bei einem Aufheizen des Wasserstoffes ohne die Prozessluft entstehen können, um die Emissionswerte der Vorrichtung zu vermindern.

Im Übrigen entsprechen auch diese beiden Varianten des dritten Ausführungsbeispiels dem ersten Ausführungsbeispiel von Fig. 1, einschließlich Optionen, und sind auch diese beiden Varianten des dritten Ausführungsbeispiels wahlweise mit dem zweiten Ausführungsbeispiel von Fig. 2 kombinierbar.

Bezugnehmend auf Fig. 6 wird ein viertes Ausführungsbeispiel eines rekuperativen Brenners gemäß der Erfindung und einer thermischen Prozessluftbehandlungs vorrichtung mit einem solchen Brenner beispielhaft in mehr Einzelheiten erläutert.

Gleiche bzw. entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugsziffern wie im ersten Ausführungsbeispiel gekennzeichnet.

Im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel verläuft das Rauchgasrohr 60 durch den gesamten Wärmeübertragungssektor 40 bis zum Eingangsverteiler 41, hat aber eben falls eine geschlossene Rohrendwand 66. Außerdem befinden sich die Rohrwand öffnungen 63 zum Einleiten des heißen Rauchgases E in den Innenraum 46 des Wärme übertragungssektors 40 im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel erst in der dem Anschlusssektor 30 zugewandten Hälfte oder sogar erst im dem Anschlusssektor 30 zugewandten Endbereich des Wärmeübertragungssektors 40. Zum anschließenden Ausleiten des Rauchgases E aus dem Innenraum 46 hat der Wärmeübertragungssektor 40 wie im ersten Ausführungsbeispiel wenigstens eine an den Rauchgas-Ausgangskanal 38 angekoppelte Ausführöffnung 48 in seinem dem Anschlusssektor 30 zugewandten Endbereich an seinem Außenumfang. Die Wegstrecke der Wärmeübertragung im Innen raum 46 des Wärmeübertragungssektors 40 vom Rauchgas E auf die Prozessluft A ist bei dieser Ausführungsform zwar kleiner als im ersten Ausführungsbeispiel, was aber je nach Anwendungsfall von Vorteil sein kann, wenn das Rauchgas E nicht so viel Wärme verlieren soll und/oder die Prozessluft nicht so viel Wärme empfangen soll. Wie in Fig. 6 angedeutet, kann auch dieser rekuperative Brenner 20 analog zu den vorherigen Ausführungsbeispielen optional ein oder mehr Aktuatoren 81, 82 und/oder Variatoren 84 aufweisen. Im Übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem dritten Ausführungsbeispiel von Fig. 3, weshalb auf weitere Konstruktionsbeschreibungen verzichtet wird. Alternativ kann diese Konstruktion des Rauchgasrohres 60 auch in den Brenner 20 des ersten oder des zweiten Ausführungsbeispiels von Fig. 1 bzw. 2 integriert werden.

Bezugnehmend auf Fig. 7 wird ein fünftes Ausführungsbeispiel eines rekuperativen Brenners gemäß der Erfindung und einer thermischen Prozessluftbehandlungs vorrichtung mit einem solchen Brenner beispielhaft in mehr Einzelheiten erläutert.

Gleiche bzw. entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugsziffern wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen gekennzeichnet.

Im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel verläuft das Rauchgasrohr 60 durch den gesamten Wärmeübertragungssektor 40 und durch den Eingangsverteiler 41 hindurch. Während das Rauchgasrohr 60 im vierten Ausführungsbeispiel von Fig. 6 eine ge schlossene Rohrendwand 66 hat, ist das Rauchgasrohr 60 an seinem dem Anschluss sektor 30 zugewandten Ende offen und mit dem Rauchgas-Ausgangskanal 38 ver bunden oder sogar einstückig mit dem Rauchgas-Ausgangskanal 38 ausgebildet. Das Rauchgasrohr 60 hat bei seiner Durchführung durch den Vormischraum 35 des Anschlusssektors 30 eine geschlossene Außenumfangswand, sodass das Rauchgas E nicht in das Brennluftgemisch C im Vormischraum 35 eindringen kann. Optional kann das Rauchgasrohr 60 im Bereich des Vormischraums 35 auch thermisch isoliert sein, damit keine Vorreaktion des Brennluftgemisches C auftritt. Außerdem ist das Rauchgas rohr 60 durch eine Rohrtrennwand 67 im mittleren oder oberen Bereich in Längsrichtung des Wärmeübertragungssektors 40 unterteilt in einen dem Brennraum 15 der Brenn kammer 12 zugewandten Einleitabschnitt 67a, der analog zum Rauchgasrohr 60 von Fig. 3 Rohrwandöffnungen 63 zum Einleiten des heißen Rauchgases E in den Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 40 aufweist, und in einen dem Anschlusssektor 30 zugewandten Ausleitabschnitt 67b, der im Endbereich nahe dem Anschlusssektor 30 mit weiteren Rohrwandöffnungen 64 zum Ausleiten des abgekühlten Rauchgases E aus dem Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 24 in das Rauchgasrohr 60 ver sehen ist. In diesem Ausführungsbeispiel findet das Ausleiten des Rauchgases E aus dem Innenraum 46 nur im inneren Bereich zurück in das Rauchgasrohr 60 statt. Optional könnte der Wärmeübertragungssektor 40 zusätzlich analog zum Ausführungsbeispiel von Fig. 3 an seinem Außenumfang wenigstens eine Ausführöffnung 48 aufweisen, die an einen anderen Rauchgas-Ausgangskanal angekoppelt ist, der optional mit dem mit dem Rauchgasrohr 60 verbundenen Rauchgas-Ausgangskanal 38 zusammengeführt werden kann. Wie in Fig. 7 angedeutet, kann auch dieser rekuperative Brenner 20 analog zu den vorherigen Ausführungsbeispielen optional ein oder mehr Aktuatoren 81, 82 und/oder Variatoren 84 aufweisen. In diesem fünften Ausführungsbeispiel ist auch noch optional wenigstens ein Variator 85 vorhanden, der so angeordnet und ausgestaltet ist, dass er den Zugang zu wenigstens einer der wenigstens einen weiteren Rohrwand öffnung 64 wahlweise zumindest etwas einschränken kann und damit regeln kann, wieviel Rauchgas E aus dem Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 40 zurück in das Rauchgasrohr 60 gelangt, um durch den Rauchgas-Ausgangskanal 38 ausgeleitet zu werden. Auch dieser angedeutete Variator 85 ist zum Beispiel so konfiguriert, dass das zumindest teilweise Verblenden der jeweiligen weiteren Rohrwandöffnung 64 durch ein axiales Verschieben oder ein Drehen des Variators 85 ausführbar ist. Außerdem kann in diesem fünften Ausführungsbeispiel auch noch optional wenigstens ein Variator 88 vorhanden sein, der so angeordnet und ausgestaltet ist, dass er die Rohrtrennwand 67 zwischen dem Einleitabschnitt 67a und dem Ausleitabschnitt 67b des Rauchgas rohres 60 wahlweise zumindest etwas öffnen kann und damit regeln kann, wieviel Rauchgas E nur durch das Rauchgasrohr 60, d.h. ohne Durchströmen des Innenraums 46 des Wärmeübertragungssektors 40 zum Rauchgas-Ausgangskanal 38 strömt. Dieser angedeutete Variator 88 ist zum Beispiel so konfiguriert, dass das zumindest teilweise Öffnen der Rohrtrennwand 67 durch ein axiales Ausschieben aus der Rohrtrennwand 67 ausführbar ist.

Im Übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem dritten Ausführungsbeispiel von Fig. 3, weshalb auf weitere Konstruktionsbeschreibungen verzichtet wird. Alternativ kann diese Konstruktion des Rauchgasrohres 60 auch in den Brenner 20 des ersten oder des zweiten Ausführungsbeispiels von Fig. 1 bzw. 2 integriert werden.

Bezugnehmend auf Fig. 8 wird eine Modifizierung des fünften Ausführungsbeispiels von Fig. 7 beispielhaft in mehr Einzelheiten erläutert. Gleiche bzw. entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugsziffern wie im fünften Ausführungsbeispiel gekennzeichnet.

Der Wärmeübertragungssektor 40 hat in seinem Innenraum 46 zusätzlich mehrere Umlenkbleche 49, die sich jeweils quer (in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen senkrecht) zu den Prozessluftrohren 43 über einen Teil des Innenraums 46 erstrecken und jeweils Durchgangsöffnungen zum Hindurchführen der Prozessluftrohre 43 auf- weisen. Die Umlenkbleche 49 sind in der Laufrichtung der Prozessluftrohre 43 von einander deutlich beabstandet und quer zur Laufrichtung der Prozessluftrohre 43 zueinander versetzt angeordnet. Die Umlenkbleche 49 bilden Strömungsleitstrukturen im Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 40. Durch diese Umlenkbleche 49 wird bewirkt, dass die Wärmeübertragung vom Rauchgas E auf das Brennluftgemisch C nicht in der Art eines Gegenstromwärmetäuschers erfolgt, sondern dass das vom Rauchgas rohr 60 in den Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 40 eingeleitete Rauchgas E entlang der Längsrichtung des Wärmeübertragungssektors 40 hin und her umgelenkt wird und damit zu allen Prozessluftrohren 43 im äußeren Bereich und im inneren Bereich des Wärmeübertragungssektors 40 gelangt.

Im Übrigen entspricht diese Ausführungsform dem fünften Ausführungsbeispiel von Fig.

7, weshalb auf weitere Konstruktionsbeschreibungen verzichtet wird. Diese Ausführungs form des Wärmeübertragungssektors 40 kann außerdem auch mit allen anderen Ausführungsbeispielen kombiniert werden, d.h. auch die Wärmeübertragungssektoren 40 der anderen Ausführungsbeispiele können mit solchen Umlenkblechen 49 ausge stattet sein. Die Verwendung der Umlenkbleche 49 ist aber insbesondere bei den Ausführungsbeispielen sinnvoll, bei denen das Rauchgasrohr 60 seine Rohrwand öffnungen 63 zum Einleiten des Rauchgases E in den Innenraum 46 des Wärmeüber tragungssektors 40 in seiner / seinem dem Ausgangsflansch 42 zugewandten Hälfte oder Endbereich aufweist, und bei denen die zusätzliche äußere Einführöffnung 47 für das Rauchgas E in den Innenraum (siehe Fig. 2) nicht vorhanden ist.

Bezugnehmend auf Fig. 9 wird ein sechstes Ausführungsbeispiel eines rekuperativen Brenners gemäß der Erfindung und einer thermischen Prozessluftbehandlungs vorrichtung mit einem solchen Brenner beispielhaft in mehr Einzelheiten erläutert.

Gleiche bzw. entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugsziffern wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen gekennzeichnet.

Das sechste Ausführungsbeispiel unterscheidet sich vom dritten Ausführungsbeispiel von Fig. 3 insbesondere durch den Strömungsverlauf des heißen Rauchgases. Wie in Fig. 9 dargestellt, weist der Wärmeübertragungssektor 40 an einer Stelle zwischen dem Eingangsverteiler 41 und dem Halterungselement 42, beispielsweise etwa im mittleren Bereich in der Längsrichtung, in seinem Außenumfang wenigstens eine Ableitöffnung 70 auf, an die ein Rauchgasableitkanal 71 angeschlossen ist. Durch diese Ableitöffnung 70 kann eine Teilmenge des Rauchgases E, das durch die Wärmeübertragung auf die Prozessluftrohre 43 bereits etwas abgekühlt ist, aus dem Wärmeübertragungssektor 40 ausgeführt werden. Das über den Rauchgasableitkanal 71 ausströmende Rauchgas E hat damit eine höhere Temperatur als das über den Rauchgas-Ausgangskanal 38 des Anschlusssektors 30 ausströmende Rauchgas E. Aufgrund der höheren Temperatur kann diese Rauchgasmenge dann bei Bedarf stromab der Prozessluftbehandlungs vorrichtung 10 an anderen Stellen (z.B. Wärmeübertragern einer Werkstück bearbeitungsanlage) mehr Wärme übertragen. Auf eine zu diesem Zweck sonst häufig benutzte zusätzliche Heißgasableitung direkt aus der Brennkammer 12 (wie oben in Zusammenhang mit Fig. 1 erwähnt) kann damit wahlweise verzichtet werden. Wie in Fig. 9 angedeutet, ist die Ableitöffnung 70 vorzugsweise auch mit einem Durchflussregler 72 zum wahlweisen Einstellen der Rauchgasableitmenge ausgestattet, wodurch die Temperatur des Innenraums 46 im dem Anschlusssektor 30 zugewandten Bereich des Wärmeübertragungssektors 40 und die Temperatur des abgeleiteten Rauchgases E im Rauchgasableitkanal 71 geregelt werden können. Während in Fig. 9 nur eine Ableit öffnung 70 dargestellt ist, kann der Wärmeübertragungssektor 40 entlang seines Umfanges auch mehrere solche Ableitöffnungen 70 haben, die mit separaten Rauchgas- ableitkanälen 71 oder einem gemeinsamen Rauchgasableitkanal 71 verbunden sind.

Außerdem strömt durch diese Ausführung einer Teilmenge des Rauchgases E durch den Rest des Innenraums 46 des Wärmeübertragungssektors 40 in Richtung zum Anschluss sektor 30 eine geringere Menge an heißem Rauchgas. Dies führt auch dazu, dass die Temperatur der Prozessluftrohre 43 im Bereich nahe dem Anschlusssektor 30 niedriger ist als ohne diese Teilabführung. Aufgrund der so entstehenden niedrigeren Temperatur belastung können die Prozessluftrohre 43 abschnittweise aus unterschiedlichen Materialien gefertigt werden. Insbesondere können die Prozessluftrohre 43 im Bereich zwischen der Ableitöffnung 70 und dem Anschlusssektor 30 zumindest teilweise (insbesondere nahe am Anschlusssektor 30) aus einem preisgünstigeren Edelstahl gefertigt werden, sodass die Herstellungskosten der Prozessluftrohre 43 und damit auch des rekuperativen Brenners 20 gesenkt werden können.

Im Übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem dritten Ausführungsbeispiel von Fig. 3, weshalb auf weitere Konstruktionsbeschreibungen verzichtet wird. Diese Aus führungsform des Wärmeübertragungssektors 40 kann außerdem auch mit allen anderen Ausführungsbeispielen kombiniert werden, d.h. auch die Wärmeübertragungs sektoren 40 der anderen Ausführungsbeispiele können mit einer solchen Ableitöffnung 70 ausgestattet sein. Und wie in Fig. 9 angedeutet, kann auch dieser rekuperative Brenner 20 analog zu den vorherigen Ausführungsbeispielen optional ein oder mehr Aktuatoren 81, 82 und/oder Variatoren 84 aufweisen.

Bezugnehmend auf Fig. 10 wird ein siebtes Ausführungsbeispiel eines rekuperativen Brenners gemäß der Erfindung und einer thermischen Prozessluftbehandlungs vorrichtung mit einem solchen Brenner beispielhaft in mehr Einzelheiten erläutert.

Gleiche bzw. entsprechende Komponenten sind mit den gleichen Bezugsziffern wie in den vorherigen Ausführungsbeispielen gekennzeichnet.

Im Unterschied zum dritten Ausführungsbeispiel von Fig. 3 leitet der rekuperative Brenner 20 zusätzlich zum Brennluftgemisch C Zusatzmittel D (z.B. Zündmittel und/oder weitere Prozessmedien zum Unterstützen der thermischen Prozessluftbehandlung im Brennraum, wie beispielsweise VOC oder Luft) in den Brennraum 15 der Brennkammer 12. Zu diesem Zweck weist der Anschlusssektor 30 zusätzlich wenigstens einen Zusatzmittel-Eingangskanal 36 zum Einnehmen eines Zusatzmittels D auf, wobei der Zusatzmittel-Eingangskanal 36 auch mit einer Zusatzmittel-Ventilvorrichtung 37 ver sehen sein kann. Außerdem weist der Brenner 20 zusätzlich wenigstens ein Zusatz mittelrohr 45 auf, das durch den Eingangsverteiler 41 an den wenigstens einen Zusatz mittel-Eingangskanal 36 angekoppelt ist und neben den Prozessluftrohren 43 durch den gesamten Wärmeübertragungssektor 40 bis durch das Halterungselement 42 hindurch in das Flammrohr 50 verläuft, um zusätzlich zum Brennluftgemisch C ein entsprechendes Zusatzmittel C in den Brennraum 15 zu leiten. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 10 ist beispielhaft ein einzelnes Zusatzmittelrohr 45 vorgesehen, das zentral im Wärmeüber tragungssektor 40 positioniert ist. Zu möglichst effektiven Wärmeübertragung vom Rauchgas E auf die Prozessluftrohre 43 sind deshalb vorzugsweise mehrere Rauchgas rohre 60 vorgesehen, die beispielsweise um das Zündmittelrohr 45 herum im Wärme übertragungssektor 40 positioniert sind (wie auch in der in Fig. 10 beigefügten Quer schnittsansicht S-S veranschaulicht).

Im Übrigen entspricht dieses Ausführungsbeispiel dem dritten Ausführungsbeispiel von Fig. 3, weshalb auf weitere Konstruktionsbeschreibungen verzichtet wird. Obwohl in Fig. 10 nicht angedeutet, kann auch dieser rekuperative Brenner 20 analog zu den vorherigen Ausführungsbeispielen optional ein oder mehr Aktuatoren 81, 82 und/oder Variatoren 84 aufweisen. In Fig. 11 und 12 sind beispielhaft weitere Konstruktionsvarianten des rekuperativen Brenners 20, insbesondere seines Wärmeübertragungssektors 40 veranschaulicht. Während in den obigen Ausführungsbeispielen der Wärmeübertragungssektor 40 jeweils als eine Baueinheit ausgestaltet ist, kann der Wärmeübertragungssektor 40 auch aus mehreren (d.h. zwei oder mehr) Wärmeübertragungssektorensegmenten 40n bestehen. Durch diese Maßnahme kann der rekuperative Brenner 20 mehrstufig ausgebildet und betreibbar sein. Die mehreren Wärmeübertragungssektorensegmente 40n sind vorzugs weise jeweils mit eigenen Eingangskanälen 31 , 33 im Anschlusssektor 50 verkoppelt, deren Ventilvorrichtungen 32, 34 vorzugsweise unabhängig voneinander ansteuerbar sind, sodass die Sektorensegmente 40n unabhängig voneinander betrieben werden können, um den Brennerbetrieb an die Betriebsbedingungen (insbesondere die Prozess luftströmungsmenge) anzupassen.

In der Ausführungsvariante von Fig. 11 sind mehrere Wärmeübertragungssektoren segmente 40a-m nebeneinander angeordnet und sind mehrere Rauchgasrohre 60 zwischen den Sektorensegmenten 40a-m angeordnet. Die Rauchgasrohre 60 können so besonders einfach eingefügt, gewartet und ausgetauscht werden. In einer alternativen Ausführungsform können die Rauchgasrohre 60 auch innerhalb der Sektorensegmente 40a angeordnet sind. Während im Ausführungsbeispiel von Fig. 11 die Sektoren segmente zum unterschiedlich geformt sind, sind auch andere Ausführungsformen mit einer einheitlichen Form der Wärmeübertragungssektorensegmente möglich. In der Ausführungsvariante von Fig. 12 sind zwei Wärmeübertragungssektorensegmente 40a, 40b koaxial zueinander angeordnet und sind jeweils mehrere Rauchgasrohre 60 inner halb der Sektorensegmente 40a, 40b angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel enthält das innere Sektorensegment 40a zudem ein zentrales Zusatzmittelrohr 45. Beispiels weise kann der Brenner 20 bei geringen Prozessluftströmungsmengen nur über das innere Sektorensegment 40a betrieben werden und kann bei höheren Prozessluft strömungsmengen das äußere Sektorensegment 40b hinzugeschaltet werden. Aufgrund der möglichst engen Ankopplung der Sektorensegmente 40n zueinander, haben bei diesen Ausführungsvarianten die Anschlussrohre 50 der Brenner 20 besser keine schrägen Außenumfangswände 51 (siehe Fig. 13 und 14) und ist besser keine äußere Einleitung von Rauchgas E über zusätzliche äußere Einführöffnungen 47 in die Innen räume 46 der Wärmeübertragungssektoren 40 vorgesehen. In Fig. 13 und 14 sind beispielhaft weitere Konstruktionsvarianten des rekuperativen Brenners 20, insbesondere seines Halterungselements 42 und seines Flammrohres 50 veranschaulicht.

Wie bereits erwähnt, sind die Prozessluftrohre 43 vorzugsweise lose in das Halterungs element 42 des Wärmeübertragungssektors 40 eingekoppelt, d.h. im Halterungselement 42 von Öffnungen bzw. Spalten 52 umgeben, damit sie sich im Fall einer hitzebedingten Längendehnung individuell in die Brennkammer 12 hineinschieben können. Da der Druck im Flammrohr 50 standardmäßig deutlich höher ist als im Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 40 bestünde wegen der Spalten 52 ein Risiko, dass wegen des Druckunterschiedes ein Teil der noch unbehandelten Prozessluft A bzw. des Brennluftgemisches C sofort in den Innenraum 46 zurückströmt und sich darin mit dem Rauchgas E vermischt. Aus diesem Grund hat das am Halterungselement 42 vorhandene / montierte Flammrohr 50 vorzugsweise Außenumfangswände 51, die in Richtung zum Brennraum 15 schräg nach außen geneigt sind, wie in Fig. 13 dargestellt. Durch diese Ausrichtung der Außenumfangswände 51 wird die Querschnittsfläche des Flammrohres 50 und damit der vom Flammrohr 50 eingeschlossene Raum in Richtung zum Brennraum 15 erweitert, wodurch die Prozessluft A bzw. das Brennluftgemisch C mehr verbreitet wird, was andere Druckverhältnisse im Flammrohr 50 entstehen lässt. Insbesondere wird der Druck P1 nahe am Halterungselement 42 deutlich niedriger als der Druck P2 entfernt vom Halterungselement 42, sodass der Druck P1 nur noch unwesentlich höher oder sogar niedriger als der Druck P3 im Innenraum 46 wird. Als Ergebnis strömt die Prozessluft A bzw. das Brennluftgemisch C nicht durch die Spalten 52 zurück in den Innenraum 46 des Wärmeübertragungssektors 40. Alternativ oder zusätzlich zu der speziellen Ausrichtung der Außenumfangswände 51 des Flammrohres 50 können zu diesem Zweck auch die Wände des Rauchgasrohres 60 spezielle Ausrichtungen haben.

In der Ausführungsform des Wärmeübertragungssektors 40 mit der zusätzlichen äußeren Einführöffnung 467 bestünde aber trotz der schrägen Außenumfangswände 51 des Flammrohres 50 noch die Möglichkeit, dass ein Teil der Prozessluft A bzw. des Brennluftgemisches C durch den großen Druckunterschied zwischen P2 und P3 nicht weiter in den Brennraum 15 strömt, sondern um die Außenumfangswand 51 des Flammrohres 50 herum direkt in den Abführspalt des Rauchgases zwischen dem Brennkammergehäuse 14 und dem Flammrohr 50 umströmt und damit durch die zusätzliche äußere Einführöffnung 47 zurück in den Innenraum 46 des Wärme- Übertragungssektors 40 einströmt. Wie in Fig. 14 veranschaulicht, weist das Halterungs element 42 des Wärmeübertragungssektors 40 deshalb vorzugsweise im äußeren Bereich eine Zusatzöffnung auf, in der ein Draller 53 zum schrägen Rückleiten des Rauchgases E zusammen mit der potenziell eingeströmten Prozessluft A aus dem Innenraum 46 in das Flammrohr 50 angeordnet ist. Auch wenn keine Prozessluft A unbehandelt in den Innenraum 46 zurückströmt, ist dieses Rückleiten des Rauchgases E nicht nachteilig, da durch die so wiederholte thermische Behandlung die Behandlungs wirkung verstärkt wird.

Während in den obigen Ausführungsbeispielen die thermische Prozessluftbehandlungs vorrichtung 10 jeweils einen rekuperativen Brenner 20 beinhaltet, ist es im Rahmen der Erfindung auch möglich, mehrere (d.h. zwei oder mehr) rekuperative Brenner 20 gemäß der Erfindung in eine Brennkammer 12 einzuschieben. Die Anzahl der Brenner 20 kann je nach Anwendungsfall an die Betriebsanforderungen der Vorrichtung 10 angepasst werden. Außerdem sind die mehreren Brenner 20 bevorzugt unabhängig voneinander ansteuerbar, sodass auch der Betrieb der Prozessluftbehandlungsvorrichtung 10 an die aktuellen Betriebsanforderungen (insbes. Prozessluftströmungsmenge) angepasst werden kann. Durch diese Modularität der rekuperativen Brenner 20 können diese bevorzugt auch etwas kleiner, insbesondere einheitlich kleiner (anstelle unterschiedlicher Größen für verschiedene Betriebsanforderungen) ausgestaltet werden, was die Herstellung, Wartung, Qualitätssicherung, etc. vereinfacht, und auf einfache Weise bei Bedarf in größeren Anzahlen eingesetzt werden.

Fig. 15 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit sechs Brennern 20, in deren Wärmeüber tragungssektoren 40 jeweils ein einzelnes zentrales Rauchgasrohr 60 enthalten ist. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 15 sind die mehreren Brenner 20 direkt nebeneinander angeordnet. We in der rechten Teilfigur von Fig. 15 erkennbar, ist dies insbesondere möglich, wenn die Flammrohre 50 der Brenner 20 keine schrägen Außenumfangswände 51 (siehe Fig. 13 und 14) haben und wenn keine äußere Einleitung von Rauchgas E über zusätzliche äußere Einführöffnungen 47 in die Innenräume 46 der Wärmeüber tragungssektoren 40 vorgesehen ist.

Fig. 16 zeigt ebenfalls ein Ausführungsbeispiel mit sechs Brennern 20, in deren Wärme übertragungssektoren 40 jeweils ein einzelnes zentrales Rauchgasrohr 60 enthalten ist. Im Ausführungsbeispiel von Fig. 16 sind die mehreren Brenner 20 aber jeweils etwas voneinander beabstandet. Im Bereich der entsprechenden Brennerspalten 28 zwischen benachbarten Brennern 20 sind dann vorzugsweise Brennerzwischenwände 29 zwischen den benachbarten Wärmeübertragungssektoren 40 eingefügt, um die Brenner spalten 28 zum Verhindern einer Rauchgasströmung zwischen den Brennern 20 abzu schließen, wie in der rechten Teilfigur von Fig. 16 erkennbar. Aufgrund der Abstände zwischen den benachbarten Brennern 20 ist es in dieser Ausführungsform aber auch möglich, Flammrohre 50 mit schrägen Außenumfangswänden 51 und/oder äußere Einleitungen von Rauchgas E über zusätzliche äußere Einführöffnungen 47 in die Innen räume 46 der Wärmeübertragungssektoren 40 zu benutzen.

In Fig. 15 und 16 haben die rekuperativen Brenner 20 jeweils eine im Wesentlichen quadratische Querschnittsform. Grundsätzlich können die rekuperativen Brenner 20 der Erfindung beliebige Querschnittsformen haben (beispielsweise kreisförmig, elliptisch, rechteckig oder polygonal), beim modularen Einsatz der Brenner 20 sind jedoch recht eckige oder quadratische Querschnittsformen besser geeignet, um die Brenner nahe nebeneinander oder sogar direkt aneinander anzuordnen.

Fig. 17 veranschaulicht beispielhaft ein Betriebsverfahren 170 des rekuperativen Brenners 20 in der thermischen Prozessluftbehandlungsvorrichtung 10, das bei allen oben beschriebenen Ausführungsbeispielen der Fig. 1 bis 16 anwendbar ist.

In Schritt 171 wird eine zu behandelnde Prozessluft A durch den rekuperativen Brenner 20 in den Brennraum 15 der Brennkammer 12 eingeleitet, wobei die zu behandelnde Prozessluft A gemäß der erfindungsgemäßen Konstruktion des rekuperativen Brenners 20 durch seinen Anschlusssektor 30 und seinen Wärmeübertragungssektor 40 in den Brennraum 15 der Brennkammer 12 eingeleitet wird. In Schritt 172 wird außerdem ein Brennstoff B in den Brennraum 15 der Brennkammer 12 eingeleitet. Je nach Ausführungsform des rekuperativen Brenners 20 und der Prozessluftbehandlungs vorrichtung 10 wird der Brennstoff B zum Beispiel durch eine Brennstoffzufuhr 19 direkt in den Brennraum 15 eingeleitet (siehe z.B. Fig. 1) und/oder durch den Brenner 20 in den Brennraum 15 eingeleitet (siehe z.B. Fig. 3-10), wobei das Einleiten des Brenn stoffes B durch den Brenner 20 in den Brennraum 15 je nach Ausführungsform des rekuperativen Brenners 20 separat von (siehe z.B. Fig. 5A, 5B) oder gemischt mit (siehe z.B. Fig. 3, 6) der zu behandelnden Prozessluft A erfolgt. Die Reihenfolge dieser beiden Schritte 171 und 172 ist grundsätzlich beliebig. Nach dem Einleiten des Brennstoffes B und der zu behandelnden Prozessluft A in den Brennraum 15 der Brennkammer 12 wird in Schritt 173 die eingeleitete Prozessluft A im Brennraum 15 thermisch behandelt, insbesondere thermisch oxidiert. Bei dieser thermischen Behandlung der Prozessluft A entsteht im Brennraum 15 das Rauchgas E. Dieses Rauchgas E wird in Schritt 174 über das wenigstens eine Rauchgasrohr 60 aus dem Brennraum 15 ausgeleitet und durch den rekuperativen Brenner 20 mit Wärme übertragung auf die einleitende Prozessluft A (im Wärmeübertragungssektor 40 des Brenners 20) geleitet und über das Rauchgas-Ausgangskanal 38 aus der Prozessluft behandlungsvorrichtung 10 ausgeleitet. Der Ablauf dieser Rauchgasleitung ist je nach Ausführungsform des rekuperativen Brenners 20 etwas unterschiedlich, wie in den oben erläuterten Ausführungsbeispielen ersichtlich. Und das Ausleiten des Rauchgases E kann optional durch die oben erläuterten Aktuatoren und/oder Variatoren variiert werden.

Der Schutzbereich der Erfindung ist durch den anhängenden Anspruchssatz definiert.

Die oben erläuterten Ausführungsbeispiele, einschließlich deren Varianten, dienen insbesondere dem besseren Verständnis der Erfindung, sollen aber den Schutzbereich nicht einschränken. Der Fachmann wird weitere Ausführungsvarianten im Schutzbereich der Erfindung erkennen können, die zum Beispiel auf weiteren Merkmalskombinationen der obigen Ausführungsbeispiele, weiteren Kombinationen von ein oder mehr der obigen Ausführungsbeispiele (d.h. nicht nur ausdrücklich erwähnte Kombinationsbeispiele), auf einzelnen weggelassenen Merkmalen der obigen Ausführungsbeispiele und/oder auf einzelnen modifizierten Merkmalen der obigen Ausführungsbeispiele basieren. Zum Beispiel sind auch alle Ausführungsbeispiele der Fig. 3 bis 14 mit dem zweiten Aus führungsbeispiel von Fig. 2 kombinierbar, d.h. der Wärmeübertragungssektor 40 des rekuperativen Brenners 20 kann in allen Ausführungsformen um wenigstens eine zusätzliche Einführöffnung 47, wie sie im zweiten Ausführungsbeispiel von Fig. 2 beschrieben ist, ergänzt werden.

BEZUGSZIFFERNLISTE

10 thermische Prozessluftbehandlungsvorrichtung

12 Brennkammer

14 Brennkammergehäuse

15 Brennraum

16 Gehäuseöffnung

18 Heizvorrichtung

19 Brennstoffzufuhr

20 rekuperativer Brenner

24 Brennerwand

26 Brennerflansch

28 Brennerspalten

29 Brennerzwischenwände

30 Anschlusssektor

31 Prozessluft-Eingangskanal

32 Prozessluft-Ventilvorrichtung

33 Brennstoff-Eingangskanal

34 Brennstoff-Ventilvorrichtung

35 Vormisch raum

36 Zusatzmittel-Eingangskanal

37 Zusatzmittel-Ventilvorrichtung

38 Rauchgas-Ausgangskanal

39a T emperaturerfassungsvorrichtung

39b T emperaturerfassungsvorrichtung

40 Wärmeübertragungssektor

40n Wärmeübertragungssektorensegmente

41 Eingangsverteiler

42 Halterungselement

43 Prozessluftrohre

44a Brennstoffrohr zwischen Prozessluftrohren

44b Brennstoffrohr innerhalb Prozessluftrohr

45 Zusatzmittelrohr

46 Innenraum

47 zusätzliche Einführöffnung

48 äußere Ausführöffnung 49 Umlenkbleche

50 Flammrohr

51 schräge Außenwand

52 Spalten / Öffnungen in Ausgangsflansch 53 Draller

60 Rauchgasrohr

61 Eingangsöffnung

62 T emperaturerfassungsvorrichtung

63 Rohrwandöffnungen 64 weitere Rohrwandöffnungen

66 Rohrendwand

67 Rohrtrennwand

67a Einleitabschnitt

67b Ausleitabschnitt 70 Ableitöffnung

71 Rauchgasableitkanal

72 Durchflussregler

81 Aktuator in 38

82 Aktuator in 60 84 Variator an 63

85 Variator an 64

86 Variator an 47

88 Variator an 67

A Prozessluft

B Brennstoff

C Brennluftgemisch D Zusatzmittel

E Rauchgas d12 / 112 Innendurchmesser / Tiefe der Brennkammer d35 / 135 Innendurchmesser / Tiefe des Vormischraums d38 Innendurchmesser des Rauchgas-Ausgangskanals d40 Innendurchmesser des Wärmeübertragungssektors d50 / 150 Durchmesser / Länge des Flammrohres d60 Innendurchmesser des Rauchgasrohres