用于加热过程空气的过程空气装置的制作方法

本发明涉及一种用于加热过程空气的过程空气装置，其例如用于工件加工设备。

背景技术：

1、通常须将热的过程空气流(例如新鲜空气和/或循环空气)导入工件加工设备的过程室中，以便进行相应的工件加工。例如在喷漆过程中烘干被喷漆的车身需要高的热量。因此通常在过程空气供送管路中布置有用于加热相应的过程空气的过程空气装置。在过程空气装置中，过程空气通常通过热传递装置间接地被加热、即不直接通过在燃烧室中的燃烧被加热，以避免在过程空气中的对于工件加工有害的物质。因此传统的用于加热过程空气的过程空气装置通常具有燃烧室以及来自燃烧室的烟气能流过的管束，出于热传递的目的，过程空气都流经所述燃烧室和管束。

2、因为在多个工件加工设备中需要具有高热量需求的非常大的过程空气量，为了加热过程空气而需要很多能量。因此需要能够以高效节能的方式对过程空气进行加热的过程空气装置。

技术实现思路

1、该任务通过所附的独立权利要求1中确定的过程空气装置来解决。本发明的特别有利的构型和改进方案是从属权利要求的内容。

2、特别是用于工件加工设备的、用于加热过程空气的过程空气装置具有过程空气通道，过程空气能够流过所述过程空气通道，并且在第一通道端部的区域中具有用于接收待加热的过程空气的输入口，并且在与第一通道端部相对的第二通道端部的区域中具有用于输出被加热的过程空气的输出口。为了加热过程空气，过程空气装置包含：用于燃烧助燃空气的燃烧室，所述燃烧室至少部分地布置在过程空气通道内部，从而所述燃烧室被过程空并且具有至少一个管束，所述至少一个管束具有能被来自燃烧室的烟气流过的多个管，其中，至少一个管束的多个管横向于过程空气流动方向定向并且至少部分地布置在过程空气通道内部，从而所述多个管被过程空气流经并且由此将热量从烟气传递到过程空气。根据本发明，所述管束组件在过程空气通道中关于过程空气流动方向布置在燃烧室上游。

3、发明人已经确定，在传统的过程空气装置中，其中过程空气首先流经燃烧室，烟气和过程空气的两个主要流动沿着同一方向进行(同流原理)并且因此两股物质流的排出温度仅仅采用混合温度，这在能量方面是非常不高效的。发明人因此提出，过程空气首先流经管束组件，这产生逆流原理，其中，待加热的过程空气的物质流和烟气的物质流沿着相反的方向通过过程空气通道，由此始终存在这些物质流之间的温度差并且因此可以传递明显更多的(几乎总的)热量，由此可以实现用于加热过程空气的过程空气装置的明显更强的能量效率。基于更强的能量效率还能够与传统的过程空气装置相比简化燃烧室的几何形状(例如圆形而非梨形)。

4、根据本发明的过程空气装置原则上能够被用于任意的应用/设备。一个特别有利的应用是为工件加工设备加热过程空气，其中，存在大的热需求，例如用于例如以连续式烘干机、连续硬化设备、箱式烘干机或箱式硬化设备的形式烘干/固化/硬化被喷漆的和/或被涂覆的和/或被粘接的工件、如车身或车身部分。

5、结合独立权利要求1中定义的本发明应注意以下术语描述。过程空气例如是新鲜空气或循环空气或新鲜空气-循环空气-混合物，然而根据应用情况原则上可以是任意的。术语烟气表示在燃烧室内燃烧的、从燃烧室流出的空气。过程空气通道可以原则上任意地构造和确定尺寸，至少在燃烧室和管束组件的区域中优选地是基本直的，在入口区域中和/或在出口区域中根据应用情况同样可以是基本直的或者必要时一次或多次弯曲，例如具有圆形的或矩形的横截面形状，并且可以沿着所述过程空气通道的长度具有基本恒定的或可变的直径尺寸。过程空气通过管束组件和经过燃烧室的流动优选地基本上在一个平面上、优选地相对于过程空气通道的底侧基本水平地进行。燃烧室优选地具有简单的圆形的管状的形状。燃烧室及与其连接的管束组件形成一个紧凑单元，所述紧凑单元作为一个构件能够被插入过程空气装置中。燃烧室和管束组件的至少一个管束可以相应地完全或几乎完全布置在过程空气通道内部，仅仅用于燃料和助燃空气的供送管路和烟气排放管优选地完全布置在通道外部。至少一个管束的管横向地定向，即不是平行地，而是相对于过程空气流动方向成一定角度地定向，其中，所述管优选地，然而不是必需地基本上垂直于过程空气流动方向定向。至少一个管束及其管的结构和尺寸原则上是任意的，其中，管例如可以基本上彼此平行地定向，其中，管束中的多个管排的管可以彼此错开地或对齐地布置。燃烧室通常配备有燃烧器，所述燃烧器具有燃料入口(例如天然气、氢气、由天然气和氢气构成的混合物、沼气等)和助燃空气入口(例如外界空气或再循环废气)以及可选地点火器和/或加热装置(例如电的或电磁的加热装置或其他类型的可切换的用于给燃烧室供应热能的高温热源)。

6、在本发明的一个构型中，管束组件具有多个(即至少两个)管束，所述多个管束在过程空气通道中关于过程空气流动方向前后相继地(并且所有在燃烧室上游)布置，其中，烟气以反向于过程空气流动方向的顺序依次流过不同的管束并且在此相应地横向于过程空气流动方向沿着相反的方向流过依次相继布置的管束的管。通过使用多个管束更密集地利用有利的逆流原理，因为烟气沿着蛇形线反向于过程空气被引导通过管。在这个构型中，管束组件的多个管束优选地相应地具有多个管排，所述多个管排关于过程空气流动方向前后相继地延伸，其中，优选地相应地在所述多个管束中的两个相邻的管束之间的比较中，更靠近燃烧室的管束比更远离燃烧室的管束具有更多数量的管排。通过所述措施可以实现最优地流过所述管并且将压力损失保持为尽可能小的。两个相邻的管束间的管排数量沿着远离燃烧室的方向的减少量优选地相应地为大约20％至50％、可选地大约30％至40％。因为用于将助燃空气导入到燃烧室中的助燃空气入口以及用于将烟气在流过管束组件输出的烟气排放管优选地布置在过程空气通道(或过程空气装置)的同一侧上，管束组件优选地包含奇数数量的管束(例如一个或三个或五个)。

7、在本发明的一个构型中，过程空气装置还包括：在过程空气通道的周边区域中的第一收集箱，所述第一收集箱使燃烧室与管束组件的朝向燃烧室的管束的所有管连接；和在过程空气通道的周边区域中的第二收集箱，所述第二收集箱使管束组件的背离燃烧室的管束的所有管与烟气排放管连接。如果管束组件具有一个单个管束，两个所述的收集箱相应地与这个管束接触地布置。如果管束组件具有多个管束，则此外相应地一个另外的收集箱存在于过程空气通道的周边区域中，所述另外的收集箱使一个管束的所有管与管束组件的相邻的管束的所有管连接。通过这些收集箱将烟气相应地从燃烧室转向到中管束的管中或者从一个管束的管转向到下一个管束的管中或者从最后一个管束的管转向到烟气排放管中。收集箱相应地布置在过程空气通道内部或者布置在过程空气通道外部或者部分地布置在过程空气通道内部。此外，收集箱优选地彼此分开地实施，以抵消热应力。

8、根据应用情况，用于接收待加热的过程空气的输入口在本发明的一个实施方式中在第一通道端部处设置在过程空气通道的端侧中或者在本发明的一个另外的实施方式中在第一通道端部处设置在过程空气通道的周向侧中。在所述的第二实施方式中，优选地在管束组件上在朝向输入口的一侧上布置有导向板，所述导向板从燃烧室一侧出发阻挡所述管的至少一部分(优选地大部分或所有管)以防止来自过程空气通道的周向侧的流经。通过所述导向板可以确保，过程空气在从周向侧流入到过程空气通道中时也横向于管的定向流经管束组件的大部分，这确保更好的热量传递g。

9、在本发明的一个另外的构型中，过程空气装置还具有用于清洁过程空气的过滤器，所述过滤器关于过程空气流动方向布置在燃烧室下游。在这个构型中，优选地在燃烧室和过滤器之间附加地布置有孔板，用于将过程空气(尽可能均匀地)分配到过滤器中。通过所述措施可以确保均匀地使用过滤器和更小的压力损失。在本发明的一个另外的无所述过滤器的构型中，过程空气装置还具有关于过程空气流动方向布置在燃烧室下游的孔板，用于在燃烧室的整个深度上分配过程空气。

10、在本发明的一个另外的构型中，过程空气装置还具有用于压迫过程空气通过该装置的通风机，该通风机关于过程空气流动方向在管束组件布置上游。在这个构型中，过程空气通道在通风机和管束组件之间优选地具有连续扩大的通道区段和/或至少一个空气导向板用于扩大过程空气流，以便尽可能均匀地流经管束组件。替代所述集成造过程空气装置中的通风机，可选地也可以将通风机在外部在过程空气装置之前布置在相应的过程空气供送管路中。

11、替换地，过程空气装置还可以具有用于将过程空气通过该装置抽出的通风机，该通风机关于过程空气流动方向布置在燃烧室下游。替代所述集成在过程空气装置中的通风机，可选地也可以将通风机在外部在过程空气装置之后布置在相应的过程空气供送管路中。

12、在本发明的一个另外的构型中，过程空气装置还具有至少一个温度检测装置，用于检测在管束组件上游的过程空气的温度和/或在燃烧室下游的过程空气的温度。替代所述集成在过程空气装置中的温度检测装置，可选地也可以将相应的温度检测装置布置在相应的过程空气供送管路中。温度检测装置例如具有用于检测过程空气的温度的温度传感器、例如热电偶、ir传感器、测温计等。在过程空气装置之前和/或在过程空气装置之后的过程空气的以所述方式检测到的温度可以被使用用于控制过程空气供送的工作(特别是过程空气量、过程空气装置中的燃烧器功率)。

13、过程空气装置的所有前述的构型在本发明的框架内能够几乎任意地组合。

14、本发明的主题也是一种工件加工设备，其具有：至少一个过程室，用于加工工件；和至少一个过程空气供送管路，用于将过程空气供送到至少一个过程室中，其中，在至少一个过程空气供送管路中布置本发明的前述的过程空气装置。

15、工件加工设备例如用于喷漆过程。工件加工设备例如是用于烘干/固化/硬化被喷漆的和/或被涂覆的和/或被粘接的工件、如车身或车身部分的连续式烘干机、连续硬化设备、箱式烘干机或箱式硬化设备。然而本发明不局限于所述特定的应用。