DE102007057237A1

DE102007057237A1 - Tunnelofen für die Temperaturbehandlung von Waren

Info

Publication number: DE102007057237A1
Application number: DE102007057237A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Hasselmann
Original assignee: Umicore AG and Co KG
Current assignee: Umicore AG and Co KG
Priority date: 2007-11-26
Filing date: 2007-11-26
Publication date: 2009-05-28
Also published as: PL2220449T3; RU2495346C2; BRPI0819905B1; ZA201003934B; JP2011504573A; CN101874188A; US8476559B2; EP2220449B1; RU2010125105A; JP5656639B2; CA2706615C; CN101874188B; WO2009068505A1; US20100301033A1; EP2220449A1; BRPI0819905A2; CA2706615A1

Abstract

Tunnelöfen dienen zur Temperaturbehandlung von Waren im Durchlaufverfahren innerhalb eines Produktionsprozesses. Gewöhnlich sind die Tunnelöfen aus mehreren gleichartigen Ofensegmenten zusammengesetzt, wobei jedes Segment über ein Gebläse, Heizelemente für die Aufheizung der Frischluft und eine gemeinsame Abluftleitung verfügt. Zur Behandlung der Waren werden sie entweder auf der Saug- oder Druckseite des Gebläses vorbeigeführt. Zur Verringerung des Bauvolumens solcher Öfen und zur Energieeinsparung wird vorgeschlagen, das Gebläse im Innern des Ofens so anzuordnen, daß es eine Zirkulationsströmung quer zur Durchlaufrichtung erzeugt und die zu trocknenden Waren sowohl auf der Druck- als auch auf der Saugseite des Gebläses in Durchlaufrichtung parallel zueinander durch die Zirkulationsströmung zu transportieren. Bevorzugt werden diese Öfen bei der Fertigung von Autoabgaskatalysatoren eingesetzt, bei denen eine auf monolithische Wabenkörper aufgebrachte Katalysatorschicht getrocknet und kalziniert werden muß.

Description

Die Erfindung betrifft einen Tunnelofen für die Temperaturbehandlung von Waren im Durchlaufverfahren innerhalb eines Fertigungsprozesses.
Tunnelöfen oder Durchlauföfen bestehen die in der Regel aus mehreren aneinandergeflanschten Segmenten. Die Segmente bilden einen Tunnel durch den die zu behandelnden Gegenstände auf einem geeigneten Förderband transportiert werden. Eine Beladestation und eine Entladestation dienen zur Be- und Entladung des Förderbandes. Die Tunnelöfen werden entweder mit Hilfe von Brennern oder elektrischen Heizelementen beheizt.
Tunnelöfen werden zum Beispiel bei der Fertigung von Autoabgaskatalysatoren zur Trocknung und Kalzinierung von keramischen Grünkörpern oder einer auf inerten Trägem aufgebrachten Katalysatorschicht eingesetzt. Tunnelöfen für die Kalzinierung von keramischen Wabenkörpern werden zum Beispiel in den Patentschriften US 6,048,199 , US 6,089,860 und US 6,325,963 B1 beschrieben.
Die vorliegende Erfindung befaßt sich besonders mit einem Tunnelofen für die Herstellung von Autoabgaskatalysatoren. Bei den Waren handelt es sich daher bevorzugt um frisch mit Katalysatormaterial beschichtete monolithische Tragkörper wie sie in Form von sogenannten Wabenkörpern aus Keramik oder Metall zur Herstellung von Autoabgaskatalysatoren verwendet werden. Die Katalysatorschicht muß getrocknet und kalziniert werden. Der erfindungsgemäße Tunnelofen kann natürlich auch für die Behandlung anderer Waren eingesetzt werden.
Die katalytische Beschichtung der Wabenkörper besteht gewöhnlich aus einer Aufschlämmung von oxidischen Trägermaterialien in Wasser. Die Aufschlämmung kann weiterhin Vorläuferverbindungen von katalytisch aktiven Edelmetallen und Promotoren enthalten. Dabei handelt es sich häufig um Nitrate oder Chloride dieser Edelmetalle und Promotoren, die erst durch die Kalzinierung im Tunnelofen in die eigentlichen katalytisch aktiven Komponenten überführt werden. Durch Trocknung und Kalzinierung werden Wasserdampf und Stickoxide oder Chlorverbindungen frei, die zusammen mit einem Teil der Ofenluft aus dem Tunnelofen bei gleichzeitigem Ersatz durch Frischluft ausgeschleust und gegebenenfalls einer Abgasentgiftung zugeführt werden müssen.
Von der Beladestation gelangen die Wabenkörper in der Regel zunächst in eine Trocknungszone, in der sie bei einer Temperatur von etwa 100 bis 200°C getrocknet werden. Nach Durchlaufen der Trocknungszone treten sie in die Kalzinierungszone ein, in der sie bei Temperaturen von 300 bis 600°C behandelt werden. Anschließend verlassen sie den Tunnelofen über die Entladestation.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Tunnelofen anzugeben, der besonders raumsparend aufgebaut ist und die eingesetzte Heizenergie optimal nutzt und somit zur Energieeinsparung beiträgt.
Diese Aufgabe wird durch einen Tunnelofen für die Temperaturbehandlung von Waren (12, 12') gelöst, der einen tunnelförmigen Ofenraum aufweist, durch den die zu behandelnden Waren in einer Durchlaufrichtung transportiert werden, wobei der Tunnelofen in Durchlaufrichtung mehrere aneinandergeflanschte Tunnelsegmente (10) aufweist. Der Tunnelofen ist dadurch gekennzeichnet, daß jedes Tunnelsegment wenigstens ein Gebläse (15) und wenigstens ein Heizelement (17) enthält sowie einen Ansaugkanal (19) für Frischluft und einen Abgaskanal (22) für mit Abgasen und Wasserdampf beladene Abluft, und daß die Gebläse in den Tunnelsegmenten so angeordnet sind, daß sie eine Zirkulationsströmung (23) mit einer Abwärts- und einer Aufwärtsströmung quer zur Durchlaufrichtung erzeugen können, wobei zwei parallele Transportbänder (11, 11') für die Waren in der Abwärts- und Aufwärtsströmung vorgesehen sind.
Erfindungsgemäß wird in den Tunnelsegmenten von dem oder den Gebläsen eine Zirkulationsströmung quer zur Durchlaufrichtung der Waren erzeugt und die zu behandelnden Waren werden sowohl auf der Druck- als auch auf der Saugseite der Gebläse durch die Zirkulationsströmung transportiert. Dadurch wird der erzeugte Gasstrom für die Behandlung der Waren optimal genutzt. Je nach Anordnung der Gebläse befindet sich die Abwärts- oder Aufwärtsströmung auf der Druck- oder auf der Saugseite der Gebläse oder umgekehrt.
Bevorzugt weisen die Tunnelsegmente einen rechteckigen Querschnitt auf und sind jeweils von einem Boden, einer Decke und zwei Seitenwänden begrenzt, wobei die Gebläse bevorzugt von unten durch den Boden in den Ofenraum eingeführt sind. Zur Erleichterung allgemeiner Wartungs- und Reparaturarbeiten können die Seitenwände der Tunnelsegmente abklappbar ausgebildet sein.
Im Ofenraum können zur Führung des Luftstromes Strömungsleitbleche und Loch- oder Schlitzbleche zur gleichmäßigen An- und gegebenenfalls Durchströmung der zu behandelnden Waren angeordnet sein.
Für die Beheizung des Ofenraums sind sowohl Gas- oder Ölbrenner oder elektrische Heizelemente geeignet. Bevorzugt werden elektrische Heizelemente verwendet.
Zur Verringerung von Wärmeverlusten ist es vorteilhaft, den Abgaskanal im Innern des Ofenraumes anzuordnen. Der Abgaskanal sammelt die Abluft der einzelnen Zirkulationsströmungen und führt sie an einer zentralen Stelle nach außen. Falls erforderlich kann die Abluft einer Abgasentgiftung zugeführt werden.
Die im Innern der Tunnelsegmente angeordneten Gebläse müssen von Zeit zu Zeit gewartet oder repariert werden. In einer bevorzugten Ausführungsform des Tunnelofens werden daher die Gebläse zum Zweck eines leichten Austauschs mit einem Teil des Bodens und Seitenwand an das Tunnelsegment angeflanscht.
Für den Transport der Waren durch den Tunnelofen können Wagen oder Transportbänder eingesetzt werden. Bevorzugt werden Transportbänder verwendet. In diesem Fall werden die zu behandelnden Waren auf der Saug- und Druckseite der Gebläse auf zwei parallelen Transportbändern durch die Zirkulationsströmungen transportiert. Der Einfachheit halber können beide Bänder von einem gemeinsamen Antrieb angetrieben werden.
Der Tunnelofen wird zum Beispiel für die Trocknung und Kalzinierung von mit Katalysatorschichten beschichteten keramischen oder metallischen Wabenkörpern zur Herstellung von Autoabgaskatalysatoren verwendet. Zu diesem Zweck wird das gewünschte Temperaturprofil längs der Durchlaufrichtung des Tunnelofens durch Ansteuerung der Heizelemente der Tunnelsegmente eingestellt. Die zu behandelnden Waren werden auf den parallelen Transportbändern durch die Abwärts- und Aufwärtsströmung der Zirkulationsströmung transportiert, wobei jeweils ein Teil des Zirkulationsstromes zur Entfernung von bei der Temperaturbehandlung der Waren frei werdenden Abgasen und Wasserdampf aus dem Ofen ausgeschleust und durch eine entsprechende Menge Frischluft ersetzt wird.
Der modulare Aufbau des Tunnelofens macht es möglich, zwischen die erfindungsgemäßen Tunnelsegmente andere Stationen wie zum Beispiel eine Station zur reduktiven Behandlung der Waren mit zum Beispiel Formiergas einzufügen. Weiterhin ist es möglich, bei ausgewählten Tunnelsegmenten, falls erforderlich, die Heizung durch eine Kühlung zu ersetzen.
Sollen nur geringe Stückzahlen von Waren im Ofen behandelt werden, so kann es vorteilhaft sein, einen Kammerofen auf der Basis nur eines Tunnelsegmentes aufzubauen, wobei die Förderbänder durch entsprechende Tragroste ersetzt sind.
Die Erfindung wird an Hand der folgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1: Seitenansicht eines Tunnelofens
2: Querschnitt durch ein Tunnelsegment
1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Tunnelofens (1). Am Anfang und Ende des Tunnelofens befindet sich eine Beladestation (2) zur Beschickung des Tunnelofens mit den zu behandelnden Waren, beziehungsweise eine Entladestation (3) zur Entnahme der behandelten Waren. Der Tunnelofen besteht aus mehreren aneinandergeflanschten Tunnelsegmenten (4). Für die Trocknung und Kalzinierung von Autoabgaskatalysatoren werden Temperaturen zwischen 100 und 600, bevorzugt zwischen 100 und 500°C benötigt. Der modulare Aufbau des Ofens ermöglicht es, die Behandlungstemperatur für jedes Tunnelsegment weitgehend unabhängig von benachbarten Segmenten einzustellen. So ist es möglich, an die Beladestation anschließend die Temperatur im Ofen zur Trocknung der feuchten Katalysatoren zwischen 100 und 200°C einzustellen. Erst nach Durchlaufen dieser Trocknungszone wird die Ofentemperatur zum Beispiel auf 300 bis 600°C erhöht, um die Katalysatorbeschichtung zu kalzinieren.
2 zeigt beispielhaft den Querschnitt eines Tunnelsegmentes (10) senkrecht zur Durchlaufrichtung. Der Querschnitt des Tunnelsegmentes ist rechteckförmig und wird begrenzt von einem Bodenblech (24), einer Decke (25) sowie von den beiden Seitenwänden (26 und 27). Der Querschnitt des Tunnelofens ist durch ein vertikales Strömungsleitblech (13) in zwei Hälften geteilt. In beiden Hälften befindet sich je ein Transportband (11, 11') für die durch den Tunnel zu transportierenden Waren (12, 12'). Die Transportbänder werden zweckmäßigerweise gelocht ausgeführt, um den Zirkulationsstrom möglichst wenig zu behindern. In 2 ist die Längsausdehnung der Transportbänder senkrecht zur Zeichenebene gerichtet. Ein Gebläse (15) ist von unten an den Tunnelofen angeflanscht und dient zur Erzeugung der Zirkulationsströmung (23). Das Gebläse wird vom Motor (16) angetrieben. Die Gasströmungen im Tunnelsegment sind in 2 durch gestrichelte Pfeile gekennzeichnet. Auf der Saugseite des Gebläses wird Frischluft (18) über einen Ansaugkanal (19) angesaugt. Die Frischluft (20) wird durch ein Heizelement (17) auf die notwendige Behandlungstemperatur gebracht. Zur Kühlung des Gebläsemotors ist es vorteilhaft, den Motor im Ansaugkanal für die Frischluft anzuordnen. Die heiße und mit Abgasen beladene Abluft (21) wird von einem Abgaskanal (22) gesammelt und zu einer zentralen Entsorgungsstelle geführt. Zur Nutzung des Wärmeinhalts des Abgases ist es vorteilhaft, den Abgaskanal (22) im Innern der Tunnelsegmente zu verlegen. Die Strömungsverhältnisse im Tunnelsegment können durch geeignete Strömungsleitbleche und Blenden so beeinflußt werden, daß die zu behandelnden Waren möglichst gleichmäßig angeströmt werden. Beispielhaft ist in 2 nur ein weiteres Strömungsleitbleich (14) dargestellt. Die notwendige Wärmedämmung der Wände des Tunnelsegments sind in 2 zu Wahrung der Übersichtlichkeit nicht gezeigt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 6048199 [0003]
- US 6089860 [0003]
- US 6325963 B1 [0003]

Claims

Tunnelofen mit einem Ofenraum und einer Durchlaufrichtung für die Temperaturbehandlung von Waren (12, 12'), wobei der Tunnelofen in Durchlaufrichtung mehrere aneinandergeflanschte Tunnelsegmente (10) enthält, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Tunnelsegment wenigstens ein Gebläse (15) und wenigstens ein Heizelement (17) enthält sowie einen Ansaugkanal (19) für Frischluft und einen Abgaskanal (22) für mit Abgasen und Wasserdampf beladene Abluft, und daß die Gebläse in den Tunnelsegmenten so angeordnet sind, daß sie eine Zirkulationsströmung (23) mit einer Abwärts- und einer Aufwärtsströmung quer zur Durchlaufrichtung erzeugen können, wobei zwei parallele Transportbänder (11, 11') für die Waren in der Abwärts- und Aufwärtsströmung vorgesehen sind.
Tunnelofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tunnelsegmente einen rechteckigen Querschnitt aufweisen und jeweils von einem Bodenblech (24), einer Decke (25) und zwei Seitenwänden (26, 27) begrenzt werden, wobei das Gebläse von unten durch den Boden in den Ofenraum eingeführt ist.
Tunnelofen nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Ofenraum Strömungsleitbleche (13) zur Führung des Luftstromes und Loch- oder Schlitzbleche (14) zur gleichmäßigen Anströmung der zu behandelnden Waren angeordnet sind.
Tunnelofen nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Heizelemente (17) elektrisch betrieben werden.
Tunnelofen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abgasleitung (22) die Abluft der einzelnen Zirkulationsströmungen sammelt und an einer zentralen Stelle nach außen führt.
Tunnelofen nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände der Tunnelsegmente abklappbar ausgelegt sind, um Wartungs- und Reparaturarbeiten zu erleichtern.
Tunnelofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Transportbänder von einem gemeinsamen Antrieb angetrieben werden.
Verwendung des Tunnelofens nach einem der vorstehenden Ansprüche für die Trocknung und Kalzinierung von mit Katalysatorschichten beschichteten keramischen oder metallischen Wabenkörpern.
Verfahren zum Betreiben des Tunnelofens nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das gewünschte Temperaturprofil längs der Durchlaufrichtung des Tunnelofens durch Ansteuerung der jeweiligen Heizelemente eingestellt wird und die zu behandelnden Waren auf den parallelen Transportbändern durch die Abwärts- und Aufwärtsströmung der Zirkulationsströmung transportiert werden, wobei jeweils ein Teil des Zirkulationsstromes zur Entfernung von bei der Temperaturbehandlung der Waren frei werdenden Abgasen und Wasserdampf aus dem Ofen ausgeschleust und durch eine entsprechende Menge Frischluft ersetzt wird.
Kammerofen mit einem Ofenraum für die Temperaturbehandlung von Waren dadurch gekennzeichnet, daß der Kammerofen wenigstens ein Gebläse und wenigstens ein Heizelement sowie einen Ansaugkanal für Frischluft und einen Abgaskanal für mit Abgasen und Wasserdampf beladene Abluft enthält und daß die Gebläse im Ofenraum so angeordnet sind, daß sie eine Zirkulationsströmung mit einer Abwärts- und einer Aufwärtsströmung im Ofenraum erzeugen und die zu behandelnden Waren sowohl in der Abwärts- als auch in der Aufwärtsströmung angeordnet sind, wobei jeweils ein Teil des Zirkulationsstromes zur Entfernung von bei der Temperaturbehandlung der Waren frei werdenden Abgasen und Wasserdampf über den Abgaskanal aus dem Ofen ausgeschleust und durch eine entsprechende Menge an Frischluft ersetzt wird.