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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungsanlage zur chemischen Umsetzung von Brennstoff und Oxidator.
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Bekannt ist beispielsweise das solarthermische Versuchskraftwerk "SOLHYCO" in Almería, Spanien. Bei diesem Versuchskraftwerk ist ein Heliostatenfeld vorgesehen, mittels welchem die Sonnenstrahlung auf einen Strahlungsempfänger gerichtet wird, um die durch Absorberrohre des Strahlungsempfängers strömende Luft auf über 800°C zu erhitzen. Diese erhitzte Luft wird direkt einer Mikrogasturbine zugeführt und dadurch zur Stromerzeugung genutzt. In der Nacht und bei Bewölkung kann die Mikrogasturbine zur Stromerzeugung beispielsweise mit Dieseltreibstoff betrieben werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbrennungsanlage bereitzustellen, bei welcher Sonnenstrahlung mit einem geringen technischen Aufwand zur Reduktion der benötigten Brennstoffmenge nutzbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Verbrennungsanlage gelöst, welche Folgendes umfasst:
- – eine Verbrennungsvorrichtung zur chemischen Umsetzung von Brennstoff und Oxidator;
- – eine Brennstoffzuführung zur Zuführung von Brennstoff zu der Verbrennungsvorrichtung;
- – eine Oxidatorzuführung zur Zuführung von Oxidator zu der Verbrennungsvorrichtung;
- – eine Abgasführung zur Abführung von Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung;
- – eine Solarthermievorrichtung, mittels welcher ein Wärmeträgermedium unter Verwendung von Sonnenstrahlung erhitzbar ist; und
- – einen oder mehrere Wärmeüberträger, mittels welchen Wärme von dem Wärmeträgermedium auf den in der Brennstoffzuführung geführten Brennstoff, auf den in der Oxidatorzuführung geführten Oxidator und/oder auf das in der Abgasführung geführte Abgas übertragbar ist.
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Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage eine Solarthermievorrichtung zur Nutzung von Sonnenstrahlung vorgesehen ist, kann die Verbrennungsanlage besonders effizient betrieben werden. Insbesondere kann hierdurch die zum Betrieb der Verbrennungsanlage benötigte Brennstoffmenge reduziert werden.
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Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage ein Wärmeträgermedium vorgesehen ist, welches mittels der Sonnenstrahlung erhitzbar ist und mittels welchem die solare Wärme auf den Brennstoff, auf den Oxidator und/oder auf das Abgas übertragbar ist, können die Verbrennungsvorrichtung und die Solarthermievorrichtung an voneinander verschiedenen Orten oder Positionen, insbesondere beabstandet voneinander, angeordnet sein.
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Die Übertragung der mittels der Solarthermievorrichtung aufgenommenen solaren Wärme auf den Brennstoff, den Oxidator und/oder das Abgas erfolgt somit vorzugsweise mittels eines von dem Brennstoff, dem Oxidator und/oder dem Abgas verschiedenen Mediums.
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Der Brennstoff und das Wärmeträgermedium werden vorzugsweise getrennt voneinander geführt.
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Der Oxidator und das Wärmeträgermedium werden vorzugsweise getrennt voneinander geführt.
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Das Abgas und das Wärmeträgermedium werden vorzugsweise getrennt voneinander geführt.
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Mittels der erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage ist insbesondere eine mittelbare Wärmeübertragung der solaren Wärme auf den Brennstoff, den Oxidator und/oder das Abgas durchführbar.
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Günstig kann es sein, wenn die Verbrennungsanlage eine Additivvorrichtung umfasst, mittels welcher ein Additivmedium der Brennstoffzuführung, der Oxidatorzuführung und/oder der Abgasführung zuführbar ist.
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Das Additivmedium ist vorzugsweise ein flüssiges Additivmedium. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Additivmedium Wasser umfasst oder Wasser ist.
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Das Additivmedium ist vorzugsweise so gewählt, dass es in der Verbrennungsvorrichtung, in welcher Brennstoff und Oxidator chemisch umgesetzt werden, im Wesentlichen chemisch inert ist, insbesondere weder mit dem Oxidator noch mit dem Brennstoff reagiert.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass das Additivmedium Kohlenwasserstoffe, beispielsweise Methanol oder sonstige Alkohole, Alkane, Alkene, Alkine, Aldehyde, Ketone und/oder Carbonsäuren umfasst oder aus einem oder mehreren dieser Stoffe besteht. Ferner kann als Additivmedium ein Gemisch aus einem oder mehreren chemisch inerten Stoffen und einem oder mehreren chemisch reaktiven Stoffen, beispielsweise ein Gemisch aus Wasser und Methanol, vorgesehen sein.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn die Additivvorrichtung bezüglich einer Strömungsrichtung des Brennstoffs und/oder des Oxidators stromaufwärts des einen oder der mehreren Wärmeüberträger angeordnet ist, mittels welchen Wärme von dem Wärmeträgermedium auf den in der Brennstoffzuführung geführten Brennstoff und/oder auf den in der Oxidatorzuführung geführten Oxidator übertragbar ist.
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Es kann vorgesehen sein, dass der Brennstoff und der Oxidator zumindest abschnittsweise gemeinsam in einer gemeinsamen Zuführung geführt werden.
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Eine solche gemeinsame Zuführung ist dann zumindest ein Abschnitt der Brennstoffzuführung und der Oxidatorzuführung, in welchem beispielsweise eine Additivvorrichtung und/oder ein Wärmeüberträger angeordnet sein kann.
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Das Additivmedium ist vorzugsweise durch Übertragung von Wärme von dem Wärmeträgermedium auf das Additivmedium erhitzbar. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Additivmedium durch Übertragung von Wärme von dem Wärmeträgermedium auf das Additivmedium von einem flüssigen Aggregatzustand in einen gasförmigen Aggregatzustand überführbar, d.h. verdampfbar, ist.
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Die Verbrennungsanlage umfasst vorzugsweise eine Steuervorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Additivvorrichtung. Vorzugsweise ist die Additivvorrichtung mittels der Steuervorrichtung in Abhängigkeit von der mittels der Solarthermievorrichtung bereitstellbaren Wärme steuerbar und/oder regelbar.
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Günstig kann es sein, wenn die Solarthermievorrichtung eine Sensorvorrichtung umfasst, mittels welcher die Intensität der Sonnenstrahlung und/oder die Temperatur des unter Verwendung von Sonnenstrahlung erhitzten Wärmeträgermediums ermittelbar ist. Vorzugsweise ist mittels der Steuervorrichtung die Additivvorrichtung derart steuerbar und/oder regelbar, dass bei ermittelter geringer Intensität der Sonnenstrahlung und/oder bei ermittelter geringer Temperatur des Wärmeträgermediums eine geringe Additivmediummenge oder kein Additivmedium der Brennstoffzuführung, der Oxidatorzuführung und/oder der Abgasführung zugeführt wird und dass bei ermittelter hoher Intensität der Sonnenstrahlung und/oder bei ermittelter hoher Temperatur des Wärmeträgermediums eine große Additivmediummenge der Brennstoffzuführung, der Oxidatorzuführung und/oder der Abgasführung zugeführt wird. Auf diese Weise kann die mittels der Solarthermievorrichtung bereitgestellte solare Wärme optimal genutzt werden, ohne durch zu großzügige Additivmediumzuführung bei zu geringer Sonnenstrahlung den Betrieb der Verbrennungsanlage zu beeinträchtigen.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Verbrennungsvorrichtung eine Kompressionsvorrichtung zur Kompression von Brennstoff und/oder Oxidator umfasst.
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Mittels einer solchen Kompressionsvorrichtung kann insbesondere eine Druckerhöhung des Brennstoffs und/oder des Oxidators bewirkt werden.
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Es kann vorgesehen sein, dass ein Wärmeüberträger oder mehrere Wärmeüberträger bezüglich einer Strömungsrichtung des Oxidators und/oder des Brennstoffs stromaufwärts einer Brennkammervorrichtung der Verbrennungsvorrichtung und/oder stromabwärts einer Kompressionsvorrichtung der Verbrennungsvorrichtung angeordnet sind. Auf diese Weise kann der Oxidator und/oder der Brennstoff vor der Zuführung zu der Brennkammervorrichtung erhitzt werden. Hierdurch kann die Effizienz der Verbrennungsanlage erhöht werden, insbesondere dadurch, dass die benötigte Brennstoffmenge reduziert werden kann.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass ein Wärmeüberträger oder mehrere Wärmeüberträger bezüglich einer Strömungsrichtung des Abgases stromabwärts einer Brennkammervorrichtung der Brennungsvorrichtung und/oder stromabwärts einer Turbinenvorrichtung der Verbrennungsvorrichtung angeordnet sind.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Wärme des Abgases der Brennkammervorrichtung mittels eines Wärmeüberträgers einem Wärmeverbraucher, beispielsweise einem Trockner zum Trocknen von Werkstücken, zuführbar ist. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass zum erneuten Erhitzen des Abgases, insbesondere zur Nutzung der übrigen darin enthaltenen Wärme, dieses Abgas mittels des Wärmeüberträgers der Solarthermievorrichtung vorzugsweise auf ein höheres Temperaturniveau gebracht und anschließend einem weiteren Wärmeüberträger zugeführt werden kann, mittels welchem die Wärme einem weiteren Wärmeverbraucher zuführbar ist.
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Ein Wärmeverbraucher ist insbesondere eine Vorrichtung, beispielsweise eine Werkstücktrocknungsvorrichtung, welcher zum Betrieb derselben Wärme zugeführt werden muss.
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Das Wärmeträgermedium kann beispielsweise ein Gas, eine Flüssigkeit oder ein Feststoff sein. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Wärmeträgermedium in einem Betriebsbereich zwischen ungefähr 100°C und ungefähr 400°C gasförmig, flüssig oder fest ist.
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Vorzugsweise ist das Wärmeträgermedium eine Flüssigkeit. Insbesondere liegt der Erstarrungspunkt (Festpunkt) des Wärmeträgermediums unter ungefähr 100°C. Der Siedepunkt des Wärmeträgermediums liegt vorzugsweise über ungefähr 400°C.
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Das Wärmeträgermedium kann beispielsweise ein Thermoöl sein, welches vorzugsweise bis ungefähr 400°C wärmebeständig ist, d.h., welches sich erst bei Temperaturen oberhalb von 400°C chemisch zersetzt.
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Günstig kann es sein, wenn die Verbrennungsvorrichtung eine thermische Oxidationsvorrichtung zur Oxidation von Schadstoffen umfasst.
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Beispielsweise dann, wenn die Verbrennungsvorrichtung eine thermische Oxidationsvorrichtung zur Oxidation von Schadstoffen umfasst, kann vorgesehen sein, dass die Schadstoffe zur Oxidation derselben direkt oder indirekt erhitzbar sind. Vorzugsweise werden die Schadstoffe zur Oxidation derselben einer Brennkammervorrichtung zugeführt und darin direkt erhitzt und chemisch umgewandelt.
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Ferner kann es günstig sein, wenn die Verbrennungsvorrichtung eine Gasturbinenvorrichtung umfasst.
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Insbesondere dann, wenn die Verbrennungsvorrichtung eine Gasturbinenvorrichtung umfasst, ist die Verbrennungsanlage vorzugsweise als eine Wärmekraftanlage ausgebildet, mittels welcher thermische Energie, insbesondere thermische Energie aus der Sonnenstrahlung, unter Zuhilfenahme von Brennstoff in elektrische Energie umwandelbar ist.
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Günstig kann es sein, wenn mittels der Oxidatorzuführung gereinigtes Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung der Verbrennungsvorrichtung zuführbar ist.
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Die Verbrennungsanlage umfasst vorzugsweise eine Steuervorrichtung zur Steuerung und/oder Regelung der Verbrennungsanlage.
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Insbesondere ist mittels der Steuervorrichtung ein Verfahren zum Betreiben der Verbrennungsanlage durchführbar.
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Die erfindungsgemäße Verbrennungsanlage eignet sich insbesondere zur Verwendung in einer Werkstückbehandlungsanlage.
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Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch eine Werkstückbehandlungsanlage zur Behandlung und/oder Bearbeitung von Werkstücken, insbesondere Fahrzeugkarosserien.
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Die Werkstückbehandlungsanlage umfasst vorzugsweise eine erfindungsgemäße Verbrennungsanlage.
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Die Werkstückbehandlungsanlage umfasst vorzugsweise ferner eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung zur Behandlung und/oder Bearbeitung, insbesondere zum Beschichten, Lackieren, Trocknen, etc., von Werkstücken, insbesondere Fahrzeugkarosserien.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass Abgas aus einem Behandlungsbereich der Werkstückbehandlungsanlage als Oxidator und/oder als Brennstoff zu der Verbrennungsanlage zuführbar ist.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass Wärme aus dem Abgas der Verbrennungsvorrichtung zu einem Behandlungsbereich der Werkstückbehandlungsanlage zuführbar ist.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass eine Abgasführung der Werkstückbehandlungsanlage, insbesondere einer Oberflächenbehandlungsvorrichtung der Werkstückbehandlungsanlage, in die Oxidatorzuführung der Verbrennungsanlage mündet. Auf diese Weise können die in dem Abgas aus einem Behandlungsbereich der Werkstückbehandlungsanlage vorhandenen Schadstoffe besonders einfach chemisch umgewandelt und somit unschädlich gemacht werden.
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Die erfindungsgemäße Verbrennungsanlage und/oder die erfindungsgemäße Werkstückbehandlungsanlage eignen sich insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens zum Betreiben einer Verbrennungsanlage.
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Die vorliegende Erfindung betrifft daher auch ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsanlage.
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Der Erfindung liegt diesbezüglich die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsanlage bereitzustellen, bei welchem mit einem geringen technischen Aufwand Sonnenstrahlung zur Reduktion der benötigten Brennstoffmenge nutzbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsanlage gelöst, welches Folgendes umfasst:
- – Zuführung von Brennstoff zu einer Verbrennungsvorrichtung der Verbrennungsanlage;
- – Zuführen von Oxidator zu der Verbrennungsvorrichtung;
- – Abführen von Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung;
- – Erhitzen eines Wärmeträgermediums mittels einer Solarthermievorrichtung unter Verwendung von Sonnenstrahlung;
- – Übertragen von Wärme mittels eines oder mehrerer Wärmeüberträger von dem Wärmeträgermedium auf den Brennstoff, auf den Oxidator und/oder auf das Abgas.
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Das erfindungsgemäße Verfahren weist vorzugsweise einzelne oder mehrere der im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Verbrennungsanlage und/oder der erfindungsgemäßen Werkstückbehandlungsanlage beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile auf.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Wärmeträgermedium mittels der Solarthermievorrichtung auf höchstens ungefähr 500°C, insbesondere auf höchstens ungefähr 400°C, erhitzt wird, bevor es zum Erhitzen des Brennstoffs, des Oxidators und/oder des Abgases dem einen Wärmeüberträger oder den mehreren Wärmeüberträgern zugeführt wird.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn Wärme von dem Wärmeträgermedium auf ein Additivmedium übertragen wird, welches zusätzlich zu dem Brennstoff und dem Oxidator der Verbrennungsvorrichtung zugeführt wird.
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Das Additivmedium ist insbesondere Wasser.
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Günstig kann es sein, wenn das Additivmedium mittels einer Brennstoffzuführung und/oder mittels einer Oxidatorzuführung gemeinsam mit dem Brennstoff und/oder gemeinsam mit dem Oxidator mittels des einen Wärmeüberträgers oder mittels der mehreren Wärmeüberträger erhitzt und anschließend der Verbrennungsvorrichtung zugeführt wird.
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Günstig kann es sein, wenn das Additivmedium in flüssiger Form der Brennstoffzuführung und/oder der Oxidatorzuführung zugeführt wird. Beim Erhitzen des Additivmediums mittels des einen Wärmeüberträgers oder mittels der mehreren Wärmeüberträger verdampft das Additivmedium vorzugsweise.
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Die Additivvorrichtung zum Zuführen von Additivmedium ist vorzugweise eine Einspritzvorrichtung, eine Zerstäubungsvorrichtung und/oder eine Verdampfungsvorrichtung.
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Ferner können die erfindungsgemäße Verbrennungsanlage, die erfindungsgemäße Werkstückbehandlungsanlage und/oder das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Verbrennungsanlage einzelne oder mehrere der nachfolgend beschriebenen Merkmale und/oder Vorteile aufweisen:
Vorzugsweise wird solare Wärme als Zusatzwärmequelle verwendet.
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Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die Solarthermievorrichtung in bestehende Heizsysteme, insbesondere in eine thermische Abluftreinigung und/oder eine Mikrogasturbine, integriert wird oder ist.
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Durch die Verwendung einer Additivvorrichtung kann der Bereich, in welchem mittels der Solarthermievorrichtung zugeheizt werden kann, d.h. das Heizfenster, vergrößert werden. Die Effizienz der Verbrennungsanlage wird hierdurch vorzugsweise gesteigert.
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Mittels der Solarthermievorrichtung ist vorzugsweise Wärme in einem Temperaturbereich oberhalb von ungefähr 100°C nutzbar. Insbesondere ist dies Wärme in einem Temperaturbereich oberhalb der Nutzungstemperatur zur Warmwasserbereitung, Heizungsunterstützung oder Schwimmbadbeheizung.
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Vorzugsweise ist mittels der Solarthermievorrichtung Wärme in einem Temperaturbereich bis ungefähr 400°C nutzbar. Dieser Temperaturbereich liegt weit unterhalb der für solarthermische Kraftwerke zur Elektrizitätserzeugung üblichen Temperaturbereiche (800°C und mehr).
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Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mittels der Solarthermievorrichtung Wärme in einem Temperaturbereich oberhalb von ungefähr 400°C, insbesondere oberhalb von ungefähr 800°C, nutzbar ist.
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Vorzugsweise wird ein Prozessmedium unter Verwendung von solarer Energie vorgewärmt oder vorgeheizt.
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Vorzugsweise erfolgt eine Unterstützung anstelle einer vollständigen Substituierung von Brennstoff für den Betrieb eines Prozesses.
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Es kann jedoch auch eine beispielsweise zeitweise vollständige Substitution von Brennstoff für den Betrieb eines Prozesses vorgesehen sein.
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Die Verbrennungsvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Mikrogasturbine. Eine solche Mikrogasturbine ist insbesondere eine Stromerzeugungsanlage, welche sowohl mit Gas als auch mit flüssigem Brennstoff betrieben werden kann. Die erzeugte oder zur Verfügung stehende thermische Energie wird mittels einer solchen Mikrogasturbine vorzugsweise in eine drehende Bewegung umgesetzt, mittels welcher eine Generatorvorrichtung zur Erzeugung von Strom antreibbar ist.
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Die in einer Brennkammervorrichtung der Verbrennungsvorrichtung entstehenden Abgase, insbesondere Rauchgase, können beispielsweise mittels einer Turbinenvorrichtung zur Umwandlung der thermischen Energie in Bewegungsenergie expandiert werden.
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Das Abgas aus der Brennkammervorrichtung weist vorzugsweise Restsauerstoff und eine Temperatur zwischen ungefähr 250°C und ungefähr 1000°C auf.
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Ein Vorteil der Gasturbinenvorrichtung kann sein, dass die komplette Wärmeabfuhr über das Abgas auf hohem Temperaturniveau bei einem konstanten Massenstrom erfolgt.
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Günstig kann es sein, wenn die Verbrennungsvorrichtung eine Rekuperatorvorrichtung umfasst. Mittels einer solchen Rekuperatorvorrichtung kann Wärmeenergie aus dem Abgas aus der Brennkammervorrichtung und/oder aus der Turbinenvorrichtung genutzt werden, um den der Brennkammervorrichtung zuzuführenden Oxidator und/oder Brennstoff vorzuheizen, insbesondere bevor oder nachdem der Oxidator und/oder der Brennstoff mittels einer Kompressionsvorrichtung komprimiert werden. Hierdurch kann vorzugsweise die benötigte Brennstoffmenge reduziert und/oder der Wirkungsgrad, insbesondere der elektrische Wirkungsgrad, der Verbrennungsvorrichtung gesteigert werden.
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Vorzugsweise weist eine Mikrogasturbine im Vergleich zu herkömmlichen Industriegasturbinen und/oder im Vergleich zu Gasmotoren im Teillastbetrieb aufgrund der Rekuperation nur geringe Wirkungsgradverluste auf.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn die Verbrennungsvorrichtung eine rekuperative thermische Abluftreinigung (TAR) umfasst.
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Eine solche Abluftreinigung umfasst vorzugweise eine Brennkammervorrichtung, einen Brenner und einen, insbesondere integrierten und/oder regelbaren, Wärmetauscher (Wärmeüberträger) zur Vorwärmung von Abluft aus einem Behandlungsbereich der Werkstückbehandlungsanlage.
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Insbesondere dann, wenn die Verbrennungsvorrichtung eine Mikrogasturbine umfasst, kann vorgesehen sein, dass eine elektrische Leistung der Verbrennungsanlage höchstens ungefähr 1 MW, beispielsweise höchstens ungefähr 500 kW, beträgt. Eine solche Verbrennungsanlage eignet sich insbesondere zur dezentralen Stromversorgung und zur Kraft-Wärme-Kopplung.
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Die Solarthermievorrichtung kann beispielsweise ein konzentrierendes Solarsystem zur Konzentration der Sonnenstrahlung (Solarkollektor) umfassen.
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Das Solarsystem kann beispielsweise Fresnel- und/oder Parabolkollektoren umfassen.
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In den Kollektoren wird vorzugsweise das Wärmeträgermedium geführt, um dasselbe zu erhitzen.
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Insbesondere dann, wenn die Solarthermievorrichtung Fresnelkollektoren umfasst, eignet sich die Solarthermievorrichtung für eine Dachmontage, da aufgrund der flachen Spiegelanordnung der Fresnelkollektoren vorzugsweise sehr geringe Windlasten auftreten.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn die Werkstückbehandlungsanlage ein Gebäude umfasst oder in und/oder an einem Gebäude angeordnet ist. Insbesondere eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung der Werkstückbehandlungsanlage ist dann vorzugsweise innerhalb des Gebäudes angeordnet, während insbesondere die Solarthermievorrichtung, zumindest die Solarkollektoren, auf einem Dach des Gebäudes, an einem anderen Gebäude oder anderweitig räumlich getrennt von der Oberflächenbehandlungsanlage angeordnet ist.
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Mittels des Wärmeträgermediums kann die vorzugsweise auf einem Dach eines Gebäudes eingefangene solare Wärme vorzugsweise auf die innerhalb desselben oder eines anderen Gebäudes angeordnete Verbrennungsvorrichtung übertragen werden.
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Günstig kann es sein, wenn der der Brennkammervorrichtung der Verbrennungsvorrichtung der Verbrennungsanlage zuzuführende Oxidator und/oder Brennstoff durch Zuführung eines Additivs mittels der Additivvorrichtung, insbesondere stromabwärts einer Kompressionsvorrichtung, kühlbar ist. Mittels eines stromabwärts angeordneten Wärmeüberträgers kann dann bei vorgegebenem Temperaturniveau des dem Wärmeüberträger zugeführten Wärmeträgermediums eine größere Wärmemenge auf das der Brennkammervorrichtung und vorzugsweise schließlich der Turbinenvorrichtung zuzuführende Gemisch aus Brennstoff, Oxidator und/oder Additiv übertragen werden. Hierdurch kann mehr solare Energie zum Betrieb der Verbrennungsanlage genutzt werden.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Temperatur von Zuluft einer Mikrogasturbine stromabwärts der Kompressionsvorrichtung (des Verdichters) ungefähr 220°C beträgt. Durch eine, beispielsweise als Wassereinspritzung ausgebildete, Additivvorrichtung und die Zuführung des Additivs zu der Zuluft kann die Temperatur beispielsweise um ungefähr 40 K auf ungefähr 180°C abgesenkt werden. Dies hat den Vorteil, dass der Anteil der regenerativ zugeführten Energie im Rahmen der Vorwärmung gesteigert werden kann, beispielsweise um ungefähr 30 %. Ein Heizfenster, d.h. der Bereich, in welchem mittels des erhitzten Wärmeträgermediums die Zuluft für die Brennkammervorrichtung erhitzt werden kann, kann hierdurch von zunächst ungefähr 220°C bis beispielsweise ungefähr 360°C auf ungefähr 180°C bis ungefähr 360°C erweitert werden.
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Insbesondere dann, wenn als Additivmedium Wasser verwendet wird, kann durch die Verdampfung des Wassers zusätzliches Volumen und damit zusätzliche Leistung erzeugt werden. Die Wärmeenergie wird dabei in Volumenarbeit umgewandelt.
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Eine Additivzuführung (Additivvorrichtung), insbesondere eine Wassereinspritzung, kann sich auch vorteilhaft auf den Schadstoffausstoß der Verbrennungsanlage auswirken, beispielsweise durch Senkung der ausgestoßenen Stickoxide.
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Vorzugsweise wird die Vorwärmung der Verdichteraustrittsluft (Zuluft stromabwärts der Kompressionsvorrichtung) über einen Wärmeüberträger mittels der Solarthermievorrichtung bewerkstelligt.
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Der Rekuperator wird vorzugsweise zur Regelung der Temperatur des Abgases aus der Brennkammervorrichtung stromabwärts der Turbinenvorrichtung verwendet.
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Durch die Trennung von Vorwärmung und Rekuperation kann vorzugsweise der benötigte Brennstoff um das Energieäquivalent reduziert werden, welches mit Hilfe der Vorwärmung mittels der Solarthermievorrichtung zugeführt wird. Neben der Brennstoffeinsparung kann dies den Vorteil bieten, dass ein hohes Temperaturniveau des Abgases aus der Turbinenvorrichtung erhalten bleibt.
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Insbesondere kann eine Kombination aus einer Mikrogasturbine mit solarer Vorwärmung und konstanter (fester) Rekuperation oder variabler (regelbarer) Rekuperation vorgesehen sein.
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Insbesondere dann, wenn als Brennstoff ein niederkaloriger Brennstoff, beispielsweise Biogas, verwendet wird, kann vorgesehen sein, dass mittels der Solarthermievorrichtung, insbesondere mittels des Wärmeträgermediums und des einen oder der mehreren Wärmeüberträger, der Brennstoff erhitzt wird.
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Die Verbrennungsanlage ist vorzugsweise so ausgelegt, dass sie sowohl mit als auch ohne solare Vorwärmung betrieben werden kann.
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Vorteilhaft kann es sein, wenn die Verbrennungsanlage eine Rückführung, insbesondere eine Reingasrückführung oder Abgasrückführung, umfasst.
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Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn die für einen Prozess benötigte Wärmemenge des Reingases oder Abgases zunächst unzureichend ist.
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Die Reingasrückführung oder Abgasrückführung kann ermöglichen, dass der Massenstrom der Prozessabluft und damit des Reingases oder Abgases um den Massenstrom des zurückgeführten Reingases oder Abgases erhöht wird. Damit kann ein zusätzlicher Wärmestrom mit der Temperatur, welche der Austrittstemperatur stromabwärts der Verbrennungsvorrichtung entspricht, bereitgestellt werden.
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Ein an die Atmosphäre abgegebener Massenstrom, insbesondere Abgasmassenstrom, bleibt vorzugsweise konstant, so dass vorzugsweise auch die abgegebene Wärmeenergie und somit die Wärmeverluste an die Atmosphäre unverändert bleiben.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass durch eine Reingasrückführung oder Abgasrückführung der Beitrag der solaren Energie (Wärme), die nutzbar ist, erhöht werden kann. Insbesondere dann, wenn der zusätzliche (rückgeführte) Massenstrom unter Verwendung der solaren Energie (Wärme) zusätzlich erhitzbar ist.
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Die erfindungsgemäße Verbrennungsanlage eignet sich zur Anwendung überall dort, wo eine ausreichend hohe jährliche Sonnen-Direktstrahlung (beispielsweise DNI > 500 kWh/(m2a), insbesondere DNI > 1.500 kWh/(m2a)) vorliegt. Vorzugsweise wird hierbei eine solare Vorwärmung im mittleren Prozesswärmebereich (bis ungefähr 400°C) ermöglicht.
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Luft, insbesondere Zuluft, kann Schadstoffe enthalten. Schadstoffe sind beispielsweise Stoffe, welche in einem Behandlungsbereich einer Werkstückbehandlungsanlage, beispielsweise in einem Lackierbereich einer Lackieranlage, an die durch den Behandlungsbereich hindurchgeführte Luft abgegeben werden.
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Schadstoffe sind insbesondere thermisch zersetzbare und/oder thermisch verwertbare, beispielsweise brennbare und/oder oxidierbare, Stoffe, welche nicht oder nur in sehr geringer Menge in die Umwelt abgegeben werden dürfen.
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Weitere bevorzugte Merkmale und/oder Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung und der zeichnerischen Darstellung von Ausführungsbeispielen.
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In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Werkstückbehandlungsanlage mit einer ersten Ausführungsform einer Verbrennungsanlage, welche eine als thermische Oxidationsvorrichtung ausgebildete Verbrennungsvorrichtung und zwei Solarthermievorrichtungen umfasst;
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2 eine schematische Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Verbrennungsanlage, welche eine als thermische Oxidationsvorrichtung ausgebildete Verbrennungsvorrichtung und eine Solarthermievorrichtung umfasst; und
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3 eine schematische Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Verbrennungsanlage, welche eine als Gasturbinenvorrichtung ausgebildete Verbrennungsvorrichtung und eine Solarthermievorrichtung umfasst.
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Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in sämtlichen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Eine in 1 dargestellte Ausführungsform einer als Ganzes mit 100 bezeichneten Werkstückbehandlungsanlage zum Behandeln und/oder Bearbeiten von Werkstücken 102 umfasst beispielsweise eine Oberflächenbehandlungsvorrichtung 104 zum Behandeln und/oder Bearbeiten der Werkstücke 102, insbesondere zum Behandeln und/oder Bearbeiten von Fahrzeugkarosserien 106.
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Die Oberflächenbehandlungsvorrichtung 104 kann beispielsweise eine (nicht dargestellte) Reinigungsanlage zum Reinigen der Werkstücke 102, eine (nicht dargestellte) Beschichtungsanlage zum Beschichten der Werkstücke 102 und/oder eine in 1 dargestellte Trocknungsanlage 108 zum Trocknen der Werkstücke 102, insbesondere zum Trocknen von beschichteten Werkstücken 102, umfassen.
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Eine Beschichtungsanlage kann insbesondere eine Vorbehandlungsanlage, beispielsweise zur Phosphatierung der Werkstücke 102, und/oder eine Lackieranlage, insbesondere eine Spritzlackieranlage und/oder eine Tauchlackieranlage, zum Lackieren der Werkstücke 102 sein.
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Die Trocknungsanlage 108 umfasst vorzugsweise eine (nicht dargestellte) Fördervorrichtung, mittels welcher die Werkstücke 102 in einer Förderrichtung 110 durch verschiedene Abschnitte der Trocknungsanlage 108 hindurch förderbar sind.
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Die Trocknungsanlage 108 umfasst dabei insbesondere eine Einlaufschleuse 112, eine erste Aufheizzone 114, eine Zwischenschleuse 116, eine zweite Aufheizzone 118, eine Haltezone 120 und/oder eine Auslaufschleuse 122.
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Mittels der Trocknungsanlage 108 können die Werkstücke 102 somit über die Einlaufschleuse 112 der ersten Aufheizzone 114 zugeführt und darin erhitzt werden. Über die Zwischenschleuse 116 können die Werkstücke 102 in die zweite Aufheizzone 118 gefördert werden und dort weiter erhitzt werden. Nach der zweiten Aufheizzone 118 gelangen die Werkstücke 102 mittels der Fördervorrichtung in die Haltezone 120. Über die Auslaufschleuse 122 verlassen die Werkstücke 102 die Trocknungsanlage 108.
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Durch das Aufheizen der Werkstücke 102 in der Trocknungsanlage 108 können diese zuverlässig getrocknet werden.
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Die Trocknungsanlage 108, insbesondere die erste Aufheizzone 114 und die zweite Aufheizzone 118, benötigt zum Betrieb derselben eine Wärmezufuhr.
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Hierzu ist vorzugsweise eine Verbrennungsanlage 124 vorgesehen.
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Eine in 1 dargestellte erste Ausführungsform einer solchen Verbrennungsanlage 124 umfasst eine Verbrennungsvorrichtung 126, welche beispielsweise als eine thermische Oxidationsvorrichtung 128 ausgebildet ist.
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Die Verbrennungsvorrichtung 126 umfasst insbesondere eine Brennkammervorrichtung 130 und einen Brenner 132, welcher vorzugsweise in der Brennkammervorrichtung 130 angeordnet ist.
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Die Verbrennungsanlage 124 umfasst ferner eine Brennstoffzuführung 134 zur Zuführung von Brennstoff zu der Verbrennungsvorrichtung 126, insbesondere zur Zuführung von Brennstoff zu dem Brenner 132.
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Ferner umfasst die Verbrennungsanlage 124 eine Oxidatorzuführung 136 zur Zuführung von Oxidator zu der Verbrennungsvorrichtung 126, insbesondere zur Zuführung von Oxidator zu dem Brenner 132.
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Der Oxidator ist insbesondere Luftsauerstoff, so dass die Oxidatorzuführung 136 beispielsweise eine Zuluftzuführung 138 sein kann.
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Als Zuluft kann insbesondere Luft aus einem Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100, beispielsweise aus der ersten Aufheizzone 114, aus der zweiten Aufheizzone 118 und/oder aus der Haltezone 120 der Trocknungsanlage 108 oder aus einem Beschichtungsbereich einer Beschichtungsanlage, verwendet werden. Insbesondere dann, wenn die Luft aus dem Behandlungsbereich 140 thermisch zersetzbare und/oder thermisch verwertbare, beispielsweise brennbare und/oder oxidierbare, Bestandteile enthält, kann vorgesehen sein, dass diese Bestandteile aufkonzentriert werden, bevor die Luft als Zuluft zugeführt wird.
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Alternativ oder ergänzend hierzu kann vorgesehen sein, dass als Zuluft Frischluft aus einer Umgebung der Verbrennungsanlage 124 verwendet wird. Ferner kann alternativ oder ergänzend hierzu vorgesehen sein, dass als Zuluft zurückgeführtes Abgas aus der Verbrennungsanlage 124 verwendet wird.
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Die Verbrennungsanlage 124 umfasst ferner eine Abgasführung 142, mittels welcher Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126, insbesondere Abgas aus der Brennkammervorrichtung 130, abführbar ist.
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Zur effizienten Nutzung der im Betrieb der Verbrennungsanlage 124 anfallenden Wärme ist mindestens ein Wärmeüberträger 144 vorgesehen.
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Beispielsweise ist ein Wärmeüberträger 144 vorgesehen, welcher die Oxidatorzuführung 136 mit der Abgasführung 142 thermisch koppelt, so dass Wärme aus dem Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126 auf den der Verbrennungsvorrichtung 126 zuzuführenden Oxidator übertragbar ist.
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Diesem Wärmeüberträger 144 und vorzugsweise auch einzelnen oder allen weiteren der genannten Wärmeüberträger 144 ist eine Bypass-Vorrichtung 146 zugeordnet.
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Mittels einer Bypass-Vorrichtung 146 kann vorzugsweise Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126, insbesondere aus der Brennkammervorrichtung 130, an dem Wärmeüberträger 144 vorbeigeleitet werden. Zur Steuerung und/oder Regelung der Menge des durch den Wärmeüberträger 144 hindurchgeleiteten Abgasstroms und des an dem Wärmeüberträger 144 vorbeigeleiteten Abgasstroms umfasst die Bypass-Vorrichtung 146 vorzugsweise eines oder mehrere steuerbare und/oder regelbare Ventile 148.
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Um die in dem Abgas der Verbrennungsvorrichtung 126 enthaltene Wärme auf die Werkstückbehandlungsanlage 100, insbesondere auf die in der Trocknungsanlage 108 angeordneten Werkstücke 102 übertragen zu können, ist mindestens ein weiterer Wärmeüberträger 144 vorgesehen.
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Der Wärmeüberträger 144 ermöglicht dabei eine thermische Kopplung der Abgasführung 142 mit einem Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100, beispielsweise mit der ersten Aufheizzone 114, mit der zweiten Aufheizzone 118 und/oder mit der Haltezone 120 der Trocknungsanlage 108.
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Mittels des mindestens einen Wärmeüberträgers 144 kann somit Wärme aus dem Abgas der Verbrennungsvorrichtung 126 auf den mindestens einen Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100 und somit auf die Werkstücke 102 übertragen werden.
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Der mindestens eine weitere Wärmeüberträger 144 ist vorzugsweise Bestandteil einer Umluftvorrichtung 150.
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Die Umluftvorrichtung 150 umfasst einen Wärmeüberträger 144, eine Bypass-Vorrichtung 146, einen Ventilator 152 und eine Umluftführung 154.
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Mittels der Umluftführung 154 und des Ventilators 152 kann Luft aus dem Behandlungsbereich 140 dem Wärmeüberträger 144 zugeführt, darin erhitzt und erneut dem Behandlungsbereich 140 zugeführt werden. Die in dem Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126 enthaltene Wärme wird somit zumindest teilweise auf die aus dem Behandlungsbereich 140 entnommene und dem Behandlungsbereich 140 erneut zuzuführende Luft übertragen.
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Günstig kann es sein, wenn mehreren Behandlungsbereichen 140 jeweils eine Umluftvorrichtung 150 zugeordnet ist.
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So ist bei der in 1 dargestellten Ausführungsform der Werkstückbehandlungsanlage 100 und der Verbrennungsanlage 124 vorgesehen, dass sowohl der ersten Aufheizzone 114 als auch der zweiten Aufheizzone 118 und der Haltezone 120 der Trocknungsanlage 108 jeweils eine Umluftvorrichtung 150 zugeordnet ist.
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Zur Versorgung der Werkstückbehandlungsanlage 100, insbesondere der Trocknungsanlage 108, mit Frischluft ist eine Frischluftvorrichtung 156 vorgesehen.
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Die Frischluftvorrichtung 156 umfasst eine Frischluftzuführung 158 zur Ansaugung von Frischluft, insbesondere aus der Umgebung der Werkstückbehandlungsanlage 100.
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Die Frischluftvorrichtung 156 umfasst ferner einen Wärmeüberträger 144, mittels welchem die Frischluftzuführung 158 und die Abgasführung 142 der Verbrennungsanlage 124 thermisch miteinander gekoppelt sind.
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Mittels einer Bypass-Vorrichtung 146 der Frischluftvorrichtung 156 kann dabei die Menge des durch den Wärmeüberträger 144 der Frischluftvorrichtung 156 geführten Abgases und somit die Menge der von dem Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126 auf die in der Frischluftzuführung 158 geführte Frischluft übertragenen Wärme gesteuert und/oder geregelt werden.
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Die mittels der Frischluftvorrichtung 156 bereitgestellte und vorzugsweise erwärmte Frischluft wird mittels der Frischluftzuführung 158 vorzugsweise der Werkstückbehandlungsanlage 100, insbesondere der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 104, zugeführt.
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Insbesondere wird mittels der Frischluftvorrichtung 156 Frischluft in die Einlaufschleuse 112, in die Zwischenschleuse 116 und/oder in die Auslaufschleuse 122 der Trocknungsanlage 108 eingeleitet.
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Bei einer weiteren Ausführungsform der Werkstückbehandlungsanlage 100 und/oder der Verbrennungsanlage 124 kann vorgesehen sein, dass mittels der Frischluftvorrichtung 156 Frischluft zu der Verbrennungsvorrichtung 126 zuführbar ist.
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Bei der in 1 dargestellten Ausführungsform der Werkstückbehandlungsanlage 100 und/oder der Verbrennungsanlage 124 ist zur Versorgung der Verbrennungsvorrichtung 126 mit Oxidator eine Abluftabführung 160 zur Abführung von Abluft aus der Werkstückbehandlungsanlage 100, insbesondere aus der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 104, vorgesehen.
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Mittels der Abluftabführung 160 kann insbesondere Abluft aus einem Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100 abgeführt und der Verbrennungsvorrichtung 126 zugeführt werden.
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Ferner ist bei der in 1 dargestellten Ausführungsform der Verbrennungsanlage 124 eine Abgasrückführung 162 vorgesehen, mittels welcher ein Teil des Abgases aus der Verbrennungsvorrichtung 126 über die Oxidatorzuführung 136 erneut der Verbrennungsvorrichtung 126 zuführbar ist.
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Mittels der Abgasrückführung 162 ist vorzugsweise ein Teil des Abgases aus der Verbrennungsvorrichtung 126 bezüglich einer Strömungsrichtung des Abgases in der Abgasführung 142 stromaufwärts und/oder stromabwärts der Frischluftvorrichtung 156, insbesondere des Wärmeüberträgers 144 der Frischluftvorrichtung 156, aus der Abgasführung 142 abzweigbar und erneut der Verbrennungsvorrichtung 126 zuführbar.
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Die Abgasrückführung 162 umfasst vorzugsweise mindestens zwei Ventile 148, mittels welchen steuerbar und/oder regelbar ist, ob und wie viel Abgas stromaufwärts der Frischluftvorrichtung 156 oder stromabwärts der Frischluftvorrichtung 156 aus der Abgasführung 142 abgezweigt und erneut der Verbrennungsvorrichtung 126 zugeführt wird. Hierdurch kann die Temperatur des zurückgeführten Abgases beeinflusst werden, da die Temperatur des in der Abgasführung 142 geführten Abgases stromaufwärts der Frischluftvorrichtung 156 aufgrund des in der Frischluftvorrichtung 156 erfolgenden Wärmeübergangs auf die Frischluft größer ist als die Temperatur des Abgases stromabwärts der Frischluftvorrichtung 156.
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Insbesondere die aus einem Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100 entnommene Abluft kann schadstoffhaltig sein.
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Diese Schadstoffe werden vorzugsweise mittels der Verbrennungsvorrichtung 126 unschädlich gemacht, d.h. chemisch umgewandelt, insbesondere in Kohlenstoffdioxid und Wasser, wenn es sich bei den Schadstoffen um organische Substanzen handelt.
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Das Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126 ist somit insbesondere gereinigte Abluft und wird daher auch als Reingas bezeichnet.
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Die Abgasrückführung 162 kann somit auch als Reingasrückführung 164 bezeichnet werden.
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Bei ausschließlicher Verwendung der bislang beschriebenen Bauteile der Werkstückbehandlungsanlage 100 und der Verbrennungsanlage 124 wird zur Erzeugung von Wärme ausschließlich Brennstoff verwendet.
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Der Einsatz von Brennstoff ist jedoch kostenintensiv, so dass eine ergänzende Energiequelle, insbesondere eine ergänzende Wärmequelle, vorteilhaft sein kann.
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Die Verbrennungsanlage 124 umfasst daher vorzugsweise mindestens eine Solarthermievorrichtung 166.
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Die Solarthermievorrichtung 166 umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Solarkollektoren 168, beispielsweise Fresnelkollektoren oder Parabolkollektoren.
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Mittels eines Solarkollektors 168 kann Sonnenstrahlung auf ein Wärmeträgermedium der Solarthermievorrichtung 166 gerichtet werden, um das Wärmeträgermedium zu erhitzen.
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Zur Nutzung der auf diese Weise erhaltenen solaren Wärme umfasst die Solarthermievorrichtung 166 eine Kreislauf 170 des Wärmeträgermediums, welcher den Solarkollektor 168 oder die Solarkollektoren 168 der Solarthermievorrichtung 166 mit einem Wärmeüberträger 144 thermisch koppelt.
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Der Wärmeüberträger 144, welchem das Wärmeträgermedium zuführbar ist, ist beispielsweise mit der Oxidatorzuführung 136 thermisch gekoppelt.
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Auf diese Weise kann die mittels der Solarthermievorrichtung 166 unter Verwendung von Sonnenstrahlung erhaltene Wärme auf den in der Oxidatorzuführung 136 geführten Oxidator übertragen werden.
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Der Wärmeüberträger 144 zur Übertragung der solaren Wärme auf den Oxidator ist bezüglich der Strömungsrichtung des Oxidators in der Oxidatorzuführung 136 vorzugsweise stromaufwärts der Brennkammervorrichtung 130 der Verbrennungsvorrichtung 126 angeordnet.
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Vorzugsweise ist der Wärmeüberträger 144 zur Übertragung der solaren Wärme auf den in der Oxidatorzuführung 136 geführten Oxidator stromaufwärts des Wärmeüberträgers 144 zur Übertragung von Wärme von dem Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126 auf den in der Oxidatorzuführung 136 geführten Oxidator angeordnet.
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Der in der Oxidatorzuführung 136 geführte Oxidator kann somit zunächst unter Verwendung von solarer Wärme und anschließend unter Verwendung der Wärme aus dem Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126 erhitzt werden, bevor der Oxidator der Brennkammervorrichtung 130, insbesondere dem Brenner 132, zugeführt wird.
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Dadurch, dass der Oxidator bei der Zuführung zu der Brennkammervorrichtung 130 eine gegenüber dem herkömmlichen Betrieb erhöhte Temperatur aufweist, kann die zum Aufheizen des Abgases aus der Verbrennungsvorrichtung 126 benötigte Brennstoffmenge bei Erhalt des gewünschten Temperaturniveaus des Abgases reduziert werden.
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Durch die Verwendung der Solarthermievorrichtung 166 kann somit der Brennstoffbedarf der Verbrennungsanlage 124 reduziert werden.
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Alternativ oder ergänzend zu der beschriebenen Solarthermievorrichtung 166 zur Aufheizung des in der Oxidatorzuführung 136 geführten Oxidators kann eine Solarthermievorrichtung 166 zum Aufheizen des in der Abgasführung 142 geführten Abgases (siehe 1) und/oder zum Aufheizen des in der Brennstoffzuführung 134 geführten Brennstoffs (nicht dargestellt) vorgesehen sein.
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Die Solarthermievorrichtung 166 zum Aufheizen des Abgases und/oder die Solarthermievorrichtung 166 zum Aufheizen des Brennstoffs entsprechen hinsichtlich Aufbau und Funktion im Wesentlichen der beschriebenen Solarthermievorrichtung 166 zum Aufheizen des Oxidators in der Oxidatorzuführung 136. Es muss lediglich der Wärmeüberträger 144 zur Übertragung der solaren Wärme statt mit der Oxidatorzuführung 136 mit der Abgasführung 142 bzw. mit der Brennstoffzuführung 134 thermisch gekoppelt werden.
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Wie insbesondere 1 zu entnehmen ist, kann die Solarthermievorrichtung 166 zum Aufheizen des Abgases in der Abgasführung 142 beispielsweise bezüglich der Strömungsrichtung des Abgases zwischen zwei Umluftvorrichtungen 150 mit der Abgasführung 142 thermisch gekoppelt sein. Auf diese Weise kann das Temperaturniveau des Abgases, welches durch die Nutzung der in dem Abgas enthaltenen Wärme mittels der stromaufwärts angeordneten Umluftvorrichtung 150 reduziert wurde, erneut angehoben werden, so dass auch der zweiten Umluftvorrichtung 150 Abgas mit einem hohen Temperaturniveau zugeführt werden kann.
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Zur Steuerung und/oder Regelung der Werkstückbehandlungsanlage 100, insbesondere der Verbrennungsanlage 124, ist eine Steuervorrichtung 171 vorgesehen.
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Die vorstehend beschriebene Werkstückbehandlungsanlage 100 und die vorstehend beschriebene Verbrennungsanlage 124 funktionieren wie folgt:
Mittels der (nicht dargestellten) Fördervorrichtung werden Werkstücke 102, insbesondere lackierte Fahrzeugkarosserien 106, in der Förderrichtung 110 durch mindestens einen Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100 gefördert. Insbesondere werden die Werkstücke 102 durch die erste Aufheizzone 114 und die zweite Aufheizzone 118 sowie durch die Haltezone 120 der Trocknungsanlage 108 der Oberflächenbehandlungsvorrichtung 104 gefördert. Die Werkstücke 102 werden dabei aufgeheizt und hierdurch zuverlässig getrocknet.
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Zur Bereitstellung der zum Aufheizen benötigten Wärme sind mehrere Umluftvorrichtungen 150 vorgesehen, mittels welchen Luft aus den Behandlungsbereichen 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100 entnommen, unter Verwendung von Wärme aus dem Abgas der Verbrennungsvorrichtung 126 erhitzt und erneut den Behandlungsbereichen 140 zugeführt wird.
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Die hohe Temperatur des Abgases aus der Verbrennungsvorrichtung 126 wird dabei einerseits durch chemische Umwandlung von Brennstoff in der Brennkammervorrichtung 130 und andererseits durch Nutzung von Sonnenstrahlung mittels der Solarthermievorrichtung 166 ermöglicht.
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Besonders effizient ist die Verbrennungsanlage 124 dabei insbesondere dann, wenn eine große Menge solarer Wärme mittels der Solarthermievorrichtung 166 bereitgestellt wird.
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Diese solare Wärme wird mittels eines Wärmeträgermediums von den Solarkollektoren 168 der Solarthermievorrichtungen 166 auf den Oxidator in der Oxidatorzuführung 136 und/oder auf das Abgas in der Abgasführung 142 übertragen.
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Die zum Betrieb der Verbrennungsanlage 124 benötigte Brennstoffmenge kann hierdurch reduziert werden.
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Eine in 2 dargestellte zweite Ausführungsform einer Verbrennungsanlage 124 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass beispielhaft nur eine Umluftvorrichtung 150 und nur eine Solarthermievorrichtung 166 vorgesehen sind.
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Die Solarthermievorrichtung 166 ist dabei die Solarthermievorrichtung 166 aus 1 zum Aufheizen des in der Oxidatorzuführung 136 geführten Oxidators.
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Anhand des nachfolgenden Beispiels wird der Nutzen einer Solarthermievorrichtung 166 verdeutlicht:
Ohne die Nutzung von solarer Wärme mittels der Solarthermievorrichtung 166 wird der Verbrennungsvorrichtung 126 beispielsweise Oxidator, insbesondere Abluft aus einem Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100, mit einer Temperatur von ungefähr 180°C zugeführt. Durch Übertragung von Wärme von dem Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126 auf den in der Oxidatorzuführung 136 geführten Oxidator mittels des Wärmeüberträgers 144 wird der Oxidator beispielsweise auf eine Temperatur von ungefähr 440°C erhitzt.
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Mittels des Brenners 132 wird unter Verwendung von Brennstoff eine weitere Erhitzung auf beispielsweise ungefähr 750°C erzielt. Das durch den Wärmeüberträger 144 strömende Abgas der Verbrennungsvorrichtung 126 kühlt sich durch die Übertragung der Wärme auf den Oxidator ab auf eine Temperatur von ungefähr 460°C.
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Bei der Verwendung einer Solarthermievorrichtung 166 zur Vorwärmung des Oxidators ändern sich die vorstehend genannten Werte beispielsweise wie folgt:
Die Abluft aus einem Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100, welche beispielsweise eine Temperatur von 180°C aufweist, wird mittels der Solarthermievorrichtung 166 und des zugehörigen Wärmeüberträgers 144 beispielsweise auf ungefähr 360°C vorgewärmt. Durch die weitere Vorwärmung in dem Wärmeüberträger 144 zur Übertragung von Wärme von dem Abgas aus der Verbrennungsvorrichtung 126 auf den in der Oxidatorzuführung 136 geführten Oxidator wird eine Temperatur von beispielsweise ungefähr 580°C erhalten.
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Die in der Brennkammervorrichtung 130 gewünschte Brennkammertemperatur (insbesondere kalorische Brennkammertemperatur) von ungefähr 750°C kann aufgrund des geringeren Temperaturunterschieds unter Verwendung einer geringeren Brennstoffmenge erhalten werden. Insbesondere wird die benötigte Brennstoffmenge um diejenige Menge reduziert, welche hinsichtlich der freisetzbaren Energie der eingebrachten solaren Energie entspricht.
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Im Übrigen stimmt die in 2 dargestellte zweite Ausführungsform der Verbrennungsanlage 124 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Eine in 3 dargestellte dritte Ausführungsform einer Verbrennungsanlage 124 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform im Wesentlichen dadurch, dass die Verbrennungsvorrichtung 126 eine Gasturbinenvorrichtung 172 umfasst.
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Die Gasturbinenvorrichtung 172 ist insbesondere eine Mikrogasturbinenvorrichtung, welche beispielsweise in einem Leistungsbereich unterhalb von 500 kWel betreibbar ist.
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Die Gasturbinenvorrichtung 172 umfasst eine Kompressionsvorrichtung 174, eine Turbinenvorrichtung 176, eine Generatorvorrichtung 178 und einen Rekuperator 180.
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Die Kompressionsvorrichtung 174 dient der Komprimierung der der Brennkammervorrichtung 130 zuzuführenden Fluide, insbesondere des Oxidators.
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Mittels der Turbinenvorrichtung 176 ist das Abgas aus der Brennkammervorrichtung 130 zur Umwandlung der darin enthaltenen Energie in mechanische Energie entspannbar.
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Mittels des Rekuperators 180, welcher als ein Wärmeüberträger 144 ausgebildet ist, kann Wärme aus dem in der Abgasführung 142 geführten Abgas auf den in der Oxidatorzuführung 136 geführten Oxidator und/oder ein (noch zu beschreibendes) Additiv übertragen werden.
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Mittels der Generatorvorrichtung 178 kann die mittels der Turbinenvorrichtung 176 erzeugte mechanische Energie zur Stromerzeugung genutzt werden.
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Die Turbinenvorrichtung 176, die Kompressionsvorrichtung 174 und die Generatorvorrichtung 178 sind vorzugsweise auf einer gemeinsamen Welle 182 angeordnet.
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Die mittels der Turbinenvorrichtung 176 erzeugte mechanische Energie kann somit besonders einfach auf die Generatorvorrichtung 178 zur Stromerzeugung und auf die Kompressionsvorrichtung 174 zur Komprimierung des Oxidators übertragen werden.
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Vorzugsweise umfasst die Verbrennungsanlage 124 eine Additivvorrichtung 184, mittels welcher dem Oxidator, dem Brennstoff und/oder dem Abgas ein Additiv zuführbar ist.
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Bei der in 3 dargestellten dritten Ausführungsform der Verbrennungsanlage 124 ist die Additivvorrichtung 184 beispielsweise als eine Wassereinspritzung 186 zur Einspritzung von Wasser in die Oxidatorzuführung 136 ausgebildet.
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Mittels der Additivvorrichtung 184 kann insbesondere ein Additiv zugeführt werden, welches in der Brennkammervorrichtung 130 im Wesentlichen chemisch inert ist, d.h. vorzugsweise nicht mit dem Oxidator und/oder dem Brennstoff chemisch reagiert.
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Insbesondere dann, wenn das Additiv Wasser ist, kann durch die Verwendung einer Additivvorrichtung 184 der in der Oxidatorzuführung 136 geführte Oxidator, insbesondere Abluft aus einem Behandlungsbereich 140 der Werkstückbehandlungsanlage 100, effizient gekühlt werden.
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Insbesondere kann der so gekühlte Oxidator zusammen mit dem Additiv dem Wärmeüberträger 144 zur Übertragung von solarer Wärme auf den Oxidator und/oder dem Wärmeüberträger 144 zur Übertragung von Wärme von dem Abgas aus der Brennkammervorrichtung 130 auf den Oxidator zugeführt werden. Aufgrund des vorgegebenen Temperaturniveaus des Wärmeträgermediums der Solarthermievorrichtung 166 und/oder aufgrund des vorgegebenen Temperaturniveaus des Abgases aus der Verbrennungsvorrichtung 126, insbesondere der Brennkammervorrichtung 130, kann durch die Vorkühlung des Oxidators mittels des Additivs eine Temperaturdifferenz zwischen der Eintritts- und der Austrittstemperatur des Oxidators in dem Wärmeüberträger 144 oder den Wärmeüberträgern 144 erhöht werden.
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Insbesondere kann hierdurch die Menge der solaren Wärme, welche durch die Solarthermievorrichtung 166 bereitgestellt und auf den Oxidator und/oder das Additiv übertragen wird, erhöht werden. Hierdurch kann sich eine weitere Brennstoffersparnis beim Betrieb der Verbrennungsanlage 124 ergeben.
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Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass mittels der Additivvorrichtung 184 die Temperatur des Oxidators stromabwärts der Kompressionsvorrichtung 174 von beispielsweise ungefähr 220°C auf ungefähr 180°C reduziert wird. Das nutzbare Vorwärmfenster, welches zwischen der Temperatur des Oxidators und der Temperatur des Wärmeträgermediums der Solarthermievorrichtung 166 liegt, wird hierdurch von beispielsweise 220°C bis 360°C auf beispielsweise ungefähr 180°C bis 360°C erhöht. Insbesondere dann, wenn das Additiv durch die Wärmeaufnahme (beim Abkühlen des Oxidators) verdampft, kann ein zusätzliches Volumen eingebracht werden, welches zur Leistungssteigerung der Gasturbinenvorrichtung 172 beitragen kann.
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Im Übrigen stimmt die in 3 dargestellte dritte Ausführungsform der Verbrennungsanlage 124 hinsichtlich Aufbau und Funktion mit der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform überein, so dass auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.