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EP3724584B1 - Heizraum zum bereitstellen einer wärme und sprühtrockner zum trocknen eines zu trocknenden gutes - Google Patents

Heizraum zum bereitstellen einer wärme und sprühtrockner zum trocknen eines zu trocknenden gutes Download PDF

Info

Publication number
EP3724584B1
EP3724584B1 EP18836454.1A EP18836454A EP3724584B1 EP 3724584 B1 EP3724584 B1 EP 3724584B1 EP 18836454 A EP18836454 A EP 18836454A EP 3724584 B1 EP3724584 B1 EP 3724584B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
heating compartment
measuring sensor
sensor
combustion chamber
compartment according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
EP18836454.1A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3724584A1 (de
Inventor
Matthias Lübbers
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Luebbers Anlagen und Umwelttechnik GmbH
Original Assignee
Luebbers Anlagen und Umwelttechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Luebbers Anlagen und Umwelttechnik GmbH filed Critical Luebbers Anlagen und Umwelttechnik GmbH
Publication of EP3724584A1 publication Critical patent/EP3724584A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3724584B1 publication Critical patent/EP3724584B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B23/00—Heating arrangements
    • F26B23/02—Heating arrangements using combustion heating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/06—Controlling, e.g. regulating, parameters of gas supply
    • F26B21/10—Temperature; Pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/02—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air
    • F26B3/06—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour flowing through the materials or objects to be dried
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/02—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air
    • F26B3/10—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour carrying the materials or objects to be dried with it
    • F26B3/12—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour carrying the materials or objects to be dried with it in the form of a spray, i.e. sprayed or dispersed emulsions or suspensions

Definitions

  • the invention relates to a boiler room for providing heat, the boiler room having a combustion chamber for generating the heat by burning a fuel. Furthermore, the invention relates to a spray dryer for drying an item to be dried.
  • a boiler room is used to provide heat, which is generated by direct or indirect firing.
  • a boiler room is, for example, an air heater for heating air for industrial processes, for example for drying a product to be dried in a drying tower and/or spray dryer.
  • directly fired air heaters in particular, there are fluctuations in the temperature of the heated air, which is only detected there during the usual temperature measurement at the exit from the air heater and can therefore no longer be corrected when it enters the subsequent spray dryer. These temperature fluctuations lead to a deterioration in the product quality and, due to the settling of the product to be dried due to locally elevated temperatures, to an increased risk of fire and/or explosion.
  • WO 2010/051816 A2 describes a rotary dryer for stone materials in which the temperature sensors are located in one or more lifters or burner lifters inside of the rotary dryer are installed in such a way that the temperature sensors are protected from wear and tear by the stone materials behind mechanical protection.
  • the DE 20 2017 100 733 U1 discloses an air heater for a drying tower having a combustor with a sacrificial combustor located within the combustor to achieve even heat distribution within the combustor and a more even delivery of heat generated by combustion to the process air in the air heating chamber.
  • the EP 1 645 350 A1 describes a metal component produced by means of a casting process, in which one or more temperature-sensitive functional elements, sensors and/or actuators for monitoring the casting process and the component are cast.
  • the object of the invention is to improve the prior art.
  • the object is achieved by a boiler room for providing heat according to claim 1.
  • Advantageous embodiments of the boiler room are specified in claims 2 to 9.
  • the object is achieved by a spray dryer for drying an item to be dried according to claim 10.
  • a temperature for example, can be recorded as a measured variable directly in the boiler room and/or on the combustion chamber.
  • a temperature distribution within the boiler room and/or on the combustion chamber can be recorded and thus the combustion process and/or the flow guidance within the boiler room can be optimized.
  • the receiver can read out and/or evaluate the measurement signals outside of the boiler room at ambient temperatures.
  • a “boiler room” is understood to mean, in particular, a room in which heat is generated by burning a fuel in a combustion chamber in the boiler room. During combustion, a high temperature in a range of approximately 500° C. to 1,200° C. is present in the boiler room in particular.
  • a boiler room is, for example, an air heater in which the flue gases from combustion give off their heat to process air to be heated in air heating chambers. Such boiler rooms are used, for example, in spray dryers.
  • a “measuring sensor” is in particular a technical component which certain physical and / or chemical Properties of its environment recorded qualitatively or quantitatively.
  • the amount of heat, temperature, humidity, pressure, size of the sound field, electrochemical potential and/or another property is determined by means of a measuring sensor.
  • the detected qualitative or quantitative measured variable is converted in particular by the measuring sensor into an electrical measuring signal that can be further processed.
  • a measuring sensor is a passive sensor, particularly with regard to the use of energy, since it does not require any auxiliary electrical energy to generate an electrical signal.
  • the measuring sensor has a current-generating piezo element.
  • a measurement sensor is in particular a SAW sensor (Service Acoustic Wave; for example a SAW sensor element from SAW COMPONENTS Dresden GmbH, which uses an acoustic surface wave which then propagates on a surface of the SAW sensor in only two dimensions.
  • a SAW sensor consists in particular of a piezoelectric substrate on which metallic structures (transponder and reflector) are applied.In the case of a SAW sensor, in particular a radiated signal is returned as an echo via the same antenna, after which the signal has run through the surface acoustic wave structure and is sent to two or several structures is reflected.
  • the SAW sensor uses in particular the dependence of the surface wave speed on the mechanical stress and/or the temperature.
  • the SAW sensor is particularly stable in a wide temperature range from -55°C to over 1,200°C.
  • a "self-sufficient energy supply” is in particular a supply of the measuring sensor with the required energy, which is generated exclusively by the measuring sensor itself or by an external receiver assigned to the measuring sensor.
  • the self-sufficient energy supply is in particular free of the provision of the required energy by means of a battery and/or a current-carrying cable.
  • a self-sufficient energy supply can in particular provide energy continuously and thus ensure a very long service life of the measuring sensor of more than 10,000 hours, preferably more than 50,000 hours.
  • a “piezo element” is, in particular, a component that uses the piezo effect to generate an electrical voltage when a mechanical force is applied.
  • a piezo element in particular, a component that uses the piezo effect to generate an electrical voltage when a mechanical force is applied.
  • the applied pressure acts on the piezo element only from two opposite sides.
  • a directional deformation can thus be implemented in particular by clamping the piezo element in two opposite side walls, for example of an incision in the combustion chamber.
  • Process air with an optimal drying temperature for a drying tower and/or spray dryer is provided by means of the heating room. Consequently, a very homogeneous drying and a high-quality drying product can be achieved.
  • An air heater 101 has a combustion chamber 103 .
  • a burner 105 is arranged at an upper side of the combustion chamber 103 .
  • the burner 105 is connected to a combustion air supply 119 and a combustion gas supply 121 .
  • a sacrificial combustion chamber 107 with a plurality of holes 109 is arranged below the burner 105 in the center of the combustion chamber 103 .
  • the air heater 101 has an all-round process air inlet 113 at the bottom.
  • the air heater 101 On its upper side and its side walls, the air heater 101 has an all-round air heating chamber 111, which is designed as meandering flow channels.
  • the air heating chamber 111 ends in a process air outlet 115.
  • the combustion chamber 103 is connected to a circumferential flue gas outlet 123, which ends in a flue gas outlet 117.
  • a first SAW temperature sensor 131 is arranged in the process air inlet 113 in the air heater 101 .
  • a second SAW temperature sensor 133 is located in the lower area and a third SAW temperature sensor 135 in the upper area of the sacrificial combustion chamber 107.
  • a fourth SAW temperature sensor 137 is in transition from the combustion chamber 103 arranged in the flue gas outlet 123.
  • a fifth SAW temperature sensor 139 is located in the process air outlet 115.
  • the first SAW temperature sensor 131, the second SAW temperature sensor 133, the third SAW temperature sensor 135, the fourth SAW temperature sensor 137 and the fifth SAW temperature sensor 139 each have a piezoelectric substrate 141, a transmitter 143, an antenna 145 and a Dimensions of 5 ⁇ 3 mm 2 and a weight of 2 g.
  • External to the air heater 101 is an external receiver 149 at ambient temperature.
  • the second and the third SAW temperature sensors 133 and are arranged in a notch 151 of the sacrificial combustion chamber 107, respectively. These two SAW temperature sensors 133 and 135 are cast together with their associated antenna 145 in the incision 151 using quartz glass 147 as a sealing material for protection, so that the incision 151 is completely filled with quartz glass 147 .
  • the respective piezoelectric substrates 141 of the second and third SAW temperature sensors 133 and 135 are clamped in a vertical dimension of the cut 151, respectively. In contrast, the horizontal alignment of the two SAW temperature sensors 133 and 135 is less than the horizontal dimension of the incision 151.
  • a fuel gas is supplied to the burner 105 via the fuel gas supply 121 and a combustion air via the combustion air supply 119 and is burned, with a corresponding flame being formed within the sacrificial combustion chamber 107 .
  • Forming smoke gases flow through the holes 109 of the sacrificial combustion chamber 107 into the combustion chamber 103.
  • thermal energy of combustion generated is released to the circumferential air heating chamber 111 .
  • process air with an ambient temperature of 20° C. is continuously introduced into the air heating chamber 111 via the process air inlet 113 , which is measured by the first SAW temperature sensor 131 and transmitted to the receiver 149 .
  • the flue gases that form flow through the all-round flue gas outlet 123 , which has contact surfaces with the air heating chamber 111 , so that thermal energy of the flue gases is released to the process air in the air heating chamber 111 .
  • the process air heats up as it flows through the air heating chamber 111 and leaves the process air outlet 115 at a temperature of 300° C., which is measured by the fifth SAW temperature sensor 131 and transmitted to the receiver 149 . After leaving the process air outlet 115 of the air heater 101, this heated process air is fed directly to a drying tower for drying milk.
  • the five SAW temperature sensors 131, 133, 135, 137 and 139 each measure the temperature and send their temperature measurement signals to the external receiver 149 outside the air heater 101 by means of their transmitter 143 and their antenna 145, respectively second SAW temperature sensor 133 and third SAW temperature sensor 135 receive their electric power supply for measurement and transmission of the temperature measurement signals via the piezoelectric substrate clamped in the respective incision 151, which generate an electrical voltage due to the clamping.
  • the first SAW temperature sensor 131, the fourth SAW temperature sensor 137 and the fifth SAW temperature sensor 139 receive a discontinuous electrical voltage supply from the received signal of the receiver 149.
  • the five SAW temperature sensors 131, 133, 135, 137 and 139 transmit their temperature measurement signals and associated identification information at different frequencies in the band from 2400MHz to 2483MHz.
  • the external receiver 149 can clearly identify the five SAW temperature sensors 131, 133, 135, 137 and 139 and clearly assign the transmitted temperature signals to them.
  • the external receiver 149 monitors the temperature signals from the five SAW temperature sensors 131, 133, 135, 137 and 139 during combustion of the fuel gas in the combustion chamber 103.
  • the second SAW temperature sensor 133 and the third SAW temperature sensor 135 have an excessively large temperature difference of 50° C. and consequently the temperature measured by the fifth SAW temperature sensor 139 is below the setpoint temperature of 300° C. at the process air outlet 115 . Then, via a programmable logic controller, not shown, an increase in the Fuel gas supply 121 and the combustion air supply 119 effected so that the combustion is improved.
  • the second SAW temperature sensor 133 and the third SAW temperature sensor 135 then determine a rising, aligning temperature, and after the temperature measurement signals have been transmitted to the external receiver 149, this detects that the sacrificial combustion chamber 107 is again at the target temperature of 800°C and the setpoint process air outlet temperature of 300° C. has been set again at the process air outlet on the basis of the temperature measurement value of the fifth SAW temperature sensor 139 .
  • an air heater which, due to temperature monitoring at various points within the air heater, ensures uniform heat distribution and thus optimal fuel gas utilization and an optimal process air temperature for a subsequent drying process in a spray dryer.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Drying Of Solid Materials (AREA)

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Heizraum zum Bereitstellen einer Wärme, wobei der Heizraum eine Brennkammer zum Erzeugen der Wärme durch ein Verbrennen eines Brennstoffes aufweist. Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Sprühtrockner zum Trocknen eines zu trocknenden Gutes.
  • Ein Heizraum dient der Bereitstellung einer Wärme, welche durch direkte oder indirekte Befeuerung erzeugt wird. Bei einem Heizraum handelt es sich beispielsweise um einen Lufterhitzer zum Erwärmen von Luft für industrielle Prozesse, beispielsweise für das Trocknen eines zu trocknenden Produktes in einem Trockenturm und/oder Sprühtrockner. Vor allem bei direkt befeuerten Lufterhitzern kommt es zu Schwankungen in der Temperatur der erhitzten Luft, welche bei der üblichen Temperaturmessung beim Austritt aus dem Lufterhitzer erst dort festgestellt wird und somit beim Eintritt in den nachfolgenden Sprühtrockner nicht mehr korrigiert werden kann. Diese Temperaturschwankungen führen zur Verschlechterung der Produktqualität und durch Absetzen des zu trocknenden Produktes aufgrund lokal erhöhter Temperaturen zu einer erhöhten Brand- und/oder Explosionsgefahr.
  • In der WO 2010/051816 A2 ist ein Rotationstrockner für Steinmaterialien beschrieben, bei dem die Temperatursensoren in einem oder mehreren Hebern oder Brennerhebern im Inneren des Rotationstrockner derart eingebaut sind, dass die Temperatursensoren hinter einem mechanischen Schutz vor Verschleiß durch die Steinmaterialien geschützt sind.
  • Die DE 20 2017 100 733 U1 offenbart einen Lufterhitzer für einen Trockenturm mit einer Brennkammer, wobei innerhalb der Brennkammer eine Opferbrennkammer angeordnet ist, um eine gleichmäßige Hitzeverteilung innerhalb der Brennkammer und eine gleichmäßigere Abgabe der durch die Verbrennung erzeugten Wärme an die Prozessluft in der Lufterhitzungskammer zu erzielen.
  • Die EP 1 645 350 A1 beschreibt ein mittels eines Gussverfahrens hergestelltes Bauteil aus Metall, in dem ein oder mehrere temperaturempfindliche Funktionselemente, Sensoren und/oder Aktoren zum Überwachen des Gießvorgangs und des Bauteils eingegossen werden.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, den Stand der Technik zu verbessern.
  • Gelöst wird die Aufgabe durch einen Heizraum zum Bereitstellen einer Wärme nach Anspruch 1. Vorteilhafte Ausführungsformen des Heizraums sind in den Ansprüchen 2 bis 9 angegeben. Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch einen Sprühtrockner zum Trocknen eines zu trocknenden Gutes nach Anspruch 10.
  • Dadurch, dass ein Messsensor frei von einer externen kabelbasierten Energieversorgung im Heizraum angeordnet ist, ist beispielsweise eine Temperatur als Messgröße direkt im Heizraum und/oder an der Brennkammer erfassbar.
  • Zudem kann durch die Anordnung mehrerer Messsensoren eine Temperaturverteilung innerhalb des Heizraums und/oder an der Brennkammer erfasst und somit der Verbrennungsprozess und/oder die Strömungsführung innerhalb des Heizraums optimiert werden.
  • Somit kann eine sehr konstante Temperatur im Ausgang des Heizraums, beispielsweise in der erhitzten Prozessluft für industrielle Prozesse, erzielt werden.
  • Dadurch, dass mit dem zugehörigen Sender eines Messsensors auch Informationen zur Identifizierung des Messsensors sendbar sind, kann sehr schnell ein fehlerhafter Messsensor erkannt und/oder ausgetauscht werden.
  • Durch den Empfänger kann das Auslesen und/oder Auswerten der Messsignale außerhalb des Heizraums bei Umgebungstemperaturen erfolgen.
  • Unter einem "Heizraum" wird insbesondere ein Raum verstanden, in welchem Wärme durch Verbrennen eines Brennstoffes in einer Brennkammer im Heizraum erzeugt wird. Beim Verbrennen liegt in dem Heizraum insbesondere eine hohe Temperatur in einem Bereich von ca. 500°C bis 1.200°C vor. Bei einem Heizraum handelt es sich beispielsweise um einen Lufterhitzer, bei dem die Rauchgase aus der Verbrennung ihre Wärme an eine aufzuheizende Prozessluft in Lufterhitzungskammern abgeben. Derartige Heizräume werden beispielsweise bei Sprühtrockner eingesetzt.
  • Ein "Messsensor" ist insbesondere ein technisches Bauteil, welches bestimmte physikalische und/oder chemische Eigenschaften seiner Umgebung qualitativ oder quantitativ erfasst. Mittels eines Messsensors wird insbesondere die Wärmemenge, Temperatur, Feuchtigkeit, Druck, Schallfeldgröße, elektrochemisches Potential und/oder eine andere Eigenschaft bestimmt. Die erfasste qualitative oder quantitative Messgröße wird insbesondere durch den Messsensor in ein weiterverarbeitbares elektrisches Messsignal umgeformt. Ein Messsensor ist insbesondere im Hinblick auf die Energieverwendung ein passiver Sensor, da dieser keine elektrische Hilfsenergie zum Erzeugen eines elektrischen Signals benötigt.
  • Insbesondere weist der Messsensor ein stromerzeugendes Piezoelement auf. Ein Messsensor ist insbesondere ein SAW-Sensor (Service Acoustic Wave; beispielsweise ein SAW-Sensorelement der SAW COMPONENTS Dresden GmbH, welcher eine akustische Oberflächenwelle ausnutzt, welche sich danach auf einer Oberfläche nur in zwei Dimensionen des SAW-Sensors ausbreitet. Ein SAW-Sensor besteht insbesondere aus einem piezoelektrischen Substrat, auf dem metallische Strukturen (Transponder und Reflektor) aufgebracht sind. Bei einem SAW-Sensor wird insbesondere ein eingestrahltes Signal als Echo über die gleiche Antenne zurückgegeben, nach dem das Signal durch die akustische Oberflächenwellenstruktur gelaufen ist und an zwei oder mehreren Strukturen reflektiert wird. Hierbei nutzt der SAW-Sensor insbesondere die Abhängigkeit der Oberflächenwellengeschwindigkeit von der mechanischen Verspannung und/oder der Temperatur. Der SAW-Sensor ist insbesondere in einem weiten Temperaturbereich von -55°C bis über 1.200°C beständig.
  • Eine "autarke Energieversorgung" ist insbesondere eine Versorgung des Messsensors mit der benötigten Energie, welche ausschließlich durch den Messsensor selbst oder einem dem Messsensor zugeordneten externen Empfänger erzeugt wird. Die autarke Energieversorgung ist insbesondere frei von der Bereitstellung der benötigten Energie mittels einer Batterie und/oder eines stromführenden Kabels. Eine autarke Energieversorgung kann insbesondere kontinuierlich Energie bereitstellen und somit eine sehr lange Standzeit des Messsensors von über 10.000 Stunden, bevorzugt über 50.000 Stunden gewährleisten.
  • Ein "Piezoelement" ist insbesondere ein Bauteil, welches den Piezoeffekt ausnutzt, um beim Einwirken einer mechanischen Kraft eine elektrische Spannung zu erzeugen. Insbesondere tritt bei einer gerichteten Verformung des Piezoelementes eine Änderung der elektrischen Polarisation und somit ein Auftreten einer elektrischen Spannung am Piezoelement auf. Bei der gerichteten Verformung wirkt der angelegte Druck insbesondere nur von zwei gegenüberliegenden Seiten auf das Piezoelement. Somit ist eine gerichtete Verformung insbesondere durch das Einspannen des Piezoelementes in zwei sich gegenüberliegenden Seitenwänden beispielsweise eines Einschnittes in der Brennkammer realisierbar.
  • Mittels des Heizraums wird eine Prozessluft mit einer optimalen Trocknungstemperatur für einen Trockenturm und/oder Sprühtrockner bereitgestellt. Folglich kann eine sehr homogene Trocknung und ein qualitativ sehr hochwertiges Trocknungsprodukt erzielt werden.
  • Im Weiteren wird die Erfindung anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt
    • Figur 1
    eine stark schematische Schnittdarstellung eines Lufterhitzers mit einer Brennkammer und sechs SAW-Temperatursensoren.
  • Ein Lufterhitzer 101 weist eine Brennkammer 103 auf. An einer Oberseite der Brennkammer 103 ist ein Brenner 105 angeordnet. Der Brenner 105 ist mit einer Brennluftzufuhr 119 und einer Brenngaszufuhr 121 verbunden. Unterhalb des Brenners 105 in der Mitte der Brennkammer 103 ist eine Opferbrennkammer 107 mit einer Vielzahl von Löchern 109 angeordnet.
  • Des Weiteren weist der Lufterhitzer 101 unten einen rundumlaufenden Prozessluftzugang 113 auf. An seiner Oberseite und seinen Seitenwänden weist der Lufterhitzer 101 eine rundumlaufenden Lufterhitzungskammer 111 auf, welche als meanderförmige Strömungskanäle ausgeführt ist. Die Lufterhitzungskammer 111 endet in einem Prozessluftabgang 115. Die Brennkammer 103 ist mit einem rundumlaufenden Rauchgasabzug 123 verbunden, welcher in einem Rauchgasabgang 117 endet.
  • In dem Lufterhitzer 101 ist ein erster SAW-Temperatursensor 131 im Prozessluftzugang 113 angeordnet. Ein zweiter SAW-Temperatursensor 133 befindet sich im unteren Bereich und ein dritter SAW-Temperatursensor 135 im oberen Bereich der Opferbrennkammer 107. Ein vierter SAW-Temperatursensor 137 ist im Übergang von der Brennkammer 103 in den Rauchgasabzug 123 angeordnet. Ein fünfter SAW-Temperatursensor 139 befindet sich im Prozessluftabgang 115.
  • Der erste SAW-Temperatursensor 131, der zweite SAW-Temperatursensor 133, der dritte SAW-Temperatursensor 135, der vierte SAW-Temperatursensor 137 und der fünfte SAW-Temperatursensor 139 weisen jeweils ein piezoelektrisches Substrat 141, einen Sender 143, eine Antenne 145 sowie eine Abmessung von 5 × 3 mm2 und ein Gewicht von 2 g auf. Außerhalb des Lufterhitzers 101 ist ein externer Empfänger 149 unter Umgebungstemperatur angeordnet.
  • Der zweite und der dritte SAW-Temperatursensor 133 und jeweils in einem Einschnitt 151 der Opferbrennkammer 107 angeordnet. Diese beiden SAW-Temperatursensoren 133 und 135 sind jeweils zusammen mit ihrer zugehörigen Antenne 145 in dem Einschnitt 151 mittels eines Quarzglases 147 als Vergussmaterial zum Schutz eingegossen, sodass der Einschnitt 151 vollständig mit Quarzglas 147 ausgefüllt ist. Das jeweilige piezoelektrische Substrat 141 des zweien und des dritten SAW-Temperatursensors 133 und 135 sind jeweils in einer vertikalen Abmessung des Einschnittes 151 fest eingespannt. Dagegen ist die horizontale Ausrichtung der beiden SAW-Temperatursensoren 133 und 135 geringer als die horizontale Abmessung des Einschnittes 151.
  • Im Lufterhitzer 101 wird ein Brenngas über die Brenngaszufuhr 121 und eine Brennluft über die Brennluftzufuhr 119 dem Brenner 105 zugeführt und verbrannt, wobei sich eine entsprechende Flamme innerhalb der Opferbrennkammer 107 ausbildet. Sich bildende Rauchgase strömen durch die Löcher 109 der Opferbrennkammer 107 in die Brennkammer 103.
  • Aus der Brennkammer 103 wird eine erzeugte thermische Energie der Verbrennung an die rundumlaufende Lufterhitzungskammer 111 abgegeben. Dazu wird über den Prozessluftzugang 113 kontinuierlich Prozessluft mit einer Umgebungstemperatur von 20°C in die Lufterhitzungskammer 111 eingebracht, welche vom ersten SAW-Temperatursensor 131 gemessen und an den Empfänger 149 übertragen wird. Die sich bildenden Rauchgase strömen durch den rundumlaufenden Rauchgasabzug 123, welcher Kontaktflächen zu der Lufterhitzungskammer 111 aufweist, sodass eine thermische Energie der Rauchgase an die Prozessluft in der Lufterhitzungskammer 111 abgegeben wird. Dadurch erwärmt sich die Prozessluft beim Durchströmen der Lufterhitzungskammer 111 und verlässt den Prozessluftabgang 115 mit einer Temperatur von 300°C, welche vom fünften SAW-Temperatursensor 131 gemessen und an den Empfänger 149 übertragen wird. Diese erwärmte Prozessluft wird nach Verlassen des Prozessluftabganges 115 des Lufterhitzers 101 direkt einem Trockenturm zum Trocknen von Milch zugeführt.
  • Während des Verbrennen des Brenngases im Lufterhitzer 101 messen die fünf SAW-Temperatursensoren 131, 133, 135, 137 und 139 jeweils die Temperatur und senden ihre Temperaturmesssignale jeweils mittels ihres Senders 143 und ihrer Antenne 145 an den externen Empfänger 149 außerhalb des Lufterhitzers 101. Der zweite SAW-Temperatursensor 133 und der dritte SAW-Temperatursensor 135 erhalten ihre elektrische Spannungsversorgung zum Messen und Übertragen der Temperaturmesssignale über das im jeweiligen Einschnitt 151 eingespannten piezoelektrischen Substrat, welches aufgrund der Einspannung jeweils eine elektrische Spannung erzeugen.
  • Der erste SAW-Temperatursensor 131, der vierte SAW-Temperatursensor 137 und der fünfte SAW-Temperatursensor 139 erhalten eine diskontinuierliche elektrische Spannungsversorgung aus dem empfangenen Signal des Empfängers 149.
  • Die fünf SAW-Temperatursensoren 131, 133, 135, 137 und 139 senden ihre Temperaturmesssignale und zugehörige Informationen zur Identifizierung mit unterschiedlichen Frequenzen im Bandbereich von 2.400MHz bis 2.483MHz. Dadurch kann der externe Empfänger 149 eindeutig die fünf SAW-Temperatursensoren 131, 133, 135, 137 und 139 identifizieren und diesen die übertragenen Temperatursignale eindeutig zuordnen. Der externe Empfänger 149 überwacht die Temperatursignale der fünf SAW-Temperatursensoren 131, 133, 135, 137 und 139 während des Verbrennens des Brenngases in der Brennkammer 103.
  • Dabei wird zwischenzeitlich festgestellt, dass der zweite SAW-Temperatursensor 133 und der dritte SAW-Temperatursensor 135 eine zu große Temperaturdifferenz von 50°C aufweisen und folglich die vom fünften SAW-Temperatursensor 139 gemessene Temperatur unterhalb der Solltemperatur von 300°C am Prozessluftabgang 115 liegt. Daraufhin wird über eine nicht gezeigte speicherprogrammierbare Steuerung eine Erhöhung der Brenngaszufuhr 121 und der Brennluftzufuhr 119 erwirkt, sodass die Verbrennung verbessert wird. Daraufhin ermitteln der zweite SAW-Temperatursensor 133 und der dritte SAW-Temperatursensor 135 eine ansteigende, sich angleichende Temperatur und nach Übermitteln der Temperaturmesssignale an den externen Empfänger 149, wird von diesem detektiert, dass an der Opferbrennkammer 107 sich wieder die Solltemperatur von 800°C und am Prozessluftabgang aufgrund des Temperaturmesswertes des fünften SAW-Temperatursensors 139 wieder die Soll-Prozessluftabgangstemperatur von 300°C eingestellt hat.
  • Somit wird ein Lufterhitzer bereitgestellt, welcher aufgrund einer Temperaturüberwachung an verschiedenen Stellen innerhalb des Lufterhitzers eine gleichmäßige Hitzeverteilung und somit eine optimale Brenngasausnutzung und eine optimale Prozesslufttemperatur für einen anschließenden Trocknungsprozess in einem Sprühtrockner gewährleistet.
    • Bezugszeichenliste
    • 101
    Lufterhitzer
    103
    Brennkammer
    105
    Brenner
    107
    Opferbrennkammer
    109
    Löcher
    111
    Lufterhitzungskammer
    113
    Prozessluftzugang
    115
    Prozessluftabgang
    117
    Rauchgasabgang
    119
    Brennluftzufuhr
    121
    Brenngaszufuhr
    123
    Rauchgasabzug
    131
    erster SAW-Temperatursensor
    133
    zweiter SAW-Temperatursensor
    135
    dritter SAW-Temperatursensor
    137
    vierter SAW-Temperatursensor
    139
    fünfter SAW-Temperatursensor
    141
    piezoelektrisches Substrat
    143
    Sender
    145
    Antenne
    147
    Quarzglas
    149
    externer Empfänger
    151
    Einschnitt

Claims (10)

  1. Heizraum (101) zum Bereitstellen einer Wärme, wobei der Heizraum eine Brennkammer (103, 107) zum Erzeugen der Wärme durch ein Verbrennen eines Brennstoffes aufweist, und ein Messsensor (131, 133, 135, 137, 139) in dem Heizraum und/oder an der Brennkammer zum Erfassen einer Messgröße angeordnet ist, wobei dem Messsensor eine autarke Energieversorgung zugeordnet ist, sodass der Messsensor frei von einer externen kabelbasierten Energieversorgung betreibbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Messsensor und/oder die zugehörige autarke Energieversorgung, mittels eines Piezoelements (141), in einem Material des Heizraums und/oder der Brennkammer eingespannt ist oder sind.
  2. Heizraum nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizraum mehrere Messsensoren aufweist, sodass ein Gradient der Messgröße innerhalb des Heizraums und/oder an der Brennkammer erfassbar ist.
  3. Heizraum nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messsensor oder die Messsensoren ein SAW-Sensor, ein Temperatursensor und/oder ein Drucksensor ist oder sind.
  4. Heizraum nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Messsensor oder die Messsensoren eine Temperatur in einem Bereich von 20°C bis 1.200°C, bevorzugt von 250°C bis 900°C erfasst oder erfassen.
  5. Heizraum nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Messsensor oder die Messsensoren jeweils einen Sender (143) und eine Antenne (145) zur drahtlosen Übertragung eines Messsignals aufweist oder aufweisen.
  6. Heizraum nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Messsensor und/oder die zugehörige Antenne in einem Vergussmaterial (147) eingegossen ist oder sind.
  7. Heizraum nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Messsensor oder den Messsensoren ein externer Empfänger (149) zum Auslesen, Auswerten und/oder Überwachen des Messsignals zugeordnet ist oder sind.
  8. Heizraum nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der jeweilige Sender eine Frequenz im Bereich von 9kHz bis 300GHz, bevorzugt von 400MHz bis 2,5GHz aufweist.
  9. Heizraum nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des jeweiligen Senders eine Information zur Identifizierung des Messsensors sendbar ist.
  10. Sprühtrockner zum Trocknen eines zu trocknenden Gutes, mit einem Heizraum nach einem der Ansprüche 1 bis 9, sodass dem Sprühtrockner ein Luftstrom mit einer homogenen Temperaturverteilung aus dem Heizraum zuführbar ist.
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