CH713037A2

CH713037A2 - Anlage und Verfahren zur Aufbereitung von Kühlschmierstoffen.

Info

Publication number: CH713037A2
Application number: CH01317/16A
Authority: CH
Inventors: Vogt Thomas
Original assignee: Adlos Ag
Priority date: 2016-10-04
Filing date: 2016-10-04
Publication date: 2018-04-13

Abstract

Eine Anlage und ein Verfahren zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln, die einen Wasseranteil und einen Ölanteil enthalten, umfassen einen Vakuumbehälter (1) mit einem Behälterzulauf (10) zur Aufnahme eines aufzubereitenden Kühlschmiermittels in einem unteren Bereich des Vakuumbehälters, der einen Verdampfer (2) im Bereich des Kühlschmiermittels zur Verdampfung von Wasser aus dem Wasseranteil des Kühlschmiermittels und in einem oberen Bereich des Vakuumbehälters einen Kondensator (3) zum Kondensieren von Wasserdampf enthält, eine Vakuumpumpe (4), die an den Vakuumbehälter (1) angeschlossen ist, zum Absaugen eines Kondensats entstanden aus dem kondensierten Wasserdampf am Kondensator (3), und einen Behälterablauf (13) im unteren Bereich des Vakuumbehälters (1) für einen Ablauf eines nach der Verdampfung von Wasser verbleibenden Anteils des Kühlschmiermittels. Es ist ein Kältekreislauf mit einem Kältemittel vorgesehen, der den Verdampfer (2) und den Kondensator (3) des Vakuumbehälters (1) aufweist und weiter einen Verdichter (5) zum Verdichten des Kühlmittels und ein Expansionsventil (7) umfasst. Eine Kältestrecke (8) des Kältekreislaufs weist einen Kühler (9; 19) auf, der einen Kühlkreis der Vakuumpumpe (4) zum Kühlen der Vakuumpumpe kühlt.

Description

Beschreibung [0001] Die vorliegende Erfindung behandelt eine Anlage und ein Verfahren zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln auf der Basis einer Vakuumverdampfungsanlage, insbesondere zur Aufbereitung von Kühlschmiermitteln, die einen Wasseranteil und einen Ölanteil enthalten, wie Emulsionen. Insbesondere behandelt die Erfindung eine Anlage zur Aufbereitung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Technisches Gebiet [0002] In vielen Bereichen der Fertigungstechnik werden Kühlschmiermittel eingesetzt, um zum Beispiel eine Wärmeabfuhr und eine Verminderung der Reibung zwischen Werkstück und Werkzeug zu ermöglichen. Dadurch kann ein Verschleiss des Werkzeugs und ein übermässiges Erwärmen des Werkstücks vermieden werden. Weiter kann der Energiebedarf bei der Bearbeitung der Werkstücke reduziert werden. Weiter sind Kühlschmiermittel auch beim Betrieb von Arbeitsmaschinen bekannt, um Bauteile der Maschinen zu kühlen.

[0003] Es sind zwei Arten von Kühlschmiermitteln bekannt nicht wassermischbare Stoffe und wassergemischte Stoffe. Wassergemischte Kühlschmiermittel enthalten Öle, Emulgatoren, Additive zur besseren Schmierung, wie z.B. Esteröle und geschwefelte Additive, und Zusätze, welche eine Schaumbildung verringern sollen. Der Ölanteil besteht z.B. aus Mineralöl oder Rapsöl und kann bis zu 10% des Kühlschmiermittels betragen. Durch die fortgesetzte Verwendung eines Kühlschmiermittels kann das Kühlschmiermittel einer Ausmagerung von Additiven und einer mikrobiellen Belastung unterliegen. Weiter kann es zu pH-Wert-Abweichungen, einer Aufsalzung und zu Vermischung mit Fremdflüssigkeiten kommen. Daher müssen die Kühlschmiermittel regelmässig ersetzt werden und die verbrauchten Kühlschmiermittel müssen entsorgt werden.

[0004] Derartige Kühlschmiermittel unterliegen strengen Anforderungen an ihre Reinigung und Entsorgung, da ansonsten Gefahren für Umwelt und Bedienpersonal auftreten. Eine fachgerechte Entsorgung ist aufwendig, da sie oftmals nur durch hierfür autorisierte Stellen, wie kantonal bewilligte Entsorger, durchgeführt werden darf. Eine betriebsinterne Vorbehandlung und Eindickung ist nur unter strengen Auflagen möglich. Zur Aufbereitung von Kühlschmiermitteln werden herkömmlich z.B. Absetzbecken, Magnetabscheider oder Ölabscheider verwendet.

Stand der Technik [0005] Zur Aufbereitung von Öl-in-Wasseremulsionen ist der Einsatz von Verfahren basierend auf einer Emulsionsspaltung bekannt. Mechanischen Verfahren liegt z.B. eine Membranfiltration oder eine Fliehkrafttrennung und chemischen Verfahren eine Spaltung mit Salzen oder Säuren oder eine organische Spaltung zugrunde. Bei thermischen Verfahren kann eine Destillation erfolgen, wobei teilweise auch Verfahren mit einer Vakuumverdampfung angewendet werden.

[0006] Bei einer Aufbereitung durch Emulsionsspaltung mittels Vakuumverdampfungsverfahren kann eine direkte oder eine indirekte Brüdenverdichtung erfolgen. Dabei wird die Emulsion in einen Siedekessel eingeführt und unter Vakuum verdampft, so dass sich im Kopf des Kessels Wasserdampf als Brüden ansammelt. Der Wasserdampf wird abgeführt und in der Regel ohne Wärmezufuhr in einem Verdichter verdichtet, wobei Komprimierungswärme entsteht. Dadurch steigt die Temperatur des Wasserdampfs über den Siedepunkt der Emulsion im Siedekessel. Der erwärmte Wasserdampf kann zur Beheizung der Emulsion im Kessel verwendet werden. Gleichzeitig kondensiert dabei der Wasserdampf und kann als gereinigtes Kondensat, bzw. Destillat, abgeführt werden. Das verbleibende Emulsionskonzentrat kann aus dem Kessel entsorgt werden.

[0007] Bei einem solchen Verfahren besteht die Gefahr, dass die Vakuumpumpe zur Erzeugung des Vakuums Schaden nimmt. Beispielsweise können Partikel aus der Emulsion oder Dampf aus dem Kessel beim Absaugvorgang in die Pumpe gelangen. Weiter werden bei Kühlschmiermitteln mit hoher Dichte leistungsstarke Verdichter erforderlich, welche den Energieverbrauch bei der Aufbereitung des Kühlschmiermittels negativ beeinträchtigen. Die Verwendung von Vakuumverdampfungsverfahren ist deshalb für die Aufbereitung von Kühlschmiermitteln wenig geläufig.

[0008] In der Schutzrechtsliteratur lassen sich natürlich Dokumente finden, die sich mit Vakuumverdampfungsverfahren zur Aufbereitung von Abwasser beschäftigen. Aus der DE 19 646 895 ist beispielsweise eine Anlage zur Destillation von wässrigen Reinigungslösungen mit geringer Dichte bekannt. Die US 5 227 027 beschreibt einen Vakuumverdampfer unter Einsatz einer Wärmepumpe für die Wasserdestillation.

Aufgabenstellung [0009] Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Anlage und ein Verfahren zur Aufbereitung von Kühlschmierstoffen zu schaffen, dass für verschiedene Arten von Kühlschmiermitteln, insbesondere für Kühlschmiermittel mit hoher Dichte, eine zuverlässige Abscheidung von Wasser und Restkonzentrat ermöglicht, das eine kleine Bauweise aufweist, energiesparend arbeitet und kostengünstig in der Anschaffung ist.

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Erfindungsbeschreibung [0010] Die erfindungsgemässe Aufgabe wird durch eine Anlage zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln, die einen Wasseranteil und einen Ölanteil enthalten, nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur Aufbereitung nach Anspruch 10 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den abhängigen Ansprüchen entnehmen.

[0011] Eine Anlage nach der vorliegenden Erfindung zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln, die einen Wasseranteil und einen Ölanteil enthalten, weist einen Vakuumbehälter, einen Verdampfer, einen Kondensator und eine Vakuumpumpe auf. Der Vakuumbehälter weist einen Behälterzulauf zur Aufnahme eines aufzubereitenden Kühlschmiermittels in einem unteren Bereich des Vakuumbehälters auf. Der Verdampfer ist innerhalb des Vakuumbehälters im Bereich des Kühlschmiermittels, insbesondere in einem unteren Bereich des Vakuumbehälters, zur Verdampfung von Wasser aus dem Wasseranteil des Kühlschmiermittels vorgesehen. In einem oberen Bereich innerhalb des Vakuumbehälters ist der Kondensator zum Kondensieren von Wasserdampf angeordnet. Die Vakuumpumpe ist an den Vakuumbehälter angeschlossen, um Kondensat entstanden aus kondensiertem Wasserdampf am Kondensator als Destillat mittels einer Absaugleitung abzusaugen. Für einen Ablauf eines nach der Verdampfung von Wasser verbleibenden Anteils des Kühlschmiermittels ist im unteren Bereich des Vakuumbehälters ein Behälterablauf am Vakuumbehälter vorgesehen. Mittels der Vakuumpumpe kann im Vakuumbehälter eine Vakuum-Verdampfung von Wasser aus dem Wasseranteil des Kühlschmiermittels erfolgen, wobei der Dampf am Kondensator kondensiert, und das am Kondensator entstandene Kondensat mittels der Vakuumpumpe über die Absaugleitung abgesaugt wird. Wie auf diesem technischen Gebiet allgemein üblich, ist unter Vakuum ein Zustand zu verstehen, der gegenüber der Umgebung einen niedrigeren Druck aufweist. Eine Vakuumpumpe ist daher jede Pumpe, die den Druck im Vakuumbehälter erniedrigen kann. Unter Vakuum-Verdampfung soll entsprechend der Vorgang verstanden werden, bei dem im Vakuumbehälter durch eine Druckerniedrigung eine Verdampfung hervorgerufen wird, wie es aus der allgemeinen Thermodynamik bekannt ist.

[0012] Erfindungsgemäss ist an den Vakuumbehälter ein Kältekreislauf mit einem Kältemittel angeschlossen, der den Verdampfer und den Kondensator des Vakuumbehälters aufweist und weiter einen Verdichter zum Verdichten des Kühlmittels und ein Expansionsventil umfasst. Der Kältekreislauf unterstützt die Kondensation am Kondensator und somit die Trennung des Wassers aus dem Kühlschmiermittel. Weiter weist eine Kältestrecke des Kältekreislaufs einen Kühler auf, der einen Kühlkreis der Vakuumpumpe kühlt, um die Vakuumpumpe zu kühlen. Dabei ist der Kühlkreis ebenso wie die Vakuumpumpe ausserhalb des Vakuumbehälters vorgesehen. Mit anderen Worten ist der Kühlkreis der Vakuumpumpe thermisch an den Kältekreislauf angeschlossen, der teilweise durch den Vakuumbehälter verläuft.

[0013] Vorteilhaft kann bei der Aufbereitungsanlage nach der Erfindung der Kältekreislauf den Verdampfer und den Kondensator aus dem Vakuumbehälter nutzen, so dass die Anlage eine geringe Baugrösse aufweisen kann. Weiter wird eine Kältestrecke des Kältekreislaufs zum Kühlen der Vakuumpumpe verwendet, so dass diese von der Kälteleistung des Kältekreislaufs profitiert und wiederum eine geringe Baugrösse begünstigt wird. Weiter kann die Anlage durch die thermische Kopplung von Kältekreislauf und Kühlkreis energiesparend betrieben werden.

[0014] Nachfolgend werden vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen dargelegt, die für sich gesehen, sowohl einzeln als auch in Kombination, ebenfalls erfinderische Aspekte offenbaren können.

[0015] Bei der Vakuumpumpe ist es wichtig, dass sie für ein Absaugen von flüssigen Medien geeignet ist. Die Vakuumpumpe ist vorzugsweise als Wasserstrahl- oder Wasserring-Vakuumpumpe mit einem Wasserkreislauf vorgesehen. Vorzugsweise wird eine Wasserring-Vakuumpumpe verwendet, da mit dieser ein Druck im Vakuumbehälter unter 0.05 mbar erreicht werden kann.

[0016] In einer Variante kann dabei der Wasserkreislauf der Vakuumpumpe als Kühlkreis dienen und ist somit erfindungsgemäss thermisch mit dem Kältekreislauf am Vakuumbehälter verbunden. Der Wasserkreislauf der Vakuumpumpe, der primär ein Bauelement der Pumpe zur Erzeugung des Vakuums ist, kann dadurch eine zusätzliche Funktion übernehmen, nämlich zur Kühlung der Vakuumpumpe beitragen. Die Wärme der Vakuumpumpe, die im Betrieb der Pumpe erzeugt wird, insbesondere beim Start der Aufbereitungsanlage, wird in den Wasserkreislauf abgegeben. Ohne Kühlung kann dies zu einer Verschlechterung der Saugleistung führen. Durch die thermische Kopplung von Wasserkreislauf der Pumpe und Kältekreislauf des Vakuumbehälters kann diese Wärme jedoch in einfacher Weise zumindest grösstenteil zuverlässig abgeführt werden.

[0017] In der Regel kondensiert das Destillat nahe der Verdampfungstemperatur zum Verdampfen des Wassers aus dem Kühlschmiermittel. Beim Betrieb der Vakuumpumpe zum Absaugen des Kondensats, bzw. Destillats, kann es aufgrund des Volumens der Absaugleitung zu einem Druckverlust im Vakuumbehälter kommen. Dadurch sinkt der Druck, welcher auf das Kondensat einwirkt und dessen Verdampfungstemperatur nimmt ab. Auch in der Wasserring-Vakuumpumpe kann an Lamellen von Schaufelrädern der Pumpe ein Druckverlust entstehen. Sofern das Destillat zu warm ist und der Wasserkreislauf das Destillat nicht genügend abkühlen kann, ist es möglich, dass ein Destillat-Wasser-Gemisch in der Wasserring-Vakuumpumpe verdampft und diese beschädigt. Weiter besteht die Gefahr, dass Wasser aus dem Wasserkreislauf zurück in den Vakuumtank strömt. Durch die Kühlung des Wasserkreislaufs mit dem Kühler in der Kältestrecke des Kältekreislaufs, kann diese Gefahr verhindert werden. Dabei ist es vorteilhaft, dass das Kältemittel des Kältekreislaufs eine tiefere Verdampfungstemperatur aufweist.

CH 713 037 A2 [0018] In einer weiteren Variante kann die Absaugleitung der Wasserstrahl- oder Wasserring-Vakuumpumpe zum Absaugen des Kondensats aus dem Vakuumbehälter an den Kühlkreis angeschlossen sein. Somit kann das Ableiten des kondensierten Wassers aus dem Vakuumbehälter über den Wasserkreislauf der Pumpe erfolgen und es wird kein zusätzliches Leitungssystem erforderlich. Der Wasserkreislauf verfügt über einen Ablauf oder Überlauf, um das überschüssige Wasser abzuführen. Vorteilhaft kann am Kondensator ein Trichter zum Auffangen des Kondensats vorgesehen sein, der an die Absaugleitung der Vakuumpumpe angeschlossen ist und so das Erfassen des Kondensats erleichtert.

[0019] In einer Ausführungsform der Aufbereitungsanlage nach der Erfindung ist im Vakuumbehälter über dem Verdampfer ein Filterelement vorgesehen, mit dem der Dampf gefiltert wird bevor er den Kondensator erreicht. Dadurch können am Wasserdampf anhaftende Verunreinigungen aus der Emulsion des Kühlschmiermittels herausgefiltert und die Qualität des abgesaugten Kondensats verbessert werden. Dabei wird vorteilhaft der Dampf an einem Filterelement gereinigt, indem er am Filterelement kondensiert und wieder verdampft. Vorzugsweise wird als Filterelement eine Filtermatte verwendet, die sich über den Durchmesser des Vakuumbehälters zwischen Verdampfer und Kondensator erstreckt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn das Filterelement, insbesondere eine Filtermatte, als ungeordnete Packung aufgebaut ist. Filterelemente auf der Basis einer ungeordneten Packung umfassen einen ungeordneten Aufbau der einzelnen Filterteilchen, so dass die Filterteilchen keiner regelmässigen Struktur folgen. Durch den ungeordneten Aufbau kann die Filterleistung beim Durchtritt des Wasserdampfes erhöht werden.

[0020] In einer weiteren Ausführungsform der Aufbereitungsanlage nach der Erfindung umfasst der Kältekreislauf einen Wärmetauscher, um überschüssige Wärme an die Umgebung abzugeben; beispielsweise Wärme, die durch die mechanische Arbeit des Verdichters entsteht. Da Kühlschmiermittel oft eine sehr hohe Dichte aufweisen, muss die Vakuumpumpe, insbesondere deren Kompressor, eine hohe Leistung zur Druckerniedrigung aufbringen und läuft Gefahr, dass sie überhitzt. Erfindungsgemäss ist deshalb der Wärmetauscher als Heissgaskühler ausgebildet, um zu verhindern, dass der Betrieb der Vakuumpumpe eingeschränkt wird und zu hohe Temperaturen die Reinheit des Kondensats beeinträchtigen können. Vorteilhaft ist der Heissgaskühler strömungstechnisch vor dem Verdampfer angeordnet ist.

[0021] Für den Betrieb der Aufbereitungsanlage hat sich gezeigt, dass in der Startphase des Betriebs die Vakuumpumpe Wärme liefern kann, mit der das Kühlschmiermittel im Vakuumbehälter auf eine Betriebstemperatur erwärmt wird, weil der Kältekreislauf des Vakuumbehälters thermisch mit dem Kühlkreis der Vakuumpumpe verbunden ist. Dadurch wird das Anlaufen des Aufbereitungsprozesses vereinfacht und während des Betriebs bleibt die Leistung der Vakuumpumpe hoch. Vorteilhaft wird dabei eine Vakuumpumpe mit einer Leistung von ca. 100 bis 400 W, besonders vorteilhaft ca. 200 W, verwendet. Unter Betrachtung der Saugleistung hat sich eine Vakuumpumpe mit einem Saugvolumen von 0,05 bis 0,15 m3/h, insbesondere von 0,08 m3/h, als brauchbar herausgestellt. Da im laufenden Betrieb der Aufbereitungsanlage die Vakuumpumpe nur einen geringen Beitrag zur Verdampfungsleistung beisteuert, muss eine Vakuumpumpe dieser Grössenordnung im laufenden Betrieb nicht kontinuierlich arbeiten, sondern kann nur periodisch zugeschaltet werden und kann durch ihre hohe Leistung gleichzeitig das Absaugen des Kondensats beschleunigen. Dadurch verringert sich der elektrische Energieaufwand beim Betrieb der Aufbereitungsanlage.

[0022] Der Vakuumbehälter kann vorteilhaft mit einem oder mehreren Schaugläsern versehen sein, sodass das Innere des Vakuumbehälters visuell kontrolliert werden kann. Beispielsweise kann der Füllstand des Kühlschmiermittels oder des Destillats überwacht werden. Die Konzentration des Kühlschmiermittel-Rests im unteren Bereich des Behälters und die Verdampfung und Konzentration des Wassers kann beobachtet werden. Als Schaugläser können z.B. Bullaugen in der Wand des Vakuumbehälters vorgesehen werden. Weiter können Glaszylinder an einer Aussenseite des Vakuumbehälters in vertikaler Ausrichtung angeordnet werden, die mit ihrem oberen und unteren Ende im oberen und unteren Bereich des Vakuumbehälters an diesen angeschlossen sind.

[0023] Eine Anlage und ein Verfahren zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln nach der vorliegenden Erfindung zeichnen sich durch eine kleine Bauweise, tiefe Investitionskosten und geringe Betriebskosten aus. Die zuvor dargestellten Kombinationen und Ausgestaltungen lassen sich auch in zahlreichen weiteren Verbindungen und Kombinationen betrachten.

[0024] Zur Befüllung des Vakuumbehälters mit dem Kühlschmiermittel kann ein Lagertank, in dem das aufzubereitende Kühlschmiermittel gelagert wird, vorteilhaft nach der Art von kommunizierenden Röhren mit dem Vakuumbehälter verbunden werden. Hierfür wird der Lagertank in einem unteren Bereich mit einer Verbindungsleitung versehen, die an den unteren Bereich des Vakuumbehälters angeschlossen wird. Solange der Füllstand im Lagertank höher ist als im Vakuumbehälter, fliesst das Kühlschmiermittel selbständig in den Vakuumbehälter. Alternativ oder zusätzlich kann das Kühlschmiermittel durch einen Unterdrück im Vakuumbehälter über die Verbindungsleitung aus dem Lagertank in den Vakuumbehälter eingesogen werden. Grundsätzlich ist es auch möglich den Vakuumbehälter mit Kühlschmiermittel zu befüllen, indem der Lagertank höher angeordnet ist als der Vakuumbehälter, so dass das Kühlschmiermittel durch Gewichtskraft in den Vakuumbehälter fliesst. Eine eigene Pumpe zur Befüllung des Vakuumbehälters ist daher nicht notwendig.

Figurenkurzbeschreibung [0025] Die vorliegende Erfindung kann besser vermittelt werden, wenn Bezug auf die beiliegenden Figuren genommen wird, die beispielhaft vorteilhafte Ausgestaltungsmöglichkeiten darlegen, ohne die vorliegende Erfindung auf diese einzuschränken, wobei in den Figuren zeigen:

CH 713 037 A2

Fig. 1 ein Schaltdiagramm einer Ausführungsform einer Anlage zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln nach der vorliegenden Erfindung und

Fig. 2 ein Schaltdiagramm einer Variante einer Ausführungsform einer Anlage zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln nach der vorliegenden Erfindung mit einem Wasserkreislauf.

Figurenbeschreibung [0026] In Fig. 1 ist eine Ausführungsform einer Anlage zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln, die einen Wasseranteil und einen Ölanteil enthalten, nach der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Aufbereitungsanlage weist einen Vakuumbehälter 1 mit einem Verdampfer 2 und einem Kondensator 3 sowie eine Vakuumpumpe 4 auf. Der Vakuumbehälter 1 ist als länglicher Behälter ausgebildet, der vertikal aufgestellt wird. Beispielsweise ist der Vakuumbehälter aus Edelstahl mit einer Wandstärke von 2.5 mm und einem Leergewicht von ca. 95 kg gefertigt und weist ein Volumen von 30 Litern auf. Der Vakuumbehälter 1 kann z.B. auf einer Basisplatte montiert werden, die auch als Basis für weitere Bauelemente der Aufbereitungsanlage dienen kann. Auch kann der Vakuumbehälter durch ein aussen angebrachtes Gerüst gehalten werden. Der Verdampfer 2 ist einem unteren Bereich und der Kondensator 3 in einem oberen Bereich des Vakuumbehälters 1 untergebracht. Über einen Behälterzulauf 10 kann ein aufzubereitendes Kühlschmiermittel in den unteren Bereich des Vakuumbehälters 1 eingeleitet werden. Dabei wird der Füllstand so gewählt, dass der Verdampfer 2 optimal arbeiten kann.

[0027] Weiter weist die Aufbereitungsanlage einen Kältekreislauf auf, der den Verdampfer 2, den Kondensator 3, einen Verdichter 5, einen Heissgaskühler 6 als Verflüssiger und ein Expansionsventil 7 umfasst, wobei der Heissgaskühler 6 strömungstechnisch vor dem Verdampfer 2 angeordnet ist. Der Kältekreislauf arbeitet in dieser Ausführungsform nach dem Prinzip einer Kompressionskältemaschine. Als Kältemittel können herkömmliche Mittel aus der Kompressionskältetechnik verwendet werden, wie z.B. Kohlenwasserstoffe. Das Kältemittel im Kältekreislauf wird durch den Verdichter 5 verdichtet und dabei erwärmt. Im Verdampfer 2 kann das Kältemittel Wärme zur Verdampfung beisteuern. Im Heissgaskühler 6 wird das Kältemittel gekühlt. Falls erforderlich kann das Kältemittel anschliessend durch das Expansionsventil entspannt werden, wobei es sich weiter abkühlt. Das abgekühlte Kältemittel durchläuft den Kondensator 3, in dem es zur Kühlung des im Vakuumbehälter 1 erzeugten Dampfes und somit zur Kondensation des Dampfes zu Destillat beiträgt. Zwischen Verdampfer 3 und Verdichter 5 weist der Kältekreislauf eine Kältestrecke 8 mit einem Kühler 9 auf, durch den das Kältemittel läuft, bevor es wieder zum Verdichter 5 gelangt. Weiter ist vor dem Verdichter 5 ein Flüssigkeitsabscheider 17 im Kältekreislauf vorgesehen, um überschüssige Flüssigkeit zu entnehmen.

[0028] Optional können an den Vakuumbehälter 1 Sensoren für den Füllstand, Sensoren für eine Schaumbildung im Behälter und eine Zuführung für Entschäumungsmittel angeschlossen sein. Ferner weist der Vakuumbehälter 1 eine Entlüftungsleitung mit einem Absperrventil auf.

[0029] Die Vakuumpumpe 4 ist durch eine Absaugleitung 11 mit dem Vakuumbehälter 1 verbunden, um ein am Kondensator 3 durch Kondensation von Wasserdampf entstandenes Kondensat absaugen zu können. Die Absaugleitung 11 weist ein Absperrventil auf, um die Vakuumpumpe 4 vom Vakuumbehälter 1 trennen zu können. In der gezeigten Ausführungsform weist der Vakuumbehälter 1 unterhalb des Kondensators 3 einen Trichter 12 auf, an den die Absaugleitung 11 angeschlossen ist. Der Trichter 11 sammelt das am Kondensator entstandene Kondensat, so dass es gesammelt von der Vakuumpumpe 4 abgesaugt werden kann.

[0030] Im Betrieb wird durch den Verdampfer 2 im Vakuumbehälter 1 Wasser aus dem Wasseranteil des Kühlschmiermittels verdampft und ein Restanteil mit dem Ölanteil und ggf. Zusatzstoffen verbleibt im Vakuumbehälter 1. Das Kühlschmiermittel im unteren Bereich des Vakuumbehälters 1 wird daherzunehmend zu einer Emulsion von Reststoffen konzentriert. Diese Reststoffemulsion kann durch einen Behälterablauf 13 im Boden des Vakuumbehälters 1, der ein Absperrventil aufweist, aus dem Vakuumbehälter 1 abgelassen werden.

[0031] Die Vakuumpumpe 4 ist in dieser Ausführungsform als Wasserring-Vakuumpumpe ausgebildet und wird mit einem Wasserkreislauf 14 betrieben. Der Wasserkreislauf 14 durchläuft die Vakuumpumpe 4 und den Kühler 9 in der Kältestrecke des Kältekreislaufs der Aufbereitungsanlage. Weiter umfasst der Wasserkreislauf 14 einen Wassertank 15 mit einem Ablauf 16. Der Wasserkreislauf 14 wird nach der vorliegenden Erfindung durch den Kühler gekühlt und kann somit als Kühlkreis für die Vakuumpumpe 4 dienen. Somit ist der Kühlkreis der Vakuumpumpe 4 thermisch an den Kältekreislauf der Aufbereitungsanlage angeschlossen und kann vorteilhaft energie- und platzsparend vorgesehen sein. Im Betrieb der Aufbereitungsanlage kann somit der Kältekreislauf mittels des Wasserkreislaufs auch kühlend auf die Vakuumpumpe 4 wirken. Weiter ist die Absaugleitung 11 der Vakuumpumpe 4 an den Wasserkreislauf 14 angeschlossen, sodass das abgesaugte Kondensat in den Wasserkreislauf 14 aufgenommen und über den Ablauf 16 abgegeben werden kann. Ein zusätzliches Ablaufsystem für das Kondensat ist daher nicht erforderlich.

[0032] Zwischen dem Verdichter 2 und dem Kondensator 3 ist ein Filterelement 23 in Form einer Filtermatte mit einer ungeordneten Packung vorgesehen. Durch den Kontakt mit dem ungeordneten Packungsmaterial der Filtermatte kondensiert der Dampf am Filter und gibt Verunreinigungen an die Filtermatte ab und wird dadurch gereinigt. Von der Filtermatte verdampft das Wasser erneut in Richtung des Kondensators 3, kondensiert und kann als Destillat abgesogen werden.

CH 713 037 A2 [0033] In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform des Aufbaus der Aufbereitungsanlage zum Kühlen des Wasserkreislaufs dargestellt. Es ist wieder ein Kältekreislauf vorgesehen, der an den Verdampfer 2 und den Kondensator 3 im Vakuumbehälter 1 angeschlossen ist und einen Heissgaskühler 6 und einen Verdichter 5 aufweist. Die Vakuumpumpe 4 ist über die Absaugleitung 11 mit dem Vakuumbehälter 1, insbesondere mit dem Trichter 12 im Vakuumbehälter, verbunden. Ein Kühlkreis 18 mit einem Wassertank 15 kühlt die Vakuumpumpe 4. Ein Abschnitt 19 der Kältestrecke 8 des Kältekreislaufs wird durch den Wassertank 15 geleitet und kann das Wasser im Wassertank 15 kühlen, so dass dieses als Kältereservoir zum Kühlen der Vakuumpumpe 4 dienen kann. Der Abschnitt 19 der Kältestrecke bildet somit einen Kühler im Sinne der vorliegenden Erfindung. Zusätzlich kann optional eine Kühlschlaufe 20 mit einer Membranpumpe 21 und einem Wärmetauscher 22 vorgesehen sein, um die Kühlung des Kühlkreises 18 und des Kältekreislaufs zu unterstützen und ggf. zu steuern.

[0034] Der Vakuumbehälter 1 kann, wie eingangs erwähnt, mit Schaugläsern zur Kontrolle des Innenbereichs des Vakuumbehälters versehen sein. Diese können z.B. in Form von runden Bullaugen in der Wand des Vakuumbehälters 1 vorgesehen sein. Es kann auch ein aussen am Vakuumbehälter 1 angeschlossenes, vertikal verlaufendes, längliches Schauglas verwendet werden, wie eingangs beschrieben.

[0035] Unterhalb des Vakuumbehälters 1, z.B. unterhalb der Basisplatte, auf der der Vakuumbehälter montiert ist, können Lagerbehälter für die Reststoffemulsion angeordnet werden. Beispielsweise können die Lagerbehälter auf einer Palette unter die Basisplatte geschoben werden. Überden Behälterablauf 13 kann dann die Reststoffemulsion durch Gewichtskraft in die Lagerbehälter abgelassen werden. Eine eigene Pumpe zum Absaugen der Reststoffemulsion ist nicht erforderlich. Die Lagerbehälter können z.B. wöchentlich ausgetauscht werden, indem sie unter dem Vakuumbehälter hervorgezogen und durch leere Lagerbehälter ausgetauscht werden.

[0036] Mit der Aufbereitungsanlage nach der vorliegenden Erfindung kann eine Verdampfungstemperatur für den Wasseranteil des Kühlschmiermittels von maximal 35°C erreicht werden. Hierfür wird der Druck im Vakuumbehälter 1 durch die Vakuumpumpe 4 auf maximal 0.07 bar abgesenkt. Vorzugsweise wird der Druck auf unter 0.05 bar abgesenkt. Die Energie für die Verdampfung im Verdampfer 2 wird überwiegend durch den Kondensator 3 geliefert. Beim Anlaufen der Aufbereitungsanlage, also in der Startphase der Aufbereitung, ist die Vakuumpumpe 4 in Betrieb und kann zusätzlich Wärme für den Verdampfer 2 liefern. Eine eigene Heizquelle für den Verdampfer 4 ist nicht zwingend notwendig. Über den Behälterzulauf 10 können z.B. 6 Liter aufzubereitendes Kühlschmiermittel pro Stunde in den Vakuumbehälter 1 eingefüllt werden. Am Verdampfer 2 verdampft Wasser aus dem Wasseranteil des Kühlschmiermittels und steigt in Richtung des Kondensators 3 auf, wobei der Dampf am Filterelement 23 gereinigt wird. Am Kondensator kondensiert der Dampf und wird als Destillat im Trichter 12 gesammelt. Von dort wird das Kondensat mittels der Vakuumpumpe 4 abgesaugt, beispielsweise mit ca. 1.3 Liter pro Minute. Weiter kann mit der Vakuumpumpe 4 Luft aus dem Vakuumbehälter 1 abgesaugt werden, der über eine Belüftung belüftet werden kann. Die Vakuumpumpe 4 umfasst den Wasserkreislauf 14, der einen Wassertank 15 von ca. 10 Litern aufweist. Im Wasserkreislauf 14 zirkuliert das Wasser z.B. mit ca. 1.4 Liter pro Minute. Mit dieser Aufbereitungsanlage können ca. 5.5 Liter Kondensat pro Stunde geliefert werden. In laufendem Betrieb der Aufbereitungsanlage kann die Vakuumpumpe periodisch betrieben werden, so dass in den Zeiten, in welchen die Pumpe nicht erforderlich ist, elektrische Energie gespart werden kann. Das aus dem Kühlschmiermittel heraus getrennte Kondensat wird in den Wasserkreislauf 14 eingespeist, wobei ein Überschuss als sauberes Wasser über den Ablauf 16 entsorgt wird. Die Reststoffemulsion kann über den Behälterablauf 13 z.B. alle 30 Stunden mit z.B. 2 Litern pro Minute abgelassen und für eine fachgerechte Entsorgung bereitgestellt werden.

[0037] Die Anlage und das Verfahren zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln nach der vorliegenden Erfindung können die innerbetriebliche Entsorgung von verbrauchten Kühlschmiermitteln erheblich erleichtern und Kosten bei der Entsorgung sparen.

Bezugszeichenliste [0038]

Bezugszeichen

Vakuumbehälter

Verdampfer

Kondensator

Vakuumpumpe

Verdichter

Heissgaskühler

Expansionsventil

Kältestrecke

CH 713 037 A2

Bezugszeichen

Kühler

Behälterzulauf

Absaugleitung

Trichter

Behälterablauf

Wasserkreislauf

Wassertank

Wasserablauf

Flüssigkeitsabscheider

Kühlkreis

Absch n itt Kältestrecke

Kühlschlaufe

Membranpumpe

Wärmetauscher

Filterelement

Claims

Patentansprüche

1. Anlage zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln, die einen Wasseranteil und einen Ölanteil enthalten, umfassend:

- einen Vakuumbehälter (1) mit einem Behälterzulauf (10) zur Aufnahme eines aufzubereitenden Kühlschmiermittels in einem unteren Bereich des Vakuumbehälters, der einen Verdampfer (2) im Bereich des Kühlschmiermittels zur Verdampfung von Wasser aus dem Wasseranteil des Kühlschmiermittels und in einem oberen Bereich des Vakuumbehälters einen Kondensator (3) zum Kondensieren von Wasserdampf enthält,

- eine Vakuumpumpe (4), die an den Vakuumbehälter (1) angeschlossen ist, zum Absaugen eines Kondensats entstanden aus dem kondensierten Wasserdampf am Kondensator (3), und

-einen Behälterablauf (13) im unteren Bereich des Vakuumbehälters (1) für einen Ablaufeines nach der Verdampfung von Wasser verbleibenden Anteils des Kühlschmiermittels, dadurch gekennzeichnet, dass

- ein Kältekreislauf mit einem Kältemittel vorgesehen ist, der den Verdampfer (2) und den Kondensator (3) des Vakuumbehälters (1) aufweist und weiter einen Verdichter (5) zum Verdichten des Kühlmittels und ein Expansionsventil (7) umfasst,

-wobei eine Kältestrecke (8) des Kältekreislaufs einen Kühler (9; 19) aufweist, der einen Kühlkreis der Vakuumpumpe (4) zum Kühlen der Vakuumpumpe kühlt.
2. Anlage zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (4) als eine Wasserstrahl-Vakuumpumpe oder Wasserring-Vakuumpumpe mit einem Wasserkreislauf (14) vorgesehen ist und der Wasserkreislauf (14) als Kühlkreis der Vakuumpumpe (4) dient.
3. Anlage zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (4) als eine Wasserstrahl-Vakuumpumpe oder Wasserring-Vakuumpumpe mit einem Wasserkreislauf (14) vorgesehen ist und eine Absaugleitung (11) der Vakuumpumpe zum Absaugen des Kondensats aus dem Vakuumbehälter (1) an den Kühlkreis angeschlossen ist.
4. Anlage zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Vakuumbehälter (1) über dem Verdampfer (2) ein Filterelement (23) vorgesehen ist, mit dem der Dampf gefiltert wird bevor er den Kondensator (3) erreicht.
5. Anlage zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (23) als eine Filtermatte ausgebildet ist, die sich über den Durchmesser des Vakuumbehälters (1) erstreckt.

CH 713 037 A2
6. Anlage zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Filterelement (23) als ungeordnete Packung aufgebaut ist.
7. Anlage zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kältekreislauf einen Heissgaskühler (6) als Wärmetauscher aufweist.
8. Anlage zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Heissgaskühler (6) strömungstechnisch vor dem Verdampfer (2) angeordnet ist.
9. Anlage zur Aufbereitung von wassergemischten Kühlschmiermitteln nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Vakuumpumpe (4) mit einer Saugleistung von ca. 0,08 m3/h verwendet wird.
10. Verfahren zur Aufbereitung von Kühlschmiermitteln durch Trennung von Wasser aus dem Kühlschmiermittel mit einer Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass

- im Vakuumbehälter (1) mittels der Vakuumpumpe (4) eine Vakuum-Verdampfung von Wasser aus dem Wasseranteil des Kühlschmiermittels erfolgt, wobei der Dampf am Kondensator (3) kondensiert, und das am Kondensator (3) entstandene Kondensat mittels der Vakuumpumpe (4) abgesaugt wird, und

- der Kältekreislauf thermisch an einen Kühlkreis der Vakuumpumpe (4) angeschlossen ist und diesen zum Kühlen der Vakuumpumpe (4) kühlt.
11. Verfahren zur Aufbereitung von Kühlschmiermitteln durch Trennung von Wasser aus dem Kühlschmiermittel nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (4) im laufenden Betrieb periodisch zugeschaltet wird.
12. Verfahren zur Aufbereitung von Kühlschmiermitteln durch Trennung von Wasser aus dem Kühlschmiermittel nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vakuumpumpe (4) im Startbetrieb Wärme liefert, mit der das Kühlschmiermittel im Vakuumbehälter (1) auf eine Betriebstemperatur erwärmt wird.
13. Verfahren zur Aufbereitung von Kühlschmiermitteln durch Trennung von Wasser aus dem Kühlschmiermittel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Dampf an einem Filterelement (23) gereinigt wird, indem er am Filterelement kondensiert und wieder verdampft.

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