DE102008039747B4 - Rückgewinnung von Wärmeenergie bei Reinigungs- und Trocknungsanlagen für industrielle Teile, Werkstücke und dgl. - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Verbessern der Energiebilanz bei Anlagen zum Reinigen, Spülen, Trocknen und dgl. von industriellen Teilen und Werkstücken in Behandlungskammern oder Durchlaufeinrichtungen mit integriertem Spritz-Reinigungssystem, manueller oder automatischer Beschickung, getrennten Laugenbehältern, Filtereinrichtungen, Wasseraufbereitung, Ölabscheidern und Warenträger-Transportsystemen,
dadurch gekennzeichnet, dass
a) die beim Reinigungs- und Trocknungsprozess entstehenden Dampfschwaden im Luft/Luft- und Luft/Wasser-Wärmepumpenbetrieb (12, 11) abluftfrei rückkondensiert und das flüssige Kondensat über den Kondensatablauf (10) in den Flüssigkeitstank (5) zurückgeführt wird, und
b) die dabei anfallende trockene und angewärmte Luft im Heizkreislauf über ein Saug/Druckgebläse (14) und über ein Trocknungsgebläse (18) zur Reduzierung von externer Energie sowie zur Unterstützung der Trocknung in den geschlossenen Luftkreislauf der Reinigungsanlage eingeführt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zum Behandeln, wie z. B. Reinigen, Spülen, Trocknen und dgl. von industriellen Teilen und Werkstücken in Behandlungskammern sowie Durchlaufeinrichtungen.
• Gattungsgemäße bekannte Einrichtungen und Anlagen dieser Art sind so ausgelegt, dass der in den Reinigungsanlagen austretende Dampf bzw. die Feuchtluft ungenutzt in die Maschinenhalle oder ins Freie abgegeben wird und die in dieser Luft enthaltene Wärmeenergie ungenutzt bleibt, d. h. für den Prozess verloren geht.
• Aus der Druckschrift DE 10 2006 020 003 A1 ist ein Verfahren zur Rückgewinnung der von Wäschereimaschinen abgegebenen Wärmeenergie bekannt geworden. Die Druckschrift schlägt zur Energieeinsparung bei Wäschereimaschinen vor, den von diesen Maschinen abgegebenen Wrasen zumindest einen Teil der Wärmeenergie mittels Wärmetauscher zu entziehen und zu trocknen. Die so gewonnene Energie kann als Warmluft oder als Warmwasser den Wäschereimaschinen wieder zugeführt werden, wodurch sich der Energiebedarf der Maschinen deutlich reduzieren lässt.
• Die Druckschrift DE 39 14 412 A1 offenbart ein System zur Nutzung der Abwärme einer Flaschenreinigungsmaschine zur Vorwärmung von Getränken bei der Warmabfüllung. Die Abwärme der Flaschenreinigungsmaschine wird über den Primärkreis eines Wärmetauschers geleitet und dadurch an ein Getränk übertragen, das den Sekundärkreis des Wärmetauschers durchläuft.
• Aufgabe der Erfindung ist, das Oberflächenbehandeln, insbesondere Reinigen, Spülen, Entgraten, Trocknen usw. von industriellen Teilen und Werkstücken, die teilweise sehr komplizierte Konturen aufweisen können, mit möglichst geringem Energieeinsatz und niedrigen Betriebskosten sowie umweltschonend zu betreiben, um eine Reinigungsanlage zu realisieren, die dem Bedürfnis nach möglichst geringen Energie- und Betriebskosten und den steigenden Umweltanforderungen gerecht wird.
• Dies wird gemäß der Erfindung mit einem Verfahren nach Anspruch 1 sowie mit einer Anlage nach Anspruch 4 erreicht. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
• Die Erfindung stellt eine mehrstufige Anordnung aus Schwadenabsaugung, Kondensator, Kältetrockner und Heizsystem dar, die in einem geschlossenen Umluftsystem arbeitet und speziell für Reinigungsanlagen, z. B. für Hochdruck-Entgratungsanlagen, Galvanik- und Oberflächenbehandlungsanlagen usw-, ausgelegt ist. Die Anordnung weist eine Luft/Luft-Wärmepumpe zur Umluftführung und zur Aufheizung bzw. Trocknung der Luft und/oder eine Luft/Wasser-Wärmepumpe zur Umluftführung der Luft und zur Beheizung oder Zuheizung der Tanks oder Wasserwärmetauscher auf, wobei z. B. Kondensatoren als Wärmetauscher ausgelegt und mit dem Heizkreislauf der Tankbeheizung verbunden sind. Der Feuchtluft in Form der Schwaden aus dem Wasch- und/oder Trocknungsraum wird durch Abkühlung Wasser entzogen und dabei die Schwadenluft getrocknet. Anschließend wird die getrocknete Luft erwärmt erneut eingeblasen. Aufgrund dieser Entwässerung im geschlossenen System erfolgt die Schwaden- und/oder Teiletrocknung ausschließlich mit Umluft. Die Waschtemperaturen liegen etwa zwischen 55° und 80°C, so dass die Dampfschwaden gesättigt und die gewaschenen Teile nach dem Wasch- und/oder Spülvorgang warm und feucht sind.
• Beim Luft/Luft-Wärmepumpenbetrieb wird die Wärmepumpe bzw. Kältemaschine des Aggregats eingeschaltet, bevor die Reinigungsanlage gestartet wird. Dabei wird der Verdampfer gekühlt und die dadurch anfallende Wärme in die beiden Kondensatoren des Luftwärmetauschers abgegeben. Nach einer Anlaufzeit wird der Verdampfer kalt und die beiden Wärmetauscher werden warm. Der Kältemitteldruck auf der Druckseite der Kältemaschine steigt dabei an. Das Umluft-Saug-Druck-Gebläse, das wahlweise am Umlufttrocknergehäuse oder außen an der Maschine angebaut und mit Frequenzsteuerung betrieben werden kann, saugt die warme Feuchtluft aus dem Wasch- und/oder Trocknungsraum über den unterkühlten Verdampfer an. Durch die rasche Abkühlung der feuchtwarmen Luft wird Kondenswasser abgeschieden, das über den Abflussstutzen zurück in den Wassertank abläuft. Der dem Verdampfer nachgeschaltete Umluft-Wärmetauscher erwärmt die Umluft auf ca. 50°–60°C, wodurch die Luft für Wasserdampf aufnahmefähig wird, der von den Schwaden und/oder dem zu trocknenden Gut im Niedertemperaturbereich abdampft. Dieser Luftstrom wird durch ein Saug-Druckgebläse oder einen Ventilator wahlweise zurück in die Reinigungsanlage geführt und/oder über einen weiteren Verdampfer in der Nachtrocknungszone zum Ansaugschacht für zusätzliche Gebläse oder Seitenkanalverdichter geführt.
• Da der Trocknungsvorgang in der Trocknungszeit nur den Feuchtigkeitsfilm von der Oberfläche der zu reinigenden Teile abdunsten kann, Schöpfstellen jedoch feucht bleiben, wird zur Erhöhung der Trocknungsleistung und zur Erzielung von vollständig getrockneten Teilen vorgeschlagen, Gebläse oder Ventilatoren, die auf mechanischem Wege auf die zu trocknenden Bauteile einwirken, z. B. Blasfächer, in das Umluftsystem einzuschalten, so dass ein vollständiger Umluftbetrieb trotz externer Zusatzgebläse erreicht wird und die darin enthaltene Energie genutzt wird. In einen derartigen Kreislauf können zusätzlich Heizelemente, z. B. Lufterhitzer, zur Erhöhung der Trocknungs-Lufttemperatur vorgesehen werden.
• Der Luft/Wasser-Wärmepumpenbetrieb läuft entsprechend dem Luft/Luft-Wärmepumpenbetrieb ab. Bei diesem Betrieb erwärmt der dem Verdampfer nachgeschaltete Wasserwärmetauscher das Wasser auf ca. 50°–60°C. Dieses Wasser ist mit dem Tank-Heizkreislauf verbunden und erwärmt somit das Wasch- oder Spülmedium.
• Im Kältekreislauf des Trocknungsaggregats nach der Erfindung wird das verdampfte Kältemittel von der Kältemaschine aus dem Verdampfer, z. B. einem Fallrohr-Verdampfer oder einem Rohrkühler, über den Flüssigkeitsabscheider, in dem die Nachverdampfung erfolgt, angesaugt. Dadurch wird die Temperatur im Rohrkühler herabgesetzt und durch Unterkühlung der feuchten Umluft Kondenswasser frei. Die Kältemaschine, z. B. ein Kältemittelverdichter, eine Luft/Luft- bzw. Luft/Wasser-Wärmepumpe oder dgl. saugt dabei trockenen Kältemitteldampf aus dem Rohrkühler mit einem Saugdruck von etwa 2 bis 6 bar an und verdichtet im Kolbenverdichter mittels saug- und druckgesteuerter Plattenventilen auf einen Wert von etwa 15–25 bar als Gasdruck bei etwa 70–100°C. Das heiße Gas wird in den anschließenden Plattenwärmetauschern durch Wärmeabgabe wieder verflüssigt.
• Im Luft/Luft-Wärmepumpenbetrieb mit Platten-Luft-Wärmetauschern, z. B. Lufterhitzern, wird in den beiden hintereinander geschalteten Platten-Luft-Wärmetauschern das heiße Gas (Druckseite der Kältemaschine) durch Wärmeabgabe an die Umluft über das Saug-Druck-Gebläse und an die Hallenluft über einen Axial-Ventilator verflüssigt. Das Saug-Druck-Gebläse, z. B. in Form eines programmgesteuerten Radialgebläses, saugt Umluft durch die Maschine und drückt Trockenluft zurück in die Maschine. Der Axial-Ventilator wird zur Überschusswärmeabführung eingeschaltet und wird vom HD-Druckschalter gesteuert.
• Beim Luft/Wasser-Wärmepumpenbetrieb wird in den beiden hintereinander geschalteten Platten-Wasserwärmetauschern bzw. Wassererhitzern das Heizgas auf der Druckseite der Kältemaschine durch Wärmeabgabe an das Wasser über das Saug-Druck-Gebläse und an die Hallenluft über den Axial-Ventilator verflüssigt. Das Saug-Druck-Gebläse, z. B. ein programmgesteuertes Radialgebläse, saugt Umluft durch die Maschine und drückt Trockenluft zurück in die Maschine. Der Axial-Ventilator zur Überschusswärmeabführung wird z. B. von einem HD-Druckschalter gesteuert.
• Das flüssige Kältemittel kann in einem Filter-Trockner gefiltert und getrocknet werden. Der Kältemittelfluss wird z. B. in einem Schauglas dargestellt und beobachtet. Der Feuchtigkeitsindikator zeigt den Trocknungsgrad des Kältemittels an. Der Kältemittelzufluss zum Fallrohrverdampfer wird in einem thermischen Expansionsventil nach Fühlertemperatur und Druck reguliert. Blasen im Schauglas und ein heißer Filtertrockner zeigen noch nicht voll kondensiertes Kältemittel vor der Überschuss-Wärmeabführung an. Hinter der Überschuss-Wärmeabführung ist das Schauglas im Allgemeinen blasenfrei aufgrund besserer Wärmeabführung. Zwischen Fallrohrverdampfer und Saugleitung der Kältemaschine kann ein Flüssigkeitsabscheider eingeschaltet sein, damit die Kältemaschine nur trockenen Kältemitteldampf ansaugen kann. Wird die Kältebank bei stehendem Saug-Druck-Gebläse aufgebaut, geht der Fallrohrverdampfer in den Tiefkühlbereich mit teilweise gefrierenden Rohren. Noch nicht verdampftes Kältemittel wird am Boden des Flüssigkeitsabscheiders gesammelt und dient nach Einschaltung des Umluftgebläses durch Nachverdampfung zur Kühlung der Kältemaschine.
• Nachstehend wird die Erfindung in Verbindung mit der Zeichnung anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt. Es zeigt:
• 1 eine Gesamtansicht einer Reinigungsanlage nach der Erfindung mit erfindungsgemäßem Trockneraggregat für den Durchlaufbetrieb,
• 2 eine entsprechende Reinigungsanlage wie 1, jedoch als Reinigungs-Kammermaschine,
• 3 in vergrößerter Darstellung das Trockneraggregat gemäß der Erfindung,
• 4 das Trockneraggregat im Luft/Luft-Wärmepumpenbetrieb, und
• 5 das Trockneraggregat im Luft/Wasser-Wärmepumpenbetrieb.
• In der Gesamtansicht nach 1 sind die Reinigungs- bzw. Behandlungskammern mit 1, 2, 3, 4 und der zugehörige Flüssigkeitstank mit 5 schematisch dargestellt. Die beim Reinigungs- und Trocknungsbetrieb entstehende feuchte Luft in Form von Dampfschwaden wird aus dem Reinigungsaggregat über eine Leitung 6 in das Trockneraggregat 7 eingeleitet und der Feuchtluftstrom 8 aus den Reinigungskammern wird in den Verdampfer 9 bzw. dessen Kühlschlangen eingeleitet, wo durch Kühlen eine Rückkondensierung erfolgt und das Kondensat über den Kondensatablauf 10 in den Flüssigkeitstank 5 zurückgeführt wird, wodurch sich der Wasserverbrauch vermindert. Die bei der Kühlung des Verdampfers anfallende Wärme wird in den Luft/Wasser-Kondensator 11 und in den Luft/Luft-Kondensator 13, der als Kältemaschine mit Steuerungseinrichtung 12 ausgebildet ist, abgegeben, wobei die Kondensatoren 11 und 13 als Luft- bzw. Wasser-Wärmetauscher arbeiten. Die warme Feuchtluft aus dem Wasch- und/oder Trocknungsraum des Trockneraggregates wird über den unterkühlten Verdampfer 9 mit Hilfe des Umluft-Saug-Druck-Gebläses 14 angesaugt und im Falle der Ausführungsform nach 1 in einen Nachtrockner 15 eingeführt, dessen Ausgänge 16 über Leitungen 17 Trocknungsgebläsen 18 der Trocknungsanlage zugeführt oder wahlweise über einen Ausgang 19 zurück in die Maschine oder in die Halle ausgeblasen werden. Der Nachtrockner 15 ist so ausgelegt, dass er als Ausbaustufe für zusätzliche Gebläse oder Seitenkanalverdichter für die Trocknungsvorgänge einsetzbar ist. Mit 20 sind Düsen angedeutet, die die Trocknungsluft an die zu trocknenden feuchten Gegenstände bringen. Mit 21 sind Flüssigkeitspumpen bezeichnet, mit 22 Filtereinrichtungen, die für den Betrieb der Anlage dienen.
• 2 zeigt eine alternative Ausführungsform zu 1, nämlich die Reinigungsanlage in Form einer Kammermaschine 23, die im Einkammer-Verfahren mit mehreren Reinigungstanks und einem integrierten Spritzreinigungssystem, wahlweise auch mit einer Mehrkammer-Konstruktion anstelle einer Einkammer-Konstruktion eingesetzt wird, so dass in einer Kammer verschiedene Reinigungs- und Trocknungsprozesse durchführbar sind. Die Behandlungskammer 23 ist über eine Abführleitung 24 mit dem Trocknungsaggregat 7 verbunden. Die in der Kammer 23 gebildeten Dampfschwaden werden in dieser Leitung in das Aggregat 7 eingeführt. Im Aggregat 7 wird die der Kammer 23 abgegebene warme und feuchte Schwadenluft in der in Verbindung mit 1 beschriebenen Art und Weise behandelt und über eine Rückleitung 25 wird die konditionierte Luft wieder in die Kammer 23 eingeführt. Bei dieser Konstruktion sind die die trockene Luft führenden Leitungen 17 über die Gebläse 18 und die Düsen 20 unmittelbar in die Kammer 23 eingebracht. Die Konstruktion und die Verfahrensstufen des Trocknungsaggregates entsprechen denen nach 1. Die in den Fluidtank 5 zurückgeführte, rückkondensierte Flüssigkeit wird über den Kondensatablauf 10 analog wie in 1 in den Flüssigkeitstank eingeführt. Mit 26 ist eine zusätzliche Badbeheizung angedeutet.
• Die Darstellung nach 3 enthält das Trockneraggregat nach 1, die 4 und 5 den Luft/Luft-Wärmetauscher bzw. den Luft/Wasser-Wärmetauscher nach 2.

1, 2, 3, 4

Reinigungs- und Behandlungskammern

5

Flüssigkeitstank

6

Feucht/Warmluft-Leitung

7

Trocknungsaggregat

8

Feuchtluftstrom aus den Reinigungskammern

9

Kühlschlangen des Verdampfers

10

Kondensatorablauf

11

Luft/Wasser-Kondensator

12

Kältemaschine = Luft/Luft-Kondensator

13

Steuerungseinrichtung

14

Saug/Druckgebläse

15

Nachtrockner

16

Ausgang

17

Verbindungsleitung

18

Trocknergebläse

19

Ausgang

20

Düsen

21

Flüssigkeitspumpen

22

Filtereinrichtung

23

Reinigungs-Tauch-Kammer

24

Schwadenableitung

25

Luft-Rückleitung

26

Heizleitung für Fluidbad

Claims (9)

1. Verfahren zum Verbessern der Energiebilanz bei Anlagen zum Reinigen, Spülen, Trocknen und dgl. von industriellen Teilen und Werkstücken in Behandlungskammern oder Durchlaufeinrichtungen mit integriertem Spritz-Reinigungssystem, manueller oder automatischer Beschickung, getrennten Laugenbehältern, Filtereinrichtungen, Wasseraufbereitung, Ölabscheidern und Warenträger-Transportsystemen, dadurch gekennzeichnet, dass a) die beim Reinigungs- und Trocknungsprozess entstehenden Dampfschwaden im Luft/Luft- und Luft/Wasser-Wärmepumpenbetrieb (12, 11) abluftfrei rückkondensiert und das flüssige Kondensat über den Kondensatablauf (10) in den Flüssigkeitstank (5) zurückgeführt wird, und b) die dabei anfallende trockene und angewärmte Luft im Heizkreislauf über ein Saug/Druckgebläse (14) und über ein Trocknungsgebläse (18) zur Reduzierung von externer Energie sowie zur Unterstützung der Trocknung in den geschlossenen Luftkreislauf der Reinigungsanlage eingeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bei der Schwadenrückkondensation anfallende, in der trockenen und warmen Luft enthaltene Wärmeenergie in einer Luft/Wasser-Wärmepumpe (11) rückgewonnen und in den Heißwasserkreis zur Unterstützung der Tankbeheizung eingeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass weitere, an der Reinigungsanlage Abwärme verursachende Aggregate, wie z. B. HD-Pumpe, Vakuumpumpe, usw., an das Reinigungsaggregat angeschlossen werden, um deren Wärmeenergie für den Kreislauf zu nutzen.
4. Anlage zum Reinigen, Trocknen und dgl. von industriellen Teilen und Werkstücken in Behandlungskammern oder Durchlaufeinrichtungen mit integriertem Spritz-Reinigungssystem, manueller oder automatischer Beschickung, getrennten Laugenbehältern, Filtereinrichtungen, Wasseraufbereitung, Ölabscheidern, Warenträger-Transportsystemen, gekennzeichnet durch a) eine Luft/Luft-Wärmepumpe (12) zum Rückkondensieren des aus der Reinigungsanlage anfallenden Dampfstromes sowie zur Rückführung der in der getrockneten und angewärmten Luft enthaltenen Wärmeenergie in den geschlossenen Heizwasserkreis, b) einen Kondensatablauf (10) von der Luft/Wasser-Wärmepumpe (11) zum Flüssigkeitstank (5), und c) eine Luft/Wasser-Wärmepumpe (11), die die Luft in den geschlossenen Kreislauf der Anlage einführt.
5. Anlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass weitere, Abwärme erzeugende Aggregate der Reinigungsanlage, wie z. B. HD-Pumpen, Vakuumpumpen, usw., an die Anlage angebunden sind und die erzeugte Wärmeenergie in den Wärmekreislauf eingeführt wird.
6. Anlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die als Luft/Luft-Wärmepumpe (12) zur Umluftführung und Aufheizung der Luft für den Trocknungsvorgang und/oder zusätzlich als Luft/Wasser-Wärmepumpe (11) zur Umluftführung der Luft sowie der Beheizung oder Zuheizung der Tanks oder Wasserwärmetauscher ausgelegt und mit dem Heizkreislauf der Tankbeheizung verbunden ist.
7. Anlage nach einem der Ansprüche 4–6, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft/Luft-Wärmepumpe (12) und die Luft/Wasser-Wärmepumpe (11) Kondensatoren (11, 12) sind.
8. Anlage nach einem der Ansprüche 4–7, dadurch gekennzeichnet, dass in den Luftkreislauf Heizelemente in Form von Lufterhitzern oder dgl. eingeschaltet sind, um die Trocknungslufttemperatur zu erhöhen.
9. Anlage nach einem der Ansprüche 4–8, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiterer Verdampfer in einem Nachtrocknungsabschnitt zum Ansaugschacht für zusätzliche Gebläse oder Seitenkanalverdichter vorgesehen ist.