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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Härtung von Kalk-Sandsteinen, Poren-Betonsteinen o. ä., wobei Rohlinge der Steine in einen Innenraum eines Autoklaven eingebracht werden, dieser druckdicht verschlossen und danach in den Innenraum des Autoklaven unter Druck stehender Wasserdampf eingeleitet wird, der während einer bestimmten Zeit auf die Rohlinge einwirkt, wodurch letztere aushärten, wobei des Weiteren während der Zeit der Einleitung und/oder der Einwirkung des Wasserdampfs Kondensat anfällt, das zumindest teilweise recycelt wird.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von Kalk-Sandsteinen, Poren-Betonsteinen o. ä. mit
- – einem Autoklaven, in dessen Innenraum Rohlinge der Steine durch eine druckdicht verschließbare Öffnung einbringbar sind,
- – einem Dampferzeuger und/oder einem Dampfspeicher, mit bzw. von dem der verschlossene Autoklav mit den darin befindlichen Rohlingen mit unter Druck stehendem Wasserdampf beaufschlagbar ist, wodurch die Rohlinge aushärtbar sind,
- – einer Kondensatsammeleinrichtung zum Sammeln des durch die Dampfeinleitung in dem Autoklaven in dessen Innenraum entstehenden Kondensats.
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Stand der Technik
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Bei einer Vielzahl der aktuell in Betrieb befindlichen Vorrichtungen der vorgenannten Art wird das Kondensat entweder in einem Behälter angesammelt und von dort niveaugesteuert abgelassen oder kontinuierlich entsprechend seinem Anfall aus dem Hochdrucksystem der Vorrichtung ausgeschleust.
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Die
DE 691 047 offenbart ein Verfahren der eingangs genannten Art und eine zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung, wobei der Druck des Dampfkessels unter den Druck des zur Entnahme der Fertigsteine zu öffnenden Autoklaven abgesenkt wird. Über eine von der tiefsten Stelle des Autoklaven zum Wasserraum des Dampferzeugers führende Leitung wird das Kondenswasser in den Heizkessel zurückgedrückt und wieder in den Wasserkreislauf zurückgeführt.
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Problematisch ist in diesem Zusammenhang der hohe Kalkgehalt im Kondensat, der dadurch zustande kommt, dass beim Kondensationsvorgang und Ablaufen des Kondensats von den Steinrohlingen Kalk aus letzteren ausgewaschen wird und in Lösung geht. Bei der Verdampfung des Kondensats im Dampferzeuger entstehen infolge dessen Ablagerungen, die den Wärmeübergang behindern und regelmäßig durch Reinigen entfernt werden müssen. Herdurch entsteht ein nicht unerheblicher Aufwand.
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Aus der
DE 195 44 238 C1 ist ein Verfahren zur Aufbereitung von Brauchwasser einer Kalk-Sandstein-Härteanlage bekannt, bei der das Kondensat aus der Sammeleinrichtung abgelassen und sodann einem Niederdruckverdampfer zugeführt wird. Dort wird das Kondensat zu Kaltdampf verdampft, der als nächstes einem Kondensator zugeführt und zu Brauchwasserkondensat kondensiert wird. Dieses Brauchwasserkondensat wird in einem nächsten Schritt dann dem Dampferzeuger als Speisewasser zugeführt. Hierdurch wird die Problematik des hohen Kalkgehalts des Kondensats ausgeschaltet, da das Brauchwasserkondensat, das dem Dampferzeuger zugeführt wird, quasi frei von Ionen ist und deshalb beim Verdampfen keine Ablagerungen erzeugt. Als Nachteil ist bei diesem bekannten Verfahren jedoch der Energieaufwand für den Niederdruckverdampfer anzusehen. Darüber hinaus ist der apparative Aufwand vergleichsweise hoch.
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Unter energetischen Aspekten stellt ferner das Verfahren gemäß der
DE 197 02 430 A1 eine Fortentwicklung des aus der
DE 195 44 238 C1 bekannten Verfahrens dar. Gemäß jenem vorbekannten Verfahren wird das Brauchwasser zunächst in einem Sammelbehälter aufgefangen und anschließend in einem ersten Schritt wiederum einem Niederdruckverdampfer zwecks Erzeugung von Kaltdampf zugeführt. Dabei wird das Brauchwasser vor seiner Verdampfung in dem Niederdruckverdampfer über einen Wärmetauscher geführt, um auf diese Weise die Wärmeenergie des Restdampfs aus den Autoklaven nutzen zu können. Darüber hinaus ist aus der
DE 197 02 430 A1 ein Verfahren bekannt, bei dem der Restdampf aus den Härtekesseln in einem Wärmetauscher im Wärmeaustausch mit zu erwärmendem Brauchwasser zumindest teilweise kondensiert wird. Hierdurch soll das Volumen des Restdampfs verringert werden, um den energetischen und apparativen Aufwand beim Entleeren der Härtekessel zu verringern. Als weiterer Effekt wird auch der Energieaufwand bei der Niederdruckverdampfung reduziert weil das aufzubereitende Brauchwasser dem Niederdruckverdampfer mit einer gleichmäßig hohen Temperatur zugeführt werden kann.
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Auch wenn bei einer Verdampfung des Kondensats Probleme mit Kalkablagerungen im Dampferzeuger nicht mehr auftreten und selbst wenn gegenüber der
DE 195 44 238 C1 der energetische Aufwand durch die Nutzung der Wärmeenergie des Restdampfs reduziert wird, ist die Verdampfung und anschließende Kondensierung des Kondensats sowohl unter energetischen als auch unter apparativen Aspekten nicht optimal.
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Eine alternative Variante des stofflichen Recyclings des Kondensats ist in der
DE 43 13 314 A1 offenbart. Bei diesem vorbekannten Verfahren wird das Kondensat zusammen mit kalkhaltigen Frischwasser einer Fällungsstufe zugeführt, um Kalk zum Karbonat auszufällen. Nach der Fällung wird das solchermaßen erzeugte „saubere” Wasser wieder dem Dampferzeuger zugeführt, wohingegen das Kalziumkarbonat dem Grundgemisch zur Steinherstellung zugegeben wird. Optional soll vor der Zuführung des recycelten Wassers zum Dampferzeuger im Anschluss an die Fällungsstufe eine Entkarbonisierung stattfinden. Der Betrieb derartiger Fällungsstufen hat sich in der Praxis jedoch als finanziell und verfahrenstechnisch aufwendig herausgestellt, selbst wenn auf eine Verdampfungs- und Kondensationsstufe hierbei gänzlich verzichtet werden kann.
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Aufgabe
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Härtung von Kalk-Sandsteinen, Porenbetonsteinen und ähnlichem vorzuschlagen, das bzw. die sich durch ein energetisch und verfahrenstechnisch optimiertes Recycling des anfallenden Kondensats auszeichnet.
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Lösung
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Ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art wird die vorgenannte Aufgabe dadurch gelöst, dass das Kondensat zumindest teilweise, ohne dass dessen Druck zuvor reduziert wird, unmittelbar aus der Kondensatsammeleinrichtung in den Innenraum des Autoklaven zurück verdampft wird.
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Durch die unmittelbare Rückverdampfung des Kondensats in den Autoklav werden die Energieverluste in Form der im Kondensat befindlichen Energie teilweise zurückgewonnen. Durch die erfindungsgemäße Rückverdampfung entstehen die bei bekannten Verfahren anfallenden Energieverluste deshalb nicht mehr, weil das Kondensat nach der Sammlung nicht aus dem „Hochdrucksystem” entfernt wird, indem sein Druck auf das Niveau des Umgebungsdrucks abgesenkt wird. Die erfindungsgemäß somit vermiedene Druckerniedrigung, durch die thermodynamisch erhebliche Verluste realisiert werden, ist somit für die Rückverdampfung, d. h. Zuführung des aus dem Kondensat gebildeten Dampfes in den Innenraum des Autoklaven, nur noch die Verdampfungsenthalpie h” und nicht mehr h' notwendig. Das Kondensat wird somit stets auf dem Hochdruckniveau gehalten.
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Dabei ist es für den Eintritt des erfindungsgemäßen Erfolgs unerheblich, ob das Kondensat – wie im Stand der Technik üblich – in einem unterhalb des Innenraums des Autoklaven angeordneten Sammelbehälter aufgefangen und von dort zurückverdampft wird. Der Sammelbehälter bildet nach dem Stand der Technik mit dem Innenraum des Autoklaven und einer eventuellen Verbindungsleistung einen zusammenhängenden Raum, in dem derselbe Druck herrscht. Sofern dies technisch möglich ist, kann das Kondensat auch im Innenraum des Autoklaven selbst gesammelt und von dort aus rückverdampft werden. In diesem Fall ist keine separate Kondensatsammeleinrichtung vorhanden, sondern diese wird von dem unteren Bereich des Autoklaven selbst gebildet, in dem sich das Kondensat schwerkraftbedingt ansammelt. Unter Kondensatsammeleinrichtung im Sinne der vorliegenden Anmeldung ist daher nicht zwingend ein separater (Druck-)Behälter zu verstehen, sondern sie umfasst alle Einrichtungen, die das verteilt im Innenraum des gesamten Autoklaven anfallende Kondensat sammelt (zusammenführt) und einem (oder möglicherweise auch mehreren) Wärmetauscher(n) zur Rückverdampfung zuführt. Die Rückverdampfung kann dabei auch in kontinuierlicher Betriebsweise erfolgen, das heißt es findet keine Akkumulation des Kondensats statt, sondern die Sammelrate entspricht der Rückverdampfungsrate. Es ist aber auch ein chargenweiser Betrieb in dem Sinn möglich, dass erst eine gewisse Menge des Kondensats gesammelt und anschließend diese Menge vollständig rückverdampft wird.
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Erfindungswesentlich ist dabei, dass sich der Innenraum des Autoklaven und die Kondensatsammeleinrichtung auf demselben Druckniveau befinden, so dass also Drosselverluste, wie sie beim Ablassen des Kondensats nach den vorbekannten Verfahren üblich sind, nicht auftreten. Kondensatsammeleinrichtung und Innenraum des Autoklaven bilden somit unter Druckgesichtspunkten eine Einheit.
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Um die Energieeffizienz weiter zu erhöhen wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, die für die Rückverdampfung des Kondensats erforderliche Energie aus dem Abdampf eines anderen, zeitversetzt betriebenen Autoklaven oder aus Frischdampf zu beziehen.
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Darüber hinaus ist es besonders sinnvoll, wenn die für die Rückverdampfung des Kondensats erforderliche Energie in einem Energiespeicher, vorzugsweise in Form eines Öl-, PCM-(Phase Change Material) oder Ruthsspeichers zwischengespeichert wird. Dabei liegt es im Rahmen der Erfindung, dass ein für die Rückverdampfung des Kondensats verwendeter Wärmetauscher mit Dampf oder Öl oder einem anderen Wärmeträgermedium betrieben wird. Grundsätzlich sind auch elektrisch betriebene Heizelemente möglich, wenngleich energetisch betrachtet meist nicht sinnvoll. Bei einem Betrieb mit Dampf kann unmittelbar auf Frischdampf aus dem Dampferzeuger oder aus einem Energiespeicher zurückgegriffen werden, was prozesstechnisch besonders einfach ist. Die Verwendung eines anderen Wärmeträgermediums bietet sich an.
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Eine weitere Reduzierung des Energiebedarfs kann realisiert werden, wenn erfindungsgemäß die Wärmeenergie, die nach Abschluss des Härtungsvorgangs in dem in der Kondensatsammeleinrichtung befindlichen Kondensat und Dampf enthalten ist, in einen Energiespeicher übertragen wird, aus dem heraus die Wärmeenergie zu Beginn der Rückverdampfung wieder dem zu verdampfenden Kondensat zugeführt wird. Auch die Wärmeenergie desjenigen Anteils des Kondensats, das nicht wieder rückverdampft wurde, sowie des Restdampfs in der Kondensatsammeleinrichtung, kann auf die vorbeschriebene Weise unter Verwendung eines Energiespeichers wiederverwendet werden.
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Um in der Phase der Druckreduzierung in dem Autoklaven den Zeitbedarf dieses Prozessschritts zu vermindern kann erfindungsgemäß der Kondensatsammeleinrichtung in einer Phase der Druckabsenkung in dem Autoklaven flüssiges Wasser, vorzugsweise in fein verteilter Form und mit möglichst niedriger Temperatur, zugeführt werden. Hierdurch findet in Folge der schnellen Temperaturerniedrigung eine starke Volumenabnahme des Dampfes statt, so dass es zu einem sehr raschen Druckabbau in dem Autoklaven kommt. Die Kondensatsammeleinrichtung mit ihrem vergleichsweise großen Volumen wird somit dazu genutzt, den Druckabbau in dem Autoklaven zu begünstigen, ohne dass in den Autoklaven selbst Wasser eingebracht werden müsste. Dies wäre nämlich insofern nachteilig, als die Steine zum Ende des Härtungsprozesses nass würden, wodurch sich das Handling nach Abschluss des Härtungsvorgangs erschweren würde.
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In verfahrenstechnischer Hinsicht wird darüber hinaus erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass in der Kondensatsammeleinrichtung in einer Phase der Druckerhöhung über eine Wärmezufuhr zu dem Wärmetauscher Dampf überhitzt und anschließend dem Innenraum des Autoklaven zugeführt wird. In der Bedampfungsphase kann auf diese Weise durch Verwendung überhitzten Dampfes (statt Sattdampfs) eine Steintrocknung erzielt werden, was bei der Vorgehensweise nach dem Stand der Technik ohne Verwendung eines zusätzlichen Überhitzers nicht möglich ist, da dort lediglich die Zufuhr von Sattdampf möglich ist.
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Um sowohl eine wirksame Rückführung des rückverdampften Kondensats in den Innenraum des Autoklaven und eine homogene Verteilung desselben dort zu bewirken als auch um im Falle der Steintrocknung mittels überhitzen Dampfes eine homogene Dampfverteilung im Autoklaven zu erzielen, sollte zwischen der Kondensatsammeleinrichtung und dem Innenraum des Autoklaven eine Zirkulationsströmung über eine Rückführleitung und eine Zirkulationsleitung erzeugt werden. Beide verlaufen insofern parallel zueinander, als sie eine Verbindung zwischen Kondensatsammeleinrichtung und dem Innenraum des Autoklaven herstellen, jedoch bei Vorliegen einer Zirkulationsströmung in entgegengesetzte Richtungen durchströmt werden, wobei ein erforderliches Druckgefälle zur Erzeugung der Zirkulationsströmung mit Hilfe einer Druckerhöhungseinrichtung, insbesondere eines Ventilators, in einer der beiden vorgenannten Leitungen aufgebaut wird.
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In vorrichtungstechnischer Hinsicht wird die zugrunde liegende Aufgabe gelöst durch
- – einen Wärmetauscher, mit dem das in der Kondensatsammeleinrichtung befindliche Kondensat verdampfbar ist, und
- – eine Rückführleitung, durch die der aus dem Kondensat erzeugte Dampf in den Innenraum des Autoklaven rückführbar ist.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht es, eine Rückverdampfung des Kondensats durchzuführen, ohne dass zuvor der Druck des Kondensats abgesenkt wird, d. h. dass das Kondensat aus dem Innenraum des Autoklaven bzw. einer druckmäßig damit kommunizierenden Kondensatsammeleinrichtung entfernt wird. In energetischer Hinsicht wird somit eine deutlich verbesserte Prozessführung erzielt, wodurch nicht unerhebliche Energiemengen eingespart werden können. Allein der Umstand, dass ein Ablassen, d. h. eine Druckminderung bei dem Kondensat vermieden wird, kann eine Energieeinsparung zwischen ca. 6% und 14% im Vergleich mit den bekannten Verfahren erzielt werden. Auch in stofflicher Hinsicht ist das erfindungsgemäße Verfahren und die zu dessen Durchführung geeignete Vorrichtung von Vorteil, da das Kondensat zumindest teilweise nicht aus dem Zyklus herausgenommen werden muss, wie dies durch Einleitung des abgekühlten Kondensats in Teiche Usus ist. Die Vorteile der Reduzierung sowohl der Abwassermenge als auch der benötigten Frischwassermenge haben die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren somit mit dem bekannten Prinzip der Niederdruckverdampfung und anschließenden Rückkondensation gemein.
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Die erfindungsgemäße Rückführleitung kann dabei grundsätzlich auch von einer Kondensatleitung gebildet werden, falls diese in Bezug auf ihren Querschnitt hinreichend groß bemessen und frei von Strömungshindernissen ist. In diesem Fall verlässt das Kondensat den Innenraum des Autoklaven durch die „Rückführleitung” in die Kondensatsammeleinrichtung, wohingegen der durch Rückverdampfung des Kondensats erzeugte Dampf die Kondensatsammeleinrichtung durch eben diese Rückführleitung in Richtung des Innenraums des Autoklaven verlässt. In einer Art Gegenstromprinzip findet somit zeitlich versetzt, aber möglicherweise auch zeitlich parallel eine Durchströmung der Rückführleitung in beide Richtungen statt.
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Vorzugsweise sollte jedoch eine zusätzlich zu der Rückführleitung verlaufende Kondensatleitung vorhanden sein, durch die das in dem Autoklaven anfallende Kondensat in die Kondensatsammeleinrichtung leitbar ist. Die Kondensatleitung kann einen wesentlich kleineren Querschnitt besitzen als die für die größeren Dampfvolumina auszulegende Rückführleitung. Die Rückführleitung kann dabei so geführt werden, dass diese an einer möglichst günstigen Stelle in den Innenraum des Autoklaven mündet, so dass eine möglichst homogene Verteilung des rückverdampften Kondensats erfolgt. Bei getrennten Leitungen in Form einer Kondensatleitung und einer Rückführleitung ist es des Weiteren möglich, in die Kondensatleitung eine Pumpe zu integrieren, um die Kondensatsammeleinrichtung auch oberhalb des Bodenniveaus des Autoklaven anordnen zu können. Hierdurch können teure Erdarbeiten reduziert werden, die ansonsten für die Anordnung der Kondensatsammeleinrichtung unterhalb des Innenraums des Autoklavens erforderlich wären, um eine allein durch die Schwerkraft bedingte Kondensatführung zu erhalten. Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht ferner darin, eine Zirkulationsleitung vorzusehen, die den Innenraum des Autoklaven mit der Kondensatsammeleinrichtung verbindet sowie darüber hinaus einen vorzugsweise in der Zirkulationsleitung oder in der Rückführleitung oder in der Kondensatleitung angeordneten Ventilator vorzusehen, mittels dessen ein den Innenraum des Autoklaven und die Kondensatsammeleinrichtung durchströmende Zirkulationsströmung zu erzeugen. Auf diese Weise kann sowohl im Falle einer beabsichtigten Steintrocknung mittels überhitzten Dampfs als auch bei der bloßen Rückverdampfung des Kondensats eine möglichst homogene Verteilung des Dampfs in dem Autoklaven sowie hinreichende Überström-Volumenströme erzielt werden.
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Schließlich sieht die Erfindung noch vor, dass als Wärmetauscher für die Rückverdampfung des Kondensats ein Plattenwärmetauscher, vorzugsweise einer der so genannten „Pillow Plates”-Bauweise, verwendet wird. Die Innenräume der „Pillow Plates” werden von dem jeweiligen Wärmeträgermedium (Dampf, Öl etc.) durchströmt, während sich die „Pillow Plates” als solche in dem Kondensat befinden und von diesem zumindest teilweise umgeben sind. Kalkbedingte Ablagerungen an den Außenseiten der „Pillow Plates” lösen sich aufgrund der speziellen Oberflächengeometrie weitgehend selbstständig ab, bevor größere, den Wärmeübergang spürbar behindernde Seitendicken erreicht werden.
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Ausführungsbeispiel
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Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand von zwei Vorrichtungen, die in schematischer Weise in der Zeichnung dargestellt sind, näher erläutert.
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Es zeigt:
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1: Ein Schaltschema einer ersten Vorrichtung zur Härtung von Kalk-Sandsteinen und
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2: das Schaltschema einer alternativen Vorrichtung.
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Eine in 1 in einem Schaltschema veranschaulichte Vorrichtung 1 zur Härtung von Kalk-Sandsteinen weist einen Autoklaven 2, eine Kondensatsammeleinrichtung 3, einen Dampferzeuger 4, einen Speisewasserbehälter 5 und einen Dampfspeicher 6 als wesentliche Komponenten auf. Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung 1 eine Vielzahl von Leitungen sowie Pumpen und auch einen Ventilator, wobei auf letztgenannte Komponenten an späterer Stelle näher eingegangen wird.
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Bei dem Autoklaven 2 handelt es sich um einen langgestreckten zylindrischen Druckbehälter, der stirnseitig mit jeweils einer gasdicht verschließbaren türartigen Öffnung versehen ist. Auf in Schienen geführten Loren sind in einen Innenraum 7 des Autoklaven 2 Rohlinge von Kalk-Sandsteinen einbringbar, um diese durch eine Behandlung mit unter Druck stehendem Wasserdampf auszuhärten. Während die Beschickung des Autoklaven 2 von einer ersten Stirnseite her erfolgt, werden die gehärteten Kalk-Sandsteine nach Abschluss der Behandlung auf der gegenüber liegenden Stirnseite aus dem Autokalven 2 herausgefahren.
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Nachdem eine Charge zu behandelnder Rohlinge in den Innenraum 7 des Autoklaven 2 eingebracht und die stirnseitigen Öffnungen dicht verschlossen wurden, wird über eine von dem Dampferzeuger 4 in den Innenraum 7 des Autoklaven 2 führende Leitung 8 Frischdampf in den Autoklaven eingeleitet. Bedarfsweise kann vor Beginn der Dampfeinleitung der Innenraum 7 des Autoklaven 2 (teilweise) evakuiert werden, um möglicherweise störende Komponenten der Umgebungsluft zu entfernen. Während der Dampfeinleitung werden Temperatur und Druck in dem Autoklaven 2 nach bestimmten Funktionen geregelt erhöht.
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Da die Rohlinge zu Beginn der Behandlung eine vergleichsweise geringe Ausgangstemperatur besitzen und auch die Wandungen des Autoklaven 2 selbst noch vergleichsweise kühl sind, schlägt sich an den Autoklavwandungen sowie an den Rohlingen Kondenswasser nieder, das sich schwerkraftbedingt im Bodenbereich des Autoklaven 2 sammelt. Von einer tiefsten Stelle 9 im Innenraum 7 des Autoklaven 2 führt eine Kondensatleitung 10 zu der Kondensatsammeleinrichtung 3, bei der es sich ähnlich wie bei dem Autoklaven um einen druckfesten und gasdichten Behälter handelt. Um die Kondensatsammeleinrichtung 3 auch geodätisch höher als den Boden des Autoklaven 2 anordnen zu können, ist in der Kondensatleitung 10 eine Pumpe 11 angeordnet, die das Kondensat in die Kondensatsammeleinrichtung 3 fördert.
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Erfindungsgemäß befindet sich innerhalb der Kondensatsammeleinrichtung 3 ein Wärmetauscher 12, der bei maximalem Füllstand des sich in der Kondensatsammeleinrichtung 3 ansammelnden Kondensats (Niveau 13) vollständig unterhalb des Kondensatspiegels befindet.
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Im Zuge der beginnenden Dampfeinleitung in den Innenraum 7 des Autoklaven 2 bildet sich in der Anfangsphase, in der Druck und Temperatur in dem Autoklaven 2 kontinuierlich ansteigen, fortlaufend Kondensat, das durch die Kondensatleitung 10 in die Kondensatsammeleinrichtung 3 geleitet wird. Sobald ein gewisser Mindestfüllstand in der Kondensatsammeleinrichtung 3 erreicht ist, kann der Wärmetauscher 12 über eine Leitung 33 mit Dampf versorgt werden, um das Kondensat aus der Kondensatsammeleinrichtung 3 über eine Rückführleitung 15 in den Innenraum 7 des Autoklaven 2 zurückzuverdampfen.
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In der Anfangsphase der Rückverdampfung, in der die Temperatur und der Druck in dem Innenraum 7 des Autoklaven 2 noch vergleichsweise gering sind, wird der Wärmetauscher 12 über eine Leitung 16 sowie die weiteren Leitungen 14 und 33 mit Abdampf bzw. Restdampf aus einem anderen, nicht in der 1 gezeigten Autoklaven versorgt, der zu dem in 1 gezeigten Autoklaven zeitversetzt betrieben wird. Sobald die Temperatur des Restdampfs zur Rückverdampfung des Kondensats mittels des Wärmetauschers 12 in der Kondensatsammeleinrichtung 3 nicht mehr ausreicht oder im Parallelbetrieb zur Restdampfnutzung, wird durch Umschaltung entsprechender Ventile über eine Leitung 18 Dampf aus dem Dampfspeicher 6 entnommen. Alternativ hierzu ist aber auch eine direkte Versorgung des Wärmetauschers 12 mit Frischdampf über die Leitungen 8 und 19 in die Leitung 33 möglich. Über eine Leitung 20 wird der im Wärmetauscher 12 kondensierte Dampf in den Speisewasserbehälter 5 zurückgeführt, von wo aus er über eine in einer Leitung 21 angeordnete Druckerhöhungspumpe 22 dem Dampferzeuger 4 zugeführt wird. Eventuell ist vor dem Speisewasserbehälter 5 ein Dampfkühler vorzusehen, insbesondere wenn der Wärmetauscher 12 mit Frischdampf betrieben wird. Das zurückgeführte Kondensat aus dem Frischdampf zeichnet sich durch seine große Reinheit aus.
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Der im Innenraum 7 des Autoklaven 2 zugeführte Frischdampf in Form von Sattdampf kann mit Hilfe des Wärmetauschers 12 bedarfsweise überhitzt werden, um beispielsweise in der Bedampfungsphase des Härtungsprozesses eine Trocknung der Steine zu bewirken. Hierzu wird eine eventuell noch in der Kondensatsammeleinrichtung vorhandene Kondensat-Restmenge abgelassen. Dann wird ein in einer Zirkulationsleitung 23 angeordneter Ventilator 24 in Betrieb gesetzt, wodurch sich eine Zirkulationsströmung in der Form ergibt, dass der überhitzte Dampf durch die Rückführleitung 15 von der Kondensatsammeleinrichtung 3 in den Innenraum 7 des Autoklaven 2 geführt wird, und darin befindlicher Dampf über die Zirkulationsleitung 23 und den Ventilator 24 in die Kondensatsammeleinrichtung 3 strömt. Mit dem Wärmetauscher 12 steht somit für die Komponente „Autoklav” eine zusätzliche vom Dampferzeuger 4 unabhängige Energiequelle bzw. Wärmequelle zur Verfügung, die drucktechnisch zwar mit dem Innenraum 7 des Autoklaven 2 verbunden ist, jedoch aufgrund ihrer Anordnung in der separaten Komponente „Kondensatsammeleinrichtung” zu keinem Verlust an nutzbarem Volumen des Innenraums 7 des Autoklaven 2 führt.
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So wie der Abdampf/Restdampf aus einem anderen Autoklaven über die Leitung 17 zum Wärmetauscher 12 des Autoklaven 2 leitbar ist, um die Abdampf-/Restdampfverluste zu minimieren, so wird auch der Abdampf/Restdampf aus dem Autoklaven 2 über eine Leitung 24 und die Leitung 17 zu dem Wärmetauscher anderer, zeitversetzt betriebener Autoklaven, geleitet.
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Um in der Endphase des Härtungsprozesses, in der Druck und Temperatur im Innenraum 7 des Autoklaven 2 wieder gesenkt werden, die Druckabsenkung zu beschleunigen, ohne die in dem Autoklaven 2 befindlichen Kalk-Sandsteine zu befeuchten, kann der in der Kondensatsammeleinrichtung 3 oberhalb des aktuellen Kondensatspiegels befindliche Dampf durch Einsprühen von kaltem Wasser über eine Sprüheinrichtung 25 niedergeschlagen werden. Auch in dieser Betriebsart kann mit Hilfe des Ventilators 24 eine Zirkulation erzeugt werden, so dass der gesamte Dampf aus dem Innenraum 7 des Autokalven 2 in dem oberen Bereich der Kondensatsammeleinrichtung 3 mit kaltem Wasser berieselt werden kann. Auf diese Weise wird eine rasche Druckabsenkung in dem Autoklaven 2 erreicht.
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Bei dem Wärmetauscher 12 handelt es sich um einen Plattenwärmetauscher der so genannten „Pillow Plates”-Bauart. Hierbei handelt es sich um Wärmetauscherplatten, die nach Art von gesteppten Kissen über die Fläche verteilte Stellen aufweisen, an denen die gegenüber liegenden Mantelbleche durch Laserschweißen miteinander verbunden sind, wobei die Wärmetauscherplatten während des Herstellungsprozesses durch Druckbeaufschlagung kissenförmig ausgewölbt werden. Pillow-Plates-Wärmetauscher zeichnen sich durch ihre große Unempfindlichkeit gegenüber Ablagerungen, insbesondere auch gegenüber Kalkablagerungen, aus. Sich an den Oberflächen der Wärmetauscherplatten bildende Kalkablagerungen blättern aufgrund der speziellen Geometrie der Oberfläche im Betrieb ab, so dass sich keine großen, den Wärmeübergang behindernde Schichtdicken einstellen können. Der Selbstreinigungseffekt wird erzielt durch geringfügige Formänderungen der gewölbten Wärmetauscherplatten und dem Einfluss wechselnder Druck- und Temperaturbeaufschlagung des Wärmetauschers 12. Erforderlichenfalls ist zu Reinigungszwecken auch eine kurzzeitige Druckbeaufschlagung über die im normalen Betrieb auftretenden Maximaldrücke hinaus möglich, um eine hinreichende Verformung zu erhalten. Alternaiv kann der Wärmetauscher 12 auch durch Zugabe einer Reinigungschemikalie (z. B. Säure) zu dem Kondensat durch einen Zulaufanschluss des Autoklaven 2 abgereinigt werden. Um die sich im Bereich des Bodens der Kondensatsammeleinrichtung 3 ansammelnden Kalkablagerungen entfernen zu können, besitzt ein Gehäuse der Kondensatsammeleinrichtung 3 eine druckdicht verschließbare Tür, durch die eine Zugangsmöglichkeit zu einem Innenraum der Kondensatsammeleinrichtung 3 und insbesondere auch zu den Platten des Wärmetauschers 12 besteht.
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In Unterscheidung zu der Vorrichtung 1 gemäß 1 besitzt die alternative Vorrichtung 1' gemäß 2, die ebenfalls zum Härten von Kalk-Sandsteinen vorgesehen ist, einen Wärmetauscher 26, in dem Wärmeenergie des Frischdampfs über eine Leitung 19' und 19'' in Austausch mit einem zweiten Wärmeträgermedium, insbesondere Thermoöl, gebracht wird. Das Thermoöl zirkuliert über Leitungen 27, 28 von dem Wärmetauscher 26 in den im Inneren der Kondensatsammeleinrichtung 3 befindlichen Wärmetauscher 12 zur Kondensatrückverdampfung und von dort wieder zurück in den Wärmetauscher 26. Insbesondere in der Endphase der Autoklavaufheizung ist somit über den Frischdampf eine Versorgung des Wärmetauschers 12 mit der erforderlichen hohen Temperatur sichergestellt. Während der Anfangsphase der Aufheizung wird das Thermoöl hingegen nicht über den Wärmetauscher 26 geführt, sondern über eine von der Leitung 28 abzweigende Leitung 29 zu einem bildlich nicht in 2 dargestellten weiteren Wärmetauscher, der sich in einem Energiespeicher 30 befindet, und von dort über eine in die Leitung 27 mündende Leitung 31 zurück in den Wärmetauscher 12. Die Zirkulation des Thermoöls wird durch eine Pumpe 32 sichergestellt. Die Beladung des Energiespeichers 30 erfolgt auf zweierlei verschiedene Weisen: Zum einen wird über die Leitung 16 Abdampf/Restdampf aus einem weiteren zeitversetzt betriebenen aber in 2 nicht dargestellten Autoklaven in den Wärmespeicher eingeführt. Darüber hinaus kann der Energiespeicher 30 aber auch dadurch befüllt werden, dass nach Abschluss des Härtungsprozesses noch die in der Kondensatsammeleinrichtung 3 befindliche Energie des heißen Restkondensats über die Leitungen 28, 29 in den Wärmespeicher 30 geführt wird und über die Leitungen 31, 32 in den Wärmetauscher 12 rezirkuliert. Auf diese Weise lässt sich die Energiebilanz des Härtungsverfahrens weiter optimieren.
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Um die Speicherkapazität des Energiespeichers 30 zu erhöhen, kann dieser alternativ zu Öl oder anderen Wärmespeichermedien insbesondere auch so genanntes PCM-Material (Phase Change Material) enthalten, insbesondere in Form spezieller Wachse, deren Schmelztemperatur so gewählt ist, dass während des Beladens ein Phasenübergang von dem festen in den flüssigen Aggregatzustand stattfindet und bei der Entladung in umgekehrter Weise.
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Im Übrigen stimmt der Aufbau der Vorrichtung 1' im Wesentlichen mit dem der Vorrichtung 1 gemäß 1 überein. Gleiche Bauteile sind mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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Bezugszeichenliste
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- 1, 1'
- Vorrichtung
- 2
- Autoklav
- 3
- Kondensatsammeleinrichtung
- 4
- Dampferzeuger
- 5
- Speisewasserbehälter
- 6
- Dampfspeicher
- 7
- Innenraum
- 8
- Leitung
- 9
- Stelle
- 10
- Kondensatleitung
- 11
- Pumpe
- 12
- Wärmetauscher
- 13
- Niveau
- 14
- Leitung
- 15
- Rückführleitung
- 16
- Leitung
- 17
- Leitung
- 18
- Leitung
- 19, 19', 19''
- Leitung
- 20
- Leitung
- 21
- Leitung
- 22
- Druckerhöhungspumpe
- 23
- Zirkulationsleitung
- 24
- Ventilator
- 25
- Sprüheinrichtung
- 26
- Wärmetauscher
- 27
- Leitung
- 28
- Leitung
- 29
- Leitung
- 30
- Energiespeicher
- 31
- Leitung
- 32
- Pumpe
- 33
- Leitung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 691047 [0004]
- DE 19544238 C1 [0006, 0007, 0008]
- DE 19702430 A1 [0007, 0007]
- DE 4313314 A1 [0009]
