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Die Erfindung bezieht sich auf eine Reinigungsanlage mit einer Wärmepumpe, mit der aus einer relativ wärmeren Quelle Wärme mit Hilfe eines Arbeitsmittels entzogen und einem kälteren Medium zugeführt wird, und die zugeführte Wärme, zum Erwärmen des Reinigungsmediums nutzbar ist.
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Wärmepumpen sind für viele Anwendungen bekannt. Im Fachbuch „Technische Wärmelehre“, von Dipl.- Ing. Dr. phil. Friedrich Wilhelm Winter, 5. Auflage 1964, Verlag W. Girardet, Essen, sind auf den Seiten 262 bis 265 Aufbau, Beispiele und Anwendungen für Wärmepumpen genannt. Es erübrigt sich deshalb diesen Sachverhalt zu wiederholen. Es sei auf Seite 265 hingewiesen, wo Wärmequellen beispielhaft genannt sind, Zitat
- Praktisch unerschöpfliche Quellen von Umweltwärme sind: Fluss- und Seewasser; auch Grundwasser, warme Abluft aus Fertigungsräumen, Luft aus dem Erdinnern (z.B. aus tiefen Gruben), Schwaden oder warme Abluft aus Fertigungsprozessen. Eine wertvolle Wärmequelle bildet auch warmes Abwasser aus Maschinen, Apparaten, deren Temperatur nicht mehr hoch genug ist, um die Wärme in Wärmetauschern direkt ausnützen zu können. Bedingung bleibt aber, dass das Abwasser in genügender Menge zur Verfügung steht.
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Wärmepumpen für den Einsatz in Reinigungsanlagen sind nicht bekannt. Zur Erwärmung des Reinigungsmediums, beispielsweise Waschflüssigkeit oder Spülflüssigkeit sind Heizanlagen erforderlich, die mit fossilen Brennstoffe oder elektrisch betrieben werden.
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In der
DE 10 2005 031 515 ist eine Reinigungsanlage beschrieben, die unterschiedliche Reinigungsschritte in geschlossenen Behandlungskammern ermöglicht. Hauben sind verschiebbar in Richtung auf einem, im Zentrum angeordneten Drehtisch angebracht, auf dem Werkstücke transportiert werden, und an dem Deckel zum Schließen der Hauben vorhanden sind. Durch Drehen des Tisches bis in eine von Deckel und Haube fluchtenden Lage und Schieben oder Schwenken der Haube in Richtung des Deckels werden die Werkstücke in den Behandlungskammern eingeschlossen und die Arbeitsstellungen der Behandlungskammern hergestellt. Mit Öl oder Fett belastete Werkstücke werden in einer Ladestation auf den Drehtisch positioniert und in eine erste Behandlungskammer transportiert. Standardmäßig erfolgt in dieser Behandlungskammer ein Waschgang, wodurch die genannten Verschmutzungen mit einer warmen waschaktiven Reinigungsflüssigkeit abgewaschen werden. Wahlweise kann in einer Behandlungskammer ein Vorwaschgang und in einer nachfolgenden Behandlungskammer ein Hauptwaschgang erfolgen. Dabei kann der Waschgang im Duschverfahren durch Strahlen des Werkstückes mit einer unter Druck stehenden Reinigungsflüssigkeit oder im Tauchbad durch Bewegen des Werkstückes in der Reinigungsflüssigkeit erfolgen. Ein Werkstück, das diesen Prozess durchlaufen hat, wird durch Öffnen der Behandlungskammer und Drehen des Tisches in die nächstfolgende Behandlungskammer transportiert. Es erfolgt nach dem Überführen der Behandlungskammer in die Arbeitsstellung ein Spülgang, mit dem das Werkstück mit einer warmen Spülflüssigkeit, beispielsweise reinem Wasser behandelt und Reste der belasteten Reinigungsflüssigkeit abgespült werden. Das Spülen kann wie das Waschen durch Spritzen oder im Tauchbad erfolgen.
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In den Ausführungen zum Aufbau der Reinigungsanlage sind keine Angaben darüber gemacht worden, wie Abwärme aus der Reinigungsanlage, insbesondere aus den mit warmer Flüssigkeit betriebenen Behandlungskammern abgeführt oder für einen anderen Zweck genutzt werden kann. In den beschriebenen Behandlungskammern bilden sich Verdampfungsnebel durch Verdunstung oder Wasserschwaden, die eine erhebliche Wärme speichern.
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In der
DE 2009 010 932 ist eine Reinigungsanlage beschrieben, die ein Gehäuse aufweist das eine Gehäuseöffnung für ein Werkstück aufweist, dass in dem Gehäuse voneinander getrennte Behandlungskammern eingebaut sind, wobei die Behandlungskammern in einer offenen Kette hintereinander angeordnet und im Arbeitstakt der Anlage aktivierbar und mit Einrichtungen zum Ausführen unterschiedlicher Behandlungsschritte ausgerüstet sind, dass zum Transport des Werkstückes von einer Behandlungskammer in die nächste eine taktweise steuerbare Transporteinrichtung für das Werkstück vorgesehen ist. Eine Nutzung von Abwärme erfolgt nicht.
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Im herkömmlichen Sinne ist unter eine Reinigungsanlage für ein Werkstück eine solche Einrichtung zu verstehen, die mit einer erwärmten Reinigungs- und Spülflüssigkeit arbeitet. Es fallen auch solche Reinigungsaufgaben für ein verschmutztes Werkstück an, für die ein trockenes Reinigungsmedium, eingesetzt wird. Es kann sich dabei um Druckluft handeln, mit dem das Werkstück gestrahlt wird, ohne das vorher eine Nassbehandlung durchgeführt wurde. Behandlungskammern können zum Strahlen der Werkstückoberfläche mit Dampf, zum Trocknen mit Warmluft oder im Vakuum ausgeführt sein. In der Praxis wird auch eine Kombination von Nassbehandlung mit vorangestellter oder nachfolgender Trockenbehandlung eingesetzt. Die Reinigungsanlage, wenigsten aber das Behandlungskammern einschließende Gehäuse ist in der Weise druckdicht ausgeführt, dass mit Hilfe einer lufttechnischen Anlage, beispielsweise einem Gebläse oder Ventilator durch dessen Luftstrom ein geringer Überdruck in der Reinigungsanlage bzw. dem Bereich, der die Behandlungskammern einschließt, aufrecht erhalten wird. Der Gehäuseinnendruck ist dementsprechend geringfügig höher, als der die Reinigungsanlage umgebende Außenluftdruck. Es wird damit verhindert, dass Schmutzpartikel von außen in das Gehäuse eindringen.
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Vorteilhaft ist, wenn eine kontinuierliche Zuführung von Frischluft oder gefilterter Luft und eine gedrosselte Ableitung der Abluft erfolgen. Zur Drosselung der Abluft aus der Druckkammer dient eine Abluftöffnung in der Druckkammer, die ins Freie führt. Die Druckkammer nimmt Abwärme aus den Behandlungskammern auf, die aus dem Wasch- und Spülprozess und dem Trocknungsprozess entsteht, bei der es sich im wesentlichen Strahlungswärme handelt, die die Abluft erwärmt. Aus den vorstehenden Ausführungen geht hervor, dass eine Nutzung der beschriebenen Wärmequellen nicht vorgesehen ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die Effektivität der Reinigungsanlage in Hinblick auf die Energiebilanz zu verbessern.
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Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass Reinigungsanlagen für industrielle Zwecke einen hohen Energieeinsatz von thermischer oder elektrischer Energie erforderlich machen, wobei der Betrieb einer modernen Reinigungsanlage im wesentlichen elektrisch erfolgt. Hierbei wird die thermische Energie durch elektrische Heizungen erzeugt, mit denen die wässrigen Behandlungsmedien in Vorratstanks erwärmt werden, z.B. Waschmitteltanks oder Spülmitteltanks. Für Trockenprozesse wird Luft durch elektrische Lufterhitzer erwärmt. Auch elektrischen Komponenten, wie Motoren, Pumpen und Kompressoren erzeugen Wärme und werden im Bedarfsfall gekühlt.
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Daraus ist dann erfindungsgemäß abgeleitet worden, dass Abwärme aus Dampfnebel bzw. Dampf- oder Wasserschwaden im nassen Reinigungsprozess, Abwärme von Trocknungsprozessen mit Warmluft oder durch Abgabe von Wärmestrahlung von elektrischen Komponenten, wie Motoren, Pumpen und Kompressoren gespeichert wird.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit einem Wärmespeicher, der Abwärme der Reinigungsanlage aufnimmt und eine relativ wärmere Quelle bildet, aus der mit einem Arbeitsmittel Wärme entzogen und einem kälteren Medium zugeführt wird, wobei die zugeführte Wärme an ein Reinigungsmedium, wie Wasch- oder Spülflüssigkeit abgegeben wird. Vorteilhaft speichert der Wärmespeicher Abwärme aus Wärmequellen der Reinigungsanlage und bildet eine zentrale Wärmequelle für die Wärmepumpe, mit der Wärme aus der zentralen Wärmequelle entzogen wird, und dass ein Wärmetauscher im Reinigungsmedium der Reinigungsanlage vorgesehen ist, der die entzogene Wärme an das Reinigungsmedium abgibt.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Wärmespeicher zur Aufnahme von Dampfnebel oder Dampf- oder Wasserschwaden, oder zur Aufnahme von Abwärme von Trocknungseinrichtungen, wie Warmluft, oder Wärmestrahlung von betriebswarmen Komponenten der Reinigungsanlage, wie Motoren, Pumpen oder Verdichtern ausgebildet.
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Im Betrieb erzeugt die Wärmepumpe Abwärme. Um die Abwärme zu nutzen ist die Hülle der Wärmepumpe gegen Verluste durch Abstrahlung gedämmt, was zu einem Wärmestau im Gehäuse der Wärmepumpe führt. Vorteilhaft bilden Wärmepumpe und Wärmespeicher eine Baueinheit in Form einer übereinander angeordneten Säule. Es ist vorgesehen, dass die gestaute Wärme in der Wärmepumpe durch Rohre, insbesondere Rippenrohre in den Wärmespeicher geleitet wird. Bei dem Wärmespeicher handelt es sich beispielsweise um einen mit Wasser gefüllten Behälter in runder oder rechteckiger Form mit einem Fassungsvermögen von 200 Liter bis 500 Liter, je nach Größe und Leistung der Reinigungsanlage. Vorteilhaft sind zwischen acht und 16 Rohre vertikal angebracht und werden vom Wasser umspült. Die freien Enden der Rohre bzw. Rippenrohre ragen aus dem Wärmespeicher heraus, so dass Restwärme frei austreten kann. Die Baueinheit aus Wärmepumpe und Wärmespeicher ist vorteilhaft als ein separates Gerät ausgeführt und der Reinigungsanlage als Modul beigestellt und mit Anschlüssen für die Reinigungsanlage versehen.
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Die Reinigungsanlage, weist vorteilhaft ein Gehäuse auf, in dem die Behandlungskammern eingebaut sind, wobei mit Hilfe einer lufttechnischen Anlage, beispielsweise einem Gebläse ein Luftstrom mit geringem Überdruck durch das Gehäuse geleitet wird, der Wärme, vornehmlich Wärmestrahlung von den Behandlungskammern und ggf. von Geräten, wie Motoren, Pumpen und Kompressoren aufnimmt. Vorteilhaft ist, wenn eine kontinuierliche Zuführung von Frischluft oder gefilterter Luft und eine gedrosselte Ableitung des Luftstromes erfolgt. Zur Drosselung des Luftstromes dient eine Abluftöffnung im Gehäuse, die über eine Abluftleitung mit einem Wärmetauscher im Wärmespeicher verbunden ist.
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Die Reinigung mit einem wässrigen Reinigungsmedium erfolgt bei relativ hohen Temperaturen. Dabei können durch Verdunstung Verdampfungsnebel oder Wasser- oder Dampf Schwaden in den Behandlungskammern entstehen. Vorteilhaft wird diese Abwärme durch eine Leitung mit dem Wärmespeicher verbunden und die Abwärme mit einem Wärmetauscher im Wärmespeicher abgegeben oder die Abwärme strömt direkt in den Tank.
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Häufig erfolgt nach einer Nassbehandlung eines Werkstückes ein Trocknungsprozess. Dieser kann im Warmluftstrom, mit Dampf oder im Vakuum erfolgen. Diese Prozesse sind bekannt, so dass hier nicht näher auf die Wirkungsweise eingegangen zu werden braucht. Allen Prozessen gemeinsam ist, dass Restwärme abgegeben wird. Vorteilhaft wird die Restwärme aus der Behandlungskammer durch eine Restwärmeleitung in den Wärmespeicher geführt, wo mit einem Wärmetauscher Restwärme an den Wärmespeicher abgegeben wird. Vorteilhaft wird mit einer Nassleitung Abwärme aus Dampf- oder Wassernebel oder Dampf- oder Wasserschwaden aus Behandlungskammern in einen Wärmespeicher geleitet.
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Die Erfindung ist vorteilhaft für solche Reinigungsanlagen mit mehreren Behandlungskammern anwendbar in denen verschiedene Behandlungsprozesse ablaufen, wobei die Behandlungskammern taktweise steuerbar sind. In diesem Fall kann gleichzeitig aus mehreren Behandlungskammern Abwärme entnommen werden und dem Wärmespeicher zugeführt werden. Die Erfindung kann auch für eine solche Reinigungsanlage mit nur einer Behandlungskammer angewendet werden, in der mehrere Behandlungsschritte nacheinander durchgeführt werden. In diesem Fall fällt Abwärme nacheinander an.
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Zusammenfassend ist festzustellen, dass die hier als Restwärme, Wasserschwaden oder Strahlungswärme bezeichneten Abwärmequellen während einer Reinigungsphase im Taktbetrieb der Reinigungsanlage kontinuierlich bereitstehen, also dann, wenn gewaschen, gespült oder getrocknet wird oder es stehen die Abwärmequellen nacheinander zur Verfügung.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen näher beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 die schematische Darstellung einer Reinigungsanlage mit Wärmepumpe und Wärmespeicher.
- 2 die schematische Darstellung einer Kombination Wärmepumpe/ Wärmespeicher.
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Die 2 der Zeichnung zeigt den schematischen Aufbau einer Wärmepumpe 1, die mit einem Wärmespeicher 2 verbunden ist und mit ihn eine Baueinheit 1, 2 mit einem säulenartigen Aufbau bildet. Die Verbindung von Wärmepumpe 1 und Wärmespeicher 2 ist abstandslos und zu Wartungs- und Reparaturarbeiten demontierbar. Der Wärmespeicher 2 ist als Tank 3 ausgeführt und mit Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser gefüllt. An der Oberseite ist ein Deckel 4 vorgesehen. Das Fassungsvermögen des Tanks 3 beträgt für eine Reinigungsanlage durchschnittlicher Kapazität ca. 200 Liter. Selbstverständlich kann der Tank auch für ein größeres Fassungsvermögen ausgelegt sein, je nach Größe der Reinigungsanlage.
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Die Wärmepumpe 1 kann einen an sich bekannten Aufbau haben und eine Einrichtung mit Kompressor aufweisen, die durch einen thermodynamischen Kreisprozess aus dem relativ warmen Speichermedium, mit Hilfe eines Arbeitsmittels, z.B. Gas oder Flüssigkeit Wärme entzieht und dem kälteren Medium, hier Reinigungsflüssigkeit zuführt. Es ist ein Verdampfer 5 und ein Verflüssiger 6 vorhanden. Als Antrieb dient ein Elektromotor 7. Das eingebaute Expansionsventil 8 bewirkt eine Entspannung des Arbeitsmittels das dabei abkühlt. Der Verdampfer 5 bewirkt, dass das Arbeitsmittel verdampft unter Wärmeaufnahme aus dem Wärmespeicher 2. Das Arbeitsmittel verflüssigt sich im Verflüssiger 6 unter Wärmeabgabe, die mit Hilfe eines Wärmetauschers 9, 10 im Waschflüssigkeitstank und Spülflüssigkeitstank 11, 12 abgegeben wird. Es ist eine der Waschflüssigkeits- und Spiflflüssigkeitstemperatur von 65 bis 70 °C erreichbar.
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Um zu vermeiden, dass Wärme über das Gehäuse verloren geht, ist die Wärmepumpe 1 am Außenumfang herum mit einer Isolierung 13 gedämmt.
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Der Wärmespeicher 2 besitzt im Inneren des Tanks 3 sechs bzw. acht Steigrohre 14, die an der der Wärmepumpe 1 zugewandten Seite in das Gehäuse 15 der Wärmepumpe hineinragen und an der gegenüberliegenden Seite aus dem Wärmespeicher 2 herausragen. Bei den Steigrohren kann es sich um Rippenrohre handeln, die Wärme gut ableiten. Im Betrieb der Wärmepumpe 1 steigt die Wärme aus dem Gehäuse 15 durch die Steigrohre hindurch und gibt Wärme an den Wärmespeicher 2 ab, was zu einer Temperatursteigerung im Tank 3 beiträgt.
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An einer Seitenwand des Tanks 3 sind drei Leitungsanschlüsse 16, 17, 18 vorhanden, von denen der Leitungsanschluss 16 mit einem Wärmetauscher 19 im Tank 3 verbunden ist, dessen Ausgang 20 aus dem Tank 3 herausführt. Der Leitungsanschluss 17 führt an den Wärmetauscher 21 heran, dessen Ausgang 22 ebenfalls aus dem Tank 3 herausführt. Der Leitungsanschluss 18 mündet im Tank 3 und kann zur direkten Einleitung von Dampf- oder Wassernebel oder Dampf- oder Wasserschwaden aus Behandlungskammern 23, 24 in den Tank 3 dienen. Von dem Leitungsanschluss 16 führt eine Warmluftleitung 25 zu Abluftöffnungen 26 in Druckkammer 27 der Reinigungsanlage 28, durch die hindurch Abwärme aus der Druckkammer 27 über den Wärmetauscher 21 in Tank 3 geleitet wird, die zu einer weiteren Temperaturerhöhung im Tank 3 führt. Abwärme aus Behandlungskammern 29, 30 wird über die Warmluftleitung 31 und dem Leitungsanschluss 17 in den Tank 3 geleitet. Von den Behandlungskammern 23, 24 führen Nassleitungen 32, die im Betrieb Dampf- oder Wassernebel oder Dampf- oder Wasserschwaden führen an den Leitungsanschluss 18.
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Bei einer taktgesteuerten Reinigungsanlage 28 in Einsäulenbauart können alle beschriebenen Abwärmequellen aus der Reinigungsanlage 28 gleichzeitig in Betrieb sein und ihre Abwärme in den Wärmespeicher 2 abgeben, was zu einer relativ hohen Temperatur im Tank 3 beiträgt. Bei nicht näher bezeichneten Behandlungskammern in denen mehrere Behandlungsprozesse nacheinander ablaufen, steht jeweils ein Zeitfenster für den Betrieb des Wärmespeichers 2 zur Verfügung.
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Zur Übertragung der Wärme vom Verflüssiger 6 zum Wärmetauscher 9, 10 dient die Primärleitung 33, die ca. 68°C warmes Wasser führt. Die Sekundärleitung 34 führt ca. 40°C warmes Wasser in den Verflüssiger 6 zurück.
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Vom oberen Bereich des Tanks 3 führt eine Speiseleitung 35, mit ca. 40°C warmes Wasser in den Verdamper 5, das im Betrieb der Wärmepumpe 1 auf ca. 70°C erwärmt wird und durch die Rückführleitung 36 des Verdampfers 5 in den unteren Bereich des Tanks 3 zurückfließt.
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Die in 1 schematisch dargestellte Reinigungsanlage 28 ist zur Oberflächenbehandlung, wie Reinigen, Spülen und Trocknen oder zum Strahlen mit Dampf oder Druckluft oder zum Strahlen mit einem trockenen Strahlmittel in einem Trägerluftstrom ausgebildet. Die Wärmepumpe 1 und der Wärmespeicher 2 sind mit der Reinigungsanlage 28 kombiniert.
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In der Reinigungsanlage 28 werden industrielle Werkstücke 3, beispielsweise KFZ- Teile, wie Motorblöcke, Getriebegehäuse, Ventilsteuergehäuse, Zylinderköpfe gereinigt oder gestrahlt. Die Reinigungsanlage 28 ist mit jeweils sechs generell mit 23, 24, 29, 30, 37, 38 bezeichnete Behandlungskammern ausgerüstet. Bei der Reinigungsanlage 28 handelt um eine Einsäulen-Anlage mit einer nicht näher bezeichneten zentralen Säule und einem an der Säule gelagerten Drehtisch 39, der eine Transporteinrichtung für die Werkstücke 40 bildet Mit einem Antriebe wird der Drehtisch 39 taktweise bewegt und die darauf positionierten Werkstücke 40 von einer Behandlungskammer 23, 24, 29, 30, 37, 38 in die nächste transportiert.
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Die Behandlungskammern 23, 24, 29, 30, 37, 38 der Reinigungsanlage 28 sind in einem Gehäuse 41 eingebaut, das eine Druckkammer 27 bildet. Es ist ein Bereich zwischen den Behandlungskammem 23 und 38 vorgesehen, der eine Lade- und Entnahmestation 42 für die Werkstücke 40 aufweist. Der Drehtisch 39, ist durch Begrenzungswände 43 in sechs gleich große Innensegmente aufgeteilt. Die Begrenzungswände 43 besitzen nicht näher bezeichnete Durchlässe für die Werkstücke 40, die mit nicht dargestellte Vorhängen oder Klappen verschließbar sind. Die Innensegmente bilden die sechs Behandlungskammern 23, 24, 29, 30, 37, 38 , die mit entsprechenden Einrichtungen ausgerüstet werden können, zum Reinigen, Spülen, Trocknen oder zum Flüssigkeitsstrahlen oder zum Strahlen mit einem trockenen abrasiven Strahlmittel, das in einem Luftstrom geführt ist. Dafür können neben der Reinigungskammer 23, der Spülkammer 24, der Trockenkammer 29, 30, noch Behandlungskammern 37, 38, beispielsweise als Strahlkammern oder Ausblaskammern eingerichtet werden. Die Wasch- und Spülkammern 23, 24 werden aus dem Waschflüssigkeitstank 11 und dem Spülflüssigkeitstank 12 gespeist, in denen sich jeweils ein Wärmetauscher 9 und 10 befindet. Mit der Primärleitung 33 wird erwärmtes Wasser aus dem Verflüssiger 6 in den Wärmetauscher 9, 10 geleitet, der die Wärme an die Wasch- oder Spülflüssigkeit abgibt.
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Die Druckkammer 27 führt im Betrieb einen Innendruck, der geringfügig höher ist als der umgebende Atmosphärenluftdruckdruck. Die Druckkammer 27 ist mit dem Zuluftkanal 44 über Einlassstutzen 45 an eine nicht dargestellte lufttechnische Anlage wie Gebläse angeschlossen. Zur Aufrechterhaltung des Innendruckes und zur Aufnahme von Wärme erfolgt eine Drosselung von Abluft aus der Druckkammer 27 durch Abluftöffnungen 26 an die die Abluftleitung 25 angeschlossen ist, die zum Wärmetauscher 19 im Tank 3 führt. Die Warmluftleitung 31 leitet Abwärme aus den Behandlungskammer 29, 30 in Wärmetauscher 21 in Tank 3.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102005031515 [0004]
- DE 2009010932 [0006]
