DE10247868A1

DE10247868A1 - Verfahren zur Abfuhr thermischer Energie aus einem Kaltwasserkreislauf mit einem wärmeerzeugenden Werkzeug und Lufttrocknung mit Wärmerückgewinnung

Info

Publication number: DE10247868A1
Application number: DE10247868A
Authority: DE
Original assignee: GWK Gesellschaft Waerme Kaeltetechnik mbH
Current assignee: Technotrans Solutions GmbH
Priority date: 2002-10-14
Filing date: 2002-10-14
Publication date: 2004-04-22

Abstract

Um ein Verfahren zur Abfuhr thermischer Energie aus einem Kaltwasserkreislauf mit einem wärmeerzeugenden Verbraucher, vorzugsweise einem Werkzeug, und einem integrierten Luftkreislauf zur gleichzeitigen Trocknung der um das Werkzeug befindlichen Umgebungsluft zu schaffen, mit dem die benötigte elektrische Energie erheblich abgesenkt werden kann und Kondensat durch Verwendung der Verlustenergie zu vermeiden, um dadurch eine erhebliche Senkung der gesamt erforderlich werdenden elektrischen Energie zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass der Umgebungsluft Wärme entzogen und an den Kaltwasser- und Verdampferkreis abgegeben wird, bei gleichzeitiger Nutzung der Verlustwärme zur Erhöhung der Lufttemperatur.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abfuhr thermischer Energie aus einem Kaltwasserkreislauf mit einem wärmeerzeugenden Werkzeug, wobei das durch die Produktion erwärmte Kühlwasser im Kreislauf einem Kühlgerät zugeführt wird, um die thermische Energie dem Kühlwasser zu entziehen. In Produktionsprozessen wird auf Grund einer Vielzahl von Möglichkeiten Wärme frei, die als Verlustwärme in die Umgebung abgeleitet wird oder auf eine andere Art und Weise vernichtet wird. Typische Produktionsprozesse sind die Kunststoffverarbeitung als Spritzgießprozess oder zur Herstellung von geblasenen Hohlkörpern wie Flaschen. Bei sehr vielen Produktionsprozessen wird dem zu verformenden Gut Wärme zugeführt, wodurch das Material in einen teigigen oder flüssigen Zustand versetzt wird. Nachdem das Material zur Formgebung in ein Werkzeug eingebracht wird, muss der Masse die Wärme wieder entzogen werden zur Rückführung in den festen Aggregatzustand.
Diese Verlustwärme wird üblicherweise über Umwälzen des Kühlwassers aufgenommen und an geeigneter Stelle durch ein Kühlaggregat an die Umgebungsluft abgeführt. Bei allen Prozessen, wo eine Kühlwassertemperatur unterhalb des Taupunktes erforderlich wird, entsteht dabei Feuchtigkeit an der Oberfläche durch Auskondensieren des Wassers aus der Umgebungsluft. Dieses Wasser schlägt sich unter anderem auch auf den Werkzeugoberflächen nieder und verursacht dadurch erhebliche Produktionsstörungen.
Zur Vermeidung der Kondensatniederschläge werden separat betriebene, handelsübliche Raumklimageräte eingesetzt, die die Luft abkühlen zur Absenkung des Taupunktes. Solche Aggregate funktionieren in der Form, dass die Luft über ein Kälteaggregat abgekühlt wird und die Feuchtigkeit in einen aus hygroskopischem Material bestehenden Feuchtigkeitssammler aufgefangen wird. Nachdem dieser Feuchtigkeitssammler mit kondensierendem Wasser gesättigt ist, wird über eine separat betriebene elektrische Heizung das gesammelte Wasser ausgedampft. Die dafür benötigte Energie wird jeweils als elektrische Energie sowohl dem Kältekompressor, wie dem Heizstab für die Regenerierung zugeführt. Die Luftklimatisierung erfordert dem zur Folge eine zweimalige Energiezufuhr.
Die Erfindung hat zunächst das Ziel, die benötigte elektrische Energie erheblich abzusenken und die Vermeidung des Kondensats durch Verwendung der Verlustenergie zu betreiben, um dadurch eine erhebliche Senkung der gesamt erforderlich werdenden elektrischen Energie zu erreichen. Dieser Erfindung zu Grunde liegende Einrichtung wird wie folgt beschrieben: Die im Werkzeug abzuführende Wärme wird zunächst von dem zu formenden Teil, welches mit einer Temperatur bis zu 250 ° C ins Werkzeug eingespritzt wird, an die Werkzeugoberfläche abgegeben. Zur schnelleren Abkühlung hat die Werkzeugoberfläche eine Temperatur, die in jedem Fall unterhalb des Taupunktes liegt. Vom Werkzeug wird die Wärme abgegeben an das durchströmende Kühlwasser und wird weitergeleitet an das Kühlaggregat. Da Wasser ohne jeglichen Frostzusatz die besten Übertragungswerte gewährleistet, ist ein Ziel der Entwicklung, die Wassertemperatur möglichst niedrig fahren zu können, ohne dass sich Eis bildet. Über die Pumpe 29 wird der Wasserkreislauf aufrecht erhalten. Im Verdampfer 28 wird dem Kühlwasser die Wärme entzogen durch Verdampfung des Kältemittels. Dieses Kältemittel wird über den Kompressor 1 im Kreislauf gehalten, so dass die wärme im Kondensator 2 an die Umgebungsluft abgegeben werden kann. Die Regelung des Kältekreislaufes erfolgt über das Expansionsventil 9.1. Je nach Leistungsabnahme wird das Ventil entsprechend geöffnet. Die aus dem Prozess über das Werkzeug abgeführte und zu vernichtende Verlustwärme wird in voller Menge an den Kältemittelkreislauf abgegeben. Zusätzlich wird die Antriebsleistung des Kompressors dem Kältemittelkreislauf zugeführt, so dass die Summe beider Wärmemengen über den Kondensator an die Umgebungsluft abgegeben und damit vernichtet wird.
In einem zweiten Kreislauf erfolgt die Trocknung der Luft um die Kondensatbildung im Produktionswerkzeug zu vermeiden. Dabei wird über den Ventilator 74 dem Werkzeugraum die Luft entzogen und zunächst dem Kühler 103 zugeführt. In diesem Kühler wird der Luft Wärme durch den Kaltwasserkreislauf des Kühlgerätes entzogen, so dass die Lufttemperatur nur 1 oder 2°C über der Kühlwassertemperatur liegt. Unabhängig von der Lufteintrittstemperatur wird die Luft jeweils über den Kühler 103 auf die Temperatur abgekühlt, die auf Grund des Kühlwassers auch das Werkzeug hat. Eine separate Regelung ist dem zu Folge nicht notwendig. Die Luft tritt aus dem Kühler 103 aus in den Nachkühler 104. Die in diesem Nachkühler der Luft entzogene Wärme wird an den Kältekreislauf des Kühlgerätes abgegeben. Eine zusätzliche Antriebsleistung für die Luftabkühlung ist dem zu Folge nicht notwendig.
Um die so getrocknete Luft wieder auf eine Temperatur ähnlich der Umgebungsluft zu bringen, wird die Luft durch den Erhitzer 105 geführt. Dieser Erhitzer wird mit Verlustwärme aus dem Kondensatorkreislauf des Kühlgerätes gespeist. Eine zusätzliche Energie zur Regeneration ist dem zu Folge nicht notwendig.
Eine zur Durchführung des Verfahrens bevorzugte Vorrichtung wird darin gesehen, dass für den Gesamtprozess nur ein Gerät notwendig ist, so dass die Vorrichtung mindestens aus einem Werkzeug, einem Wasserreservoir und einer Kühlwasserpumpe, sowie einem Wasserkältemittelverdampfer, einem Kompressor und einem Kondensator sowie einem Luftkühlkreislauf, bestehend aus dem Ventilator, dem Kühler, dem Nachkühler und dem Erhitzer, besteht.
Da das Kältemittel über den Kompressor 1 dem Kondensator zugeführt und dann dem Erhitzer 105 zum weiteren Wärmeentzug zugeleitet wird, senkt sich die Kondensatemperatur ab, so dass der Kompressor 1 weniger Energie für die Aufrechterhaltung des Kühlkreislaufes benötigt. Dadurch erfolgt eine erhebliche Verbesserung des Wirkungsgrades.
Es erfolgt eine zusätzliche Verbesserung des Wirkungsgrades dadurch, dass dem Kältekreislauf auf der kalten Seite zur Erhöhung der Überhitzung in dem Nachkühler 104 Wärme zugeführt wird, wodurch eine Verbesserung des Wärmeübergangs im Verdampfer 28 folgt. Dadurch wird ebenfalls die Energieaufnahme des Kompressors 1 bei gleicher Gesamtleistung des Kältekreislaufes reduziert.
Die einzelnen, wesentlichen Bestandteile einer entsprechenden, in der Zeichnung gezeigten Vorrichtung sind folgende:

1: Kompressor
2.1: Kondensator luftgekühlt
4: Handabsperrventil
5: Füllventil
6: Filtertrockner
7.1: Magnetventil Kältemittel
7.2: Magnetventil Lufttrockner
8: Schauglas
9.1: Expansionsventil
9.2: Expansionsventil Lufttrockner
10: Verdampfer
11: Saugabsperrventil
12: Hochdruckabsperrventil
13: Niederdruckmanometer
14: Hochdruckmanometer
15: Tankdeckel
16: Temperaturregler
*17: Strömungswächter
18: Frostschutzwächter
19: Kurbelwannenheizung
20: Kompressor-Öl Niveauwächter
23: Handabsperrschieber
24: Filter
25: Schmutzfänger
26: Magnetventil Nachspeisung
47: Durchflussmesser (OPTION)
*49: Anschluss Notwasser
50: federbelastetes Oberströmventil
*53: Sicherheitsventil
*54: Magnetische Leistungsregulierung
56: Hochdruck-Sicherheitsbegrenzer
*58: 3-wege Motorventil
*64.1: Temperaturfühler Umgebungsluft (OPTION)
64.2: Temperaturfühler Heißgas (OPTION)
64.3: Temperaturfühler Sauggas (OPTION)
64.4: Temperaturfühler Flüssigkeit (OPTION)
75: Ausdehnungsgefäß (OPTION)
76: Kontaktwasserzähler
77.1: Niveauschalter Nachspeisung EIN
77.2: Niveauschalter Nachspeisung AUS
77.3: Niveauschalter Wassermangel
84: Absperrklappe
95.1: Druckaufnehmer Hochdruck
95.2: Druckaufnehmer Niederdruck
95.3: Druckaufnehmer Pumpendruck
101: Verdampfungsdruckregler
UV: Umlaufmedium Vorlauf
UR: Umlaufmedium Rücklauf
N: Nachspeisung
A: Entleerung
F: Füllen
102: Differenzdruckmanometer
103: Kaltwasserkühler Lufttrockner
104: Verdampfer Lufttrockner
105: Kondensatorkühler Lufttrockner

Claims

Verfahren zur Abfuhr thermischer Energie aus einem Kaltwasserkreislauf mit einem wärmeerzeugenden Verbraucher, vorzugsweise eines Werkzeugs, und einem integriertem Luftkreislauf zur gleichzeitigen Trocknung, der um das Werkzeug befindlichen Umgebungsluft, dadurch gekennzeichnet, dass der Umgebungsluft Wärme entzogen und an den Kaltwasser- und Verdampferkreis abgegeben wird, bei gleichzeitiger Nutzung der Verlustwärme zur Erhöhung der Lufttemperatur.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Kühlgerät des Kaltwasserkreislaufes durch Nachkühlung im Kondensator und Erhöhung der Überhitzung im Verdampfer die Energieaufnahme des Kühlkreislaufes gesenkt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Lufttemperatur durch eine direkte Verbindung zwischen Kaltwasser und Verdampferkreis ohne Regelung an die Werkzeugtemperatur angeglichen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung der Werkzeugraumluft kontinuierlich erfolgt und ein Kondensatsammler nicht erforderlich ist.