DE19942118A1 - Verfahren zum Kühlen und Konditionieren von Luft für die Druckmaschinentemperierung sowie diesbezügliche Kühl- und Konditionierungsanordnung - Google Patents

Abstract

Ein Verfahren zum Kühlen und Konditionieren von Luft für die Druckmaschinentemperierung, bei dem die Luft in einem Luftumlaufsystem (2) zur Kühlung in eine wärmeaustauschende Beziehung zu einem Kältemittel in einem Kältemittelumlaufsystem (1) gebracht wird, sieht vor, dass ein Teilluftstrom aus dem Gesamtluftstrom im Luftumlaufsystem gebildet wird, der Teilluftstrom durch die Einwirkung des Kältemittels auf eine Temperatur an oder nahe bei dem Taupunkt gekühlt wird, um eine Entfeuchtung des Teilluftstromes zu bewirken, und der entfeuchtete, gekühlte Teilluftstrom anschließend dem restlichen unbehandelten Teil des Gesamtluftstromes an einer Stelle des Luftumlaufsystems abstromseitig der Aufteilungsstelle (29) wieder zugeführt wird. Zur Kühlung des Teilluftstromes ist im Luftumlaufsystem (2) eine primäre vom Kältemittel in einem Nebenumlaufsystem des Kältemittelumlaufsystems (1) durchströmte Wärmetauscheinrichtung (19) vorgesehen. Eine weitere Kühlung kann durch eine sekundäre in einem Hauptumlaufsystem des Kältemittelumlaufsystems (1) vorgesehene Wärmetauscheinrichtung (23) erfolgen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Kühlen und Konditionieren von Luft für die Druckmaschinentemperierung sowie eine diesbezügliche Kühl- und Konditionierungsanordnung.

In Druckbetrieben, z. B. Offset-Druckbetrieben, besteht häufig Bedarf nach Kühlung der dort zum Einsatz kommenden Druckmaschinen, z. B. der Druckwalzen, oder von peripheren Gerätschaften. Bei bekannten Kühlanordnungen (EP-A-713767, EP-A-602312 u. a.), die mit Kühlluft arbeiten, wird zunächst die Kälteenergie eines in einem Kältemittelumlaufsystem aufbereiteten Kältemittels auf einen flüssigen Kälteenergieträger, z. B. Wasser übertragen und die Kälteenergie mittels der Trägerflüssigkeit zur Druckmaschine zum Wärmeaustausch mit der zur Walzenkühlung herangezogenen Luft transportiert. Derartige Anordnungen haben einen aufwendigen Aufbau, sind demgemäss teuer und haben ihr Haupteinsatzgebiet in Fällen, bei denen neben der Walzenkühlung auch andere Aggregate, wie Feuchtmittelauftragswerke und dgl. bei einer grösseren Anzahl von Druckmaschinen gekühlt werden müssen. Bekannt sind auch kleinere Kühlanordnungen, die ohne flüssigen Zwischenträger auskommen, indem die Luft direkt durch ein Kältemittel in einem Kältemittelumlaufsystem auf eine geeignete Temperatur gekühlt wird. Ein wesentlicher Nachteil derartiger Anlagen ist die schlechte Energiebilanz, was einen relativ hohen Einsatz an Primärenergie bedeutet.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur zwischenträgerfreien Druckmaschinenkühlung mittels Luft mit besserer Ausnutzung von Primärenergie und verbesserter Temperaturregelmöglichkeit zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche 1 und 5 gelöst. Bei der Erfindung wird demzufolge nicht die gesamte in einem Luftumlaufsystem strömende Luft auf einmal in eine wärmeaustauschende Beziehung zu einem Kältemittel gebracht, sondern nur ein Teilluftstrom, indem dieser mit relativ geringem Energieeinsatz zur Entfeuchtung auf eine Temperatur nahe beim Taupunkt gekühlt wird. Der so konditionierte Teilluftstrom wird anschliessend mit dem verbleibenden Luftstrom wieder zu einem Gesamtluftstrom zusammengesetzt, der dadurch eine Mischtemperatur und einen Mischfeuchtigkeitsgehalt erhält, die beide gewünschten Sollwerten entsprechen können. Bei Bedarf kann der vorgekühlte Gesamtluftstrom jedoch auch in einem nachfolgenden Schritt erneut in eine wärmeaustauschende Beziehung zu dem Kältemittel gebracht werden, um eine gewünschte Solltemperatur zu erhalten. Die Einbringung von Kälteenergie, zunächst in eine geringe und nur bei Bedarf in eine grössere Luftmenge erlaubt einen gezielt bedarfsorientierten Betrieb der Kühlanordnung mit entsprechend verringertem Einsatz an Primärenergie. Auch ist die Einhaltung einer gewünschten Temperatur der Kühlluft mit engen Abweichungstoleranzen von einem Sollwert möglich. Gleichzeitig kann anders als bei der bekannten Kühlung nunmehr vorteilhafterweise mit konditionierter, d. h. gezielt auf einen gewünschten Feuchtigkeitsgehalt gebrachter Kühlluft gekühlt wird. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen aufgeführt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung, die ein Schaltbild einer Luftkühlungs- und -konditionierungsanordnung gemäss einer Ausführungsform der Erfindung zeigt, näher erläutert.

Obschon die Erfindung in Verbindung mit der Kühlung einer Druckmaschine mittels gekühlter und konditionierter Luft beschrieben wird, kann die Erfindung vorteilhaft auch auf anderen Gebieten und mit anderen gasförmigen Medien als Luft zum Einsatz kommen, usw. immer dann, wenn es gilt, eine Gerätschaft mittels eines auf eine bestimmte gewünschte Temperatur und eine bestimmte gewünschte Feuchtigkeit konditionierten gasförmigen Mediums mit vergleichsweise niedrigem Energieeinsatz zu temperieren.

Die Anordnung nach der Erfindung umfasst ein Kältemittelumlaufsystem, das in der Zeichnung das allgemeine Bezugszeichen 1 trägt, und ein Luftumlaufsystem mit dem allgemeinen Bezugszeichen 2. Das Kältemittelumlaufsystem ist in ein Haupt- und Nebenumlaufsystem unterteilt. Das Hauptumlaufsystem umfasst in an sich bekannter Weise, in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet, einen Verdichter 3, einen Kondensator 6, der, wie mit dem Pfeil X angedeutet ist, von einem nicht gezeigten Gebläse mit Umgebungsluft zur Kühlung beaufschlagt werden kann, einen Kältemittelsammler 7, ein Schauglas 8, einen Kältemittelfilter 9, ein Absperrventil 10, bei dem es sich um ein Magnetventil handeln kann, ein Expansionsventil 11 sowie eine vom Kältemittel durchströmte sekundäre Wärmetauscheinrichtung 23 im Luftumlaufsystem 2, worauf später noch näher eingegangen wird.

Ein Niederdruckschalter 4 erfasst den Druck an der Ansaugseite des Verdichters 3 und ein Hochdruckschalter 5 an dessen Ausstosseite. Abstromseitig des Hochdruckschalters 5 ist an das Hauptumlaufsystem eine Rückführ- oder Bypassleitung 12 angeschlossen, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet ein Absperrventil 13, bei dem es sich um ein Magnetventil handeln kann, und ein Durchsatzregelventil 14 enthält. Die Bypassleitung 12 mündet an einer Stelle abstromseitig des Expansionsventiles 11 in das Hauptumlaufsystem ein. Das Regelventil 14 wird in Abhängigkeit von dem Druck an der Ansaugseite des Verdichters 3 gesteuert und erhält ein für den Druck kennzeichnendes Signal über eine ansaugseitig des Verdichters 3 vom Hauptumlaufsystem abgezweigte Druckzuführleitung 15. Die Kältemittelrückführung über die Bypassleitung 12 dient dem Zweck, einen Teil des am Ausgang des Verdichters 3 anstehenden, unter hohem Druck befindlichen, gasförmigen Kältemittels abzuzweigen und an die Ansaugseite des Verdichters zurückzuführen, um an der Ansaugseite des Verdichters einen bestimmten für dessen Funktion erforderlichen Ansaugdruck unter allen Betriebsbedingungen aufrechtzuerhalten. Insbesondere wird mit dieser Massnahme vermieden, dass der Ansaugdruck unter einen minimalen Wert abfallen kann, der zu einer Schädigung des Verdichters führen kann. Die Menge an rückgeführtem Kältemittel kann mittels des Regelventiles 14 eingestellt werden. Die Rückführung des Kältemittels in das Hauptumlaufsystem abstromseitig des Expansionsventiles 11 verhindert eine Überhitzung des Verdichters 3, indem das zurückgeführte Kältemittel zunächst die sekundäre Wärmetauscheinrichtung 23 durchströmen muss, bevor es zur Ansaugseite des Verdichters 3 gelangt. Obschon die Rückführung von Kältemittel aus den erwähnten Gründen vorteilhaft ist, kann, wenn erwünscht, auf eine derartige Rückführung auch verzichtet werden.

Das Luftumlaufsystem 2 umfasst in einem Luftkanal 22 in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet, die sekundäre Wärmetauscheinrichtung 23, ein Gebläse 24, eine Luftbefeuchtungseinrichtung 25, eine Heizeinrichtung 26, einen Temperatur/Feuchtigkeitssensor 27, einen Lufteintritt (nicht bezeichnet) in eine Druckmaschine 31 und einen Luftaustritt (ebenfalls nicht bezeichnet) aus der Druckmaschine 31 und einen Luftfilter 28. Bei der Befeuchtungseinrichtung 25 kann es sich um irgendeine geeignete Einrichtung zum Einführen eines flüssigen Feuchtmittels in den Luftstrom handeln, z. B. eine Dampferzeugungseinrichtung, eine Sprühdüse oder dgl. Ebenfalls grundsätzlich konventioneller Art kann die Heizeinrichtung 26 sein, bei der es sich beispielweise um eine elektrische Heizeinrichtung handeln kann. Der Luftfilter 28 hat die Aufgabe, Fremdpartikel aus dem Luftstrom abstromseitig der Druckmaschine 31 auszufiltern. Ausserdem kann der Filter 28 ausgebildet sein, um Ozonbestandteile aus der Luft auszufiltern.

Erfindungsgemäss ist ein in der Zeichnung bei 29 angedeuteter kurzer Abschnitt des Luftkanals 22 aufstromseitig der sekundären Wärmetauscheinrichtung 23 durch eine Trennwand 30 oder dgl. in Strömungsrichtung unterteilt, so dass ein Paar axiale, gegeneinander abgegrenzte Durchströmungskanäle gebildet werden, durch die ein ankommender Gesamtluftstrom L_G vorübergehend in zwei Teilluftströme L₁ und L₂ aufgeteilt wird. Der Durchlassquerschnitt und Durchlassströmungswiderstand der Strömungskanäle können im wesentlichen gleich sein, es können jedoch auch Strömungskanäle mit unterschiedlichem Durchlassquerschnitt und/oder -strömungswiderstand vorgesehen werden, so dass Teilluftströme L₁ und L₂ von unterschiedlichen Volumina gebildet werden.

In einem der Strömungskanäle, in der Zeichnung der dem Teilluftstrom L₂ zugeordnete Strömungskanal, ist eine primäre Wärmetauscheinrichtung 19 angeordnet, die von dem Kältemittel in einem Nebenumlaufsystem des Kältemittelumlaufsystems 1 durchströmt wird, um die Luft des Teilluftstromes L₂ zu kühlen. Insbesondere erfolgt die Kühlung des Teilluftstromes L₂ auf eine Temperatur, die nahe am oder beim Taupunkt der Luft liegt, so dass die in der Luft des Teilluftstromes L₂ befindliche Feuchtigkeit ausgeschieden wird und der Teilluftstrom L₂ abstromseitig der primären Wärmetauscheinrichtung 19 nicht nur eine niedrige Temperatur sondern auch einen reduzierten Restfeuchtigkeitsgehalt aufweist. Dagegen verbleiben die Temperatur und der Feuchtigkeitsgehalt des anderen Teilluftstromes L₁ unverändert, da dieser den Luftkanalabschnitt 29 unbehandelt verlässt.

Das die primäre Wärmetauscheinrichtung 19 mit Kältemittel versorgende Nebenumlaufsystem umfasst eine Leitung 16, die an einer Stelle aufstromseitig des Absperrventiles 10 vom Hauptumlaufsystem des Kältemittelumlaufsystems 1 abzweigt. In der Leitung 16 sind in Strömungsrichtung aufstromseitig der primären Wärmetauscheinrichtung 19 hintereinander angeordnet ein Absperrventil 17, bei dem es sich um ein Magnetventil handeln kann, und ein Expansionsventil 18. Das aus der primären Wärmetauscheinrichtung 19 austretende Kältemittel wird über eine Leitung 20 in eine Leitung 21 des Hauptumlaufsystems abstromseitig der sekundären Wärmetauscheinrichtung 23 zurückgeführt.

Die wie vorbeschrieben aufgebaute Anordnung arbeitet wie folgt.

Die aus der Druckmaschine 31 austretende Luft mit der Gesamtluftmenge L_G wird im Filter 28 von Fremdstoffen und/oder Ozon gereinigt und gelangt danach in den Abschnitt 29 des Luftkanals 22, wo die Gesamtluftmenge L_G in die zwei Teilluftströme L₁ und L₂ unterteilt wird. Während der Teilluftstrom L₁ den Abschnitt 29 unbehandelt passiert, strömt der Teilluftstrom L₂ durch die primäre Wärmetauscheinrichtung 19 und wird auf eine Temperatur an oder nahe dem Taupunkt gekühlt und bis auf eine Restfeuchtigkeit getrocknet. Abstromseitig des Kanalabschnittes 29 werden die Teilluftströme L₁, L₂ wieder zu einem Gesamtluftstrom zusammengeführt, der nunmehr jedoch eine geringere Feuchtigkeit und eine niedrigere Temperatur hat als der Gesamtluftstrom aufstromseitig des Kanalabschnittes 29, indem er eine Mischung aus der Temperatur und dem Feuchtigkeitsgehalt der Teilluftströme L₁, L₂ darstellt. Falls die Mischtemperatur des Gesamtluftstroms aufstromseitig der sekundären Wärmetauscheinrichtung 23 nicht einer gewünschten Solltemperatur entsprechen sollte, kann eine weitere Temperaturabsenkung in der sekundären Wärmetauscheinrichtung 23 vorgenommen werden, indem der Gesamtluftstrom darin in wärmetauschender Beziehung zum Kältemittel des Hauptumlaufsystems gebracht wird.

Das Gebläse 24 sorgt für einen geeigneten Luftdurchsatz durch den Luftkanal 22. Falls der Feuchtigkeitsgehalt der die Wärmetauscheinrichtung 23 verlassenden Gesamtluftmenge niedriger als ein gewünschter Sollwert ist, kann mittels der Befeuchtungseinrichtung 25 durch Einsprühen eines Feuchtmittels, wie Wasser, der Feuchtigkeitsgehalt der gekühlten Gesamtluftmenge auf den gewünschten Sollwert gebracht werden. Falls die Temperatur der gekühlten Gesamtluftmenge zu niedrig ist, kann eine Temperaturerhöhung mittels der Heizeinrichtung 26 erzielt werden, bevor die Luft der Druckmaschine 31 zugeführt wird. Die Temperatur und der Feuchtigkeitsgehalt der Luft am Einlass in die Druckmaschine 31 wird mittels des Temperatur/Feuchtigkeitssensors 27 erfasst, der ein Signal an eine Steuereinrichtung 32 liefert, von der Stellsignale an das Absperrventil 10 des Hauptumlaufsystems zum Ein- und Ausschalten der sekundären Wärmetauscheinrichtung 23, an das Absperrventil 17 des Nebenumlaufsystems zum Ein- und Ausschalten der primären Wärmetauscheinrichtung 19, an die Befeuchtungseinrichtung 25 und an die Heizeinrichtung 26 geliefert werden, um diese Teile einzeln oder in der Gesamtheit so anzusteuern, dass die gewünschten Sollwerte für die Temperatur und den Feuchtigkeitsgehalt eingestellt werden.

Obschon bei der vorbeschriebenen Ausführungsform der Erfindung die Einstellung einer bestimmten niedrigen Temperatur durch die Wirkung eines Paares Wärmetauscheinrichtungen 19, 23, die beide vom gleichen Kältemittel des Kältemittelumlaufsystems 1 durchströmt werden, bewerkstelligt wird, kann für gewisse Anwendungsgebiete eine Kühlung durch die primäre Wärmetauscheinrichtung 19 als ausreichend angesehen und demzufolge auf die sekundäre Wärmetauscheinrichtung 23 verzichtet werden. In diesem Fall könnte auf die Aufteilung des Kältemittelumlaufsystems in ein Haupt- und Nebenumlaufsystem verzichtet werden.

Claims (14)

1. Verfahren zum Kühlen und Konditionieren von Luft für die Druckmaschinentemperierung, bei dem die Luft in einem Luftumlaufsystem zur Kühlung in eine wärmeaustauschende Beziehung zu einem Kältemittel in einem Kältemittelumlaufsystem gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teilluftstrom aus dem Gesamtluftstrom im Luftumlaufsystem gebildet wird, der Teilluftstrom durch die Einwirkung des Kältemittels auf eine Temperatur an oder nahe bei dem Taupunkt gekühlt wird, um eine Entfeuchtung des Teilluftstromes zu bewirken, und der entfeuchtete, gekühlte Teilluftstrom anschliessend dem restlichen unbehandelten Teil des Gesamtluftstromes an einer Stelle des Luftumlaufsystems abstromseitig der Aufteilungsstelle wieder zugeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der gekühlte Gesamtluftstrom zur weiteren Kühlung auf eine bestimmte Temperatur, die gleich oder höher als die Taupunkttemperatur und gleich oder tiefer als eine Solltemperatur ist, abstromseitig der Aufteilungsstelle erneut in eine wärmeaustauschende Beziehung zu dem Kältemittel im Kältemittelumlaufsystem gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der gekühlte Gesamtluftstrom abstromseitig der Aufteilungsstelle auf einen bestimmten Feuchtigkeitsgehalt befeuchtet wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gekühlte Gesamtluftstrom abstromseitig der Aufteilungsstelle auf eine bestimmte Solltemperatur erwärmt wird.

5. Anordnung zur Kühlung und Konditionierung von Luft für die Druckmaschinentemperierung, mit einem Kältemittelumlaufsystem und einem Luftumlaufsystem, die über wenigstens eine Wärmetauscheinrichtung zum Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel des Kältemittelumlaufsystems und der Luft des Luftumlaufsystems miteinander verknüpft sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftumlaufsystem (2) längs eines Teilabschnittes (29) zur Schaffung von gegeneinander abgegrenzten Teilluftströmen L₁, L₂ unterteilt und die Wärmetauscheinrichtung (19) zum Wärmeaustausch mit nur einem der Teilluftströme angeordnet ist.

6. Anordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass abstromseitig des Teilabschnittes (29) im Luftumlaufsystem (2) eine weitere Wärmetauscheinrichtung (23) zum Wärmeaustausch zwischen dem Kältemittel und dem Gesamtluftstrom des Luftumlaufsystems vorgesehen ist.

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittelumlaufsystem (1) ein Haupt- und ein Nebenumlaufsystem umfasst, wobei eines der Systeme mit der einen Wärmetauscheinrichtung (19) und das andere mit der weiteren Wärmetauscheinrichtung (23) verbunden ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die eine Wärmetauscheinrichtung (19) vom Kältemittel des Nebenumlaufsystems durchströmt ist.

9. Anordnung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Nebenumlaufsystem aufstromseitig eines Expansionsventiles (11) des Hauptumlaufsystems und abstromseitig der weiteren Wärmeaustauscheinrichtung (23) an das Hauptumlaufsystem angeschlossen ist.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Kältemittelumlaufsystem (1) in an sich bekannter Weise einen Verdichter (3), einen Kondensator (6), einen Kältemittelsammler (7) und ein Expansionsventil (11) umfasst, die in Strömungsrichtung hintereinander angeordnet sind, und dass zwischen dem Verdichter und dem Kondensator eine Rückführleitung (12) zur Rückführung eines Teiles des gasförmigen Kältemittels am Auslass des Verdichters in das Kältemittelumlaufsystem abstromseitig des Expansionsventiles abgezweigt ist.

11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückführleitung (12) ein in Abhängigkeit vom Ansaugdruck des Verdichters (3) gesteuertes Regelventil (14) umfasst.

12. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftumlaufsystem (2) abstromseitig der einen bzw. beider Wärmetauscheinrichtung(en) (19, 23) in Strömungsrichtung eine Befeuchtungseinrichtung (25) vorgesehen sind.

13. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass abstromseitig der einen bzw. beider Wärmetauscheinrichtung(en) (19, 23) ferner eine Heizeinrichtung (26) vorgesehen ist.

14. Anordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinrichtung (32) zur Steuerung des Betriebs eines oder mehrerer der die Wärmetauscheinrichtungen (19, 23), die Befeuchtungseinrichtung (25) und die Heizeinrichtung (26) umfassenden Einrichtungen in Abhängigkeit von der mittels eines Sensors (27) aufstromseitig der Druckmaschine ermittelten Temperatur und dem Feuchtigkeitsgehalt der gekühlten und konditionierten Gesamtluftströmung vorgesehen ist.