DE202006003726U1

DE202006003726U1 - Temperiervorrichtung

Info

Publication number: DE202006003726U1
Application number: DE202006003726U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-03-26
Filing date: 2006-03-07
Publication date: 2006-06-01
Anticipated expiration: 2016-03-08

Abstract

Temperiervorrichtung zur Aufheizung und Kühlung von mindestens einer Fläche (1), insbesondere einer Walzen- und Formwerkzeugfläche oder dergleichen,
umfassend einen mit einer Heizvorrichtung (2) beheizbaren Warmbehälter (3) und einen mit einer Kühlvorrichtung (4) kühlbaren Kaltbehälter (5) zum Temperieren und Speichern eines Wärmeträgermediums auf einem bestimmten Temperaturniveau,
wobei die Fläche (1) sowohl mit dem Warm- (3) als auch mit dem Kaltbehälter (5) über Verbindungsleitungen (6) verbindbar und das Wärmeträgermedium bedarfsangepaßt zur Fläche (1) förderbar ist und
wobei die Kühlvorrichtung (4) mindestens einen Verdichter (7) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kühlvorrichtung (4) einen dem Verdichter (7) nachgeschalteten Wärmetauscher (11) aufweist, der zumindest zeitweise zur Wärmeübertragung von der Kühlvorrichtung (4) zum Warmbehälter (3) mit dem Warmbehälter (3) verbindbar ist und mindestens einen Teil der Heizvorrichtung (2) des Warmbehälters (3) bildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Temperiervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
Eine derartige Temperiervorrichtung wird derzeit von der Anmelderin hergestellt und verkauft. Diese dient zur Aufheizung und Kühlung mindestens einer Fläche, insbesondere einer Walzen- und Formwerkzeugfläche oder dergleichen, und besteht aus einem mit einer Heizvorrichtung (Elektroheizung) beheizbaren Warmbehälter und einem mit einer Kühlvorrichtung kühlbaren Kaltbehälter zum Temperieren und Speichern eines Wärmeträgermediums auf einem bestimmten Temperaturniveau. Dabei ist die Fläche sowohl mit dem Warm- als auch mit dem Kaltbehälter über Verbindungsleitungen verbindbar und das Wärmeträgermedium bedarfsangepaßt zur Fläche förderbar. Die Kühlvorrichtung weist mindestens einen Verdichter und vorzugsweise einen Kondensator, eine Drossel und einen Verdampfer auf.
Eine sehr ähnliche Temperiervorrichtung ist nach der DE 296 21 968 U1 bekannt. Bei dieser dient ein sogenannter Kühlkreislauf zur Kühlung des Kaltbehälters. Ob dieser Kühlkreislauf als Kühlvorrichtung mit Verdichter, Kondensator, Drossel und Verdampfer ausgebildet ist, kann der Druckschrift nicht entnommen werden. Im übrigen entspricht diese Temperiervorrichtung aber dem Oberbegriff des Schutzanspruchs 1.
Zur Temperierung des Wärmeträgermediums bzw. der Fläche ist eine nicht unbeträchtliche Energiemenge erforderlich. Und obwohl die Temperiervorrichtungen der eingangs genannten Art an sich einwandfrei funktionieren, wird ein geringerer Energieverbrauch bei gleicher Funktion angestrebt.
Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, eine Temperiervorrichtung der eingangs genannten Art bei gleicher Funktionalität energetisch zu optimieren.
Diese Aufgabe wird mit einer Temperiervorrichtung der eingangs genannten Art durch die im Kennzeichen des Schutzanspruchs 1 aufgeführten Merkmale gelöst.
Nach der Erfindung ist also vorgesehen, dass die Kühlvorrichtung einen dem Verdichter nachgeschalteten Wärmetauscher aufweist, der zumindest zeitweise zur Wärmeübertragung von der Kühlvorrichtung zum Warmbehälter mit dem Warmbehälter verbindbar ist und mindestens einen Teil der Heizvorrichtung des Warmbehälters bildet.
Mit anderen Worten ausgedrückt, wird an der als Kälteaggregat ausgebildeten Kühlvorrichtung ohnehin anfallende Wärme zur Aufheizung des Warmbehälters genutzt, und zwar insbesondere dann, wenn im Warmbehälter das Standardtemperaturniveau unterschritten wird und eine Aufheizung erforderlich ist. Bisher über den Kondensator an die Umgebung der Vorrichtung abgeführte und somit verlorene Wärme wird erfindungsgemäß nunmehr einem neuen Verwendungszweck zugeführt. Dies führt zu einer Steigerung des Gesamtwirkungsgrades der Temperiervorrichtung.
Die Benutzung der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung führt somit zu einer erheblichen Einsparung der Betriebskosten für Strom (bei einem Strompreis von ca. 5 ct gut 10 % des Neupreises eines Gerätes), da für die Heizenergie im Normalbetrieb keine Kosten mehr anfallen. Bei Einsatz in Gebieten, in denen der Strompreis höher ist, liegt das Einsparpotential entsprechend höher. Darüber hinaus ist nur eine geringere Netzanschlussleistung erforderlich, wenn auf die Option der Elektroheizung verzichtet wird.
Andere vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Temperiervorrichtung ergeben sich aus den abhängigen Schutzansprüchen.
Die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung einschließlich ihrer vorteilhaften Weiterbildungen gemäß der abhängigen Schutzan sprüche wird nachfolgend anhand der zeichnerischen Darstellung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt
1 schematisch die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung mit einem dem Verdichter nachgeschalteten und mit der Heizvorrichtung verbundenen Wärmetauscher.
In der einzigen 1 ist als Ausführungsbeispiel ein Gerät zur Walzen- bzw. Werkzeugtemperierunq für Folienbeschichtung in Vakuumkammern dargestellt. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung auch anderen Verwendungszwecken dienen.
Beim Einsatz als Walzentemperiervorrichtung werden bei bestimmten Anwendungen Kunststofffolien mit einer dünnen Metallschicht versehen. Hierzu erzeugt man in einer Vakuumkammer einen Metallnebel und führt die Folie innerhalb dieser Kammer über eine gekühlte Walze. Bei diesem Vorgang kondensiert der Metallnebel auf der durchlaufenden Walze und die Folie wird metallisch beschichtet. Dieser Beschichtungsprozess findet kontinuierlich statt. Am Ende eines Beschichtungsprozesses muss das fertige Coil der Vakuumkammer entnommen werden. Hierzu wird die Vakuumkammer geflutet (Druckausgleich zur Atmosphäre) und das Produkt herausgenommen. Bevor dies geschehen kann, muss die Temperatur der Walze soweit erhöht werden, dass sich nach dem Fluten, bedingt durch die Feuchtigkeit in der Umgebungsluft, kein Kondensat auf der Walzenoberfläche bildet. Um dies zu erreichen, muss die Temperatur der Walze auf das entsprechende Temperaturniveau angehoben werden. Die im folgenden beschriebene Temperiervorrichtung ist ein Nebenaggregat zu der vorstehend beschriebenen Folienbeschichtungsanlage und hat die Aufgabe, ein flüssiges Wärmeträgermedium so zur Verfügung zu stellen, dass mittels Durchströmung der hohlen Beschichtungswalze (in Schutzanspruch 1 allgemein als Fläche 1 bezeichnet), sowohl der kalte als auch der warme Zustand der Beschichtungswalze gewährleistet ist.
Wie aus 1 ersichtlich, umfasst die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung zur Aufheizung und Kühlung von mindestens einer Fläche 1, insbesondere einer Walzen- und Formwerkzeugfläche oder dergleichen, einen mit einer Heizvorrichtung 2 beheizbaren Warmbehälter 3 und einen mit einer Kühlvorrichtung 4 kühlbaren Kaltbehälter 5 zum Temperieren und Speichern eines Wärmeträgermediums auf einem bestimmten Temperaturniveau, wobei die Fläche 1 sowohl mit dem Warm- 3 als auch mit dem Kaltbehälter 5 über Verbindungsleitungen 6 verbindbar und das Wärmeträgermedium bedarfsangepaßt zur Fläche 1 förderbar ist und wobei die Kühlvorrichtung 4 einen Verdichter 7, einen Kondensator 8, eine Drossel 9 und einen Verdampfer 10 aufweist.
Diese Temperiervorrichtung arbeitet autark. Sie ist, wie erwähnt, über Rohrleitungen (Verbindungsleitungen 6) des sogenannten externen Pumpenkreislaufs und elektrische Kabel mit der Beschichtungsanlage verbunden und erhält von dort die notwendigen Sollwerte und Parameter. Das Gerät sorgt durch entsprechende Steuerungs- und Regelungseinrichtungen 17 für die exakte Einhaltung der geforderten Temperaturen der Beschichtungswalze. Das Wärmeträgermedium, das die Heiz- bzw. Kühlenergie zur Folienbeschichtungsanlage befördert, ist eine Sole (vorzugsweise ein Wasser-Glykolgemisch). Das Gerät besitzt, wie erwähnt, einen Warmbehälter 3 und einen Kaltbehälter 5. Im Kühlbetrieb wird kaltes Medium aus dem vorzugsweise wärmeisolierten Kaltbehälter 5 entnommen und dem Verbraucher zugefördert. Im Heizbetrieb findet der gleiche Vorgang mit warmem Wärmeträgermedium aus dem ebenfalls vorzugsweise wärmeisolierten Warmbehälter 3 statt. Die jeweils erforderliche Menge mit der jeweils exakt richtigen Temperatur wird durch eine Steuerungs- und Regelungseinrichtung 17 je nach Soll-Istwertabweichung kontinuierlich geregelt.
Der Kaltbehälter 5 wird mit Hilfe einer vorzugsweise als Kompressor-Kälteanlage ausgebildeten Kühlvorrichtung 4 auf ein bestimmtes Temperaturniveau abgekühlt. Eine Pumpe 15 saugt die Sole aus dem Kaltbehälter 5 und fördert sie über den Kreislauf 14 durch den Verdampfer 10 der Kühlvorrichtung 4. In dem Verdampfer 10 wird der Sole Wärme entzogen und anschliessend wieder in den Kaltbehälter 5 gepumpt oder bei entsprechendem Produktionszyklus direkt über den externen Kreislauf der Beschichtungsanlage zur Verfügung gestellt. Der Kaltbehälter 5 wird unabhängig von der Produktion immer auf dem erforderlichen Kalttemperaturniveau gehalten und erfüllt somit eine Stand-By-Funktion.
Wesentlich für die erfindungsgemäße Temperiervorrichtung ist nun, dass die Kühlvorrichtung 4 einen dem Verdichter 7 nachgeschalteten Wärmetauscher 11 aufweist, der zumindest zeitweise zur Wärmeübertragung von der Kühlvorrichtung 4 zum Warmbehälter 3 mit dem Warmbehälter 3 verbindbar ist und mindestens einen Teil der Heizvorrichtung 2 des Warmbehälters 3 bildet.
Die Beheizung des Warmbehälters 3 erfolgt somit im Normalbetrieb mit der Abwärme, die die Kühlvorrichtung 4 dem Wärmeträgermedium des Kaltbehälters 5 entzieht. Diese Abwärme wird mit Hilfe des Wärmetauschers 11 und mittels des Kreislaufs 12 und der Pumpe 13 größtenteils an den Warmbehälter 3 abgegeben. Die Regelung hält, unabhängig von der Produktion, den eingestellten Sollwert immer auf der gleichen Temperatur. Der Warmbehälter 3 hat somit ebenfalls eine Stand-By-Funktion. Ist das geforderte Temperaturniveau ganz oder teilweise erreicht, wird die überschüssige Wärme als Verlustwärme am Kondensator 8 (luft- oder wassergekühlt) abgegeben.
Gemäß einer vorteilhaften, nicht dargestellten Weiterbildung ist darüber hinaus vorgesehen, dass der Kondensator 8 als Wärmetauscher 11 einsetzbar ausgebildet ist, d. h. solange dem Warmbehälter 3 Wärme zuführbar ist, dient der Kondensator 8 als Wärmetauscher 11; erst wenn das geforderte Temperaturniveau im Warmbehälter 3 erreicht ist, wird der Kondensator 8, wie oben erwähnt, separat luft- oder wassergekühlt.
Die Maßgabe gemäß Schutzanspruch 1, nämlich dass der Wärmetauscher 11 dem Verdichter 7 nachgeschaltet ist, bringt im übrigen zum Ausdruck, dass der Wärmetauscher 11 im Prinzip an jeder hochdruckseitigen Stelle der Kompressor-Kälteanlage angeordnet sein kann (letztlich sogar hinter dem Kondensator 8 oder an einer Wärmeabfuhrleitung des Kondensators 8 – auch wenn dies wirkungsgradmäßig natürlich ungünstiger ist). Für die Nutzung der Abwärme des Kaltbehälter 3 ist somit, umgekehrt ausgedrückt, letztlich maßgeblich, dass der Wärmetauscher 11 der Drossel 9 vorgeschaltet ist.
Zusätzlich kann für unvorhergesehene Produktionszwischenfälle, die ein Aufheizen des Warmbehälters 3 mit der Kühlvorrichtung 4 verhindern, als Bestandteil der Heizvorrichtung 2 eine Elektroheizung 16 installiert werden, die im Gegensatz zum vorbekannten Stand der Technik im Normalfall jedoch nicht aktiviert wird.
Bei bereits bestehenden bzw. bekannten Systemen wird die Heizenergie zur Aufheizung des Warmbehälters 3, wie erläutert, ausschließlich mit Hilfe von elektrischen Heizkörpern zugeführt und somit zu 100 % aus dem elektrischen Versorgungsnetz entnommen. Das bedeutet, dass diese Heizenergie an den Energieversorger gezahlt werden muss; beim erfindungsgemäßen Temperiergerät wird die Abwärme der Kühlvorrichtung 4, die auf jeden Fall abgeführt werden muss und im Normalfall als Verlustwärme abgeführt wird, genutzt, um die erforderliche Heizenergie zur Erwärmung des Warmbehälters 3 zur Verfügung zu stellen. Der Energieinhalt dieser Abwärme ist hierzu, wie Versuche gezeigt haben, vollkommen ausreichend.
Schließlich ist vorteilhaft vorgesehen (nicht extra dargestellt), dass die Kühlvorrichtung 4 einen zwischen dem Kondensator 8 und der Drossel 9 angeordneten Unterkühler aufweist, der seinerseits zwischem dem Verdampfer 10 und dem Verdichter 7 angeordnet ist. Dies führt zu einer weiteren Steigerung des Wirkungsgrades der Temperiervorrichtung.

1: Fläche
2: Heizvorrichtung
3: Warmbehälter
4: Kühlvorrichtung
5: Kaltbehälter
6: Verbindungsleitung
7: Verdichter
8: Kondensator
9: Drossel
10: Verdampfer
11: Wärmetauscher
12: Kreislauf
13: Pumpe
14: Kreislauf
15: Pumpe
16: Elektroheizung
17: Steuerungs- und Regelungseinrichtung

Claims

Temperiervorrichtung zur Aufheizung und Kühlung von mindestens einer Fläche (1), insbesondere einer Walzen- und Formwerkzeugfläche oder dergleichen, umfassend einen mit einer Heizvorrichtung (2) beheizbaren Warmbehälter (3) und einen mit einer Kühlvorrichtung (4) kühlbaren Kaltbehälter (5) zum Temperieren und Speichern eines Wärmeträgermediums auf einem bestimmten Temperaturniveau, wobei die Fläche (1) sowohl mit dem Warm- (3) als auch mit dem Kaltbehälter (5) über Verbindungsleitungen (6) verbindbar und das Wärmeträgermedium bedarfsangepaßt zur Fläche (1) förderbar ist und wobei die Kühlvorrichtung (4) mindestens einen Verdichter (7) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (4) einen dem Verdichter (7) nachgeschalteten Wärmetauscher (11) aufweist, der zumindest zeitweise zur Wärmeübertragung von der Kühlvorrichtung (4) zum Warmbehälter (3) mit dem Warmbehälter (3) verbindbar ist und mindestens einen Teil der Heizvorrichtung (2) des Warmbehälters (3) bildet.
Temperiervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (4) als Kompressor-Kälteanlage ausgebildet ist und neben dem Verdichter (7) einen Kondensator (8), eine Drossel (9) und einen Verdampfer (10) aufweist.
Temperiervorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmetauscher (11) der Drossel (9) vorgeschaltet ist.
Temperiervorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Kondensator (8) als Wärmetauscher (11) einsetzbar ausgebildet ist.
Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Warmbehälter (3) einen Kreislauf (12) mit einer Pumpe (13) umfasst, der mit dem Wärmetauscher (11) der Kühlvorrichtung (4) verbunden ist.
Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kaltbehälter (5) einen Kreislauf (14) mit einer Pumpe (15) umfasst, der mit dem Verdampfer (10) der Kühlvorrichtung (4) verbunden ist.
Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlvorrichtung (4) einen zwischen dem Kondensator (8) und der Drossel (9) angeordneten Unterkühler aufweist.
Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (2) eine Elektroheizung (16) umfasst.
Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Wärmeträgermedium eine Sole, vorzugsweise ein Wasser-Glykolgemisch ist.
Temperiervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Warmbehälter (3) und der Kaltbehälter (5) wärmeisoliert ausgebildet sind.