DE2734179A1 - Verfahren zur uebertragung von waermeenergie - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung von Wärmeenergie von einem Bad für die Oberflächenbehandlung auf ein gleichartiges anderes Bad, wobei die Wärme auf ein höheres Temperaturniveau gebracht wird.

Oberflächenbehandlungen von metallischen oder metallisierten Körpern werden oft mit Hilfe elektrochemischer Verfahren durchgeführt. So wird zum Beispiel beim Galvanisieren aus einem wässrigen Elektrolyten unter Zuhilfenahme von Gleichstrom ein Metall oder eine Metallegierung abgeschieden. Die bestimmende Größe für die Geschwindigkeit, mit der das Metall auf den zu behandelnden Teilen niedergeschlagen wird, ist die Stromstärke je Flächeneinheit der Ware, die sogenannte Stromdichte. Um optimale Behandlungsergebnisse zu erzielen, muß während des Abscheidungsprozesses ständig eine gleichmäßige Stromdichte gegeben sein, deren Größe vom Elektrolyten und von den zu behandelnden Teilen abhängt.

Um zu erreichen, daß der Strom in der erforderlichen Höhe fließt, muß eine Spannung angelegt werden, die im wesentlichen vom elektrischen Widerstand des Stromweges im Elektrolyten abhängt. Die elektrische Energie, die eingesetzt wird, um diesen Widerstand zu überwinden, wird in Wärme umgewandelt. Die dabei entstehenden Wärmemengen sind bei einigen Verfahren so groß, dass sie die bei der Betriebstemperatur des Bades an die Umgebung abgegebne Wärmemenge überschreiten. In diesem Fall steigt die Temperatur des Elektrolyten während des Arbeitsprozesses ständig an. Um optimale Ergebnisse zu erzielen, ist es jedoch Voraussetzung, dass die Betriebstemperatur des Bades innerhalb einer zulässigen Toleranz eingehalten wird. Es ist deshalb erforderlich, die überschüssige Wärmemenge durch eine Kühleinrichtung abzuführen.

Die Kühlung von Bädern für die Oberflächenbehandlung, zum Beispiel von Galvanisierbädern, erfolgt bisher üblicherweise durch innerhalb oder außerhalb des Arbeitsbehälters angeordnete Wärmeaustauscher, mit welchen die Wärme an Kaltwasser übertragen wird. Das Kaltwasser wird meist dem öffentlichen Leitungsnetz entnommen und fließt nach dem Passieren des Wärmeaustauschers in das Abwassernetz ab.

Günstigstenfalls kann das abfließende Kühlwasser in Spülbädern weiterverwendet werden. Da aber - bedingt durch die Temperaturregelung - der Kühlwasserstrom zeitweise unterbrochen ist, sieht man oft von dieser Möglichkeit ab.

Die beschriebene Betriebsweise verursacht bei den steigenden Gebühren für Frischwasser und Abwasserbeseitigung hohe Kosten, zudem wird die wertvolle Wärmeenergie ungenutzt abgeführt. Es wurden deshalb auch schon Kälteaggregate eingesetzt, welche die aus dem Galvanisierbad abgeführte Wärme, unter Einsatz weiterer elektrischer Energie, auf ein höheres Temperaturniveau bringen und dann an die Umgebungsluft abgeben. Statt für Wasser müssen bei dieser Lösung laufend Kosten für elektrische Energie aufgebracht werden und die abgeführte Wärmeenergie geht ebenfalls verloren, wobei noch das Kälteaggregat hohe Investitionen erfordert.

Aufgabe der Erfindung ist es, die in Bädern für Oberflächenbehandlung, vorzugsweise in elektrochemisch arbeitenden Bädern, anfallende überschüssige Wärmeenergie abzuführen und - nach Erhöhung des Temperaturni- veaus - anderen gleichartigen Bädern oder Einrichtungen zuzuführen, die einen Wärmebedarf aufweisen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass zum Transport der Wärmeenergie und zur Erhöhung des Temperaturniveaus eine Wärmepumpe eingesetzt wird, wobei der Verdampfer in dem Bad angeordnet ist, aus dem Wärmeenergie abgeführt wird, und der Kondensator in dem Bad oder der Einrichtung, der Wärme zugeführt werden soll.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist, dass zur Erreichung einer günstigen Leistungszahl die Auswahl des Wärmeträgermediums und die Auslegung des Systems so erfolgt, dass die Verdampfungstemperatur nicht zu tief unter der Arbeitstemperatur des Bades liegt, aus dem Wärme abgeführt wird und die Kondensationstemperatur nicht zu hoch über der Arbeitstemperatur des Bades oder der Einrichtung liegt, der Wärme zugeführt werden soll.

Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es möglich, die bisher aus elektrochemischen Bädern ungenutzt abgeführte Wärmeenergie anderen Bädern oder Ein- richtungen zuzuführen, die einen Wärmebedarf haben. Dabei ist für den Transport der Wärme und die Temperaturhöhe vergleichsweise wenig Aufwand an zusätzlicher Energie nötig. Bei den üblichen Arbeitstemperaturen zum Beispiel von elektrochemisch arbeitenden Bädern können Leistungszahlen von 3 bis 10 erreicht werden, das heißt mit der zusätzlich aufgewandten Energie kann eine 3- bis 10-fache Wärmemenge der Stelle mit Wärmebedarf zugeführt werden. Auf dem Gebiet der Galvanotechnik müssen zum Beispiel Chrom-, Zink- und Nickelbäder je nach der Menge der je Zeiteinheit behandelten Ware mehr oder weniger stark gekühlt werden. Andererseits sind Bäder im Gebrauch, die bei erhöhter Temperatur betrieben werden müssen und in denen keine Erwärmung aufgrund eines elektrochemischen Vorgangs stattfindet. Solche Bäder, die einen ständigen Wärmebedarf haben, sind zum Beispiel chemisch arbeitende Entfettungsbäder und Warmspülbäder. Auch Trockeneinrichtungen, in denen das Behandlungsgut abschließend getrocknet wird, benötigen eine ständige Wärmezufuhr.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels nachstehend näher beschrieben.

In Figur I ist das erfindungsgemäße Verfahren schematisch dargestellt. Dabei ist in einem Verchromungsbad (1), das bei einer Temperatur von 38°C betrieben wird, der Verdampfer (2) angeordnet. Während des Galvanisiervorgangs wird über die Gleichstromquelle (3) dem Bad elektrische Energie zugeführt, die zum Teil in Wärme umgewandelt wird. Um die Temperatur des Bades im Toleranzbereich der Solltemperatur zu halten, muß die Wärme abgeführt werden.

Über das Reduzierventil (4) strömt flüssiges Arbeitsmittel des Wärmepumpenkreislaufs in den Verdampfer (2).

Bei dem hier erfolgenden Verdampfungsvorgang wird der Umgebung - und damit dem Chrombad (1) - Wärme entzogen. Der Arbeitsmitteldampf wird vom Kompressor (5), der vom Elektromotor (6) angetrieben wird, angesaugt und verdichtet, wobei seine Temperatur wesentlich erhöht wird. Die dem Elektromotor (6) zugeführte Energie wird dabei zum größten Teil ebenfalls dem Arbeitsmittel als Wärmeenergie zugeführt. Das dampfförmige Arbeitsmittel strömt nun zu dem im Warmspülbad (7) angeordneten Kondensator (8). Die Temperatur des Warmspül- bades beträgt beispielsweise 80°C und liegt damit unter der Temperatur des mit etwa 90°C zuströmenden Arbeitsmitteldampfes.

Im Kondensator (8) wird das Arbeitsmittel wieder verflüssigt, wobei neben der Wärme aus der Temperaturabsenkung des Arbeitsmittels noch seine Verdampfungswärme frei wird.

Da nicht immer gewährleistet ist, dass die aus dem Chrombad (1) abgeführte Wärmemenge ausreicht, um das Warmspülbad (7) auf seiner Soll-Arbeitstemperatur zu halten, ist im Warmspülbad noch eine Zusatz-Heizeinrichtung (9) angeordnet. Über diese Heizeinrichtung (9) wird die eventuell fehlende Wärmemenge zugeführt. Dies kann mittels elektrischer Energie oder mit Dampf beziehungsweise Heißwasser erfolgen.

Ferner dient die Heizeinrichtung (9) zum Aufheizen des Warmspülbades vor Betriebsbeginn der Anlage.

In vielen Fällen reicht jedoch die aus dem Chrombad (1) bei kontinuierlichem Betrieb abzuführende Wärmemenge aus, um den Wärmebedarf eines Warmspülbades voll zu decken. In einem Ausführungsbeispiel mit den nachstehend angegebenen technischen Daten ist dies der Fall.

Abmessung des Behälters für ein Chrombad:

2500 mm breit, 650 mm lang, 1350 mm tief

Abmessung des Behälters für das Heißspülen:

2500 mm breit, 550 mm lang, 1350 mm tief

Oberfläche der zu behandelnden Ware (10) ca. 260 dm[hoch]2

Galvanisierspannung im Chrombad: 8 V

Galvanisierstrom im Chrombad: ca. 4000 A

Arbeitstemperatur des Chrombades: 38°C

Arbeitstemperatur des Warmspülbades: 80°C

Belegungsfaktor des Chrombades: 0,75

Claims (2)

1. Verfahren zur Übertragung von Wärmeenergie von einem Bad für die Oberflächenbehandlung auf ein anderes Bad, wobei die Wärmeenergie auf ein höheres Temperaturniveau gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass zum Transport der Wärmeenergie und zur Temperaturerhöhung eine Wärmepumpe eingesetzt wird, wobei der Verdampfer in dem Bad angeordnet ist, aus dem Wärmeenergie abgeführt wird, und der Kondensator in dem Bad oder der Einrichtung, der Wärme zugeführt werden soll.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl des Wärmeträgermediums und die Auslegung des Systems so erfolgt, dass die Verdampfungstemperatur nicht zu tief unter der Arbeitstemperatur des Bades liegt, aus dem Wärme abgeführt wird und die Kondensationstemperatur nicht zu hoch über der Arbeitstemperatur des Bades oder der Einrichtung liegt, der Wärme zugeführt werden soll.