DE3137998A1

DE3137998A1 - Verfahren zur rationellen energieverwertung

Info

Publication number: DE3137998A1
Application number: DE19813137998
Authority: DE
Inventors: Karl-Heinz 5000 Köln Seifer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1981-09-24
Filing date: 1981-09-24
Publication date: 1983-03-31

Description

TITEL
VERFAHREN ZUR RATIONELLEN ENERGIEVERWERTUNG ANWENDUNGSGEBIET Die Erfindung betrifft ein VERFAHREN ZUR RATIONELLEN ENERGIE-VERWERTUNG BEI DER VERARBEITUNG THERMOPLASTISCHER WERKSTOFFE, INSBESONDERE KUNSTSTOFFE.
Zweck des Verfahrens ist es, die spezifischen Eigenschaften und die Verarbeitungsweisen des zur Verarbeitung gelangenden Materials zu einer rationelleren Energieverwertung auszunutzen und sosuit Energie zu sparen STAND DER TECHNIK Bei der Kunststoffverarbeitung, insbesondere bei der Herstellung von Kunststoff-Spritzteilen bzw. bei der Extrusion von Kunststoff Strangartikeln, werden große Mengen an elektrischer Energiebenöti Diese elektrische Energie wird zu einem beträchtlichen Teil in Wärmeenergie umgewandelt, welche zum Erhitzen und Plastifizieren des Kunststoff-Granulates notwendig ist. Gleichzeitig wird die zum Antrieb der Kunststoffverarbeitungs-Maschinen benötigte elektrische Energie in zum Teil störende Wärme umgesetzt.
Es muß also eine große Menge an Energie aufgewendet und in Wärme umgesetzt werden, um das Rohmaterial, im wesentlichen Granulat, verarbeiten zu können.
Unmittelbar nach der Verformung des erhitzten Kunststoffes in der Maschine ( Spritzen, Extrudieren, Blasen etc.) muß ein Teil der Wärme dem verformten Material auf schnellstem Wege wieder entzogen werden, damit die notwendige Formbeständigkeit vor dem Ausstoßen aus der Form gewährleistet ist. Dies geschieht üblicherweise durch Zwangskühlung der Formwerkzeuge bzw. durch Kühlen der Teile selbst.
Als Kühlmittel wird vorzugsweise Wasser verwendet. Das sich durch diesen Prozess erwärmende Wasser transportiert die Wärme über entsprechende Leitungen meist zu Kühlaggregaten (Kühltürme, Kältemaschinen oder einfache Wärmetauscher etc.) Dort wird dem Wasser die Wärme entzogen und ausgekühlt wieder in den Kühlkreislauf zurückgeführt.
Die Energieverknappung und damit Verteuerung hat nun eine Anzahl von Kunststoff-Verarbeitern veranlaßt, mit der Abfallwärme ihrer Produktion z.B. die Heizung bzw. Warmwasser-Versorgung oder ähnliches ihres Unternehmens zu bewerkstelligen. Dies geschieht auf eine relativ einfache bekannte Weise, oft mittels Einsatz von Wärmepumpen.
KRITIK Die anfallende Wärmemenge bei der Kunststoff-Verarbeitung ist aber in den meisten Fällen wesentlich größer als die für Heizung (insbesondere in wärmerer Jahreszeit) Brauchwasser - Bereitung oder ähnliches wiederverwendbare Wärmemenge. Es muß also ein erheblicher Teil der Wärme über bereits genannte Kühleinrichtungen an die Umgebung abgeführt werden. Damit wird zum einen wertvolle Energie nutzlos abgeführt und zum anderen die Umwelt unnötig belastet.
AUFGABE DER ERFINDUNG Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches imstande ist, die Uberschußwärme dem Verarbeitungsprozess zu entziehen und nutzbar zu machen, indem sie in den Verarbeitungsprozeß zurückgeführt wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, indem Lieferform, spezifische Eigenschaften und die Verarbeitungsweise des Kunststoffes für die Energie-Rückgewinnung bzw. für den rationelleren Energieeinsatz ausgenutzt und ähnlich wie ein Kühlmittelkreis -lauf ein mit vergleichsweise geringen Verlusten behafteten Energiekreislauf geschaffen wird.
Die Grundidee der Erfindung basiert auf der Tatsache, daß zur Verarbeitung des Kunststoffes die große Menge an Energie deshalb aufgewendet werden muß, weil die Plastifizierung relativ schnell vonstatten gehen soll. Das schnelle Aufheizen kann aber nur mit einem verlustreichen Überangebot an Energie durchgeführt werden. Um dieses notwendige große überangebot abzubauen, nutzt das neue Verfahren zwei wesentliche Faktoren aus 1. Die Einwirkungszeit für die, dem zu verarbeitenden Kunststoff zuzuführende Wärmeenergie wird so verlängert, daß sie der spezifischen Eigenschaft des Kunststoffes (kleine Wärmeleitzahl) für eine wirtschaftliche Aufheizung Rechnung trägt.
2. Die Einwirkungsweis-e für die dem Kunststoff zuzuführende Wärmeenergie wird so gestaltet, daß eine möglichst optimale Wärmeübertragung ( große Wärmeaustauschfläche ) stattfinden kann.
Zu Punkt 1) Die Kunststoff-Verarbeitungsmaschinen werden in der Regel automatisch aus Silos über Transportstrecken zu den meist kleineren an der Maschine angebauten Vorratsbehältern mit vorzugsweise Granulat beschickt. Der Vorrat an diesem Grundmaterial ( Granulat ) entspricht den Auftrags- bzw.Chargengrößen. Er wird in fast allen Fällen aus Gründen der wirtschaftlichen Fertigung für längere Zeitabschnitte den jeweiligen Fertigungsmaschinen zugeteilt.
Hier wird mit dem neuen Verfahren die Möglichkeit genutzt, die Einwirkungszeit für die dem Kunststoff- Fertigungs -material zuzuführende Wärme positiv zu beeinflussen, indem das bevorratete Fertigungsmaterial bereits vorher über die zur Verfügung stehende längere Zeitspanne aufgeheizt wird, statt es mit seiner relativ niedrigeren Eigentemperatur direkt in die Verarbeitungsmaschine zu fördern.
Zu Punkt 1 BEISPIEL: Eine Verarbeitungsmaschine hat folgende Leistung 3 Schuß je Minute 120 Gramm je Schuß Beträgt nun der laufende Granulat-Vorrat in der Vorrats- Heizzone nur 50 kg, so stehen für die Erwärmung dieses Vorrats bereits 50 kg h - 2 1/4 Stunden zur Verfügung.
21,6 kg Hat das Fertigungsmaterial eine Eigentemperatur von ca. 180 C und benötigt es eine Verarbeitungstemperatur von ca. 180 C, so muß die Verarbitungsmaschine eine Temperaturdifferenz von 180 - 18 = 162 C At innerhalb kürzester Zeit überwinden.
Nach dem neuen Verfahrenvwird das Vorratsmaterial innerhalb von 2 1/4 Stunde auf z.B. 8o C vorgewärmt. Jetzt hat dio Verar -beitungsmaschine nur noch einet von 180 - 80 = loo C zu überwinden.
Zu Punkt 2 Die Kunststoff- Verarbeitungsmaschinen werden in der Regel mit Rohmaterial in Granulatform beschickt. Das Granulat besteht üblicherweise aus Körnern in unregelmäßiger, zylindrischer oder kubischer Form. Im Mittel liegen die Abmessungen bei etwa 3 mm Kantenlänge.
Hier wird mit dem neuen Verfahren die Möglichkeit genutzt, die Einwirkungsweise für die dem zu verarbeitenden Kunststoff -Fertigungsmaterial zuzuführende Wärme postiv zu beeinflussen, indem das bevorratete Fertigungsmaterial als loses Schüttgut mit seiner großen Gesamtoberfläche zum Optimalen Wärmeaustausch verwendet wird, statt es in der kurzen Maschinenheizzone im relativ komprimierten Zustand zu erwärmen.
BEISPIEL: Ein Granulatkorn in Würfelform myt ca. 3 mm Kantenlänge hat eine Oberfläche von 3 x 3 x 6 = 54 mm 1 cm hat ( ausgezählt) ca. 22-25 Körner, d.h.2 1 cm Granulat hat ca. 22 x 54 = 1188 1200 mm Oberfläche.
Bei 1 dm = 1 kg Granulat würde 1 kg bereits eine für den Wärmeaustausch zur Verfügung stehende Oberfläche von looo . 1200 = l.2oo oo mm = 1,2 m haben.
BEISPIEL Bei der unter Punkt 1 angenommenen Vorratsmenge von So kg sind das 50 . 1,2 = 60 m Weil die Körner jedoch unregelmäßig liegen, d.h. auch Fläche an Fläche liegen können, ist in der Praxis mit einem kleineren Wert zu rechnen.
Für Kontrollrechnungen wurden ca. 60 % des Wertes, also ca.36 m2 Wärmeaustauschfläche ermittelt.
Die VORTEILE gegenüber bereits bekannten Methoden bestehen darin, daß a) ein großer Teil der aufgewendeten, sonst über Kühleinrichtungen abgeführte Wärme direkt in den Verarbeitungsprozess zurückgeführt werden kann und damit eine bessere Energieausnutzung stattfindet.
b) Das durch die spezifischen physikalischen Eigenschaften eine Speicherung der zurückgewonnenen Wärme durch die bevorrateten Granulatmengen stattfinden kann.
c) Das durch das vorherige Aufheizen der Granulatvorräte die in manchen Fällen notwendige Trocknung der Granulate entfallen kann.

Claims

A N S P R Ü C H E : (1). Verfahren zur rationellen Energieverwertung bei der Verarbeitung thermoplastischer Werkstoffe, insbesondere Kunststoffe, g e k e n n z e i c h n e t durch die vorherige Aufjeozimg des für der Verarbeitungsprozeß bevorrateten oder des zum prozeß fließenden Materials unter Ausnutzung seiner whrmespeichernden Eigenschaft im wesentlichen mittels zurückgewonnener Wärmeenergie, welche vorzugsweise durch Wärmepumpen und/oder anderen geeigneten Aggregaten aufbereitet wird, wobei diese den größten Teil ihrer Wärmeleister aus der abzuführenden Wärme der Kühlmedien der Verarbeitangsmaschine entnehmen, gjeichzeitig mit diesem Proze@ die in wendige Rückkühlung der Kühlmedien vornehmen und demit einen verkürzten Energiekreislauf schießen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z i c h n e t, daß zur vorherigen Aufheizung des zur Verarbeitung gelangenden Materials die größere Zeitspanne von Bevorratung Hier derarbeitung ausgenutzt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, d die spezifischen Eigenschaften des Kunststoffgranulates als Wärmespeicher ausgenutzt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch g e k e n n z e i c h n e t, d die vorherige Aufheizunf, des zur Verarbeitung gelangenden Materials durch in die Vorratsbehältr eingelassene Wärmetauscher geschieht.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeicnet, da! di t' vorherige Aufheizung durch unmittelbar in das bevorratete Granulat eingeblasene Heißluft geschieht.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daQ die vorherige Aufheizung auf dem Transportwege zur Verarbeitung@@ maschine durch geheizte Fördermittel geschieht A N S P R Ü C H E :
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur vorherigen Aufheizung eine Trocknungseinrichtung einbezogen wird.