DE3512463C2 - Verfahren und Vorrichtung zur Reduzierung des Wärmeverbrauchs an Flaschenreinigungsmaschinen - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zur Reduzierung des Wärmeverbrauchs an Flaschenreinigungsmaschinen unter Einsatz einer Wärmepumpe soll eine erhebliche Einsparung an Wärmepumpenenergie durch entsprechende Verringerung der auf den gegenüberliegenden Kreislaufseiten gegebenen Temperaturdifferenzen erzielt werden. Hierzu wird vorgeschlagen, daß das einer vor der letzten Spritzabteilung (11) befindlichen weiteren Spritzabteilung (10) entnommene Überschußwasser der Kälteseite (17) einer Wärmepumpe (16) zugegeben und mit verminderter Temperatur erneut der Spritzabteilung (10) zugeleitet wird und dabei die Wärmeseite (19) von der Lauge der letzten und/oder vorletzten Vorweichzone (6, 7) durchflossen und ein Teilstrom dieser dann erhitzten Lauge der Kälteseite (22) einer zweiten Wärmepumpe (23) zugegeben und von hier aus in die Vorwärmzone (6, 7) zurückgeleitet wird, die ihrerseits von einem Teilstrom des Hauptlaugenbades (8) auf der Wärmeseite (24) durchflossen wird, derart, daß die Überschußleistung aus der ersten Wärmepumpe (16) die Erhitzung der aus höherer Temperatur herangeführten Lauge bewirkt und der Teilstrom der Lauge der Kälteseite (22) wieder zur Kühlung der Vorwärmzone (6, 7) herangezogen wird.

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 sowie auf eine Reinigungsmaschine mii den Merkmalen des Gattungsteils des Nebenanspruchs 3.

Der Einsatz von Wärmepumpen im Bereich von Flaschenreinigungsmaschinen wird seit einiger Zeit intensiv verfolgt Insbesondere wurde bereits vorgeschlagen, das aus der Reinigungsmaschine ablaufende Schmutzv/asser zum Zwecke der Wärmerückgewinnung einzusetzen, zumal dieses Abwasser einerseits ein relativ hohes Temperaturniveau aufweist und andererseits die gesetzlichen Bestimmungen eine bestimmte Abwasserabgabetemperatur bei Einleitung ins öffentliche Netz vorschreibea Bei Einsatz einer Wärmepumpe wird dabei deren Wärmeseite von der Lauge und die Kälteseite von dem Abwasser der Reinigungsmaschine durchflossen. (Der Mineralbrunnen, Jg. 33,1983, H. 3, S. 68 - 77).

Bei Verwendung des ablaufenden Schmutzwassers mit entsprechend hoher Ablauftemperatur wird der Einsatz einer Wärmepumpe aber erst wirtschaftlich, wenn dem Abwasser eine geeignete Wärmemenge entzogen wird. Hierbei müssen die Temperaturen praktisch bis in den Bereich von 10⁰C bis 15°C auf der Kälteseite der Wärmepumpe sinken, woraus eine hohe Temperaturdifferenz zwischen der Kälte- und Wärmeseite entsteht. Diese hohe Differenz zwischen Afc-vasserendtemperatur und Laugenendtemperatur auf der Wärmeseite erfordert eine entsprechend hohe Verdichterieistung, so daß die daraus resultierende niedrige Leistungsziffer den Einsatz einer Wärmepumpe als unwirtschaftlich erscheinen läßt Man ist deshalb dazu übergegangen, das aus der ersten Vorwärmeinrichtung ablaufende Wasser in einer Rückkühleinrichtung mittels eines Wärmeaustauschers abzukühlen und dem Wasser zuzuführen, wobei das hierbei erwärmte Wasser der Rückkühleinrichtung mittels einer Wärmepumpe abgekühlt und der Rückkühleinrichtung wieder zugeführt und dabei die Flüssigkeit der zweiten Vorwärmeinrichtung auf der Wärmeseite der Wärmepumpe erwärmt wird.

Nach diesem aus der DE-OS 32 05 956 bekannten Verfahren wird zunächst das Abwasser in der Frischwasserspritzzone abgekühlt und dann dem Abwasserkanal zugegeben. Auch hierbei ist ungeachtet der Zuschaltung eines das Spritzwasser erwärmenden Austauschers die Temperaturdifferenz bei nachfolgendem Fluß durch die Wärmepumpe relativ hoch, so daß die eingangs geschilderten Nachteile auch mit diesem vorgeschlagenen Verfahren nicht behoben werden. Darüber hinaus ist bei diesem bekannten Verfahren eine Rückkühlung des Abwassers nur in einem geringen Maße aufgrund der hohen Spritzwassertcmpeiatur und der vorgeschalteten Spritzbäder möglich. Es kann demzufolge dem Abwasser nicht die Wärmemenge entzogen werden, wie sie zum Zwecke eines wirtschaftlichen Einsatzes einer Wärmepumpe notwendig wäre. Überdies

besteht bei an sich jeder Reinigungsmaschine ein Wärmeglcichgewicht zwischen Vor- und Rückkühlzone, so daß die bei dem vorgeschlagenen Verfahren anfallende Verdichlerleistung nicht untergebracht werden kann. Dieses ist darauf zurückzuführen, daß dem Vorwärmbad (Wärmeseite) eine größere Menge an Wärmeenergie zugeführt wird, als über die Korbträger, Flaschen und dgl. aufgenommen und weitergeleitet werden kann. Als Resultat ist ein unerwünschter Aufheizvorgang festzustellen, der schließlich zum Abschalten der Wärmepumpe führt

Nach einem weiteren aus der DE-OS 25 10 927 bekannten Verfahren zum Reinigen von Flaschen und dgl. unter Einsatz einer Wärniepumpe wird diese in einem separaten Kreislauf untergebracht, wobei aus der Rückkühlzone Wärme entzogen und direkt in das Zentrallaugenbad eingegeben wird. Zielsetzung bei diesem Verfahren isv. im wesentlichen die nahezu totale Frischwassereinsparung. Dadurch muß praktisch die gesamte Rückkühlenenergie in die Wärmepumpe abgeführt werden. Unter Berücksichtigung einer nach diesem Verfahren vorgeschlagenen Flaschenabgabetemperatur von 20"C setzt dieses eine Spritzwassertemperatur in der letzten Zone von ca. 12°C—15° C voraus. Demnach arbeitet die Wärmepumpe auf der Kälteseite mit ca 8° C und auf der Wärmeseite mit ca. 85° C einschließlich der notwendigen Temperaturgefälle in den Wärmeaustauschern. Daraus ergibt sich, wie auch bei den vorgeschilderten bekannten Verfahren, eine relativ hohe Temperaturdifferenz innerhalb des Wärmepumpenkreislaufs mit einer daraus resultierenden äußerst niedrigen Leistungsziffer von unter 1,7, was mit den herkömmlichen Kältemitteln technisch kaum zu verwirklichen ist. Ungeachtet dessen ist bei diesem System unter Einschluß der Kühllast ein Strombedarf von mindestens 250 kw bei einer Flaschendurchsatzleistung einer solchen Flaschenreinigungsmaschine von ca. 50 000 Flaschen/h erforderlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Verfahren c*-ir eingangs genannten Art eine Verbesserung dadurch zu erzielen, daß zunächst eine verfahrenstechnische Eingliederung der Wärmepumpe im eigentlichen Wärmekreislauf der Maschine erfolgt, ohne daß dabei die Abwasserfracht berücksichtigt werden muß und gleichzeitig eine besonders vorteilhafte Leistungsziffer der Wärmepumpe gesichert isu Insbesondere soll die Verdichterleistung der Wärmepumpe zusätzlich ausgenutzt werden. Hierbei ist als Ziel gesetzt, eine Wärmepumpe im Wärmehaushalt der Flaschenreinigungsmaschine derart einzugliedern, daß möglichst geringe Temperaturdifferenzen innerhalb des Wärmepumpenkrüslaufs vorliegen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das von der eigentlichen Frischwasserspritzabteilung und einer vor der dritten und letzten Wasserspritzabteilung befindlichen ersten und/oder zweiten Wasserspritzabteilung entnommene Überschußwasser der Kälteseite einer ersten Wärmepumpe zugegeben und mit verminderter Temperatur erneut der ersten und/oder zweiten Wasserspritzabteilung zugeleitet wird und dabei die Wärmeseite der ersten Wärmepumpe von der Lauge der letzten und/oder vorletzten Vorwärmzone durchflossen und ein Teilstrom dieser dann erhitzten Lauge der Kälteseite einer zweiten Wärmepumpe zugegeben und von hier aus in die letzte und/oder vorletzte Vorwärmezone zurückgeleitet wird, dk ihrerseits auf der Wärmeseite von einem Teilstrom des Hauptlaugenbades durchflossen wird, derart, daß die Oberschußleitung aus der ersten Wärmepumpe die Erhitzung der aus höherer Temperatur herangeführten Lauge bewirkt und der Tei!- strom der Lauge der Kälteseite der zweiten Wärmepumpe wieder zur Kühlung der letzten und/oder vorletzten Vorwärmzone herangezogen wird.

Die Aufgabe wird außerdem durch eine Reinigungsmaschine gemäß dem Kennzeichen des Anspruchs 3 gelöst.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren werden die eingangs geschilderten Nachteile ausgeschaltet. Insbesondere wird mit der Kopplung einer zweiten Wärmepumpe die Verdichterleistung der ersten Wärmepumpe voll ausgenutzt Darüber hinaus arbeiten dadurch die Systemstufen auf den jeweils gegenüberliegenden Seiten (Wärme- und Kälteseite) mit geringen Temperaturdifferenzen, wodurch eine äußerst wirtschaftliche Betriebsweise mit außerordentlich hoher Leistungsziffer (über 5) in der ersten Stufe und über 10 in der zweiten Stufe erreicht wurden kann. Dieses führt so weit, daß das Hauptlaugenbad der Maschine im iienzfalJ zeitweise ausschließlich mit der Verdichterleistung der eingegliederten Wärmepumpenanlage beheizt werden kann.

Im Rahmen der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß bei Einsatz des unter Anspruch 1 beschriebenen Verfahicns die Lauge mindestens der letzten und/oder vorletzten Vorwärmzonen durch Wärmeabgabe einer Laugenspritzabteilung aufheizbar ist.

In Verbindung mit dem System in Durchlaufrichtung der Flaschen vorgeschalteten Rekuperationsstufen kann eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit erzielt werden. Insbesondere wird der Energieverbrauch mit dem vorgeschlagenen Verfahren wesentlich reduziert. Bei elektromotorisch betriebenen Wärmepumpen kann mit diesem Verfahren ein Gesamtbedarf von ca. 80 kw bei einer Durchsatzleistung der Flaschenreinigungsmaschine von ca. 50 0ö0 Fiaschen/h erreicht werden. Hierbei ist als weiterer Vorteil anzusehen, daß die bereits für die Spritzzonen usw. eingegliederten Pumpen auch zur Beschickung des Wärmepumpepsystems ohne Veränderungen übernommen werden können.

Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Das Ausführungsbeispiel zeigt eine für das System geeignete Hintereinanderkopplung verschiedener Bäder einer Reinigungsmaschine. Diese Badfolge und auch die Zuordnung von entsprechenden Spritzabteilungen kann jedoch, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, in beliebiger Weise variiert und verändert werden.

Die Reinigungsmaschine besteht aus einem Gehäuse 1 mit stirnseitig angeordneten Aufgabe- und Entnahmeeinrichtungen zum Eingeben von zu reinigenden Flaschen in Pfeilrichtung 2 und zur Entnahme der gereinigten Flaschen in Pfeilrichtung 3. Innerhalb des Maschinengehäuses 1 sind eine erste und zweite Vorwärmzone 4, 5 sowie eine laugenhaltige vorletzte und letzte Vorwärmzone 6, ⁷ in Durchlaufrichtung der Flaschen hintereinander geschaltet. Im Anschluß daran befindet sieh ein eigentliches Hauptlaugenbad 8 mit anschließender Laugespritzabteilung 9 und nachgeschauter erster, zweiter und dritter Wasserspritzabteilung 10,11,12, denen eine Frischwasserspritzabteilung 13 unmittelbar vor der Entnahmevorrichtung für die gesäuberten Flaschen aus der Reinigungsmaschine folgt. Die erste und zweite Vorwärmzone 4, 5 dient einerseits zur stetigen Erwärmung der Flaschen bis hin zur eigentlichen Lau-

gebadtemperatur von ca. 80°C. Gleichzeitig dient sie mit einer entsprechend ausgebildeten Schleifenführung für die Flaschen zu deren Entleerung von möglicherweise in ihnen befindlichen Rückständen. Diese werden zweckmäßig in der zweiten Vorwärmzone 5 zentral gesammelt und ausgeschieden. Die einzelnen Bäder können in beliebiger Folge und Größenordnung zugeschaltet sein, wobei eine entsprechend gewählte Bewegungsbahn der Flaschen entlang einer Linie 14 vorgesehen ist.

Nachdem die Flaschen die erste und zweite Vorwärmzone 4, 5 verlassen haben, gelangen sie in eine höher temperierte laugenhaltige vorletzte Vorwärmzone 6, welcher eine laugenhaltige letzte Vorwärmzone 7 unmittelbar vor dem Hauptlaugenbad 8 folgen kann. Bereits in dieser letzten Vorwärmzone 7 erreichen die Flaschen Temperaturen um 70°C. Die endgültige Weichlaugenbehandlung der Flaschen erfolgt dann in dem Hauptlaugenbad 8 mit Temperaturen um 8O⁰C. Nach Verlassen des Hauptls'jgenbsdes 8 gelangen, die Flaschen in den Bereich der eigentlichen Rückkühlabteilungen, deren Temperaturen von beispielsweise 63"C auf 43°C abfallen bis hin zu dem Bereich der eigentlichen Frischwasserabteilung 13, die eine Badtemperatur von ca. 38°C aufweist und mit Spritzwasser geringen Ausmaßes und einer Temperatur von ca. 33⁰C betrieben wird. Zur Erzielung dieser zur Flaschenkühlung vorgesehenen Temperatur kann ein erster Wärmeaustauscher 15 vorgesehen sein, welcher sekundärseitig von dem zuzugebenden Frischwasser mit ca. 15⁰C und primärseitig von dem etwa 35⁰C aufweisenden Abwasser durchflossen wird, wobei dieses relativ hoch temperierte Abwasser mit entsprechend niedriger Temperatur, beispielsweise 17⁰C, dem Abwassernetz innerhalb des gesetzlich vorgeschriebenen Temperaturbereiches zugegeben werden kann.

Zur Verminderung des Wärmeverbrauches derartiger Reinigungsmaschinen ist nun innerhalb des Wärmekreislaufes einer solchen Maschine eine erste Wärmepumpe 16 vorgesehen, die auf einer Kälteseite 17 von dem Überschußwasser einer vor der zweiten Wasserspritzabteilung 11 vorgesehenen ersten Wasserspritzabteilung 10 durchflossen wird. Di.: rückgekühlte Wasser wird Spritzdüsen 18 wieder zugegeben. Auf einer Wärmeseite 19 durchfließt die Lauge der letzten und/ oder vorletzten Vorwärmzone 7,5 den entsprechenden Wärmepumpenkreislauf, wobei die mit erhöhter Temperatur die erste Wärmepumpe 16 verlassende Lauge dieser letzten Vorwärmzone 7 über eine Verbindung 20 und Spritzdüsen wieder zugegeben wird. Ein Teilstrom dieser Lauge der Wärmeseite 19 wird über eine Abzweigcleitung 21 der Kälteseite 22 einer zweiten Wärmepumpe 23 zugegeben und gelangt von hier aus ebenfalls in die letzte Vorwärmzone 7 zurück. Die zweite Wärmepumpe 23 wird auf einer Wärmeseite 24 von einem durch eine Verbindungsleitung 25 herangeführten Teilstrom des Hauptlaugenbades 8 durchflossen. Dabei beträgt die eingangsseitige Temperatur der Lauge etwa 80° C und die ausgangsseitige Laugentemperatur beispielsweise 85° C Diese erhitzte Lauge wird mittels einer Leitung 26 dem Hauptlaugebad 8 wieder zurückgegeben. Zweckmäßig wird dieser Teilstrom der Lauge einer vorhandenen Schwalleitung 27 entnommen und von dort aus zur zweiten Wärmepumpe 23 geleitet In der dargestellten Kombination des Fließschemas wird die Oberschußleistung der ersten Wärmepumpe 16 zur Erhitzung der aus dem Hauptlaugenbad 8 herangeführten Lauge herangezogen. Der in entsprechender Weise auf der Kälteseite herangeführte Laugenanteil wird über eine Zuführleitung 28 in die letzte Vorwärmzone 7 zu deren Kühlung wieder zurückgeleitet. Aufgrund der vorgesehenen geringen Temperaturdifferenzen auf den jeweiligen Wärme- und Kälteseiten der ersten und zweiten Wärmepumpe 16,23 werden nur geringe Verdichterleistungen zur Aufrechterhaltung der für den Wärmehaushalt erforderlichen Temperaturen benötigt, zumal die Vorlauftemperaturen sehr hoch sind und insofern eine große Menge an Wärmeenergie ansteht. Sofern in diesem System aufgrund bestimmter Wärmeverhältnisse eine Veränderung oder Anpassung erforderlich wird, kann ein Teilstrom der Lauge aus der Laugenvorwärmzone auch vor der ersten Wärmepumpe 16 abgezogen und mittels der Abzweigleitung 21 direkt der Kälteseite 22 der zweiten Wärmepumpe 23 zugeführt werden.

Eine weitere wirtschaftliche Verbesserung des Verfahrens kann dadurch erfolgen, daß beispielsweise das Überschußwasser aus der Laugensprit^ab'eilung 9 durch einen zweiten Wärmeaustauscher 29 den Spritzdüsen wieder zugeleitet wird, wobei der Wärmeaustauscher auf der Sekundärseite von der Lauge der vorletzten Laugenvorwärmzone 6 durchflossen wird. Das vorbeschriebene Verfahren kann auch durch direkte Kopplung der ersten Wasserspritzabteilung 10 mit dem Hauptlaugebad 8 vollzogen werden, wobei allerdings entsprechend höhere Temperaturdifferenzen vorliegen und insofern auch ein höherer Energieverbrauch erwartet werden muß.

Hieriu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Reduzierung des Wärmeverbrauchs an Flaschenreinigungsmaschinen unter Einsatz einer Wärmepumpe, mittels welcher die einer Spritzabteilung zugeführte Wärmemenge teilweise entzogen und einer der Vorweichzonen zugegeben wird, wobei das im Bereich einer Frischwasserspritzabteilung entnommene Oberschußwasser der Käiteseite einer Wärmepumpe zugegeben und mit verminderter Temperatur erneut dieser Spritzabteilung zugeleitet wird und dabei die Wärmeseite von der Lauge der letzten Vorwärmzone durchflossen und in diese Zone zurückgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß das von der eigentlichen Frischwasserspritzabteilung (13) und einer vor der dritten und letzten Wasserspritzabteilung (12) befindlichen ersten und/oder zweiten Wasserspritzabteilung (10,11) entnommene Überschußwasser der Kälteseite (17) einer ersten Warmepumpe (16) zugegeben und mit verminderter Temperatur erneut der ersten und/oder zweiten Wasserspritzabteilung (10,11) zugeleitet wird und dabei die Wärmeseite (19) der ersten Wärmepumpe (16) von der Lauge der letzten und/oder vorletzten Vorwärmzone (7,6) durchflossen und ein Teilstrom dieser dann erhitzten Lauge der Käiteseite (22) einer zweiten Wärmepumpe (23) zugegeben und von hier aus in die letzte und/oder vorletzte Vorwärmezone (7,6) zurückgeleitet wird, die ihrerseits auf der Wärmeseitf (24) von einem Teilstrom des Hauptlaugenbades (8) durchflossen wird, derart, daß die Überschußleistung aus der ersten Wärmepumpe (16) die Erhitzung der aus höherer Temperatur herangeführten Lauge bewirkt und der Teilstrom der Lauge der Kälteseite (22) der zweiten Wärmepumpe (23) wieder zur Kühlung der letzten und/oder vorletzten Vorwärmzone (7,6) herangezogen wird.

2. Verfahren zur Reduzierung des Wärmeverbrauchs an Flaschenreinigungsmaschinen nach An-Spruch 1, mit als Vorweichzonen angeordneten Vorwärmbädern und zusätzlicher Laugenspritzabteilung, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauge mindestens der letzten und/oder vorletzten Vorwärmzonen (7,6) durch Wärmeabgabe einer Laugenspritzabteilung (9) aufheizbar ist

3. Reinigungsmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus ein oder mehreren Vorwärmzonen, einem Hauptlaugebad und oberhalb dieser Stationen angeordneten Lauge- und Wasserspritzabteilungen, wobei mit der Vorwärmzone die Wärmeseite einer Wärmepumpe verbunden ist, deren Kälteseite eine Verbindung mit der Frischwasserspritzabteilung aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeseite (19) einer ersten Wärmepumpe (16) mit der letzten und/ oder vorletzten Vorwärmzone (7,6) verbunden ist, deren Kälteseite (17) eine Verbindung mit der ersten und/oder zweiten Wasserspritzabteilung (10, 11) aufweist und die ausgangsseitige Verbindung (20) der Wärmeseite (19) der ersten Wärmepumpe (16) in Richtung der letzten Vorwärmzone (7) eine Abzweigleitung (21) aufweist, die mit der Kälteseile (22) einer zweiten Wärmepumpe (23) korrespondiert und in die letzte und/oder vorletzte Vorwärm- b5 zone (7, 6) zurückgeführt ist und die Wärmeseite (24) dieser zweiten Wärmepumpe (23) einen aus einer Verbindungsleitung (25) und einer Leitung

(26) bestehenden Kreislauf zum Hauptlaugebad (8) aufweist.

4. Reinigungsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (25) des Hauptlaugebades (8) zur Wärmeseite (24) der zweiten Wärmepumpe (23) von der Schwallekung

(27) abgeführt ist

5. Reinigungsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigleitung {21) vor der ersten Wärmepumpe (16) angeordnet ist