DE3816916A1 - Behaelterwaschmaschine mit beseitigung von wasserstoffgas - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Behälterwaschmaschine der im Oberbegriff des Anspruches 1 genannten Art.

Behälterwaschmaschinen, insbesondere Hochleistungswaschma­ schinen für die Kellereiindustrie, weisen als wesentliche Reinigungsstation eine sogenante Laugenstation auf, in der die zu reinigenden Behälter in einen Laugenbehälter einge­ taucht werden, der mit Reinigungslauge gefüllt ist. Übli­ cherweise wird eine wässrige Lösung von NaOH als Lauge ver­ wendet. Zur Steigerung der Reinigungswirkung ist der Lau­ genbehälter beheizt, um die Laugentemperatur auf beispiels­ weise 80°C zu halten.

Zu reinigende Behälter weisen häufig Aluminiumausstattungen auf. Beispielsweise sind Eindrittelliter-Kronkorkenbierfla­ schen üblicherweise im Kopfbereich mit einer sogenannten Aluminiumkapsel versehen, deren größter Teil bei der Reini­ gung noch vorhanden ist. Auch Etiketten können ganz oder teilweise aus Aluminium bestehen.

Aluminium wird in Lauge, insbesondere in heißer Lauge, schnell aufgelöst. Dieser Effekt ist zur Entfernung der Aluminiumreste durchaus erwünscht. Es entsteht dabei aber Wasserstoffgas (H₂), das aus der Lauge in den darüber be­ findlichen Gasraum entweicht. Mit dem dort vorhandenen Luftsauerstoff bildet sich dann sehr schnell (bei H₂-Kon­ zentrationen oberhalb etwa 4%) ein zündfähiges Knallgasge­ misch, das heftige Explosionen hervorrufen kann.

Im Stand der Technik sind daher Wasserstoffbeseitigungsein­ richtungen bekannt, die aus Sicherheitsgründen zwingend er­ forderlich sind. Bei den bekannten Behälterwaschmaschinen der eingangs genannten Art werden als Einrichtung zur Be­ seitigung des Wasserstoffgases Absaugeinrichtungen vorgese­ hen, die unter Ansaugen von Frischluft Gas aus dem Gasraum über dem Laugenbehälter absaugen und ins Freie blasen.

Dabei ergibt sich aber der Nachteil, daß über dem beheizten Laugenbehälter heißes Gas abgesaugt und durch kalte Frischluft ersetzt wird. Das abgesaugte heiße Gas enthält außerdem erhebliche Mengen Wasserdampf, der mit abgesaugt wird. Wird beim Absaugen also ständig frische Luft über die Lauge befördert, so verdampfen stets erneut große Mengen Wasserdampf. Es ergibt sich also insgesamt ein erheblicher Wärmeverlust einmal durch Abtransport des heißen Gases und zum anderen durch die ständigen Verluste an Verdampfungs­ wärme, die den überwiegenden Teil des Wärmeverlustes aus­ macht. Die gesamte abtransportierte Wärme wird ungenutzt ins Freie geblasen und muß durch erhöhten Heizungsaufwand beim Beheizen der Lauge ausgeglichen werden. Es ergeben sich dadurch erhebliche Mehrkosten.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, eine Behälterwaschmaschine der eingangs genannten Art zu schaffen, die ohne Erhöhung des Sicherheitsrisikos hin­ sichtlich Knallgasexplosionen kostengünstiger betreibbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Kennzeichnungsteils des Anspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Konstruktion beseitigt H₂ in einem Kreislauf mit Hilfe eines Katalysators. Geeignete Katalysa­ toren zur Verbrennung von H₂ mit Luftsauerstoff sind in der Technik kostengünstig verfügbar. Mit geringem konstruktivem Mehraufwand wird erreicht, daß das beheizte Gas über dem Laugenbehälter ohne Wärmeverlust im Kreislauf gepumpt wird, Heizungsmehrkosten also entfallen. Im Katalysator wird so­ gar noch bei der Verbrennung des Knallgases Wärme gewonnen, die dem System zurückgeführt werden kann. Die aus der Knallgasverbrennung rückgeführte Wärme kann bis etwa 20% des benötigten Heizaufwandes betragen und somit erheblich Kosten sparen.

Weiterhin vorteilhaft sind dabei die Merkmale des Anspru­ ches 2 vorgesehen. Das aus dem Gasraum über dem Laugenbe­ hälter abgesaugte Gas enthält nicht nur H₂, sondern in großen Mengen auch Wasserdampf. Beim Anfahren des Gaskreis­ laufes, wenn der Katalysator noch kalt ist, kann dieser Wasserdampf auf dem Katalysator kondensieren und dessen Oberflächen mit einem Wasserfilm überziehen. Dann ist der Katalysator unbrauchbar bzw. arbeitet nur mit stark vermin­ dertem Wirkungsgrad. Bei Beheizung bleibt er jedoch trocken und kann auch beim Anfahren des Systems optimal arbeiten.

Dabei sind vorteilhaft die Merkmale des Anspruches 3 vorge­ sehen. Auf diese Weise wird der Katalysator in der beheiz­ ten Lauge angeordnet, also an der auf jeden Fall heißesten Stelle des Kreislaufes. Wasserdampfkondensation im Kataly­ sator wird damit sicher vermieden. Eine Fremdheizung des Katalysators kann entfallen. Eine zu starke Aufheizung des Katalysators bei der katalytischen Knallgasverbrennung wird durch Kühlung mit der Lauge vermieden und dieser die im Ka­ talysator anfallende Wärme wieder zugeführt.

Weiterhin vorteilhaft sind die Merkmale des Anspruches 4 vorgesehen. Der größte Teil der im Katalysator durch Knall­ gasverbrennung entstehenden Wärme wird aus diesem mit dem Gas abtransportiert. Bei Rückführung dieses Gases in den Gasraum über der Lauge würden dort sehr schnell viel zu hohe Temperaturen entstehen. Der Wärmeaustausch mit der Laugenoberfläche reicht nicht aus, um die Wärme der Lauge wieder zuzuführen. Mit einem entsprechenden Wärmeaustau­ scher wird dieses Problem vermieden und die entstehende Wärme der Lauge sicher wieder zugeführt.

Schließlich sind vorteilhaft die Merkmale des Anspruches 5 vorgesehen. Mit diesem wird vermieden, daß im Gasraum über der Lauge anfallendes, aus agressiven Laugetröpfchen beste­ hendes Aerosol in den Katalysator gerät und diesen beschä­ digt.

In der Zeichnung ist die Erfindung beispielsweise und sche­ matisch dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Schnitt nach Linie 1-1 in Fig. 2 durch das Laugenbad einer Waschmaschine und

Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 in Fig. 1.

In den Figuren ist stark schematisiert in zwei Schnitten die Laugenstation einer größeren Flaschenwaschmaschine mit kontinuierlichem Flaschendurchlauf dargestellt, wie sie in der Kellereiindustrie verwendet wird. Die Lauge 1 steht in einem Behälter mit Boden 2 und Seitenwänden 3, 4. Der dar­ über befindliche Gasraum 5 ist nach oben vom Gehäusedeckel 6 verschlossen.

Im Laugenbehälter ist eine Laugenbeheizung vorgesehen, die der Einfachheit halber in der Zeichnung weggelassen ist. Die Lauge wird auf einer Temperatur von beispielsweise 80°C gehalten.

Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß in Längsrichtung der Ma­ schine der Laugenbehälter mit Querwänden 7, 8 gegen benach­ barte Bäder bis über den Höhenbereich der Flüssigkeitspegel abgesperrt ist. Mit 9 ist das Transportband angedeutet, mit dem die Flaschen durch die Machine und durch die Bäder be­ wegt werden. Der Gasraum über der Lauge 1 ist durch Trenn­ wände 10, 11 in Längsrichtung gegenüber dem übrigen Gasraum der Waschmaschine abgesperrt. Die Trennwände 10, 11 tauchen von oben bis unter den Füllpegel der benachbarten Bäder ein und schließen somit den Gasraum über dem Laugenbehälter ab. Der Gasraum 5 über dem Laugenbehälter ist somit begrenzt durch die Flüssigkeitspegel, die Seitenwände 3, 4, den Dec­ kel 6 und durch die Trennwände 10, 11.

Durch Aluminiumreste an den zu reinigenden Flaschen ent­ steht in der Lauge 1 Wasserstoffgas, das nach oben in den Gasraum 5 entweicht. Es ist eine Einrichtung zur Beseiti­ gung des Wasserstoffes aus dem Gasraum 5 vorgesehen, die erfindungsgemäß wie folgt ausgebildet ist:

Durch ein Loch im oberen Bereich der Seitenwand 3 wird aus dem Gasraum 5 Gasgemisch in Pfeilrichtung über eine Leitung 12 angesaugt und mit einer geeigneten Pumpe, beispielsweise dem dargestellten Gebläse 13, durch eine Leitung 14 einem Katalysatorgehäuse 15 zugeführt und von dort im Kreislauf über eine Leitung 16 wieder zurück in den Gasraum 5.

Im Katalysatorgehäuse 15 ist ein Katalysator 17 angeordnet, beispielsweise ein wabenförmig aufgebauter, in Längsrich­ tung durchströmbarer Keramikkörper mit geeigneter kataly­ tisch wirkender Beschichtung. Wird der Katalysator von dem Gasgemisch durchströmt, so erfolgt auf seiner katalytisch wirkenden Oberfläche eine Verbrennung von im Gasgemisch enthaltenem H₂ mit Sauerstoff, der von der Atmosphäre her im Gasraum 5 enthalten ist.

Da das durch den Katalysator geförderte Gasgemisch große Mengen Wasserdampf enthält, ist dafür Sorge zu tragen, daß der Wasserdampf nicht im Katalysator kondensiert. Die kata­ lytisch wirksamen Oberflächen würden sich dann mit einem Wasserfilm überziehen, der die katalytische Wirkung verhin­ dert oder weitgehend herabsetzt. Aus diesem Grunde ist der Katalysator vorteilhaft beheizt. Es kann beispielsweise eine elektrische Heizung vorgesehen sein. Diese Beheizung des Katalysators ist allerdings nur dann erforderlich, wenn der Gaskreislauf gestartet wird, der Katalysator also noch kalt ist. Bei laufendem Prozeß heizt sich der Katalysator durch die Knallgasverbrennung auf, so daß die Heizung abge­ schaltet werden kann.

Erfindungsgemäß ist jedoch, wie die Figuren zeigen, der Ka­ talysator mit seinem Gehäuse 15 in der Lauge 1 angeordnet. Da diese stets die höchste Temperatur in einer Waschma­ schine aufweist, befindet sich der Katalysator also in ei­ nem Bad mit der höchsten Temperatur, die im Gaskreislauf auftreten kann. Der Katalysator nimmt die Temperatur des Laugenbades an und befindet sich somit auf einer Tempera­ tur, die Wasserdampfkondensation verhindert. Die Anordnung des Katalysators in der Lauge hat außerdem den Vorteil, daß die bei der katalytischen Knallgasverbrennung im Katalysa­ tor anfallende Wärme der Lauge zugeführt wird.

Der größte Teil der bei der katalytischen Verbrennung an­ fallenden Wärme verläßt jedoch den Katalysator mit dem durch die Leitung 16 abströmenden Gas. Da dieses Gas im Kreislauf stets wieder durch den Katalysator transportiert wird, würde sich nach kurzer Zeit eine erhebliche Aufhei­ zung ergeben, die vermieden werden muß. Zu diesem Zweck ist in der Leitung 16 ein in Kontakt mit der Lauge 1 stehender Wärmeaustauscher 20 vorgesehen, der in den Figuren in zeichnerisch vereinfachter Weise in Form einer Durchführung dieser Leitung durch die Lauge dargestellt ist. Mit diesem Wärmeaustauscher 20 wird die im Gas nach dem Katalysator anfallende Wärme der Lauge wieder zugeführt.

Es hat sich herausgestellt, daß allein die durch den kata­ lytischen Prozeß wiedergewonnene Wärme etwa 20% des Hei­ zungsbedarfes der Lauge ausmachen kann. Die Laugenheizung kann also entsprechend reduziert werden. Weitere Wärmeein­ sparung ergibt sich durch die eingesparte Verdampfungs­ wärme, da der im Gasraum 5 anfallende, aus der Lauge aus­ tretende Wasserdampf stets zurückgeführt wird, aus der Lauge also nicht ständig Wasser unter Entzug von Verdamp­ fungswärme verdampfen muß.

In der Leitung 12, mit der das Gasgemisch aus dem Gasraum 5 in den Katalysekreislauf angesaugt wird, befindet sich ein H₂-Sensor 18, der den Wasserstoffgehalt im Gasraum über­ wacht. Bei nachlassender Katalysatorwirkung oder sonstigen Fehlfunktionen kann dieser ein Alarmsignal auslösen und beispielsweise eine im Gaskreislauf hinter dem Gebläse 13 angeordnete Ausblasklappe öffnen, aus der das explosive Gasgemisch ins Freie entweichen kann.

In dem Gas, das ständig dem Katalysator 17 zugeführt wird, können sich in erheblichem Maße in Form eines Aerosols vor­ liegende Laugentröpfchen befinden, die beim Ausperlen von Wasserstoff aus der Lauge mitgerissen werden. Diese Laugen­ tröpfchen würden auf Dauer die katalytisch wirksame Ober­ fläche des Katalysators 17 beschädigen. Daher ist an der Ansaugöffnung der Leitung 12 im Gasraum 5 ein Aerosolab­ scheider 21 vorgesehen, der im dargestellten schematisier­ ten Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 als Baffle mit einem Prallblech 22 ausgebildet ist. Der Abscheider 21 kann aber beispielsweise auch eine Schüttung aus Keramikkörpern oder einen sonstigen Aerosol abscheidenden Einbau aufweisen.

Die im dargestellten Ausführungsbeispiel beschriebenen Wär­ meaustauschkonstruktionen können jedoch auch auf andere Weise gelöst werden. So muß das Katalysatorgehäuse 15 nicht unmittelbar in der Lauge 1 angeordnet sein, sondern kann beispielsweise außen im Wärmekontakt mit der Seitenwand 4 und daher mit der Lauge montiert sein. Der Wärmeaustauscher 20 in der Leitung 16 muß nicht in der Lauge sitzen, um mit dieser in Kontakt zu stehen, sondern kann beispielsweise auch zur Wärmeversorgung anderer Einrichtungen der Waschmaschine dienen.

Claims (5)

1. Behälterwaschmaschine mit beheiztem Laugenbehälter und Einrichtung zur Beseitigung von Wasserstoffgas aus dem Gasraum, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung (12, 13, 15, 17, 16) Gas aus dem Gasraum (5) absaugt, durch einen Wasserstoff mit Sauerstoff verbrennenden Katalysator (17) pumpt und in den Gasraum zurückführt.

2. Waschmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (17) mit Heizung versehen ist.

3. Waschmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Katalysator (17) im Wärmekontakt mit der Lauge (1) angeordnet ist.

4. Waschmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der das Gas vom Kataly­ sator (17) zum Gasraum (5) rückführenden Leitung (16) ein in Wärmekontakt mit der Lauge (1) angeordneter Wär­ metauscher (20) vorgesehen ist.

5. Waschmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der das Gas vom Gasraum (5) zum Katalysator (17) führenden Leitung (12, 14) ein Aerosolabscheider (21) vorgesehen ist.