EP4388261A1 - Produktionssystem und verfahren zur herstellung von metallischen dosen - Google Patents

Produktionssystem und verfahren zur herstellung von metallischen dosen

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Publication number
EP4388261A1
EP4388261A1 EP22764302.0A EP22764302A EP4388261A1 EP 4388261 A1 EP4388261 A1 EP 4388261A1 EP 22764302 A EP22764302 A EP 22764302A EP 4388261 A1 EP4388261 A1 EP 4388261A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
energy
production system
thermal energy
manufacturing
thermal
Prior art date
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Pending
Application number
EP22764302.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Wilko Harms
Ulf Reinhardt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Belvac Production Machinery Inc
Original Assignee
Belvac Production Machinery Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Belvac Production Machinery Inc filed Critical Belvac Production Machinery Inc
Publication of EP4388261A1 publication Critical patent/EP4388261A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B15/00—Machines or apparatus for drying objects with progressive movement; Machines or apparatus with progressive movement for drying batches of material in compact form
    • F26B15/10—Machines or apparatus for drying objects with progressive movement; Machines or apparatus with progressive movement for drying batches of material in compact form with movement in a path composed of one or more straight lines, e.g. compound, the movement being in alternate horizontal and vertical directions
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D51/00—Making hollow objects
    • B21D51/16—Making hollow objects characterised by the use of the objects
    • B21D51/26—Making hollow objects characterised by the use of the objects cans or tins; Closing same in a permanent manner
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/02—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air
    • F26B3/04—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour circulating over or surrounding the materials or objects to be dried

Definitions

  • the invention relates to a production system and a method for manufacturing metal cans.
  • Production systems for the manufacture of metal cans are known in principle. Such production systems usually comprise a large number of production devices which are arranged sequentially in a line. For example, a can forming device for shaping the can body, a printing device for coating the cans, a pin oven for drying the outer coating, an interior coater, a can interior dryer, also referred to as IBO, as well as several cleaning devices and drying devices for drying cleaning fluid are all in one line cans.
  • Such production systems can have an exhaust gas cleaning unit for the thermal conversion of the solvents that occur, which is also referred to as a regenerative thermal oxidizer, or RTO for short.
  • the process temperature of the exhaust gas cleaning unit is approx. 900 °C. If the Exhaust gas cleaning unit includes a catalyst, the process temperature is about 500 ° C.
  • the process fluid entering the exhaust gas cleaning unit can be pre-concentrated, so that the process in the exhaust gas cleaning unit can be self-sustaining, ie without additional external heating.
  • Such a production system requires the use of a large amount of thermal and electrical energy.
  • the can coatings are dried at around 200°C.
  • cleaning fluids with approx. 60 - 80°C are used in the cleaning device or oil with a temperature of 80°C in the can forming device.
  • a temperature between 500 - 900 °C is reached in the exhaust gas cleaning unit.
  • a gas burner which usually emits CO2 is usually used to set the high temperatures of the fluids used. Heating coils can be used to set the lower temperatures of the fluids used. Furthermore, a large number of drives within the production system require electrical energy.
  • the thermal energy consumption usually essentially corresponds to the electrical energy consumption.
  • the CO2 balance of such a production system is insufficient, especially when considering the currently available energies, which are mainly generated worldwide with coal and oil. In addition, it must be taken into account that the efficiency of such production systems is low, for example at around 30%.
  • the object is achieved by a production system for producing metal cans, in particular two-piece cans, comprising a production system for producing the cans with thermal energy and/or electrical energy, an energy generating device for generating electrical energy and thermal energy, wherein the manufacturing system is thermally and electrically coupled to the energy generating device in order to provide thermal energy and electrical energy to the manufacturing system, so that the efficiency of the manufacturing system is increased.
  • the invention is based on the finding that the efficiency of the production system can be increased by coupling it to an energy generating device.
  • the efficiency is increased in particular by using the thermal energy of the energy generating device.
  • the invention is also based on the finding that such energy generating devices generally provide energy carriers with thermal energy that have different energy levels, so that these different energy carriers, for example an exhaust gas and a cooling fluid, are used in the different production devices of the production system in a targeted manner to optimize efficiency can be used.
  • the conversion of primary energy into thermal energy and electrical energy should take place close to the production system, as otherwise comparatively high losses occur when the thermal energy is passed on.
  • the manufacturing system is arranged and configured to manufacture cans.
  • the production system preferably comprises at least one production device. It is particularly preferable that the manufacturing system has two or more manufacturing devices.
  • the energy generating device is arranged and designed to generate electrical energy and thermal energy.
  • a primary energy carrier is converted into electrical energy and thermal energy.
  • the energy generating device can be designed, for example, as a combined heat and power plant.
  • the manufacturing system and the power generation device are thermally and electrically coupled to each other.
  • the thermal coupling of the production system with the energy generation device can be implemented, for example, via an essentially fluid-tight line, for example a pipe.
  • the electrical coupling can be formed, for example, by means of an electrical conductor.
  • a preferred embodiment variant of the production system is characterized in that the energy generating device has a heat engine that is set up to provide the thermal energy and a generator that is set up to provide the electrical energy.
  • the heat engine is a machine that converts heat into mechanical energy.
  • the heat engine can be or include, for example, an internal combustion engine, a reciprocating steam engine, a Sterling engine or a gas turbine.
  • all other known heat engines are fundamentally suitable for being coupled to the generator.
  • the power generation device may also include a fuel cell.
  • the generator it is preferable for the generator to be set up to provide the or part of the thermal energy.
  • a preferred development of the production system is characterized in that the energy generating device has an output of between 0.1 MW and 10 MW, in particular between 2 MW and 5 MW, for example 3 MW.
  • a power is to be understood in particular as the total output power, which is usually used by manufacturers of energy generating devices is specified.
  • Such a power generating device generates the electrical and thermal energy required by the manufacturing system to manufacture the cans.
  • a compact construction of the production system and in particular also an essentially autonomous operation of the production system can thus be made possible, in particular in remote regions.
  • Another preferred embodiment of the production system is characterized in that the energy generating device and the production system are coupled to one another in such a way that an energy source of thermal energy can be transmitted from the energy generating device to the production system and the production system is arranged and designed to use the energy source as a To use process fluid in the manufacturing system.
  • the production system is arranged and designed to transfer the thermal energy of the energy carrier to a process fluid.
  • a cooling water of the heat engine can be used as a cleaning fluid in a cleaning device of the manufacturing system.
  • an exhaust gas from the heat engine can be used as a drying fluid in a pin oven in which the outer coating of the cans is dried at about 180°C.
  • the transfer of the thermal energy of the energy carrier to a process fluid has the advantage that a higher energy density is made possible during transport between the energy generating device and the production system and thus the insulation of the line between the energy generating device and the production system is simplified. In addition, the losses can be reduced .
  • the amount of thermal energy transferred can be controlled in a targeted manner, so that only the amount of thermal energy that is actually required for the manufacturing process of the cans is transferred.
  • a transfer of the thermal energy of the energy carrier to the process fluid has the advantage that the process fluid is available essentially free of water vapor is provided. Thus, for example, better drying can be made possible in the pin oven.
  • the energy generating device has a heating unit for temperature control of the energy carrier in order to increase the thermal energy.
  • the temperature of the process fluid for example 900° C. in an exhaust gas cleaning system, can thus be reached.
  • the thermal energy of the energy carrier is not sufficient for the specific manufacturing step of the cans in the manufacturing system
  • the thermal energy can be increased with a heating unit, for example a heating register.
  • the energy efficiency is thus increased since the heating unit can be made smaller than is required in conventional production systems.
  • the production system comprises an exhaust gas cleaning unit, which is arranged and configured to clean an exhaust gas of the power generation device and the heating unit.
  • the advantage of this arrangement is that only one exhaust gas cleaning system is required, which cleans the exhaust gases from the power generation device and the heating unit.
  • a further preferred development of the production system comprises a first heat exchanger which is arranged and designed to transfer the thermal energy from the energy source to a transmission medium, a transmission unit for transferring the transfer medium to a second heat exchanger, the second heat exchanger being arranged and designed to to transfer transferred thermal energy to a process fluid of the manufacturing system.
  • the energy generating device has the advantage that the decentralized and holistic energy supply as well as the energy efficiency is increased and for this a physical proximity to the production system is preferred. It is particularly preferable that the manufacturing system and the power generation device are formed as a unit.
  • the first heat exchanger is preferably comprised by the energy generation device.
  • the second heat exchanger is preferably of the Production system, in particular of a production device explained in more detail below. includes.
  • the use of heat exchangers enables the thermal energy of the energy carrier to be transferred to a process fluid as described above.
  • the arrangement of a first and a second heat exchanger enables a particularly efficient transfer of the thermal energy from the energy generating device to the production system.
  • the process fluid of the manufacturing system may generally be air, water, or oil.
  • Another preferred embodiment of the production system is characterized in that the energy generating device is arranged and designed to generate thermal energy as first thermal energy with a first thermal energy level and as second thermal energy with a second thermal energy level that differs from the first thermal energy level provide to temper process fluids of the manufacturing system to different temperatures.
  • This tempering relates on the one hand to indirect tempering by means of a heat exchanger or direct tempering in the event that the energy sources of the first and second thermal energy are used directly as process fluids.
  • a first thermal energy and a second thermal energy with different energy levels has the particular advantage that these energies can be used in a targeted manner in the different production devices of the production system, with their different temperature requirements being taken into account. This further increases the energy efficiency of the production system.
  • a first energy source of the first thermal energy is or includes an exhaust gas from the heat engine
  • a second energy source of the second thermal energy is or includes a cooling fluid of the heat engine and/or the generator .
  • the exhaust gas from a heat engine usually has a high temperature, for example 500° C.
  • the cooling fluid can have a temperature of 80° C., for example.
  • a first heat exchanger system can have a first heat exchanger for transferring the first thermal energy from the first energy carrier to a first transfer medium and a second heat exchanger for transferring the first thermal energy from the first transfer medium to a first process fluid at a high temperature.
  • a second heat exchanger system can be used to transfer the second thermal energy from the second energy carrier to a second transfer medium, a third heat exchanger and to transfer the second thermal energy from the second transfer medium to a second process fluid having a lower temperature than the temperature of the first process fluid, a second Have heat exchanger.
  • Another preferred embodiment of the production system is characterized in that the manufacturing system has a first manufacturing device and a second manufacturing device, and the first manufacturing device and the second manufacturing device are thermally coupled to the energy generating device such that the first manufacturing device first thermal energy and the second manufacturing device is provided with the second thermal energy.
  • the first thermal energy level is higher than the second thermal energy level and the first manufacturing device is a pin oven, a can interior dryer and/or a thermal exhaust air cleaner, and/or the second manufacturing device is a can forming device, a cleaning device for cleaning the cans with a cleaning fluid and/or a drying device for drying cans containing cleaning fluid.
  • the first manufacturing apparatus requires the use of a high temperature process fluid obtained by using the first thermal Energy is provided with the higher first thermal energy level. Additionally, the second manufacturing device requires a lower temperature process fluid provided by employing the second thermal energy at a lower thermal energy level.
  • a further preferred embodiment variant of the production system comprises a control device which is set up to control the energy generation device in such a way that the thermal energy and the electrical energy are provided as a function of the thermal energy and electrical energy required by the production system.
  • the requirement of the production system for thermal energy and electrical energy can be determined, for example, as a function of a transport density of the cans through the first and/or second production device. Furthermore, a can property of the cans can lead to a different demand for thermal and electrical energy.
  • control device is set up to control a flow through the first heat exchanger and/or the second heat exchanger in order to set a temperature of the process fluid.
  • the production system can have higher efficiency.
  • the flow can be, for example, a flow volume and/or a flow rate per unit of time.
  • the flow can be a flow rate.
  • the temperature can be a predefined temperature or a predefined temperature range.
  • the transmission medium is a high-temperature oil.
  • the heat engine is designed to be operated with hydrogen and/or biogas.
  • a heat engine designed in this way enables a production system which enables cans to be manufactured essentially completely without CO2.
  • a further preferred embodiment variant of the production system includes a photovoltaic unit for generating electrical energy from radiant energy, in particular sunlight, with the energy generating device providing the electrical energy as a function of the energy generated by the photovoltaic unit.
  • the environment of production systems is usually air-conditioned since operators are usually active at least part of the time in the environment of the production system. This is usually the case during the day.
  • the photovoltaic unit can be set up during the day to operate an air conditioning system. At night, the photovoltaic unit will generate essentially no energy, although this is not required since air conditioning is usually not necessary at night.
  • the production system has a sensor for detecting the electrical power.
  • the sensor for detecting the electrical power can, for example, detect a current, a voltage and/or a phase position.
  • the production system has a sensor for detecting the thermal output, for example a flow rate and/or a temperature.
  • the flow can be recorded, for example, via a pressure difference, impellers, or a thermal anemometer.
  • the data recorded by one, two or more sensors can be used to determine an energy saving.
  • the energy saving can be displayed to an operator by means of a display device.
  • the object mentioned at the outset is achieved by a method for producing metallic cans, comprising the steps: generating thermal energy and electrical energy using an energy supply device, transferring the thermal energy and/or electrical energy to a manufacturing system for producing the cans , and producing the cans with the provided thermal energy and/or electrical energy.
  • the method and its possible developments have features or method steps that make them particularly suitable for being used for a production system and its developments.
  • design variants and design details of the further aspects and their possible developments reference is also made to the previously given description of the corresponding features and developments of the production system.
  • FIG. 1 a schematic, two-dimensional view of an exemplary embodiment of a production system
  • FIG. 2 a schematic representation of a method.
  • FIG. 1 shows a production system 1 for producing metal cans 3.
  • the production system 1 comprises a production system 2 for producing the cans using thermal energy and electrical energy.
  • the manufacturing system 2 includes a first manufacturing device 24 which is designed as a can interior dryer, a so-called IBO, which dries the cans 3 with a process fluid 22 .
  • the manufacturing system 2 includes a second manufacturing device 32 which is designed as a cleaning device for cleaning the cans 3 with a cleaning fluid 36 .
  • the production system 1 includes an energy generating device 4 which has a heat engine 6 and a generator 8 .
  • the heat engine 6 is designed to generate kinetic energy in order to drive the generator 8 .
  • the generator 8 generates electrical energy.
  • the energy generating device 4 generates thermal energy by means of the heat engine 6, in particular by means of an exhaust gas 16 and a heated coolant 47.
  • the production system 2 is connected to the energy generating device 4 thermally and electrically by means of a first transmission unit 10, a second transmission unit 42 and an electrical conductor 28 coupled. Thermal energy and electrical energy are thus made available to the production system 2, so that the efficiency of the production system 2 is increased.
  • the power generation device 4 can have an output of 3 MW, for example.
  • the energy generating device 4 is arranged and designed to provide the thermal energy as a first thermal energy 14 with a first thermal energy level and as a second thermal energy 46 with a second thermal energy level that is different from the first thermal energy level, in order to supply the process fluids 22, 36 of the manufacturing system 2 to be heated to different temperatures.
  • This is particularly advantageous since the can interior dryer 24 requires a temperature of, for example, 200° C. for the process fluid 22 and the cleaning device 32 requires a temperature of 60-80° C. for the process fluid 36 .
  • the production system 1 also includes two heat exchanger systems.
  • the first heat exchanger system comprises a first heat exchanger 18 and a second heat exchanger 20.
  • the first thermal energy 14 of the exhaust gas 16 is transferred to a first transmission medium 12.
  • the first thermal energy 14 is transported to the second heat exchanger 20 by means of the first transmission medium 12 using the first transmission unit 10 .
  • the second heat exchanger 20 the first thermal energy is transferred to the process fluid 22 of the first production device 24 .
  • the process fluid 22 can flow into a drying chamber 26 of the first production device 24 by means of a first fluid device 27, for example a first fan, and the cans 3 can dry within the drying chamber.
  • the second heat exchanger system comprises a third heat exchanger 40 and a fourth heat exchanger 48.
  • the third heat exchanger 40 is set up to transfer a second thermal energy 46 of the cooling liquid 47 of the heat engine 6 to a second transmission medium 44, with which the second thermal energy 46 is transferred to the fourth Heat exchanger 48 is transferred.
  • the fourth heat exchanger 48 is arranged and designed to transfer the second thermal energy 46 to the process fluid 36 of the second production device 32 . From there, the process fluid 36 flows by means of a second fluid device 38, for example a pump, into a cleaning chamber 34 of the cleaning device 32 in order to clean the cans 3 there.
  • a heating unit 50 is arranged, which is designed to control the temperature of the cooling liquid 47 .
  • the temperature of the cooling liquid 47 can be further increased in order to enable a corresponding temperature control of the process fluid 36 .
  • the heating unit 50 can be arranged and designed to temper the exhaust gas 16 .
  • the generator 8 is coupled to the electrical conductor 28 to transfer electrical energy 30 to the manufacturing system 2 .
  • the production system 1 can have a photovoltaic unit 56 which also provides the production system 1 with electrical energy.
  • the production system has an exhaust gas cleaning unit 52 which is arranged and designed to clean an exhaust gas 16 of the energy generating device 4 and the heating unit 50 .
  • the production system 1 includes a control device 54 which is set up to control the energy generating device 4 in such a way that the thermal energy 14, 46 and the electrical energy 30 is provided depending on a requirement of the production system 2 for thermal energy and electrical energy.
  • the control device 54 can be set up to control a flow through the first heat exchanger 18, the second heat exchanger 20, the third heat exchanger 40 and/or the fourth heat exchanger 48 in order to adjust the temperature of the process fluids 22, 36.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a method.
  • step 100 thermal energy 14, 46 and electrical energy 30 are generated by means of an energy supply device 4.
  • step 102 the thermal energy 14, 46 and/or the electrical energy 30 is transferred to a manufacturing system 2 for manufacturing the cans 3.
  • step 104 the cans 3 are produced with the provided thermal energy 14, 46 and/or electrical energy 30.
  • the production system 1 described above is characterized by increased efficiency.
  • the efficiency of this production system is approx. 80%, so that an increase of approx. 50 percentage points is achieved.
  • Such a production system 1 enables the production of cans 3 with a reduced CO 2 footprint or CO 2 -free. Considering that several hundred billion doses are manufactured worldwide every year, Thus, the production system 1 described above enables the reduction of CO 2 emissions by several million tons.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Produktionssystem (1) zur Herstellung von metallischen Dosen (3), umfassend ein Herstellungssystem (2) zur Herstellung der Dosen (3) mit thermischer Energie und/oder elektrischer Energie, eine Energieerzeugungsvorrichtung (4) zur Erzeugung von elektrischer Energie und von thermischer Energie, wobei das Herstellungssystem (2) mit der Energieerzeugungsvorrichtung (4) thermisch und elektrisch gekoppelt ist, um dem Herstellungssystem (2) thermische Energie und elektrische Energie bereitzustellen, sodass der Wirkungsgrad des Herstellungssystems erhöht wird.

Description

Produktionssystem und Verfahren zur Herstellung von metallischen Dosen
Die Erfindung betrifft ein Produktionssystem und ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Dosen.
Produktionssysteme zur Herstellung von metallischen Dosen sind grundsätzlich bekannt. Üblicherweise umfassen derartige Produktionssysteme eine Vielzahl an Herstellungsvorrichtungen, die in einer Linie sequentiell angeordnet sind. Beispielsweise sind in einer Linie eine Dosenumformvorrichtung zum Formen des Dosenkörpers, eine Bedruckungsvorrichtung zur Beschichtung der Dosen, ein Stiftofen zur Trocknung der äußeren Beschichtung, ein Innenraumbeschichter, ein Doseninnenraumtrockner, auch als IBO bezeichnet, sowie mehrere Reinigungs- vorrichtungen und Trocknungsvorrichtungen zur Trocknung von Reinigungsfluid aufweisenden Dosen.
Ferner können solche Produktionssysteme eine Abgasreinigungseinheit zur thermischen Umsetzung der anfallenden Lösungsmittel aufweisen, der auch als Regenerative Thermal Oxidizer oder kurz RTO genannt wird. Die Prozesstemperatur der Abgasreinigungseinheit beträgt ca. 900 °C. Wenn die Abgasreinigungseinheit einen Katalysator umfasst, beträgt die Prozesstemperatur ca. 500 °C. Ferner kann das in die Abgasreinigungseinheit eintretende Prozessfluid vorkonzentriert werden, sodass der Prozess in der Abgasreinigungseinheit selbsterhaltend, also ohne zusätzliche äußere Erwärmung, sein kann.
Ein solches Produktionssystem erfordert den Einsatz einer großen Menge an thermischer und elektrischer Energie. Beispielsweise werden die Dosen- beschichtungen bei ca. 200° C getrocknet. Darüber hinaus werden in der Reinigungsvorrichtung Reinigungsfluide mit ca. 60 - 80° C oder auch in der Dosenumformvorrichtung Öl mit einer Temperatur von 80° C eingesetzt. In der Abgasreinigungseinheit wir eine Temperatur zwischen 500 - 900 °C erreicht.
Um die hohen Temperaturen der verwendeten Fluide einzustellen, wird üblicherweise ein Gasbrenner eingesetzt, der in der Regel CO2 emittiert. Um die niedrigeren Temperaturen der verwendeten Fluide einzustellen, können Heizregister eingesetzt werden. Ferner erfordern eine Vielzahl an Antrieben innerhalb des Produktionssystems elektrische Energie.
Üblicherweise entspricht der thermische Energieverbrauch im Wesentlichen dem elektrischen Energieverbrauch. Insbesondere unter Berücksichtigung der derzeit verfügbaren Energien, die weltweit überwiegend mit Kohle und Öl erzeugt werden, ist die CO2-Bilanz eines solchen Produktionssystems ungenügend. Darüber hinaus ist zu berücksichtigen, dass der Wirkungsgrad von solchen Produktionssystemen gering ist, beispielsweise bei ca. 30 %.
Es ist eine Anforderung aus der Industrie und Politik, die Herstellung von Dosen energieeffizienter zu gestalten. Insbesondere ist es ein Ziel, den CO2-Ausstoß zu verringern und gegebenenfalls zu vermeiden. Darüber hinaus ist aufgrund stetig steigender Energiekosten eine weitere Reduktion des Energieaufwandes wünschenswert, um die Kosten zur Herstellung von metallischen Dosen zu senken.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein Produktionssystem und ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Dosen bereitzustellen, die einen oder mehrere der genannten Nachteile vermindern oder beseitigen. Es ist insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, eine Lösung bereitzustellen, die eine CO2-verminderte oder eine CO2-freie Herstellung von metallischen Dosen ermöglicht.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einem Produktionssystem und einem Verfahren nach den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Aspekte sind in den jeweiligen abhängigen Patent- ansprüchen angegeben. Die in den Patentansprüchen und der Beschreibung einzeln aufgeführten Merkmale sind in beliebiger, technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Gemäß einem ersten Aspekt wird die Aufgabe gelöst durch ein Produktionssystem zur Herstellung von metallischen Dosen, insbesondere von Zweiteildosen, umfassend ein Herstellungssystem zur Herstellung der Dosen mit thermischer Energie und/oder elektrischer Energie, eine Energieerzeugungsvorrichtung zur Erzeugung von elektrischer Energie und von thermischer Energie, wobei das Herstellungssystem mit der Energieerzeugungsvorrichtung thermisch und elektrisch gekoppelt ist, um dem Herstellungssystem thermische Energie und elektrische Energie bereitzustellen, sodass der Wirkungsgrad des Herstellungs- systems erhöht wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Wirkungsgrad des Herstellungssystems durch eine Kopplung mit einer Energieerzeugungsvorrichtung steigerbar ist. Insbesondere durch die Nutzung der thermischen Energie der Energieerzeugungsvorrichtung wird der Wirkungsgrad gesteigert.
Der Erfindung liegt darüber hinaus die Erkenntnis zugrunde, dass derartige Energieerzeugungsvorrichtungen in der Regel Energieträger mit thermischen Energien, die unterschiedliche Energieniveaus aufweisen, zur Verfügung stellen, sodass diese unterschiedlichen Energieträger, beispielsweise ein Abgas und ein Kühlfluid, in den unterschiedlichen Hersteilungsvorrichtungen des Herstellungssystems gezielt zur Wirkungsgradoptimierung eingesetzt werden können. Die Umwandlung einer Primärenergie in thermische Energie und elektrische Energie sollte räumlich nah zum Hersteilungssystem erfolgen, da ansonsten bei der Weiterleitung der thermischen Energie vergleichsweise hohe Verluste auftreten. Das Hersteilungssystem ist angeordnet und ausgebildet, um Dosen herzustellen. Hierfür umfasst das Hersteilungssystem vorzugsweise mindestens eine Herstellungsvorrichtung. Es ist insbesondere bevorzugt, dass das Herstellungssystem zwei oder mehr Hersteilungsvorrichtungen aufweist. Die Energieerzeugungsvorrichtung ist angeordnet und ausgebildet, um elektrische Energie und thermische Energie zu erzeugen. Beispielsweise wird ein Primärenergieträger in die elektrische Energie und die thermische Energie umgewandelt. Die Energieerzeugungsvorrichtung kann beispielsweise als ein Blockheizkraftwerk ausgebildet sein.
Das Herstellungssystem und die Energieerzeugungsvorrichtung sind thermisch und elektrisch miteinander gekoppelt. Die thermische Kopplung des Hersteilungs- systems mit der Energieerzeugungsvorrichtung kann beispielsweise über eine im Wesentlichen fluiddichte Leitung, beispielsweise ein Rohr, ausgebildet werden. Die elektrische Kopplung kann beispielsweise mittels eines elektrischen Leiters ausgebildet werden.
Eine bevorzugte Ausführungsvariante des Produktionssystems zeichnet sich dadurch aus, dass die Energieerzeugungsvorrichtung eine Wärmekraftmaschine, die eingerichtet ist, die thermische Energie bereitzusteilen, und einen Generator der eingerichtet ist, die elektrische Energie bereitzusteilen, aufweist.
Die Wärmekraftmaschine ist eine Maschine, die Wärme in mechanische Energie umwandelt. Die Wärmekraftmaschine kann beispielsweise ein Verbrennungs- motor, eine Kolbendampfmaschine, ein Sterlingmotor oder eine Gasturbine sein oder umfassen. Ferner sind alle weiteren bekannten Wärmekraftmaschinen grundsätzlich geeignet, um mit dem Generator gekoppelt zu werden. Die Energieerzeugungsvorrichtung kann auch eine Brennstoffzelle aufweisen. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass der Generator eingerichtet ist, die oder einen Teil der thermischen Energie bereitzustellen.
Eine bevorzugte Fortbildung des Produktionssystems zeichnet sich dadurch aus, dass die Energieerzeugungsvorrichtung eine Leistung zwischen 0,1 MW und 10 MW, insbesondere zwischen 2 MW bis 5 MW, beispielsweise 3 MW, aufweist.
Unter einer Leistung ist insbesondere die Gesamt-Abgabe-Leistung zu verstehen, die üblicherweise von Herstellern von Energieerzeugungsvorrichtungen angegeben wird. Eine derartige Energieerzeugungsvorrichtung erzeugt die elektrische und thermische Energie, die von dem Herstellungssystem zur Herstellung der Dosen benötigt wird. Somit kann eine kompakte Bauweise des Produktionssystems und insbesondere auch ein im Wesentlichen autonomer Betrieb des Produktionssystems ermöglicht werden, insbesondere in abgelegenen Regionen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Produktionssystems zeichnet sich dadurch aus, dass die Energieerzeugungsvorrichtung und das Herstellungs- system derart miteinander gekoppelt sind, dass ein Energieträger der thermischen Energie von der Energieerzeugungsvorrichtung zu dem Hersteilungssystem übertragbar und das Hersteilungssystem angeordnet und ausgebildet ist, um den Energieträger als ein Prozessfluid in dem Herstellungssystem zu verwenden. Darüber hinaus kann es bevorzugt sein, dass das Herstellungssystem angeordnet und ausgebildet ist, um die thermische Energie des Energieträgers an ein Prozessfluid zu übertragen.
Im Falle, dass der Energieträger als ein Prozessfluid in dem Herstellungssystem verwendet wird, kann beispielsweise ein Kühlwasser der Wärmekraftmaschine als ein Reinigungsfluid in einer Reinigungsvorrichtung des Herstellungssystems verwendet werden. Darüber hinaus kann beispielsweise ein Abgas der Wärmekraftmaschine als ein Trocknungsfiuid in einem Stiftofen, in dem die äußere Beschichtung der Dosen mit ca. 180° C getrocknet wird, verwendet werden.
Die Übertragung der thermischen Energie des Energieträgers an ein Prozessfluid hat den Vorteil, dass eine höhere Energiedichte bei dem Transport zwischen der Energieerzeugungsvorrichtung und dem Herstellungssystem ermöglicht wird und somit die Isolierung der Leitung zwischen der Energieerzeugungsvorrichtung und dem Herstellungssystem vereinfacht ist Darüber hinaus können die Verluste reduziert werden.
Des Weiteren kann mittels einer derartigen Übertragung die Menge der übertragenen thermischen Energie gezielt gesteuert werden, sodass lediglich die Menge an thermischer Energie übertragen wird, wie tatsächlich für den Herstellungsprozess der Dosen erforderlich ist. Darüber hinaus hat eine Übertragung der thermischen Energie des Energieträgers an das Prozessfluid den Vorteil, dass das Prozessfluid im Wesentlichen wasserdampffrei zur Verfügung gestellt wird. Somit kann beispielsweise in dem Stiftofen eine bessere Trocknung ermöglicht werden.
In einer weiteren bevorzugten Fortbildung des Produktionssystems ist vorgesehen, dass die Energieerzeugungsvorrichtung eine Heizeinheit zur Temperierung des Energieträgers aufweist, um die thermische Energie zu erhöhen. Somit kann die Temperatur des Prozessfluids, beispielsweise 900 °C in einer Abgasreinigungsanlage, erreicht werden.
Im Falle, dass die thermische Energie des Energieträgers nicht für den spezifischen Hersteliungsschritt der Dosen in dem Herstellungssystem ausreicht, kann die thermische Energie mit einer Heizeinheit, beispielsweise einem Heizregister, erhöht werden. Somit wird die Energieeffizienz erhöht, da die Heizeinheit kleiner ausgebildet werden kann, als dies in üblichen Produktionssystemen erforderlich ist.
Ferner ist es bevorzugt, dass das Produktionssystem eine Abgasreinigungseinheit umfasst, die angeordnet und ausgebildet ist, ein Abgas der Energieerzeugungsvorrichtung und der Heizeinheit zu reinigen. Der Vorteil dieser Anordnung besteht darin, dass lediglich eine Abgasreinigungsanlage erforderlich ist, die die Abgase der Energieerzeugungsvorrichtung und der Heizeinheit reinigt.
Eine weitere bevorzugte Fortbildung des Produktionssystems umfasst einen ersten Wärmetauscher, der angeordnet und ausgebildet ist, die thermische Energie von dem Energieträger auf ein Übertragungsmedium zu übertragen, eine Übertragungseinheit zur Übertragung des Übertragungsmediums an einen zweiten Wärmetauscher, wobei der zweite Wärmetauscher angeordnet und ausgebildet ist, die übertragende thermische Energie an ein Prozessfluid des Herstellungssystems zu übertragen.
Die Energieerzeugungsvorrichtung weist den Vorteil auf, dass die dezentrale und ganzheitliche Energieversorgung sowie die Energieeffizienz erhöht wird und hierzu eine räumliche Nähe zu dem Herstellungssystem bevorzugt ist. Es ist insbesondere bevorzugt, dass das Herstellungssystem und die Energieerzeugungsvorrichtung als eine Einheit ausgebildet sind.
Der erste Wärmetauscher ist vorzugsweise von der Energieerzeugungs- vorrichtung umfasst. Der zweite Wärmetauscher ist vorzugsweise von dem Herstellungssystem, insbesondere von einer im Folgenden noch näher erläuterten Herstellungsvorrichtung. umfasst.
Der Einsatz der Wärmetauscher ermöglicht die im Vorherigen beschriebene Übertragung der thermischen Energie des Energieträgers an ein Prozessfluid. Darüber hinaus ermöglicht die Anordnung eines ersten und eines zweiten Wärmetauschers eine besonders effiziente Übertragung der thermischen Energie von der Energieerzeugungsvorrichtung zu dem Herstellungssystem. Das Prozessfluid des Herstellungssystems kann allgemein Luft, Wasser oder Öl sein.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Produktionssystems zeichnet sich dadurch aus, dass die Energieerzeugungsvorrichtung angeordnet und ausgebildet ist, die thermische Energie als eine erste thermische Energie mit einem ersten thermischen Energieniveau und als eine zweite thermische Energie mit einem von dem ersten thermischen Energieniveau verschiedenen, zweiten thermischen Energieniveau bereitzustellen, um Prozessfluide des Herstellungs- systems auf unterschiedliche Temperaturen zu temperieren.
Dieses Temperieren bezieht sich einerseits auf eine indirekte Temperierung mittels eines Wärmetauschers oder einer direkten Temperierung, in dem Falle, dass die Energieträger der ersten und der zweiten thermischen Energie unmittelbar als Prozessfluide eingesetzt werden.
Die Bereitstellung einer ersten thermischen Energie und einerzweiten thermischen Energie mit unterschiedlichen Energieniveaus hat den besonderen Vorteil, dass diese Energien gezielt in den unterschiedlichen Herstellungsvorrichtungen des Herstellungssystems verwendet werden können, wobei deren unterschiedliche Temperaturanforderungen berücksichtigbar sind. Somit wird die Energieeffizienz des Produktionssystems weiter gesteigert. in einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Produktionssystems ist vorgesehen, dass ein erster Energieträger der ersten thermischen Energie ein Abgas der Wärmekraftmaschine ist oder umfasst, und/oder ein zweiter Energieträger der zweiten thermischen Energie ein Kühifiuid der Wärmekraft- maschine und/oder des Generators ist oder umfasst. Das Abgas einer Wärmekraftmaschine hat in der Regel eine hohe Temperatur, beispielsweise 500° C. Das Kühlfluid kann beispielsweise eine Temperatur von 80° C aufweisen.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass das Produktionssystem zwei Wärmetauschersysteme aufweist. Ein erstes Wärmetauschersystem kann zur Übertragung der ersten thermischen Energie von dem ersten Energieträger auf ein erstes Übertragungsmedium einen ersten Wärmetauscher und zur Übertragung der ersten thermischen Energie von dem ersten Übertragungsmedium auf ein erstes Prozessfluid mit einer hohen Temperatur einen zweiten Wärmetauscher aufweisen.
Ein zweites Wärmetauschersystem kann zur Übertragung der zweiten thermischen Energie von dem zweiten Energieträger auf ein zweites Übertragungsmedium einen dritten Wärmetauscher und zur Übertragung der zweiten thermischen Energie von dem zweiten Übertragungsmedium auf ein zweiten Prozessfiuid mit einer niedrigeren Temperatur, als die Temperatur des ersten Prozessfluids, einen zweiten Wärmetauscher aufweisen.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Produktionssystems zeichnet sich dadurch aus, dass das Herstellungssystem eine erste Herstellungsvorrichtung und eine zweite Herstellungsvorrichtung aufweist, und die erste Herstellungs- vorrichtung und die zweite Hersteilungsvorrichtung derart mit der Energie- erzeugungsvorrichtung thermisch gekoppelt sind, dass der ersten Herstellungs- vorrichtung die erste thermische Energie und der zweiten Herstellungsvorrichtung die zweite thermische Energie bereitgestellt wird.
Es ist insbesondere bevorzugt, dass das erste thermische Energieniveau höher ist als das zweite thermische Energieniveau und die erste Herstellungsvorrichtung ein Stiftofen, einen Doseninnenraumtrockner und/oder ein thermischer Abiuftreiniger ist, und/oder die zweite Herstellungsvorrichtung eine Dosenumformvorrichtung, eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung der Dosen mit einem Reinigungsfluid und/oder eine Trocknungsvorrichtung zur Trocknung von Reinigungsfluid aufweisenden Dosen ist.
Somit erfordert die erste Herstellungsvorrichtung den Einsatz eines Prozessfluides mit einer hohen Temperatur, das durch Verwendung der ersten thermischen Energie mit dem höheren ersten thermischen Energieniveau bereitgestellt wird. Darüber hinaus erfordert die zweite Hersteilungsvorrichtung ein Prozessfluid mit einer geringeren Temperatur, die durch den Einsatz der zweiten thermischen Energie mit einem niedrigeren thermischen Energieniveau bereitgestellt wird.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Produktionssystems umfasst eine Steuerungsvorrichtung, die eingerichtet ist, die Energieerzeugungs- vorrichtung derart zu steuern, dass die thermische Energie und die elektrische Energie in Abhängigkeit eines Bedarfs des Hersteilungssystems an thermischer Energie und elektrischer Energie bereitgesteilt wird.
Der Bedarf des Herstellungssystems an thermischer Energie und elektrischer Energie kann beispielsweise in Abhängigkeit einer Transportdichte der Dosen durch die erste und/oder zweite Hersteilungsvorrichtung bedingt sein. Ferner kann auch eine Doseneigenschaft der Dosen zu einem unterschiedlichen Bedarf an thermischer und elektrischer Energie führen.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass die Steuerungsvorrichtung eingerichtet ist, einen Durchfluss durch den ersten Wärmetauscher und/oder den zweiten Wärmetauscher zu steuern, um eine Temperatur des Prozessfluids einzustellen. Je geringer der Durchfluss durch den ersten Wärmetauscher und/oder den zweiten 'Wärmetauscher eingestellt wird, desto geringer ist üblicherweise die übertragene thermische Energie. Somit kann das Produktionssystem eine höhere Effizienz aufweisen.
Der Durchfluss kann beispielsweise ein Durchflussvolumen und/oder eine Durchflussmenge je Zeiteinheit sein. Darüber hinaus kann der Durchfluss eine Durchflussgeschwindigkeit sein. Die Temperatur kann insbesondere eine vordefinierte Temperatur oder ein vordefinierter Temperaturbereich sein.
Es ist darüber hinaus bevorzugt, dass das Übertragungsmedium ein Hochtemperaturöl ist. in einer weiteren bevorzugten Ausführungsvariante des Produktionssystems ist vorgesehen, dass die Wärmekraftmaschine ausgebildet ist, um mit Wasserstoff und/oder Biogas betrieben zu werden. Eine derartig ausgebildete Wärmekraft- maschine ermöglicht ein Produktionssystem, das eine im Wesentlichen vollständige CO2-freie Herstellung von Dosen ermöglicht. Eine weitere bevorzugte Ausführungsvariante des Produktionssystems umfasst eine Photovoltaikeinheit zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Strahlungsenergie, insbesondere Sonnenlicht, wobei die Energieerzeugungs- vorrichtung die elektrische Energie in Abhängigkeit der von der Photovoltaikeinheit erzeugten Energie bereitstellt.
Das Umfeld von Produktionssystemen wird üblicherweise klimatisiert, da im Umfeld des Produktionssystems üblicherweise zumindest zeitweise Bediener tätig sind. Dies ist üblicherweise tagsüber der Fall. Infolgedessen kann tagsüber die Photovoltaikeinheit eingerichtet sein, um eine Klimaanlage zu betreiben. Nachts wird die Photovoltaikeinheit im Wesentlichen keine Energie erzeugen, wobei dies auch nicht erforderlich ist, da nachts in der Regel keine Klimaanlage notwendig ist.
Es ist bevorzugt, dass das Produktionssystem einen Sensor zur Erfassung der elektrischen Leistung aufweist. Der Sensor zur Erfassung der elektrischen Leistung kann beispielsweise einen Strom, eine Spannung und/oder eine Phasenlage erfassen.
Es ist ferner bevorzugt, dass das Produktionssystem einen Sensor zur Erfassung der thermischen Leistung aufweist, beispielsweise eines Durchflusses und/oder einer Temperatur. Der Durchfluss kann beispielsweise über Druckdifferenz, Flügelräder, ein thermisches Anemometer erfasst werden. Die mittels eines, zwei oder mehrerer Sensoren erfassten Daten können zur Ermittlung einer Energieeinsparung verwendet werden. Die Energieeinsparung kann einem Bediener mittels einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt wird die eingangs genannte Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung von metallischen Dosen, umfassend die Schritte: Erzeugen von thermischer Energie und elektrischer Energie mittels einer Energiebereitstellungsvorrichtung, Übertragen der thermischen Energie und/oder elektrischen Energie zu einem Herstellungssystem zur Herstellung der Dosen, und Herstellen der Dosen mit der bereitgestellten thermischen Energie und/oder elektrischen Energie.
Das Verfahren und seine möglichen Fortbildungen weisen Merkmale beziehungsweise Verfahrensschritte auf, die sie insbesondere dafür geeignet machen, für ein Produktionssystem und seine Fortbildungen verwendet zu werden. Für weitere Vorteile, Ausführungsvarianten und Ausführungsdetails der weiteren Aspekte und ihrer möglichen Fortbildungen wird auch auf die zuvor erfolgte Beschreibung zu den entsprechenden Merkmalen und Fortbildungen des Produktionssystems verwiesen.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele werden exemplarisch anhand der beiliegenden Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 : eine schematische, zweidimensionale Ansicht einer beispielhaften Ausführungsform eines Produktionssystems; und
Figur 2: eine schematische Darstellung eines Verfahrens.
In den Figuren sind gleiche oder im Wesentlichen funktionsgleiche beziehungsweise -ähnliche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet.
Figur 1 zeigt ein Produktionssystem 1 zur Herstellung von metallischen Dosen 3. Das Produktionssystem 1 umfasst ein Herstellungssystem 2 zur Herstellung der Dosen mit thermischer Energie und elektrischer Energie. Das Herstellungssystem 2 umfasst eine erste Herstellungsvorrichtung 24, die als ein Doseninnenraum- trockner, ein sogenannter IBO, ausgebildet ist, der die Dosen 3 mit einem Prozessfluid 22 trocknet. Darüber hinaus umfasst das Herstellungssystem 2 eine zweite Herstellungsvorrichtung 32, die als eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung der Dosen 3 mit einem Reinigungsfluid 36 ausgebildet ist.
Darüber hinaus umfasst das Produktionssystem 1 eine Energieerzeugungs- vorrichtung 4, die eine Wärmekraftmaschine 6 und einen Generator 8 aufweist. Die Wärmekraftmaschine 6 ist zur Erzeugung von kinetischer Energie ausgebildet, um den Generator 8 anzutreiben. Der Generator 8 erzeugt elektrische Energie. Ferner erzeugt die Energieerzeugungsvorrichtung 4 mittels der Wärmekraftmaschine 6 thermische Energie, insbesondere durch ein Abgas 16 und eine aufgewärmte Kühlflüssigkeit 47. Das Herstellungssystem 2 ist mit der Energie- erzeugungsvorrichtung 4 thermisch und elektrisch mittels einer ersten Übertragungseinheit 10, einer zweiten Übertragungseinheit 42 und einem elektrischen Leiter 28 gekoppelt. Somit wird dem Herstellungssystem 2 thermische Energie und elektrische Energie bereitgestellt, sodass der Wirkungsgrad des Herstellungssystems 2 erhöht wird. Die Energieerzeugungsvorrichtung 4 kann beispielsweise eine Leistung von 3 MW aufweisen. Die Energieerzeugungsvorrichtung 4 ist angeordnet und ausgebildet, um die thermische Energie als eine erste thermische Energie 14 mit einem ersten thermischen Energieniveau und als eine zweite thermische Energie 46 mit einem von dem ersten thermischen Energieniveau verschiedenen, zweiten thermischen Energieniveau bereitzustellen, um die Prozessfluide 22, 36 des Herstellungs- systems 2 auf unterschiedliche Temperaturen zu temperieren. Dies ist insbesondere von Vorteil, da der Doseninnenraumtrockner 24 eine Temperatur von beispielsweise 200° C des Prozessfluids 22 und die Reinigungsvorrichtung 32 eine Temperatur von 60 - 80° C des Prozessfluids 36 erfordert.
Das Produktionssystem 1 umfasst darüber hinaus zwei Wärmetauschersysteme. Das erste Wärmetauschersystem umfasst einen ersten Wärmetauscher 18 und einen zweiten Wärmetauscher 20. Im ersten Wärmetauscher 18 wird die erste thermische Energie 14 des Abgases 16 an ein erstes Übertragungsmedium 12 übertragen. Mittels des ersten Übertragungsmediums 12 wird unter Verwendung der ersten Übertragungseinheit 10 die erste thermische Energie 14 zu dem zweiten Wärmetauscher 20 transportiert. Im zweiten Wärmetauscher 20 wird die erste thermische Energie an das Prozessfluid 22 der ersten Herstellungsvorrichtung 24 übertragen. Vom zweiten Wärmetauscher ausgehend kann das Prozessfluid 22 mittels einer ersten Fluidvorrichtung 27, beispielsweise einem ersten Ventilator, in eine Trocknungskammer 26 der ersten Hersteilungsvorrichtung 24 strömen und die Dosen 3 innerhalb der Trocknungskammer trocknen.
Das zweite Wärmetauschersystem umfasst einen dritten Wärmetauscher 40 und einen vierten Wärmetauscher 48. Der dritte Wärmetauscher 40 ist eingerichtet, eine zweite thermische Energie 46 der Kühlflüssigkeit 47 der Wärmekraftmaschine 6 an ein zweites Übertragungsmedium 44 zu übertragen, mit dem die zweite thermische Energie 46 an den vierten Wärmetauscher 48 übertragen wird. Der vierte Wärmetauscher 48 ist angeordnet und ausgebildet, um die zweite thermische Energie 46 auf das Prozessfluid 36 der zweiten Herstellungs- vorrichtung 32 zu übertragen. Von dort aus strömt das Prozessfluid 36 mittels einer zweiten Fluidvorrichtung 38, beispielsweise einer Pumpe, in eine Reinigungskammer 34 der Reinigungsvorrichtung 32, um dort die Dosen 3 zu reinigen.
Ferner ist eine Heizeinheit 50 angeordnet, die zur Temperierung der Kühlflüssigkeit 47 ausgebildet ist. Somit kann die Temperatur der Kühlflüssigkeit 47 weiter gesteigert werden, um eine entsprechende Temperierung des Prozessfluids 36 zu ermöglichen. Die Heizeinheit 50 kann darüber hinaus angeordnet und ausgebildet sein, um das Abgas 16 zu temperieren.
Der Generator 8 ist mit dem elektrischen Leiter 28 gekoppelt, um elektrische Energie 30 an das Herstellungssystem 2 zu übertragen. Ferner kann das Produktionssystem 1 eine Photovoltaikeinheit 56 aufweisen, die dem Herstellungssystem 1 ebenfalls elektrische Energie bereitstellt.
Ferner ist es bevorzugt, dass das Produktionssystem eine Abgasreinigungseinheit 52 aufweist, die angeordnet und ausgebildet ist, ein Abgas 16 der Energie- erzeugungsvorrichtung 4 und der Heizeinheit 50 zu reinigen.
Darüber hinaus umfasst das Produktionssystem 1 eine Steuerungsvorrichtung 54, die eingerichtet ist, die Energieerzeugungsvorrichtung 4 derart zu steuern, dass die thermische Energie 14, 46 und die elektrische Energie 30 in Abhängigkeit eines Bedarfs des Herstellungssystems 2 an thermischer Energie und elektrischer Energie bereitgestellt wird. Darüber hinaus kann die Steuerungsvorrichtung 54 eingerichtet sein, einen Durchfluss durch den ersten Wärmetauscher 18, den zweiten Wärmetauscher 20, den dritten Wärmetauscher 40 und/oder den vierten Wärmetauscher 48 zu steuern, um die Temperatur der Prozessfluide 22, 36 einzustellen.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Verfahrens. In Schritt 100 wird thermische Energie 14, 46 und elektrische Energie 30 mittels einer Energiebereitstellungsvorrichtung 4 erzeugt. In Schritt 102 wird die thermische Energie 14, 46 und/oder die elektrische Energie 30 zu einem Herstellungssystem 2 zur Herstellung der Dosen 3 übertragen. In Schritt 104 werden die Dosen 3 mit der bereitgestellten thermischen Energie 14, 46 und/oder elektrischen Energie 30 hergestellt.
Das im Vorherigen beschriebene Produktionssystem 1 zeichnet sich durch einen gesteigerten Wirkungsgrad aus. Der Wirkungsgrad dieses Produktionssystems beträgt ca. 80 %, sodass eine Steigerung um ca. 50 Prozentpunkte erreicht wird. Ein derartiges Produktionssystem 1 ermöglicht die Herstellung von Dosen 3 mit einem verringerten CO2-Footprint oder CO2-frei. Unter Berücksichtigung, dass jedes Jahr mehrere hundert Milliarden Dosen weltweit hergestellt werden, ermöglicht somit das im Vorherigen beschriebene Produktionssystem 1 die Verringerung des CO2-Ausstoßes um mehrere Millionen Tonnen.
BEZUGSZEICHEN
1 Produktionssystem
2 Herstellungssystem
3 metallische Dosen
4 Energieerzeugungsvorrichtung
6 Wärmekraftmaschine
8 Generator
10 erste Übertragungseinheit
12 erstes Übertragungsmedium
14 erste thermische Energie
16 erster Energieträger, Abgas
18 erster Wärmetauscher
20 zweiter Wärmetauscher
22 Prozessfluid
24 erste Herstellungsvorrichtung
26 Trocknungskammer
27 erste Fluidvorrichtung
28 elektrischer Leiter
30 elektrische Energie
32 zweite Herstellungsvorrichtung
34 Reinigungskammer
36 Prozessfluid
38 zweite Fluidvorrichtung
40 dritter Wärmetauscher
42 zweite Übertragungseinheit 44 zweites Übertragungsmedium
46 zweite thermische Energie
47 zweiter Energieträger, Kühlflüssigkeit
48 vierter Wärmetauscher 50 Heizeinheit
52 Abgasreinigungseinheit
54 Steuerungsvorrichtung
56 Photovoltaikeinheit

Claims

ANSPRÜCHE
1. Produktionssystem (1) zur Herstellung von metallischen Dosen (3), umfassend ein Herstellungssystem (2) zur Herstellung der Dosen (3) mit thermischer Energie (14, 46) und/oder elektrischer Energie, eine Energieerzeugungsvorrichtung (4) zur Erzeugung von elektrischer Energie (30) und von thermischer Energie (14, 46), wobei das Herstellungssystem (2) mit der Energieerzeugungsvorrichtung (4) thermisch und elektrisch gekoppelt ist, um dem Herstellungssystem (2) thermische Energie (14, 46) und elektrische Energie (30) bereitzustellen, sodass der Wirkungsgrad des Herstellungssystems erhöht wird.
2. Produktionssystem (1) nach Anspruch 1 , wobei die Energieerzeugungsvorrichtung (4) eine Wärmekraftmaschine (6), die eingerichtet ist, die thermische Energie bereitzustellen, und einen Generator (8), der eingerichtet ist, die elektrische Energie bereitzustellen, aufweist.
3. Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Energieerzeugungsvorrichtung (4) eine Leistung zwischen 0,1 MW und 10 MW, insbesondere zwischen 2 MW bis 5 MW, beispielsweise 3 MW, aufweist.
4. Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Energieerzeugungsvorrichtung (4) und das Herstellungssystem (2) derart miteinander gekoppelt sind, dass ein Energieträger (16, 47) der thermischen Energie von der Energieerzeugungsvorrichtung (4) zu dem Herstellungssystem (2) übertragbar ist und das Herstellungssystem (2) angeordnet und ausgebildet ist, um den Energieträger als ein Prozessfluid (22, 36) in dem Herstellungssystem (2) zu verwenden, und/oder die thermische Energie des Energieträgers an ein Prozessfluid (22, 36) zu übertragen.
5. Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Energieerzeugungsvorrichtung (4) eine Heizeinheit (50) zur Temperierung des Energieträgers aufweist, um die thermische Energie zu erhöhen.
6. Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Abgasreinigungseinheit (52), die angeordnet und ausgebildet ist, ein Abgas der Energieerzeugungsvorrichtung (4) und der Heizeinheit zu reinigen.
7. Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend einen ersten Wärmetauscher (18), der angeordnet und ausgebildet ist, die thermische Energie von dem Energieträger (16, 47) auf ein Übertragungsmedium (12, 44) zu übertragen, eine Übertragungseinheit (19, 42) zur Übertragung des Übertragungsmediums an einen zweiten Wärmetauscher (20), wobei der zweite Wärmetauscher angeordnet und ausgebildet ist, die übertragende thermische Energie an ein Prozessfluid (22, 36) des Herstellungssystems zu übertragen.
8. Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Energieerzeugungsvorrichtung (4) angeordnet und ausgebildet ist, die thermische Energie als eine erste thermische Energie (14) mit einem ersten thermischen Energieniveau und als eine zweite thermische Energie (46) mit einem von dem ersten thermischen Energieniveau verschiedenen, zweiten thermischen Energieniveau bereitzustellen, um Prozessfluide (22, 36) des Herstellungssystems auf unterschiedliche Temperaturen zu temperieren.
9. Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei ein erster Energieträger (16) der ersten thermischen Energie ein Abgas der Wärmekraftmaschine ist oder umfasst, und/oder ein zweiter Energieträger (47) der zweiten thermischen Energie ein Kühlfluid der Wärmekraftmaschine und/oder des Generators ist oder umfasst.
10. Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei - 19 - das Herstellungssystem (2) eine erste Herstellungsvorrichtung (24) und eine zweite Herstellungsvorrichtung (32) aufweist, und die erste Herstellungsvorrichtung und die zweite Herstellungsvorrichtung derart mit der Energieerzeugungsvorrichtung (4) thermisch gekoppelt sind, dass der ersten Herstellungsvorrichtung die erste thermische Energie und der zweiten Herstellungsvorrichtung die zweite thermische Energie bereitgestellt wird.
11. Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das erste thermische Energieniveau höher ist als das zweite thermische Energieniveau, und die erste Herstellungsvorrichtung (24) ein Stiftofen, ein Doseninnenraumtrockner und/oder ein thermischer Abluftreiniger ist, und/oder die zweite Herstellungsvorrichtung (32) eine Dosenumformvorrichtung, eine Reinigungsvorrichtung zur Reinigung der Dosen (3) mit einem Reinigungsfluid und/oder eine Trocknungsvorrichtung zur Trocknung von reinigungsfluidaufweisenden Dosen (3) ist.
12. Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Steuerungsvorrichtung (54), die eingerichtet ist, die Energieerzeugungsvorrichtung (4) derart zu steuern, dass die thermische Energie und die elektrische Energie in Abhängigkeit eines Bedarfs des Herstellungssystems an thermischer Energie und elektrischer Energie bereitgestellt wird.
13. Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Steuerungsvorrichtung (54) eingerichtet ist, einen Durchfluss durch den ersten Wärmetauscher (18) und/oder den zweiten Wärmetauscher (20) zu steuern, um eine Temperatur des Prozessfluids einzustellen.
14. Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Übertragungsmedium (12, 44) ein Hochtemperaturöl ist. - 20 -
15. Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Wärmekraftmaschine (6) ausgebildet ist, um mit Wasserstoff und/oder Biogas betrieben zu werden.
16. Produktionssystem (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, umfassend eine Photovoltaikeinheit (56) zur Erzeugung von elektrischer Energie aus Strahlungsenergie, insbesondere Sonnenlicht, wobei die Energieerzeugungsvorrichtung (4) die elektrische Energie in Abhängigkeit der von der Photovoltaikeinheit erzeugten Energie bereitstellt.
17. Verfahren zur Herstellung von metallischen Dosen (3), umfassend die Schritte:
Erzeugen von thermischer Energie und elektrischer Energie mittels einer Energieerzeugungsvorrichtung; - Übertragen der thermischen Energie und/oder elektrischen Energie zu einem Herstellungssystem (2) zur Herstellung der Dosen (3);
Herstellen der Dosen (3) mit der bereitgestellten thermischen Energie und/oder elektrischen Energie.
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