EP4677143A1 - Temperaturbehandlungsstufe und verfahren zum behandeln eines fluids sowie behandlungsanlage zum behandeln von werkstücken - Google Patents

Temperaturbehandlungsstufe und verfahren zum behandeln eines fluids sowie behandlungsanlage zum behandeln von werkstücken

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Publication number
EP4677143A1
EP4677143A1 EP24712763.2A EP24712763A EP4677143A1 EP 4677143 A1 EP4677143 A1 EP 4677143A1 EP 24712763 A EP24712763 A EP 24712763A EP 4677143 A1 EP4677143 A1 EP 4677143A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
treatment
temperature
stage
treatment fluid
heat exchanger
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Pending
Application number
EP24712763.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Oliver SEYBOTH
Marek DOWNAR
David Carl
Elias-Joshua Nanninga
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.)
Duerr Systems AG
Original Assignee
Duerr Systems AG
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 Duerr Systems AG filed Critical Duerr Systems AG
Publication of EP4677143A1 publication Critical patent/EP4677143A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D13/00—Electrophoretic coating characterised by the process
    • C25D13/22—Servicing or operating apparatus or multistep processes
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61L—METHODS OR APPARATUS FOR STERILISING MATERIALS OR OBJECTS IN GENERAL; DISINFECTION, STERILISATION OR DEODORISATION OF AIR; CHEMICAL ASPECTS OF BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES; MATERIALS FOR BANDAGES, DRESSINGS, ABSORBENT PADS OR SURGICAL ARTICLES
    • A61L2/00—Disinfection or sterilisation of materials or objects, in general; Accessories therefor
    • A61L2/02—Disinfection or sterilisation of materials or objects, in general; Accessories therefor using physical processes
    • A61L2/04—Heat
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D13/00—Electrophoretic coating characterised by the process
    • C25D13/22—Servicing or operating apparatus or multistep processes
    • C25D13/24—Regeneration of process liquids

Definitions

  • the invention relates to a temperature treatment stage for treating a fluid, in particular for thermally treating a treatment fluid of a treatment device for treating workpieces, a treatment system in which a workpiece to be treated can be treated with a treatment fluid in a treatment device, in particular a pretreatment system or dip-coating system, with a temperature treatment stage and a method for thermally treating a treatment fluid of a treatment system.
  • PCP pretreatment
  • CDP cathode dip painting
  • the state of the art in the VBH is that either disinfection processes such as UV radiation, catalytic processes, electro-impulse processes and ultrasound treatment, also in combination with UV radiation, are used in the last rinsing baths or that chemical disinfection with, for example, hydrogen peroxide, chlorine dioxide or peracetic acid is carried out at certain intervals in the baths and connected units.
  • disinfection processes such as UV radiation, catalytic processes, electro-impulse processes and ultrasound treatment, also in combination with UV radiation
  • chemical disinfection with, for example, hydrogen peroxide, chlorine dioxide or peracetic acid is carried out at certain intervals in the baths and connected units.
  • the aim of the disinfection processes at these points is to prevent bacteria from being carried into the KTL tank, where they can cause greater damage and correspondingly high costs.
  • microbiological contamination can also occur in the bath in which the workpiece receives a nano-coating, for example based on zirconium oxide and zirconium oxide with organic components, such as silane.
  • An object of the invention is to provide a temperature treatment stage of a treatment plant which allows a simple and cost-effective treatment of a fluid in the treatment plant.
  • a further task is the creation of a treatment plant with such a temperature treatment stage.
  • a further object is to provide a method for treating a treatment fluid of such a treatment plant.
  • a temperature treatment stage for treating a fluid comprising at least one recuperation heat exchanger with a primary side and a secondary side, which are intended to exchange heat with one another, and a heating stage for heating the treatment fluid to a target temperature.
  • a flow circuit for the treatment fluid comprises the primary side of the recuperation heat exchanger, the heating stage and the secondary side of the recuperation heat exchanger in its flow direction.
  • a temperature maintenance unit is arranged in the flow circuit downstream of the heating stage and upstream of the secondary side of the recuperation heat exchanger, in which the treatment fluid has a predetermined residence time at the target temperature.
  • the proposed temperature treatment stage offers an advantageous solution for biocide-free disinfection or germ reduction of treatment facilities, for example spray systems or immersion baths, in particular nano-coating baths in a VBH system and/or a KTL system. Further advantageous applications are possible in the area of general pre-treatment of metal parts such as screws, sheets, molded parts, workpieces, etc., as well as in the area of electroplating, powder coating, anodizing systems, aluminum, plastic and automotive painting systems, where metal and plastic parts are pre-treated and then coated.
  • the treatment fluid can be used in an immersion bath or sprayed on in a spray system.
  • the temperature treatment stage makes it possible to use a process that is preferably used in food technology to disinfect liquids, milk, juices and beer before bottling, namely pasteurization or short-time heating (STH).
  • STH short-time heating
  • the aim here is to treat the liquids in such a way that they are as germ-free as possible.
  • One measure of pasteurization is the Pasteur Units (PU), which must be determined for each medium, in this case the treatment fluid.
  • the temperature treatment stage serves to heat the treatment fluid to a temperature required to kill germs and to maintain this temperature for a time required to kill germs.
  • the temperature treatment stage can be integrated into one of the existing fluid circuits of the treatment plant and can be flowed through by the treatment fluid.
  • the temperature treatment stage can have its own supply and return, through which treatment fluid can be taken from a fluid tank in the treatment plant, for example.
  • the treatment fluid can then flow through the temperature treatment stage and then be returned to a fluid tank, optionally the same one.
  • the positions for removal and refeeding into the fluid tank can be positioned in such a way that freshly returned treatment fluid is not immediately removed again, but first mixes with the contents of the tank.
  • the positions can be arranged as far apart from each other as possible, for example, or the removal point can be positioned upstream of the refeed point if there is a flow in the tank.
  • the temperature treatment stage comprises at least one recuperation heat exchanger for heating the treatment fluid flowing into the temperature treatment stage while simultaneously cooling the treatment fluid flowing out of it after the temperature treatment.
  • This can preferably be a plate heat exchanger that is operated in countercurrent.
  • 50% to 95%, preferably about 80%, of the heat input for heating the treatment fluid to the temperature required to kill germs can advantageously take place.
  • the temperature treatment stage comprises a heating stage for completely heating the treatment fluid to the required temperature, in particular the predetermined target temperature, for killing germs, as well as a temperature holding unit in which the treatment fluid remains at an almost constant temperature, in particular the predetermined target temperature, for the required duration for killing germs.
  • the heating stage thermal energy must be supplied to the treatment fluid in order to heat it to the temperature required to kill germs.
  • the heating stage preferably comprises a heat exchanger, for example a plate heat exchanger, which is supplied with a heating medium.
  • the heating medium preferably hot water, can either be obtained from a central supply network or it can be made available directly at the temperature treatment stage, for example by a continuous flow heater, a heat pump or a boiler.
  • the heating stage can also be designed in the form of a direct heating of the treatment fluid without additional heating medium, for example by the treatment fluid itself passing through a continuous flow heater, where it is heated, for example, by electrical heating.
  • the coupling device for coupling the temperature treatment stage to the treatment device and/or a storage container can be, for example, a suitable connection, a valve, a pipeline or the like. While in the food industry the product medium only flows in one direction from product production to product filling and complete disinfection is to be achieved, in the treatment plant the short-time heating serves as a germ sink for the connected treatment facilities in order to reduce the number of germs to the lowest possible level. In an example VBH/KTL plant, the treatment fluid usually circulates in a closed circuit.
  • the process is advantageously completely chemical-free.
  • the pasteurization temperature and/or residence time depends on the medium being treated and can easily be tested in preliminary experiments.
  • the temperature treatment stage can operate without moving parts and is therefore particularly low-maintenance.
  • the temperature treatment stage is a significant reduction in germs in a treatment system, e.g. a VBH and/or a KTL system.
  • the temperature treatment stage can be conveniently integrated into a treatment system as a germ sink.
  • the short-term heating can be fully automated and deliver a reproducible disinfection result.
  • the temperature treatment stage can operate with low energy consumption through the use of heat exchangers. This results in a simple system structure.
  • the short-term heating can be carried out in a way that is gentle on the product.
  • the predetermined residence time in the temperature holding unit can be set by a volume of the temperature holding unit and/or a length of the temperature holding unit and/or a flow rate through the temperature holding unit and/or a flow resistance of the temperature holding unit.
  • the temperature holding unit can advantageously be a container that can hold a sufficiently large amount of the treatment fluid.
  • the temperature maintenance unit can advantageously hold the treatment fluid heated to the temperature required to kill germs for the duration required to kill germs, while preventing the treatment fluid from cooling down.
  • the treatment fluid should remain in the unit for as long as possible. This means that the flow through the temperature maintenance unit should be as even as possible without causing the fluid to be mixed.
  • Dead spaces without significant flow speeds or with internally circulating vortices should be avoided as far as possible.
  • treatment fluids such as dip paints that contain components of different densities
  • the temperature-maintaining unit can comprise a hollow body, in particular a tubular one.
  • at least one cross-sectional widening can be arranged inside the temperature-maintaining unit at its inlet into the hollow body.
  • a cross-sectional tapering can be arranged inside the temperature-maintaining unit at its outlet from the hollow body.
  • a basic form of the temperature maintenance unit can be a vertically arranged, cylindrical container in the form of a hollow body.
  • the average (based on the cross-section) flow rate of the treatment fluid can be, for example, in the range from 0.005 to 0.05 m/s, preferably in the range from 0.01 to 0.02 m/s.
  • the diameter of the hollow body can be dimensioned such that an average flow rate is set accordingly for the intended volume flow of the treatment fluid.
  • the treatment fluid can advantageously flow through the hollow body in the direction of gravity from top to bottom.
  • the hollow body can comprise a multi-stage, preferably two-stage, cross-sectional expansion from the diameter of the supply line to the diameter of the cylindrical hollow body.
  • the hollow body can comprise a cross-sectional taper from the diameter of the cylindrical hollow body to the diameter of the outlet of the treatment fluid.
  • the hollow body can preferably be thermally insulated.
  • the first stage of the cross-sectional expansion can, for example, be designed as a simple concentric pipe reducer.
  • the first stage can expand the cross-sectional area to at least about one tenth of the cross-sectional area of the cylindrical container part.
  • the second stage can serve to further expand the cross-sectional area up to the full diameter of the cylindrical container part.
  • An opening angle of the second stage of the expansion can preferably be in the range of 10 degrees to 45 degrees. In particular, an opening angle of about 30 degrees offers a good compromise between uniform flow expansion and a still moderate structural length of the, for example, conical part.
  • the hollow body can preferably have internals for uniform distribution of the fluid flow over the container cross-sectional area. These internals cause a flow expansion in the area of the, for example, conical cross-sectional expansion at the container inlet. The combination of the number, size and shape of the internals influences the flow expansion.
  • these are conical shaped fittings.
  • the shape can correspond to the surface of a truncated cone.
  • straight, concentric pipe reducers according to DIN EN 10253-3 can be used.
  • two differently sized, nested internals can be used to evenly distribute the fluid flow from a vertical supply line over the expanded cross-section of the cylindrical hollow body.
  • the internals can preferably be dimensioned and arranged in such a way that the pipe cross-section is divided into three surface areas, consisting of an inner circular area, a middle circular ring area and an outer circular ring area.
  • the circular area can, for example, comprise a maximum of one third of the total cross-sectional area, preferably 15% to 25% of the total cross-sectional area.
  • the middle circular ring area can comprise approximately one third of the total cross-sectional area.
  • the outer circular ring area can comprise at least one third of the total cross-sectional area, preferably 5% to 42% of the total cross-sectional area.
  • all surface portions can preferably each comprise one third of the total cross-sectional area.
  • the length or height of the hollow body can be dimensioned such that the residence time of the treatment fluid in the hollow body, due to the given flow rate, corresponds to the time required to kill germs.
  • the length of the cylindrical part can preferably be in the range of 1 m to 5 m, ideally in the range of 1.5 m to 2.5 m.
  • the cross-sectional taper at the lower end may have an opening angle of less than 45 degrees, preferably not more than 30 degrees, in order to avoid the deposition of sediment on the inclined surface.
  • the hollow body can preferably be thermally insulated.
  • the hollow body may preferably have a vent valve at the upper end.
  • the hollow body can be opened in the area of the cross-sectional changes, preferably for cleaning purposes.
  • the conical elements are attached to the cylindrical part with a screw or clamp connection and can be removed for cleaning purposes.
  • the temperature maintenance unit can consist of several containers arranged next to each other, through which the flow occurs one after the other. For example, instead of one 4 m high container, two 2 m high containers can be provided, through which the flow occurs one after the other.
  • the temperature maintenance unit can comprise several hollow bodies through which the fluid can flow in parallel. For example, with a high volume flow, the fluid can flow through two hollow bodies in parallel, while with a volume flow that is half as high, the fluid can flow through only one of the two hollow bodies, while the second remains unused.
  • At least one flow-through installation body in particular at least one concentric tube, can be arranged inside the temperature maintenance unit.
  • the installation body can achieve a uniform distribution of the treatment fluid in the hollow body.
  • the at least one cross-sectional expansion can have at least one device for flow expansion in its interior, in particular a conical device.
  • the at least one flow-through installation body and the at least one device for flow expansion can be connected to one another.
  • the temperature maintenance unit can have a cavity inside at its entrance, in particular in front of the device for expanding the flow, which is filled with air during normal operation.
  • the cavity can have a compressed air connection.
  • a metabolic product emerging from the treatment fluid can collect in the cavity and be removed for a possible determination of a germ count.
  • the cavity can preferably be positioned at a high point of the fluid guidance system, within the temperature treatment stage, for example at the outlet of the recuperation heat exchanger or at the inlet of the temperature maintenance unit.
  • the cavity can preferably be arranged above the largest possible liquid reservoir and have the largest possible phase interface between the treatment fluid and the gas phase, since this allows a particularly large amount of metabolic product to accumulate in the gas phase. An arrangement at the inlet of the treatment fluid into the hollow body of the temperature maintenance unit can therefore be advantageous.
  • the cavity can either be permanently filled with air or the treatment fluid can be displaced from it for the measurement by introducing compressed air.
  • a measuring device for determining a germ count of the treatment fluid can be arranged on the temperature holding unit.
  • the measuring device can be arranged at the inlet of the temperature maintenance unit or at the outlet of the recuperation heat exchanger.
  • the measuring device can be fluidically coupled to a cavity of the temperature maintenance unit via a sampling line.
  • a measuring method can advantageously be used that is based on measuring the concentration of a metabolic product of the germs that is soluble in the treatment fluid in the gas phase above the fluid.
  • the metabolic product is a component that is gaseous at room temperature, for example carbon dioxide.
  • the solubility of the metabolic product in the fluid can be reduced at least locally, so that it accumulates in the gas phase to a greater extent, more quickly and/or to a higher equilibrium concentration.
  • a shift in the pH value or an increase in temperature can be used to reduce the solubility of the metabolite.
  • the metabolic product carbon dioxide, it is an acidic gas that is very soluble in alkaline solution, but almost insoluble in acidic solution.
  • the solubility can be reduced by adding an acid to the treatment fluid.
  • an acid that is already a component of the treatment fluid can be used.
  • the acid produced at the anode can be added. This is usually removed from the system via an anolyte circuit in which the anodes are arranged in dialysis cells and separated from the dip paint by a membrane.
  • a circulating fluid, the anolyte flows through the dialysis cells, which absorbs the acid, removes it from the treatment tank and is continuously processed. Due to its low pH value, the anolyte itself or the processed, particularly concentrated acid can be used for local addition to lower the pH value. Alternatively, the addition of an acid that is used anyway to adjust the bath pH value when required, such as acetic acid, can be considered.
  • the acid can preferably be added to the treatment fluid (paint) immediately below the point at which the concentration in the gas phase is measured.
  • the effect of a reduction in solubility with increasing temperature can be used. This is particularly advantageous if a local increase in the temperature of the treatment fluid is planned anyway, such as in the case of short-term heating to kill germs in a temperature treatment stage.
  • the measurement can preferably be carried out immediately after the fluid has been heated, for example after the recuperation heat exchanger or after the heater in the temperature treatment stage.
  • the measurement can preferably take place within the closed fluid flow system of the treatment plant or the temperature treatment stage.
  • an air-filled cavity can be provided in the fluid flow system above the treatment fluid, in which the metabolic product emerging from the treatment fluid collects.
  • gas can be taken from the cavity via a measuring circuit and passed through a gas analysis unit, where the concentration of the metabolic product is measured.
  • the sample gas after the measurement
  • an equivalent amount of another gas such as air or nitrogen, can be fed back into the cavity.
  • the absolute value or the temporal progression of the concentration of the metabolic product in the gas phase can be used as a quantitative indicator of contamination.
  • air introduced into the cavity at the beginning of a measurement can serve as a reference or zero line, while the speed of the subsequently recorded increase in concentration can be used as a measure of the concentration of germs in the treatment fluid.
  • the expulsion of the gaseous metabolic product from the treatment fluid below the cavity can be further increased.
  • it can be advantageous to introduce sample gas returned from the measuring circuit into the fluid below the cavity in the direction of gravity.
  • the gas bubbles rising into the cavity increase the phase boundary area for mass transfer and can absorb metabolic product from the treatment fluid as they rise.
  • the rise of tiny gas bubbles from the fluid into the cavity can be promoted, for example with the help of ultrasound.
  • the cavity can be automatically rinsed with a cleaning fluid while the temperature treatment stage is in operation.
  • the cleaning fluid can be a fluid that is a component of the treatment fluid, for example demineralized water, an organic solvent or preferably an ultrafiltrate of the treatment fluid.
  • the quantitative value for the contamination determined by the measurement can optionally be used to regulate the operation of the temperature treatment stage.
  • the throughput to be treated can be regulated in a continuous operation mode as a continuous germ sink of treatment fluid so that a certain level of contamination is not exceeded in the treatment process.
  • the temperature treatment stage can be switched off if a lower limit for the contamination is undershot and/or switched to a complete disinfection mode if an upper limit for the contamination is exceeded.
  • a gas analysis unit can be switchably supplied with sample gas from several such measuring points (cavities) in order to quantitatively determine the contamination at several positions in the treatment process.
  • the heating stage can be fluidically coupled to a primary side of a heat pump, which provides at least one heating circuit for the heating stage.
  • the heat flows to be supplied to the heating stage and to be discharged to an optional cooling stage can preferably be coupled.
  • a heat pump can be provided in order to supply the heat flow to be discharged from the cooling stage to the heating stage and to achieve the heating of the treatment fluid there.
  • the main advantages of this coupling are energy savings, which result from the fact that no heat and cold flows have to be supplied or removed, but only electrical energy has to be used to operate the heat pump.
  • the electrical energy used can be reduced to a fraction of that required to generate the cold and heat flows using chillers and electric boilers.
  • external supply lines for the heating and cooling medium can be omitted. This can bring significant cost advantages if there are no connection options for these media in the immediate vicinity of the installation site.
  • the installation effort for a temperature treatment stage can be reduced, since no further media connections are required in addition to the connection for the treatment fluid.
  • a secondary side of the heat pump can be coupled to a cooling stage for the treatment fluid arranged in the flow circuit downstream of the secondary side of the recuperation heat exchanger.
  • the cooling stage can preferably comprise a heat exchanger, for example a plate heat exchanger, which is supplied with a cooling medium.
  • the cooling medium preferably cold water, can be obtained from a central supply network, for example, or made available directly at the temperature treatment stage, for example by a heat pump.
  • the heating stage can be formed by a heat pump.
  • the heat pump can serve directly as a heating stage and optionally as a cooling stage. No separate heating stage and no heating medium circuit are required. Instead, there is a direct heat transfer between the heat source in the heat pump and the treatment fluid.
  • the treatment fluid can flow through a heat exchanger inside the heat pump, where it absorbs heat, for example from the condensation of a working medium.
  • the heat pump's heating output can be regulated based on a temperature measurement in the treatment fluid so that the temperature of the treatment medium required to kill germs is reached or not undercut.
  • the available cooling output of the heat pump is, due to its principle, somewhat lower than the heat output, so that the treatment fluid can usually only be cooled back to its original temperature in the treatment process approximately, but not completely.
  • at least one processing device for processing, in particular for cleaning, the treatment fluid can be provided in the flow circuit.
  • the at least one processing device can have at least one filter stage.
  • the temperature treatment stage or individual components such as heat exchangers or temperature maintenance units can advantageously be provided with a cleaning fluid for cleaning purposes.
  • the cleaning fluid used is preferably a fluid that is part of the treatment fluid.
  • an (ultra)filtrate of the electrocoating paint, demineralized water, organic acid or the electrolyte from the electrode circuit can be used.
  • a treatment system in which a workpiece to be treated can be treated with a treatment fluid in a treatment device, in particular a pretreatment system or dip-coating system, with a temperature treatment stage for thermally treating the treatment fluid.
  • the temperature treatment stage comprises at least one recuperation heat exchanger with a primary side and a secondary side, which are intended to exchange heat with one another, and a heating stage for heating the treatment fluid to a target temperature.
  • a flow circuit for the treatment fluid comprises, in its flow direction, the treatment device, the primary side of the recuperation heat exchanger, the heating stage and the secondary side of the recuperation heat exchanger.
  • a temperature maintenance unit is arranged in the flow circuit downstream of the heating stage and upstream of the secondary side of the recuperation heat exchanger, in which the treatment fluid has a predetermined residence time at the target temperature.
  • the proposed treatment system for treating a workpiece with a treatment fluid comprises at least one treatment device with one or more fluid circuits in which the treatment fluid is moved for the treatment process itself or for the purpose of fluid preparation, for example filtration or cooling, and/or a fluid tank in which the treatment fluid is stored or in which the treatment process can take place by introducing the workpieces, for example an immersion bath.
  • the treatment system also comprises a temperature treatment stage for briefly heating the treatment fluid to kill germs contained therein.
  • a cooling stage can be present, which can optionally be part of the temperature treatment stage.
  • the cooling stage does not necessarily have to be present and does not necessarily have to be part of the temperature treatment stage.
  • treatment systems for electrocoating are usually already equipped with a cooling stage, so that ideally an additional cooling stage in the temperature treatment stage can be dispensed with. If a temperature treatment stage is used for treatment fluids that have to be heated for the treatment process anyway, a cooling stage can sometimes even be dispensed with entirely.
  • a measuring device for quantifying the number of germs in the treatment fluid can optionally be present.
  • the temperature treatment stage offers an advantageous solution for biocide-free disinfection or germ reduction of treatment facilities, for example spray systems or immersion baths, in particular nano-coating baths in a VBH system and/or a KTL system.
  • Other advantageous applications are possible in the area of general pre-treatment of metal parts such as screws, sheets, molded parts, workpieces, etc., as well as in the area of electroplating, powder coating, anodizing systems, aluminum, plastic and automotive painting systems, where metal and plastic parts are pre-treated and then coated.
  • the treatment fluid can be used in an immersion bath or sprayed on in a spray system. Further advantageous application possibilities can be found in the area of dip coating and the connected anolyte system.
  • the temperature treatment stage makes it possible to use a process that is preferably used in food technology to disinfect liquids, milk, juices and beer before bottling, namely pasteurization or short-time heating (STH).
  • STH short-time heating
  • the aim here is to treat the liquids in such a way that they are as germ-free as possible.
  • One measure of pasteurization is the Pasteur Units (PU), which must be determined for each medium, in this case the treatment fluid.
  • the temperature treatment stage serves to heat the treatment fluid to a temperature required to kill germs and to maintain this temperature for a time required to kill germs.
  • the temperature treatment stage can be integrated into one of the existing fluid circuits of the treatment plant and can be flowed through by the treatment fluid.
  • the temperature treatment stage can have its own supply and return, through which treatment fluid can be taken from a fluid tank in the treatment plant, for example.
  • the treatment fluid can then flow through the temperature treatment stage and then be returned to a fluid tank, optionally the same one.
  • the positions for removal and refeeding into the fluid tank can be positioned in such a way that freshly returned treatment fluid is not immediately removed again, but first mixes with the contents of the tank.
  • the positions can be arranged as far apart from each other as possible, for example, or the removal point can be positioned upstream of the refeed point if there is a flow in the tank.
  • the treatment fluid on the primary side can be heated by the fluid on the secondary side.
  • a closed flow circuit can be formed in which the treatment fluid is guided from the treatment device to the temperature treatment stage and back to the treatment device. In this way, it can be ensured that the treatment fluid can undergo a thermal treatment to kill germs.
  • a cooling stage can be arranged downstream of the heating stage in the flow circuit.
  • the cooling stage can have a heat exchanger which is fluidically coupled to a separate cooling circuit.
  • the cooling stage thermal energy is extracted from the treatment fluid in order to cool it down to the required process temperature.
  • the cooling stage can preferably comprise a heat exchanger, for example a plate heat exchanger, which is supplied with a cooling medium.
  • the cooling medium preferably cold water, can be obtained from a central supply network, for example, or made available directly at the temperature treatment stage, for example by a heat pump.
  • a separate cooling stage can be present on the treatment device outside the flow circuit.
  • the cooling stage can have a heat exchanger which is fluidically coupled to a separate cooling circuit.
  • treatment systems for electrocoating are regularly already equipped with a cooling stage so that this can be used to cool the treatment fluid.
  • the cooling stage can preferably comprise a heat exchanger, for example a plate heat exchanger, which is supplied with a cooling medium.
  • the cooling medium preferably cold water, can be obtained from a central supply network, for example.
  • the heating stage can be heated by a heat pump.
  • the heat flows to be supplied to the heating stage and to be discharged to an optional cooling stage can preferably be coupled.
  • a heat pump can be provided in order to supply the heat flow to be discharged from the cooling stage to the heating stage and to achieve the heating of the treatment fluid there.
  • the heating stage can be provided by a heat pump.
  • the heat pump can serve directly as a heating stage and optionally as a cooling stage. No separate heating stage and no heating medium circuit are required. Instead, there is a direct heat transfer between the heat source in the heat pump and the treatment fluid.
  • the treatment fluid can flow through a heat exchanger within the heat pump, where it absorbs heat, for example from the condensation of a working medium.
  • a measuring device for determining a germ count of the treatment fluid can be arranged at an inlet of the temperature maintenance unit or at an outlet of the recuperation heat exchanger.
  • a measuring method can advantageously be used that is based on measuring the concentration of a metabolic product of the germs that is soluble in the treatment fluid in the gas phase above the fluid.
  • the metabolic product is a component that is gaseous at room temperature, for example carbon dioxide.
  • the solubility of the metabolic product in the fluid can be reduced at least locally, so that it accumulates in the gas phase to a greater extent, more quickly and/or to a higher equilibrium concentration.
  • a shift in the pH value or an increase in temperature can be used to reduce the solubility of the metabolite.
  • the measurement can preferably take place within the closed fluid flow system of the treatment plant or the temperature treatment stage.
  • an air-filled cavity can be provided in the fluid flow system above the treatment fluid, in which the metabolic product emerging from the treatment fluid collects.
  • the treatment device can comprise one or more fluid circuits and/or a storage tank, in particular an immersion tank, in particular as a pretreatment tank or as an immersion paint tank.
  • the treatment fluid can be moved for the treatment process itself or for the purpose of fluid preparation, for example filtration or cooling.
  • the treatment fluid can be stored in the storage container, for example a fluid tank, or the treatment process can take place therein by introducing the workpieces, for example an immersion bath.
  • the treatment plant has a high level of energy efficiency and is easy to clean.
  • the measuring method for quantifying microbial contamination is advantageous because it does not require direct contact between the measuring sensor and the treatment fluid and does not require access to the bath surface of the treatment device.
  • the measuring device does not contain any moving components and uses the heating of the treatment fluid to achieve increased sensitivity.
  • a method for thermally treating a treatment fluid in a treatment system with a temperature treatment stage is proposed.
  • the treatment fluid is heated to a target temperature in a flow circuit by means of a recuperation heat exchanger with a primary side and a secondary side, which are intended to exchange heat with one another, and a heating stage, and is kept at the target temperature for a predetermined residence time by means of a temperature maintenance unit arranged in the flow circuit downstream of the heating stage and upstream of the secondary side of the recuperation heat exchanger.
  • Two different operating modes can be used for the thermal treatment of the treatment fluid according to the proposed method.
  • continuous operation as a continuous germ sink is possible.
  • Treatment fluid is continuously removed from the treatment process, passed through the temperature treatment stage for disinfection and returned to the treatment process.
  • the disinfected treatment fluid is thus continuously mixed with germ-contaminated treatment fluid.
  • germs are continuously killed in the temperature treatment stage, which prevents uncontrolled proliferation of the germs.
  • Continuous disinfection can take place while the treatment system is in operation.
  • the treatment fluid in the flow circuit downstream of the recuperation heat exchanger can be cooled by means of a cooling stage.
  • thermal energy is extracted from the treatment fluid in order to cool it down to the required process temperature.
  • the treatment fluid can be cooled by means of a separate cooling stage that is fluidically coupled to the treatment device.
  • thermal energy is extracted from the treatment fluid in order to cool it down to the required process temperature.
  • the treatment fluid on the primary side of the recuperation heat exchanger can be preheated by heated treatment fluid on the secondary side of the recuperation heat exchanger. This allows energy to be saved both for heating the treatment fluid and for cooling the treatment fluid heated during the thermal treatment. drawing
  • Examples include:
  • Fig. 1 is a schematic representation of a treatment system according to an embodiment of the invention, in which a workpiece to be treated can be treated in a treatment device with a treatment fluid, with a temperature treatment stage for thermally treating the treatment fluid;
  • Fig. 2 is a schematic representation of a treatment plant according to a further embodiment of the invention, wherein the heating stage and the cooling stage are coupled to a heat pump;
  • Fig. 3 is a schematic representation of a treatment plant according to a further embodiment of the invention with a heat pump as heating stage and cooling stage;
  • Fig. 4 is a schematic representation of a temperature holding unit of the temperature treatment stage according to an embodiment of the invention.
  • Fig. 5 is a schematic representation of a temperature holding unit of the temperature treatment stage according to a further embodiment of the invention with a measuring device for determining a germ count of the treatment fluid.
  • Figure 1 shows a schematic representation of a treatment system 500 according to an embodiment of the invention, in which a workpiece 10 to be treated can be treated in a treatment device 510 with a treatment fluid 512, with a temperature treatment stage 100 for thermally treating the treatment fluid 512.
  • the treatment system 500 can in particular be a pretreatment system or a dip-painting system.
  • the treatment device 510 can therefore comprise one or more fluid circuits and/or a storage container, in particular a dip tank, in particular as a pretreatment tank or as a dip-painting tank.
  • the temperature treatment stage 100 comprises a recuperation heat exchanger 400 with a primary side 402 and a secondary side 404, which are intended to exchange heat with one another, and a heating stage 300 for heating the treatment fluid 512 to a desired temperature.
  • the temperature treatment stage 100 further comprises in the flow circuit 700 downstream of the heating stage 300 and upstream of the secondary side 404 of the recuperation heat exchanger 400 a temperature maintenance unit 310 in which the treatment fluid 512 has a predetermined residence time at the target temperature.
  • the flow circuit 700 for the treatment fluid 512 thus comprises, in its flow direction 750, the treatment device 510, the primary side 402 of the recuperation heat exchanger 400, the heating stage 300 and the secondary side 404 of the recuperation heat exchanger 400.
  • the temperature maintenance unit 310 is arranged downstream of the heating stage 300 and upstream of the secondary side 404 of the recuperation heat exchanger 400, in which the treatment fluid 512 has a predetermined residence time at the target temperature.
  • a closed flow circuit 700 is thus formed, in which the treatment fluid 512 is guided from the treatment device 510 to the temperature treatment stage 100 and back to the treatment device 510.
  • the treatment fluid 512 can be preheated in the recuperation heat exchanger 400 on the primary side 402 by the fluid on the secondary side 404.
  • the treatment fluid 512 flows in the flow circuit 700 in the flow direction 750 from the treatment device 510 via the pump 118 in the line section 702 into the primary side 402 of the heat exchanger 400. From there, the treatment fluid 512 flows via the line section 704 into the heat exchanger 301 of the heating stage 300, from there into the temperature maintenance unit 310 and via the line section 706 back to the secondary side 404 of the heat exchanger 400. From there, the treatment fluid 512 can flow back into the treatment device 510 via the line section 720.
  • the heating stage 300 has the heat exchanger 301, which is supplied via a separate heating circuit 316, which is fed by the supply 306, via lines 302 and a pump 308 and can thus heat the treatment fluid 512.
  • the heating stage 300 has a supply 306 with a heating medium, wherein the heating medium can preferably be generated locally, for example by an electric flow heater.
  • the supply 306 can also consist of a connection to a hot water supply network and, if necessary, a hot water control group.
  • the cooling circuit 250 of the treatment device 510 has its own cooling stage 200, which can also be used by the temperature treatment stage 100 and whose output is sufficiently large to dissipate the heat input from the temperature treatment stage 100 into the treatment process in addition to the process heat to be dissipated.
  • the cooling stage 200 is therefore located on the treatment device 510 outside the flow circuit 700.
  • the cooling stage 200 has a heat exchanger 201 which is fluidically coupled to the cooling circuit 250 of the treatment device 510.
  • the cooling circuit 250 has a line 202 which leads from the heat exchanger 201 to a cooling device 208 and back via a pump 206 to the heat exchanger 201.
  • the treatment fluid 512 can flow via the line 112 from the treatment device 510 into the heat exchanger 201 of the cooling stage 200 and, once cooled, be returned to the treatment device 510 via the line 122.
  • the treatment fluid 512 in the flow circuit 700 is heated to a target temperature by means of the recuperation heat exchanger 400 and the heating stage 300, and is kept at the target temperature for the predetermined residence time by means of the temperature holding unit 310.
  • the treatment fluid 512 is first preheated on the primary side 402 of the recuperation heat exchanger 400 by heated treatment fluid 512 on the secondary side 404 of the recuperation heat exchanger 400.
  • 50% to 95%, preferably about 80%, of the heat input can be used to heat the treatment fluid 510 to the temperature required to kill germs.
  • the treatment fluid 512 is then further heated to a predetermined target temperature in the heating stage 300 and then flows into the temperature maintenance unit 310.
  • the predetermined residence time in the temperature holding unit 310 can be set by a volume of the temperature holding unit 310 and/or a length of the temperature holding unit 310 and/or a flow rate through the temperature holding unit 310 and/or a flow resistance of the temperature holding unit 310.
  • the treatment fluid 512 is cooled by means of the separate cooling stage 200 fluidically coupled to the treatment device 510.
  • At least one processing device for processing, in particular for cleaning, the treatment fluid 512 can also be provided.
  • the at least one processing device can have at least one filter stage.
  • at least one flushing connection can also be provided in the flow circuit 700.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a treatment plant 500 according to a further embodiment of the invention, wherein the heating stage 300 and the cooling stage 200 are coupled to a heat pump 260.
  • the heating stage 300 is fluidically coupled to a primary side 262 of a heat pump 260, which provides a heating circuit 316 for the heating stage 300.
  • the heating circuit 316 has lines 302, 304, a circulation pump 308 and a bypass 312, which can be controlled with a three-way mixing valve 314.
  • a cooling stage 200 is arranged downstream of the heating stage 300.
  • the cooling stage 200 has a heat exchanger 201, which is fluidically coupled to a separate cooling circuit 250.
  • the secondary side 264 of the heat pump 260 is coupled to the heat exchanger 201 of the cooling stage 200 via the cooling circuit 250.
  • the cooling circuit 250 has lines 202, 204, a circulation pump 206 and a bypass 212, which can be controlled with a three-way mixing valve 214.
  • the treatment fluid 512 can thus be cooled in the flow circuit 700 downstream of the recuperation heat exchanger 400 by means of the cooling stage 200.
  • the treatment fluid 512 flows in the flow circuit 700 in the flow direction 750 from the treatment device 510 via the pump 118 in the line section 702 into the primary side 402 of the heat exchanger 400. From there, the treatment fluid 512 flows via the line section 704 into the heat exchanger 301 of the heating stage 300, from there into the temperature maintenance unit 310 and via the line section 706 back to the secondary side 404 of the heat exchanger 400. From there, the treatment fluid 512 flows via the line section 708 into the heat exchanger 201 of the cooling stage 200. From there, the treatment fluid 512 can flow back into the treatment device 510 via the line section 720.
  • a heating medium in the heating circuit 316 is heated by the heat pump 260 and releases this heat to the treatment fluid 512 in the heating stage 300.
  • the heating medium passes through a heat exchanger 262 within the heat pump, where it absorbs heat, for example through the condensation of a working medium.
  • the heated heating medium then passes through the heating stage 300, where it releases the heat to the treatment fluid 512.
  • the heating circuit 316 has its own pump 308 for the heating medium and preferably a bypass 312 to the heating stage 300 with a control valve 314.
  • the bypass 312 allows the flow of the heating medium to be divided, with one part flowing through the heating stage 300, while the remaining part instead passes the short circuit between the flow 304 and return 302 of the heat pump 260.
  • the bypass 312 can be used in particular to increase the temperature of the medium at the return line 302 to the heat pump 260. This can be useful, for example, for the duration of the start-up of the heat pump 260 until a stable temperature difference between the heat source and the heat sink has been established.
  • a cooling medium in the cooling circuit 250 absorbs heat from the treatment fluid 512 in the cooling stage 200 and is then cooled by the heat pump 260.
  • the cooling medium passes through a heat exchanger 264 within the heat pump 260, where heat is extracted from it, for example for the evaporation of a working medium.
  • the heated heating medium then passes through the cooling stage 200, where it absorbs heat from the treatment fluid 512.
  • the cooling circuit 250 has its own pump 206 for the cooling medium and preferably a bypass 212 to the cooling stage 200 with control valve 214.
  • the bypass 212 allows the flow of the cooling medium to be divided, with one part flowing through the cooling stage 200, while the remaining part instead passes the short circuit between the flow 204 and return 202 of the heat pump 260.
  • the bypass 212 can be used in particular to limit the temperature at the return line 202 to the heat pump.
  • FIG. 3 shows a schematic representation of a treatment system 500 according to a further embodiment of the invention with a heat pump 270 as heating stage 300 and cooling stage 200. Both the heating stage 300 and the cooling stage 200 are formed by the heat pump 270.
  • the heat pump 270 serves directly to heat and cool the treatment fluid 512.
  • the treatment fluid 512 is passed through the internal heat exchangers 272, 274 of the heat pump 270, so separate heating stages 300 and cooling stages 200 are not required.
  • a bypass circuit is preferably provided which enables circulation of the treatment fluid 512 between the flow line 706 and the return line 704 on the heat side of the heat pump 270. This allows a variable partial flow of the treatment fluid 512 from the flow line 706 to be mixed into the return line 704 or the entire flow of the treatment fluid 512 to be fed directly into the return line 704 until a stable temperature difference has been established between the heat source and the heat sink.
  • the bypass circuit can be implemented, for example, by a three-way mixer valve 114 on the suction side of the pump 118 for the treatment fluid 512, which enables a variable partial flow to be sucked in from the flow line 706 of the heat pump 270.
  • a further three-way mixer valve 118 can also be provided, which allows the recuperation heat exchanger 400 to be bypassed in the return line in order to initially dissipate no or less heat for the duration of the start-up process.
  • the treatment fluid 512 flows in the flow circuit 700 in the flow direction 750 from the treatment device 510 via the pump 118 in the line section 702 into the primary side 402 of the heat exchanger 400.
  • the heat exchanger 400 can also be bypassed via the mixing valve 116 in the line section 702 and the treatment fluid 512 can flow directly into the line section 704.
  • the treatment fluid 512 flows via the line section 704 into the heat exchanger 272 of the heat pump 270, from there into the temperature maintenance unit 310 and to the mixing valve 114. From the temperature maintenance unit 310, the treatment fluid 512 flows via the line section 708 to the secondary side 404 of the heat exchanger 400. From there, the treatment fluid 512 flows via the line section 710 into the heat exchanger 274 of the heat pump 270. From there, the treatment fluid 512 can flow back into the treatment device 510 via the line section 720.
  • Figure 4 shows a schematic representation of a temperature holding unit 310 of the temperature treatment stage 100 according to an embodiment of the invention.
  • the temperature-maintaining unit 310 comprises a hollow body 350, in particular a tubular one. Inside the temperature-maintaining unit 310, at its inlet 318 into the hollow body 350, a first conical cross-sectional expansion 320 is arranged in front of a bend 342. The bend 342 serves to reduce the overall height of the temperature-maintaining unit 310.
  • a further conical cross-sectional expansion 322 leads into the interior of the hollow body 350.
  • a cross-sectional taper 324 is arranged at its outlet 319 from the hollow body 350.
  • one or more flow-through installation bodies 325 are arranged, which are designed, for example, as concentric tubes.
  • the second cross-sectional expansion 322 has in its interior one or more devices 326 for flow expansion, in particular as conical devices 326, which serve to distribute the fluid flow evenly over the expanded cross-sectional area of the interior of the temperature maintenance unit 310.
  • the flow-through installation bodies 325 and the devices 326 for flow expansion can be connected to one another.
  • a venting device 328 is arranged at the highest point on the manifold 342 to allow air inclusions to escape from the temperature maintenance unit 310.
  • Figure 5 shows a schematic representation of a temperature holding unit 310 of the temperature treatment stage 100 according to a further embodiment of the invention with a measuring device for determining a germ count of the treatment fluid.
  • the temperature maintenance unit 310 has a cavity 330 on the inside at its inlet 318, in particular in front of the device 326 for expanding the flow, which is filled with air during normal operation.
  • the cavity 330 can have a compressed air connection 340, via which an air bubble can be generated by blowing in compressed air.
  • the cavity 330 also has a venting device 328.
  • a measuring device 336 for determining a germ count of the treatment fluid 512 is also arranged on the temperature-maintaining unit 310.
  • the measuring device 336 can, as shown in the exemplary embodiment, be arranged at the inlet 318 of the temperature-maintaining unit 310.
  • the measuring device 336 can be fluidically coupled via a sampling line 334 to the cavity 330 of the temperature-maintaining unit 310 via a shut-off valve 332.
  • a return line 338 from the measuring device 336 can again be coupled to the hollow body 350 of the temperature-maintaining unit 310, as schematically indicated in Figure 5.
  • the measuring device 336 can, for example, comprise a gas pump for the sample gas and a gas analysis device, for example an infrared gas analyzer.
  • the measuring device 336 can have further components such as a gas cooler for condensing the moisture out of the sample gas and/or devices for automated calibration.
  • the sample gas is returned to the cavity 330 via the return line 338.
  • the return is advantageously not carried out directly into the cavity 330, but first into the interior of the hollow body 350 below, so that the returned sample gas rises in the form of gas bubbles through the treatment fluid 512 before it collects again in the cavity 330.
  • the measuring device 336 can also be arranged, for example, at the outlet of the recuperation heat exchanger 400.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Temperaturbehandlungsstufe (100) zum Behandeln eines Fluids, insbesondere zum thermischen Behandeln eines Behandlungsfluids (512) einer Behandlungseinrichtung (510) zum Behandeln von Werkstücken, umfassend einen Rekuperationswärmetauscher (400) mit einer Primärseite (402) und einer Sekundärseite (404), die bestimmungsgemäß miteinander in Wärmetausch stehen, und eine Heizstufe (300) zum Erhitzen des Behandlungsfluids (512) auf eine Solltemperatur, wobei ein Strömungskreislauf (700) für das Behandlungsfluid (512) in seiner Strömungsrichtung (750) die Primärseite (402) des Rekuperationswärmetauschers (400), die Heizstufe (300) und die Sekundärseite (404) des Rekuperationswärmetauschers (400) umfasst. Im Strömungskreislauf (700) ist stromabwärts der Heizstufe (300) und stromaufwärts der Sekundärseite (404) des Rekuperationswärmetauschers (400) eine Temperaturhalteeinheit (310) angeordnet, in der das Behandlungsfluid (512) eine vorgegebene Verweildauer bei der Solltemperatur aufweist. Die Erfindung betrifft ferner eine Behandlungsanlage mit einer solchen Temperaturbehandlungsstufe (100) sowie ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines Behandlungsfluids (512) einer Behandlungsanlage (500).

Description

Beschreibung
Titel
Temperaturbehandlungsstufe und Verfahren zum Behandeln eines Fluids sowie
Behandlungsanlage zum Behandeln von Werkstücken
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Temperaturbehandlungsstufe zum Behandeln eines Fluids, insbesondere zum thermischen Behandeln eines Behandlungsfluids einer Behandlungseinrichtung zum Behandeln von Werkstücken, eine Behandlungsanlage, in der ein zu behandelndes Werkstück in einer Behandlungseinrichtung mit einem Behandlungsfluid behandelbar ist, insbesondere Vorbehandlungsanlage oder Tauchlackieranlage, mit einer Temperaturbehandlungsstufe sowie ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines Behandlungsfluids einer Behandlungsanlage.
Durch den vermehrten Einsatz von schwermetallfreien Chemikalien bei der Vorbehandlung (VBH) und/oder Kathodentauchlackierung (KTL), insbesondere in der Lackierung von Fahrzeugkarossen, kann es in diesen VBH/KTL- Anlagenkomponenten verstärkt zu einem mikrobiologischen Befall kommen, der speziell in der KTL mit Qualitätsproblemen der KTL- Lackierung verbunden ist.
Stand der Technik in der VBH ist, dass entweder an den letzten Spülbädern Entkeimungsverfahren, wie UV-Bestrahlung, katalytische Verfahren, Elektroimpulsverfahren und Ultraschallbehandlung, auch in Kombination mit UV- Bestrahlung, eingesetzt werden oder dass in bestimmten Abständen eine chemische Entkeimung mit beispielsweise Wasserstoffperoxid, Chlordioxid oder Peressigsäure von Bädern und angeschlossenen Aggregaten erfolgt. Ziel der Entkeimungsverfahren an diesen Stellen ist, ein Verschleppen von Keinem ins KTL-Becken zu verhindern, wo sie einen größeren Schaden mit entsprechend hohen Kosten anrichten können. Neben den Spülbädern in der VBH kann es in dem Bad, in dem das Werkstück eine Nanobeschichtung, beispielsweise auf Basis Zirkoniumoxid und Zirkoniumoxid mit organischen Komponenten, wie z.B. Silan, erhält, auch zu einem verstärkten mikrobiologischem Befall kommen.
Aus Gründen des Gesundheits- und Umweltschutzes, Vermeidung des Einsatzes von Nickel und Phosphat, ersetzten diese Nanobeschichtungssysteme zunehmend die bisherige Phosphatierung, in der es aufgrund der Temperatur und des pH-Wertes bisher keine Verkeimungsprobleme gab. Bisher werden in den Nanobeschichtungsbädern Ultraschall- und Elektroimpulsverfahren ein- gesetzt. Eine chemische Entkeimung mit den oben beschriebenen Chemikalien ist nicht möglich, da sie mit den Beschichtungschemikalien nicht kompatibel sind. Ein Biozid kann nur dann eingesetzt werden, wenn es mit der Badchemie verträglich ist.
In der KTL-Anlage ist es zur Entkeimung bzw. Keimreduzierung bisher nur üblich, Biozide zuzudosieren, entweder kontinuierlich oder stoßweise bei Anstieg der Keimzahl. Aufgrund strenger gesetzlicher Auflagen bzgl. des Einsatzes solcher Chemikalien, s.a. die sogenannte REACH-Verordnung (Registration, Evaluation, Authorisation and Restriction of Chemicals) der Europäischen Union, wird der Einsatz neuer Biozide erschwert mit der Gefahr, dass sich die Mikroorganismen an die Biozide anpassen und die Biozide somit unwirksam werden, was zu einem Umkippen des KTL-Bades, mit beispielsweise einem Volumen zwischen 100 und 500 m3, führen kann, das entsprechend aufwändig entsorgt werden muss.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Temperaturbehandlungsstufe einer Behandlungsanlage, welche eine einfache und kostengünstige Behandlung eines Fluids in der Behandlungsanlage erlaubt.
Eine weitere Aufgabe ist die Schaffung einer Behandlungsanlage mit einer solchen Temperaturbehandlungsstufe.
Eine weitere Aufgabe ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur Behandlung eines Behandlungsfluids einer solchen Behandlungsanlage. Die Aufgaben werden durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und durch Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Es wird nach einem Aspekt der Erfindung eine Temperaturbehandlungsstufe zum Behandeln eines Fluids, insbesondere zum thermischen Behandeln eines Behandlungsfluids einer Behandlungseinrichtung zum Behandeln von Werkstücken vorgeschlagen, wenigstens umfassend einen Rekuperationswärmetauscher mit einer Primärseite und einer Sekundärseite, die bestimmungsgemäß miteinander in Wärmetausch stehen, und eine Heizstufe zum Erhitzen des Behandlungsfluids auf eine Solltemperatur. Dabei umfasst ein Strömungskreislauf für das Behandlungsfluid in seiner Strömungsrichtung die Primärseite des Rekuperationswärmetauschers, die Heizstufe und die Sekundärseite des Rekuperationswärmetauschers. Im Strömungskreislauf stromabwärts der Heizstufe und stromaufwärts der Sekundärseite des Rekuperationswärmetauschers ist eine Temperaturhalteeinheit angeordnet, in der das Behandlungsfluid eine vorgegebene Verweildauer bei der Solltemperatur aufweist.
Die vorgeschlagene Temperaturbehandlungsstufe bietet eine vorteilhafte Lösung zur biozidfreien Entkeimung bzw. Keimreduzierung von Behandlungseinrichtungen, beispielsweise von Sprühanlagen oder Tauchbädern, insbesondere von Nanobeschichtungsbädern in einer VBH-Anlage und/oder einer KTL-Anlage. Weitere vorteilhafte Anwendungen sind möglich im Bereich der allgemeinen Vorbehandlung von metallischen Teilen wie Schrauben, Blechen, Formteilen, Werkstücken, etc., sowie im Bereich der Galvanik, der Pulverbeschichtung, der Eloxieranlagen, der Aluminium-, Kunststoff- und Automobillackieranlagen, wo Metall- und Kunststoffteile vorbehandelt und im Anschluss beschichtet werden. Das Behandlungsfluid kann in einem Tauchbad eingesetzt sein oder in einer Sprühanlage aufgesprüht werden.
Weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten finden sich im Bereich der Tauchlackierung und dem angeschlossenen Anolytsystem. Die Temperaturbehandlungsstufe ermöglicht es, ein Verfahren einzusetzen, das bevorzugt in der Lebensmitteltechnologie zum Entkeimen von Flüssigkeiten, Milch, Säften und Bier, vor dem Abfüllen verwendet wird, nämlich die Pasteurisierung oder Kurzzeiterhitzung (KZE). Dort ist das Ziel, die Flüssigkeiten so zu behandeln, dass sie möglichst keimfrei werden. Ein Maß für die Pasteurisierung sind dabei die Pasteureinheiten (PE), die für jedes Medium, hier das Behandlungsfluid, bestimmt werden müssen.
Die Temperaturbehandlungsstufe dient der Erhitzung des Behandlungsfluids auf eine zur Keimabtötung erforderliche Temperatur und zur Beibehaltung dieser Temperatur für eine zur Keimabtötung erforderliche Dauer.
Die Temperaturbehandlungsstufe kann in einen der vorhandenen Fluidkreisläufe der Behandlungsanlage integriert sein und dabei vom Behandlungsfluid durchströmt werden.
Alternativ kann die Temperaturbehandlungsstufe über eine eigene Zuführung und Rückführung verfügen, über die Behandlungsfluid beispielsweise aus einem Fluidtank der Behandlungsanlage entnommen werden kann. Das Behandlungsfluid kann dann die Temperaturbehandlungsstufe durchströmen und anschließend in einen, optional denselben, Fluidtank zurückgeführt werden. Die Positionen für die Entnahme und Rückeinspeisung in den Fluidtank können so positioniert sein, dass frisch zurückgeführtes Behandlungsfluid möglichst nicht unmittelbarwieder entnommen wird, sondern sich zunächst mit dem Behälterinhalt durchmischt. Dazu können die Positionen beispielsweise möglichst weit voneinander entfernt angeordnet sein oder die Entnahmestelle kann, bei vorhandener Strömung im Behälter, stromaufwärts der Rückeinspeisestelle positioniert sein. Idealerweise kann sich zwischen beiden Positionen eine Strömungsbarriere, beispielswese ein Wehr, befinden. Die Temperaturbehandlungsstufe umfasst wenigstens einen Rekuperationswärmetauscher zum Erwärmen des in die Temperaturbehandlungsstufe neu einströmenden Behandlungsfluids bei gleichzeitigem Rückkühlen des daraus ausströmenden Behandlungsfluids nach der Temperaturbehandlung. Vorzugsweise kann es sich dabei um einen Plattenwärmetauscher handeln, der im Gegenstrom betrieben wird. Im Rekuperationswärmetauscher können vorteilhaft 50% bis 95%, vorzugsweise etwa 80%, des Wärmeeintrags für die Erwärmung des Behandlungsfluids auf die zur Keimabtötung erforderliche Temperatur stattfinden.
Weiter umfasst die Temperaturbehandlungsstufe eine Heizstufe zur vollständigen Erhitzung des Behandlungsfluids auf die erforderliche Temperatur, insbesondere die vorgegebene Solltemperatur, zur Keimabtötung sowie eine Temperaturhalteeinheit, in der das Behandlungsfluid für die erforderliche Dauer zur Keimabtötung bei nahezu konstanter Temperatur, insbesondere der vorgegebenen Solltemperatur, verweilt.
In der Heizstufe muss dem Behandlungsfluid Wärmeenergie zugeführt werden, um dieses bis zur für die Keimabtötung erforderliche Temperatur zu erwärmen. Die Heizstufe umfasst dazu vorzugsweise einen Wärmetauscher, beispielsweise einen Plattenwärmetauscher, der mit einem Heizmedium versorgt wird. Das Heizmedium, vorzugsweise Heißwasser, kann entweder aus einem zentralen Versorgungsnetz bezogen werden oder es kann unmittelbar an der Temperaturbehandlungsstufe, beispielsweise durch einen Durchlauferhitzer, eine Wärmepumpe oder einen Boiler, zur Verfügung gestellt werden.
Alternativ kann die Heizstufe auch in Form einer unmittelbaren Beheizung des Behandlungsfluids ohne zusätzliches Heizmedium ausgeführt sein, indem das Behandlungsfluid beispielsweise selbst einen Durchlauferhitzer durchläuft, wo es beispielweise durch elektrische Beheizung erwärmt wird.
Die Kopplungseinrichtung zum Koppeln der Temperaturbehandlungsstufe an die Behandlungseinrichtung und/oder einen Speicherbehälter kann beispielsweise ein geeigneter Anschluss, ein Ventil, eine Rohrleitung oder dergleichen sein. Während in der Lebensmittelindustrie das Produktmedium von der Produktherstellung zur Produktabfüllung nur in einer Richtung fließt und eine vollständige Entkeimung erreicht werden soll, dient in der Behandlungsanlage die Kurzzeiterhitzung als Keimsenke für die angeschlossenen Behandlungseinrichtungen, um hier die Keimzahl auf ein möglichst geringes Niveau zu drücken. In einer beispielhaften VBH-/KTL-Anlage zirkuliert das Behandlungsfluid üblicherweise in einem geschlossenen Kreislauf.
Das Verfahren arbeitet vorteilhafterweise vollständig chemikalienfrei. Die Pasteurisiertemperatur und/oder Verweilzeit hängt von dem behandelten Medium ab und kann leicht in Vorversuchen erprobt werden.
Versuche mit einem Nanobeschichtungsbad und einem KTL-Bad haben gezeigt, dass bereits bei Erreichen von 60°C eine deutliche Keimreduzierung erkennbar ist.
Bis auf eine Pumpe kann die Temperaturbehandlungsstufe ohne bewegte Teile arbeiten und ist somit besonders wartungsarm.
Ein Vorteil der vorgeschlagenen Temperaturbehandlungsstufe ist eine signifikante Reduzierung von Keimen in einer Behandlungsanlage, z.B. einer VBH- und/oder einer KTL-Anlage. Dabei kann die Temperaturbehandlungsstufe als Keimsenke günstigerweise in eine Behandlungsanlage integriert werden. Die Kurzzeiterhitzung kann voll automatisiert erfolgen und ein reproduzierbares Desinfektionsergebnis liefern.
Die Temperaturbehandlungsstufe kann durch den Einsatz von Wärmetauschern energiearm arbeiten. Es ergibt sich so ein einfacher Anlagenaufbau. Die Kurzzeiterhitzung kann günstigerweise produktschonend erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturbehandlungsstufe kann die vorgegebene Verweildauer in der Temperaturhalteeinheit durch ein Volumen der Temperaturhalteeinheit und/oder eine Länge der Temperaturhalteeinheit und/oder einen Strömungsdurchfluss durch die Temperaturhalteeinheit und/oder einen Strömungswiderstand der Temperaturhalteeinheit eingestellt sein. Die Temperaturhalteeinheit kann vorteilhaft ein Behälter sein, der eine ausreichend große Menge des Behandlungsfluids aufnehmen kann. Vorteilhaft kann die Temperaturhalteeinheit das auf die zur Keimabtötung erforderliche Temperatur erhitzte Behandlungsfluid für die zur Keimabtötung erforderliche Dauer aufnehmen und dabei eine Abkühlung des Behandlungsfluids vermeiden. Dabei soll eine möglichst gleichmäßige Verweilzeit des Behandlungsfluids gewährleistet sein. Das heißt, die Durchströmung der Temperaturhalteeinheit soll möglichst gleichmäßig erfolgen, ohne eine Durchmischung des Fluids zu bewirken. Toträume ohne nennenswerte Strömungsgeschwindigkeit oder mit intern zirkulierenden Wirbeln sollen möglichst vermieden werden. Im Falle von Behandlungsfluiden wie Tauchlacken, die Bestandteile unterschiedlicher Dichte enthalten, ist es vorteilhaft, ein Absetzen (Sedimentation) von Bestandteilen höherer Dichte am Boden bzw. an den Innenwandungen der Temperaturhalteeinheit zu vermeiden, da dies zu Verschmutzung und letztlich Verstopfung des Abschnitts führen könnte.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturbehandlungsstufe kann die Temperaturhalteeinheit einen, insbesondere rohrförmigen, Hohlkörper umfassen. Insbesondere kann dabei im Inneren der Temperaturhalteeinheit an ihrem Eingang in den Hohlkörper wenigstens eine Querschnittserweiterung angeordnet sein. Alternativ oder zusätzlich kann im Inneren der Temperaturhalteeinheit an ihrem Ausgang aus dem Hohlkörper eine Querschnittsverjüngung angeordnet sein.
Eine Grundform der Temperaturhalteeinheit kann ein vertikal angeordneter, zylindrischer Behälter in Form eines Hohlkörpers sein. Die mittlere (auf den Querschnitt bezogene) Fließgeschwindigkeit des Behandlungsfluids kann beispielsweise im Bereich von 0,005 bis 0,05 m/s, vorzugsweise im Bereich von 0,01 bis 0,02 m/s liegen. Der Durchmesser des Hohlkörpers kann so bemessen sein, dass sich eine mittlere Fließgeschwindigkeit beim vorgesehenen Volumenstrom des Behandlungsfluids entsprechend einstellt.
Der Hohlkörper kann günstigerweise in Schwerkraftrichtung von oben nach unten vom Behandlungsfluid durchströmt werden. Am oberen Ende, beim Eintritt des Behandlungsfluids, kann der Hohlkörper eine mehrstufige, vorzugsweise zweistufige, Querschnittserweiterung vom Durchmesser der Zuleitung auf den Durchmesser des zylindrischen Hohlkörpers umfassen. Am Austritt des Behandlungsfluids kann der Hohlkörper eine Querschnittsverjüngung vom Durchmesser des zylindrischen Hohlkörpers auf den Durchmesser der Ableitung des Behandlungsfluids umfassen. Der Hohlkörper kann vorzugsweise thermisch isoliert sein.
Die erste Stufe der Querschnittserweiterung kann beispielsweise als einfaches konzentrisches Rohrleitungs-Reduzierstück ausgeführt sein. Die erste Stufe kann die Querschnittsfläche mindestens auf etwa ein Zehntel der Querschnittsfläche des zylindrischen Behälterteils erweitern.
Die zweite Stufe kann der weiteren Aufweitung der Querschnittsfläche bis zum vollen Durchmesser des zylindrischen Behälterteils dienen. Ein Öffnungswinkel der zweiten Stufe der Erweiterung kann vorzugsweise im Bereich von 10 Grad bis 45 Grad liegen. Insbesondere ein Öffnungswinkel von etwa 30 Grad bietet einen guten Kompromiss aus gleichmäßiger Strömungsaufweitung bei noch moderater baulicher Länge des beispielsweise konischen Teils. Im Bereich der zweiten Aufweitung kann der Hohlkörper vorzugsweise Einbauten zur gleichmäßigen Verteilung des Fluidstroms über die Behälterquerschnittsfläche aufweisen. Diese Einbauten bewirken eine Strömungsaufweitung im Bereich der beispielsweise konischen Querschnittserweiterung am Behältereintritt. Die Kombination aus Anzahl, Größe und Form der Einbauten beeinflusst die Strömungsaufweitung.
Vorzugsweise kann es sich um konisch geformte Einbauten handeln. Die Form kann der Mantelflache eines Kegelstumpfs entsprechen. Beispielsweise können gerade, konzentrische Rohrleitungs-Reduzierstucke nach DIN EN 10253-3 zum Einsatz kommen.
Vorzugsweise können zwei unterschiedliche große, ineinander angeordnete Einbauten eingesetzt werden, die den Fluidstrom aus einer vertikalen Zuleitung gleichmäßig über den aufgeweiteten Querschnitt des zylindrischen Hohlkörpers verteilen.
Dazu können die Einbauten vorzugsweise so dimensioniert und angeordnet werden, dass sich für den Rohrleitungsquerschnitt eine Aufteilung in drei Flächenanteile, bestehend aus einer innenliegenden Kreisfläche, einer mittleren Kreisringfläche sowie einer äußeren Kreisringfläche ergibt. Vor der Aufweitung kann die Kreisfläche beispielsweise maximal ein Drittel der Gesamtquerschnittsfläche, vorzugsweise 15 % bis 25 % der Gesamtquerschnittsfläche umfassen. Die mittlere Kreisringfläche kann etwa ein Drittel der Gesamtquerschnittsfläche umfassen. Die äußere Kreisringfläche kann mindestens ein Drittel der Gesamtquerschnittsfläche, vorzugsweise 5 % bis 42 %, der Gesamtquerschnittsfläche umfassen.
Nach der Aufweitung, im zylindrischen Teil des Hohlkörpers, können alle Flächenanteile vorzugsweise jeweils ein Drittel der Gesamtquerschnittsfläche umfassen.
Die Länge oder Höhe des Hohlkörpers kann so bemessen sein, dass die Verweilzeit des Behandlungsfluids im Hohlkörper aufgrund der gegebenen Fließgeschwindigkeit der zur Keimabtötung erforderlichen Dauer entspricht. Die Lange des zylindrischen Teils kann vorzugsweise im Bereich von 1 m bis 5 m, idealerweise im Bereich von 1 ,5 m bis 2,5 m liegen.
Die Querschnittsverjüngung am unteren Ende kann einen Öffnungswinkel von weniger als 45 Grad, vorzugsweise höchstens 30 Grad aufweisen, um die Ablagerung von Sedimenten auf der schrägen Fläche zu vermeiden.
Der Hohlkörper kann vorzugsweise thermisch isoliert sein.
Der Hohlkörper kann am oberen Ende vorzugsweise über ein Entlüftungsventil verfügen.
Der Hohlkörper kann sich im Bereich der Querschnittsveränderungen vorzugsweise zu Reinigungszwecken öffnen lassen. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die konischen Elemente am zylindrischen Teil mit einer Schraub- oder Klemmverbindung befestigt und zu Reinigungszwecken abnehmbar sind.
Zur Begrenzung der vertikalen Bauhöhe kann der Temperaturhalteeinheit aus mehreren nebeneinander angeordneten Behältern bestehen, die nacheinander durchströmt werden. Beispielsweise können anstelle eines 4 m hohen Behälters zwei jeweils 2 m hohe Behälter vorgesehen sein, die nacheinander durchströmt werden. Zur Ermöglichung eines Betriebs der Temperaturbehandlungsstufe mit unterschiedlichen Volumenströmen des Behandlungsfluids bei gleichbleibender Verweilzeit kann die Temperaturhalteeinheit mehrere parallel durchströmbare Hohlkörper umfassen. Beispielsweise können bei einem hohen Volumenstrom zwei Hohlkörper parallel durchströmt werden, während bei einem halb so hohen Volumenstrom nur einer der beiden Hohlkörper durchströmt wird, während der zweite ungenutzt bleibt.
Die Durchströmung des Hohlkörpers in Schwerkraftrichtung ermöglicht, insbesondere in Verbindung mit der konischen Verjüngung des Querschnitts am unteren Ende, auch bei sehr geringen Fließgeschwindigkeiten ein Absetzen von Partikeln höherer Dichte am Boden zu vermeiden. Aufgrund ihrer Dichte absinkende Partikel werden auf diese Weise dennoch mit dem Fluidstrom durch die Austrittsöffnung ausgetragen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturbehandlungsstufe kann im Inneren der Temperaturhalteeinheit wenigstens ein durchströmbarer Einbaukörper, insbesondere wenigstens ein konzentrisches Rohr, angeordnet sein. Durch den Einbaukörper kann eine gleichmäßige Verteilung des Behandlungsfluids in dem Hohlkörper erreicht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturbehandlungsstufe kann die wenigstens eine Querschnittserweiterung in ihrem Inneren wenigstens eine Einrichtung zur Strömungsaufweitung, insbesondere eine konische Einrichtung, aufweisen. Insbesondere können dabei der wenigstens eine durchströmbare Einbaukörper und die wenigstens eine Einrichtung zur Strömungsaufweitung aneinander anschließen. Diese Einbauten können günstigerweise eine Strömungsaufweitung im Bereich der konischen Querschnittserweiterung am Hohlkörpereintritt bewirken. Die Kombination aus Anzahl, Größe und Form der Einbauten kann die Strömungsaufweitung vorteilhaft beeinflussen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturbehandlungsstufe kann die Temperaturhalteeinheit im Inneren an ihrem Eingang, insbesondere vor der Einrichtung zur Strömungserweiterung, einen Hohlraum aufweisen, welcher im bestimmungsgemäßen Betrieb mit Luft gefüllt ist. Insbesondere kann der Hohlraum einen Druckluftanschluss aufweisen. In dem Hohlraum kann sich ein aus dem Behandlungsfluid austretendes Stoffwechselprodukt ansammeln und für eine eventuelle Bestimmung einer Keimzahl entnommen werden. Der Hohlraum kann vorzugsweise an einem Hochpunkt des Fluidführungssystems positioniert sein, innerhalb der Temperaturbehandlungsstufe beispielsweise am Austritt des Rekuperationswärmetauschers oder am Eintritt der Temperaturhalteeinheit. Vorzugsweise kann der Hohlraum über einem möglichst großen Flüssigkeitsreservoir angeordnet sein und eine möglichst große Phasengrenzfläche zwischen Behandlungsfluid und Gasphase aufweisen, da sich so besonders viel Stoffwechselprodukt in der Gasphase anreichern kann. Günstig kann deshalb eine Anordnung am Eintritt des Behandlungsfluids in den Hohlkörper der Temperaturhalteeinheit sein.
Der Hohlraum kann entweder dauerhaft luftgefüllt sein oder das Behandlungsfluid kann für die Messung durch Einleiten von Druckluft daraus verdrängt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturbehandlungsstufe kann eine Messvorrichtung zur Bestimmung einer Keimzahl des Behandlungsfluids an der Temperaturhalteeinheit angeordnet sein.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturbehandlungsstufe kann die Messvorrichtung an dem Eingang der Temperaturhalteeinheit oder an dem Ausgang des Rekuperationswärmetauschers angeordnet sein. Insbesondere kann dabei die Messvorrichtung über eine Probenahmeleitung mit einem Hohlraum der Temperaturhalteeinheit fluidisch gekoppelt sein.
Für die quantitative Bestimmung der Keimzahl, insbesondere von Elektrotauchlack, kann vorteilhaft ein Messverfahren angewendet werden, das darauf beruht, die Konzentration eines im Behandlungsfluid löslichen Stoffwechselprodukts der Keime in der Gasphase oberhalb des Fluids zu messen. Bei dem Stoffwechselprodukt handelt es sich um eine bei Raumtemperatur gasförmige Komponente, beispielsweise Kohlenstoffdioxid. Zur Verbesserung der Messgenauigkeit (Sensitivität) der Messung kann zumindest lokal die Löslichkeit des Stoffwechselprodukts im Fluid vermindert werden, so dass sich dieses in erhöhtem Maße, schneller und/oder bis zu einer höheren Gleichgewichtskonzentration, in der Gasphase ansammelt.
Zur Herabsetzung der Löslichkeit des Stoffwechselprodukts kann insbesondere eine Verschiebung des pH-Werts oder eine Temperaturerhöhung angewendet werden. Im Falle des Stoffwechselprodukts Kohlenstoffioxid handelt es sich um ein saures Gas, das in alkalischer Lösung sehr gut löslich, in saurer Lösung dagegen nahezu unlöslich ist. In diesem Fall kann die Löslichkeit durch die Zugabe einer Säure in das Behandlungsfluid herabgesetzt werden. Vorzugsweise kann dabei eine Säure zum Einsatz kommen, die ohnehin Bestandteil des Behandlungsfluids ist. Bei Elektrotauchlack für die kathodische Tauchlackierung kann dabei beispielsweise die an der Anode entstehende Säure zugegeben werden. Diese wird in der Regel über einen Anolytkreislauf aus dem System entfernt, in dem die Anoden in Dialysezellen angeordnet und durch eine Membran vom Tauchlack getrennt sind. Die Dialysezellen werden von einer Kreislaufflüssigkeit, dem Anolyt, durchströmt, der die Säure aufnimmt, aus dem Behandlungsbecken abführt und kontinuierlich aufbereitet wird. Aufgrund seines geringen pH-Werts kommen der Anolyt selbst oder die aufbereitete, insbesondere aufkonzentrierte Säure für eine lokale Zugabe zur pH-Wert-Absenkung in Frage. Alternativ kann die Zugabe einer Säure in Betracht kommen, die ohnehin bei Bedarf zur Einstellung des Bad-pH-Werts eingesetzt wird, beispielsweise Essigsäure. Die Zudosierung der Säure in das Behandlungsfluid (Lack) kann vorzugsweise unmittelbar unterhalb der Stelle erfolgen, an der die Konzentration in der Gasphase gemessen wird.
Alternativ oder zusätzlich lässt sich der Effekt einer Verminderung der Löslichkeit bei steigender Temperatur nutzen. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine lokale Erhöhung der Temperatur des Behandlungsfluids ohnehin vorgesehen ist, wie beispielsweise bei einer Kurzzeiterhitzung zur Keimabtötung in einer Temperaturbehandlungsstufe. In diesem Fall kann die Messung vorzugsweise unmittelbar nach erfolgter Erhitzung des Fluids erfolgen, beispielsweise nach dem Rekuperationswärmetauscher oder nach dem Erhitzer in der Temperaturbehandlungsstufe.
Die Messung kann, anstelle eines Eintauchens einer beweglichen Messglocke in das Behandlungsfluid, vorzugsweise innerhalb des geschlossenen Fluidführungssystems der Behandlungsanlage bzw. der Temperaturbehandlungsstufe stattfinden. Dazu kann im Fluidführungssytem ein luftgefüllter Hohlraum oberhalb des Behandlungsfluids vorgesehen sein, in dem sich das aus dem Behandlungsfluid austretende Stoffwechselprodukt ansammelt. Für die Messung der Keimzahl kann dem Hohlraum über einen Messkreislauf Gas entnommen und durch eine Gasanalyseeinheit geleitet werden, wo die Konzentration des Stoffwechselprodukts gemessen wird. Gleichzeitig kann entweder das Probegas (nach der Messung) oder eine entsprechende Menge eines anderen Gases, beispielsweise Luft oder Stickstoff, zurück in den Hohlraum geführt werden.
Als quantitativer Indikator für die Verkeimung kann der Absolutwert oder der zeitliche Verlauf der Konzentration des Stoffwechselprodukts in der Gasphase herangezogen werden. Beispielsweise kann in den Hohlraum eingebrachte Luft zu Beginn einer Messung als Referenz bzw. Nulllinie dienen, während die Geschwindigkeit des in der Folge erfassten Anstiegs der Konzentration als Maß für die Konzentration von Keimen im Behandlungsfluid herangezogen werden kann.
Zur Erhöhung der Sensitivität und/oder zur Verkürzung der Messdauer kann das Austreiben des gasförmigen Stoffwechselprodukts aus dem Behandlungsfluid unterhalb des Hohlraums weiter verstärkt werden. Dazu kann es vorteilhaft sein, aus dem Messkreislauf zurückgeführtes Probegas in Schwerkraftrichtung unterhalb des Hohlraums in das Fluid einzuleiten. Die in den Hohlraum aufsteigenden Gasblasen vergrößern die Phasengrenzfläche für den Stoffübergang und können während ihres Aufstiegs Stoffwechselprodukt aus dem Behandlungsfluid aufnehmen. Alternativ oder zusätzlich kann beispielsweise mit Hilfe von Ultraschall der Aufstieg kleinster Gasblasen aus dem Fluid in den Hohlraum begünstigt werden.
Optional kann vorgesehen sein, dass der Hohlraum automatisch bei laufendem Betrieb der Temperaturbehandlungsstufe mit einem Reinigungsfluid gespült werden kann. Als Reinigungsfluid kommt dabei insbesondere ein Fluid in Betracht, das Bestandteil des Behandlungsfluids ist, beispielsweise demineralisiertes Wasser, ein organisches Lösungsmittel oder vorzugsweise ein Ultrafiltrat des Behandlungsfluids. Der durch die Messung ermittelte quantitative Wert für die Verkeimung kann optional zur Regelung des Betriebs der Temperaturbehandlungsstufe herangezogen werden. Beispielsweise kann der zu behandelnde Durchsatz in einer Betriebsweise eines Dauerbetriebs als kontinuierliche Keimsenke von Behandlungsfluid so geregelt werden, dass ein bestimmtes Maß an Verkeimung im Behandlungsprozess nicht überschritten wird. Alternativ oder zusätzlich kann die Temperaturbehandlungsstufe bei Unterschreiten eines unteren Grenzwerts für die Verkeimung abgeschaltet werden und/oder bei Überschreiten eines oberen Grenzwerts für die Verkeimung auf eine Betriebsweise einer vollständigen Entkeimung umgestellt werden.
Optional kann eine Gasanalyseeinheit umschaltbar mit Probegas aus mehreren solcher Messstellen (Hohlräumen) beaufschlagt werden, um die Verkeimung an mehreren Positionen im Behandlungsprozess quantitativ zu bestimmen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturbehandlungsstufe kann die Heizstufe mit einer Primärseite einer Wärmepumpe fluidisch gekoppelt sein, die wenigstens einen Heizkreislauf für die Heizstufe bereitstellt.
Die der Heizstufe zuzuführenden und einer optionalen Kühlstufe abzuführenden Wärmeströme können vorzugsweise gekoppelt werden. Insbesondere kann eine Wärmepumpe vorgesehen sein, um den aus der Kühlstufe abzuführenden Wärmestrom der Heizstufe zuzuführen und dort die Erwärmung des Behandlungsfluids zu erreichen.
Die wesentlichen Vorteile dieser Kopplung sind eine Energieersparnis, die daraus resultiert, dass keine Wärmeströme und Kälteströme zugeführt bzw. abgeführt werden müssen, sondern lediglich elektrische Energie zum Betrieb der Wärmepumpe aufgewendet werden muss. Dabei kann die aufgewendete elektrische Energie im Vergleich zur Erzeugung der Kälteströme und Wärmeströme mittels Kältemaschinen und elektrischen Boiler auf einen Bruchteil reduziert werden. Weiter können externe Versorgungsleitungen für das Heiz- und Kühlmedium entfallen. Dies kann erhebliche Kostenvorteile mit sich bringen, wenn nicht in unmittelbarer Nähe zum Aufstellungsort Anschlussmöglichkeiten an diese Medien bestehen. Weiter kann der Installationsaufwand für eine Temperaturbehandlungsstufe reduziert werden, da neben der Anbindung für das Behandlungsfluid keine weiteren Medienanschlüsse erforderlich sind. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturbehandlungsstufe kann eine Sekundärseite der Wärmepumpe mit einer im Strömungskreislauf stromabwärts der Sekundärseite des Rekuperationswärmetauschers angeordneten Kühlstufe für das Behandlungsfluid gekoppelt sein.
In der optionalen Kühlstufe wird dem Behandlungsfluid Wärmeenergie entzogen, um dieses bis zur geforderten Prozesstemperatur abzukühlen. Die Kühlstufe kann dazu vorzugsweise einen Wärmetauscher umfassen, beispielsweise einen Plattenwärmetauscher, der mit einem Kühlmedium versorgt wird. Das Kühlmedium, vorzugsweise Kaltwasser, kann dazu beispielsweise aus einem zentralen Versorgungsnetz bezogen werden oder unmittelbar an der Temperaturbehandlungsstufe, beispielsweise durch eine Wärmepumpe, zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturbehandlungsstufe kann die Heizstufe durch eine Wärmepumpe gebildet sein.
In diesem Fall kann die Wärmepumpe direkt als Heizstufe und optional als Kühlstufe dienen. Dabei wird keine separate Heizstufe und kein Heizmedium- Kreislauf benötigt. Stattdessen findet ein direkter Wärmeübergang zwischen der Wärmequelle in der Wärmepumpe und dem Behandlungsfluid statt. Das Behandlungsfluid kann dazu einen Wärmetauscher innerhalb der Wärmepumpe durchströmen, wo es Wärme, beispielsweise aus der Kondensation eines Arbeitsmediums, aufnimmt.
Ebenso wird keine separate Kühlstufe und kein Kühlmedium-Kreislauf benötigt. Stattdessen findet ein direkter Wärmeübergang zwischen dem Behandlungsfluid und der Wärmesenke in der Wärmepumpe statt. Das Behandlungsfluid kann dazu einen Wärmetauscher innerhalb der Wärmepumpe durchströmen, wo es Wärme, beispielsweise für die Verdampfung eines Arbeitsmediums, abgibt.
Die Heizleistung der Wärmepumpe kann anhand einer Temperaturmessung im Behandlungsfluid so geregelt werden, dass die zur Keimabtötung erforderliche Temperatur des Behandlungsmediums erreicht bzw. nicht unterschritten wird. Die zur Verfügung stehende Kühlleistung der Wärmepumpe ist prinzipbedingt etwas geringer als die abgegebene Wärmeleistung, so dass das Behandlungsfluid in der Regel nur näherungsweise, jedoch nicht vollständig auf seine Ursprungstemperatur im Behandlungsprozess zurückgekühlt werden kann. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Temperaturbehandlungsstufe kann im Strömungskreislauf wenigstens eine Aufbereitungsvorrichtung zur Aufbereitung, insbesondere zur Reinigung des Behandlungsfluids vorgesehen sein. Insbesondere kann dabei die wenigstens eine Aufbereitungsvorrichtung wenigstens eine Filterstufe aufweisen.
Alternativ oder zusätzlich kann im Strömungskreislauf wenigstens ein
Spülanschluss vorgesehen sein. Anschlüsse zur Spülung der
Temperaturbehandlungsstufe oder einzelner Komponenten wie Wärmetauscher oder Temperaturhalteeinheit können vorteilhaft zu Reinigungszwecken mit einem Reinigungsfluid vorgesehen sein. Als Reinigungsfluid kommt vorzugweise ein Fluid zum Einsatz, das Bestandteil des Behandlungsfluids ist. Beispielsweise kann im Falle einer Anwendung der Temperaturbehandlungsstufe für Elektrotauchlack ein (Ultra-)Filtrat des Tauchlacks, entsalztes Wasser, organische Säure oder der Elektrolyt aus dem Elektrodenkreislauf verwendet werden.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Behandlungsanlage vorgeschlagen, in der ein zu behandelndes Werkstück in einer Behandlungseinrichtung mit einem Behandlungsfluid behandelbar ist, insbesondere Vorbehandlungsanlage oder Tauchlackieranlage, mit einer Temperaturbehandlungsstufe zum thermischen Behandeln des Behandlungsfluids. Dabei umfasst die Temperaturbehandlungsstufe wenigstens einen Rekuperationswärmetauscher mit einer Primärseite und einer Sekundärseite, die bestimmungsgemäß miteinander in Wärmetausch stehen, und eine Heizstufe zum Erhitzen des Behandlungsfluids auf eine Solltemperatur. Ein Strömungskreislauf für das Behandlungsfluid umfasst in dessen Strömungsrichtung die Behandlungseinrichtung, die Primärseite des Rekuperationswärmetauschers, die Heizstufe und die Sekundärseite des Rekuperationswärmetauschers. Im Strömungskreislauf ist stromabwärts der Heizstufe und stromaufwärts der Sekundärseite des Rekuperationswärmetauschers eine Temperaturhalteeinheit angeordnet, in der das Behandlungsfluid eine vorgegebene Verweildauer bei der Solltemperatur aufweist. Die vorgeschlagene Behandlungsanlage zur Behandlung eines Werkstücks mit einem Behandlungsfluid, umfasst wenigstens eine Behandlungseinrichtung mit einem oder mehreren Fluidkreisläufen, in denen das Behandlungsfluid für den Behandlungsprozess selbst oder zum Zwecke einer Fluidaufbereitung, beispielsweise einer Filtration oder Kühlung, bewegt wird und/oder einen Fluidtank, in dem das Behandlungsfluid gespeichert wird oder in dem durch Einbringen der Werkstücke der Behandlungsprozess stattfinden kann, beispielsweise ein Tauchbad. Weiter umfasst die Behandlungsanlage eine Temperaturbehandlungsstufe zur Kurzzeiterhitzung des Behandlungsfluids zur Abtötung darin enthaltener Keime.
Optional kann eine Kühlstufe vorhanden sein, welche optional Bestandteil der Temperaturbehandlungsstufe sein kann.
Im Unterschied zum Stand der Technik muss die Kühlstufe nicht zwingend vorhanden sein und diese muss nicht zwingend Bestandteil der Temperaturbehandlungsstufe sein. Beispielsweise sind Behandlungsanlagen für die Elektrotauchlackierung regelmäßig bereits mit einer Kühlstufe ausgestattet, so dass idealerweise auf eine zusätzliche Kühlstufe in der Temperaturbehandlungsstufe verzichtet werden kann. Kommt eine Temperaturbehandlungsstufe für Behandlungsfluide zum Einsatz, die für den Behandlungsprozess ohnehin erwärmt werden müssen, kann auf eine Kühlstufe unter Umständen sogar ganz verzichtet werden.
Weiter kann optional eine Messeinrichtung zur Quantifizierung der Keimzahl im Behandlungsfluid vorhanden sein.
Die Temperaturbehandlungsstufe bietet eine vorteilhafte Lösung zur biozidfreien Entkeimung bzw. Keimreduzierung von Behandlungseinrichtungen, beispielsweise von Sprühanlagen oder Tauchbädern, insbesondere von Nanobeschichtungsbädern in einer VBH-Anlage und/oder einer KTL-Anlage. Weitere vorteilhafte Anwendungen sind möglich im Bereich der allgemeinen Vorbehandlung von metallischen Teilen wie Schrauben, Blechen, Formteilen, Werkstücken, etc., sowie im Bereich der Galvanik, der Pulverbeschichtung, der Eloxieranlagen, der Aluminium-, Kunststoff- und Automobillackieranlagen, wo Metall- und Kunststoffteile vorbehandelt und im Anschluss beschichtet werden. Das Behandlungsfluid kann in einem Tauchbad eingesetzt sein oder in einer Sprühanlage aufgesprüht werden. Weitere vorteilhafte Anwendungsmöglichkeiten finden sich im Bereich der Tauchlackierung und dem angeschlossenen Anolytsystem.
Die Temperaturbehandlungsstufe ermöglicht es, ein Verfahren einzusetzen, das bevorzugt in der Lebensmitteltechnologie zum Entkeimen von Flüssigkeiten, Milch, Säften und Bier, vor dem Abfüllen verwendet wird, nämlich die Pasteurisierung oder Kurzzeiterhitzung (KZE). Dort ist das Ziel, die Flüssigkeiten so zu behandeln, dass sie möglichst keimfrei werden. Ein Maß für die Pasteurisierung sind dabei die Pasteureinheiten (PE), die für jedes Medium, hier das Behandlungsfluid, bestimmt werden müssen.
Die Temperaturbehandlungsstufe dient der Erhitzung des Behandlungsfluids auf eine zur Keimabtötung erforderliche Temperatur und zur Beibehaltung dieser Temperatur für eine zur Keimabtötung erforderliche Dauer.
Die Temperaturbehandlungsstufe kann in einen der vorhandenen Fluidkreisläufe der Behandlungsanlage integriert sein und dabei vom Behandlungsfluid durchströmt werden.
Alternativ kann die Temperaturbehandlungsstufe über eine eigene Zuführung und Rückführung verfügen, über die Behandlungsfluid beispielsweise aus einem Fluidtank der Behandlungsanlage entnommen werden kann. Das Behandlungsfluid kann dann die Temperaturbehandlungsstufe durchströmen und anschließend in einen, optional denselben, Fluidtank zurückgeführt werden. Die Positionen für die Entnahme und Rückeinspeisung in den Fluidtank können so positioniert sein, dass frisch zurückgeführtes Behandlungsfluid möglichst nicht unmittelbarwieder entnommen wird, sondern sich zunächst mit dem Behälterinhalt durchmischt. Dazu können die Positionen beispielsweise möglichst weit voneinander entfernt angeordnet sein oder die Entnahmestelle kann, bei vorhandener Strömung im Behälter, stromaufwärts der Rückeinspeisestelle positioniert sein. Idealerweise kann sich zwischen beiden Positionen eine Strömungsbarriere, beispielswese ein Wehr, befinden.
Vorteilhaft kann im Rekuperationswärmetauscher das Behandlungsfluid auf der Primärseite von dem Fluid auf der Sekundärseite erwärmbar sein. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Behandlungsanlage kann ein geschlossener Strömungskreislauf ausgebildet sein, in welchem das Behandlungsfluid von der Behandlungseinrichtung zur Temperaturbehandlungsstufe und zurück zur Behandlungseinrichtung geführt ist. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass das Behandlungsfluid eine thermische Behandlung zur Keimabtötung durchlaufen kann.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Behandlungsanlage kann im Strömungskreislauf eine Kühlstufe stromabwärts von der Heizstufe angeordnet sein. Insbesondere kann dabei die Kühlstufe einen Wärmetauscher aufweisen, welcher mit einem separaten Kühlkreislauf fluidisch gekoppelt ist.
In der Kühlstufe wird dem Behandlungsfluid Wärmeenergie entzogen, um dieses bis zur geforderten Prozesstemperatur abzukühlen. Die Kühlstufe kann dazu vorzugsweise einen Wärmetauscher umfassen, beispielsweise einen Plattenwärmetauscher, der mit einem Kühlmedium versorgt wird. Das Kühlmedium, vorzugsweise Kaltwasser, kann dazu beispielsweise aus einem zentralen Versorgungsnetz bezogen werden oder unmittelbar an der Temperaturbehandlungsstufe, beispielsweise durch eine Wärmepumpe, zur Verfügung gestellt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Behandlungsanlage kann eine separate Kühlstufe an der Behandlungseinrichtung außerhalb des Strömungskreislaufs vorliegen. Insbesondere kann dabei die Kühlstufe einen Wärmetauscher aufweisen, welcher mit einem separaten Kühlkreislauf fluidisch gekoppelt ist. Beispielsweise sind Behandlungsanlagen für die Elektrotauchlackierung regelmäßig bereits mit einer Kühlstufe ausgestattet, so dass diese zum Abkühlen des Behandlungsfluids genutzt werden kann. Die Kühlstufe kann dazu vorzugsweise einen Wärmetauscher umfassen, beispielsweise einen Plattenwärmetauscher, der mit einem Kühlmedium versorgt wird. Das Kühlmedium, vorzugsweise Kaltwasser, kann dazu beispielsweise aus einem zentralen Versorgungsnetz bezogen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Behandlungsanlage kann die Heizstufe von einer Wärmepumpe beheizt sein. Die der Heizstufe zuzuführenden und einer optionalen Kühlstufe abzuführenden Wärmeströme können vorzugsweise gekoppelt werden. Insbesondere kann eine Wärmepumpe vorgesehen sein, um den aus der Kühlstufe abzuführenden Wärmestrom der Heizstufe zuzuführen und dort die Erwärmung des Behandlungsfluids zu erreichen.
Die wesentlichen Vorteile dieser Kopplung sind eine Energieersparnis, die daraus resultiert, dass keine Wärmeströme und Kälteströme zugeführt bzw. abgeführt werden müssen, sondern lediglich elektrische Energie zum Betrieb der Wärmepumpe aufgewendet werden muss. Weiter können externe Versorgungsleitungen für das Heiz- und Kühlmedium entfallen. Dies kann erhebliche Kostenvorteile mit sich bringen, wenn nicht in unmittelbarer Nähe zum Aufstellungsort Anschlussmöglichkeiten an diese Medien bestehen. Weiter kann der Installationsaufwand für eine Temperaturbehandlungsstufe reduziert werden, da neben der Anbindung für das Behandlungsfluid keine weiteren Medienanschlüsse erforderlich sind.
Alternativ kann die Heizstufe durch eine Wärmepumpe gebildet sein.
In diesem Fall kann die Wärmepumpe direkt als Heizstufe und optional als Kühlstufe dienen. Dabei wird keine separate Heizstufe und kein Heizmedium- Kreislauf benötigt. Stattdessen findet ein direkter Wärmeübergang zwischen der Wärmequelle in der Wärmepumpe und dem Behandlungsfluid statt. Das Behandlungsfluid kann dazu einen Wärmetauscher innerhalb der Wärmepumpe durchströmen, wo es Wärme, beispielsweise aus der Kondensation eines Arbeitsmediums, aufnimmt.
Ebenso wird keine separate Kühlstufe und kein Kühlmedium-Kreislauf benötigt. Stattdessen findet ein direkter Wärmeübergang zwischen dem Behandlungsfluid und der Wärmesenke in der Wärmepumpe statt. Das Behandlungsfluid kann dazu einen Wärmetauscher innerhalb der Wärmepumpe durchströmen, wo es Wärme, beispielsweise für die Verdampfung eines Arbeitsmediums, abgibt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Behandlungsanlage kann eine Messvorrichtung zur Bestimmung einer Keimzahl des Behandlungsfluids an einem Eingang der Temperaturhalteeinheit oder an einem Ausgang des Rekuperationswärmetauschers angeordnet sein. Für die quantitative Bestimmung der Keimzahl, insbesondere von Elektrotauchlack, kann vorteilhaft ein Messverfahren angewendet werden, das darauf beruht, die Konzentration eines im Behandlungsfluid löslichen Stoffwechselprodukts der Keime in der Gasphase oberhalb des Fluids zu messen. Bei dem Stoffwechselprodukt handelt es sich um eine bei Raumtemperatur gasförmige Komponente, beispielsweise Kohlenstoffdioxid. Zur Verbesserung der Messgenauigkeit (Sensitivität) der Messung kann zumindest lokal die Löslichkeit des Stoffwechselprodukts im Fluid vermindert werden, so dass sich dieses in erhöhtem Maße, schneller und/oder bis zu einer höheren Gleichgewichtskonzentration, in der Gasphase ansammelt.
Zur Herabsetzung der Löslichkeit des Stoffwechselprodukts kann insbesondere eine Verschiebung des pH-Werts oder eine Temperaturerhöhung angewendet werden.
Die Messung kann, anstelle eines Eintauchens einer beweglichen Messglocke in das Behandlungsfluid, vorzugsweise innerhalb des geschlossenen Fluidführungssystems der Behandlungsanlage bzw. der Temperaturbehandlungsstufe stattfinden. Dazu kann im Fluidführungssytem ein luftgefüllter Hohlraum oberhalb des Behandlungsfluids vorgesehen sein, in dem sich das aus dem Behandlungsfluid austretende Stoffwechselprodukt ansammelt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Behandlungsanlage kann die Behandlungseinrichtung einen oder mehrere Fluidkreisläufe und/oder einen Speicherbehälter, insbesondere ein Tauchbecken, insbesondere als Vorbehandlungsbecken oder als Tauchlackbecken, umfassen. In dem einen oder mehreren Fluidkreisläufen kann das Behandlungsfluid für den Behandlungsprozess selbst oder zum Zwecke einer Fluidaufbereitung, beispielsweise einer Filtration oder Kühlung, bewegt werde. In dem Speicherbehälter, beispielsweise einem Fluidtank, kann das Behandlungsfluid gespeichert werden oder durch Einbringen der Werkstücke kann der Behandlungsprozess darin stattfinden, beispielsweise ein Tauchbad.
Vorteilhaft ergibt sich so eine kostengünstige Ausgestaltung einer Behandlungsanlage als modulares, autarkes System mit geringem Installationsaufwand. Die Behandlungsanlage weist eine hohe Energieeffizienz sowie erleichterte Reinigungsmöglichkeiten auf. Vorteilhaft kommt das Messverfahren zur Quantifizierung der Verkeimung ohne direkten Kontakt zwischen Mess-Sensor und Behandlungsfluid aus, und erfordert keinen Zugang zur Badoberfläche der Behandlungseinrichtung. Die Messvorrichtung umfasst keine bewegten Bauteile und nutzt die Erwärmung des Behandlungsfluids, um eine erhöhte Sensitivität zu erreichen.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur thermischen Behandlung eines Behandlungsfluids einer Behandlungsanlage mit einer Temperaturbehandlungsstufe vorgeschlagen. Erfindungsgemäß wird das Behandlungsfluid in einem Strömungskreislauf mittels eines Rekuperationswärmetauschers mit einer Primärseite und einer Sekundärseite, die bestimmungsgemäß miteinander in Wärmetausch stehen, und einer Heizstufe auf eine Solltemperatur erhitzt und mittels einer im Strömungskreislauf stromabwärts der Heizstufe und stromaufwärts der Sekundärseite des Rekuperationswärmetauschers angeordneten Temperaturhalteeinheit für eine vorgegebene Verweildauer bei der Solltemperatur gehalten.
Für die thermische Behandlung des Behandlungsfluids nach dem vorgeschlagenen Verfahren können zwei verschiedene Betriebsweisen zum Einsatz kommen. Zum einen ist ein Dauerbetrieb als kontinuierliche Keimsenke möglich. Dem Behandlungsprozess wird dabei kontinuierlich Behandlungsfluid entnommen, zur Entkeimung durch die Temperaturbehandlungsstufe geführt und in den Behandlungsprozess zurückgeführt. Das entkeimte Behandlungsfluid vermischt sich somit kontinuierlich mit keim belastetem Behandlungsfluid. Gleichzeitig werden in der Temperaturbehandlungsstufe kontinuierlich Keime abgetötet, wodurch eine unkontrollierte Vermehrung der Keime unterbunden wird. Die kontinuierliche Entkeimung kann während des laufenden Betriebs der Behandlungsanlage stattfinden.
Zum anderen ist eine vollständige Entkeimung möglich. Dabei durchläuft das gesamte Behandlungsfluid sukzessive die Temperaturbehandlungsstufe, wobei entkeimtes Fluid in einem separaten Tank gesammelt wird, um eine Vermischung mit keimbelastetem Fluid zu vermeiden. Bei Behandlungsanlagen zur Elektrotauchlackierung sind ausreichend große zusätzliche Tanks zur Aufnahme des gesamten Behandlungsfluids üblicherweise ohnehin vorhanden, da diese für temporäre Entleerungen des Prozesstanks zu Reinigungs- oder Wartungszwecken benötigt werden. Die vollständige Entkeimung findet bedarfsweise statt, beispielsweise in festgelegten zeitlichen Abständen, nach einer festgelegten Anzahl von Lackierzyklen oder bei Überschreiten einer gewissen Keimkonzentration, die messtechnisch bestimmt wird. Die vollständige Entkeimung kann in der Regel nicht bei laufendem Betrieb der Behandlungsanlage stattfinden, sondern findet in Betriebspausen, beispielsweise nachts oder am Wochenende, statt.
Um eine möglichst gleichbleibende Qualität des Behandlungsfluids aufrecht zu erhalten, kann der Dauerbetrieb als kontinuierliche Keimsenke bevorzugt durchgeführt werden. Dazu kann eine vollständige Entkeimung ergänzend im Bedarfsfall durchgeführt werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Behandlungsfluid im Strömungskreislauf stromab des Rekuperationswärmetauschers mittels einer Kühlstufe gekühlt werden. In der Kühlstufe wird dem Behandlungsfluid Wärmeenergie entzogen, um dieses bis zur geforderten Prozesstemperatur abzukühlen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Behandlungsfluid mittels einer mit der Behandlungseinrichtung fluidisch gekoppelten separaten Kühlstufe gekühlt werden. In der Kühlstufe wird dem Behandlungsfluid Wärmeenergie entzogen, um dieses bis zur geforderten Prozesstemperatur abzukühlen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das Behandlungsfluid auf der Primärseite des Rekuperationswärmetauschers durch erhitztes Behandlungsfluid auf der Sekundärseite des Rekuperationswärmetauschers vorgewärmt werden. Dadurch kann sowohl Energie zum Erwärmen des Behandlungsfluids als auch zum Abkühlen des bei der thermischen Behandlung erhitzten Behandlungsfluids gespart werden. Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
Es zeigen beispielhaft:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Behandlungsanlage nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in der ein zu behandelndes Werkstück in einer Behandlungseinrichtung mit einem Behandlungsfluid behandelbar ist, mit einer Temperaturbehandlungsstufe zum thermischen Behandeln des Behandlungsfluids;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Behandlungsanlage nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Heizstufe und die Kühlstufe mit einer Wärmepumpe gekoppelt sind;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Behandlungsanlage nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Wärmepumpe als Heizstufe und Kühlstufe;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Temperaturhalteeinheit der Temperaturbehandlungsstufe nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Fig. 5 eine schematische Darstellung einer Temperaturhalteeinheit der Temperaturbehandlungsstufe nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Messvorrichtung zur Bestimmung einer Keimzahl des Behandlungsfluids.
Ausführungsformen der Erfindung
In den Figuren sind gleichartige oder gleichwirkende Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen. Bevor die Erfindung im Detail beschrieben wird, ist darauf hinzuweisen, dass sie nicht auf die jeweiligen Bauteile der Vorrichtung sowie die jeweiligen Verfahrensschritte beschränkt ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten Begriffe sind lediglich dafür bestimmt, besondere Ausführungsformen zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn zudem in der Beschreibung oder in den Ansprüchen die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, bezieht sich dies auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang eindeutig etwas Anderes deutlich macht.
Im Folgenden verwendete Richtungsterminologie mit Begriffen wie „links“, „rechts“, „oben“, „unten“, „davor“ „dahinter“, „danach“ und dergleichen dient lediglich dem besseren Verständnis der Figuren und soll in keinem Fall eine Beschränkung der Allgemeinheit darstellen. Die dargestellten Komponenten und Elemente, deren Auslegung und Verwendung können im Sinne der Überlegungen eines Fachmanns variieren und an die jeweiligen Anwendungen angepasst werden.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Behandlungsanlage 500 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, in der ein zu behandelndes Werkstück 10 in einer Behandlungseinrichtung 510 mit einem Behandlungsfluid 512 behandelbar ist, mit einer Temperaturbehandlungsstufe 100 zum thermischen Behandeln des Behandlungsfluids 512.
Die Behandlungsanlage 500 kann insbesondere eine Vorbehandlungsanlage oder eine Tauchlackieranlage sein. Die Behandlungseinrichtung 510 kann dazu einen oder mehrere Fluidkreisläufe und/oder einen Speicherbehälter, insbesondere ein Tauchbecken, insbesondere als Vorbehandlungsbecken oder als Tauchlackbecken, umfassen.
Die Temperaturbehandlungsstufe 100 umfasst einen Rekuperationswärmetauscher 400 mit einer Primärseite 402 und einer Sekundärseite 404, die bestimmungsgemäß miteinander in Wärmetausch stehen, und eine Heizstufe 300 zum Erhitzen des Behandlungsfluids 512 auf eine Solltemperatur. Die Temperaturbehandlungsstufe 100 umfasst weiter im Strömungskreislauf 700 stromabwärts der Heizstufe 300 und stromaufwärts der Sekundärseite 404 des Rekuperationswärmetauschers 400 eine Temperaturhalteeinheit 310, in der das Behandlungsfluid 512 eine vorgegebene Verweildauer bei der Solltemperatur aufweist.
Der Strömungskreislauf 700 für das Behandlungsfluid 512 umfasst so in dessen Strömungsrichtung 750 die Behandlungseinrichtung 510, die Primärseite 402 des Rekuperationswärmetauschers 400, die Heizstufe 300 und die Sekundärseite 404 des Rekuperationswärmetauschers 400. Im Strömungskreislauf 700 ist stromabwärts der Heizstufe 300 und stromaufwärts der Sekundärseite 404 des Rekuperationswärmetauschers 400 die Temperaturhalteeinheit 310 angeordnet, in der das Behandlungsfluid 512 eine vorgegebene Verweildauer bei der Solltemperatur aufweist. So ist ein geschlossener Strömungskreislauf 700 ausgebildet, in welchem das Behandlungsfluid 512 von der Behandlungseinrichtung 510 zur Temperaturbehandlungsstufe 100 und zurück zur Behandlungseinrichtung 510 geführt ist.
Das Behandlungsfluid 512 kann im Rekuperationswärmetauscher 400 auf der Primärseite 402 von dem Fluid auf der Sekundärseite 404 vorgewärmt werden.
Das Behandlungsfluid 512 strömt im Strömungskreislauf 700 in Strömungsrichtung 750 von der Behandlungseinrichtung 510 über die Pumpe 118 in dem Leitungsabschnitt 702 in die Primärseite 402 des Wärmetauschers 400. Von dort strömt das Behandlungsfluid 512 über den Leitungsabschnitt 704 in den Wärmetauscher 301 der Heizstufe 300, von dort in die Temperaturhalteeinheit 310 und über den Leitungsabschnitt 706 wieder zurück auf die Sekundärseite 404 des Wärmetauschers 400. Von dort kann das Behandlungsfluid 512 über den Leitungsabschnitt 720 wieder zurück in die Behandlungseinrichtung 510 strömen.
Die Heizstufe 300 weist den Wärmetauscher 301 auf, der über einen separaten Heizkreislauf 316, welcher von der Versorgung 306 gespeist wird, über Leitungen 302 und eine Pumpe 308 versorgt wird und so das Behandlungsfluid 512 aufheizen kann. Die Heizstufe 300 verfügt über eine Versorgung 306 mit einem Heizmedium, wobei das Heizmedium vorzugsweise lokal, beispielsweise durch einen elektrischen Durchlauferhitzer, erzeugt werden kann. Alternativ kann die Versorgung 306 auch aus einem Anschluss an ein Heißwasserversorgungsnetz und gegebenenfalls einer Heißwasserregelgruppe bestehen. Der Kühlkreislauf 250 der Behandlungseinrichtung 510 verfügt in diesem Ausführungsbeispiel über eine eigene Kühlstufe 200, die von der Temperaturbehandlungsstufe 100 mit genutzt werden kann und deren Leistung ausreichend groß ist, um den Wärmeeintrag aus der Temperaturbehandlungsstufe 100 in den Behandlungsprozess zusätzlich zur abzuführenden Prozesswärme mit abzuführen.
Die Kühlstufe 200 liegt an der Behandlungseinrichtung 510 somit außerhalb des Strömungskreislaufs 700 vor. Die Kühlstufe 200 weist einen Wärmetauscher 201 auf, welcher mit dem Kühlkreislauf 250 der Behandlungseinrichtung 510 fluidisch gekoppelt ist. Der Kühlkreislauf 250 weist eine Leitung 202 auf, welche von dem Wärmetauscher 201 zu einer Kühleinrichtung 208 und zurück über eine Pumpe 206 zu dem Wärmetauscher 201 führt. Das Behandlungsfluid 512 kann über die Leitung 112 von der Behandlungseinrichtung 510 in den Wärmetauscher 201 der Kühlstufe 200 strömen und abgekühlt wieder über die Leitung 122 in die Behandlungseinrichtung 510 zurückgeführt werden.
Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren zur thermischen Behandlung des Behandlungsfluids 512 der Behandlungsanlage 500 mit der Temperaturbehandlungsstufe 100 wird das Behandlungsfluid 512 in dem Strömungskreislauf 700 mittels des Rekuperationswärmetauschers 400 und der Heizstufe 300 auf eine Solltemperatur erhitzt, und mittels der Temperaturhalteeinheit 310 für die vorgegebene Verweildauer bei der Solltemperatur gehalten.
Das Behandlungsfluid 512 wird zunächst auf der Primärseite 402 des Rekuperationswärmetauschers 400 durch erhitztes Behandlungsfluid 512 auf der Sekundärseite 404 des Rekuperationswärmetauschers 400 vorgewärmt. Dabei kann 50% bis 95%, vorzugsweise etwa 80%, des Wärmeeintrags für die Erwärmung des Behandlungsfluids 510 auf die zur Keimabtötung erforderliche Temperatur stattfinden. Danach wird das Behandlungsfluid 512 in der Heizstufe 300 weiter auf eine vorgegebene Solltemperatur erhitzt und strömt anschließend in die Temperaturhalteeinheit 310. Die vorgegebene Verweildauer in der Temperaturhalteeinheit 310 kann dabei durch ein Volumen der Temperaturhalteeinheit 310 und/oder eine Länge der Temperaturhalteeinheit 310 und/oder einen Strömungsdurchfluss durch die Temperaturhalteeinheit 310 und/oder einen Strömungswiderstand der Temperaturhalteeinheit 310 eingestellt werden.
Nach der thermischen Behandlung wird das Behandlungsfluid 512 mittels der mit der Behandlungseinrichtung 510 fluidisch gekoppelten separaten Kühlstufe 200 gekühlt.
Im Strömungskreislauf 700 kann ferner wenigstens eine Aufbereitungsvorrichtung zur Aufbereitung, insbesondere zur Reinigung des Behandlungsfluids 512 vorgesehen sein. Insbesondere kann die wenigstens eine Aufbereitungsvorrichtung wenigstens eine Filterstufe aufweisen. Alternativ oder zusätzlich kann im Strömungskreislauf 700 weiter wenigstens ein Spülanschluss vorgesehen sein.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Behandlungsanlage 500 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, wobei die Heizstufe 300 und die Kühlstufe 200 mit einer Wärmepumpe 260 gekoppelt sind.
Die Heizstufe 300 ist mit einer Primärseite 262 einer Wärmepumpe 260 fluidisch gekoppelt, die einen Heizkreislauf 316 für die Heizstufe 300 bereitstellt. Auf diese Weise kann der Wärmetauscher 301 auf der Sekundärseite mit Wärme von der Wärmepumpe 260 versorgt werden und auf das Behandlungsfluid 512 übertragen. Der Heizkreislauf 316 weist Leitungen 302, 304, eine Umwälzpumpe 308 sowie einen Bypass 312 auf, welcher mit einem Drei-Wege-Mischventil 314 gesteuert werden kann.
Im Strömungskreislauf 700 ist stromabwärts von der Heizstufe 300 eine Kühlstufe 200 angeordnet. Die Kühlstufe 200 weist einen Wärmetauscher 201 auf, welcher mit einem separaten Kühlkreislauf 250 fluidisch gekoppelt ist. Dadurch ist die Sekundärseite 264 der Wärmepumpe 260 mit dem Wärmetauscher 201 der Kühlstufe 200 über den Kühlkreislauf 250 gekoppelt. Der Kühlkreislauf 250 weist Leitungen 202, 204, eine Umwälzpumpe 206 sowie einen Bypass 212 auf, welcher mit einem Drei-Wege-Mischventil 214 gesteuert werden kann. Das Behandlungsfluid 512 kann so im Strömungskreislauf 700 stromab des Rekuperationswärmetauschers 400 mittels der Kühlstufe 200 gekühlt werden.
Das Behandlungsfluid 512 strömt im Strömungskreislauf 700 in Strömungsrichtung 750 von der Behandlungseinrichtung 510 über die Pumpe 118 in dem Leitungsabschnitt 702 in die Primärseite 402 des Wärmetauschers 400. Von dort strömt das Behandlungsfluid 512 über den Leitungsabschnitt 704 in den Wärmetauscher 301 der Heizstufe 300, von dort in die Temperaturhalteeinheit 310 und über den Leitungsabschnitt 706 wieder zurück auf die Sekundärseite 404 des Wärmetauschers 400. Von dort strömt das Behandlungsfluid 512 über den Leitungsabschnitt 708 in den Wärmetauscher 201 der Kühlstufe 200. Von diesem kann das Behandlungsfluid 512 über den Leitungsabschnitt 720 wieder zurück in die Behandlungseinrichtung 510 strömen.
Ein Heizmedium im Heizkreislauf 316 wird dabei durch die Wärmepumpe 260 aufgeheizt und gibt diese Wärme in der Heizstufe 300 an das Behandlungsfluid 512 ab. Dazu durchläuft das Heizmedium einen Wärmetauscher 262 innerhalb der Wärmepumpe, wo es Wärme, beispielsweise durch die Kondensation eines Arbeitsmediums, aufnimmt. Anschließend durchläuft das erhitzte Heizmedium die Heizstufe 300, wo es die Wärme an das Behandlungsfluid 512 abgibt. Der Heizkreislauf 316 verfügt über eine eigene Pumpe 308 für das Heizmedium und vorzugsweise über einen Bypass 312 zur Heizstufe 300 mit Regelventil 314. Der Bypass 312 erlaubt es, den Strom des Heizmediums aufzuteilen, wobei der eine Teil die Heizstufe 300 durchströmt, während der übrige Teil stattdessen den Kurzschluss zwischen Vorlauf 304 und Rücklauf 302 der Wärmepumpe 260 passiert. Der Bypass 312 kann insbesondere genutzt werden, um die Temperatur des Mediums am Rücklauf 302 zur Wärmepumpe 260 zu erhöhen. Dies kann beispielsweise für die Dauer des Anfahrens der Wärmepumpe 260 sinnvoll sein, bis sich eine stabile Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke eingestellt hat. Ein Kühlmedium im Kühlkreislauf 250 nimmt in der Kühlstufe 200 Wärme vom Behandlungsfluid 512 auf und wird anschließend durch die Wärmepumpe 260 abgekühlt. Dazu durchläuft das Kühlmedium einen Wärmetauscher 264 innerhalb der Wärmepumpe 260, wo ihm Wärme, beispielsweise für die Verdampfung eines Arbeitsmediums, entzogen wird. Anschließend durchläuft das erhitzte Heizmedium die Kühlstufe 200, wo es Wärme vom Behandlungsfluid 512 aufnimmt. Der Kühlkreislauf 250 verfügt über eine eigene Pumpe 206 für das Kühlmedium und vorzugsweise über einen Bypass 212 zur Kühlstufe 200 mit Regelventil 214. Der Bypass 212 erlaubt es, den Strom des Kühlmediums aufzuteilen, wobei der eine Teil die Kühlstufe 200 durchströmt, während der übrige Teil stattdessen den Kurzschluss zwischen Vorlauf 204 und Rücklauf 202 der Wärmepumpe 260 passiert. Der Bypass 212 kann insbesondere genutzt werden, um die Temperatur am Rücklauf 202 zur Wärmepumpe zu begrenzen.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Behandlungsanlage 500 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Wärmepumpe 270 als Heizstufe 300 und Kühlstufe 200. Dabei sind sowohl die Heizstufe 300 als auch die Kühlstufe 200 durch die Wärmepumpe 270 gebildet.
In diesem Fall dient die Wärmepumpe 270 direkt der Erwärmung und Rückkühlung des Behandlungsfluids 512. Das Behandlungsfluid 512 wird dazu durch die internen Wärmetauscher 272, 274 der Wärmepumpe 270 geführt, separate Heizstufen 300 und Kühlstufen 200 sind daher nicht erforderlich.
Zur Verbesserung des Anfahrverhaltens der Behandlungsanlage 500 ist vorzugsweise eine Bypassschaltung vorgesehen, die eine Zirkulation des Behandlungsfluids 512 zwischen Vorlauf 706 und Rücklauf 704 auf der Wärmeseite der Wärmepumpe 270 ermöglicht. Diese erlaubt es, einen variablen Teilstrom des Behandlungsfluids 512 aus dem Vorlauf 706 in den Rücklauf 704 beizumischen oder den gesamten Strom des Behandlungsfluids 512 direkt in den Rücklauf 704 zurückzuführen, bis sich eine stabile Temperaturdifferenz zwischen Wärmequelle und Wärmesenke eingestellt hat. Die Bypassschaltung kann beispielsweise durch ein Drei-Wege-Mischerventil 114 saugseitig der Pumpe 118 für das Behandlungsfluid 512 realisiert sein, das eine Ansaugung eines variablen Teilstroms aus dem Vorlauf 706 der Wärmepumpe 270 ermöglicht. Optional kann zusätzlich ein weiteres Drei-Wege-Mischerventil 118 vorgesehen sein, das eine Umgehung des Rekuperationswärmetauschers 400 im Rücklauf erlaubt, um dort für die Dauer des Anfahrvorgangs zunächst keine oder weniger Wärme abzuführen.
Das Behandlungsfluid 512 strömt im Strömungskreislauf 700 in Strömungsrichtung 750 von der Behandlungseinrichtung 510 über die Pumpe 118 in dem Leitungsabschnitt 702 in die Primärseite 402 des Wärmetauschers 400. Über das Mischventil 116 in dem Leitungsabschnitt 702 kann der Wärmetauscher 400 auch umgangen werden und das Behandlungsfluid 512 direkt in den Leitungsabschnitt 704 fließen.
Über den Leitungsabschnitt 704 strömt das Behandlungsfluid 512 in den Wärmetauscher 272 der Wärmepumpe 270, von dort in die Temperaturhalteeinheit 310 und zu dem Mischventil 114. Aus der Temperaturhalteeinheit 310 strömt das Behandlungsfluid 512 über den Leitungsabschnitt 708 auf die Sekundärseite 404 des Wärmetauschers 400. Von dort strömt das Behandlungsfluid 512 über den Leitungsabschnitt 710 in den Wärmetauscher 274 der Wärmepumpe 270. Von diesem kann das Behandlungsfluid 512 über den Leitungsabschnitt 720 wieder zurück in die Behandlungseinrichtung 510 strömen.
In Figur 4 ist eine schematische Darstellung einer Temperaturhalteeinheit 310 der Temperaturbehandlungsstufe 100 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
Die Temperaturhalteeinheit 310 umfasst einen, insbesondere rohrförmigen, Hohlkörper 350. Im Inneren der Temperaturhalteeinheit 310 an ihrem Eingang 318 in den Hohlkörper 350 ist eine erste konische Querschnittserweiterung 320 vor einem Krümmer 342 angeordnet. Der Krümmer 342 dient dazu, die Gesamthöhe der Temperaturhalteeinheit 310 zu reduzieren.
Nach dem Krümmer 342 führt eine weitere konische Querschnittserweiterung 322 ins Innere des Hohlkörpers 350. Im Inneren der Temperaturhalteeinheit 310 ist an ihrem Ausgang 319 aus dem Hohlkörper 350 eine Querschnittsverjüngung 324 angeordnet. Im Inneren der Temperaturhalteeinheit 310 sind ein oder mehrere durchströmbare Einbaukörper 325 angeordnet, welche beispielsweise als konzentrische Rohre ausgebildet sind.
Die zweite Querschnittserweiterung 322 weist in ihrem Inneren eine oder mehrere Einrichtungen 326 zur Strömungsaufweitung, insbesondere als konische Einrichtungen 326, auf, die dazu dienen, den Fluidstrom gleichmäßig über die erweiterte Querschnittsfläche des Inneren der Temperaturhalteeinheit 310 zu verteilen. Dabei können die durchströmbaren Einbaukörper 325 und die Einrichtungen 326 zur Strömungsaufweitung aneinander anschließen.
An dem Krümmer 342 ist am höchsten Punkt eine Entlüftungsvorrichtung 328 angeordnet, um Lufteinschlüsse aus der Temperaturhalteeinheit 310 entweichen zu lassen.
Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Temperaturhalteeinheit 310 der Temperaturbehandlungsstufe 100 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einer Messvorrichtung zur Bestimmung einer Keimzahl des Behandlungsfluids.
Bei diesem Ausführungsbeispiel weist die Temperaturhalteeinheit 310 im Inneren an ihrem Eingang 318, insbesondere vor der Einrichtung 326 zur Strömungserweiterung, einen Hohlraum 330 auf, welcher im bestimmungsgemäßen Betrieb mit Luft gefüllt ist. Der Hohlraum 330 kann, wie dargestellt, einen Druckluftanschluss 340 aufweisen, über den durch Einblasen von Druckluft eine Luftblase erzeugt werden kann. Außerdem weist der Hohlraum 330 ebenfalls eine Entlüftungsvorrichtung 328 auf.
Eine Messvorrichtung 336 zur Bestimmung einer Keimzahl des Behandlungsfluids 512 ist ebenfalls an der Temperaturhalteeinheit 310 angeordnet. Die Messvorrichtung 336 kann dabei, wie in dem Ausführungsbeispiel dargestellt, an dem Eingang 318 der Temperaturhalteeinheit 310 angeordnet sein. Insbesondere kann die Messvorrichtung 336 über eine Probenahmeleitung 334 mit dem Hohlraum 330 der Temperaturhalteeinheit 310 über ein Absperrventil 332 fluidisch gekoppelt sein. Eine Rückführleitung 338 von der Messvorrichtung 336 kann wieder an den Hohlkörper 350 der Temperaturhalteeinheit 310 angekoppelt sein, wie in Figur 5 schematisch angedeutet. Die Messvorrichtung 336 kann beispielsweise eine Gaspumpe für das Probegas sowie eine Gasanalyseeinrichtung umfassen, beispielsweise einen Infrarot- Gasanalysator. Optional kann die Messvorrichtung 336 weitere Komponenten wie einen Gaskühler zum Auskondensieren der Feuchtigkeit aus dem Probegas und/oder Einrichtungen für eine automatisierte Kalibrierung aufweisen.
Über die Rückführleitung 338 wird das Probegas in den Hohlraum 330 zurückgeführt. Die Rückführung erfolgt jedoch vorteilhaft nicht unmittelbar in den Hohlraum 330, sondern zunächst in das Innere des Hohlkörpers 350 darunter, so dass das rückgeführte Probegas in Form von Gasbläschen durch das Behandlungsfluid 512 aufsteigt, bevor es sich wieder im Hohlraum 330 sammelt.
Alternativ kann die Messvorrichtung 336 beispielsweise auch an dem Ausgang des Rekuperationswärmetauschers 400 angeordnet sein.
Bezugszeichen
10 Werkstück
100 Temperaturbehandlungsstufe
112 Leitung
114 Mi sch ventil
116 Mischventil
118 Pumpe
122 Leitung
200 Kühlstufe
201 Wärmetauscher
202 Leitung
204 Leitung
206 Pumpe
208 Kühleinrichtung
212 Bypass
214 Mischventil
250 Kühlkreislauf
260 Wärmepumpe
262 Wärmetauscher
264 Wärmetauscher
270 Wärmepumpe
272 Wärmetauscher
274 Wärmetauscher
300 Heizstufe
301 Wärmetauscher
302 Leitung
304 Leitung
306 Versorgung
308 Pumpe
310 Temperaturhalteeinheit
312 Bypass
314 Mischventil
316 Heizkreislauf
318 Eingang
319 Ausgang
320 Querschnittserweiterung
322 Querschnittserweiterung
324 Querschnittsverjüngung
325 Einbaukörper Einrichtung zur Strömungsaufweitung
Entlüftungsvorrichtung
Holhraum
Absperrventil
Probenahmeleitung
Messvorrichtung
Rückführleitung
Druckluftanschluss
Krümmer
Hohlkörper
Rekuperationswärmetauscher
Primärseite
Sekundärseite
Behandlungsanlage
Behandlungseinrichtung
Behandlungsfluid
Strömungskreislauf
Leitungsabschnitt
Leitungsabschnitt
Leitungsabschnitt
Leitungsabschnitt
Leitungsabschnitt
Leitungsabschnitt
Leitungsabschnitt
Strömungsrichtung

Claims

Ansprüche
1. Temperaturbehandlungsstufe (100) zum Behandeln eines Fluids, insbesondere zum thermischen Behandeln eines Behandlungsfluids (512) einer Behandlungseinrichtung (510) zum Behandeln von Werkstücken, wenigstens umfassend einen Rekuperationswärmetauscher (400) mit einer Primärseite (402) und einer Sekundärseite (404), die bestimmungsgemäß miteinander in Wärmetausch stehen, und eine Heizstufe (300) zum Erhitzen des Behandlungsfluids (512) auf eine Solltemperatur, wobei ein Strömungskreislauf (700) für das Behandlungsfluid (512) in seiner Strömungsrichtung (750) die Primärseite (402) des Rekuperationswärmetauschers (400), die Heizstufe (300) und die Sekundärseite (404) des Rekuperationswärmetauschers (400) umfasst, wobei im Strömungskreislauf (700) stromabwärts der Heizstufe (300) und stromaufwärts der Sekundärseite (404) des Rekuperationswärmetauschers (400) eine Temperaturhalteeinheit (310) angeordnet ist, in der das Behandlungsfluid (512) eine vorgegebene Verweildauer bei der Solltemperatur aufweist.
2. Temperaturbehandlungsstufe nach Anspruch 1, wobei die vorgegebene Verweildauer in der Temperaturhalteeinheit (310) durch ein Volumen der Temperaturhalteeinheit (310) und/oder eine Länge der Temperaturhalteeinheit (310) und/oder einen Strömungsdurchfluss durch die Temperaturhalteeinheit (310) und/oder einen Strömungswiderstand der Temperaturhalteeinheit (310) eingestellt ist.
3. Temperaturbehandlungsstufe nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Temperaturhalteeinheit (310) einen, insbesondere rohrförmigen, Hohlkörper (350) umfasst, insbesondere wobei im Inneren der Temperaturhalteeinheit (310) an ihrem Eingang (318) in den Hohlkörper (350) wenigstens eine Querschnittserweiterung (320, 322) angeordnet ist und/oder im Inneren der Temperaturhalteeinheit (310) an ihrem Ausgang (319) aus dem Hohlkörper (350) eine Querschnittsverjüngung (324) angeordnet ist.
4. Temperaturbehandlungsstufe nach Anspruch 3, wobei im Inneren der Temperaturhalteeinheit (310) wenigstens ein durchströmbarer Einbaukörper
(325), insbesondere wenigstens ein konzentrisches Rohr, angeordnet ist.
5. Temperaturbehandlungsstufe nach Anspruch 3 oder 4, wobei die wenigstens eine Querschnittserweiterung (320, 322) in ihrem Inneren wenigstens eine Einrichtung (326) zur Strömungsaufweitung, insbesondere eine konische Einrichtung (326), aufweist, insbesondere wobei der wenigstens eine durchströmbare Einbaukörper (325) und die wenigstens eine Einrichtung
(326) zur Strömungsaufweitung aneinander anschließen.
6. Temperaturbehandlungsstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperaturhalteeinheit (310) im Inneren an ihrem Eingang (318), insbesondere vor der Einrichtung (326) zur Strömungserweiterung, einen Hohlraum (330) aufweist, welcher im bestimmungsgemäßen Betrieb mit Luft gefüllt ist, insbesondere wobei der Hohlraum (330) einen Druckluftanschluss (340) aufweist.
7. Temperaturbehandlungsstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei eine Messvorrichtung (336) zur Bestimmung einer Keimzahl des Behandlungsfluids (512) an der Temperaturhalteeinheit (310) angeordnet ist.
8. Temperaturbehandlungsstufe nach Anspruch 7, wobei die Messvorrichtung (336) an dem Eingang (318) der Temperaturhalteeinheit (310) oder an dem Ausgang des Rekuperationswärmetauschers (400) angeordnet ist, insbesondere wobei die Messvorrichtung (336) über eine Probenahmeleitung (334) mit einem Hohlraum (330) der Temperaturhalteeinheit (310) fluidisch gekoppelt ist.
9. Temperaturbehandlungsstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Heizstufe (300) mit einer Primärseite (262) einer Wärmepumpe (260) fluidisch gekoppelt ist, die wenigstens einen Heizkreislauf (316) für die Heizstufe (300) bereitstellt.
10. Temperaturbehandlungsstufe nach Anspruch 9, wobei eine Sekundärseite (264) der Wärmepumpe (260) mit einer im Strömungskreislauf (700) stromabwärts der Sekundärseite (404) des Rekuperationswärmetauschers (400) angeordneten Kühlstufe (200) für das Behandlungsfluid (512) gekoppelt ist.
11. Temperaturbehandlungsstufe nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Heizstufe (300) durch eine Wärmepumpe (270) gebildet ist.
12. Temperaturbehandlungsstufe nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im Strömungskreislauf (700) wenigstens eine Aufbereitungsvorrichtung zur Aufbereitung, insbesondere zur Reinigung des Behandlungsfluids (512) vorgesehen ist, insbesondere wobei die wenigstens eine Aufbereitungsvorrichtung wenigstens eine Filterstufe aufweist und/oder wobei im Strömungskreislauf (700) wenigstens ein Spülanschluss vorgesehen ist.
13. Behandlungsanlage (500), in der ein zu behandelndes Werkstück (10) in einer Behandlungseinrichtung (510) mit einem Behandlungsfluid (512) behandelbar ist, insbesondere Vorbehandlungsanlage oder
T auchlackieranlage, mit einer Temperaturbehandlungsstufe (100) zum thermischen Behandeln des Behandlungsfluids (512) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Temperaturbehandlungsstufe (100) wenigstens einen Rekuperationswärmetauscher (400) mit einer Primärseite (402) und einer Sekundärseite (404), die bestimmungsgemäß miteinander in Wärmetausch stehen, und eine Heizstufe (300) zum Erhitzen des Behandlungsfluids (512) auf eine Solltemperatur umfasst, wobei ein Strömungskreislauf (700) für das Behandlungsfluid (512) in dessen Strömungsrichtung (750) die Behandlungseinrichtung (510), die Primärseite (402) des Rekuperationswärmetauschers (400), die Heizstufe (300) und die Sekundärseite (404) des Rekuperationswärmetauschers (400) umfasst, wobei im Strömungskreislauf (700) stromabwärts der Heizstufe (300) und stromaufwärts der Sekundärseite (404) des Rekuperationswärmetauschers (400) eine Temperaturhalteeinheit (310) angeordnet ist, in der das Behandlungsfluid (512) eine vorgegebene Verweildauer bei der Solltemperatur aufweist.
14. Behandlungsanlage nach Anspruch 13, wobei ein geschlossener Strömungskreislauf (700) ausgebildet ist, in welchem das Behandlungsfluid (512) von der Behandlungseinrichtung (510) zur Temperaturbehandlungsstufe (100) und zurück zur Behandlungseinrichtung (510) geführt ist.
15. Behandlungsanlage nach Anspruch 13 oder 14, wobei im Strömungskreislauf (700) eine Kühlstufe (200) stromabwärts von der Heizstufe (300) angeordnet ist, insbesondere wobei die Kühlstufe (200) einen Wärmetauscher (201) aufweist, welcher mit einem separaten Kühlkreislauf (250) fluidisch gekoppelt ist.
16. Behandlungsanlage nach Anspruch 13 oder 14, wobei eine separate Kühlstufe (200) an der Behandlungseinrichtung (510) außerhalb des Strömungskreislaufs (700) vorliegt, insbesondere wobei die Kühlstufe (200) einen Wärmetauscher (201) aufweist, welcher mit einem separaten Kühlkreislauf (250) fluidisch gekoppelt ist.
17. Behandlungsanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei die Heizstufe (300) von einer Wärmepumpe (260) beheizt ist, oder wobei die Heizstufe (300) durch eine Wärmepumpe (270) gebildet ist.
18. Behandlungsanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 17, wobei eine Messvorrichtung (336) zur Bestimmung einer Keimzahl des Behandlungsfluids (512) an einem Eingang (318) der Temperaturhalteeinheit (310) oder an einem Ausgang des Rekuperationswärmetauschers (400) angeordnet ist.
19. Behandlungsanlage nach einem der Ansprüche 13 bis 18, wobei die Behandlungseinrichtung (510) einen oder mehrere Fluidkreisläufe und/oder einen Speicherbehälter, insbesondere ein Tauchbecken, insbesondere als Vorbehandlungsbecken oder als Tauchlackbecken, umfasst.
20. Verfahren zur thermischen Behandlung eines Behandlungsfluids (512) einer Behandlungsanlage (500) nach einem der Ansprüche 13 bis 19 mit einer Temperaturbehandlungsstufe (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Behandlungsfluid (512) in einem Strömungskreislauf (700) mittels eines Rekuperationswärmetauschers (400) mit einer Primärseite (402) und einer Sekundärseite (404), die bestimmungsgemäß miteinander in Wärmetausch stehen, und einer Heizstufe (300) auf eine Solltemperatur erhitzt wird und mittels einer im Strömungskreislauf (700) stromabwärts der Heizstufe (300) und stromaufwärts der Sekundärseite (404) des Rekuperationswärmetauschers (400) angeordneten Temperaturhalteeinheit (310) für eine vorgegebene Verweildauer bei der Solltemperatur gehalten wird.
21. Verfahren nach Anspruch 20, wobei das Behandlungsfluid (512) im Strömungskreislauf (700) stromab des Rekuperationswärmetauschers (400) mittels einer Kühlstufe (200) gekühlt wird.
22. Verfahren nach Anspruch 20 oder 21 , wobei das Behandlungsfluid (512) mittels einer mit der Behandlungseinrichtung (510) fluidisch gekoppelten separaten Kühlstufe (200) gekühlt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei das Behandlungsfluid (512) auf der Primärseite (402) des Rekuperationswärmetauschers (400) durch erhitztes Behandlungsfluid (512) auf der Sekundärseite (404) des Rekuperationswärmetauschers (400) vorgewärmt wird.
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