PL228708B1 - Układ odzysku ciepła z krzepnących metalowych odlewów wielkogabarytowych i wykorzystania go do nagrzewania form odlewniczych - Google Patents

Abstract

Na wejściu układu zamontowany jest wentylator (1), połączony z obiegowym przewodem powietrznym układ - atmosfera, którego odnoga połączona jest z wymiennikiem ciepła (2) i stanowi wylot powietrza do atmosfery. Druga odnoga jest połączona poprzez wymiennik ciepła (2) z przewodem gorącej mieszanki powietrze - para wodna (16), przyłączonym drugim końcem do wylotu nagrzewnicy (12) formy odlewniczej (6). Pompa wodna (3) połączona jest ze zbiornikiem czynnika roboczego (4), a wymiennik ciepła (2) połączony jest poprzez kocioł szczytowy (5) ze zbiornikiem czynnika roboczego (4) oraz z przewodem gorącego powietrza (14), w który włączona jest strumienica (8). Drugi koniec przewodu (14) przyłączony jest do zbiornika zalewowego (11) formy odlewniczej (6). W instalację powietrzną i wodną włączone są zawory sterujące (7) i zawór dozujący (9), połączone elektrycznie kablem wielożyłowym (19) z elektronicznym modułem sterującym (13).

Description

(12)OPIS PATENTOWY ₍i₉₎PL ₍h)228708 (13) B1 (51) Int.CI.

(21) Numer zgłoszenia: 414613 B22D 30/00 (2006.01)

B22D 41/015 (2006.01) B22D 45/00 (2006.01) (22) Data zgłoszenia: 29.10.2015

Układ odzysku ciepła z krzepnących metalowych odlewów wielkogabarytowych i wykorzystania go do nagrzewania form odlewniczych (73) Uprawniony z patentu:

KRAKODLEW SPÓŁKA AKCYJNA, Kraków, PL (43) Zgłoszenie ogłoszono:

08.05.2017 BUP 10/17 (45) O udzieleniu patentu ogłoszono:

30.04.2018 WUP 04/18 (72) Twórca(y) wynalazku:

KRZYSZTOF PIOTROWSKI, Kraków, PL ANDRZEJ ZEGARTOWSKI, Kraków, PL PIOTR MIREK, Ratajów, PL (74) Pełnomocnik:

rzecz, pat. Michał Edward Bartula co rco

CM

CM

Q_

PL 228 708 B1

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ do odzysku ciepła z krzepnących metalowych odlewów wielkogabarytowych i wykorzystania go do nagrzewania form odlewniczych.

Piaskowe formy odlewnicze wykonane na bazie niektórych żywic, na przykład furanowych, charakteryzują się wysokim zawilgoceniem powierzchni, które wynika z obecności dużej ilości wodoru wydzielanego w wyniku zachodzących w masie procesów chemicznych wiązania żywicy i utwardzacza. Obecność wilgoci w formie wpływa negatywnie na proces odlewania.

Z opisu patentowego PL177383 znany jest układ do odzysku ciepła od obiegu chłodniczego, znajdujący zastosowanie w przemyśle chłodniczym, spożywczym, w instalacjach komunalnych i innych. Układ ten składa się z obiegu chłodniczego z włączonym doń zespołem wymiennikowym odbierającym ciepło od przegrzanych par amoniaku, instalacji odbiorczej wody po ogrzaniu oraz znajdującego się pomiędzy nimi zbiornika pośredniego. Zespół wymiennikowy ma na wejściu czynnika chłodniczego pierwszy czujnik ciśnienia i drugi zawór regulacyjny, a na wyjściu trzeci zawór regulacyjny i drugi czujnik ciśnienia oraz przewód obejściowy czynnika chłodniczego oraz zamontowany pierwszy zawór regulacyjny. Na jego wyjściu znajduje się skraplacz połączony z głównym zbiornikiem skroplin. Obieg chłodniczy jest połączony na wyjściu z drugiego czujnika ciśnienia ze zbiornikiem przepustowym, który połączony jest z pośrednim zbiornikiem skroplin czynnika chłodniczego oraz z przewodem obejściowym.

Między zespołem wymiennikowym a instalacją odbiorczą wody ogrzanej znajduje się zbiornik pośredni. Posiada on przestrzeń gazową połączoną z atmosferą zewnętrzną przewodem, na którym usytuowany jest element pomiarowy przepływu. Część wodna określona jest maksymalnym i minimalnym poziomem wody, do realizacji których służą dwa czujniki. Zbiornik ten jest połączony swą przestrzenią gazową z zespołem wymiennikowym włączonym w obieg chłodniczy, a na wyjściu z zespołu i na wejściu do zbiornika pośredniego znajduje się pierwszy czujnik temperatury i pierwszy czujnik stężenia amoniaku. Między wyjściem ze zbiornika pośredniego a instalacją odbiorczą wody ogrzanej znajduje się pierwszy zespół pompowy, zbocznikowany szóstym zaworem regulacyjnym. Na jego wejściu jest usytuowany drugi czujnik pomiaru stężenia amoniaku, a na wyjściu z pierwszego zespołu pompowego znajduje się czwarty zawór zwrotny. Między wyjściem ze zbiornika pośredniego, a przewodem wody przed ogrzaniem znajduje się drugi zespół pompowy zbocznikowany siódmym zaworem regulacyjnym. Na wyjściu z zespołu pompowego usytuowany jest trzeci zawór zwrotny. Na przewodzie wody przed ogrzaniem znajduje się piąty zawór regulacyjny, na którego wyjściu mieści się pierwszy zawór zwrotny. Do instalacji odbiorczej wody po ogrzaniu należy drugi zespół wymiennikowy. Wejście do tego zespołu instalacji odbiorczej wody po ogrzaniu jest połączone przez czwarty zawór regulacyj ny i znajdujący się na jego wyjściu drugi zawór zwrotny z przewodem wody przed ogrzaniem. Na wyjściu z drugiego zespołu wymiennikowego 2 znajduje się urządzenie mieszające i drugi czujnik temperatury. Na wejściu tradycyjnego czynnika grzewczego jest usytuowany ósmy zawór regulacyjny. Na wejściu do urządzenia mieszającego między przewodem wody przed ogrzaniem znajduje się dziewiąty zawór regulacyjny i piąty zawór zwrotny.

Cały układ posiada urządzenie sterujące - procesor. Jest on połączony z dwoma sygnalizatorami awarii: dźwiękowym i świetlnym, a także z zaworami regulującymi, z czujnikami oraz z pierwszym i drugim zespołem pompowym.

Ponadto opisy patentowe: CN203817349, WOG2014105720, CN202639324, CN201988714, KR20030049961 przedstawiają różne urządzenia do odzysku ciepła w procesach odlewniczych, nie ujawniają natomiast urządzeń do wykorzystania odzyskanego ciepła. Konstrukcje tych urządzeń zawierają wymiennik ciepła, zbiornik ogrzanego płynu, przewody rurowe, zawory, czujniki temperatury, jednakże konstrukcje ich odbiegają znacznie od konstrukcji urządzenia ujawnionego niniejszym opisem i rysunkami.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że na wejściu układu jest zamontowany wentylator, połączony z obiegowym w pionie przewodem powietrznym układ - atmosfera, którego odnoga połączona jest z wymiennikiem ciepła i stanowi wylot powietrza do atmosfery. Druga odnoga przewodu powietrznego jest połączona poprzez wymiennik ciepła z przewodem gorącej mieszanki powietrze - para wodna, przyłączonym drugim końcem do wylotu nagrzewnicy formy odlewniczej. Zamontowana w układzie pompa wodna połączona jest ze zbiornikiem czynnika roboczego, a drugim wyprowadzeniem rurowym połączona jest z wymiennikiem ciepła, który poprzez kocioł szczytowy jest połączony również z przewodem rurowym gorącego powietrza. W przewód gorącego powietrza włączona jest strumienica zasilana z przewodu wodnego, którego drugi koniec przyłączony jest do zbiornika zalewowego formy

PL 228 708 B1 odlewniczej. W instalację powietrzną i wodną włączone są zawory sterujące i zawór dozujący, połączone elektrycznie kablem wielożyłowym z elektronicznym modułem sterującym.

Korzystnie jeden zawór sterujący jest zamontowany w miejscu połączenia przewodu powietrznego układ - atmosfera z wentylatorem.

Korzystnie zawór sterujący jest zamontowany na rozdzieleniu przewodu powietrznego.

Korzystnie zawór sterujący jest zamontowany na przyłączu przewodu gorącego powietrza.

Korzystnie zawór sterujący jest zamontowany na przyłączu przewodu gorącej mieszanki powietrze - para wodna.

Korzystnie zawór dozujący jest zamontowany na przewodzie wodnym przed strumienicą.

Korzystnie przewód rurowy gorącego powietrza jest elastyczny.

Korzystnie przewód rurowy zimnej mieszanki powietrze - mgła wodna jest elastyczny.

Korzystnie przewód rurowy gorącej mieszanki powietrze - para wodna jest elastyczny.

Zaletą przedstawionego powyżej rozwiązania jest jego uniwersalizm w zastosowaniu, jedno urządzenie realizuje bowiem dwa procesy w znacznym stopniu przeciwstawne technicznie względem siebie. Samo urządzenie jest stosunkowo proste, łatwe w zastosowaniu i praktycznie bezawaryjne.

Rozwiązanie według wynalazku objaśnione jest w przykładzie wykonania zilustrowanym rysunkiem, na którym fig. 1 stanowi schemat ideowy, a fig. 3 - rzut aksonometryczny z częściowym wykrojem formy odlewniczej układu realizującego funkcję chłodzenia odlewu i odzyskiwania ciepła, natomiast fig. 2 - schemat ideowy, a fig. 4 - rzut aksonometryczny z częściowym wykrojem formy odlewniczej układu realizującego funkcję wygrzewania formy odlewniczej.

W układzie zamontowany jest wentylator 1 połączony z obiegowym przewodem powietrznym układ atmosfera, którego odnoga połączona jest z wymiennikiem ciepła 2 i stanowi wylot powietrza do atmosfery. Druga odnoga przewodu powietrznego układ - atmosfera jest połączona poprzez wymiennik ciepła 2 z przewodem gorącej mieszanki powietrze - para wodna 16, przyłączonym końcem do wylotu nagrzewnicy 12 formy odlewniczej 6. Zamontowana pompa wodna 3 połączona jest ze zbiornikiem 4, a drugim wyprowadzeniem rurowym połączona jest z wymiennikiem ciepła 2, który poprzez kocioł szczytowy 5 jest połączony ze zbiornikiem 4 oraz jest połączony również z przewodem rurowym gorącego powietrza 14, w który włączona jest strumienica 8 zasilana wodą z przewodu wodnego 10. Koniec przewodu gorącego powietrza 14 jest przyłączony do zbiornika zalewowego 11 formy odlewniczej 6, wykonanej z masy formierskiej, której głównym składnikiem jest piasek kwarcowy. W górnej powierzchni formy piaskowej 6 są otwory wylotowe 18 kanałów przelotowych płynnego metalu, którymi wypływają do atmosfery również gazy wytworzone w wyniku procesów chemicznych zachodzących w masie formierskiej oraz mieszanka powietrze - para wodna dostarczana do wnętrza formy 6 po jej ogrzaniu i osuszeniu.

W instalację powietrzną i instalację wodną są włączone zawory sterujące 7 przepływem wypełniających je czynników roboczych. Zawór sterujący 7 jest zamontowany w miejscu połączenia przewodu powietrznego układ - atmosfera 17 z wentylatorem 1. Drugi zawór sterujący 7 jest zamontowany w miejscu rozdzielenia przewodu powietrznego układ - atmosfera 17. Trzeci zawór sterujący 7 jest zamontowany na przewodzie gorącego powietrza 14. Czwarty zawór sterujący 7 jest zamontowany na przyłączu przewodu gorącej mieszanki powietrze - para wodna 15. Zawór dozujący 9 jest zamontowany na przewodzie wodnym 10 przed strumienicą 8. Zawory sterujące 7 i zawór dozujący 9 są połączone elektrycznie kablem wielożyłowym z elektronicznym modułem sterującym 13.

Przygotowanie układu do pracy polega na nagrzaniu do temperatury około 90°C czynnika roboczego, najczęściej wody, znajdującego się w kotle szczytowym 5 ogrzewanym gazem lub prądem elektrycznym. Kocioł szczytowy 5 służy również do podgrzewania wody w okresie zimowym w czasie przestoju instalacji, chroniąc ją przed zamarznięciem.

Z kotła szczytowego 5 gorąca woda tłoczona jest do zbiornika wodnego 4, skąd tłoczona jest pompą 3 do wymiennika ciepła 2. Równocześnie wentylator 1 tłoczy powietrze z atmosfery do drugiego obiegu wymiennika ciepła 2, skąd już ogrzane tłoczone jest elastycznym przewodem gorącego powietrza do zbiornika zalewowego 11 formy odlewniczej 6. Gorące powietrze tłoczone jest dalej i rozprowadzane kanałami wewnątrz formy odlewniczej 6 ogrzewając ją i susząc, po czym już schłodzone wydostaje się przez nadlewy i otworami wylotowymi 18 formy 6 do atmosfery. Po zakończeniu operacji wygrzewania formy 6 zamyka się zawór sterujący 7 na przewodzie 14 demontuje się go i poprzez zbiornik zalewowy 11 zalewa się formę 6 płynnym metalem, po czym rozpoczyna się i przebiega proces stygnięcia i krzepnięcia odlewu, powiązany z wydzielaniem znacznych ilości ciepła.

PL 228 708 B1

Po zakończeniu zalewania formy 6, układ wygrzewania przełączony jest w tryb odzysku ciepła ze stygnięciem odlewu. Jest to realizowane przy pomocy zespołu zaworów sterujących 7, które po przesterowaniu kierują zimne powietrze z atmosfery, tłoczone przez wentylator 1, przewodem 15, w którym zamontowana jest strumienica 8. Dla zwiększenia skuteczności poboru ciepła z wlewka, do powietrza przepływającego przewodem 15 wprowadzana jest przez strumienicę 8 mgła wodna, tworząc mieszankę powietrze mgła wodna. Koniec przewodu 15 połączony jest z wlotem nagrzewnicy 12, poprzez który wtłaczana jest do wnętrza wężownicy 12 zimna mieszanka powietrze - mgła wodna. Woda zawarta w mieszance w kontakcie z gorącą wężownicą 12, zamienia się w parę wodną o temperaturze dochodzącej do 300°C. Nagrzana w wężownicy 12 mieszanka powietrze - para wodna wtłaczana jest do połączonego z wylotem wężownicy 12 elastycznym przewodem gorącej mieszanki 16 i dostarczana do wymiennika ciepła 2, gdzie oddaje ciepło i schłodzona zostaje wydalona przewodem powietrznym 17 do atmosfery. W wymienniku 2 ciepło jest absorbowane przez krążącą w nim wodę i gromadzone w zbiorniku czynnika roboczego 4. Woda krąży w układzie wymiennika 2 w obiegu zamkniętym wymuszonym przez pompę 3.

Po osiągnięciu maksymalnej temperatury wody znajdującej się w zbiorniku 4 układ jest wyłączany, a przewody doprowadzający 15 i odprowadzający 16 odłącza się od formy.

Proces nagrzewania formy 6 i odzysku ciepła jest kontrolowany i sterowany przez elektroniczny układ sterowania 13, do którego dostarczane są dane pomiarowe z czujników zwłaszcza temperatury i ciśnienia (nie pokazane na rysunkach) oraz położenie zaworów sterujących 7 i zaworu dozującego 9, na podstawie których to danych układ sterowania 13 kieruje całym procesem.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Układ odzysku ciepła z krzepnących metalowych odlewów wielkogabarytowych i wykorzystania go do nagrzewania form odlewniczych, w skład którego wchodzą forma odlewnicza, wymiennik ciepła, zbiornik ogrzanego czynnika roboczego, przewody rurowe, zawory sterujące, znamienny tym, że na wejściu układu jest zamontowany wentylator (1), połączony z obiegowym przewodem powietrznym układ - atmosfera (17), którego odnoga połączona jest z wymiennikiem ciepła (2) i stanowi wylot powietrza do atmosfery, a druga odnoga jest połączona poprzez wymiennik ciepła (2) z przewodem gorącej mieszanki powietrze - para wodna (16), przyłączonym drugim końcem do wylotu nagrzewnicy (12) formy odlewniczej (6), ponadto zamontowana pompa wodna (3) połączona jest ze zbiornikiem czynnika roboczego (4), a drugim wyprowadzeniem rurowym połączona jest z wymiennikiem ciepła (2), który poprzez kocioł szczytowy (5) jest połączony ze zbiornikiem czynnika roboczego (4) oraz jest połączony również z przewodem rurowym gorącego powietrza (14), w który włączona jest strumienica (8) zasilana z przewodu wodnego (10) i którego to przewodu (14) drugi koniec przyłączony jest do zbiornika zalewowego (11) formy odlewniczej (6), oprócz tego w instalację powietrzną i wodną włączone są zawory sterujące (7) i zawór dozujący (9), połączone elektrycznie kablem wielożyłowym (19) z elektronicznym modułem sterującymi (13).
2. 2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zawór sterujący (7) jest zamontowany w miejscu połączenia przewodu powietrznego układ - atmosfera (17) z wentylatorem (1).
3. 3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zawór sterujący (7) jest zamontowany na rozdzieleniu przewodu powietrznego układ - atmosfera (17).
4. 4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zawór sterujący (7) jest zamontowany na przewodzie gorącego powietrza (14).
5. 5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zawór sterujący (7) jest zamontowany na przyłączu przewodu gorącej mieszanki powietrze - para wodna (15).
6. 6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zawór dozujący (9) jest zamontowany na przewodzie wodnym (10) przed strumienicą (8).
7. 7. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przewód rurowy gorącego powietrza (14) jest elastyczny.
8. 8. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przewód rurowy zimnej mieszanki powietrze mgła wodna (15) jest elastyczny.
9. 9. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że przewód rurowy gorącej mieszanki powietrze para wodna (16) jest elastyczny.