Способ и очистная установка для очистки промышленно изготовленных конструктивных элементов - RU2564843C2

Чертежи

Описание

Данное изобретение относится к способу и очистной установке для очистки промышленно изготовленных конструктивных элементов, содержащей очистное пространство и отсасывающее устройство для отсасывания отходящего воздуха из очистного пространства, и регенерационное устройство, в котором расположен регистр охлаждения, через который направляется отходящий воздух и при этом охлаждается и сушится, и регистр нагрева, при этом регистр охлаждения и регистр нагрева являются частями холодильной машины, и при этом отсасываемый отходящий воздух направляется в регенерационное устройство через регистр нагрева тепловой машины и при этом нагревается по существу до температуры отходящего воздуха, и так нагретый, высушенный отходящий воздух подается в очистное пространство в качестве предварительно нагретого, сухого воздуха через подающий трубопровод.

Установки для очистки промышленно изготовленных конструктивных элементов, например, обработанных со снятием стружки конструктивных элементов, нуждаются при работе в значительных ресурсах, таких как, например, вода, чистящие средства и энергия. Причиной этих потерь является по существу то, что конструктивные элементы необходимо чистить теплой водой, за счет чего в очистной установке возникают испарения чистящего средства (перенасыщенный пар), который до настоящего времени просто отсасывался из установки и выпускался в окружение. Таким образом, теряется, с одной стороны, вода и чистящее средство и, с другой стороны, тепловая энергия, которая содержится в отводимых испарениях чистящего средства. Расчеты для типичной очистной установки с объемом очистного бака 2000 л, температурой очистки 60°С, объемом отходящего воздуха 4500 м³ и нагревательной мощностью 110 кВт показали потерю тепла 55 кВт/ч и потерю воды 90 л/ч, что, естественно, является проблемой. Другой проблемой отвода испарений чистящего средства из очистной установки является то, что одновременно с чистящим средством отводится также содержащийся в нем очиститель. Таким образом, в установке необходимо всегда добавлять воду и очиститель, с целью компенсации потерь за счет испарения, за счет чего, с одной стороны, теряется очиститель и, с другой стороны, со временем перенасыщается также очистная ванна.

Естественно, что необходимо снова возвращать в установку отсасываемое количество отходящего воздуха, что, как правило, осуществляется просто за счет воздуха цеха. Однако подаваемый воздух цеха охлаждает внутреннее пространство очистной установки и подлежащий очистке конструктивный элемент. Это необходимо снова компенсировать посредством нагревания бака чистящего средства, что, естественно, отрицательно сказывается на энергетическом балансе установки. Прежде всего, для последующих процессов, таких как, например, вакуумная сушка конструктивного элемента, требуется, чтобы конструктивный элемент имел достаточный запас тепловой энергии и достаточную собственную температуру. Охлаждение конструктивного элемента подаваемым дополнительным воздухом является большим недостатком.

При применении роботов-манипуляторов в установке, например, для перемещения подлежащих чистке конструктивных элементов или для удерживания чистящих или сушильных сопел, дополнительно важно точно устанавливать и удерживать допустимые для роботов окружающие условия, такие как, например, влажность воздуха, доля очистителя в воздухе и т.д., что в существующих установках трудно и даже вообще не осуществимо. В противном случае необходимо уменьшать интервалы технического обслуживания и связанные с этим не рабочие периоды установки.

Другим типичным источником потерь в таких установках является замена конструктивного элемента, поскольку при этом необходимо открывать установку, за счет чего возможен обмен воздухом между внутренним пространством установки и окружением. При этом обмен воздухом происходит за счет того, что за счет высокой температуры в установке имеется также повышенное по сравнению с окружением давление. Таким образом, при открытой клинкетной двери испарения чистящего средства выходят наружу. За счет такого обмена воздухом возникают, естественно, не желательные потери ресурсов (чистящего средства, тепла), что ухудшает энергетический баланс установки.

Для предотвращения этих потерь ресурсов уже известны промышленные системы, в которых происходит регенерация содержащегося в отсасываемом водяном паре тепла и получения обратно содержащейся в нем воды. Так, например, из US 4 402 332 А известна установка для предварительной обработки кузовов автомобилей перед лакированием, в которой возникающий при чистке кузовов водяной пар конденсируется на охлаждаемых поверхностях конденсатора. Выделяемая вода собирается и возвращается в процесс. Кроме того, используется тепло конденсации, например, в теплообменнике для нагревания подаваемого в установку воздуха или в тепловом насосе для нуждающегося в тепле процесса. Однако в такой установке нет циркуляции воздуха, а лишь обеспечивается использование возникающего водяного пара без его бесполезного выхода наружу.

В DE 30 38 275 показана установка для регенерации тепла в машинах очисти металлов. Для этого образующийся в установке водяной пар отсасывается с помощью вентилятора и подается в установку регенерации. В ней водяной пар пропускается через испаритель холодильной машины, в котором водяной пар конденсируется. Выделяемая вода собирается и направляется обратно в очистную ванну. Чистящее средство пропускается через теплообменник холодильной машины, за счет чего чистящее средство нагревается, и требуется меньше энергии для нагревания чистящего средства. При этом полученное обратно тепло можно применять для предварительного нагревания входящего в очистную установку приточного воздуха. Однако за счет этого всегда требуется дополнительное нагревание для чистящего средства в установке, поскольку в этой установке температура предварительно нагреваемого приточного воздуха всегда лежит ниже отсасываемого отходящего воздуха, и тем самым приточный воздух оказывает в установке охлаждающее действие, что является недостатком для всего процесса, как уже указывалось выше. Кроме того, в данном случае необходимо предусматривать сложное регулирование количества воздуха. Кроме того, в такой установке регенерируется не все тепло и не вся вода, поскольку за счет отвода воздуха наружу всегда возникают остаточные потери.

Из DE 10 2008 039 747 В4 известна конденсация влажного отходящего воздуха из промышленного процесса (чистки, сушки, промывки) в испарителе, с целью регенерации содержащейся в отсасываемых испарениях воды. Выделяемое при этом тепло подается в последующий теплообменник типа воздух-воздух и в теплообменник типа воздух-вода, при этом теплообменник типа воздух-воздух выполнен в качестве холодильной машины. Здесь поток приточного воздуха также не может достигать температуры потока отходящего воздуха, за счет чего в установку снова необходимо подавать дополнительное тепло, что ухудшает общий энергетический баланс.

Из ЕР 053 727 А1 известна стиральная машина с интегрированной сушилкой, в которой в процессе сушки регенерируются растворитель и тепло. Регенерация ресурсов осуществляется в тепловом насосе, через который направляется сушильный воздух. Для этого из сушильного воздуха сначала для конденсации паров растворителя выделяют тепло, которое снова подается в сушильный воздух перед возвратом в стиральный барабан. Однако при этом стиральный процесс является длительным процессом и при этом происходит относительно мало замены стираемых изделий, так что процесс замены стираемых изделий можно не учитывать при рассматривании всех ресурсов. Кроме того, при замене стираемых изделий весь растворитель и содержащееся в нем тепло уже удалены, так что сменой стираемых изделий с точки зрения потери ресурсов можно пренебречь.

Поэтому задачей данного изобретения является уменьшение потерь ресурсов, в частности, чистящего средства и тепла (энергии) в очистной установке, соответственно, способе для очистки промышленно изготовленных конструктивных элементов.

Эта задача решена тем, что трубопровод приточного воздуха входит в очистное пространство в зоне клинкетной двери, за счет чего в зоне клинкетной двери образуется воздушная завеса. За счет этого реализуется работа с циркуляцией воздуха, при которой отсасываемый отходящий воздух циркулирует в очистной установке и по существу с той же температурой может снова возвращаться в установку. Тем самым нет обмена отходящим воздухом с окружением, а содержащееся в отходящем воздухе тепло регенерируется и снова подается в процесс. Таким образом, может быть значительно уменьшен расход необходимой для работы очистной установки энергии, поскольку приточный воздух имеет температуру процесса и тем самым нет необходимости в подводе в установку дополнительного тепла во время работы. Также значительно предотвращается замена воздуха и тем самым вызванная этим потеря ресурсов, при открытой клинкетной двери за счет образования воздушной завесы перед клинкетной дверью.

Кроме того, предпочтительно, когда при открытой клинкетной двери часть приточного воздуха через выпускной трубопровод отдается в окружение. В данном случае необходимо отдавать в окружение лишь небольшое количество приточного воздуха, с целью понижения давления в очистном пространстве примерно до окружающего давления, за счет чего по меньшей мере уменьшается обмен воздуха и тем самым вызванная этим потеря ресурсов, при открытой клинкетной двери. При этом выпуск высушенного, предварительно нагретого приточного воздуха представляет значительно меньшую потерю ресурса, чем выходящие наружу испарения чистящего средства при открытой клинкетной двери.

Особенно предпочтительно, конденсированное в регистре охлаждения чистящее средство подается через возвратный трубопровод в резервуар чистящего средства, поскольку в этом случае можно также полностью возвращать обратно выводимое из очистной установки вместе с отходящим воздухом чистящее средство. А именно, за счет режима циркуляции воздуха еще содержащееся после регистра охлаждения в отходящем воздухе чистящее средство также возвращается обратно, за счет чего практически не происходит потери чистящего средства за счет отсасывания. За счет целенаправленного возврата конденсата чистящего средства в контур циркуляции чистящего средства значительно уменьшаются расход воды и очистителя. Отпадает необходимость постоянного восстановления уровня очистной ванны из-за испарения. Тем самым остается постоянным более длительное время также концентрация очистителя и тем самым обеспечивается стабильный процесс очистки.

С помощью этих решений обеспечивается также стабильный климат очистного пространства, что является особенно предпочтительным для применения роботов в очистной установке.

Когда предусмотрен сушильный вентилятор, то предпочтительно часть нагретого, высушенного отходящего воздуха подается в очистное пространство через сушильный вентилятор. За счет этого не происходит потерь тепла и/или чистящего средства также за счет процесса сушки. Таким образом, конструктивный элемент не теряет тепла также в процессе сушки, за счет чего конструктивный элемент оптимально подготовлен для последующих процессов, таких как, например, вакуумная сушка.

В холодильной машине предпочтительно реализован контур охлаждения, в котором в регистре охлаждения хладагент принимает тепло из проходящего через регистр охлаждения отходящего воздуха, компрессор сжимает хладагент и подает в регистр нагрева, где тепло отдается в проходящий через регистр нагрева отходящий воздух, хладагент из регистра нагрева направляется в холодильный блок, где хладагент охлаждается далее, и из холодильного блока хладагент направляется в регистр охлаждения. Такой контур охлаждения может работать с очень небольшими потерями. Кроме того, прием тепла хладагента в регистре охлаждения улучшается за счет дополнительного охлаждения в холодильном блоке, за счет чего предпочтительно увеличивается также разница температур для транспортировки тепла. Таким образом, приточный воздух можно без дополнительных больших затрат доводить до температуры отходящего воздуха.

Когда в отходящий воздух из очистного пространства вводится аэрозоль, то может быть повышен коэффициент полезного действия конденсации, за счет чего может быть получено больше тепловой энергии и больше конденсата из отходящего воздуха.

Ниже приводится более подробное описание данного изобретения со ссылками на прилагаемые фиг. 1 и 2, на которых в качестве примера изображены предпочтительные схемы установки.

Как показано на фиг. 1 и 2, очистная установка 1, согласно изобретению, содержит очистное пространство 2, в котором во время работы расположен конструктивный элемент 30, как показано на фиг. 1, резервуар 3 чистящего средства и рециркуляционная установка 5. Чистящее средство в резервуаре 3 удерживается на определенной рабочей температуре, например, 65°С. Для этого в резервуаре 3 чистящего средства предусмотрен также нагреватель 4 чистящего средства, как показано на фиг. 1, например, с целью приведения, соответственно, удерживания чистящего средства на рабочей температуре. В качестве чистящего средства может применяться, например, вода с химическим очистителем. Вид очистки конструктивного элемента 30 в очистном пространстве 2 не имеет решающего значения для изобретения. Например, в очистном пространстве 2 могут быть предусмотрены распылительные сопла, или же может применяться направляемое роботом сопло или направляемый роботом конструктивный элемент 30. За счет процесса очистки в очистном пространстве 2 возникают испарения чистящего средства, т.е. по существу перенасыщенный пар чистящего средства, который подлежит непрерывному отводу. В очистном пространстве может быть расположено одновременно больше, чем один конструктивный элемент 30.

Для отвода испарений чистящего средства предусмотрено отсасывающее устройство 7, например вентилятор, в трубопроводе 18 отходящего воздуха. В таких промышленных очистных установках может быть необходимо примерно 100 замен воздуха в час для отвода возникающих испарений чистящего средства. Таким образом, при таком объеме, например, 30 м³, отсасывающее устройство 7 в очистном пространстве 2 должно быть в состоянии обрабатывать 3000 м³/час. Отсасываемый воздух V_ab из очистного пространства 2 подается в регенерационное устройство 5.

Перед отсасывающим устройством 7, как показано на фиг. 1, соответственно, перед регистром 8 охлаждения, в трубопровод 18 отходящего воздуха может входить подводящий трубопровод 22, с помощью которого в отходящий воздух V_ab подается аэрозоль, например аэрозоль из воздуха и воды, с целью улучшения коэффициента полезного действия конденсации, за счет чего можно получать снова из отходящего воздуха больше тепловой энергии и больше конденсата.

В регенерационном устройстве 5 расположен регистр 8 охлаждения (испаритель холодильной машины 6), через который из очистного пространства 2 направляется отходящий воздух V_ab. Регистр 8 охлаждения может быть выполнен, например, с множеством охлаждающих ребер или охлаждающих змеевиков, мимо которых проходит поток отходящего воздуха. В регистре 8 охлаждения отходящий воздух V_ab охлаждается, что приводит к конденсации содержащегося в отходящем воздухе V_ab чистящего средства. Конденсированное чистящее средство направляется через трубопровод 10 конденсата в резервуар 3 чистящего средства. Таким образом, получается обратно из содержащегося в отходящем воздухе V_ab большая часть чистящего средства.

Охлажденный, высушенный отходящий воздух V_ab направляется далее в регистр 9 нагрева (конденсатор холодильной машины), где отходящий воздух V_ab нагревается по существу до температуры внутри очистного пространства 2, т.е., например, до 65°С. Регистр 9 нагрева может быть выполнен, например, с множеством нагревательных ребер или змеевиков, мимо которых проходит поток отходящего воздуха. Нагретый отходящий воздух V_ab подается через трубопровод 17 приточного воздуха в виде высушенного, предварительно нагретого приточного воздуха V_zu1 снова в очистное пространство 2. Таким образом, реализуется режим циркуляции воздуха, в котором ничего не должно отдаваться в окружение. Таким образом, реализован замкнутый контур циркуляции, в котором почти не теряется чистящее средство.

Для обеспечения возможности эффективного использования содержащегося в отходящем воздухе V_ab количества тепла, в регенерационном устройстве 5 предусмотрена холодильная машина 6. Холодильная машина 6 содержит регистр 8 охлаждения (испаритель), компрессор 11, холодильный блок, в данном случае теплообменник 12, и регистр 9 нагрева, которые соединены друг с другом через трубопроводы, в которых направляется подходящий хладагент. Хладагент протекает через регистр 8 охлаждения, например, через охлаждающие ребра, и принимает в регистре 8 охлаждения тепло из отходящего воздуха V_ab за счет конденсации, при этом хладагент может переходить также в газообразное агрегатное состояние. Нагретый хладагент сжимается в компрессоре 11 и тем самым далее нагревается и подается в регистр 9 нагрева, где он проходит, например, через нагревательные ребра или змеевики. Там хладагент отдает полученное ранее из отходящего воздуха тепло снова в отходящий воздух V_ab и тем самым нагревает его, при этом хладагент может снова переходить в жидкое состояние. Затем хладагент направляется через теплообменник 12, например, водный или воздушный теплообменник, в котором хладагент снова охлаждается, с целью повышения разницы температуры между хладагентом и температурой отходящего воздуха. Из теплообменника 12 хладагент снова подается в регистр 8 охлаждения, за счет чего холодильный конур замыкается. Теплообменник 12 служит для компенсации неизбежно имеющихся потерь в холодильном контуре, что необходимо, когда приточный воздух V_zu необходимо предпочтительно приводить по существу на ту же температуру, что и отходящий воздух V_ab. Тепло отходящего воздуха V_ab применяется в данном случае полностью для предварительного нагревания приточного воздуха V_zu, что предпочтительно с энергетической точки зрения.

Вместо теплообменника 12 в качестве холодильного блока в холодильной машине 6 можно применять также испаритель другой холодильной машины, за счет чего можно также подавать остающееся в хладагенте после регистра нагрева тепло для дальнейшего использования.

Кроме того, в очистной установке 1 может быть предусмотрен сушильный вентилятор 15, с помощью которого очищенный конструктивный элемент 30 обдувается в очистном пространстве 2 сухим воздухом, например, с целью предварительной сушки конструктивного элемента 30 после очистки. Для этого сушильный вентилятор 15 отбирает через трубопровод 19 сушильного вентилятора часть высушенного, предварительно нагретого отходящего воздуха и вдувает его в очистное пространство 2, за счет чего приточный воздух V_zu разделяется на два объемных потока V_zu1 и V_zu2.

Во время работы очистной установки 1 с помощью отсасывающего устройства 7 предусмотрена непрерывная циркуляция воздуха, при этом сушильный вентилятор 15 предпочтительно циклически включается на определенный промежуток времени, например, в конце процесса очистки. Однако сушильный вентилятор 15 может также работать непрерывно.

Ввод и удаление конструктивного элемента 30 в очистную установку 1 осуществляется, например, через клинкетную дверь 16 в корпусе очистного пространства 2. Открывание клинкетной двери 16 представляет в общем энергетическом балансе, естественно, слабое место, поскольку за счет разницы температур между очистным пространством 2 и окружением при открытой клинкетной двери 16 возникает разница давления внутри и снаружи, и за счет этого испарения чистящего средства попадают наружу, за счет чего при каждом открывании клинкетной двери 16, например, при замене конструктивного элемента, возникает потеря ресурса. Для предотвращения этого может быть предусмотрено, что возвращаемый приточный воздух V_zu вдувается в зоне клинкетной двери 16 в очистное пространство 2 сверху (см. фиг. 2), за счет чего в очистном пространстве 2 позади клинкетной двери 16 образуется воздушная завеса, которая по существу предотвращает выход наружу испарений чистящего средства при открытой клинкетной двери 16.

В трубопроводе 17 приточного воздуха или в трубопроводе 19 сушильного вентилятора может быть также расположен спускной трубопровод 20 (см. фиг. 2), через который при открытой клинкетной двери 16 через спускной клапан 21 может выдуваться небольшое количество приточного воздуха V_zu. Это приводит к тому, что в короткое время открывания клинкетной двери 16, например, в течение 2-3 секунд, в очистное пространство 2 подается меньше приточного воздуха, чем отводится отходящего воздуха. За счет этого кратковременно понижается преобладающее в очистном пространстве 2 давление, предпочтительно до окружающего давления, так что при открытой клинкетной двери 16 по существу не происходит обмен воздуха.

Воздушная завеса и выпуск приточного воздуха могут быть предусмотрены альтернативно или же одновременно и могут использоваться также в установках, в которых приточный воздух V_zu не приводится на температуру отходящего воздуха V_ab.

Регенерационным устройством 5 можно управлять так, что устанавливается желаемая температура приточного воздуха V_zu, предпочтительно равная температуре отходящего воздуха V_ab. Для этого можно, например, удерживать постоянным количество циркулирующего воздуха и можно регулировать холодильную машину 6, например, компрессор 11 или холодильный блок, например, теплообменник 12. Однако лучшая работа обеспечивается, когда холодильная машина 6 работает в предпочтительной, стабильной рабочей точке (например, с более высоким коэффициентом полезного действия), и циркулирующее количество воздуха устанавливается, соответственно, регулируется (например, за счет мощности отсасывающего устройства 7) так, что температура приточного воздуха принимает значение, равное температуре отходящего воздуха. Размеры компонентов установки можно, естественно, выбирать с обеспечением возможности такого оптимума при благоприятных рабочих условиях (например, количестве смен воздуха в установке).

Реферат

Изобретение относится к способу и установке для очистки промышленно изготовленных конструктивных элементов. Установка (30) содержит очистное пространство (2) и отсасывающее устройство (7) для отсасывания отходящего воздуха (V) в виде испарений чистящего средства из очистного пространства (2). Установка включает регенерационное устройство (5), в котором расположены холодильная машина (6) с регистром (8) охлаждения, через который направляется отходящий воздух (V), который при этом охлаждается и сушится, а также включает регистр (9) нагрева. Отсасываемый отходящий воздух (V) направляется в регенерационное устройство (5) через регистр (9) нагрева холодильной машины (6) и нагревается по существу до температуры отходящего воздуха (V). Далее нагретый, высушенный отходящий воздух (V) через трубопровод (17) приточного воздуха подается в очистное пространство (2) в качестве предварительно нагретого, сухого приточного воздуха (V). Трубопровод (17) приточного воздуха входит в очистное пространство (2) в зоне клинкетной двери (16) для образования в очистном пространстве (2) позади клинкетной двери (16) подаваемым приточным воздухом (V) воздушной завесы, которая предотвращает выход наружу испарений чистящего средства при открытой клинкетной двери (16). Достигаемый при этом технический результат заключается в уменьшении потерь ресурсов чистящего средства и тепла в очистной установке. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула