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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum hydrothermalen Härten von Formkörpern in einem Autoklav mittels Sattdampf, insbesondere bei Drücken bis zu 16 bar, umfassend eine Aufheizphase, eine Haltephase und eine Entspannungsphase, wobei Energie des den Autoklav in der Entspannungsphase verlassenden Sattdampfes zwischengespeichert und/oder in einem weiteren Autoklav zum Aufheizen desselben während der Aufheizphase genutzt wird. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Anlage zum hydrothermalen Härten von Formkörpern.
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Bei der hydrothermalen Härtung von Formkörpern werden die Rohlinge in Autoklaven unter einer Sattdampfatmosphäre verfestigt. Die Bereitstellung des Sattdampfes erfordert dabei einen Großteil der insgesamt bei der Produktion benötigten thermischen Energie. Die Rohlinge werden zu Beginn des Härtungsprozesses während einer Aufheizphase zunächst durch kondensierenden Sattdampf bei steigendem Druck aufgeheizt. Der Sattdampf kondensiert dabei auf den Rohlingen und an den Innenwänden des Autoklaven. Das Kondensat sammelt sich teilweise in den Poren der Rohlinge, wodurch diese erwärmt werden. Das restliche Kondensat wird abgeführt, um thermomechanische Spannungen im Behälter zu vermeiden. Bei Erreichen eines Druckniveaus von etwa 16 bar und von Temperaturen im Bereich von etwa 200°C werden anschließend Druck und Temperatur im Autoklav über einen Zeitraum von mehreren Stunden während einer so genannten Haltephase konstant gehalten. Der Produktionszyklus wird mit dem stetigen Absenken des Druckes auf Umgebungsdruck während einer Entspannungsphase abgeschlossen. Wesentlich für die Energieeffizienz der Dampfhärtung ist die Rückgewinnung der Energie aus den Rohlingen, dem anfallenden Kondensat und dem den Autoklav während der Entspannungsphase verlassenden Sattdampf.
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Industriell hergestellte Formkörper, wie beispielsweise Baustoffe aus Porenbeton oder Kalksandstein, werden in Deutschland in ca. 200 Werken hergestellt. Die Produktionsmengen liegen bei ca. 6 Millionen Tonnen Kalksandstein und etwa 3,4 Millionen Kubikmetern Porenbeton. Ein Baustoffwerk verfügt in der Regel über 4 bis 16 Autoklaven mit einem Einzelvolumen von 60 bis 80 m3. Die Autoklaven werden von einem Dampferzeuger mit Sattdampf bei Drücken bis zu 16 bar versorgt. Die Formkörper-Rohlinge werden aus dem Ausgangsmaterial, das größtenteils aus Sand und Kalk besteht, durch automatische Pressen in den gewünschten Formaten gefertigt, bevor sie zum Härten in die Autoklaven eingefahren werden.
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Um eine möglichst kontinuierliche Produktion zu ermöglichen, werden die Autoklaven im Wechsel betrieben. Dabei wird auch Sattdampf aus einem Autoklaven, in dem der Druck in einer Entspannungsphase abgesenkt werden soll, in einen anderen Autoklaven übergeleitet, wenn in dem aufnehmenden Autoklaven der Druck in einer Aufheizphase angehoben werden soll. Ziel des Überleitens des Dampfes ist die Nutzung der Energie des den Autoklav verlassenden Sattdampfes zum erneuten Aufheizen von Formkörpern und somit die Reduzierung des durch den Dampfkessel bereitzustellenden Frischdampfbedarfes. Gibt der Sattdampf im Autoklaven während der Aufheiz- und Haltephase Energie an die Formkörper oder die Wand des Autoklaven ab, so fällt Kondensat an, das bei ausreichend hohen Temperaturen für die Vorwärmung des Speisewassers des Dampfkessels eingesetzt werden kann. Teilweise werden Dampf- oder so genannte Ruthsspeicher eingesetzt, um Dampf aus einem Autoklaven, in dem der Druck während der Entspannungsphase abgesenkt wird, zu speichern und zu einem späteren Zeitpunkt wieder zu nutzen. Es werden auch Vorwärmkammern eingesetzt, in denen die Rohlinge durch Luft vorgewärmt werden.
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Bei den heutigen Baustoff-Produktionsanlagen wird die für die Dampfhärtung eingesetzte Energie jedoch nur eingeschränkt rückgewonnen und in nachfolgenden Produktionszyklen eingesetzt.
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Bei der Produktion von Kalksandstein liegt der typische thermische spezifische Energieaufwand bei ca. 100 kWh/t. Die Überleitung von Dampf aus einem Autoklaven, in dem in der Endphase der Härtung der Druck abgesenkt wird, in einen zweiten Autoklaven, in dem der Druck angehoben werden soll, erfordert ein Druckgefälle. Eine Überleitung ist entsprechend höchstens bis zum Druckausgleich zwischen beiden Autoklaven möglich, der normalerweise spätestens bei etwa 3 bar stattfindet und nachfolgend als Ausgleichsdruck bezeichnet wird. In der Praxis wird die Überleitung allerdings noch frühzeitiger beendet, da mit abnehmender Druckdifferenz die Überstromgeschwindigkeit reduziert wird und die Dauer eines Produktionszyklus damit unwirtschaftlich verlängert wird. Die Energie des den Autoklav mit Drücken im Bereich von 1 bis 3 bar und somit unterhalb des Ausgleichsdruckes verlassenden Dampfes kann entsprechend nicht zum erneuten Aufheizen von Formkörper-Rohlingen eingesetzt werden. Sie geht verloren.
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Das Überlassen von Dampf zwischen Autoklaven erfordert darüber hinaus eine Abstimmung der Produktionszyklen der beteiligten Autoklaven, was in der Praxis nicht immer realisierbar ist. Der Einsatz von Dampf- bzw. Ruthsspeichern, der diesbezüglich durch Zwischenspeicherung des anfallenden Abdampfes Abhilfe schaffen soll, unterliegt ebenfalls Beschränkungen. Auch der Druck im Ruthsspeicher steigt mit zunehmender Beladung an, weshalb ein Autoklav analog zur direkten Überleitung von Dampf in einen anderen Autoklav nur bis zum Druckausgleich Dampf an einen Ruthsspeicher abgeben kann. Den Autoklav während der Entspannungsphase verlassender Sattdampf unterhalb des Ausgleichsdruckes im Druckbereich zwischen 1 bis 3 bar kann demnach auch beim Einsatz von Dampf- bzw. Ruthsspeichern energetisch nicht verwertet werden.
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Bei den heute eingesetzten Vorwärmkammern wird ferner Luft als Wärmeträgermedium eingesetzt. Die Wärmeeinkopplung in die Rohlinge ist entsprechend begrenzt. Somit verhindern die Vorwärmkammern vor allem das Auskühlen der Rohlinge. Eine signifikante Energiezufuhr an die Rohlinge erfolgt in den Vorwärmkammern hingegen nicht.
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Die Abwärme kann bei den derzeit eingesetzten hydrothermalen Härtungsprozessen auch grundsätzlich nicht für die Dampferzeugung genutzt werden, da der Druck im Dampferzeuger immer über dem Druck in den Autoklaven liegt. Die Abwärme kann lediglich in begrenztem Umfang für die Vorwärmung des Speisewassers unterhalb der Siedetemperatur eingesetzt werden.
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Im Rahmen verschiedener Analysen des Herstellungsprozesses von Formkörpern auf Basis der hydrothermalen Härtung wurde festgestellt, dass keine wesentliche Steigerung der Energieeffizienz bei den heute eingesetzten Produktionsverfahren zu erwarten ist.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein alternatives Verfahren und eine alternative Anlage zum hydrothermalen Härten von Formkörpern der eingangs genannten Art zu schaffen, das/die Energie aus vorangegangenen Produktionszyklen noch effizienter nutzt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem auch Energie von den Autoklav während der Entspannungsphase verlassendem Sattdampf mit einem Druck im Druckbereich von 1 bis 3 bar in einem weiteren Autoklav zum Aufheizen desselben während der Aufheizphase und/oder zum Vorwärmen von zu härtenden Formkörpern in einer Vorwärmphase genutzt wird, wobei der während der Entspannungsphase aus dem Autoklav austretende Sattdampf in einem mit einem Speichermedium gekühlten Kondensator unter Aufheizung des Speichermediums kondensiert und die von dem Speichermedium in Form von Wärme aufgenommene Energie vor der weiteren Nutzung zwischengespeichert wird.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Gegensatz zum eingangs beschriebenen Stand der Technik demnach auch die Energie von den Autoklav während der Entspannungsphase verlassendem Sattdampf zum erneuten Aufheizen von Formkörpern genutzt, der einen Druck unterhalb des Ausgleichsdruckes bei direkter Überleitung des Dampfes in einen Dampf- bzw. Ruthsspeicher oder in einen anderen Autoklav aufweist. Unter Berücksichtigung der Tatsache, dass, wie es nachfolgend noch näher unter Bezugnahme auf 1 erläutert wird, während der Aufheizphase bis zum Erreichen eines Partialdruckes von 1 bar ca. 30% der insgesamt erforderlichen Energie benötigt wird und bei einem Partialdruck von 3 bar bereits 50% der Gesamtenergie eingekoppelt worden ist, kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren entsprechend ein erheblicher Energieanteil rückgewonnen werden, der bei den bekannten Verfahren bislang vollständig ungenutzt blieb. Die Folge ist ein sehr energieeffizientes Verfahren.
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Zur Rückgewinnung der Energie von den Autoklav während der Entspannungsphase verlassendem Sattdampf unterhalb des Ausgleichsdruckes wird während der Entspannungsphase aus dem Autoklav austretender Sattdampf in einem mit einem Speichermedium gekühlten Kondensator unter Aufheizung des Speichermediums kondensiert. Die von dem Speichermedium in Form von Wärme aufgenommene Energie wird daraufhin gespeichert und in einem weiteren Autoklav zum Aufheizen desselben während der Aufheizphase und/oder zum Vorwärmen von zu härtenden Formkörpern in einer Vorwärmphase genutzt.
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Bei der Zwischenspeicherung der von dem Speichermedium in Form von Wärme aufgenommenen Energie kann vorteilhaft Wasser unter atmosphärischem Druck verwendet werden.
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Wird die von dem Speichermedium aufgenommene Wärmeenergie in einem weiteren Autoklav zum Aufheizen desselben während der Aufheizphase oder zum Vorwärmen von zu härtenden Formkörpern in einer Vorwärmphase eingesetzt, so kann eine aktive Vorwärmung bis zu Temperaturen der Rohlinge von 100°C unter ausschließlicher Verwendung der Abwärme aus vorangegangenen Produktionszyklen erfolgen.
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Bevorzugt wird als Medium zum Vorwärmen von zu härtenden Formkörpern in der Vorwärmphase gesättigte Feuchtluft bei Umgebungsdruck eingesetzt, wobei die Vorwärmphase in einer externen Vorkammer oder im Autoklaven selbst durchgeführt werden kann. Der Wärmeübergang findet dann vor allem durch Kondensation statt.
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Zum Speichern der von dem Speichermedium aufgenommenen Energie werden gemäß einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens gestufte Energiespeicher verwendet, die die von dem Speichermedium aufgenommene Energie bei unterschiedlichen Temperaturen speichern. Ein solches Speichersystem ist in der Lage, während der Entladung Wärme bei steigender Temperatur zur Verfügung zu stellen. Dies kann beispielsweise durch eine Kombination von Thermoölspeichern oder Feststoffspeichern realisiert werden, wobei die Einzelspeicher unterschiedliche Temperaturen aufweisen.
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Bevorzugt wird ein von den Speichern mit Energie versorgter Dampferzeuger zur Erzeugung von Dampf entsprechend dem zunehmenden Druck im Autoklav genutzt.
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Im Bereich hoher Drücke wird vorteilhaft eine Zufeuerung eingesetzt, wenn keine gespeicherte Energie auf dem erforderlichen Temperaturniveau zur Verfügung steht.
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Zur Erzeugung des im Autoklav während der Aufheizphase zuzuführenden Dampfes können mehrere Dampferzeuger eingesetzt werden, die Dampf bei verschiedenen Drücken erzeugen. Mit anderen Worten werden also anstelle eines einzelnen Dampferzeugers mehrere Dampferzeuger kleinerer Leistung eingesetzt. Vorteilhaft sind dabei insbesondere indirekte Dampferzeuger, bei denen die Energieentkopplung über ein Thermoöl erfolgt. Bei der indirekten Dampferzeugung bei variierendem Druckniveau kann auch Abwärmeenergie eingesetzt werden, die beispielsweise aus der Kondensation des Abdampfes gewonnen wurde.
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Bevorzugt wird das während der Haltephase im Autoklav entstehende Kondensat im Autoklav zurückgehalten. Sobald die Rohlinge die Maximaltemperatur erreicht haben, fällt Kondensat aufgrund von Wärmeverlusten an die Umgebung an. Im Gegensatz zur Aufheizphase, in der das Kondensat entfernt wird, um thermomechanische Spannungen und Energieaufwand für die Erwärmung des Wassers auf Maximaltemperatur zu vermeiden, wird das Wasser während der Haltephase im Autoklaven zurückgehalten. Vorteilhaft sind dabei Auffangbehälter im unteren Bereich des Autoklav vorgesehen. Bei Druckabsenkung im Autoklav verdampft das aufgefangene Kondensat teilweise und kann zusammen mit dem übrigen Sattdampf einer weiteren Nutzung zugeführt werden.
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Die Rohlinge können nach dem Ausfahren aus dem Autoklav unter Rückkondensation der anfallenden Feuchtluft gekühlt werden, womit eine weitere Energierückgewinnung erfolgt. Die Kühlung kann dabei in drucklosen Kammern stattfinden.
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Ferner schafft die vorliegende Erfindung zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe eine Anlage zum hydrothermalen Härten von Formkörpern mittels Sattdampf, bei Drücken bis zu 16 bar, umfassend zumindest einen Autoklav, wobei dem Autoklav ein Kondensator nachgeschaltet ist, in dem den Autoklav während einer Entspannungsphase des Härtungsprozesses verlassender Sattdampf kondensiert und die anfallende Kondensationswärme an ein Speichermedium eines Speichersystems übertragen wird, das insbesondere bei Umgebungsdruck betrieben wird.
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Das Speichersystem weist gemäß einer Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung gestufte Wärmespeicher auf, die das Speichermedium bei unterschiedlichen Temperaturen speichern.
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Als Wärmespeicher werden bevorzugt Thermoölspeicher oder Feststoffspeicher eingesetzt.
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Im unteren Bereich des wenigstens einen Autoklav kann ein Auffangbehälter zum Auffangen des während einer Haltephase des Härtungsprozesses anfallenden Kondensats vorgesehen sein.
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Die Anlage ist derart ausgebildet, dass die von dem Speichersystem in Form von Wärme aufgenommene Energie in einem weiteren Autoklav zum Aufheizen desselben während der Aufheizphase und/oder zum Vorwärmen von zu härtenden Formkörpern in einer Vorwärmphase genutzt wird.
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Bevorzugt ist ein Dampferzeuger vorgesehen, der über das Speichersystem mit Energie versorgt wird. Vorteilhaft ist dem Dampferzeuger eine Zufeuereinrichtung nachgeschaltet, die zusätzliche Energie bereitstellt, sobald die von dem Speichersystem zur Verfügung gestellte Energie nicht ausreichend ist.
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Vorteilhaft ist eine mit Feuchtluft betriebene Vorwärmkammer zum Vorwärmen von Formkörperrohlingen vorgesehen.
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Auch kann die Anlage vorteilhaft eine mit Luft betriebene separate Trockenkammer (122) aufweisen, der ein Kondensator nachgeschaltet ist, in dem die in der die Trockenkammer (122) verlassenden Luft enthaltene Feuchtigkeit auskondensiert und die Kondensationswärme an ein Speichermedium abgegeben wird.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung genauer beschrieben. Darin ist
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1 ein Diagramm, das den Energiebedarf während des Aufheizens von Rohlingen im Autoklav in Abhängigkeit von dem im Autoklav vorherrschenden Druck zeigt;
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2 eine schematische Ansicht, die ein Schaltschema für die Vorwärmung der Rohlinge im Autoklav in Feuchtluftatmosphäre zeigt;
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3 eine schematische Ansicht, die ein Schaltschema für eine Vorwärmung von Rohlingen in externen Feuchtkammern zeigt;
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4 eine schematische Ansicht, die ein Schaltschema für eine Aufheizung von Rohlingen über Sattdampf mit variablem Druck zeigt, wobei die hierzu erforderliche thermische Energie durch gestufte Energiespeicher bereitgestellt wird; und
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5 eine schematische Ansicht, die ein Schaltschema für das Trocknen von gehärteten Formkörpern nach Verlassen des Autoklaven zur Rückgewinnung der Restwärme zeigt.
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1 zeigt ein Diagramm, das den Energiebedarf während des Aufheizens von Rohlingen im Autoklav in Abhängigkeit von dem im Autoklav vorherrschenden Druck zeigt. Dabei ist der den Gesamtenergiebedarf im Autoklav repräsentierende Kurvenverlauf mit der Bezugsziffer 10, der den Anteil der Rohlinge am Gesamtenergiebedarf repräsentierende Kurvenverlauf mit der Bezugsziffer 12, der den Anteil des Wassers in den Rohlingen am Gesamtenergiebedarf repräsentierende Kurvenverlauf mit der Bezugsziffer 14, der den Anteil des Behälters am Gesamtenergiebedarf repräsentierende Kurvenverlauf mit der Bezugsziffer 16 und der den Anteil des Wasserdampfs und der Luft am Gesamtenergiebedarf repräsentierende Kurvenverlauf mit der Bezugsziffer 18 bezeichnet.
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Anhand der Darstellung gemäß 1 wird deutlich, dass die Energie nicht linear mit dem Druck ansteigt. Unter der Annahme einer Starttemperatur von 20°C wird bis zum Erreichen eines Partialdruckes von 1 bar ca. 30% der insgesamt erforderlichen Energie benötigt. Bei einem Partialdruck von 3 bar ist bereits 50% der Gesamtenergie eingekoppelt. Ursache für diese Verteilung ist der logarithmische Zusammenhang zwischen Druck und zugehöriger Sättigungstemperatur. Bei niedrigen Drücken sind Druckerhöhungen mit wesentlich stärkeren Änderungen der Sättigungstemperaturen verbunden als bei höheren Drücken. Entsprechend steigt die sensible Energie der Teilsysteme schneller im unteren Druckbereich.
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Aus den Kurvenverläufen 10, 12, 14, 16 und 18 ist abzuleiten, dass im unteren Druckbereich bis zu einem Partialdruck des Wasserdampfes von 1 bar ein deutlicher Anteil der insgesamt erforderlichen Energie bei Temperaturen bis zu 100°C eingekoppelt werden kann. Dieser Temperaturbereich ist im Hinblick auf eine verbesserte Einbindung von Abwärme von besonderem Interesse, da ein Großteil der Abwärme in dieser Temperatur anfällt, für die bei herkömmlichen Verfahren zum hydrothermalen Härten von Formkörpern bislang keine Nutzungskonzepte vorgesehen sind. Darüber hinaus kann hier Wasser unter Atmosphärendruck für die Zwischenspeicherung eingesetzt werden.
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Darüber hinaus lässt sich aus den Kurvenverläufen 10, 12, 14, 16 und 18 in 1 ableiten, dass bei einem Druck von ca. 3 bar, bei dem das Überlassen von Dampf von einem gebenden Autoklav in einen nehmenden Autoklav bei derzeit eingesetzten Verfahren zum hydrothermalen Härten von Formkörpern spätestens beendet wird, noch mindestens 50% der bei der Aufheizung aufgewendeten Energie im Autoklav vorhanden ist und nicht benutzt wird. Die Energie im Wasserdampf im Autoklav leistet nur einen geringen Beitrag.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum hydrothermalen Härten von Formkörpern kombiniert verschiedene Einzelmaßnahmen, um im größeren Umfang als bisher Abwärme zu nutzen und in nachfolgende Prozesszyklen einzukoppeln, was nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 6 im Einzelnen beschrieben wird.
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2 zeigt ein Schaltschema für die Vorwärmung von Rohlingen 20 in Autoklaven 22 in Feuchtluftatmosphäre.
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In der Entspannungsphase des erfindungsgemäßen Härtungsverfahrens wird der den Autoklav 22 verlassende Dampf nicht wie beim Stand der Technik direkt einem weiteren Autoklav 22 oder einem Ruthsspeicher zugeführt, sondern stattdessen über eine Leitung 24 in einen Kondensator 26 geleitet, der von einem durch eine Thermoölleitung 28 strömenden Thermoöl gekühlt wird, dessen Temperatur unterhalb der Kondensationstemperatur liegt. Die von dem Thermoöl aufgenommene Wärme wird in einem Wärmespeicher 30 bei Temperaturen oberhalb von 100°C gespeichert. Der Einsatz des Kondensators 26 ermöglicht die Absenkung des Drucks mindestens bis auf Umgebungsdruck. Falls die Autoklaven 22 dafür geeignet sind, kann auch Unterdruck erreicht werden. Nach Ablassen des Dampfes aus dem Autoklav 22 werden diesem die Rohlinge 20 entnommen.
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In einem sich anschließenden Zyklus wird der Autoklav 22 mit neuen Rohlingen 20 bestückt. Daraufhin wird aus einem vom Autoklav 22 gespeisten Kondensatspeicher 32 mittels einer Pumpe 34 Kondensat über eine Leitung 36 einem Wärmetauscher 38 zugeführt. In diesem Wärmetauscher 38 wird das Kondensat über Thermoöl, das dem Wärmespeicher 30 entnommen und mittels einer Pumpe 40 über eine Leitung 42 dem Wärmetauscher 38 derart erhitzt, dass gesättigte feuchte Luft mit Umgebungsdruck und Temperaturen zwischen 80 bis 100° beim Eindüsen in den Autoklav 22 erzeugt wird, in den das Kondensat über die Leitung 44 zur Vorwärmung der darin enthaltenen Rohlinge 20 geleitet wird. Das den Wärmetauscher 38 über die Leitung 46 verlassene Thermoöl wird einem weiteren Wärmespeicher 48 zugeführt, in dem das Thermoöl bei Temperaturen von weniger als 100°C gespeichert wird. Bei Bedarf wird dem Kondensator 26 unter Einsatz einer in der Leitung 28 vorgesehenen Pumpe 50 Thermoöl aus dem Wärmespeicher 48 zugeführt.
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Da die Vorwärmung unter Umgebungsdruck durchgeführt wird, können alternativ auch einfach aufgebaute Vorwärmkammern 60 eingesetzt werden, wie es in 3 gezeigt ist. Die Zeitdauer für die Vorwärmung kann in diesem Fall ausgedehnt werden, da der in den Autoklaven 20 stattfindende Härtungsprozess hierdurch nicht beeinträchtigt wird. Die verfügbaren Autoklaven 22 werden entsprechend ausschließlich für die Produktionsschritte genutzt, bei denen die Rohlinge 20 unter einer Druckbeaufschlagung stehen. Ein mögliches Schaltschema für ein derartiges externes Vorwärmen unter Verwendung einer Vorwärmkammer 60 ist in 3 gezeigt. Hierbei wird Kondensat, das in einem vorherigen Vorgangzyklus der Vorwärmkammer 60 entnommen wurde, aus einem Kondensatspeicher 62 mittels einer Pumpe 64 über einer Leitung 66 einem Wärmetauscher 68 zugeführt. In dem Wärmetauscher 68 wird das Kondensat analog zu dem unter Bezugnahme auf 2 beschriebenen Vorwärmverfahren mit einem Thermoöl derart erhitzt, dass gesättigte feuchte Luft unter Umgebungsdruck bei Temperaturen zwischen 80 bis 100°C entsteht. Das Thermoöl wird einem Wärmespeicher 30 entnommen, der dieses bei Temperaturen oberhalb von 100°C speichert, und dem Wärmetauscher 68 über eine Leitung 42 unter Einsatz einer Pumpe 40 zugeführt. Nach erfolgtem Wärmetausch wird das Thermoöl dann über eine Leitung 46 einem weiteren Wärmespeicher 48 zugeführt, der dieses bei Temperaturen unterhalb von 100°C speichert. Die aus dem Wärmetauscher 68 kommende gesättigte feuchte Luft wird über eine Leitung 70 der Vorwärmkammer 60 zugeführt, wobei sie vorab durch eine in der Leitung 70 vorgesehene Wassereinspritzeinrichtung 72 angereichert wird.
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4 zeigt ein Schaltschema für eine Aufheizung von Rohlingen 20 über Sattdampf mit variablem Druck, wobei die hierzu erforderliche thermische Energie durch gestufte Energiespeicher 80, 82, 84 und 86 bereitgestellt wird, bei denen es sich vorliegend um Thermoölspeicher handelt. Der dem Autoklav 22 während der Entspannungsphase entnommene Sattdampf wird unter Einsatz einer Pumpe 88 über eine Leitung 90 einem Kondensator 92 zugeführt. In dem Kondensator 92 gibt das Kondensat seine thermische Energie an ein durch eine Thermoölleitung 94 strömendes und unter Umgebungsdruck stehendes Thermoöl ab. In Abhängigkeit von dem Erhitzungsgrad des Thermoöls wird dieses dann einem der Energiespeicher 80, 82, 84 und 86 zugeführt. Genauer gesagt, wird Thermoöl mit einer Temperatur unterhalb von 100°C dem Energiespeicher 80, Thermoöl mit einer Temperatur zwischen 100°C und 120°C dem Energiespeicher 82, Thermoöl mit einer Temperatur zwischen 120°C und 140°C, dem Energiespeicher 84 und Thermoöl mit einer Temperatur zwischen 140°C und 160°C dem Energiespeicher 86 zugeführt.
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Zu Beginn eines Härtungszyklus werden zunächst Rohlinge 20 in den Autoklav 22 gefahren. Daraufhin wird einem Dampferzeuger 96 Druckwasser zur Erzeugung von dem Autoklav 22 zuzuführenden Sattdampf zugeführt. Das Druckwasser wird in dem Dampferzeuger 96 über das Thermoöl erhitzt, das dem Dampferzeuger 96 über eine Leitung 98 gestaffelt aus einem der Energiespeicher 80, 82, 84 und 86 unter Einsatz einer Pumpe 98 zugeführt wird. Nach erfolgtem Wärmetausch verlässt das Thermoöl den Dampferzeuger 96 und wird über eine Leitung 100 erneut dem Kondensator 92 zugeführt. Der im Dampferzeuger 96 erzeugte Sattdampf wird über eine Leitung 102 einer Zufeuereinrichtung 104 und anschließend dem Autoklav 22 zugeführt. Sollte die vom Thermoöl im Dampferzeuger 96 zur Verfügung gestellte Wärmeenergie nicht zur Erzeugung von Sattdampf ausreichen, was insbesondere bei hohen Drücken der Fall ist, so wird die Zufeuereinrichtung 104 zur Erzeugung des erforderlichen Sattdampfes zugeschaltet.
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Das eingesetzte Speichersystem ist also in der Lage, während der Entladung Wärme bei steigender Temperatur zur Verfügung zu stellen. Die von den Energiespeichern 80, 82, 84 und 86 bereitgestellte Energie wird zur Erzeugung von Sattdampf entsprechend dem zunehmenden Druck im Autoklav 22 genutzt. Im Bereich hoher Drücke wird die Zufeuereinrichtung 104 eingesetzt, wenn keine gespeicherte Energie mit dieser Temperatur zur Verfügung steht. Während der Aufheizphase im Autoklav 22 anfallendes Kondensat wird aus dem Autoklav 22 entfernt, um thermomechanische Spannungen und Energieaufwand für die Erwärmung des Wassers auf Maximaltemperatur zu vermeiden. Dieses Kondensat kann dann beispielsweise zum Vorwärmen von Rohlingen 20 in einer externen Vorwärmkammer 60 verwendet werden, wie es zuvor unter Bezugnahme auf 3 beschrieben wurde. Während der Haltephase anfallendes Kondensat wird hingegen im Autoklav 22 zurückgehalten. Der Autoklav 22 wird dann als Druckwasserspeicher benutzt. Hierzu können beispielsweise nicht näher dargestellte Auffangbehälter im unteren Bereich des Autoklav vorgesehen sein. Das Wasser im Autoklav 22 erhöht die thermische Masse und verringert damit die Auskühlgeschwindigkeit während der Haltephase. Bei Druckabsenkung im Autoklav während der Entspannungsphase verdampft das aufgefangene Kondensat dann teilweise und kann zusammen mit dem übrigen Sattdampf dem Kondensator 92 zugeführt werden, in dem die Energie vom Kondensat an das Thermoöl übertragen und dann dem Speichersystem entsprechend dem Temperaturniveau zugeführt wird.
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Als Energiespeicher 80, 82, 84 und 86 können alternativ auch Feststoffspeicher eingesetzt werden.
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Die gestufte Speicherung dient vor allem dazu, eine Entwertung der thermischen Energie durch Vermischung zu vermeiden. Würde nur ein Energiespeicher eingesetzt werden, so ergäbe sich im Energiespeicher eine mittlere Temperatur. Aufgrund der Speicherung in mehreren Energiespeichern 80, 82, 84 und 86 bei unterschiedlichen Temperaturen ist Thermoöl auch bei sehr hohen Temperaturen verfügbar, so dass entsprechend dem steigenden Druck Dampf erzeugt werden kann. Anstelle einer Mehrzahl von Energiespeichern kann auch ein Schichtspeicher verwendet werden.
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5 zeigt ein Schaltschema für das Trocknen von gehärteten Formkörpern 120 nach Verlassen des Autoklav 22 zur Rückgewinnung der Restwärme. Die Formkörper 120 werden nach Verlassen des Autoklav 22 in einer externen Kammer 122 durch Überströmen mit Luft getrocknet. Die Luft nimmt dabei Wasserdampf auf. Die dafür erforderliche Verdampfungswärme wird den Formkörpern 120 entnommen. Die Feuchtluft wird unter Einsatz eines entsprechenden Gebläses 124 über eine Leitung 126 der externen Kammer 122 entnommen und einem Kondensator 128 zugeführt. In dem Kondensator 128 wird die Feuchtluft abgekühlt und der aufgenommene Wasserdampf auskondensiert. Die Kondensationswärme wird in dem Kondensator 128 an ein Speichermedium, beispielsweise in Form von Wasser übertragen. Das Speichermedium wird dem Kondensator 128 mittels einer Pumpe 130 über eine Leitung 132 aus einem Wärmespeicher 134 zugeführt, der das Speichermedium bei einer Temperatur von weniger als 90°C speichert. Das erwärmte Speichermedium verlässt den Kondensator bei einer Temperatur oberhalb von 90°C und wird in einem weiteren Wärmespeicher 136 zur weiteren Verwertung gespeichert. Der Temperaturbereich zwischen 80–100°C ist vorliegend von besonderem Interesse, da hier hohe Wasserbeladungen der Luft möglich sind und bereits geringe Abkühlungen der Feuchtluft zur Freisetzung von signifikanten Mengen an Kondensationswärme führen. Ziel der Trocknung ist einerseits eine teilweise Rückgewinnung der Energie, die in den Formkörpern 120 nach Verlassen des Autoklav 22 gespeichert ist. Andererseits ist eine geringe Feuchte auch für das Endprodukt vorteilhaft, da das Transportgewicht geringer ist und die Formkörper 120 schneller ihr endgültiges Isolationsvermögen erreichen. Die dem Kondensator 128 verlassende Luft, die nunmehr eine geringe Feuchtigkeit aufweist, wird über eine Leitung 138 wieder der externen Trockenkammer 122 zugeführt.
