DE3512463A1

DE3512463A1 - Verfahren zur reduzierung des waermeverbrauchs an flaschenreinigungsmaschinen

Info

Publication number: DE3512463A1
Application number: DE19853512463
Authority: DE
Inventors: Erfinder Wird Nachtraeglich Benannt Der
Original assignee: Holstein und Kappert GmbH; Holstein und Kappert Maschinenfabrik Phonix GmbH
Current assignee: Holstein und Kappert GmbH
Priority date: 1985-04-04
Filing date: 1985-04-04
Publication date: 1986-10-16
Also published as: BE904531A; IT8619925A1; IT1188477B; IT8619925A0; JPS61244789A; DE3512463C2; US4783223A

Description

■* * " 1003/85

das Deutsche Patentamt, München 2. 4. 1985

Verfahren zur Reduzierung des Wärmeverbrauchs an Flaschenreinigungsmaschinen

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und die dazu geeignete Vorrichtung zur Reduzierung des Wärmeverbrauchs an Flaschenreinigungsmaschinen unter Einsatz einer Wärmepumpe, mittels welcher die der letzten Spritzabteilung zugeführte Wärmemenge teilweise entzogen und einer der Vorwärmz^nen zugegeben wird.

Der Einsatz von Wärmepumpen im Bereich von Flaschenreinigungsmaschinen wird seit einiger Zeit intensiv verfolgt. Insbesondere wurde bereits vorgeschlagen, das aus der Reinigungsmaschine ablaufende Schmutzwasser zum Zwecke der Wärmerückgewinnung einzusetzen, zumal dieses Abwasser einerseits ein relativ hohes Temperaturniveau aufweist und andererseits die gesetzlichen Bestimmungen eine bestimmte Abwasserabgabetemperatur bei Einleitung ins öffentliche Netz vorschreiben. Bei Einsatz einer Wärmepumpe wird dabei deren Wärmeseite von der Lauge und die Kälteseite von dem Abwasser der Reinigungsmaschine durchflossen. (Vertrag Brunnen-Fachgespräch, 30. 11. 1981, Darmstadt).

Bei Verwendung des ablaufenden Schmutzwassers mit entsprechend hoher AbI auf temperatur wird der Einsatz einer Wärmepumpe aber erst wirtschaftlich, wenn dem Abwasser eine geeignete Wärmemenge

entzogen wird. Hierbei müssen die Temperaturen praktisch bis in den Bereich von 10 ⁰C bis 15 ⁰C auf der Kälteseite der Wärmepumpe sinken, woraus eine hohe Temperaturdifferenz zwischen der Kälteunü Wärmeseite entsteht. Diese hohe Differenz zwischen Abwassarendtemperatur und Laugenendtemperatur auf der Wärmeseite erfordert eine entsprechend hohe Verdichterleistung, so daß die daraus resultierende niedrige Leistungsziffer den Einsatz einer Wärmepumpe als unwirtschaftlich erscheinen läßt. Man ist deshalb dazu übergegangen, daß aus der ersten Vorwärmeinrichtung ablaufende Wasser in einer Rückkühleinrichtung mittels eines Wärmeaustauschers abzukühlen und dem Wassser zuzuführen, wobei das hierbei erwärmte Wasser der Rückkühl einrichtung mittels einer Wärmepumpe abgekühlt und der Rückkühl einrichtung wieder zugeführt und dabei die Flüssigkeit der zweiten Vorwärmeinrichtung auf der Wärmeseite der Wärmepumpe erwärmt wird.

Nach diesem aus der DE-OS 32 05 956 bekannten Verfahren wird zunächst das Abwasser in der Frischwasserspritzzone abgekühlt und dann dem Abwasserkanal zugegeben. Auch hierbei ist ungeachtet der Zuschaltung eines das Spritzwasser erwärmenden Austauschers die Temperaturdifferenz bei nachfolgendem Fluß durch die Wärmepumpe relativ hoch, so daß die eingangs geschilderten Nachteile auch mit diesem vorgeschlagenen Verfahren nicht behoben werden. Darüberhinaus ist bei diesem bekannten Verfahren eine Rückkühlung des Abwassers nur in einem geringen Maße aufgrund der hohen Spritzwasser-

temperatur und der vorgeschalteten Spritzbäder möglich. Es kann demzufolge dem Abwasser nicht die Wärmemenge entzogen werden, wie sie zum Zwecke eines wirtschaftlichen Einsatzes einer Wärmepumpe notwendig wäre, überdies besteht bei an sich jeder Reinigungsmaschine ein Wärmegleichgewicht zwischen Vor- und Rückkühl zone, so daß die bei dem vorgeschlagenen Verfahren anfallende Verdichterleistung nicht untergebracht werden kann. Dieses ist darauf zurückzuführen, daß dem Vorwärmbad (Wärmeseite) eine größere Menge an Wärmeenergie zugeführt wird, als über die Korbträger, Flaschen und dgl. aufgenommen und weitergeleitet werden kann. Als Resultat ist ein unerwünschter Aufheizvorgang festzustellen, der schließlich zum Abschalten der Wärmepumpe führt.

Nach einem weiteren aus der DE-OS 25 10 927 bekannten Verfahren zum Reinigen von Flaschen und dgl. unter Einsatz einer Wärmepumpe wird diese in einem separaten Kreislauf untergebracht, wobei aus der Rückkühlzone Wärme entzogen und direkt in das Zentrallaugenbad eingegeben wird. Zielsetzung bei diesem Verfahren ist im wesentlichen die nahezu totale Frischwassereinsparung. Dadurch muß praktisch die gesamte Rückkühl energie in die Wärmepumpe abgeführt werden. Unter Berücksichtigung einer nach diesem Verfahren vorgeschlagenen Fiaschenabgabetemperatur von 20 ⁰C setzt dieses eine Spritzwassertemperatur in der letzten Zone von ca. 12 C - 15 C voraus. Demnach arbeitet die Wärmepumpe auf der Kälteseite mit ca. 8 ⁰C und auf der Wärmeseite mit ca. 85 C

einschließlich der notwendigen Temperaturgefälle in den Wärmeaustauschern. Daraus ergibt sich, wie auch bei den vorgeschilderten bekannten Verfahren, eine relativ hohe Temperaturdifferenz innerhalb des Wärmepumpenkreisi aufs mit einer daraus resultierenden äußerst niedrigen Leistungsziffer von unter 1,7 , was mit den herkömmlichen Kältemitteln technisch kaum zu verwirklichen ist. Ungeachtet dessen ist bei diesem System unter Einschluß der Kühllast ein Strombedarf von mindestens 250 kw bei einer Flaschendurchsatzleistung einer solchen Flaschenreinigungsmaschine von ca. 50.000 Flaschen/h erforderlich.

Die Erfindung hat sich nun die Aufgabe gestellt, bei einem Verfahren der eingangs genannten Art eine Verbesserung dadurch zu erzielen, daß zunächst eine verfahrenstechnische Eingliederung der Wärmepumpe im eigentlichen Wärmekreislauf der Maschine erfolgt, ohne daß dabei die Abwasserfracht berücksichtigt werden muß und gleichzeitig eine besonders vorteilhafte Leistungsziffer der Wärmepumpe gesichert ist. Insbesondere soll die Verdichterleistung der Wärmepumpe zusätzlich ausgenutzt werden. Hierbei ist als Ziel gesetzt, eine Wärmepumpe im W arme ha us hait der Flaschenreinigungsmaschine derart einzugliedern, daß möglichst geringe Temperaturdifferenzen innerhalb des Wärmepumpenkreisi aufs vorli egen.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst , daß das einer vor der letzten Spritzabteilung

befindlichen weiteren Spritzabteilung entnommene Überschußwasser der Kälteseite einer Wärmepumpe zugegeben und mit verminderter Temperatur erneut der Spritzabteilung zugeleitet wird und dabei die Wärmeseite von der Lauge der letzten und/oder vorletzten Vorwärmzone durchflossen und ein Teilstrom dieser dann erhitzten Lauge der Kälteseite einer zweiten Wärmepumpe zugegeben und von hier aus in die Vorwärmzone zurückgeleitet wird, wobei die Wärmepumpe ihrerseits von einem Teilstrom des Hauptlaugenbades auf der Wärmeseite durchflossen wird, derart, daß die Überschußleistung aus der ersten Wärmepumpe die Erhitzung der aus höherer Temperatur herangeführten Lauge bewirkt und der Teilstrom der Lauge der Kälteseite wieder zur Kühlung der Vorwärmzone herangezogen wird.

Mit dem vorgeschlagenen Verfahren werden die eingangs geschilderten Nachteile ausgeschaltet. Insbesondere wird mit der Kopplung einer zweiten Wärmepumpe die Verdichterleistung der ersten Wärmepumpe voll ausgenutzt. Darüberhinaus arbeiten dadurch die Systemstufen auf den jeweils gegenüberliegenden Seiten (Wärme- und Kälteseite) mit geringen Temperaturdifferenzen, wodurch eine äußerst wirtschaftliche Betriebsweise mit außerordentlich hoher Leistungsziffer (über 5) in der ersten Stufe und über 10 in der zweiten Stufe erreicht werden kann. Dieses führt so weit, daß das Hauptlaugenbad der Maschine im Grenzfall zeitweise ausschließlich mit der Verdichter1 ei stung der eingegliederten Wärmepumpenanlage beheizt werden kann.

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Im Rahmen der Erfindung wird ferner vorgeschlagen, daß bei Einsatz des unter Anspruch 1 beschriebenen Verfahrens die Lauge mindestens einer Vorwärmzone durch Wärmeabgabe einer Spritzabteilung aufhei zbar ist.

In Verbindung mit dem System in Durchlaufrichtung der Flaschen vorgeschalteten Rekuperationsstufen kann eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit erzielt werden. Insbesondere wird der Energieverbrauch mit dem vorgeschlagenen Verfahren wesentlich reduziert. Bei elektromotorisch betriebenen Wärmepumpen kann mit diesem Verfahren ein Gesamtbedarf von ca. 80 kw ■ bei einer Durchsatzleistung der Flaschenreinigungsmaschine von ca. 50.000 Flaschen/h erreicht werden. Hierbei ist als weiterer Vorteil anzusehen, daß die bereits für die Spritzzonen usw. eingegliederten Pumpen auch zur Beschickung des Wärmepumpensystems ohne Veränderungen übernommen werden können.

Im nachfolgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Das Ausführungsbeispiel zeigt eine für das System geeignete Hintereinanderkopplung verschiedener Bäder einer Reinigungsmaschine. Diese Badfolge und auch die Zuordnung von entsprechenden Spritzabteilungen kann jedoch, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, in beliebiger Weise variiert und verändert werden.

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Die Reinigungsmaschine besteht aus einem Gehäuse 1 mit stirnseitig angeordneten Aufgabe- und Entnahmeeinrichtungen zum Eingeben von zu reinigenden Flaschen in Pfei 1 richtung 2 und zur Entnahme der gereinigten Flaschen in Pfei 1 richtung 3. Innerhalb des Maschinengehäuses 1 sind mehrere Vorwärmzonen 4, 5 sowie Laugenvorwärmzonen 6, 7 in Durchlaufrichtung der Flaschen hintereinander geschaltet. Im Anschluß daran befindet sich das eigentliche Hauptlaugenbad 8 mit anschließender Laugespritzabteilung 9 und nachgeschalteten Wasserspritzabteilungen 10, 11, 12, denen eine Frischwasserspritzzone 13 unmittelbar vor der Entnahmevorrichtung für die gesäuberten Flaschen aus der Reinigungsmaschine folgt. Die Vorwärmzonen 4, 5 dienen einerseits zur stetigen Erwärmung der Flaschen bis hin zur eigentlichen Laugebadtemperatur von ca. 80 ⁰C. Gleichzeitig dienen sie mit einer entsprechend ausgebildeten Schleifenführung für die Flaschen zu deren Entleerung von möglicherweise in ihnen befindlichen Rückständen. Diese werden zweckmäßig in der Zone 5 zentral gesammelt und ausgeschieden. Die einzelnen Bäder können in beliebiger Folge und Größenordnung zugeschaltet

sein, wobei eine entsprechend gewählte Bewegungsbahn der Flaschen entlang der Linie 14 vorgesehen ist.

Nachdem die Flaschen die Vorweichzonen 4, 5 verlassen haben, gelangen sie in eine höher temperierte Laugenvorweichzone 6, welcher eine weitere Vorwärmzone 7 unmittelbar vor dem Hauptlaugenbad folgen kann. Bereits in dieser Zone 7 erreichen die Flaschen

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Temperaturen um 70 C. Die endgültige Weichlaugenbehandlung der Flaschen erfolgt dann in dem Hauptlaugenbad 8 mit Temperaturen um 80 ⁰C. Nach Verlassen des Hauptlaugenbades 8 gelangen die Flaschen in den Bereich der eigentlichen Rückkühlabteilungen, deren Temperaturen von beispielsweise 63 C auf 43 C abfallen bis hin zu dem Bereich der eigentlichen Wasserspritzabteilung 13, die eine Badtemperatur von ca. 38 C aufweist und mit Spritzwasser geringen Ausmaßes und einer Temperatur von ca. 33 C betrieben wird. Zur Erzielung dieser zur FlaschenabkühIung vorgesehenen Temperatur kann ein Wärmeaustauscher 15 vorgesehen sein, welcher sekundärsei tig von dem zuzugebenden Frischwasser mit ca. 15 C und primär sei tig von dem etwa 35 ⁰C aufweisenden Abwasser durchflossen wird, wobei dieses relativ hoch temperierte Abwasser mit entsprechend niedriger Temperatur, beispielsweise 17 C, dem Abwassernetz innerhalb des gesetzlich vorgeschriebenen Temperaturbereiches zugegeben werden kann.

Zur Verminderung des Wärmeverbrauchs derartiger Reinigungsmaschineη ist nun innerhalb des Wärmekreislaufes einer solchen Maschine eine Wärmepumpe 16 vorgesehen, die auf der Kälteseite 17 von dem Überschußwasser einer vor der Spritzabteilung 11 vorgesehenen weiteren Spritzabteilung 10 durchflossen wird. Das rückgekühlte Wasser wird den Spritzdüsen 18 wieder zugegeben. Auf der Wärmeseite 19 durchfließt die Lauge der letzten und/oder vorletzten Laugenvorwärmzone 6, 7 den entsprechenden Wärmepumpenkreislauf, wobei die mit erhöhter

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Temperatur die Wärmepumpe 16 verlassende Lauge diesem Laugenvorwärmbad 7 über Leitungen 20 und Spritzdüsen 20' wieder zugegeben wird. Ein Teilstrom dieser Lauge der Wä'rmeseite Iy wird über eine Leitung 21 der Kälteseite 22 einer zweiten Wärmepumpe 23 zugegeben und gelangt von hier aus ebenfalls in das Laugenvorwärmbad 7 zurück. Die zweite Wärmepumpe 23 wird auf der Wärmeseite 24 von einem durch die Leitung 25 herangeführten Teilstrom des Haupt laugenbades 8 durchflossen. Dabei beträgt die eingangsseitige Temperatur der Lauge etwa 80 C und die ausgangsseitige Laugentemperatur beispielsweise 85 C. Diese erhitze Lauge wird mittels einer Leitung 26 dem Hauptlaugebad 8 wieder zurückgegeben. Zweckmäßig wird dieser Teilstrom der Lauge einer vorhandenen Schwal1 eitung 27 entnommen und von dort aus zur zweiten Wärmepumpe 23 geleitet. In der dargestellten Kombination des Fließ Schemas wird die Überschußleistung der ersten Wärmepumpe 16 zur Erhitzung der aus dem Hauptlaugenbad 8 herangeführten Lauge herangezogen. Der in entsprechender Weise auf der Kälteseite herangeführte Laugenanteil wird über die Leitung 28 in die Vorwärmzone 7 zu deren Kühlung wieder zurückgeleitet. Aufgrund der vorgesehenen geringen Temperaturdifferenzen auf den jeweiligen Wärme- und Kälteseiten der Wärmepumpen 16, 23 werden nur geringe Verdichter1 eistungen zur Aufrechterhaltung der für den Wärmehaushalt erforderlichen Temperaturen benötigt, zumal die Vorlauf tempera türen sehr hoch sind und insofern eine große Menge an

Wärmeenergie ansteht.

Sofern in diesem System aufgrund bestimmter Wärmeverhältnisse eine Veränderung oder Anpassung erforderlich wird, kann ein Teil -

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strom der Lauge aus der Vorwärmzone auch vor der Wärmepumpe 16 abgezogen und mittels der Leitung 21 direkt der Kälteseite 22 der zweiten Wärmepumpe 23 zugeführt werden.

Eine weitere wirtschaftliche Verbesserung des Verfahrens kann dadurch erfolgen, daß beispielsweise das Oberschußwasser aus der Laugenspritzabtei1ung 9 durch einen Wärmeaustauscher 29 den Spritz düsen wieder zugeleitet wird, wobei der Wärmeaustauscher auf der Sekundärseite von der Lauge der ersten Laugenvorweichstation 6 durchflossen wird. Das vorbeschriebene Verfahren kann auch durch direkte Kopplung der Wasserspritzzone 10 mit dem Hauptlaugebad 8 vollzogen werden, wobei allerdings entsprechend höhere Temperaturdifferenzen vorliegen und insofern auch ein höherer 'Energieverbrauch erwartet werden muß.

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Claims

r 3 C " 1003/85 ' λ - 1 - das Deutsche Patentamt, München 2. 4. 1985 * Pa tentansprüche

1. Verfahren zur Reduzierung des Wärmeverbrauchs an Flaschenreinigungsmaschinen unter Einsatz einer Wärmepumpe, mittels welcher die der letzten Spritzabteilung zugeführte Wärmemenge teilweise entzogen und einer der Vorweichzonen zugegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß das einer vor der letzten Spritzabteilung (11) befindlichen weiteren Spritzabteilung (10) entnommene Überschußwasser der Kälteseite (17) einer Wärmepumpe (16) zugegeben und mit verminderter Temperatur erneut der Spritzabteilung (10) zugeleitet wird und dabei die Wärme-Seite (19) von der Lauge der letzten und/oder vorletzten Vorwärmezone (6, 7) durchflossen und ein Teilstrom dieser dann erhitzten Lauge der Kälteseite (22) einer zweiten Wärmepumpe (23) zugegeben und von hier aus in die Vorwärmzone zurückgeleitet wird, die ihrerseits von einem Teilstrom des Hauptlaugenbades (8) auf der Wärmeseite (24) durchflossen wird, derart, daß die Überschußleistung aus der ersten Wärmepumpe (16) die Erhitzung der aus höherer Temperatur herangeführten Lauge bewirkt und der Teilstrom der Lauge der Kälteseite (22) wieder zur Kühlung der Vorwärmzone (6, 7) herangezogen wird.

2. Verfahren zur Reduzierung des Wärnieverbrauchs an Flaschenreinigungsmaschinen mit als Vorweichzonen angeordneten Vor-

Warmbädern und zusätzlicher Laugenspritzabtei1ung , dadurch gekennzeichnet, daß bei Einsatz des unter Anspruch 1 beschriebenen Verfahrens die Lauge mindestens einer Vorwärmzone (6) durch Wärmeabgabe einer Spritzabteilung (9) aufheizbar ist.

3. Reinigungsmaschine zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2, bestehend aus ein oder mehreren Vorwärmzonen, einem Haupt 1augebad und oberhalb dieser Stationen angeordneten Lauge- und Wasserspritzabteilungen, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Vorwärmzone (6, 7) die Wärmeseite (19) einer Wärmepumpe (16) verbunden ist, deren Kälteseite (17) eine Verbindung mit der ersten und/oder zweiten Wasser.spritzabteilung (10, 11) aufweist und die ausgangsseiti ge Verbindung (20) in Richtung der Vorwärmzone (7) eine Abzweigleitung (21) aufweist, die mit der Kälteseite (22) einer zweiten Wärmepumpe (23) korrespondiert und in die betreffende Vorwärmzone (7) zurückgeführt ist und die Wärmeseite (24) dieser zweiten Wärmepumpe (23) einen Kreislauf (25, 26) zum Hauptlaugebad (8) aufweist.

4. Reinigungsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsleitung (25) des Hauptlaugebades (8) zur Wärmeseite (24) der zweiten Wärmepumpe (23) von der Schwallleitung (27) abgeführt ist.

5. Reinigungsmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Abzweigleitung (21) vor der ersten Wärmepumpe (16) angeordnet ist.