EP1901017A1 - Verfahren und Anlage zum Trocknen von Gegenständen - Google Patents
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- EP1901017A1 EP1901017A1 EP07014745A EP07014745A EP1901017A1 EP 1901017 A1 EP1901017 A1 EP 1901017A1 EP 07014745 A EP07014745 A EP 07014745A EP 07014745 A EP07014745 A EP 07014745A EP 1901017 A1 EP1901017 A1 EP 1901017A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F26—DRYING
- F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
- F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
- F26B21/14—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects using gases or vapours other than air or steam, e.g. inert gases
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F26B25/005—Treatment of dryer exhaust gases
- F26B25/006—Separating volatiles, e.g. recovering solvents from dryer exhaust gases
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- F26B2210/00—Drying processes and machines for solid objects characterised by the specific requirements of the drying good
- F26B2210/12—Vehicle bodies, e.g. after being painted
Definitions
- Object of the present invention is to provide a method and a system of the type mentioned, in which with less energy use more effective purification of the inert gas can be achieved.
- the condensation of the impurities contained in the inert gas does not take place "in one step" at the lowest temperature required for this, but in stages.
- the higher-boiling condensates are separated and removed from the inert gas on a not so heavily cooled surface.
- the impurities removed in the first stage must not be cooled down to the lower temperatures, which has an energetically favorable effect. In this way, only the lowest-boiling impurities arrive at the most cooled surface and likewise become essentially liquid there. Their drainage is not hindered by solid precipitated impurities.
- liquid gas For cooling the surface at the lowest temperature, at which contaminated inert gas is passed along, at least partially liquid gas can be used, which is removed from a reservoir. Instead of or in addition to the liquid gas, it is also possible to use gas for this purpose which has been evaporated shortly before and is therefore close to the evaporation temperature.
- cryogenics can be used to cool the coolest surface and refrigerant, which is taken from a conventional chiller.
- a variant of the method should be used in which at least a portion of the cooled surfaces, along which contaminated inert gas is passed, is cleaned mechanically from time to time, by rinsing or thermally, especially by hot steam.
- FIG. 1 shows a generally designated by the reference numeral 1 system for drying vehicle bodies, which has three main components: the actual drying zone having a dryer 2, a condensing device 3 and a storage tank 4 for liquid nitrogen. These three main components are interconnected in the manner described below and supplemented by various smaller aggregates.
- the dryer 2 has a known construction.
- the vehicle bodies coming from a paint booth, not shown, are continuously passed through the drying zone of the dryer 2 by means of a conveyor system and heated there, so that solvents are expelled or the paint cures in any other known manner.
- This drying process takes place because of the paints used in an inert gas atmosphere.
- Embodiment is used as an inert gas nitrogen; other inert gases, in particular CO 2 or helium can also be used.
- the inert gas during the operation of the dryer 2 impurities, especially solvents or cracking products of the paint receives, it must be cleaned constantly or intermittently. This happens as in the above mentioned DE 10 2004 025 528 A1 is described in more detail, characterized in that the dryer 2 extracted inert gas in the condenser 3 is cooled so that ultimately all contaminants are condensed out, and that the purified inert gas is then reheated and fed to the dryer 2.
- the peculiarity of the system 1 described here consists in the configuration of the condensation device 3, which is surrounded in Figure 1 with dash-dotted lines. It is supplied to the inert gas from the dryer 2 by means of a blower 5 via a multi-way valve 6. The temperature of this inert gas is about 200 ° C.
- the first component of the condensation device 3, into which the inert gas passes, is a first heat exchanger 7. Like the other heat exchangers mentioned below, this is configured as a tube heat exchanger. The inert gas coming from the dryer 2 is fed into the space surrounding the tube system.
- the tube system itself is flowed through in Figure 1 coming from the right in countercurrent already cleaned and precooled inert gas. This cools the contaminated inert gas flowing around the tubes so far that the high-boiling impurities can condense out and can be removed via a condenser outlet 8.
- the temperature the inert gas entering through the inlet 9 into the tube system of the first heat exchanger 7 is in a manner which becomes clearer below, upon entry into the first heat exchanger 7 on sth a minus 40 ° C. It leaves the first heat exchanger 7 via the outlet 10 at a temperature of about 50 ° C, then it is fed to an air heater 11, which it leaves at a temperature of about 200 ° C. At this temperature, the purified inert gas is then introduced again into the dryer 2.
- the contaminated, conveyed by the fan 5 inert gas has a temperature of about 110 ° C when leaving the first heat exchanger 7.
- the inert gas passes through two multiway valves 12, 13, the importance of which also becomes clear below, and enters a second heat exchanger 14.
- the same processes as in the first heat exchanger 7 but at lower temperatures take place in the second heat exchanger 14. This means that the pre-cleaned, already slightly cooler inert gas flows around the tube system and, cooled by this, leaves the second heat exchanger 14 at an outlet 15 at a temperature of about 20 ° C.
- purified inert gas enters the tube system of the second heat exchanger 2 at the inlet 17 at a temperature of about minus 130 ° C and is flowing through this tube system of the tube surrounding the partially purified inert gas to a temperature of about heated to minus 40 ° C, with which, as already mentioned above, enters the first heat exchanger 7 via the inlet 9.
- This heat exchanger 19 is also a tube heat exchanger; however, unlike the first two heat exchangers 7 and 14, it has two separate tube systems 20a and 20b.
- the tube system 20a has an inlet 21a and an outlet 22a, while the tube system 20b has an inlet 21b and an outlet 22b.
- These condensates are fed to a condensate drain 23 and disposed of.
- This liquid nitrogen is fed to an inlet 25 of an evaporator 24.
- the evaporator 24 is also a tube heat exchanger.
- the liquid nitrogen withdrawn from the reservoir 4 is introduced into the tube system evaporates the evaporator 24 and leaves the evaporator 24 via an outlet 26 at a temperature of about minus 160 ° C.
- the gaseous nitrogen then passes through the second tube system 20b of the third heat exchanger 19 from its inlet 21b to its outlet 22b and is thereby heated to a temperature of about 0 ° C. With this temperature, the nitrogen then enters the space surrounding the tube system of the evaporator 24 and is again cooled down there to a temperature of about minus 160 ° C.
- the nitrogen then enters the tube system 20a of the third heat exchanger 19 and passes through it from its inlet 21a to the outlet 22a. It then has a temperature of about 0 ° C. Thereafter, it is the third heat exchanger 19 leaving, purified inert gas admixed, so that the arrived in the input 17 of the second heat exchanger 14 inert gas, which is composed of purified, recirculated inert gas and fresh, the reservoir 4 entnommendem inert gas, now a temperature of minus 130 ° C has.
- the supply of fresh nitrogen from the reservoir 4 is adapted on the one hand to the required cooling capacity and on the other hand to the inevitable loss of inert gas, in particular within the dryer 2.
- a portion of the condensate does not completely drain from the heat exchangers 7 and 14, but rather attaches to the outer walls of the tube systems.
- the heat exchangers 7, 14 must therefore be cleaned from time to time.
- the tubes surrounding the heat exchangers 7 and 14 surrounding spaces via a line 27 and the above-mentioned multi-way valves 6 and 13 solvents are added.
- the adhering to the tube system condensates are dissolved and flushed out.
- the loaded with the detached contaminants solvent is disposed of via the multi-way valves 12 and 18.
- the heat exchangers 7 and 14 can also be cleaned thermally, for example by hot steam.
- a dryer 102 is removed with the help of the blower 105 contaminated inert gas and the purified via the air heater 111 inert gas at a temperature of about 200 ° C is supplied.
- a condensing device 103 the contaminated inert gas is supplied again at a temperature of 200 ° C via a multi-way valve 106. It flows through the space surrounding the tube system of the first heat exchanger 107 and leaves it at a temperature of about 20 ° C. The higher-boiling impurities are condensed out and fed to the condensate outlet 108.
- the tube system of the heat exchanger 107 is flowed through in countercurrent of inert gas, which arrives at a temperature of about minus 80 ° C and leaves the heat exchanger 107 at a temperature of about 100 ° C.
- the partially cleaned inert gas leaving the first heat exchanger 107 enters the second heat exchanger 114 via the multi-way valve 112. It flows through the space surrounding the tube system and is cooled down to a temperature of about minus 80 ° C.
- the lower boiling impurities are condensed out and disposed of via the condensate drain 123.
- the thus purified inert gas leaves the second heat exchanger 114 at a temperature of about minus 80 ° C, enters the tube system of the first heat exchanger 107 and is heated there to a temperature of 100 ° C, with which it is the air heater 111 is supplied. This brings, as already mentioned, the cleaned inert gas to the prevailing in the dryer 102 temperature of 200 ° C.
- the tube system of the second heat exchanger 114 is flowed through by a refrigerant which has been cooled by a refrigerant source 104 when entering the tube system of the second heat exchanger 114 to a sufficiently low temperature.
- the refrigerant source 104 includes a dual-circuit cascade. Each of these cascades in turn has a compressor 140, 140 ', a condenser 141, 141' and an expansion throttle 142, 142 '. Each of the two stages of the two-cascade comprises a closed refrigerant circuit.
- the first stage refrigerant cycle leads from the compressor 140 via the condenser 141, the throttle 142 and the second heat exchanger tube system 114, while the second stage refrigerant cycle from the compressor 140 'passes through the tube system of FIG Condenser 141 ', the throttle 142' and the tube system of the first stage condenser 141 leads.
- the second stage condenser 141 ' is cooled by a fan 143. Alternatively, here is also a water cooling in question.
- the first heat exchanger 107 in which the higher-boiling impurities are deposited is occasionally cleaned.
- solvent is introduced via a line 127 and the multi-way valve 106 into the space surrounding the tube system of the heat exchanger 107. This space is flushed through, with the condensate deposited on the tube system dissolving. The so leading the impurities with solvent is discharged through the multi-way valve 112 and disposed of.
- Both embodiments described above can be operated in the following manner: First, the inert gas within the drier 2 or 102 is concentrated without purification to a certain limit of impurities. During this time or part of this time, the condensing device 3 or 103 can be cleaned. When the mentioned limit of impurity concentration is reached, the inert gas is purified by means of the condensing means 3 and 103, respectively.
- the condensing means 3 and 103 shown in FIGS. 1 and 2 can be provided in duplicate. Then one of the condensation devices 3 or 103 is in use for cleaning the inert gas taken from the dryer 2 or 102, while the other condensation device 3 or 103 is freed of separated condensate.
- collected condensate can be used as a flushing agent for cleaning the heat exchangers and, on the other hand, can be supplied to a post-treatment installation, for example a thermal afterburning apparatus, for disposal.
- the contaminated inert gas flows through each of the tube system of the various heat exchangers 7, 14, 19, 107, 114 surrounding space, while the counter-current through the heat exchanger 7, 14, 19, 107, 114 guided clean inert gas flows through the respective tube system.
- the inverse operation is possible, in which the contaminated inert gas flows through the tube system and the purified inert gas surrounds the space surrounding the tube system of the various heat exchangers 7, 14, 19, 107, 114.
- the impurities separate on the inner surface of the tube systems and must be removed from time to time.
- the mechanical possibility in which pigs are sent through the tube system to scrape off the contaminants from the corresponding walls.
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Abstract
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trocknen von Gegenständen, insbesondere von lackierten Fahrzeugkarosserien, bei dem
- a) die Gegenstände durch eine Trockenzone bewegt werden, in der sie in einer Inertgasatmosphäre ausgehärtet werden;
- b) der Trockenzone ständig oder intermittierend Inertgas entnommen wird, das an mindestens einer Fläche entlang geleitet wird, die auf eine Temperatur gekühlt ist, die unterhalb des Taupunktes von im Inertgas enthaltenen Verunreinigungen liegt,
sowie
eine Anlage zum Trocknen von Gegenständen, insbesondere von lackierten Fahrzeugkarosserien, mit - a) einem Trocknertunnel, dessen Innenraum mit einer Inertgasatmosphäre gefüllt ist;
- b) einem Fördersystem, mit dem die Gegenstände durch den Trocknertunnel bewegt werden können;
- c) einer Kondensationseinrichtung, die mindestens eine Komponente enthält, die eine Oberfläche aufweist, die unter den Taupunkt von mit dem Inertgas mitgeführten Verunreinigungen kühlbar ist.
- In jüngster Zeit gewinnen zunehmend Lacke Bedeutung, die in einer Inertgasatmosphäre z. B. unter UV-Licht ausgehärtet werden müssen, um unerwünschte Reaktionen mit Bestandteilen der normalen-Atmosphäre, insbesondere mit Sauerstoff zu verhindern. Diese neuartigen Lacke zeichnen sich durch eine sehr große Oberflächenhärte und durch kurze Polymerisationszeiten aus. Der letztgenannte Vorteil setzt sich bei Lackieranlagen, die im kontinuierlichen Durchlauf betrieben werden, unmittelbar in geringere Anlagenlängen um, was selbstverständlich zu erheblich niedrigeren Investitionskosten führt.
- Um den Verbrauch an Inertgas zu reduzieren und auf diese Weise Kosten zu sparen, ist es aus der
DE 10 2004 025 528 A1 bekannt, dem Trocknertunnel ständig oder intermittierend Inertgas zu entnehmen. Dieses wird dann an einer Fläche entlang geleitet, die auf eine Temperatur abgekühlt ist, die unterhalb des Taupunktes der am niedrigsten siedenden, im Inertgas enthaltenen Verunreinigungen liegt. Auf diese Weise kondensieren im wesentlichen alle Verunreinigungen an dieser einen gekühlten Fläche aus. - Diese bekannte Anlage und dieses bekannte Verfahren, die mit einer einzigen Kondensationstemperatur arbeiten, sind energetisch und bezüglich der Reinigungseffizienz noch nicht optimal.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen, bei denen mit geringerem Energieeinsatz eine effektivere Reinigung des Inertgases erzielt werden kann.
- Diese Aufgabe wird, was das Verfahren angeht, dadurch gelöst, daß
- c) das Inertgas im Schritt b zuerst an einer ersten Fläche entlang geleitet wird, die sich auf einer ersten Temperatur befindet, bei welcher höher siedende Verunreinigungen auskondensieren, und daß das sich dabei bildende Kondensat ausgeleitet wird;
- d) das so vorgereinigte Inertgas an mindestens einer zweiten Fläche entlang geleitet wird, die sich auf einer niedrigeren Temperatur als die erste Fläche befindet, bei welcher niedriger siedende Verunreinigungen auskondensiert werden, und daß das sich dabei bildende Kondensat ausgeleitet wird.
- Erfindungsgemäß erfolgt also die Auskondensation der in dem Inertgas enthaltenen Verunreinigungen nicht "in einem Schritt" bei der niedrigsten, hierfür erforderlichen Temperatur, sondern stufenweise. Zunächst werden an einer nicht so stark gekühlten Fläche die höher siedenden Kondensate abgeschieden und aus dem Inertgas entfernt. Dies hat den Vorteil, daß die höher siedenden Kondensate zuverlässig noch nicht fest sind, also leicht abfließen können. Darüber hinaus müssen die in der ersten Stufe entfernten Verunreinigungen nicht mit auf die tieferen Temperaturen abgekühlt werden, was sich energetisch günstig auswirkt. An der am stärksten gekühlten Fläche kommen auf diese Weise nur die am niedrigsten siedenden Verunreinigungen an und werden dort ebenfalls im wesentlichen flüssig. Ihr Abfließen wird nicht durch feste abgeschiedene Verunreinigungen behindert.
- Energiesparend ist es, wenn die nicht auf der niedrigsten Temperatur befindlichen Flächen, an denen das verunreinigte Inertgas entlang geleitet wird, durch im Gegenstrom fließendes gekühltes und gereinigtes Inertgas gekühlt werden. Auf diese Weise wird dem gereinigten Inertgas, das ja wieder auf die in der Trockenzone herrschende Temperatur gebracht werden muß, Energie aus dem verunreinigten Inertgas zugeführt, das sich dabei in der gewünschten Weise abkühlt.
- Zur Kühlung der auf der niedrigsten Temperatur befindlichen Fläche, an welcher verunreinigtes Inertgas entlang geleitet wird, kann zumindest teilweise flüssiges Gas verwendet werden, das einem Vorratsbehälter entnommen wird. Statt oder zusätzlich zum flüssigen Gas kann zu diesem Zweck auch Gas verwendet werden, welches kurz zuvor verdampft wurde und sich deshalb nahe der Verdampfungstemperatur befindet.
- Besonders zweckmäßig ist es, als flüssiges Gas das Inertgas selbst zu verwenden.
- Die in die Trockenzone eingebrachten Gegenstände müssen durch Spülen mit Inertgas von mitgeschlepptem Sauerstoff befreit werden. Dies ist mit einem Verlust an Inertgas verbunden, der ersetzt werden muß. Zudem sind Trocknerzonen niemals ganz dicht, so daß auch hierdurch stets ein, wenn auch kleiner, Teil des Inertgas verloren geht und wieder ersetzt werden muß. Dies geschieht bei derjenigen Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher das zum Kühlen dem Vorratsbehälter entnommene und an den gekühlten Flächen aufgewärmte Gas direkt oder über einen Lufterhitzer der Trockenzone zugeführt wird.
- Statt der oben angesprochenen Kryotechnik kann zur Kühlung der kühlsten Fläche auch Kältemittel verwendet werden, welches einer herkömmlichen Kältemaschine entnommen wird.
- Die an den gekühlten Flächen auskondensierten Verunreinigungen fließen zum allergrößten Teil flüssig ab. Gleichwohl kann es vorkommen, daß ein Teil der auskondensierten Verunreinigungen an den gekühlten Flächen haften bleibt. In diesem Falle sollte eine Verfahrensvariante benutzt werden, bei welcher zumindest ein Teil der gekühlten Flächen, an den verunreinigtes Inertgas entlang geleitet wird, von Zeit zu Zeit mechanisch, durch Spülen oder thermisch, insbesondere durch heißen Dampf, gereinigt wird.
- Die o. g. Aufgabe der Erfindung wird, was die Anlage angeht, dadurch gelöst, daß
- d) die Kondensationseinrichtung aufweist:
- da) eine erste Komponente, die eine Oberfläche hat, die auf eine erste Temperatur abkühlbar ist, die unter dem Taupunkt höher siedender Verunreinigungen liegt, wobei die erste Komponente einen ersten Ablauf aufweist, über den die höhersiedenden Verunreinigungen ausgeleitet werden können;
- db) mindestens eine zweite Komponente, die eine Oberfläche hat, die auf eine zweite Temperatur abkühlbar ist, die unter dem Taupunkt niedriger siedender Verunreinigungen liegt, wobei die zweite Komponente einen zweiten Ablauf aufweist, über den die niedriger siedenden Verunreinigungen ausgeleitet werden können.
- Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Anlage sind in den Ansprüchen 10 bis 16 beschrieben.
- Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anlage und ihrer Weiterbildungen entsprechen sinngemäß den oben erwähnten Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens und dessen Varianten.
- Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert; es zeigen
- Figur 1
- das Funktionsschema eines ersten Ausführungsbeispiels einer Anlage zur Trocknung von lackierten Fahrzeugkarosserien;
- Figur 2
- das Funktionsschema eines zweiten Ausführungsbeispieles einer derartigen Anlage.
- Zunächst wird auf Figur 1 Bezug genommen. Diese zeigt eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Anlage zum Trocknen von Fahrzeugkarosserien, die drei Hauptkomponenten aufweist: den eigentlichen eine Trockenzone aufweisenden Trockner 2, eine Kondensationseinrichtung 3 sowie einen Vorratstank 4 für flüssigen Stickstoff. Diese drei Hauptkomponenten sind in nachfolgend beschriebener Weise miteinander verbunden und durch verschiedene kleinere Aggregate ergänzt.
- Der Trockner 2 besitzt eine bekannte Bauweise. Die aus einer nicht dargestellten Lackierkabine kommenden Fahrzeugkarosserien werden mit Hilfe eines Fördersystemes kontinuierlich durch die Trockenzone des Trockners 2 hindurchgeführt und dort erwärmt, so daß Lösemittel ausgetrieben werden oder der Lack in sonstiger bekannter Weise aushärtet. Dieser Trockenvorgang findet wegen der verwendeten Lacke in einer Inertgasatmosphäre statt. Beim nachfolgend beschriebenen und in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel findet als Inertgas Stickstoff Verwendung; andere Inertgase, insbesondere CO2 oder auch Helium können ebenfalls eingesetzt werden.
- Da das Inertgas im Laufe des Betriebes des Trockners 2 Verunreinigungen, insbesondere Lösemittel oder Crackprodukte des Lackes aufnimmt, muß es ständig oder intermittierend gereinigt werden. Dies geschieht, wie in der oben erwähnten
DE 10 2004 025 528 A1 näher beschrieben ist, dadurch, daß dem Trockner 2 Inertgas entnommen, in der Kondensationseinrichtung 3 so weit abgekühlt wird, daß letztendlich alle Verunreinigungen auskondensiert sind, und daß das gereinigte Inertgas sodann wieder erwärmt und dem Trockner 2 zugeführt wird. - Die Besonderheit der hier beschriebenen Anlage 1 besteht in der Ausgestaltung der Kondensationseinrichtung 3, die in Figur 1 mit strichpunktierten Linien umgeben ist. Ihr wird das Inertgas aus dem Trockner 2 mit Hilfe eines Gebläses 5 über ein Mehrwegeventil 6 zugeführt. Die Temperatur dieses Inertgases liegt bei etwa 200°C.
- Die erste Komponente der Kondensationseinrichtung 3, in welche das Inertgas gelangt, ist ein erster Wärmetauscher 7. Dieser ist ebenso wie die weiteren, nachfolgend erwähnten Wärmetauscher als Röhren-Wärmetauscher ausgestaltet. Das von dem Trockner 2 kommende Inertgas wird in den das Röhrensystem umgebenden Raum eingespeist.
- Das Röhrensystem selbst wird in Figur 1 von rechts kommend im Gegenstrom von bereits gereinigtem und vorgekühltem Inertgas durchströmt. Dieses kühlt das die Röhren umspülende verunreinigte Inertgas so weit ab, daß die hochsiedenden Verunreinigungen auskondensieren und über einen Kondensatorablauf 8 entfernt werden können. Die Temperatur des über den Einlaß 9 in das Röhrensystem des ersten Wärmetauschers 7 eintretenden Inertgas ist dabei in einer Weise, die weiter unten deutlich wird, beim Eintritt in den ersten Wärmetauscher 7 auf etw
a minus 40°C eingestellt. Es verläßt den ersten Wärmetauscher 7 über den Auslaß 10 mit einer Temperatur von etwa 50°C, wird dann einem Lufterhitzer 11 zugeleitet, den es mit einer Temperatur von etwa 200 °C verläßt. Mit dieser Temperatur wird dann das gereinigte Inertgas wieder in den Trockner 2 eingebracht. - Das verunreinigte, vom Gebläse 5 beförderte Inertgas hat beim Verlassen des ersten Wärmetauschers 7 eine Temperatur von etwa 110°C. Wie oben erwähnt, sind zu diesem Zeitpunkt bereits die höher siedenden Verunreinigungen entfernt. Das Inertgas durchläuft zwei Mehrwegeventile 12, 13, deren Bedeutung ebenfalls weiter unten erst deutlich wird, und gelangt in einen zweiten Wärmetauscher 14. In dem zweiten Wärmetauscher 14 finden im Grundsatz dieselben Vorgänge wie im ersten Wärmetauscher 7, jedoch bei niedrigeren Temperaturen statt. Dies bedeutet, daß das vorgereinigte, schon etwas kühlere Inertgas das Röhrensystem umspült und, von diesem gekühlt, den zweiten Wärmetauscher 14 an einem Auslaß 15 mit einer Temperatur von etwa 20°C verläßt.
- In noch zu beschreibender Weise vorgekühltes, gereinigtes Inertgas tritt in das Röhrensystem des zweiten Wärmetauscher 2 am Einlaß 17 mit einer Temperatur von etwa minus 130°C ein und wird beim Durchströmen dieses Röhrensystemes von dem das Röhrensystem umspülenden, teilweise gereinigtem Inertgas auf eine Temperatur von etwa minus 40°C erwärmt, mit der es, wie oben schon erwähnt, in den ersten Wärmetauscher 7 über dessen Einlaß 9 gelangt.
- In dem zweiten Wärmetauscher 14 kondensiert erneut ein Teil der Verunreinigungen, die hier von dem Inertgas noch mitgeführt werden, aus und wird ebenfalls dem Kondensatablauf 8 zugeführt.
- Verfolgt man den Weg des in den Wärmetauschern 7, 14 vorgereinigten Inertgases weiter, so gelangt dieses von dem Auslaß 15 des zweiten Wärmetauschers 14 über ein weiteres Mehrwegeventil 18 in einen dritten Wärmetauscher 19. Auch dieser Wärmetauscher 19 ist ein Röhren-Wärmetauscher; er besitzt aber im Gegensatz zu den beiden ersten Wärmetauschern 7 und 14 zwei voneinaner unabhängige Röhrensysteme 20a und 20b. Das Röhrensystem 20a weist einen Einlaß 21a und einen Auslaß 22a auf, während das Röhrensystem 20b einen Einlaß 21b und einen Auslaß 22b besitzt.
- Das von dem zweiten Wärmetauscher 14 über das Mehrwegeventil 18 zuströmende, weitgehend vorgereinigte Inertgas, welches, wie oben schon erwähnt, eine Temperatur von etwa 20°C besitzt, umströmt beide Röhrensystem 20a, 20b des dritten Wärmetauschers 19 und wird dabei auf eine Temperatur von etwa minus 140°C abgekühlt. Diese Temperatur reicht aus, alle oder nahezu alle niedrig siedenden Verunreinigungen aus dem Inertgas abzuscheiden. Diese Kondensate werden einem Kondensatablauf 23 zugeführt und entsorgt.
- Die Gase, welche die beiden Röhrensystem 20a und 20b des dritten Wärmetauschers 19 durchströmen, entstammen dem Vorratsbehälter 4, in dem sich flüssiger Stickstoff bei einer Temperatur von minus 196°C befindet. Dieser flüssige Stickstoff wird einem Eingang 25 eines Verdampfers 24 zugeleitet. Der Verdampfer 24 ist ebenfalls ein Röhren-Wärmetauscher. Der dem Vorratsbehälter 4 entnommene flüssige Stickstoff wird in dem Röhrensystem des Verdampfers 24 verdampft und verläßt den Verdampfer 24 über einen Auslaß 26 mit einer Temperatur von etwa minus 160°C.
- Der gasförmige Stickstoff durchläuft dann das zweite Röhrensystem 20b des dritten Wärmetauschers 19 von dessen Einlaß 21b zu dessen Auslaß 22b und wird dabei auf eine Temperatur von etwa 0°C erwärmt. Mit dieser Temperatur gelangt der Stickstoff sodann in den das Röhrensystem des Verdampfers 24 umgebenden Raum und wird dort wiederum auf eine Temperatur von etwa minus 160°C herabgekühlt.
- Mit dieser Temperatur tritt der Stickstoff sodann in das Röhrensystem 20a des dritten Wärmetauschers 19 ein und durchläuft dieses von dessen Einlaß 21a zum Auslaß 22a. Es besitzt dann etwa eine Temperatur von 0°C. Danach wird es dem den dritten Wärmetauscher 19 verlassenden, gereinigten Inertgas zugemischt, so daß das in den Eingang 17 des zweiten Wärmetauschers 14 gelangte Inertgas, das sich aus gereinigtem, zurückgeführtem Inertgas und frischem, dem Vorratsbehälter 4 entnommendem Inertgas zusammensetzt, nunmehr eine Temperatur von minus 130°C hat.
- Die Zufuhr von frischem Stickstoff aus dem Vorratsbehälter 4 wird zum einen an die erforderliche Kühlleistung und zum anderen an den unvermeidlichen Inertgasverlust, insbesondere innerhalb des Trockners 2, angepaßt.
- Ein Teil des Kondensates fließt aus den Wärmetauschern 7 und 14 nicht vollständig ab, sondern setzt sich an den Außenwänden der Röhrensysteme an. Die Wärmetauscher 7, 14 müssen daher von Zeit zu Zeit gereinigt werden. Hierzu kann den die Röhrensysteme der Wärmetauscher 7 und 14 umgebenden Räumen über eine Leitung 27 und die oben bereits erwähnten Mehrwegeventile 6 und 13 Lösemittel zugegeben werden. Beim Durchgang des Lösemittels durch die Wärmetauscher 7 und 14 werden die an den Röhrensystem anhaftenden Kondensate gelöst und ausgeschwemmt. Das mit den abgelösten Verunreinigungen beladene Lösemittel wird über die Mehrwegeventile 12 und 18 entsorgt.
- Statt durch Spülen mit Lösemittel können die Wärmetauscher 7 und 14 auch thermisch, beispielsweise durch heißen Dampf, gereinigt werden.
- Bei dem oben anhand der Figur 1 beschriebenen Ausführungsbeispiel einer Anlage zum Trocknen lackierter Fahrzeugkarosserien wurden Verunreinigungen in drei Stufen, also in drei hintereinander geschalteten Wärmetauschern 7, 14, 19 auskondensiert. Die hierfür erforderliche Kühlung erfolgte nach Art einer Kryokondensationstechnik unter Verwendung von flüssigem Stickstoff. Statt des Stickstoffes kann, wie oben schon erwähnt, auch flüssiges Kohlendioxid eingesetzt werden. Selbstverständlich sind in diesem Falle die Temperaturwerte, die sich an den Ein- und Auslässen der verschiedenen Wärmetauscher einstellen, anders als oben für den Fall von flüssigem Stickstoff angegeben.
- Beim Ausführungsbeispiel einer Trockenanlage für lakkierte Fahrzeugkarosserien, welches nunmehr anhand der Figur 2 erläutert wird, findet die Kühlung nicht durch Kryokondensation sondern mit Hilfe einer mehrstufigen Kompressions-Kältemaschine statt; außerdem erfolgt die Auskondensation nur in zwei Stufen. Im übrigen aber stimmt das Grundprinzip der Anlage der Figur 2 mit demjenigen der Figur 1 überein, so daß entsprechende Teile mit demselben Bezugszeichen zuzüglich 100 gekennzeichnet werden können.
- Im Einzelnen sind die Verhältnisse bei der Anlage 101 der Figur 2 wie folgt:
- Erneut ist ein Trockner 102 zu erkennen, dem mit Hilfe des Gebläses 105 verunreinigtes Inertgas entnommen wird und dem über den Lufterhitzer 111 gereinigtes Inertgas mit einer Temperatur von etwa 200°C zugeführt wird.
- Einer Kondensationseinrichtung 103 wird das verunreinigte Inertgas wieder mit einer Temperatur von 200°C über ein Mehrwegeventil 106 zugeleitet. Es durchströmt den das Röhrensystem des ersten Wärmetauschers 107 umgebenden Raum und verläßt diesen mit einer Temperatur von etwa 20°C. Dabei werden die höher siedenden Verunreinigungen auskondensiert und dem Kondensatablauf 108 zugeführt.
- Das Röhrensystem des Wärmetauschers 107 wird im Gegenstrom von Inertgas durchströmt, welches mit einer Temperatur von etwa minus 80°C ankommt und den Wärmetauscher 107 mit einer Temperatur von etwa 100°C verläßt.
- Das den ersten Wärmetauscher 107 verlassende, teilweise gereinigte Inertgas tritt über das Mehrwegeventil 112 in den zweiten Wärmetauscher 114 ein. Es durchströmt den das Röhrensystem umgebenden Raum und wird dabei auf eine Temperatur von etwa minus 80°C abgekühlt. Dabei werden die niedriger siedenden Verunreinigungen auskondensiert und über den Kondensatablauf 123 entsorgt. Das so gereinigte Inertgas verläßt den zweiten Wärmetauscher 114 mit einer Temperatur von etwa minus 80°C, gelangt in das Röhrensystem des ersten Wäemetauschers 107 und wird dort auf eine Temperatur von 100°C erwärmt, mit der es dem Lufterhitzer 111 zugeleitet wird. Dieser bringt, wie schon erwähnt, das gereinigte Inertgas auf die im Trockner 102 herrschende Temperatur von 200°C.
- Das Röhrensystem des zweiten Wärmetauschers 114 wird von einem Kältemittel durchströmt, das von einer Kältemittelquelle 104 beim Eintritt in das Röhrensystem des zweiten Wärmetauschers 114 auf eine ausreichend tiefe Temperatur abgekühlt wurde.
- Die Kältemittelquelle 104 umfaßt eine Zweikreiskaskade. Jede dieser Kaskaden wiederum besitzt einen Kompressor 140, 140', einen Verflüssiger 141, 141' und eine Entspannungsdrossel 142, 142'. Jede der beiden Stufen der Zweierkaskade umfaßt einen geschlossenen Kältemittelkreis: Der Kältemittelkreislauf der ersten Stufe führt vom Kompressor 140 über den Verflüssiger 141, die Drossel 142 und das Röhrensystem des zweiten Wärmetauschers 114, während der Kältemittelkreislauf der zweiten Stufe vom Kompressor 140' durch das Röhrensystem des Verflüssigers 141', die Drossel 142' und das Röhrensystem des Verflüssigers 141 der ersten Stufe führt. Der Verflüssiger 141' der zweiten Stufe wird durch ein Gebläse 143 gekühlt. Alternativ kommt hier auch eine Wasserkühlung in Frage.
- Bei diesem Ausführungsbeispiel wird nur der erste Wärmetauscher 107, in dem sich die höher siedenden Verunreinigungen abscheiden, gelegentlich gereinigt. Hierzu wird über eine Leitung 127 und das Mehrwegeventil 106 in den das Röhrensystem des Wärmetauschers 107 umgebenden Raum Lösemittel eingeführt. Dieser Raum wird durchspült, wobei sich die auf dem Röhrensystem abgeschiedenen Kondensate lösen. Das so die Verunreinigungen mit sich führende Lösemittel wird über das Mehrwegeventil 112 ausgeschleust und entsorgt.
- Selbstverständlich ist es je nach Bedarf möglich, statt einer Zweikreis-Kältemaschine auch eine solche mit mehr oder weniger Stufen einzusetzen.
- Beide Ausführungsbeispiele, die oben beschrieben wurden, können in folgender Weise betrieben werden: Zunächst wird das Inertgas innerhalb des Trockners 2 bzw. 102 ohne Reinigung bis auf eine bestimmte Grenze an Verunreinigungen aufkonzentriert. Während dieser Zeit oder eines Teils dieser Zeit kann die Kondensationseinrichtung 3 bzw. 103 gereinigt werden. Ist die angesprochene Grenze der Verunreinigungskonzentration erreicht, wird das Inertgas mithilfe der Kondensationseinrichtung 3 bzw. 103 gereinigt.
- Wenn ein kontinuierlicher Reinigungsprozeß gewünscht ist, kann die in den Figuren 1 und 2 dargestellte Kondensationseinrichtung 3 bzw. 103 doppelt vorgesehen werden. Dann befindet sich jeweils eine der Kondensationseinrichtungen 3 bzw. 103 im Einsatz zur Reinigung des dem Trockner 2 bzw. 102 entnommenen Inertgases, während die andere Kondensationseinrichtung 3 bzw. 103 von abgeschiedenen Kondensat befreit wird.
- Für beide Ausführungsbeispiele gilt auch, daß aufgefangenes Kondensat als Spülmittel zum Reinigen der Wärmetauscher verwendet und andererseits einer Nachbehandlungsanlage, beispielsweise einer thermischen Nachverbrennungsvorrichtung, zur Entsorgung zugeführt werden kann.
- Bei beiden beschriebenen Ausführungsbeispielen durchfließt das verunreinigte Inertgas jeweils den das Röhrensystem der verschiedenen Wärmetauscher 7, 14, 19, 107, 114 umgebenden Raum, während das im Gegenstrom durch die Wärmetauscher 7, 14, 19, 107, 114 geführte saubere Inertgas das jeweilige Röhrensystem durchströmt. Selbstverständlich ist auch die inverse Betriebsweise möglich, bei welcher das verunreinigte Inertgas jeweils das Röhrensystem und das gereinigte Inertgas den das Röhrensystem umgebenden Raum der verschiedenen Wärmetauscher 7, 14, 19, 107, 114 durchströmt. In diesem Falle scheiden sich an den Innenmantelflächen der Röhrensysteme die Verunreinigungen ab und müssen dort von Zeit zu Zeit entfernt werden. Neben den oben angesprochenen Möglichkeiten der Reinigung durch Spülen oder thermische Behandlung tritt hier die mechanische Möglichkeit hinzu, bei welcher Molche durch das Röhrensystem geschickt werden, um von den entsprechenden Wänden die Verunreinigungen abzuschaben.
Claims (16)
- Verfahren zum Trocknen von Gegenständen, insbesondere von lackierten Fahrzeugkarosserien, bei dema) die Gegenstände durch eine Trockenzone bewegt werden, in der sie in einer Inertgasatmosphäre ausgehärtet werden;b) der Trockenzone ständig oder intermittierend Inertgas entnommen wird, das an mindestens einer Fläche entlang geleitet wird, die auf eine Temperatur abgekühlt ist, die unterhalb des Taupunktes von im Inertgas enthaltenen Verunreinigungen liegt,
dadurch gekennzeichnet, daßc) das Inertgas beim Schritt b zuerst an einer ersten Fläche (7; 107) entlang geleitet wird, die sich auf einer ersten Temperatur befindet, bei welcher höher siedende Verunreinigungen auskondensieren, und daß das sich dabei bildende Kondensat ausgeleitet wird;d) das so vorgereinigte Inertgas an mindestens einer zweiten Fläche (14, 19; 114) entlang geleitet wird, die sich auf einer niedrigeren Temperatur als die erste Fläche (7; 107) befindet, bei welcher niedriger siedende Verunreinigungen auskondensieren, und daß das sich dabei bildende Kondensat ausgeleitet wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die nicht auf niedrigster Temperatur befindlichen Flächen (7, 14, 19; 107), an denen das verunreinigte Inertgas entlang geleitet wird, durch im Gegenstrom fließendes gekühltes und gereinigtes Inertgas gekühlt werden. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Kühlen der auf der niedrigsten Temperatur befindlichen Fläche (19; 114), an welcher verunreinigtes Inertgas entlang geleitet wird, zumindest teilweise flüssiges Gas verwendet wird, das einem Vorratsbehälter (4) entnommen wird.
- Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die auf der niedrigsten Temperatur befindliche Fläche (19; 114), an welcher verunreinigtes Inertgas entlang geleitet wird, zumindest teilweise durch auf nahe der Verdampfungstemperatur befindliches Gas gekühlt wird. - Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß als flüssiges Gas das Inertgas selbst verwendet wird.
- Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Kühlung dem Vorratsbehälter (4) entnommene und an den gekühlten Flächen (7, 14, 19; 107, 114) aufgewärmte Gas direkt oder über einen Lufterhitzer (11; 111) der Trockenzone (2; 102) zugeführt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die sich auf der niedrigsten Temperatur befindliche Fläche (114), an welcher verunreinigtes Inertgas entlang geleitet wird, durch Kältemittel gekühlt wird, welches einer herkömmlichen Kältemaschine entnommen wird.
- Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der gekühlten Flächen (7, 14; 107), an denen verunreinigtes Inertgas entlang geleitet wird, von Zeit zu Zeit mechanisch, durch Spülen oder thermisch, insbesondere durch heißen Dampf, gereinigt wird. - Anlage zum Trocknen von Gegenständen, insbesondere von lackierten Fahrzeugkarosserien, mita) einem Trocknertunnel, dessen Innenraum mit einer Inertgasatmosphäre gefüllt ist;b) einem Fördersystem, mit dem die Gegenstände durch den Trocknertunnel bewegt werden können;c) einer Kondensationseinrichtung, die mindestens eine Komponente enthält, die eine Oberfläche aufweist, die unter den Taupunkt von mit dem Inertgas mitgeführten Verunreinigungen kühlbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daßd) die Kondensationseinrichtung (2; 103) aufweist:da) eine erste Komponente (7; 107), die eine Oberfläche hat, die auf eine erste Temperatur abkühlbar ist, die unter dem Taupunkt höher siedender Verunreinigungen liegt, wobei die erste Komponente (7; 107) einen ersten Ablauf (8; 108) aufweist, über den die höher siedenden Verunreinigungen ausgeleitet werden können;db) mindestens eine zweite Komponente (14, 19; 114), die eine Oberfläche hat, die auf eine zweite Temperatur abkühlbar ist, die unter dem Taupunkt niedriger siedender Verunreinigungen liegt, wobei die zweite Komponente (14, 19; 114) einen zweiten Auslauf (8, 23; 108) aufweist, über den die niedriger siedenden Verunreinigungen ausgeleitet werden können. - Anlage nach Anpruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Komponenten Wärmetauscher (7, 14, 19; 107, 114) sind, die als Kaskade geschaltet sind, wobei die nicht auf niedrigster Temperatur arbeitenden Wärmetauscher (7, 14; 107) zum Kühlen von gereinigtem, gekühltem Inertgas im Gegenstrom durchströmbar sind. - Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der auf niedrigster Temperatur arbeitende Wärmetauscher (19) von flüssigem und/oder nahe der Verdampfungstemperatur befindlichen Gas durchströmbar ist. - Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß der auf niedrigster Temperatur arbeitende Wärmetauscher (114) von Kältemittel durchströmbar ist, das von einer Kältemaschine (104) bereitgestellt wird. - Anlage nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, daß an mindestens eine gekühlte Fläche (7, 14; 107), an welcher verunreinigtes Inertgas entlang geleitet wird, ein Reinigungsmittel herangebracht werden kann, welches von den gekühlten Flächen (7, 14; 107) haftende Verunreinigungen lösen und aus der Anlage herausleiten kann. - Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das Reinigungsmittel ein Lösemittel ist. - Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das Reinigungsmittel ein heißes Medium, insbesondere heißer Dampf, ist. - Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das Reinigungsmittel ein Molch ist.
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