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Die Erfindung betrifft eine Trocknereinrichtung mit Abwärmenutzungssystem gemäß dem Oberbegriff des 1. Anspruchs und ein Verfahren zur Überwachung eines Luftfilters in einem Abwärmenutzungssystem einer Druckmaschine.
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Die Nutzung von Abwärmequellen durch Wärmerückgewinnung ist weitläufig bekannt und etabliert. Besonders der Einsatz von Wärmetauschern und Wärmepumpen ist bereits in der Klimatechnik weit verbreitet. In Druckmaschinen werden vor allem Kühlgeräte mit Wärmetauschern betrieben.
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Aus der
DE 200 08 740 U1 ist eine Heißluft-Trockeneinrichtung mit einem Wärmtauscher bekannt, wobei der Wärmetauscher auf seiner Einlaßseite einen Filter enthält, welcher Verunreinigungen aus der dem Wärmetauscher zugeführten Luft entfernt. Eine Überwachungseinrichtung ist nicht vorgesehen. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass das Bedienpersonal Austauschintervalle beachten muss und bei Versäumnissen Beschädigungen an den Geräten drohen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte Trocknereinrichtung und ein Verfahren zur Überwachung eines Luftfilters in einem Abwärmenutzungssystem einer Druckmaschine zu schaffen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des unabhängigen Vorrichtungsanspruchs und ein Verfahren mit den Merkmalen des unabhängigen Verfahrensanspruches gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
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Die Erfindung hat den Vorteil, dass der Luftfilter automatisch überwacht und damit eine konstante Luftqualität sichergestellt wird. Eine konstante Luftversorgung wird vor allem bei den neuerdings eingesetzten Luft-Wärmepumpen immer wichtiger, da ein Schaden enorme Kosten nach sich zieht und eine Reparatur einen gravierenden Produktionsstopp bedingt. Gleichzeitig wird damit die Effizienz der Gesamtmaschine gesteigert.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung hat den Vorteil, dass der Luftfilter die von der Druckmaschine, insbesondere von der Trocknereinrichtung, abgegebene Abluft reinigt, was Ablagerungen verhindert und damit den Wirkungsgrad konstant hält. Der Luftfilter ist derart angeordnet, dass die zugeführte Abluft vor Eintritt in die Wärmepumpe bzw. den Wärmetauscher gereinigt wird, um dieser Verunreinigungen durch Staub, Druckbestäubungspuder oder chemische Verunreinigungen aus Farben und Lacken zu entziehen. Hierdurch können die nachgeordneten Geräte, insbesondere die Wärmepumpe und Wärmetauscher, nicht mehr verunreinigt oder gar zerstört werden. Weiterhin muss keine aufwendige Reinigung der Geräte bzw. Luftführungskanäle durchgeführt werden. Gleichzeitig erhöht sich die Lebensdauer aller Geräte und damit des Abwärmenutzungssystems. Eine Sensoreinrichtung ist dem Luftfilter zur Überwachung des Verschmutzungsgrades zugeordnet. Mittels der Sensoreinrichtung kann der Luftfilter permanent oder intervallmäßig überwacht werden und bei Überschreitung eines vorgegebenen Verschmutzungsgrades ein Signal, insbesondere eine Warnmeldung, ausgegeben oder eine Information an die Maschinensteuerung der Druckmaschine übermitteln.
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Die Druckmaschine kann eine nach einem beliebigen Verfahren arbeitende Druckmaschine sein. Diese kann als Hochdruck-, Tiefdruck-, Offsetdruck- und/oder Siebdruckmaschine ausgebildet sein und entweder bahn- oder bogenförmiges Bedruckstoffmaterial bedrucken. Bevorzugt ist die Druckmaschine als Bogenoffsetrotationsdruckmaschine ausgebildet. Das Abwärmenutzungssystem ist der Druckmaschine über ein Luftführungssystem mit einer Mehrzahl von Luftführungskanälen zugeordnet und kann im Drucksaal oder auch außerhalb des Drucksaales angeordnet sein. Bevorzugt eingesetzte Wärmepumpen sind Luft-Wärmepumpen, die für große Luftmengen ausgelegt sind, d. h. dass die Luftführungskanäle große verschmutzungsanfällige Durchmesser aufweisen. Diese Luft-Wärmepumpen verfügen meist über eigene, die großen Luftvolumen bewegende Antriebe und können auch als Luft-Luft-Wärmepumpen bezeichnet werden.
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Durch das Abwärmenutzungssystem wird eine durch einen beliebigen Prozess an der Druckmaschine anfallende Wärme in der Abluft genutzt, um benötigte Frischluft zu erwärmen. Diese erwärmte Frischluft wird wieder dem oder einem anderen beliebigen Prozess zugeführt. Besonders bevorzugt wird die Abluftwärme der Trockner in der Auslage der Druckmaschine genutzt, um Frischluft zu erhitzen. Diese erhitzte Frischluft wird wieder einem Prozess an der Druckmaschine zugeführt, wobei diese Frischluft bevorzugt wieder dem Trocknungsprozess, insbesondere einer Trocknereinrichtung in der Auslage, zugeführt wird. Bevorzugt wird das Abwärmenutzungssystem der Druckmaschine als Abwärmenutzungsmodul direkt benachbart zugeordnet. Besonders bevorzugt ist das Abwärmenutzungsmodul im Bereich der Auslage, insbesondere oberhalb der Trockner, angeordnet. Alternativ kann eine Anordnung oberhalb der Druckmaschine an der Hallendecke erfolgen. Es können weiterhin mehrere Druckmaschinen mit einem gemeinsamen Abwärmenutzungssystem ausgerüstet sein.
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In einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung enthält das Abwärmenutzungssystem neben der Wärmepumpe einen Wärmetauscher, der der Wärmepumpe bevorzugt nachgeordnet ist. Durch den Wärmetauscher wird die restliche, nach der Wärmpumpe in der Abluft verbleibende Wärme weiter genutzt, um kältere Frischluft zu erhitzen. Diese erhitzte Frischluft wird für weitere Prozesse, insbesondere als Trocknerluft, eingesetzt. Der Wärmetauscher ist speziell als Kreuzstrom-, als Kreuzgegenstromwärmeüberträger oder als ein Rotationswärmetauscher ausgebildet. Der Luftfilter ist hierbei der Wärmepumpe bezüglich der Strömungsrichtung vorgeordnet, so dass mit diesem die der Wärmepumpe zugeführte Luft gereinigt wird. Die von der Wärmepumpe kommende und an den Wärmetauscher weitergeleitete Luft ist demgemäß ebenfalls gesäubert. Alternativ kann auch eine weitere Wärmepumpe und/oder ein weiterer Filter eingesetzt werden.
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In einer weiteren Weiterbildung der Erfindung ist die Wärmepumpe mit einem Kältekreislauf der Druckmaschine verbunden. Die Wärmpumpe ist hierbei mit einer Kreislaufumkehr ausgerüstet, so dass mit der Wärmepumpe Kälte erzeugbar ist. Diese Kälte kann für die Druckmaschine oder andere Prozesse genutzt werden, um den Energieverbrauch der Druckmaschine zu senken. Die Kälte wird vorteilhaft in wärmeren Jahreszeiten oder in der Nähe von Heizquellen zur Kühlung oder Klimatisierung von Räumlichkeiten verwendet. Beispielsweise kann im Sommer Kühlwasser erzeugt und die Abwärme über den Verdampfer, der dann als Kondensator betrieben wird, an die Außenluft abgeben werden. Die Kühlleistung ist auch zur Kühlung bestimmter Arbeitsplatzbereiche an der Druckmaschine vorgesehen. Auch in diesem Betrieb wird durch den sensorüberwachten Luftfilter eine Verschmutzung der Wärmepumpe sicher verhindert.
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Im Folgenden soll die Erfindung beispielhaft erläutert werden. Die dazugehörigen Zeichnungen stellen dabei schematisch dar:
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1: Abwärmenutzungssystem mit einer Wärmepumpe und einem der Wärmepumpe vorgeordneten Luftfilter;
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2: Abwärmenutzungssystem mit einer Wärmepumpe, einem der Wärmepumpe vorgeordneten Luftfilter und einem zusätzlichen Wärmetauscher.
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Die 1 zeigt in einer Ausführungsform der Erfindung ein Abwärmenutzungssystem 1 mit einer Wärmepumpe 2. Das Abwärmenutzungssystem 1 enthält weiterhin ein mehrere Luftführungskanäle aufweisendes Luftführungssystem. In den Luftführungskanälen wird Luft entsprechend den eingezeichneten Pfeilen dem Abwärmenutzungssystem 1 zuführt oder vom Abwärmenutzungssystem 1 abgeführt. Über einen Abluftzufuhrkanal 3.1 wird erwärmte Luft von außerhalb des Abwärmenutzungssystems 1 der Wärmepumpe 2 zugeführt. Über einen Fortluftkanal 3.2 wird die Abluft, die die Wärmepumpe 2 verlässt, aus dem Abwärmenutzungssystem 1 abgeführt. Über einen Frischluftzufuhrkanal 3.3 wird dem Abwärmenutzungssystem 1 Frischluft zugeführt. Ein Frischluftrückfuhrkanal 3.4 leitet die von der Wärmepumpe 2 vorerwärmte Luft wieder der Druckmaschine zu.
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Der Aufbau der Wärmepumpe 2 ist nur schematisch dargestellt, wobei nur der Verdampfer 2.1 und Kondensator 2.2 dargestellt wurden. Der Verdampfer 2.1 entzieht der Umgebung Wärme, hier der Abluft. Der Kondensator 2.2 führt der Umgebung Wärme zu, hier der Frischluft. Die Wärmepumpe 2 benötigt weiterhin einen nicht dargestellten separaten Antrieb zum Antreiben eines zwischen Verdampfer 2.1 und Kondensator 2.2 in einem Kreislauf 2.3 strömenden Mediums. Der Antrieb dient der Zwangskonvektion des zwischen Verdampfer 2.1 und Kondensator 2.2 strömenden Mediums. Das Abwärmenutzungssystem 1 enthält weiterhin ein Luftfiltersystem, welches dem Abluftzufuhrkanal 3.1 zugeordnet ist. Das Luftfiltersystem ist der Wärmepumpe 2 bezüglich der Luftbewegungsrichtung vorgeordnet.
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Die warme Abluft der Druckmaschine wird vom Abluftzufuhrkanal 3.1 oder einem Sammelkanal dem Luftfiltersystem zugeleitet und dabei von einer Filteranordnung gereinigt. Das Luftfiltersystem enthält dafür einen Luftfilter 3.5, welcher aus einem einzelnen mechanischen oder chemischen Filter oder aus einer Kombination von mechanischem Filter, z. B. einem Taschenfilter, und chemischem Filter besteht. Als chemischer Filter wird bevorzugt ein Aktivkohlefilter eingesetzt. Der Luftfilter 3.5 kann beispielsweise im Abluftzufuhrkanal 3.1 integriert sein.
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Nach dem Luftfilter 3.5 wird die Abluft vom Abluftzufuhrkanal 3.1 der Wärmepumpe 2, insbesondere dem Verdampfer 2.1 der Wärmepumpe 2, zugeführt, um der Abluft Energie in Form von Wärme zu entziehen. Diese Energie wird mittels der Wärmepumpe 2 intern dem Kondensator 2.2 zugeführt, welcher einen Frischluftstrom des Frischluftzufuhrkanals 3.3 aufwärmt. Der Frischluftstrom kann dabei Luft aus der Umgebung, insbesondere aus der Halle, Außenluft oder auch andere saubere Prozessluft sein. Die durch den Kondensator 2.2 der Wärmepumpe 2 aufgewärmte Luft wird dann vom Frischluftrückfuhrkanal 3.4 zu Prozessen der Druckmaschine, insbesondere zur Trocknereinrichtung, geführt.
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Dem Luftfiltersystem ist eine nicht eingezeichnete Sensoreinrichtung zur Kontrolle des Filterzustandes, insbesondere des Verschmutzungsgrades, zugeordnet. Diese Sensoreinrichtung ist entweder direkt mit der Maschinensteuerung verbunden und/oder gibt ein optisches oder akustisches Signal aus, wenn der Verschmutzungsgrad des Luftfilters 3.5 einen vorgegebenen Verschmutzungsgrad übersteigt. Bevorzugt erfolgt die Überwachung des Luftfilters 3.5 durch die Sensoreinrichtung mittels einer Differenzdruckmessung. Alternativ oder zusätzlich kann eine Überwachung auch mittels einer optischen Sensoreinrichtung erfolgen.
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Die Sensoreinrichtung enthält zur Überwachung des Luftfilters 3.5 Sensoren, wobei vorzugsweise Drucksensoren bei der Differenzdruckmessung eingesetzt werden. Es können aber auch andere auf den jeweils eingesetzten Filter abgestimmte Sensoren verwendet werden. Weiterhin enthält die Sensoreinrichtung eine Recheneinheit, welche Vorgabewerte speichern und von den Sensoren gelieferte Daten auswerten kann. Die Recheneinheit kann eine eigenständige Einheit sein, wird besonders bevorzugt aber in der Maschinensteuerung integriert. Die Auswertung der von den Sensoren gelieferten Daten erfolgt im einfachsten Fall durch Vergleich mit gespeicherten oder errechneten Vorgabewerten. Geeignete Analysen können ebenfalls abgeleitet werden.
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Bevorzugt wird der Volumenstrom der Abluft durch Ventilatoren derart eingestellt, dass im Abluftzufuhrkanal 3.1 ein geringer positiver Differenzdruck zur Umgebung besteht. Dieser Überdruck führt zur optimalen Luftströmung im Luftführungssystem. Dieser eingestellte Überdruck wird entsprechend von der Sensoreinrichtung bei der Differenzdruckmessung berücksichtigt. Wird der Überdruck im Abluftzufuhrkanal 3.1 vor dem Luftfilter 3.5 eingeregelt, wird dieser der Sensoreinrichtung bereitgestellt, so dass die Sensoreinrichtung mit nur noch einem nach dem Luftfilter 3.5 angeordneten Sensor die Differenzdruckmessung ausführen kann.
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Die von der Sensoreinrichung gemessenen Werte bzw. Daten werden bevorzugt von der Maschinensteuerung mit maschinenspezifischen Vorgabewerten verglichen. In Auswertung dieser Daten erfolgt durch die Maschinensteuerung eine Signalanzeige, die zur Reinigung oder einem Austausch des Luftfilters 3.5 auffordert. Automatisch auszuführende Arbeiten können eingeleitet werden. In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Maschine oder auch nur das Abwämenutzungssystem 1 von der Maschinensteuerung erst nach einer Quittierung durch das Bedienpersonal wieder in Betrieb genommen werden kann. Vorzugsweise kann ein kritischer Verschmutzungsgrad bereits im Voraus angezeigt werden, so das ein neuer Filter bereitgestellt und am Einbauort abgelegt werden kann oder der Reinigungsvorgang auf unabhängig davon vorgesehene Druckunterbrechungen gelegt werden kann.
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Die 2 zeigt eine bevorzugte Weiterbildung der Erfindung mit einem nach dem Verdampfer 2.1 der Wärmepumpe 2 angeordneten Wärmetauscher 4. Dieser zusätzliche Wärmetauscher 4 entzieht der Abluft nach dem Verdampfer 2.1 noch weiter Energie, um diese auf den Frischluftstrom des Frischluftzufuhrkanals 3.3 oder einen anderen Prozess zu übertragen. Die durch den Wärmetauscher 4 aufgewärmte Frischluft steht dann entweder zur Beheizung anderer Objekte zur Verfügung oder wird mit dem Frischluftstrom zum Kondensator 2.2 der Wärmepumpe 2 vereint. Die Anteilsverhältnisse der Luftströmungen werden über eine Mischklappe 5 eingestellt. Die Fortluft im Fortluftkanal 3.2 nach der Wärmepumpe 2 oder Wärmetauscher 4 kann bevorzugt weiterverwendet werden, da diese vorteilhafterweise gefiltert ist und auch noch eine gewisse Resttemperatur aufweisen kann. Der Luftfilter 3.5 reinigt damit die der Wärmepumpe 2 und die dem Wärmetauscher 4 zugeführte Luft. Eine Überwachung des Filterzustandes ist hier besonders sinnvoll.
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Zur Wirkungsweise: Im Abwärmenutzungssystem 1 einer Druckmaschine wird ein Luftfilter 3.5 von einer Sensoreinrichtung überwacht. Die Überwachung kann besonders einfach mittels einer Differenzdruckmessung erfolgen. Die Sensoreinrichtung ermittelt dabei einen Verschmutzungsgrad des Luftfilters 3.5. Die ermittelten Daten und/oder der ermittelte Verschmutzungsgrad wird von der Sensoreinrichtung an die Maschinensteuerung und/oder an eine Anzeigeeinrichtung übermittelt. Durch die Sensoreinrichtung oder die Maschinensteuerung erfolgt weiterhin ein Vergleich mit gespeicherten Sollwerten. Hierbei ist natürlich eine Tendenzanalyse einfach zu integrieren und es sind im Voraus geeignete Maßnahmen zur Reinigung oder zum Austausch des Luftfilters 3.5 vorzubereiten. Übersteigt der ermittelte Verschmutzungsgrad einen vorgebbaren Sollwert, erfolgen geeignete Schritte durch die Maschinensteuerung. Besonders vorteilhaft erfolgt die Inbetriebnahme der Maschine oder nur des Abwärmenutzungssystems 1 erst nach der Reinigung/Auswechselung oder der Quittierung durch das Bedienpersonal. Über die erfolgte Reinigung und/oder den ordnungsgemäßen Filterwechsel kann entsprechend einfach Protokoll geführt werden, was die Anwendung, die Qualitätskontrolle und Nachweise vereinfacht.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Abwärmenutzungssystem
- 2
- Wärmepumpe
- 2.1
- Verdampfer
- 2.2
- Kondensator
- 2.3
- Kreislauf
- 3.1
- Abluftzufuhrkanal
- 3.2
- Fortluftkanal
- 3.3
- Frischluftzufuhrkanal
- 3.4
- Frischluftrückfuhrkanal
- 3.5
- Luftfilter
- 4
- Wärmetauscher
- 5
- Mischklappe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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