-
TECHNISCHER
BEREICH
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen von Objekten
mittels einer erwärmten
Flüssigkeit,
und eine Anlage zur Durchführung des
Verfahrens. Genauer gesagt, betrifft es ein solches Reinigen, welches
zum Beispiel in Verbindung mit industrieller Fertigung vorkommt.
-
STAND DER
TECHNIK
-
In
verschiedenen Zusammenhängen
werden Flüssigkeiten
innerhalb Prozessen in einer solchen Weise benutzt, die in der Kontamination
der Flüssigkeiten
resultiert. Dieses tritt besonders bei Prozessen zum Reinigen von
Objekten auf. Als ein Beispiel könnte
das Reinigen von industriellen Produkten in Verbindung mit Fertigungsprozessen
erwähnt
werden, wodurch Werkstücke
und Produkte in Bädern oder
durch Aufsprühen
der Flüssigkeit
gereinigt werden.
-
Vorgänge zum
Reinigen von Fahrzeugen, wie beispielsweise Kraftfahrzeuge und Eisenbahnwagen,
von Schmutz und Erdölprodukten
können ebenfalls
aufgeführt
werden.
-
Bei
solchen Reinigungsprozessen gibt es eine strenge Forderung zur Klärung bzw.
Reinigung der Flüssigkeit
derart, dass sie in dem geringsten möglichen Grad zur Kontamination
der Umwelt beiträgt.
Dabei würde
das Optimum sein, wenn die Flüssigkeit
so gereinigt ist, dass ihre erneute Verwendung in dem Prozess ermöglicht ist,
während
die gesammelten Kontaminationsprodukte in Gestalt einer im Wesentlichen
von Flüssigkeit
freien Masse zur Vernichtung bzw. zur Zersetzung gebracht werden
könnten.
Auf diese Weise würde
die Umwelt so wenig wie möglich
be lastet, während
die Wirtschaftlichkeit des Prozesses verbessert würde, indem
keine neue Flüssigkeit
in wesentlicher Menge zugeführt
werden muss; es könnte
sogar möglich
sein, dass bestimmte teure Substanzen vor der Vernichtung zum Recycling entfernt
würden.
-
Zum
Reinigen in den oben genannten Prozessen ist es bekannt, solche
Verfahren wie Filtern und Ausflocken zu verwenden. Der erreichbare
Grad an Reinheit ist jedoch beschränkt. Bei Prozessen, in denen
die Flüssigkeit
gereinigt wird, um recycelbar zu sein, wird sie während aufeinander
folgendem recyceltem Gebrauch auf Grund der Unvollkommenheit des
Reinigungsprozesses auf einen höher
und höher werdenden
Grad kontaminiert. Wenn die unvollständig gereinigte Flüssigkeit
in ein Behältnis
befördert wird,
wird das Behältnis
belastet, und die Belastung wird um so schwerer, je größer das
Volumen der die Kontamination mit sich führenden Flüssigkeit ist. Um eine wirkungsvollere
Reinigung zu ermöglichen
als die, welche durch die oben beschriebenen Verfahren erreicht
werden kann, ist es vorbekannt, nach einem geeigneten Grad von anfänglicher
Reinigung, wie solche durch Filtration mit Entfernung von zumindest festen
Partikeln, die restliche Flüssigkeit
zu verdampfen und sie nach Kondensation dem Reinigungsprozeß wieder
zuzuführen.
Mittels der Verdampfung ist ein solch hoher Grad an Trennung erreichbar,
dass der Rückstand
hauptsächlich
aus den Kontaminationsstoffen besteht und zur Vernichtung separiert werden
kann.
-
Für die Verdampfung
ergibt sich jedoch ein bedeutender Energieverbrauch, und sie könnte separate
Kühlung
für die
Kondensation erfordern. Die Verwendung von Wärmepumpen wurde dabei vorgeschlagen,
um die Kondensationswärme
dem Verdampfungsprozeß wieder
zuzuführen.
Dieses jedoch resultiert in einer auf wendigen Anlage, und eine bestimmte
Menge an elektrischer Leistung muss für den Betrieb der Wärmepumpe
zugeführt
werden.
-
In
bestimmten Zusammenhängen
kann der Leistungsverbrauch zur Heizung beim Verdampfen von Flüssigkeiten
durch Erniedrigung der Verdampfungstemperatur durch Erzeugen eines
Vakuums reduziert werden, nämlich
mittels einer Pumpenvorrichtung, welche den Druck über der
Oberfläche
der Flüssigkeit
verringert. Als ein Beispiel von Pumpenvorrichtungen können flüssigkeitsgetriebene
Ausstoßeinrichtungen
bzw. Ejektoren oder Strahlpumpen angeführt werden.
-
Aus
der Patentveröffentlichung
JP-A-11 33 01 06 ist eine Reinigungsanlage bekannt, welche Verdampfung
von Flüssigkeit
anwendet, die während des
Reinigungsprozesses kontaminiert worden ist. Hierbei wird die Flüssigkeit
aus einem Behälter,
in dem ein Reinigen von Objekten stattfindet, zu einem Verdampfungsbehälter gepumpt,
der mit Heizvorrichtungen ausgestattet ist. Der Druck über der
Flüssigkeitsoberfläche in dem
Verdampfungsbehälter
wird begrenzt, indem der Dampf kondensiert und das Kondensat weitergepumpt
wird, um dem Reinigungsprozeß wieder
zugeführt
zu werden. Zum Pumpen der kondensierten Flüssigkeit wird ein Ejektor bzw. eine
Ausstoßeinrichtung
benutzt, der bzw. die von einer nur für diesen Zweck angeordneten
Pumpe angetrieben wird.
-
OFFENBARUNG
DER ERFINDUNG
-
Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren
zu schaffen, welches den Leistungsverbrauch des beschriebenen Destillationsprozesses
für die
kontaminierte Flüssigkeit
absenkt, oder welches sogar eine Realisation der Destillation ermöglicht,
ohne dass von außen
Energie zugeführt wird,
die über
der für
Heizung und Flüssigkeitstransport
in dem Reinigungsprozeß notwendigen
liegt. Der Prozeß ermöglicht es,
dass die Anlage für
die Reinigung sehr einfach aufgebaut ist, besonders im Vergleich
mit Reinigungsanlagen, die eine Wärmepumpe und deren geeignete
Zusatzausrüstung
aufweisen.
-
Die
Lösung
der Aufgabe der Erfindung wird dadurch erreicht, dass die in dem
Reinigungsprozeß kontaminierte
Flüssigkeit
in einem Fluß gepumpt wird,
nachdem sie eine Filtrationseinrichtung passiert hat, wobei ein
erster Teilfluss zu einer Verdampfungseinrichtung geleitet wird
und ein zweiter Teilfluss durch eine Ausstoßeinrichtung für den Betrieb
derselben geführt
wird. Die Funktion der Ausstoßeinrichtung
besteht darin, den Druck innerhalb der Verdampfungseinrichtung zu
reduzieren und dadurch die für
die Verdampfung notwendige Temperatur abzusenken. Die Ausstoßeinrichtung
wird auch zur Kondensation und zur Rückführung des Kondensats in den
Reinigungsprozeß benutzt.
Durch Ausgleichen der beiden Teilflüsse in Bezug aufeinander kann maximale
Leistungswirtschaftlichkeit erreicht werden, wobei der erste Teilfluss
so angepasst ist, dass er nicht größer als nötig ist, um einen vorher festgelegten
Grad an Reinheit der Reinigungsflüssigkeit beizubehalten. Die
maximale mögliche
Menge des gesamten Flusses kann hiermit in der Gestalt des zweiten
Teilflusses zum Betrieb der Ausstoßeinrichtung verwendet werden,
wobei dadurch die größtmögliche Druckreduzierung
in der Verdampfungseinrichtung erlangt wird, und wobei ermöglicht wird, dass
die Verdampfung bei der geringst möglichen Temperatur stattfindet.
Auf diese Weise kann durch dieses Ausgleichen der Teilflüsse in Bezug
aufeinander die für
die Erwärmung
der Reinigungsflüssigkeit und
zum Umpumpen derselben benötigte
Energie gleichzeitig bei dem Verdampfungsprozeß benutzt werden, um die Erwärmungs-
bzw. Heizanforderungen davon zu reduzieren.
-
BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
-
Im
Folgenden wird eine Ausführungsform der
Erfindung mit Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben,
welche ein Blockdiagramm der Anlage zur Durchführung des Verfahrens darstellt.
-
BESCHREIBUNG
DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
-
Die
Zeichnung stellt eine Anlage zur Reinigung von Werkstücken und
Produkten einer industriellen Fertigung dar. Die Reinigung besagter
Objekte wird mittels einer Flüssigkeit
durchgeführt,
und zur Aufnahme bzw. Anpassung dieser Flüssigkeit ist ein Behälter 1 vorgesehen.
Die Reinigung kann dabei innerhalb des Behälters stattfinden, wobei die
Objekte zum Beispiel mechanisch oder mittels Flüssigkeit aus Strahlöffnungen,
oder durch Ultraschallschwingungen behandelt werden. Alternativ
kann der Behälter 1 als
Vorratstank benutzt werden, aus welchem Flüssigkeit beispielsweise zur
Spülung
der Objekte entnommen wird. In der Figur ist jedoch keine Spülausrüstung oder
weitere Hilf- oder Zusatzausrüstung dargestellt.
Im Allgemeinen wird vorausgesetzt, dass die Reinigungsflüssigkeit
erwärmt
wird, was durch eine elektrisch versorgte Heizschlange 7 innerhalb des
Behälters 1 angezeigt
wird.
-
Da
der Reinigungsprozeß andauert,
wird die Flüssigkeit
in dem Behälter
durch Partikel und losgelöstem
Material von den bei der Reinigung gereinigten Objekten kontaminiert.
Die Verunreinigungsstoffe können
zum Beispiel Fertigungsrückstände wie Werkstoffspäne oder
Rückstände von
zum Beispiel Schneidflüssigkeit
oder Schmierstoffen sein. Die kontaminierte Flüssigkeit in dem Behälter wird
durch ein Abflußrohr 2 mittels
einer Pumpe 3 entfernt. Von der Pumpe 3 wird die
Flüssigkeit
weiter durch ein Rohr 4 in einen Filterbehälter 5 gefördert, der
mit mindestens einem Grobfilter zur Abtrennung von Partikeln und möglicherweise
mit einem Feinfilter versehen ist. Hierbei fließt die Flüssigkeit von dem Rohr 4 heraus durch
die röhrenförmigen Filterkörper und
in den Behälter 5 hinein,
und weiter durch ein Auslaßrohr 8 von dort
weg.
-
Das
Auslaßrohr 8 ist
mit einem Dreiwegeventil 9 mit zwei Auslässen verbunden:
ein Spülrohr 10,
das für
die Entfernung der Flüssigkeit
für andere Zwecke
außerhalb
des Behälters 1 benutzt
werden kann, und ein Umlaufrohr 11, das zu einer Ausstoßeinrichtung 12 führt. Weiterhin
ist ein Füllrohr 13,
welches zu einem Verdampfungsgefäß 14 führt, an
das Auslaßrohr 8 angeschlossen.
Die Funktion einer Steuereinheit 15 besteht darin, mittels
eines Ventils 16 die von dem Auslaßrohr 8 ankommende
Flüssigkeit
zwischen den an das Ventil 9 angeschlossenen Rohren 10, 11, 13 aufzuteilen.
Es sollte jedoch erwähnt
werden, dass das Dreiwegeventil 9 durch Steuerventile in
den jeweiligen Rohren 10 und 11 ersetzt werden
kann. Diese Rohre können
dann mit Steuereinheiten für
besagte Ventile versehen sein. Das Füllrohr 13 kann mit
einem Drosselventil 16 mit einer Steuereinheit 15 ausgerüstet sein.
Die Aufteilung der Flüssigkeit
in Teilflüsse
zwischen den Rohren 11 und 13 kann somit mittels
des Ventils 16 gesteuert werden. Wenn es geöffnet ist,
wird nur ein Teil des Stroms durch das Rohr 13 fließen, was
zurückzuführen ist
auf den Druck, der sich vor dem Drosselventil 16 aufbaut.
Es sollte auch erwähnt
werden, dass die den Fluß bzw.
die Strömung
fördernde
Pumpe 3 mit einer Steuerung der Fördermenge versehen sein könnte, so
dass die gesamte Flüssigkeitsströmung in
die drei Rohre 10, 11 und 13 nicht nur
durch die Öffnungsstellungen
der Ventile, sondern auch durch die gesamte von der Pumpe kommende
Strömung
festge legt wird. Eine solche Fördermengensteuerung
als eine Alternative zur Drosselung oder Abstellen von Strömungen ist
häufig
vorteilhaft, wenn der Leistungsverbrauch der Förderpumpe in Betracht gezogen
wird.
-
Das
Verdampfungsgefäß 14 besteht
aus einem Gefäß 20,
der hier mit einem konischen Boden dargestellt ist, dessen engerer
Bodenabschnitt ein Ablaßventil 21 für konzentrierte
Verunreinigungsstoffe aufweist. Das Gefäß 20 ist von einem
Deckel 21 verschlossen und weist an seinem oberen Ende
einen Auslaß in
Gestalt eines Rohres 22 mit großem Durchmesser auf. Innerhalb
des Gefäßes ist
eine nicht abgeschlossene Trennwand angeordnet, die als eine thermische
Abdeckung 26 bezeichnet wird, wobei sie sich nach unten
auf die Mündung
des Rohres 22 in das Gefäß zu neigt. Zwei Niveaumeßgeräte 23 und 24 legen
den Variationsbereich für
den Füllstand
bzw. das Niveau 25 der Flüssigkeit in dem unteren Abschnitt
des Gefäßes fest.
Eine Heizungseinheit 30 ist um den unteren Abschnitt des
Gefäßes 20 herum
vorgesehen, wobei sie hier als ein elektrischer Heizmantel mit einer
Steuereinheit 31 für
ihren Betrieb dargestellt ist. Eine weitere Alternative würde eine
Heizspirale innerhalb des Gefäßes sein.
Weiterhin ist ein Temperaturfühler 32 in
dem unteren Abschnitt des Gefäßes zur
Erfassung der Flüssigkeitstemperatur
und ein Druckfühler 33 zur
Erfassung des Drucks in dem Dampfraum über dem Flüssigkeitsspiegel 25 vorgesehen.
-
Das
Auslaßrohr 22 setzt
sich von dem oberen Ende des Gefäßes 20 hinter
einer Biegung in einen sich konisch verengenden Abschnitt 36 fort, durch
welchen sich das Umlaufrohr 11 mit einem Abschnitt 37 erstreckt,
welcher einen Zwischenraum zwischen der äußeren Wand davon und der inneren Wand
bildet. Ein Endrohr 38 ist mit dem kleineren Ende des Abschnitts 36 verbunden.
Das Rohr 38 mündet
innerhalb des Tanks 1, über
oder unter seinem Flüssigkeitsspiegel 40.
Dieser Flüssigkeitsspiegel
wird von zwei Niveaumeßgeräten 41 und 42 festgelegt.
Weiterhin ist ein Temperaturfühler 43 mit
dem Tank unterhalb seines Flüssigkeitsspiegels
zur Steuerung der aktuellen Leistung für die Heizspirale 7 verbunden.
-
Ein
weiteres Rohr 27 dient zur Zufuhr frischer Flüssigkeit
von einem Behälter
oder, wenn die Flüssigkeit
Wasser ist, zum Beispiel von einem Wasserversorgungssystem. Ein
Ventil 28 mit einer Steuereinheit 29 ist zur Steuerung
des Zustroms von frischer Flüssigkeit
angeordnet. Das Rohr 27 ist mit der Mündung innerhalb des Behälters 1 dargestellt.
Sollte die zugeführte
Flüssigkeit
hochgradige Reinheit erfordern, könnte sie jedoch über das
Verdampfungsgefäß 14 eingespeist
werden.
-
Wie
hieraus entnommen werden kann, wird die vorher erwähnte Ausstoßeinrichtung 12 durch den
Abschnitt des Rohrs 22 nach seiner Biegung, nämlich durch
den sich verengenden Abschnitt 36 gebildet, wobei das Rohr 38 mit
dem kleineren Ende des besagten Abschnitts verbunden ist, und wobei sich
das innere Rohr 11 teilweise durch diese Bauteile hindurch
erstreckt und in einem geeigneten Abstand in Strömungsrichtung hinter dem kleineren Ende
des Abschnitts 36 innerhalb des Rohrs 38 endet.
Diese Ausstoßeinrichtung
oder Strahlpumpe wird mit der Flüssigkeit,
die durch das Rohr 11 und durch seinen Öffnungsabschnitt hindurch herausströmen, eine
Gasströmung
aus dem Gefäß 20 über das Rohr 22 heraus
erzeugen, und auf diese Weise ein Vakuum innerhalb des Gefäßes erzeugen.
-
Bei
Betrieb der Anlage wird Flüssigkeit
mittels der Pumpe 3 durch den Filterbehälter 5 und zu dem
Dreiwegeventil 9 gepumpt. Durch Steuerung des Ventils 16 durch
die Steuereinheit 15 wird ein geeigneter Teilfluss durch
das Rohr 13 von der ge drosselten Strömung im Rohr 11 zu
dem Verdampfungsgefäß 14 abgeleitet.
Dieser Teilfluss ist so angepaßt, dass
in Bezug auf den Grad der Kontamination, dem die Flüssigkeit
innerhalb des Behälters 1 in
Folge ausgesetzt ist, eine Verdünnung
der Flüssigkeit
in dem Behälter 1 durch
die Rückführung der
durch Destillation gereinigten Flüssigkeit erlangt wird, so dass die
Konzentration von Verunreinigungsstoffen auf einer annehmbaren Höhe gehalten
wird. Hierbei gibt es eine Anforderung, die den Sachverhalt betrifft,
welche Höhe
der Kontamination der Flüssigkeit
in dem Behälter
zulässig
ist, die zur Reinigung verwendet wird. Eine bestimmte Größe an Kontamination
wird die Filter passieren und in Folge während des Umlaufs durch den
Behälter
aufsummiert. Damit dieses nicht zu einer übermäßigen Kontamination der Flüssigkeit
im Vergleich mit dem Zulässigen
führt,
muss die Flüssigkeit
in Folge mit der gereinigten Flüssigkeit auf
einen noch höheren
Grad verdünnt
werden, damit ein Gleichgewichtspegel bei einem maximal zulässigen Kontaminationsgrad
aufrecht erhalten wird. Die pro Zeiteinheit erforderliche Menge
an solcher zuzuführenden
gereinigten Flüssigkeit
korrespondiert zu dem Teilfluss, der über das Rohr 13 zu
dem Verdampfungsgefäß 14 abgeleitet
werden muss.
-
Die
Strömung
bzw. der Fluß zu
dem Verdampfungsgefäß 14 könnte durch
Einstellung eines kontinuierlichen Teilflusses gesteuert werden,
der an die Anforderung von gereinigter Verdünnungsflüssigkeit angepaßt ist.
Alternativ könnte
der Teilfluss dadurch gesteuert werden, indem dem Ventil 16 ermöglicht wird,
so intermittierend zu arbeiten, dass das Verdampfungsgefäß jedes
Mal, wenn das Niveaumeßgerät 23 anzeigt,
dass der Flüssigkeitsstand
auf seinen vorher festgelegten untersten Stand abgesunken ist, nachgefüllt wird,
bis das Niveaumeßgerät 24 anzeigt,
dass der Flüssigkeitsstand
seinen vorher festgelegten höchsten
Stand erreicht hat. Diese intermittierende Steuerung würde vorgezogen
werden und wird bei der folgenden Funktionsbeschreibung verwendet.
-
Die
Bestimmung der Größe einer
zu verdampfenden Menge bei Betrieb der Anlage kann nach verschiedenen
Prinzipien durchgeführt
werden. In vielen Fällen
sollte es möglich
sein, die Strömung bzw.
den Fluß von
Hand auf Grundlage von Erfahrungswerten von Kontamination einzustellen,
die durch einen bestimmten Reinigungszyklus erzeugt wird. Es ist
ebenfalls vorstellbar, die Strömungsrate automatisch
zu steuern, entweder durch die Höhe der
Belastung der Anlage in Bezug auf die Menge von Werkstücken pro
Zeiteinheit, oder durch Messung des Kontaminationsgrads, zum Beispiel
durch Messung der Transparenz der Flüssigkeit, welche mit zunehmendem
Kontaminationsgrad abnimmt. Mit anderen Worten, wenn die Flüssigkeit
dazu neigt, so kontaminiert zu sein, dass sie die Anforderung nicht erfüllt, muss
der Teilfluss durch das Rohr 13 erhöht werden, und bei absinkendem
Kontaminationsgrad, zum Beispiel in Zeitabschnitten, in denen keine
Reinigung durchgeführt
wird, kann der Teilfluss reduziert werden. Die zu verdampfende Menge
muss selbstverständlich
an die Anforderung und an die Zufuhr von Flüssigkeit angepaßt sein.
Die Leistungsfähigkeit der
Verdampfung ist von solchen Faktoren abhängig, wie von der dem Behälter 20 zugeführten Wärme, von
dem von der Ausstoßeinrichtung 12 erzeugten Vakuum
und von der Größe der Flüssigkeitsoberfläche, und
davon, ob ein Verdampfungsgefäß oder mehrere
vorgesehen sind.
-
Die
Zufuhr von Flüssigkeit
durch das Rohr 13 in das Gefäß 20 erhöht den Flüssigkeitsstand 25,
und wenn er einen vorher festgelegten maximalen Stand erreicht hat,
erfaßt
dieses das Niveaumeßgerät 24. Damit
der maximale Füllstand
nicht überschritten wird,
wird das Ventil 16 geschlossen. Nun wird Flüs sigkeit
in Folge verdampft. Hierbei muss die Flüssigkeit innerhalb des Gefäßes durch
Erwärmung
auf einer bestimmten Temperatur gehalten werden. Die Höhe dieser
Temperatur zum Erhalt einer bedeutenden Verdampfung ist durch den
Siedepunkt der Flüssigkeit
festgelegt, welcher für
eine spezielle Flüssigkeit
von dem Druck über
der Flüssigkeitsoberfläche abhängig ist;
je niedriger der Druck, desto niedriger ist der Siedepunkt. Um eine
Temperatur zu erlangen, die optimal an die erforderliche Temperatur
der Reinigungsflüssigkeit
angepaßt
ist, um auf diese Weise Heizenergie einzusparen, wird innerhalb
des Gefäßes ein
Vakuum erzeugt, indem durch das Rohr 11 der Ausstoßeinrichtung 12 Flüssigkeit
zugeführt
wird. Die durch den Öffnungsabschnitt 37 heraus
fließende Flüssigkeit
erzeugt eine Gasströmung
aus dem Verdampfungsgefäß heraus
und erzeugt ein Vakuum über
der Flüssigkeitsoberfläche 25.
Wenn das Vakuum, das mittels der Ausstoßeinrichtung bei der Strömung erzeugt
werden kann, die dort hindurch geleitet werden kann, nicht ausreichend
genug ist, um einen maximal zulässigen
Flüssigkeitsstand
in dem Gefäß 20 bei
der vorherrschenden Umgebungstemperatur beizubehalten, muss dem
Gefäß Wärme zugeführt werden.
Diese kann mittels der Heizungseinheit 30 erfolgen. Wenn
andererseits die Verdampfung zu hoch ist, wobei der Flüssigkeitsstandmesser 23 einen
unter den vorher festgelegten niedrigsten Flüssigkeitsstand absinkenden
Flüssigkeitsstand
erfaßt, kann
die Erwärmung
reduziert werden.
-
Die
verdampfte Flüssigkeit,
welche durch die Verdampfung einen hohen Reinheitsgrad erhalten hat,
wird in dem Raum oberhalb des Flüssigkeitsstands 25 gesammelt
und wird, zumindest zum Teil, dort kondensieren. Das Kondensat und
der verbleibende Dampf werden längs
durch das Rohr 22 auf Grund der Wirkung der Ausstoßeinrichtung 12 gesaugt,
und erreichen bei weiterer Kondensation den Behälter 1 durch das Rohr 38 zusammen
mit der durch die Ausstoßeinrichtung
strömenden
Flüssigkeit,
die durch das Rohr 11 zugeführt wurde. Somit wird einerseits
dem Behälter
Flüssigkeit
zugeleitet, die nur in den Filtern gereinigt wurde und in den Behälter durch
den Öffnungsabschnitt 37 von
dem Rohr 11 fließt,
oder durch das Rohr 10 unter Steuerung des Ventils 9,
oder Teilflüsse
aus beiden besagten Rohren. Andererseits wird der Behälter weiterhin
mit hochgradig gereinigter Flüssigkeit
gespeist, die in dem Verdampfungsgefäß 14 erzeugt wird
und dem Behälter
mittels der Ausstoßeinrichtung 12 zugeführt wird.
Durch dieses kann ein Gleichgewichtszustand zwischen gefilterter
Flüssigkeit
und mittels Destillation hochgradig gereinigter Flüssigkeit
in dem Behälter aufrecht
erhalten werden, wobei ermöglicht
wird, dass der maximale zulässige
Kontaminationsgrad nicht überschritten
wird.
-
Wenn
eine intermittierende Steuerung des Teilflusses zu dem Verdampfungsgefäß verwendet wird,
wird der Fluß mittels
des Ventils 16 wie oben erläutert unterbrochen. Wenn durch
die Verdampfung der Flüssigkeitsstand
auf den vorher festgelegten niedrigsten Füllstand, erfaßt durch
das Niveaumeßgerät 23,
abgesunken ist, wird der Prozeß wieder
von neuem begonnen, indem das Ventil 16 geöffnet wird, bis
dass der vorher festgelegte höchste
Füllstand
erreicht ist. Der Steuervorgang besteht somit darin, dass das Ventil 16 geöffnet wird,
wenn das Niveaumeßgerät 23 den
niedrigsten Füllstand
erfaßt,
und es wird geschlossen, wenn das Niveaumeßgerät 24 den höchsten Füllstand
erfaßt,
und es bleibt geschlossen bis das Niveaumessgerät 23 ein Öffnen des
besagten Ventils wieder aktiviert.
-
Es
wird bevorzugt, die Anlage mit einem kontinuierlichen Fluß zu dem
Verdampfungsgefäß zu betreiben,
hauptsächlich
müssen
die per Zeiteinheit zugeführte
Menge an Flüssigkeit
und die in der gleichen Zeiteinheit verdampfte Flüssigkeitsmenge
aneinan der angepaßt
sein. Wenn die Verdampfungskapazität bzw. -leistung bei einem
ununterbrochenen Fluß zu gering
ist, wird das Gefäß überfüllt. Wenn
jedoch die Verdampfungskapazität
ausreichend ist, um die regulierte Menge an zugeführter Flüssigkeit
zu verdampfen, kann die Verdampfungskapazität wenn nötig, das heißt, wenn
eine Tendenz zur Überfüllung durch
das Niveaumessgerät 24 erfaßt wird,
durch Erhöhung
der Wärmezufuhr
und/oder durch Verringerung des Vakuums erhöht werden.
-
Die
Anforderung zur Verdampfung der Flüssigkeit in dem Verdampfungsgefäß besteht
darin, dass der Druck über
der Flüssigkeitsoberfläche dergestalt
ist, dass sich die Flüssigkeit
bei der in der Flüssigkeit
vorherrschenden Temperatur an dem Siedepunkt befindet. Der Zusammenhang
hierbei ist: je niedriger der mittels der Ausstoßeinrichtung 12 erhaltene
Druck ist, je niedriger ist die Temperatur, bei der Verdampfung
auftritt. Die Leistungsfähigkeit
der Ausstoßeinrichtung
in Hinblick auf die Druckreduzierung hängt von seinem Aufbau und von
der durch ihn pro Zeiteinheit gepumpten Menge an Flüssigkeit
ab. Eine erhöhte
Leistungsfähigkeit
zur Druckreduzierung durch den Aufbau kann nicht nur durch Dimensionierung
erlangt werden, sondern auch durch Anordnung mehrerer bzw. verschiedener
Ausstoßeinrichtungen in
Reihe oder in paralleler Anordnung. Die Menge an Flüssigkeitsströmung durch
die Ausstoßeinrichtung ist
abhängig
von der Leistungsfähigkeit
der Pumpe 3; wie erwähnt
kann die Pumpe für
Leistungssteuerung ausgerüstet
sein. Im Allgemeinen gibt es jedoch eine Grenze für die Größe einer
Strömung
durch den Behälter 1,
welche zur Aufrechterhaltung in Bezug auf solche Faktoren wie zum
Beispiel den Reinigungseffekt geeignet ist. Das Verhältnis zwischen
Druck und Temperatur steht selbstverständlich auch in größter Abhängigkeit
von der Flüchtigkeit
der Flüssigkeit.
In dem vorliegenden Fall wird Wasser hauptsächlich als Flüssigkeit
angenommen, vorzugs weise ergänzt
mit oberflächenaktiven
Reinigungssubstanzen bzw. Detergentien.
-
Wenn
bei Einbeziehen dieser Faktoren die Ausstoßeinrichtung einen Aufbau erhalten
hat, der an die Bedingungen angepasst ist und so eine bestimmte
Leistungsfähigkeit
zur Absenkung des Drucks aufweist, kann es vorkommen, dass die Umgebungstemperatur,
höchstwahrscheinlich
Raumtemperatur, nicht ausreichend ist, um den Siedepunkt bei dem
Vakuum zu erreichen, das erzeugt werden kann. Außerdem wird die Verdampfungswärme der Flüssigkeit
entzogen, wobei sie dazu neigt, deren Temperatur zu erniedrigen.
Es ist deshalb im Allgemeinen notwendig, der Flüssigkeit weitere Wärme zuzuführen, und
dazu ist die oben erwähnte
Heizummantelung 30 vorgesehen worden. Die Temperatur der
Flüssigkeit
kann hierbei mittels des Temperaturfühlers 32 überwacht
werden. Die Temperatur, welche beibehalten werden muss, damit Verdampfung erfolgen
kann, ist wie erwähnt
durch den Druck in dem Gefäß festgelegt,
welcher mittels des Druckfühlers 33 erfaßt werden
kann. Ob irgendeine Verdampfung überhaupt
stattfindet, wird durch den Flüssigkeitsstand
in dem Gefäß 20 bestimmt,
welche durch die Niveaumessgeräte 23 und 24 überwacht
wird. Wenn das Niveaumeßgerät 24 einen
Füllstand über der
vorher festgelegten maximalen Höhe
erfaßt,
soll Verdampfung beibehalten werden wie beschrieben, bis der durch
das Niveaumeßgerät 23 erfaßte unterste
Füllstand
erreicht ist. Aus energiewirtschaftlichen Gründen sollte Druckabnahme als
ein Mittel zur Verdampfung mit Priorität behandelt werden und Erwärmung als
ein zweites, wenn bei dem erreichbaren Vakuum keine Verdampfung
erfolgt. Mit einem angepaßten
Steuersystem können
optimale Energiebedingungen aufrecht erhalten werden, die auf den
erfaßten
Daten der besagten Sensoren bzw. Fühler basieren; der Temperaturfühler 32,
die Niveaumeßgeräte 23, 24 und
der Druckfühler 33.
-
Die
der Flüssigkeit
innerhalb des Verdampfungsgefäßes entzogene
Verdampfungswärme
wird zurückgewonnen,
wenn der Dampf kondensiert. Es kann angenommen werden, dass Kondensat
schon bis zu einem bestimmten Ausmaß in dem Dampfraum des Gefäßes über der
Flüssigkeitsoberfläche 25 erzeugt
wird, wobei sich dieser auf der Trennwand 26 niederschlägt und durch
das Rohr 22 herausfließt. Endgültig Kondensation
erfolgt in der Ausstoßeinrichtung
und in dem Rohr 38, und die Wärme wird der Flüssigkeit
in dem Behälter 1 zugeführt, in
welchen das Kondensat schließlich
hineinfließt.
Es wird häufig gefordert,
dass die Flüssigkeit
in dem Behälter 1 eine angehobene
Temperatur aufweisen sollte, um die beste Reinigungswirkung zu entfalten.
Hierbei sind hauptsächliche
Gelegenheiten zur Anpassung der Anlage in einer solchen Weise verfügbar, dass
die für die
Verdampfung notwendige Wärme
dem Prozeß zurückgeführt werden
kann, um die Reinigungsflüssigkeit
mit einer erhöhten
Temperatur zu versehen.
-
In
solchen Reinigungsanlagen, für
welche die Erfindung besonders anwendbar ist, wird die Reinigungsflüssigkeit
im Allgemeinen erwärmt
gehalten, bei wäßrigen Lösungen oft
bis zu mehr als 50° C, aber
unterhalb des Siedepunktes. Um diese Temperatur über der Umgebungstemperatur
beizubehalten, ist eine Wärmequelle
erforderlich. Zu diesem Zweck ist die Heizspirale 7 in
dem Behälter 1 vorgesehen worden.
Da der Flüssigkeit
durch den Verdampfungsprozeß Wärme durch
das Verdampfungskondensat zugeführt
wird, kann die Wärmeenergie
zur Erwärmung
der Flüssigkeit
in dem Behälter 1 reduziert
werden, wobei dadurch der Hauptanteil der Wärmeanforderung zur Aufrechterhaltung
des laufenden Verdampfungsprozesses kompensiert wird. Dieses ermöglicht für einen
solchen Ausgleich, dass die zugeführte Wärmeenergie im Allgemeinen nicht
erhöht werden
muss, wenn Ver dampfung stattfindet; sie muss nur zwischen den Heizelementen 7 und 30 der beschriebenen
Ausführungsform
neu verteilt werden. Gleichzeitig wird die Verdampfungstemperatur
durch Verwendung des Flüssigkeitsumlaufs
zur Erzeugung eines Vakuums in dem Verdampfungsgefäß gesenkt.
-
Der
Rest der dem Verdampfungsvorgang zugeführten Energie, das heißt der Energie
zur Erzeugung eines Vakuums mittels der Ausstoßeinrichtung 12, wird
durch die Arbeit der Pumpe 3 zugeführt. In einer Anlage von dieser
Ausführung
ist es jedoch normalerweise notwendig, einen bestimmten Umlauf der Reinigungsflüssigkeit
zu haben, und wenn wie in dem Ausführungsbeispiel eine Filtervorrichtung
vorhanden ist, muss diese von der Reinigungsflüssigkeit durchströmt werden.
Mit einer optimalen Anpassung der Anlage ist es vorstellbar, dass
der Pumpe 3 zum Betrieb der Ausstoßeinrichtung keine zusätzliche
Energie über
die Energie hinaus zugeführt
werden muss, die auf jeden Fall zur Zirkulation der Flüssigkeit
eingespeist werden muss.
-
Die
Folgerung ist somit, dass es zumindest unter bestimmten Bedingungen
möglich
ist, die Anlage mit ihrer hochgradigen Reinigung von Teilmengen durch
Verdampfung ohne jeglichen, oder mit einem sehr begrenzten, Zusatz
an Energie zu betreiben, die über
der liegt, welche zur Aufrechterhaltung der Zirkulation und erforderlichen
Temperatur für
die Reinigungsfunktion notwendig ist.
-
Zugleich
mit der Verdampfung wird die Flüssigkeit
in dem Gefäß 20 mit
nichtflüchtigen
Substanzen angereichert, welche nicht verdampfen. Wie erwähnt können diese
durch das Ventil 21 zur endgültigen Vernichtung abgelassen
werden. Das bringt es mit sich, dass die gesamte Flüssigkeitsmenge
in dem System abnimmt. Eine solche Abnahme kann auch zufällig durch
Verdamp fung in die umgebende Atmosphäre vorkommen und bei den meisten
Reinigungsvorgängen
auch durch Flüssigkeit,
die mit den gereinigten Objekten mitgeführt wird. Diese Reduktion des
Flüssigkeitsvolumens
wird durch Zufuhr frischer Flüssigkeit
kompensiert, und dazu kann ein solches Rohr wie das Rohr 27 vorgesehen
sein. Vorzugsweise wird die Zufuhr in Verbindung mit Ablassen der
Verunreinigungen durch das Ventil 21 vorgenommen. Wenn
der Vorgang automatisiert werden soll, ist dieses möglich durch
Koordinierung der durch die Niveaumessgeräte 23, 24 und 41, 42 erfaßten Daten.
Im Zusammenhang mit einer Entfernung von Flüssigkeit und angesammelten
Verunreinigungen könnte
eine Zusetzung von Substanzen wie zum Beispiel Wasch- bzw. Reinigungssubstanzen
erforderlich sein. Auch eine Reinigung von Filtern, falls vorgesehen,
ist Teil der Wartung.
-
Um
die beschriebene Funktion zu erhalten, wird eine bestimmte Steuerfolge
für die
vorhandenen Betriebseinheiten erforderlich. Dieses kann in der folgenden
Weise beispielhaft dargestellt werden:
- 1. Die
Teilmenge pro Zeiteinheit, welche von der mittels der Pumpe 3 zirkulierten
Flüssigkeit
dem Verdampfungsgefäß zuzuführen ist,
wird durch intermittierenden oder kontinuierlichen Fluß auf der Basis
der notwendigen Verdünnung
mit der Flüssigkeit
aus der hochgradigen Reinigung durch Verdampfung während der
vorherrschenden Bedingungen festgelegt und eingestellt.
- 2. Mittels der Niveaumeßgeräte 23, 24 wird überwacht,
dass eine Verdampfung von Flüssigkeit
erfolgt, die zu der zugeführten
Teilmenge korrespondiert.
- 3. Sollte der Flüssigkeitsstand
innerhalb des Verdampfungsgefäßes dazu
neigen, trotz maximaler Strömung
durch die Ausstoßeinrichtung
anzusteigen, muss das Verdampfungsgefäß erwärmt werden. Wenn es weitere
Gründe
zur Erwärmung
der Flüssigkeit
gibt, kann eine solche Erwärmung
wie erläutert
so reduziert werden, dass die Energieanforderung zur Erwärmung der
Flüssigkeit
gegenüber
dem zusätzlichen
Beitrag zur Verdampfung ausgeglichen wird.
- 4. Wenn mittels der Ausstoßeinrichtung
durch gleichzeitiges Beibehalten von maximalem Vakuum in dem Verdampfungsgefäß und Erwärmung eine
solche Verdampfung erreicht wird, dass der Flüssigkeitsstand als unter das
vorher festgelegte Minimum fallend erfaßt wird, kann frische Flüssigkeit
mit intermittierender Steuerung zugeführt werden. Durch kontinuierliche
Zufuhr ohne Steuerung der Flüssigkeitsströmung kann
die Erwärmung
reduziert werden, und das Vakuum kann, falls erforderlich, folglich
durch eine der Ausstoßeinrichtung
zugeführte
verringerte Teilmenge reduziert werden.
- 5. Wenn trotz Beibehaltung maximalen Vakuums und maximaler Erwärmung die
Teilmenge an Flüssigkeit
innerhalb des Verdampfungsgefäßes dazu
neigen sollte, über
den vorher festgelegten maximalen Füllstand hinaus zu steigen,
muss die dem Verdampfungsgefäß zugeführte Teilmenge an
Flüssigkeit
reduziert werden.
-
Innerhalb
des Rahmens der Erfindung, wie durch die angefügten Ansprüche festgelegt ist, kann das
Verfahren und die Anlage in Bezug auf die Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels variiert
werden. In besagtem Beispiel wurde angenommen, dass die Flüssigkeit,
bevor sie dem Verdampfungsgefäß zugeführt wird,
eine bestimmte Reinigung durchlaufen muss; das Beispiel führt Filterung/Partikeltrennung
an. Die Anforderung für
anfängliche
Reinigung hängt
ab von der Eigenschaft und Menge der Kontamination in der Flüssigkeit,
und von dem Reinheitsgrad, der darin beibehalten werden soll. Rohr-
und Ventilanordnungen können
unterschiedlich ausgelegt werden als in der beschriebenen Art und
Weise, vorausgesetzt, dass sie für
aufgeteilten gepumpten Fluß zwischen
dem Verdampfungsgefäß und der
Ausstoßeinrichtung
angepaßt sind.
Eine Angabe von elektrischem Strom als Heizung schließt nicht
die Verwendung von anderen Heiz- bzw. Erwärmungsverfahren aus. Zum Beispiel könnte die
in dem Sammelbehälter
erwärmte
Flüssigkeit
zur Erwärmung
des Verdampfungsgefäßes mittels
eines Wärmetauschers
mit oder ohne Zusatzheizung benutzt werden. Durch das von der Ausstoßeinrichtung
in dem Verdampfungsgefäß erzeugte
Vakuum könnte
die Verdampfungstemperatur unter diejenige abgesenkt werden, welche
innerhalb des Sammelbehälters
vorliegt.
-
Der
Behälter 1,
auch als der Sammelbehälter bezeichnet,
kann wie ein Kübel
aufgebaut sein, in welchem die zu reinigenden Objekte untergetaucht sind.
Er kann auch die Funktion eines Pufferbehälters für Spülflüssigkeit aufweisen. Der Behälter kann
in verschiedene Behälter
und/oder Kübel
unterteilt sein und wird in den Ansprüchen als ein Behältersystem bezeichnet.
-
Als
ein Beispiel eines solchen Systems könnten Reinigungsanlagen aufgeführt werden,
welche verschiedene Behälter
oder Kübel
aufweisen, zwischen denen die Reinigungsflüssigkeit umgepumpt wird. Hierbei
sind die Behälter
so angeordnet, dass ein erster Behälter die Funktion der Aufnahme
des Kondensats aus der Ausstoßeinrichtung
aufweist und Flüssigkeit
zu einem zweiten Behälter
fördert. Von
diesem Behälter
aus wird Flüssigkeit
in einer geeigneten Menge zum Verdampfungsgefäß gefördert. Der erste Behälter, dem
das Kondensat zugeführt wird, enthält somit
die reinste Flüssigkeit
in dem System, wohingegen der zweite Behälter eine mehr kontaminierte
Flüssigkeit
enthält.
Sie ist auf diese Weise zur Verwendung bei vorbereitender Reinigung
geeignet, gefolgt von einer nachfolgenden Reinigung in dem ersten
Behälter.
Eine solche mehrstufige Anlage kann mit weiteren Zwischenbehältern erweitert
sein, welche nacheinander Flüssigkeit
von dem vorhergehenden Behälter
in der Kette erhalten und sie weiter zu dem nachfolgenden leiten,
wobei der vorher erwähnte
Behälter,
der die Flüssigkeit
zum Verdampfungsgefäß fördert, der
letzte in der Reihe ist. Das gereinigte Objekt sollte hierbei von
dem zuletzt erwähnten
Behälter
und dem für
die Endreinigung zu dem vorher erwähnten ersten Behälter durchlaufen.
Alternativ könnten
die Behälter
selbstverständlich
für unterschiedliche
Objekte mit unterschiedlichen Reinheitsanforderungen benutzt werden.
-
Es
sollte auch erwähnt
werden, dass eine bestimmte Abtrennung von Verunreinigungen neben bzw.
außer
der von der Verdampfung erzeugten in dem Verdampfungsgefäß durchgeführt werden
könnte.
Wenn zum Beispiel irgendeine Oberflächenschicht aus Öl abgestreift
wird, wird die Verdampfung erleichtert.