DE29521540U1 - Vorrichtung zum Trockenreinigen von Textilien - Google Patents
Vorrichtung zum Trockenreinigen von TextilienInfo
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Description
Lewald · Grape · Schwarzerisfeiner:"*: j,:. . C
Patentanwälte .·. · *".."":
European Patent Attorneys
Lewald et al. · Rindermarkt 6 · D-80331 München
Dietrich Lewald, Oipl.-lng. Knut Grape, Dipl.-lng.
Marie-Luise Schwarzensteiner Dipl.-Chem., Dr. rer. nat.
Rindermarki 6 D-80331 München
Tel. (089)2318190 Fax (089) 23181920
Satec GmbH
Hauptstr. 83
Hauptstr. 83
D-53619 Rheinbreitbach
S*4790
Vorrichtung zum Trockenreinigen von Textilien
Die Erfindung betrifft ein Trockenreinigen von Textilien, die mit Lösemittel gewaschen und mit Warmluft getrocknet werden,
wobei das Lösemittel nach Kondensation rückgewonnen wird.
Gegenstand der Erfindung ist eine solche Vorrichtung mit Wasch- und Trocknertrommel, Kondensator für das Lösungsmittel, einer
Heizung und einer Warmluftzufuhr zum Trocknen, wobei Waschen und Trocknen in ein und der gleichen Maschine, alternativ aber auch
in zwei getrennten Maschinen, möglich sind.
Textilreinigungsanlagen (Chemischreinigungsanlagen) für Kohlenwasserstoff-Lösemittel (KWL), d.h. weitestgehend
aromatenfreie Lösungsmittel aus der Gruppe der Alkane gewinnen
mit dem Verbot von FCKW und der drastisch abnehmenden öffentlichen Akzeptanz von Per(Tetrachlorethylen) zunehmende
Bedeutung. Bei diesen liegt der Flammpunkt über 550C.
Textilreinigungsanlagen arbeiten im geschlossenen System und gewährleisten neben der eigentlichen Reinigung zugleich die
Trocknung der Ware bei gleichzeitiger Rückgewinnung durch Kondensation und Regenerierung (Destillation, Adsorption) des
eingesetzen Lösemittels.
Mit dem Einsatz der brennbaren KWL mit ihren niedrigen Dampfdrücken und hohen Siedebereichen ergaben sich neue
Anforderungen hinsichtlich optimaler Bedingungen aus Sicht des Brandschutzes, der Trockenzeiten, des Energieeinsatzes und der
Ökologie an den Trocknungsprozeß.
Die Trocknung in Textilreinigungsanlagen wird von einer großen Anzahl wechselnder Bedingungen beeinflußt: das sind die Warenart
und -menge, sowie die nach dem Schleudern in der Ware verbliebene Restlösemittelmenge, die physikalischen
Eigenschaften des verwendeten Lösemittels, die zugeführte Wärmeenergie, der Volumenstrom der Umluft. Diese Bedingungen
ändern sich von einer Charge zur anderen.
Die Steuerung des Trocknungsprozesses erfolgt bisher in Chemischreinigungsanlagen nach Zeit und Umlufttemperatur unter
Verwendung empirischer Vorgaben, die der Maschinenbediener nach Ermessen vorwählt. Die Folgen dieser Verfahrensführung sind
entweder
- Übertrocknungen der Ware durch zu lange Trocknungszeiten mit der Folge möglicher Warenschädigungen, überhöhter
Einergieverbräuche und verminderter Maschinenkapazität,
- unzureichernder Trockungseffekt durch zu kurze
Trocknungszeiten mit der Folge, daß die Ware ungenügend getrocknet ist, die Restlösemittel zu zusätzlichen Emissionen
und unter Umständen bei längeren Kontaktzeiten zu Hautreizungen führen. Diesem Problem kommt aus ökologischer und
gesundheitlicher Sicht eine besondere Bedeutung zu, da in der Praxis durch fehlende Meßtechnik und aus wirtschaftlichen
Gründen eher eine Unter- als eine Ubertrocknung festgestellt werden kann.
Desweiteren sind bei brennbaren Lösemitteln nach den zufälligen Bedingungen Konzentrationen in der Umluft des Trocknungssystems
möglich, die über der UEG (Untere Explosionsgrenze) liegen können. Zur Vermeidung von Bränden oder Explosionen werden daher
Primärschutzmaßnahmen folgender Art angewandt:
- Verringerung des O2-Gehaltes in der Trocknerumluft auf deutlich
unter Il %, entweder durch Eindüsen eines Inertgases (z.B. N2)
oder durch Vakuumierung, oder
Begrenzung der Trocknungstemperatur auf Werte deutlich unterhalb des Flammpunktes.
Bei der ersten Variante sind erhebliche maschinentechnische und energetische Mehraufwendungen notwendig. Bei der zweiten
Variante läuft die Trocknung verzögert ab, d.h., die Trocknungszeiten verlängern sich und die Maschinenkapazität
sinkt. Bei beiden Möglichkeiten können jedoch die sicherheitsrelevanten Kenngrößen meßtechnisch ohne weiteres
erfaßt werden (O2-Gehalt bzw. Temperatur).
Eine dritte Sicherheitsvariante besteht darin, daß die Losemittelkonzentration in allen Phasen des Trocknungsprozesses
in einem unkritischen Konzentrationsbereich, d.h. unterhalb der UEG gehalten wird. Damit könnten die technischen Aufwendungen
für eine Verringerung des O2-Gehaltes bzw. die Nachteile einer
Temperaturverringerung umgangen werden. Voraussetzung ist jedoch, daß die Losemittelkonzentration kontinuierlich gemessen
werden kann und unter allen Bedingungen verfahrenstechnisch beherrschbar ist.
Eine zuverlässige meßtechnische überwachung der
Losemittelkonzentration bei den während der Trocknung gegebenen Bedingungen scheiterte aber bislang bei allen infrage kommenden
Meßprinzipien (FID, PID, IR, GC) an den partiell auftretenden Kondensationen in den Meßsystemen, hervorgerufen durch
auftretende Taupunktunterschreitungen. Damit konnten die ablaufenden Prozesse weder beobachtet noch beeinflußt werden der
Trocknungsprozeß wurde notwendigerweise empirisch gesteuert.
Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, den bisher für erforderlich gehaltenen Aufwand, wie Verringerung des
O2-Gehaltes in der Trocknerumluft oder verzögerte Trocknung oder
andererseits Kondensationen in den Meßsystemen zu vermeiden und ein besonders unaufwendiges Verfahren vorzuschlagen.
Erreicht wird dies erfindungsgemäß bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch, daß die
Lösungsmittelkonzentration am Ort höchster Konzentration und Temperatur kontinuierlich über den gesamten Trocknungsverlauf
gemessen wird, die Werte in einem Computer verarbeitet werden und abhängig von der Zuordnung von Konzentration als Leitwert
und Temperatur längs einer Kennlinie die Konzentration der Warmluftzufuhr gesteuert wird. Vorzugsweise ist kennzeichnend
der Zuwachs der Konzentration pro Zeiteinheit.
Nach einem steilen Anstieg wird erfindungsgemäß auf ein Plateau der Konzentration hin gefahren.
Zweckmäßig wird Wärme intermittierend, um den Anstieg auf zu hohe Lösungsmittelkonzentrationen zu vermeiden, zugeführt.
Als besonders günstig hat es sich herausgestellt, und hierdurch werden auch die Störungen durch Kondensation vermieden, wenn der
Meßwertaufnehmer beheizt wird.
Mit dem Umschalten auf die nächste Phase (Cool-Down-Phase) wird
solange gewartet, bis die jeweilige Maximalkonzentration um mindestens 90 % unterschritten wird.
Zweckmäßig arbeitet man mit einem Infrarot-(IR)-Meßgerät für die Konzentration unmittelbar am Trocknertrommelausgang und benutzt
dies zu einer bisher nicht erbrachten kontinuierlichen Konzentrationsmessung und zwar bis zum Ende der Trocknung.
Besonders zweckmäßig hat sich hierzu eine Fuzzy-Logic-Steuerung erwiesen.
Es ergibt sich also eine leitwertgesteuerte Trocknung, vorgesehen für KWL Reinigungsanlagen. Eine Übertragung auf Per-Anlagen
ist natürlich möglich, wobei hierbei der Sicherheitsaspekt (Explosionsgefahr) und die hierdurch bedingten
Maßnahmen außer acht gelassen werden können.
• · &igr;
Eine zuverlässige Meßtechnik ist also entwickelt und an den zu lösenden Fall adaptiert worden und ermöglicht eine
kontinuierliche Konzentrationsmessung während des gesamten Trocknungsprozesses. Die Einflußfaktoren auf den
Trocknungsverlauf werden untersucht. Der Einfluß von Störfaktoren auf die Trocknung wird untersucht. Regelgrößen für
den Trocknungsprozeß werden bestimmt. Durch die Maßnahme nach der Erfindung war es möglich, eine geeignete Software zur
verfahrenstechnischen Umsetzung der Meßsignale in Steuersignale zu entwickeln. Durch die Maßnahme nach der Erfindung konnten
Lösemittelkonzentrationen unter allen planmäßigen und unplanmäßigen Verfahrensbedingungen im Bereich von maximal 75 %
UEG gewährleistet werden.
Am Trommelausgang, im Bereich der höchsten Konzentration, ist also ein Meßgerät in modifizierter Ausführung (modifiziert z.B.
durch eine beheizte Meßküvette) installiert, durch die bisher auftretende Kondensationserscheinungen sicher vermieden werden.
Somit wird eine kontinuierliche Konzentrationsmessung vom Beginn bis zum Ende der Trocknung möglich. Die Meßwertsignale werden
der maschineninternen Computersteuerung (SPS) zugeführt. Durch Se1f- Check-Funktionen erfolgt eine automatische
Funktionskontrolle des I R -Meßgerätes . In der
speicherprogrammierbaren Steuerung (SPS) werden die Signale unter Zuhilfenahme der ermittelten verfahrenstechnischen
Einflußfaktoren verarbeitet, und Steuersignale an das
Maschinensystem gegeben (beispielsweise hinsichtlich Dampfzufuhr, Steuerung des Gebläsemotors, des Trommelantriebs
und der Türverriegelung, der Lüftungsklappen, der Ventilsteuerung der Kälteanlagen etc.).
Im Gegensatz zur herkömmlichen Verfahrensweise übernimmt also die Computersteuerung die optimale Festegung der Trocken- und
Cool-Down-Zeiten in Abhängigkeit vom Konzentrationsverlauf in der Trommel.
6 — *
Folgende Effekte werden erreicht:
- Die Konzentrationskurve verläuft deutlich flacher, dafür aber über ein Plateau.
- Bei Erreichen des vorgegebenen Grenzwertes von 70 % UEG wird sofort die Wärmezufuhr gestoppt. Als Folge sinkt die
Konzentration wieder.
- Die Wärmezufuhr wird so lange aufrechterhalten, wie ein deutliches Absinken der Konzentration bis zu einem vorgegebenen
Schwellenwert feststellbar ist.
- Unter Nutzung der im Trockner noch vorhandenen latenten Wärme erfolgt in der Cool-Down-Phase ein weiteres Absenken der
Konzentration. Nach Unterschreiten der 10 % Grenze der UEG wird der Cool-Down beendet und der Ausblasprozeß eingeleitet.
Trotz deutlicher Verringerung der Konzentrationsspitze verringert sich die Gesamtdauer des Trocknungsprozesses bis zu
25 %.
Es ergibt sich also:
- Ein Wegfall der für die Sicherheit notwendigen Inertisierung bzw. Vakuumierung, damit Kosteneinsparung und Erhöhung der
Zuverlässigkeit in der Anwendung.
Eine optimale Trockenzeit unter den unterschiedlichsten Bedingungen. Damit kann im Durchschnitt die Trockenzeit um 20 %
verringert werden. Die Kapazität der Textilreinigungsanlage erhöht sich dementsprechend um 20 %.
- Eine Vermeidung von Wärmeverlusten durch Übertrocknung. Aus der Summe der Trockenzeitverringerung, der Wärmeeinsparung und
des Wegfalls der überwiegend angewandten Inertisierung resultiert
eine Energieeinsparung von ca. 160 Wh/kg getrockneter Ware (ca.
40 %).
Untertrocknungen der Ware und damit verbundene Lösemittelemissionen an die Umwelt sowie gesundheitliche Risiken
werden sicher vermieden. Dieser Vorteil ist nicht qualifizierbar, hat aber aus ökologischen und gesundheitlichen
Gründen eine besondere Bedeutung.
In den europäischen Richtlinien sind 350 ppm als Restwert zulässig. Erfindungsgemäß wird diese Grenze um 99 %
unterschritten.
Von der Cool-Down-Phase zur Ausblasphase wird übergegangen, wenn
die Differenz in der Konzentrationsabnahme über die Zeit, die nach dem Plateau erst flach und dann sehr flach wird, einen
bestimmten ganz geringen Wert erreicht.
Mit der Fuzzy-Logic wird eine ideale Trocknungskurve bestimmt, der Computer mit Fuzzy-Logic stellt dann einen Temperatur- und
Konzentrationsvergleich an und steuert einen Konzentrationsverlauf über die Zeit, der Einflußgrößen wie
überladene, unterladene Trommeln, schwerere Textilien, bei denen die Lösungsmittel schwieriger austreten, leichtere Textilien,
bei denen dies leichter erfolgt, an. Nachdem die Steuerung einen bestimmten Konzentrationsverlauf festgestellt hat, wird bei
diesem Konzentrationsverlauf ein bestimmter Leitwert als Funktion des Konzentrationsverlaufs und der Temperatur
errechnet. Wichtig ist hier, daß, da es sich um unpolare Medien handelt, elektrische Messungen nicht möglich sind.
Beispielsweise Ausführungsformen der Erfindung sollen nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert werden,
in denen
Fig. l ein Funktionsschema der Trocknung ohne die erfindungsgemäße Leitwertsteuerung zeigt;
Fig. 2 zeigt ein ähnliches Funktionsschema der Trocknung jedoch mit der erfindungsgemäßen Leitwertsteuerung.
Nach Abschluß des Reinigungsprozesses, dem Abpumpen der freien Flotte aus der Trommel und dem anschließenden Zentrifugieren
beginnt der eigentliche Trocknungsprozeß (Phase I). Je nach Warenart und -empfindlichkeit wird im Programm die zulässige
Höchsttemperatur der Umluft beim Trocknen, die Trocknungszeit, die Temperatur der Cool-Down-Phase (Phase II) und die Zeit für
das Ausblasen (Phase III) hinterlegt.
Die im Vorwärmer 6 vorgewärmte und im Heizregister 7 auf die eingestellte Solltemperatur erhitzte Luft durchströmt die Außen-
und Innentrommel 1, 2 und nimmt dabei Lösemittel aus der gereinigten Ware auf. Aus der Außentrommel 1 kommend, strömt die
lösemittelhaltige Luft zunächst durch ein Flusensieb 3, in dem der Faserabrieb abgefiltert wird, von dort in den
Lösemittelkondensator 5, in dem an gekühlten Flächen das Lösemittel und Wasserbestandteile auskondensiert werden. Das
Lösemittel-/Wassergemisch läuft über einen Wasserabscheider in einen Lösemitteltank und steht damit wieder für die Reinigung
zur Verfügung. Die gekühlte und entladene Luft nimmt im Kondensator der Kältemaschine, das ist der Vorwärmer 6, einen
Teil der vorher entzogenen Wärme wieder auf, durchströmt anschließend das dampf- oder elektrisch beheizte Heizregister 7
und gelangt wiederum in die Trommel. Die Phase I wird nach Ablauf der vorgewählten Zeit automatisch beendet und die Phase
II (Cool-Down) eingeleitet. Dabei kann nicht festgestellt werden, ob die Phase I möglicherweise zu lang oder zu kurz war das
Ergebnis zeigt sich erst nach dem Entladen der Ware.
Im Cool-Down-Prozeß wiederum wird die Ware in der Trommel
allmählich abgekühlt und noch vorhandene Restlösemittelmengen werden beseitigt. Dazu wird die Wärmezufuhr aus der Kältemaschine
(Vorwärmer) und die Dampfzufuhr zum Heizregister geschlossen. Diese Phase wird beendet, wenn die vorgewählte
Temperatur (< 5O0C) erreicht ist. Nach der Cool-Down-Phase
(Phase III) erfolgt zeitgesteuert (ca. 1 Minute) das Ausblasen
des Trockners. Dabei wird der geschlossene Luftkreislauf geöffnet, d.h. es wird Raumluft angesaugt und nach Durchströmen
des Trockners ins Freie geleitet.
Im Stand der Technik erfolgt also
eine Temperaturmessung vor Eintritt in die Trommel;
weiterhin erfolgt eine Temperaturmessung nach Austritt aus der Trommel;
schließich gibt es noch eine Luftstromüberwachung nach dem Gebläse;
abhängig von den gemessenen Daten erfolgt eine Ansteuerung der Ausblas- und Frischluftklappe;
es erfolgt eine Ansteuerung des Heizregisters;
eine Ansteuerung der Kälteanlage wird vorgenommen und
schließlich geht es noch um die Ansteuerung des Trommelantriebs.
In Fig. 2 sind die wesentlichen Änderungen, die erfindungsgemäß zu dem überraschenden Ergebnis führen, eingezeichnet. Gleiche
Teile werden mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet. In beiden Fällen ist im wesentlichen die Umluftführung in der
Trocknungsphase angegeben. Sind bei der Maßnahme nach der Erfindung die aus der Zentralprozessoreinheit austretenden nach
Signalverarbeitung in der SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) gewonnenen Signale signifikant, so erfolgt die
Ansteuerung der Maschinenkomponenten und die Prozeßgestaltung, insbesondere bei der Messung, völlig unterschiedlich.
Es wird eine Temperaturmessung vor Eintritt in die Trommel vorgenommen. Es wird eine Temperaturmessung bei 19 unmittelbar
nach Austritt aus der Trommel vorgenommen;
es wird eine Konzentrationsmessung 20 unmittelbar nach Austritt aus der Trommel vorgenommen.
Eine Self-Check-Funktion des Konzentrationsmeßgerätes ist
eingeschaltet und es erfolgt eine Luftstromüberwachung nach dem Gebläse. Um bisher in Kauf zu nehmende
Kondensationserscheinungen zu vermeiden, wird das
Konzentrationsmeßgerat, insbesondere seine Meßküvette, beheizt.
Das unmittelbar am Durchgang der Trommel 1/2 angeordnete Konzentrationsmeßgerat ist im Bereich der höchsten Konzentration
zu installieren und ist als Infrarot-(IR)-Meßgerät modifiziert ausgebildet. Zum erstenmal ist mit dem Konzentrationsmeßgerat 20
eine kontinuierliche Konzentrationsmessung vom Beginn bis zum Ende der Trocknung möglich. Seine Meßwertsignale werden der
maschineninternen Computersteuerung (SPS der CPU) zugeführt. Durch Self-Check-Funktionen erfolgt eine automatische
Funktionskontrolle des IR-Meßgerätes, und damit eine sichere
Steuerung und evtl. Abschaltung unter sämtlichen denkbaren Verfahrenszuständen. In der SPS erfolgt die Signalverarbeitung
der aufgenommenen Meßwertsignale (fünf Eingangssignale sind gezeichnet). Unter Zuhilfenahme der ermittelten
verfahrenstechnischen Einflußfaktoren werden die Steuersignale an das Maschinensystem gegeben.
Im Gegensatz zum Stand der Technik gemäß Fig. 1 nimmt die Computersteuerung (CPU/SPS) die optimale Festlegung der Trocken-
und Cool-Down-Zeiten in Abhängigkeit vom Konzentrationsverlauf in der Trommel 1/2, der über 20 in Zuordnung zu 19
(Temperaturmessung) ermittelt wird, vor.
Beim Stand der Technik war es so, daß aufgrund von empirisch gefundenen Werten und abhängig vom Können des jeweiligen
Meisters die Trocknung eingestellt und gefahren wurde. Wegen der Gefahr der überhitzung der Textilien wurde dabei oft in Kauf
genommen, daß sich auch Restlösemittelmengen in den Geweben befanden.
Claims (6)
1. Vorrichtung zum Reinigen von Textilien durch ein chemisches Lösemittel mit Wasch- und Trocknertrommel, Kondensator für
das Lösemittel, einer Heizung und einer Warmluftzufuhr zum
Trockner, wobei Waschen und Trocknen in ein und der gleichen Maschine möglich sind (DRY to DRY), gekennzeichnet durch ein Infrarot-(IR)-Meßgerät für die Konzentration unmittelbar am Trommelausgang zur kontinuierlichen Konzentrationsmessung bis zum Ende der Trocknung sowie ein Temperaturmeßgerät im gleichen Bereich sowie eine maschineninterne Computersteuerung (SPS) zur Zuführung speicherprogrammierter Signale als Steuersignale für die Wärmezufuhr.
Trockner, wobei Waschen und Trocknen in ein und der gleichen Maschine möglich sind (DRY to DRY), gekennzeichnet durch ein Infrarot-(IR)-Meßgerät für die Konzentration unmittelbar am Trommelausgang zur kontinuierlichen Konzentrationsmessung bis zum Ende der Trocknung sowie ein Temperaturmeßgerät im gleichen Bereich sowie eine maschineninterne Computersteuerung (SPS) zur Zuführung speicherprogrammierter Signale als Steuersignale für die Wärmezufuhr.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Meßküvette des Konzentrationsmeßgerätes beheizt ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Meßküvette des Konzentrationsmeßgerates direkt im Warmluftstrom am Trommelausgang angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß die Trocknungssteuerung nach Art einer Fuzzy-Logic-Steuerung
vorgenommen wird.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet
durch Ausbildung des IR-Meßgerätes mit Self-Check-Funktionen
zur automatischen Funktionskontrolle.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet
durch eine speicherprogrammierte Steuerung zur Signalverarbeitung .
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