СУШИЛЬНАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ ОКРАШЕННЫХ ОБЪЕКТОВ
DRYING UNIT FOR COLORED OBJECTS

Настоящее изобретение относится к инновационной сушильной установке для сушки объектов, в частности, автомобильных рам или их частей, или кузовов. Изобретение также относится к способу поддержания концентрации летучих веществ ниже заранее установленного значения.
В области непрерывного производства окрашенных объектов, таких как автомобильные рамы или их части, туннельные печи обычно используют для высушивания краски, нанесенной на объекты, которые последовательно поступают на вход туннеля и выходят из него на противоположном конце в сухом виде. В таких печах соответствующим образом осуществляют рециркуляцию нагретого воздуха, в то время как объекты транспортируют от входа туннеля к его выходу. Например, воздухонагреватели с циркуляцией воздуха могут быть расположены вдоль туннеля с интервалами, длина которых будет зависеть от продолжительности обработки и желаемой скорости транспортировки.
В процессе сушки обычно образуются летучие вещества, которые постепенно испаряются из краски, и они также могут быть легковоспламеняющимися или взрывоопасными, если их концентрация превышает предел безопасности (известный как НПВ: нижний предел взрываемости).
По этой причине необходимо регулярно менять воздух в печи, чтобы не допустить превышения предела безопасности для летучих веществ. Например, воздух можно вводить или нагнетать в туннель с его концов и выводить из центра.
Однако из-за необходимости в обмене воздуха увеличится потребление энергии печью, поскольку воздух, забираемый снаружи, не должен охлаждать туннель и, следовательно, его необходимо нагревать. Кроме того, такой обмен включает обработку больших объемов выходящего воздуха для удаления из него опасных летучих веществ перед выпуском воздуха в окружающую среду или при его циркуляции обратно в печь.
Тем не менее, чтобы уверенно избежать создания опасных концентраций летучих веществ в любых условиях, поток воздуха в сушильных туннелях в соответствии с общеизвестным способом, как правило, поддерживают на относительно высоком уровне, даже намного выше того, который считают теоретически достаточным.
Фактически, количество летучих веществ меняется, очевидно, в зависимости от количества объектов, подлежащих одновременной сушке в туннеле, и частоты их входа. В целях безопасности обмен рассчитывают на максимальное предусмотренное количество (например, 200-250 кг/рама), и поэтому обмен происходит с установленным объемом воздуха, даже если в печи нет объектов или они присутствуют в гораздо меньшем количестве, чем емкость печи.
В документах предшествующего уровня техники предлагали сделать циркуляцию воздуха зависимой от количества объектов в туннеле. Например, было предложено подсчитывать поступающие объекты, а затем увеличивать или уменьшать циркуляцию воздуха в зависимости от большего или меньшего числа объектов, поступающих в единицу времени.
Например, в US 2015/121720 описан сушильный туннель, оборудованный датчиками прохода рамы для определения количества рам в туннеле и регулирования общей циркуляции. Система также предусматривает использование одного датчика обнаружения растворителя в одной точке туннеля.
В ЕР 2360443 также описано измерение концентрации загрязняющих веществ в центре сушильного туннеля с целью изменения скорости воздухообмена.
В обоих случаях количество рециркулируемого воздуха всегда необходимо поддерживать высоким, чтобы предотвратить опасность чрезмерно высоких концентраций загрязняющих веществ в любой точке туннеля.
Тем не менее, эти способы имеют некоторые недостатки. Например, распределение летучих веществ может быть не линейным вдоль туннеля, а также оно может меняться непропорционально количеству объектов в туннеле, или объекты могут достигать туннелей с разными интервалами от одного к другому, создавая зоны с более высокими или более низкими концентрациями летучих веществ в туннеле. Даже при отслеживании положения объектов в туннеле, во избежание недооценки, при определенных условиях, тем не менее, необходимо поддерживать больший воздухообмен, чем фактически необходимо.
Кроме того, система очень чувствительна к изменениям краски или типа обрабатываемых объектов (например, автомобильные рамы с различными формами и/или размерами) и, следовательно, нужно будет перенастраивать систему при каждом изменении обработки или, как это обычно происходит на практике, согласиться на приблизительную перенастройку с хорошим порогом безопасности. С помощью этой системы также невозможно одновременно и эффективно обрабатывать несколько объектов разных типов или с разными типами окраски, поступающих в туннель смешанными группами или в любом порядке. Фактически, в этих случаях количество летучих веществ, выделяющихся вдоль туннеля, сильно варьирует при том же количестве объектов в туннеле, и требуется большое количество избыточного воздуха, необходимого для обеспечения порога безопасности, чтобы предотвратить создание высокой концентрации летучих веществ во всех участках туннеля.
В US 2015/367371, US 5165969 и DE 102010030280 описаны окрасочные камеры с одним датчиком для измерения концентрации растворителей в камере. Поскольку концентрация растворителей в камере выше, а извлечение, вообще говоря, централизовано, то такое измерение может иметь большое значение. Однако эта система становится совершенно ненадежной в случае сушильных туннелей.
Общая цель настоящего изобретения состоит в том, чтобы обеспечить сушильный туннель и способ управления, которые минимизируют количество запасного воздуха, используемого в туннеле, чтобы уменьшить потребление энергии и необходимость воздухообработки.
В связи с этой целью было решено, в соответствии с изобретением, создать установку по п. 1.
В частности, предпочтительно может быть предусмотрена установка для сушки объектов, которые выделяют летучие вещества, включающая сушильный туннель с системой транспортировки, которая транспортирует объекты через туннель, отличающаяся тем, что вдоль туннеля расположены датчики для измерения концентрации летучих веществ вдоль туннеля, вместе с воздухообменными устройствами, управляемыми датчиками, чтобы поддерживать концентрацию летучих веществ в туннеле ниже заранее установленного значения.
Также согласно изобретению было решено разработать способ по п. 11.
В частности, предпочтительно может быть предусмотрен способ поддержания концентрации летучих веществ ниже заранее установленного уровня в установке для сушки объектов, которые выделяют летучие вещества, включающей сушильный туннель с системой транспортировки, которая транспортирует объекты через туннель, отличающийся тем, что указанный способ включает в себя измерение концентрации летучих веществ вдоль туннеля с помощью датчиков и управление воздухообменными устройствами, расположенными вдоль туннеля, в соответствии с измеренными концентрациями, чтобы поддерживать концентрацию летучих веществ в туннеле ниже заранее установленного значения.
Чтобы дать более четкое объяснение новаторских принципов настоящего изобретения и их преимуществ по отношению к общеизвестному способу, ниже будут описаны иллюстративные воплощения, в которых применяют указанные принципы, с помощью прилагаемых чертежей. На чертежах показано:
на Фиг. 1 показан схематический вид сушильного туннеля согласно изобретению;
на Фиг. 2 и 3 показаны схематичные виды двух возможных воплощений части установки согласно настоящему изобретению.
На Фиг. 1 показана сушильная установка в целом, обозначенная числом 10, изготовленная в соответствии с настоящим изобретением для сушки объектов 11.
Установка 10 включает сушильный туннель или печь 12 с входом 13 на одном конце и выходом 14 на противоположном конце, и общеизвестную систему 15 транспортировки (например, последовательная цепная конвейерная линия или тому подобное), которая транспортирует объекты 11 от входа 13 к выходу 14 туннеля с желаемой скоростью.
Отдельными объектами 11 могут быть, например, автомобильные рамы или их части или кузова, и они могут опираться на соответствующие общеизвестные транспортировочные рамы или полозья 16. Объекты достигают туннеля после обработки (например, покраски), которая требует процесса сушки, в течение которого могут образовываться летучие вещества, концентрация которых внутри туннеля должна находиться ниже заранее установленной концентрации. Например, такими летучими веществами могут быть вещества, которые являются опасными, взрывоопасными или легковоспламеняющимися выше определенного концентрационного предела (НПВ).
Предусмотрены системы для внутреннего обогрева туннеля, чтобы обеспечить желаемую температуру в туннеле для способа, который желают осуществить.
Например, множество нагревательных и циркуляционных блоков 17 может быть эффективно расположено вдоль туннеля, которые надлежащим образом нагревают воздух в туннеле, чтобы туннель или различные его участки находились при желаемой температуре, подходящей для термообработки, которая требуется для объектов 11.
Блоки 17 предпочтительно являются внешними по отношению к туннелю, и каждый из них может включать в себя, например, нагревательный элемент или нагреватель 18 (например, электрический нагреватель, нагреватель с термальной жидкостью или горелочный нагреватель), который нагревает воздушный поток, выходящий из внутренней части туннеля и возвращающийся в туннель после нагрева по выходному 19 и входному 20 трубопроводам. Циркуляцию можно усилить с помощью соответствующего хорошо известного циркуляционного вентилятора (не показан).
Блоки 17 предпочтительно могут быть расположены вдоль туннеля с соответствующими интервалами между ними и в желаемом количестве, чтобы получить желаемый температурный профиль вдоль туннеля. Температуру регулируют в соответствии с соответствующей общеизвестной системой управления, которая соответствующим образом управляет нагревателем и/или циркуляционным вентилятором, например, с помощью подходящего общеизвестного датчика температуры и регулирующего устройства с обратной связью, что хорошо известно специалисту в данной области.
Туннель также включает в себя воздухообменные блоки 21 для извлечения отработанного воздуха из туннеля и нагнетания потока чистого или очищенного воздуха (поступающего из внешнего источника 22, например, с завода, фильтрационной установки или предварительного подогревателя) в туннель, чтобы обеспечить обмен воздуха в туннеле. Воздух, извлекаемый из туннеля каждым блоком 21, направляют через трубопроводы 23 и 24 в устройство 25 для обработки, чтобы удалить требуемые летучие компоненты из потока воздуха перед тем, как откачать воздух из установки через выпускное отверстие 26. Устройство 25 для обработки будет зависеть от типа удаляемых летучих компонентов.
Нагревательный элемент 18 может быть неотъемлемой частью циркуляционного блока 21, и два отдельных набора входных и выходных трубопроводов 19 и 20 в каждом блоке 30 также могут быть не предусмотрены.
Устройство 25 может, например, предпочтительно содержать или включать в себя общеизвестное устройство сжигания (инсинератор) с температурой, подходящей для сжигания летучих компонентов. Соответствующие общеизвестные фильтры также могут быть использованы для уменьшения количества выделяемого дыма.
Перед выходом 26 также может быть предусмотрено общеизвестное утилизирующее тепловую энергию устройство 50, которое утилизирует тепловую энергию, присутствующую в потоке воздуха и/или дыма, и которое можно использовать, например, для нагрева других частей установки.
Каждый воздухообменный блок 21 предпочтительно связан с датчиком 27, который измеряет концентрацию летучих веществ вблизи этого блока, и с помощью блока 28 управления происходит контроль обмена воздуха, чтобы поддерживать концентрацию летучих веществ ниже заранее установленного опасного уровня.
Другими словами, множество датчиков 27 расположены так, что они находятся в контакте с воздухом, когда он проходит через туннель, чтобы обеспечить измерение изменения концентраций растворителей вдоль туннеля. Воздухообменными блоками, распределенными вдоль туннеля, управляют в соответствии с изменением концентраций растворителей вдоль туннеля так, чтобы поддерживать такую концентрацию на достаточно низком уровне по всей длине туннеля.
Указанную концентрацию предпочтительно поддерживают на уровне, который ниже опасного уровня, но в то же время достаточно высок, чтобы была возможность сгорания топлива в устройстве 25 сжигания без необходимости или с ограниченной потребностью в другом топливе. Это приводит к снижению энергопотребления. Например, датчик может быть расположен в туннеле или в потоке воздуха, который рециркулируют в блоке 7 в целях нагрева. Первый и последний воздухообменные блоки 21 также могут иметь воздухозаборную трубу, соединенную с дополнительным трубопроводом 29, который направляет воздух около входа и выхода туннеля, соответственно, для создания барьера, препятствующего обмену воздуха с внешней средой у входа и выхода туннеля. Также в туннеле можно поддерживать немного пониженное давление с помощью воздухообменного блока 21, чтобы предотвратить выброс загрязненного воздуха из концов туннеля.
Блоки 17 и 21 также могут быть выполнены в виде единого блока 30 нагрева и обмена воздуха. Это позволяет оптимизировать поток воздуха и соединение с туннелем 12. Например, как нагревательный блок 17, так и воздухообменный блок 21 могут быть снабжены только одним выпускным трубопроводом и одним впускным трубопроводом.
На Фиг. 2 схематически показано первое возможное воплощение единого блока 30 нагрева и обмена воздуха.
Это первое воплощение включает первую и вторую камеры 31, 32, например, выполненные в виде корпуса, имеющего форму параллелепипеда, который разделен на две части 31, 32 посредством перегородки 33. К одной из двух частей или камер подсоединены трубопровод 19, по которому извлекают воздух из туннеля, и два воздухообменных трубопровода 22 и 23 для отработанного воздуха, которые снабжены, соответственно, вентиляторами 34, 35. Предпочтительно, фильтр 51 может быть добавлен на входе в трубопровод 22.
В части 31 или нагревательной камере 31 воздух нагревают (предпочтительно с помощью нагревателя 18, который может быть расположен в камере) так, чтобы нагреть входящий воздух, который затем направляют, предпочтительно через фильтр 36, во вторую часть или камеру 32, где, например, присутствует циркуляционный вентилятор 37.
Воздух по меньшей мере частично извлекают из первой части 31 и направляют в туннель через трубопровод 20.
Двумя вентиляторами 34, 35 для извлечения свежего воздуха и отвода отработанного воздуха можно управлять в соответствии с данными измерений, полученными с помощью датчика 27 (например, с помощью блока 28 управления и датчика 27), чтобы поддерживать концентрацию летучих веществ в воздухе, рециркулируемом в туннель с помощью блока 30, на заранее установленном уровне.
Вытяжным вентилятором 35 предпочтительно можно управлять в соответствии с первым минимальным значением расхода и максимальным значением расхода, причем минимальное значение не должно быть равным нулю, в то время как всасывающим вентилятором 34 можно управлять в соответствии с минимальным значением расхода (например, нулевое значение), которое ниже первого минимального значения для вытяжного вентилятора, а максимальное значение равно максимальному значению для вытяжного вентилятора. Таким образом, можно поддерживать пониженное давление в туннеле и одновременно регулировать воздухообмен.
3
3
3
3
Например, циркуляционный вентилятор 37 может иметь заданный расход (например, приблизительно 50000 м/ч), в то время как расход для вытяжного вентилятора 35 можно регулировать в диапазоне от минимального (например, 2000 м/ч) до максимального значения (например, 3000 м/ч), а расход для всасывающего вентилятора 34 можно регулировать в диапазоне от минимального значения, равного нулю, до максимального значения (например, 3000 м/ч).
Поступающий свежий воздух и отработанный воздух также могут проходить через теплообменник 52 для извлечения части тепла из отработанного воздуха и для предварительного нагрева поступающего воздуха.
На Фиг. 3 схематично показано второе возможное воплощение единого блока 30 нагрева и обмена воздуха.
Это второе воплощение включает первую, вторую и третью камеры 38, 39, 40, выполненные, например, в виде корпуса, имеющего форму параллелепипеда, который разделен на три части 38, 39, 40 посредством перегородок 41 и 42. Часть 38 или нагревательная камера соединена с трубопроводом 19, по которому воздух извлекают из туннеля, и в ней воздух нагревают, например, с помощью нагревателя 18, расположенного в камере.
После нагрева поступающий воздух направляют, предпочтительно через фильтр 43, во вторую часть 39 или первую воздухообменную камеру. Для прохождения воздуха из первой камеры во вторую имеется, например, вытяжной вентилятор 44, который извлекает воздух из первой части 38.
Вторая часть или камера 39 соединена с вытяжным трубопроводом 23 через первую заслонку 45 и, через вторую заслонку 46, с третьей частью 40 или второй воздухообменной камерой. Воздух извлекают из третьей части, а затем направляют в туннель через трубопровод 20. Например, в третьей камере имеется циркуляционный вентилятор 47, который извлекают воздух из первой части 39. Третья часть 40 соединена с внешней средой, предпочтительно через фильтр 48, обеспечивая впускное отверстие 22 для свежего воздуха. Первой и второй заслонками управляют в соответствии с концентрацией, измеренной множеством датчиков 27.
Например, две заслонки предпочтительно связаны друг с другом и приводятся в движение приводом 49 (или отдельным приводом для каждой заслонки). Таким образом, две заслонки управляются блоком 28 управления и датчиком 27, так что поток, поступающий из нагревательной камеры 38, может быть либо полностью рециркулирован, либо частично извлечен.
Воздух, проходящий через заслонку 45, предпочтительно предназначен для устройства сжигания, поскольку он является отработанным воздухом, и его расход регулируют заслонками, как описано выше, которыми, в свою очередь, управляют с помощью средства контроля НПВ на трубе возвратного воздуха.
Поскольку для вентилятора 47 (который обеспечивает доставку в туннель) предпочтительно необходим постоянный поток, он заменяет часть отработанного воздуха, вытесняемого через заслонку 45, впусканием свежего воздуха через впускное отверстие 22, и указанный свежий воздух смешивают с рециркуляционным воздухом, который не был вытеснен, а затем направляют в туннель через трубопровод 20.
Таким образом, управляя двумя заслонками с помощью блока 28 управления и датчика 27, можно поддерживать концентрацию летучих веществ в воздухе, рециркулируемом в туннель с помощью блока 30, на заранее установленном уровне
В качестве альтернативы использованию заслонок может быть использован инвертор или частотно-регулируемый привод (ЧРП), который управляет вытяжным вентилятором 44 для регулирования потока из камеры 38 в камеру 39 и управления рециркуляцией воздуха и воздухообменом. Изменение скорости вытяжного вентилятора делает расход извлекаемого воздуха равным или большим, чем расход для вентилятора, доставляющего воздух в туннель. Когда расход равен, то система находится в идеальном режиме рециркуляции. Когда расход выше, то избыточный воздух направляется в канал в направлении к выпускному трубопроводу 23 для отработанного воздуха в результате избыточного давления.
Если заслонка 46 отсутствует, то разделительная стенка 42 также может отсутствовать, и две камеры 39, 40 могут стать по существу единым пространством.
На данной стадии ясно, как достигают намеченных целей.
С помощью средства контроля НПВ, расположенного вдоль туннеля, можно подавать свежий воздух непрерывно и исключительно в те области печи, которые фактически связаны с испарением растворителей.
Кроме того, регулирование может быть очень точным, без необходимости в широких порогах безопасности и с обеспечением заранее установленной концентрации растворителя, что позволяет направлять воздух, содержащий горючие растворители, в устройство сжигания, возможно в достаточных количествах для поддержания пламени в устройстве сжигания без необходимости снабжения его газом, тем самым снижая использование газа. Как видно из приведенного выше описания, расстояние между точками измерений датчиков, расположенных вдоль туннеля, предпочтительно выбирают так, чтобы оно было достаточно малым, чтобы предотвратить наличие в туннеле неконтролируемых в достаточной степени зон. Аналогичным образом, рециркуляционные устройства могут быть расположены достаточно близко друг к другу, чтобы предотвратить наличие в туннеле зон с недостаточным воздухообменом. Система согласно изобретению гарантирует, что воздухообмен вдоль туннеля действительно пропорционален фактическому количеству растворителей, присутствующих в туннеле. Это позволяет значительно ограничить количество рециркулируемого и/или извлекаемого и заменяемого воздуха в туннеле. Было обнаружено, что возможные конструкции воздухообменных блоков, описанных выше, являются особенно выгодными для создания множества компактных, эффективных блоков.
Естественно, приведенное выше описание воплощения, в котором применяют инновационные принципы настоящего изобретения, дано в качестве примера таких инновационных принципов и, следовательно, не должно рассматриваться как ограничение заявленного здесь патентного права. Например, другие типы обработки, требующие сушки объектов в туннеле, которые включают в себя образование летучих веществ, концентрации которых должны быть ограничены внутри туннеля, могут иметь преимущества при использовании описанной системы, хотя было установлено, что установка согласно изобретению особенно выгодна в случае покраски автомобильных рам или их частей или кузовов.
Другие воплощения нагревательных и воздухообменных блоков могут быть разработаны на основе описания, приведенного в данном документе, при этом они остаются в пределах объема настоящего изобретения.