УСТРОЙСТВО ДЛЯ ТЕМПЕРИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ТЕМПЕРИРОВАНИЯ ИЗДЕЛИЙ
DEVICE FOR TEMPERING ARTICLES AND METHOD OF CONTROLLING DEVICE FOR TEMPERING ARTICLES

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к устройству для темперирования изделий, в частности, для сушки кузовов автомобилей с нанесенным покрытием, содержащему камеру темперирования и зону охлаждения, примыкающую к камере темперирования, темперирующее устройство для получения темперированного воздуха, блок управления и теплообменник. Кроме того, изобретение относится к способу управления указанным устройством для темперирования изделий.
Уровень техники
Ниже приведено описание изобретения, в основном, применительно к кузовам автомобилей в качестве обрабатываемых изделий. Однако изобретение относится также к устройствам, предназначенным для других изделий, которые требуется темперировать в процессе изготовления. Под термином "темперирование" понимается принудительное изменение температуры изделия. При этом может идти речь, как о повышении, так и о понижении температуры. Под терминами "темперированный воздух" или "воздух с заданной температурой" понимается воздух, который имеет температуру, необходимую для темперирования изделия.
В автомобильной промышленности кузова автомобилей часто подвергают нагреванию, чтобы удалить из них влагу или высушить нанесенное покрытие. При этом, разумеется, может также производиться сушка других влажных изделий или покрытий других изделий.
Термин "сушка" включает все процессы, в которых производится отверждение покрытия кузовов автомобилей, в частности лака, в результате испарения растворителей, образования сетчатой структуры материала покрытия или т.п.
Устройства для темперирования или сушки являются, как правило, частями установок для лакирования или для нанесения другого покрытия, технологически устанавливаются после них и служат для сушки, отжига и/или отверждения покрытий или клеящих веществ на изделиях. Такое устройство для темперирования вследствие размеров изделий и требуемых температур потребляет значительное количество энергии. После окончания процесса темперирования изделия обычно находятся при повышенной температуре и перед дальнейшей обработкой должны быть охлаждены до температуры, удобной для пользователя. Под "удобной для пользователя температурой" в данном контексте понимается температура, при которой персонал без дальнейших мер предосторожности относительно температуры может безопасно обращаться с изделием. При этом удобная для пользователя температура представляет собой, как правило, температуру помещения, в котором, должна производиться дальнейшая обработка изделий. Для снижения температуры изделий может подаваться, например, фильтрованный окружающий воздух. Тогда в зависимости от температуры окружающей среды происходит более или менее быстрое охлаждение изделий с нанесенным покрытием. Однако при этом могут возникать проблемы, если температура окружающей среды является особенно низкой и находится, например, на точке замерзания или еще ниже. В этом случае, либо происходит слишком сильное охлаждение всей зоны охлаждения, которая предусмотрена для снижения температуры изделий, либо имеющийся объемный расход будет слишком низким.
Раскрытие сущности изобретения
Задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить устройство для темперирования изделий, в частности, для сушки кузовов автомобилей с нанесенным покрытием, которое содержит энергетически оптимизированную зону охлаждения.
Эта задача решена устройством для темперирования изделий согласно независимому пункту 1 формулы изобретения. Кроме того, эта задача решена способом управления устройством для темперирования изделий согласно независимому пункту 10 формулы изобретения. Другие варианты осуществления изобретения раскрыты в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Согласно изобретению устройство для темперирования изделий, в частности, для сушки кузовов автомобилей с нанесенным покрытием, содержит камеру темперирования и зону охлаждения, примыкающую к камере темперирования, темперирующее устройство для получения темперированного воздуха, блок управления и теплообменник. Согласно изобретению теплообменник содержит трубопровод подачи окружающего воздуха, трубопровод подачи теплого воздуха, соединенный с зоной охлаждения и/или с темперирующим устройством, и трубопровод отведения охлаждающего воздуха, соединенный с зоной охлаждения. При этом блок управления обеспечивает темперирование окружающего воздуха, поступающего по трубопроводу подачи окружающего воздуха, при помощи теплого воздуха, поступающего по трубопроводу подачи теплого воздуха. Таким образом, можно подавать в теплообменник окружающий воздух и темперировать его при помощи теплого воздуха. Теплый воздух может быть получен из зоны охлаждения, в которую должен подаваться окружающий воздух. Альтернативно или дополнительно теплый воздух также может быть получен при помощи темперирующего устройства. Указанное темперирующее устройство может представлять собой темперирующее устройство, которое, так или иначе, используется в устройстве для темперирования изделий, например, для получения темперированного воздуха, поступающего в камеру темперирования. Под темперирующим устройством можно понимать, например, термическое устройство дожигания или нагревательный элемент для отдельных зон темперирующего устройства. Блок управления может обеспечивать темперирование окружающего воздуха в теплообменнике, например, посредством изменения соотношения объемных расходов потока, поступающего из зоны охлаждения, и потока, поступающего из темперирующего устройства. Это позволяет энергетически оптимизированным способом обеспечивать охлаждение изделий, подаваемых из камеры темперирования в зону охлаждения. Нагревание окружающего воздуха, необходимое для этого при определенных условиях, может осуществляться при помощи воздуха, выходящего из зоны охлаждения, с примесью теплого воздуха, поступающего из темперирующего устройства. При этом устройство для темперирования изделий не требует подачи энергии из технической сети электропитания.
Особенно предпочтительное усовершенствование изобретения получается, если теплообменник содержит байпасный трубопровод, который соединяет трубопровод подачи окружающего воздуха и трубопровод отведения охлаждающего воздуха. При помощи такого байпасного трубопровода можно подавать окружающий воздух непосредственно в зону охлаждения, минуя теплообменник. Для этого в байпасном трубопроводе может быть предусмотрена управляющая заслонка. При этом в зависимости от команды, поступающей от блока управления, байпасный трубопровод может быть открыт или закрыт.
В одном варианте осуществления изобретения может быть предусмотрено управление байпасным трубопроводом в зависимости от температуры окружающего воздуха. При этом функция теплообменника при определенных температурах, например, при соответствующих высоких температурах окружающей среды, отключается, и окружающий воздух без предварительного темперирования подается в зону охлаждения устройства для темперирования изделий. При соответствующих низких температурах окружающей среды теплообменник, напротив, может полностью выполнять свою функцию и нагревать окружающий воздух до требуемой температуры, подходящей для зоны охлаждения. Возможная граница для температуры окружающей среды, при которой может осуществляться открытие байпасного трубопровода, может лежать в области от 15°С до 17°С.
Один усовершенствованный вариант осуществления изобретения может предусматривать, чтобы темперированный воздух представлял собой чистый газ термического дожигания, воздух, отходящий из зоны охлаждения, воздух, непосредственно выходящий из камеры темперирования, или/и воздух, выходящий из камеры темперирования и темперированный в темперирующем устройстве. В частности, может быть также использована смесь указанных источников темперированного воздуха для обеспечения соответствующего темперирования окружающего воздуха.
В одном варианте осуществления может быть предусмотрено, чтобы устройство для темперирования изделий содержало установку притока воздуха для подачи приточного воздуха в зону охлаждения, при этом указанная установка притока воздуха соединена с трубопроводом отведения охлаждающего воздуха теплообменника. В этой установке притока воздуха может осуществляться, например, фильтрация окружающего воздуха, подлежащего подаче в зону охлаждения, а также, если требуется, его охлаждение.
В этой связи может быть предусмотрено, чтобы указанная установка притока воздуха содержала вентилятор и/или фильтр.
В одном усовершенствованном варианте осуществления изобретения теплообменник может быть выполнен в виде теплообменника пластинчатого типа. Такая конструкция обеспечивает хорошую теплопередачу между двумя газообразными средами при одновременно экономичном изготовлении и гибкой системе управления потоками.
В одном варианте осуществления может быть предусмотрено, чтобы теплообменник содержал трубопровод отведения темперированного воздуха, по которому может быть выведен темперированный воздух, подаваемый в теплообменник.
Способ управления устройством для темперирования изделий согласно изобретению относится к устройству, которое содержит камеру темперирования, зону охлаждения, примыкающую к камере темперирования, темперирующее устройство для получения темперированного воздуха камеры темперирования и теплообменник. В частности это может быть устройством, которое описано выше в различных вариантах осуществления и с различными усовершенствованиями. Указанный теплообменник содержит трубопровод подачи окружающего воздуха, трубопровод подачи теплого воздуха, соединенный с зоной охлаждения и темперирующим устройством, и трубопровод отведения охлаждающего воздуха, соединенный с зоной охлаждения. Указанный способ содержит следующие шаги: определяют температуру окружающего воздуха, регулируют объемный расход окружающего воздуха, темперируемого посредством теплообменника и проходящего через трубопровод отведения охлаждающего воздуха, и регулируют соотношение объемных расходов потока, проходящего в теплообменник из зоны охлаждения, и потока, проходящего в теплообменник из темперирующего устройства, в зависимости от температуры окружающего воздуха. Таким образом, данный способ позволяет осуществлять простое и экономичное темперирование объемного потока окружающего воздуха в зависимости от его температуры.
В одном усовершенствованном варианте осуществления способа согласно изобретению может быть предусмотрено, чтобы объемный поток окружающего воздуха обводили мимо теплообменника по байпасному трубопроводу в зависимости от температуры окружающего воздуха. Так, например, в одном варианте осуществления может быть предусмотрено, чтобы шаг такого обведения включал в себя полное обведение при пороговой температуре. При этом в зависимости от величины температуры окружающей среды окружающий воздух может направляться через теплообменник или мимо теплообменника в зону охлаждения устройства для темперирования изделий. Например, при превышении порогового значения температуры окружающей среды весь окружающий воздух может проходить по байпасному трубопроводу в зону охлаждения, минуя теплообменник. Такое пороговое значение температуры может лежать, например, в пределах от 15°С до 17°С.
Краткое описание чертежа
Ниже приведено более подробное описание варианта осуществления изобретения со ссылками на чертеж, на котором показано схематическое изображение сушильного устройства для кузовов автомобилей.
Осуществление изобретения
На прилагаемой фигуре показано схематическое изображение одного варианта осуществления устройства для темперирования изделий согласно изобретению в виде сушильного устройства 100. Сушильное устройство 100 содержит теплоизолированный корпус 102, в котором расположена сушильная камера 104. К сушильной камере 104 примыкает зона 106 охлаждения. В сушильном устройстве 100 производится, например, нагревание кузовов 108 автомобилей после нанесения покрытия, чтобы обеспечить сушку кузовов 108 автомобилей или нанесенного на них покрытия или клея. Далее под термином "сушка" понимаются все процессы, которые могут обеспечивать отверждение покрытия кузова автомобиля, в частности, лака. Это может осуществляться, например, при помощи испарения воды или растворителей или образования сетчатой структуры материала покрытия.
В сушильной камере 104 кузова 108 автомобилей перемещаются при помощи не описываемой здесь более подробно транспортировочной системы 110 и после окончания процесса сушки в сушильной камере 104 поступают в зону 106 охлаждения, где темперированные изделия, в данном случае - кузова 108 автомобилей, снова охлаждаются до удобной для манипуляций температуры.
Для осуществления такого охлаждения зона 106 охлаждения снабжается окружающим воздухом 112. Окружающий воздух 112, отбираемый, например, снаружи от сушильного устройства 100, по трубопроводу 114 подачи окружающего воздуха поступает в теплообменник 116.
Теплообменник 116 в данном варианте осуществления представляет собой теплообменник пластинчатого типа. При этом наряду с особенно предпочтительной конструкцией теплообменника пластинчатого типа могут быть, разумеется, использованы другие конструктивные исполнения, например, спиральный теплообменник. Окружающий воздух 112, который подают по трубопроводу 114 подачи окружающего воздуха, и объемный расход которого регулируют управляющей заслонкой 115, направляют через теплообменник 116 в трубопровод 118 отведения охлаждающего воздуха. В теплообменнике 116 происходит передача теплоты от теплообменника 116 окружающему воздуху 112. Для этого теплообменник 116 содержит первый трубопровод 120 подачи теплого воздуха, а также второй трубопровод 122 подачи теплого воздуха. По первому трубопроводу 120 подачи теплого воздуха в теплообменник 116 поступает чистый газ 124, который может образовываться, например, при термическом дожигании. При помощи всасывающего вентилятора 123 воздух 126, отходящий из зоны 106 охлаждения, подается по трубопроводу 121 воздуха, отходящего из зоны охлаждения, во второй трубопровод 122 подачи теплого воздуха и далее - в теплообменник 116. Первая заслонка 128 управления теплым воздухом управляет объемным расходом чистого газа, который поступает в теплообменник 116. Вторая заслонка 130 управления вместе с всасывающим вентилятором 123 или альтернативно ему управляет объемным расходом воздуха, отходящего из зоны охлаждения и поступающего в теплообменник 116. После прохождения теплообменника 116 теплый воздух через трубопровод 132 отведения темперированного воздуха выводится, например, в окружающую среду. Наряду с возможностью подачи чистого газа 124 и воздуха 126, отходящего из зоны охлаждения, в теплообменник 116 существует также возможность отведения чистого газа 124 и воздуха 126, отходящего из зоны охлаждения, в окружающую среду. Так, чистый газ 124 может выводиться в окружающую среду по трубопроводу 134 отведения чистого газа, а воздух 126, отходящий из зоны охлаждения, - по трубопроводу 136 воздуха, отходящего из зоны охлаждения, при этом управление указанными трубопроводами осуществляется при помощи управляющих заслонок 135, 137.
В трубопроводе 114 подачи окружающего воздуха в теплообменник 116 находится первое байпасное ответвление 138, от которого отходит байпасный трубопровод 140. Байпасный трубопровод 140 обходит теплообменник 116 и выходит в трубопровод 118 отведения охлаждающего воздуха на втором байпасном ответвлении 142. Байпасный трубопровод 140 содержит байпасную управляющую заслонку 144, которая может закрывать и открывать байпасный трубопровод 140. Трубопровод 118 отведения охлаждающего воздуха имеет еще одно ответвление 146, в которое выходит трубопровод 148, ответвляющийся от трубопровода 136 воздуха, отходящего из зоны охлаждения, с управляющей заслонкой 150.
Трубопровод 118 отведения охлаждающего воздуха выходит в установку 152 притока воздуха, в которой предусмотрены блок 154 фильтрации, возможно, система охлаждения (не показана) и приточный вентилятор 156. При помощи приточного вентилятора 156 осуществляется подача темперированного окружающего воздуха 118 по трубопроводу 158 подачи зоны охлаждения в зону 106 охлаждения.
Сушильное устройство 100 содержит также блок 160 управления. Чтобы сохранить наглядность чертежа, отдельные линии управления не показаны. Блок 160 управления соединен с управляющими заслонками 115, 128, 130, 135, 137, 150, 144, а также с вентиляторами 123, 156 и управляет ими в соответствии с конструкцией всего устройства. Управление отдельными или всеми управляющими заслонками может осуществляться, например, при помощи электропривода. Таким же образом можно управлять вентиляторами, в частности, регулируя их скорости вращения. Кроме того, в трубопроводе 114 подачи окружающего воздуха и во втором трубопроводе 122 подачи теплого воздуха предусмотрены датчики 162, 164 температуры, в то время как в трубопроводе 121 воздуха, отходящего из зоны охлаждения, и в трубопроводе 158 подачи зоны охлаждения предусмотрены датчики 166, 168 объемного расхода, которые направляют соответствующие данные в блок 160 управления.
На практике сушильное устройство 100 работает следующим образом.
Воздух 126, отходящий из зоны 106 охлаждения, отбирается по трубопроводу 121 воздуха, отходящего из зоны охлаждения, при этом температура воздуха 126, отходящего из зоны охлаждения, определяется при помощи датчика 164, а возникающий объемный расход воздуха 126, отходящего из зоны охлаждения, - при помощи датчика 166 объемного расхода, и полученные данные передаются в блок 160 управления.
Если требуется, первая часть объема воздуха, отбираемого из зоны 106 охлаждения, в виде циркуляционного воздуха возвращается по трубопроводу 148 в зону 106 охлаждения. Это может быть предпочтительным, в частности, в пусковом режиме. Вторая часть по трубопроводу 136 воздуха, отходящего из зоны охлаждения, выводится в окружающую среду. Третья часть может поступать в теплообменник 116 по второму подводящему трубопроводу 122 подачи теплого воздуха и использоваться там для нагревания окружающего воздуха 112, проходящего по трубопроводу 114 подачи окружающего воздуха.
Участвующую в циркуляции вторую часть воздуха 126, отходящего из зоны охлаждения, необходимо дополнять притоком свежего воздуха. Блок 160 управления при помощи датчика 162 температуры определяет температуру окружающего воздуха 112. Если результат определения температуры окружающего воздуха 112 лежит ниже граничного значения, например, меньше или равен 17°С, окружающий воздух 112, поступающий по трубопроводу 114 подачи окружающего воздуха, подается в теплообменник 116 и нагревается там. При низкой температуре окружающей среды, например, меньшей или равной 15°С, в теплообменник 116 кроме воздуха 126, отходящего из зоны охлаждения, по первому трубопроводу 120 подачи теплого воздуха дополнительно вводится чистый газ 124. Чистый газ, который образуется при термическом дожигании, имеет сравнительно высокую температуру - порядка 150°С, при этом его можно подмешивать с таким объемным расходом, чтобы нагревать окружающий воздух 112 примерно до 17°С в противотоке относительно теплообменника 116 пластинчатого типа. Окружающий воздух 112, имеющий такую температуру, подается по трубопроводу 118 отведения охлаждающего воздуха от теплообменника 116 к установке 152 притока воздуха и далее по трубопроводу 158 подачи зоны охлаждения поступает в зону 106 охлаждения. Объемный расход потока, поступающего в зону 106 охлаждения, определяется при помощи датчика 168 объемного расхода. В этом режиме работы управляющая заслонка 115 в трубопроводе 114 подачи окружающего воздуха является открытой, а байпасная управляющая заслонка 144 - закрытой. Таким образом, подогрев окружающего воздуха 112 осуществляется воздухом 126, отходящим из зоны охлаждения, с примесью чистого газа 124 без потребления энергии для нагревания из технической сети электропитания сушильного устройства 100.
Если температура окружающего воздуха превышает 17°С, байпасная управляющая заслонка 144 открывается, а управляющая заслонка 115 в трубопроводе 114 подачи окружающего воздуха закрывается. В этом режиме работы окружающий воздух 112 обходит теплообменник 116 и поступает непосредственно в трубопровод 118 отведения охлаждающего воздуха, а затем подводится к установке 152 притока воздуха. При этом не используется нагревание в теплообменнике 116, поэтому может быть получена дополнительная экономия энергии.
На практике в показанном в качестве примера устройстве могут иметь место, в частности, следующие соотношения объемных расходов.
3
3
3
3
3
3
Объемный расход в трубопроводе 134 отведения чистого газа может составлять от 10000 до 12000 м/ч, в трубопроводе отведения темперированного воздуха - до 62000 м/ч и в трубопроводе воздуха, отходящего из зоны охлаждения - до 60000 м/ч. По трубопроводу 118 отведения охлаждающего воздуха теплообменника 116 в установку 152 притока воздуха и, таким образом, также в зону 106 охлаждения может подаваться до 60000 м/ч. Соответственно, по трубопроводу 121 отходящего воздуха может отводиться, и по второму трубопроводу 122 подачи теплого воздуха в теплообменник может подаваться до 60000 м/ч. Предусмотрена также возможность подачи по первому трубопроводу 120 подачи теплого воздуха до 2000 м/ч. Чистый газ 124 может иметь температуру, например, 150°С, в то время как температура воздуха 126, отходящего из зоны охлаждения, может составлять примерно от 30°С до 50°С. Окружающий воздух, подаваемый в зону охлаждения, должен иметь температуру в трубопроводе 158 подачи зоны охлаждения примерно от 17°С до 35°С.
Благодаря энергетически оптимизированному нагреванию окружающего воздуха, можно осуществлять охлаждение кузовов 108 автомобилей почти исключительно за счет окружающего воздуха 112. В зоне 106 охлаждения не образуется или почти не образуется конденсат, поскольку при подаче/отведении воздуха циркуляция отсутствует или почти отсутствует, поэтому не происходит накопления влаги. При этом можно исключить прочие необходимые нагревательные элементы с соответствующими расходами на систему управления, трубопроводы и изоляцию.