在冷卻擠出型材時用於能量使用的方法

2023-05-02 13:23:56

專利名稱：在冷卻擠出型材時用於能量使用的方法
在冷卻擠出型材時用於能量使用的方法本發明涉及用於在冷卻擠出型材(優選是管材)時的能量使用的一種方法，其中以熱量的形式供應能量以熔化塑料材料，並且，至少在一些裝置中已經發生成形之後，將熱 量再次從該塑料材料中提出直到後者是自我支撐時，這些裝置包括模口、校準單元以及冷 卻槽。在擠出過程中，熔化的塑料混合物通過一個擠出機而被迫穿過一個擠出模口，由 此給予該塑料材料所希望的形狀。為此目的，該塑料材料首先被提供的熱量熔化並且然後 擠出的塑料型材被冷卻直到它在尺寸上穩定。很大程度上被冷卻的水(一般在約15°C的範 圍中)通常被用於這個目的，其中擠出的管材一旦當它離開擠出模口就被送入一個相應的 冷卻槽或一個冷卻區。直到該塑料管在尺寸上已經變得穩定，它必須穿過一個相應的區，其 中該塑料型材必須被持久地冷卻。然而，因為該塑料混合物的溫度漸進性地下降，它還有必 要同相應冷的冷卻介質一起工作。為了使冷卻介質保持在一個足夠低的溫度水平上，必須 要消耗一個高量值的能量。因此，這類系統具有的缺點是首先要求用能量來熔化塑料材料，但是然後仍然還 必須提供能量，因為加熱的塑料混合物為了尺寸穩定的目的而必須被冷卻。因此，本發明的目的是提供一種方法，通過該方法能夠減少特別是用於冷卻這些 擠出型材，優選是管材的能量使用，並且此外，實現了一種改進的廢熱溫度水平。結合權利要求1的前序，實現該目的的解決方案的特徵在於，為了進行冷卻，一種 冷卻介質與擠出方向相反穿過了該擠出生產線，將用於冷卻的介質從一個裝置穿過到達下 一個裝置，並且該冷卻介質在每個裝置中再次變熱。這是因為多個測試已經顯示，在該擠出 過程之後，如果在相對熱的擠出物與該冷卻介質之間存在一個足夠的溫度差異，則實現了 適當的尺寸穩定。這個差異沒有必要是極大的。因此，本發明接近了能夠實現最大效率的情 況。在擠出生產線中，型材或管冷卻或逐漸被冷卻，而由此損失了熱量。因此，為了在型材 與冷卻介質之間具有必要的溫度差異，就絕對值而言朝向該擠出生產線的末端處要求帶有 最低溫度的一種冷卻介質，然而，在該擠出生產線的開始處一種更溫暖的冷卻介質就足以 在該塑料混合物與該冷卻介質之間實現所要求的溫度差異。為此原因，在該擠出生產線的 末端處引入冷的冷卻介質並且與擠出方向相反(在擠出模口的方向上)而用於冷卻，因為， 如以上提到的，在該過程中變熱的一種冷卻介質無疑在下一站具有一個足夠的溫度差異。在這方面，在此提供了多個單獨的裝置，該冷卻介質通過其中流動的這些單獨的 裝置被安排為串聯地或在一行中一個在另一個之後。取決於應用的區域，該冷卻介質的溫度可以被設置為在有待穿過這些裝置中的每 一個中最大程度地使該冷卻介質與該塑料型材之間的溫度差異保持恆定；在任何情況下， 它能夠確保該差異不低於一個預定值。因此，採取仔細的措施來確保在這些裝置的每一個 中實現塑料型材的充分冷卻。通過這種方法，一旦它已經冷卻下來，該冷卻介質即被使用在整個擠出生產線中 無需任何進一步的中間冷卻，由此提供用於冷卻的能量被減少30-90%，優選是50-80%， 具體是70-80%。這種減少特別是在泵送能量和/或制冷機輸出中取得了效果。該溫度差異從常規情況下的5度增加到一個35度的平均值，並且其結果是，對於相同的能量含量，在 體積流量中存在著因數7(35/5)的一個下降以及在自由冷卻的比例中的一種增加，由此該 制冷機的能量密集的使用同樣能夠被成倍地減少。該比例取決於外部溫度的變化。此外，在使用冷卻水的剩餘廢熱的可能性中存在一種增加，其結果是冷卻水的剩 餘廢熱被有利地用於加熱或準備熱水。測試已經示出，在冷卻水的溫度在它已經通過該過程之後位於30°C與70°C之間， 優選地在50°C。在附圖中示意地展示了本發明的原理。

圖1示出了現有技術
圖2示出了根據本發明的過程，並且圖3示出了能量流向。在圖1中，在根據現有技術的一個管材擠出生產線的基礎上示意地展示了冷卻過 程。由一個擠出機產生的熔體1被送到一個模口 2上，迫使熔體1經過該模口而由此獲得 了一個管材3。為了尺寸的穩定，所生產的管材3經過不同的冷卻站6。這些冷卻站6中的 每一個被連接到一個冷卻管線5上，該冷卻管線由一個制冷機4直接地送料，通常是通過一 個冷卻塔。因此，這些冷卻站6中的每一個以大部分上相同的溫度被送入一種冷卻介質，例 如15°C的水。每個單獨的冷卻站被連接到迴路7上，在冷卻水穿過這些單獨的冷卻站6中 的每個之後被引入到該迴路之中。例如，在每個冷卻站6中該冷卻水變熱3-8°C，並且因此 在(例如)20°C的溫度下進入迴路7。類似地在每個進一步的冷卻站6中發生相同的情況， 這樣全部的冷卻水在此以一個近似20°C的溫度被送入制冷機/冷卻塔4。箭頭8展示了擠 出的方向。在流出與迴路之間的溫度差異對應地是非常小的(在此5°C )，所要求的冷卻介質 的流量相應地是高的。此外，考慮到迴路的低溫度水平(在此20°C)，通過這些制冷機提供 的能源密集冷卻比例是極高的，而通過這個能量有效的冷卻塔(自由冷卻)提供的冷卻比 例是很低的。在圖2中，展示了本發明的原理。它依次示出了一個管擠出生產線，其中由一個擠 出機生產的熔體1被送到一個模口 2，迫使熔體1通過該模口，由此獲得了一個管材3。為 了尺寸的穩定，在此，同樣，所生產的管材3穿過不同的冷卻站6。這些冷卻站6中的每一個 被連接到一個冷卻管線5上。與常規的冷卻相比決定性差異是該冷卻介質與擠出的方向8 相反首先被引入離模口 2最遠的冷卻站6之中，並且然後不進入一個迴路7而是送到下一 個冷卻站6，可見與擠出的方向8相反。這種進入下一個冷卻站6的前進被重複直到已經 穿過直接在模口 2下遊的冷卻站6。只有此時該冷卻介質才進入迴路7並且然後被再次被 送給制冷機/冷卻塔4。根據這個過程，冷卻水(例如)從15°C加熱至(例如)25°C，管材 3在最後的冷卻站中具有40°C的溫度。在位於其上遊的冷卻站6中，該管材依然具有(例 如)80°C的溫度，於是它被來自該最後的冷卻站6的25°C的冷卻水冷卻。為了繼續通過舉 例給出的這個序列的溫度，結果是，使用15°C的水來將管材3從80°C冷卻至40°C並且變熱 至25°C。25°C的溫水將一個熱管材3從120°C冷卻至80°C並且由此變熱至35°C。在下一 個冷卻站中，這個水將一個管材3從160°C冷卻至120°C。該水的溫度由此增至45°C。當它 使離開模口 2具有200°C至160°C溫度的管材3冷卻時，水的溫度增至大約55°C，然後這個水經由迴路7被送至制冷機/冷卻塔4，用於重新冷卻。其結果是，在這個實例中在流出與迴路之間的溫度差異從根據現有技術的5°C增 至如在根據本發明的示例性實施方案中的40°C。其結果是，產生了幾種效果 該冷卻介質的所要求的體積流量(並且因此所要求的泵送動力)減少的比率與 溫度差異增加的比率相同(因此在這個實例中為一個因數8)。 所增加的迴路溫度允許更多的使用冷卻塔(已知為自由冷卻)，它們能夠運行 而不需要制冷機。例如，如果自由冷卻的極限溫度是20°C (該極限溫度通常比環境或地下 水的平均溫度高出幾度)，在這個實例中，所要求的冷卻能力的7/8能夠由自由冷卻來提 供。在表示的現有技術中，這個比例是0。 該迴路的高溫度水平額外地允許來自冷卻這些塑料管的過程中的廢熱得到使 用。這樣是因為僅在該溫度水平遠高於周圍溫度時，就能量而言是由意義的並且就經濟上 而言使廢熱有用是合理的。例如，在任何情況下對於55°C都是這種情況。實例是用於房間 取暖、熱水或園藝設施。在圖3中表示的簡圖代表該過程中的基礎能量流向，對應地描繪的這些箭頭的寬 度象徵能量的量值。因此，在區域9中展示的是熔化塑料材料的過程，其中所提供的能量的 約80%保持在擠出的管材3中。一部分是在模口 2、在桶、在送料喉管以輻射的形式、或通 過驅動損失的，這是通過以不同的小尺寸描繪的這些箭頭展示的。依舊保持的能量(主要 是熱能量)必須在這些冷卻或真空槽6中從塑料管中提出。傳輸到冷卻介質的能量必須進 而在制冷機/冷卻塔4中從冷卻介質中提出。本發明的一方面是使用這種類型的冷卻以增加能量密度以及相應地返回的溫度、 並且由此就能量而言改進這種所要求的再冷卻，以顯著地減少對冷卻介質進行再冷卻的能 量要求、並且使之有可能使存儲在冷卻介質中熱能量作為該冷卻介質迴路的更高的能量水 平的結果而被加以利用。通過根據本發明的方法，增加了整個溫度水平，由此使廢熱適合於基於其能量的一種使用。在擠出(特別是管擠出)中進行冷卻時，有效的減少能量使用是有可能的。標記清單1 熔體2 模口3 管材4 制冷機5 冷卻管線6 冷卻站7 迴路8 擠出的方向9 熔化區域
權利要求
在冷卻擠出型材、優選管材時用於能量使用的一種方法，其中以熱量的形式來供應能量以熔化塑料材料，並且至少在多個裝置中已經發生了成形之後，將熱量再次從該塑料材料中提出直到後者是自我支撐時，這些裝置包括模口2、校準單元6、以及冷卻槽6，其特徵在於，為了進行冷卻，使一種冷卻介質與擠出方向8相反穿過該擠出生產線，將用於冷卻的介質穿過一個裝置6到達下一個，並且在每個裝置6中該冷卻介質變熱。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，該冷卻介質經其中穿過的這些裝置串聯地 一個位於另一個之後。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，在該冷卻介質與該塑料型材之間的溫度 差不達到低於一個預定值，優選大部分地保持恆定。
4.如以上權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，被提供用於冷卻的能量被減 少30-90 %，優選地50-80 %，特別是70-80 %。
5.如以上權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，泵送能量和/或制冷機的輸 出被減少了 30-90 %，優選地50-80 %，特別是70-80 %。
6.如以上權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，將冷卻水的廢熱用於加熱和 /或準備熱水。
7.如以上權利要求中至少一項所述的方法，其特徵在於，冷卻水的溫度在它已經通過 該過程之後位於30°C與70°C之間，優選地在50°C。
全文摘要
本發明涉及在擠出型材，優選是管材(3)，的冷卻過程中能量使用的一種方法，其中以熱量的形式供應能量用於熔化塑料，並且至少在模具(2)、校準(6)、以及冷卻槽(6)的這些裝置中在成形之後從塑料中再次將熱量取出直到該塑料是自我支撐時。根據本發明，在此提供了與的擠出方向(8)相反穿過該擠出生產線運行用於冷卻的一種冷卻劑介質，被用於冷卻的介質從一個裝置(6)被引導至下一個裝置中，並且該冷卻劑介質在每個裝置(6)中進一步加熱。
文檔編號B29C47/88GK101835592SQ200880112654
公開日2010年9月15日 申請日期2008年10月17日 優先權日2007年10月23日
發明者E·澤納爾 申請人:辛辛那提擠塑有限公司