PL248539B1 - Układ dozujący przepływ nadkrytycznego gazu oraz sposób sterowania przepływem nadkrytycznego gazu - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia, przedstawionym na rysunku jest układ dozujący przepływ gazu w stanie nadkrytycznym do układu automatycznego lakierowania oraz sposób sterowania przepływem gazu w stanie nadkrytycznym, do systemu pracy przerywanej, charakterystycznej dla pracy przerywanej występującej podczas automatycznego lakierowania.

Description

DZIEDZINA TECHNIKI

Przedmiotem wynalazku jest układ dozujący przepływ nadkrytycznego gazu do układu automatycznego lakierowania oraz sposób sterowania przepływem gazu w stanie nadkrytycznym do systemu pracy przerywanej, charakterystycznej dla pracy przerywanej występującej podczas automatycznego lakierowania.

STAN TECHNIKI

Malowanie metodą hydrodynamiczną, nazywane również natryskiem bezpowietrznym, wysokociśnieniowym lub AIRLESS (ang.) polega na nanoszeniu materiału malarskiego pod bardzo wysokim ciśnieniem poprzez rozproszenie go przez dyszę natryskową dostosowaną do farby. Ciśnienie wynoszące najczęściej 150-300 bar (15 kPa-30 kPa) wytwarzane przez pompę agregatu malarskiego umożliwia uzyskanie prędkości przepływu materiału rzędu 150 m/s. Ciśnienie, niewielki otwór dyszy oraz opór powietrza powodują wytworzenie mgły materiału malarskiego. Odparowanie rozpuszczalnika w wyniku gwałtownego rozprężenia jest efektem sprzyjającym prawidłowemu rozpyleniu nanoszonej farby. W procesie tym ważnymi czynnikami wpływającymi na kulturę pracy oraz koszt procesu jest ilość zużytego rozpuszczalnika, czas pracy, czy też grubość i jakość powłoki.

W procesie malowania natryskowego tzw. techniką „na mokro”, bardzo ważne jest uzyskanie dużego rozdrobnienia cząsteczek farby nanoszonej na malowaną powierzchnię. Ma to istotne znaczenie dla uzyskania wysokiej jakości powłoki lakierniczej. Efekt ten, zwany również atomizacją, może być osiągnięty przez wykorzystanie sprężonego powietrza, które rozbija strumień farby zaraz po wyjściu z dyszy pistoletu lakierniczego, przez podnoszenie ciśnienia lakieru do wartości powyżej 150 bar, przez co uzyskuje się efekt gwałtownego rozprężania podczas wypływu cieczy z dyszy pistoletu i tym samym rozdrobnienie lub metody mieszane lub inne np. wykorzystujące azot, czy dysze ultradźwiękowe. Stosowanie rozcieńczalników i sprężonego powietrza generuje jednak określone koszty finansowe oraz nie pozostaje bez wpływu na środowisko. W przypadku rozcieńczalnika jest to koszt zakupu, oraz opłaty środowiskowe wynikające z tego, że cała objętość zastosowanego rozpuszczalnika w procesie suszenia migruje w postaci lotnych związków do atmosfery. Dodatkowo, wysoka zawartość rozpuszczalnika może powodować powstawanie wad lakierniczych w trakcie odparowania, objawiających się występowaniem pęcherzy i rozwarstwień, szczególnie podczas suszenia grubszych warstw.

Z kolei wytworzenie sprężonego powietrza niezależnie od zastosowanego rodzaju kompresora jest kosztowne. Wynika to z niskiej sprawności energetycznej, kosztów zakupu urządzeń jak i budowy i utrzymania całej infrastruktury i tak z amerykańskiego zgłoszenia patentowego US5290604A znany jest sposób i aparatura do natryskiwania kompozycji rozpuszczalnikowej o zmniejszonej emisji rozpuszczalników organicznych poprzez wymianę części rozcieńczalnika rozpuszczalnika organicznego na sprężony płyn, taki jak dwutlenek węgla, przez dodanie sprężonego płynu pod ciśnieniem w celu utrzymania niskiej lepkości i do ułatwiają oddzielenie rozpuszczalnika, oddzielenie części rozpuszczalnika organicznego i spryskanie powstałej kompozycji sprężonym płynem.

Z chińskiego zgłoszenia patentowego CN102369067A znane jest urządzenie do powlekania natryskowego, w którym dwutlenek węgla zastępuje część lub całość rozpuszczalnika rozcieńczającego w farbie, urządzenie do powlekania natryskowego zawiera linię dostarczającą farbę, która zawiera zbiornik farby i pompę wysokociśnieniową farby, przewód doprowadzający dwutlenek węgla, który składa się z butli z ciekłym dwutlenkiem węgla, chłodnic i pompy wysokociśnieniowej ciekłego dwutlenku węgla, mieszalnika mieszającego farbę dostarczaną z linią dostarczającą farbę i dwutlenek węgla dostarczany z linii dostarczającej dwutlenek węgla oraz pistolet natryskowy, który natryskuje mieszaninę pod ciśnieniem farby/dwutlenku węgla otrzymaną przez mieszalnik na powlekany przedmiot, w którym regulacja ciśnienia pierwotnego farby w przewodzie doprowadzającym farbę znajduje się zawór do regulacji ciśnienia tłoczenia pompy wysokociśnieniowej farby i zawracania nadmiaru do zbiornika farby oraz zawór regulacji pierwotnego ciśnienia dwutlenku węgla do regulacja ciśnienia wylotowego ciekłego węgla wysokociśnieniowa pompa dwutlenku węgla i zwracanie nadmiaru do butli z ciekłym dwutlenkiem węgla jest zapewniona w linii zasilania dwutlenkiem węgla. Dzięki tej konfiguracji można znacznie zredukować wytwarzanie LZO.

Z publikacji WO9011138A1 znany jest sposób i aparatura do natryskiwania ciekłych kompozycji technikami natryskiwania bezpowietrznego, które pozwalają na uniknięcie wzorów natryskiwania typu rybi ogon i pożądane uzyskanie wzorów natryskiwania z piórami.

Z kolejnego amerykańskiego zgłoszenia patentowego US5330783A znany jest sposób i urządzenie do tworzenia i dozowania formulacji materiału powlekającego lub roztworu zawierającego ciekłą kompozycję powlekającą i płynny rozcieńczalnik, taki jak płyn nadkrytyczny, obejmuje źródło ciekłej kompozycji powlekającej, źródło płynnego rozcieńczalnika, mieszalnik do łączenia tych dwóch składniki tworzące roztwór materiału powlekającego lub formulację oraz system kontroli do monitorowania parametru formulacji, który może być skorelowany z zawartością płynnego rozcieńczalnika i/lub zawartością ciekłej kompozycji powłokowej formulacji oraz do monitorowania ciśnienia formulacji przy wybranej lokalizacji w systemie. System kontroli jest skuteczny w otwieraniu lub zamykaniu dopływu płynnego rozcieńczalnika i/lub ciekłej kompozycji powłokowej zgodnie ze zmianami parametru formulacji, który jest wykrywany, oraz w odpowiedzi na zmiany ciśnienia w systemie, w celu utrzymania jednofazowego lub wielofazowego powlekania preparatów materiałowych, aby uwzględnić zmiany parametru ciekłej kompozycji powlekającej i zapewnić utrzymanie pożądanego stosunku płynnego rozcieńczalnika do ciekłej kompozycji powlekającej w preparacie, który jest dostarczany do dozowników powlekających w celu osadzania na podłożu.

Problemem technicznym w znanych układach dozujących gazy w stanie nadkrytycznym, na przykład dwutlenek węgla jest dostosowanie ilości podawanego gazu w układzie przerywanej pracy z szybko zmieniającym się zapotrzebowaniem na gaz. Zakładając ściśle określony, procentowy udział gazu używanego jako rozcieńczalnik, niedopuszczalne jest nadmierne nasycenie lakieru gazem, np. podczas przerwy w malowaniu, jak również wymaga się natychmiastowej reakcji układu dozującego w momencie otwarcia dyszy pistoletu lakierniczego aby uzyskać odpowiednie nasycenie gazem.

UJAWNIENIE WYNALAZKU

W świetle opisanego stanu techniki celem niniejszego wynalazku jest przezwyciężenie wskazanych niedogodności i dostarczenie systemu dozującego gaz w stanie nadkrytycznym, który odcina dopływ gazu w postaci nadkrytycznej do mieszalnika, przy czym ciśnienie gazu jest redukowane w zaworach redukujących, przy zmiennej pracy baterii pomp membranowych przez co zapobiega się zamarzaniu instalacji wynikającej z rozprężania gazów.

Innym celem niniejszego wynalazku jest sposób sterowania przepływem nadkrytycznego gazu w systemie dozującym urządzenia lakierującego, w którym gaz odcina się dopływ gazu w postaci nadkrytycznej do mieszalnika, przy czym ciśnienie gazu redukuje się w zaworach redukujących, przy zmiennej pracy baterii pomp membranowych czym zapobiega się zamarzaniu instalacji.

Układ dozujący przepływem nadkrytycznego gazu do układu automatycznego lakierowania według wynalazku zawierający:

- układ podawania lakieru z mieszalnikiem mieszającym lakier z gazem w stanie nadkrytycznym, - instalację gazową podawania gazu w stanie nadkrytycznym, zaopatrzoną w butlę, układ zaworów i filtrów, wymiennik chłodniczy, charakteryzuje się tym, że przed mieszalnikiem umieszczony jest zawór trójdrożny połączony z układem sterowania dyszy pistoletu umożliwiający odcięcie dopływu gazu w postaci nadkrytycznej do mieszalnika i przekierowanie przepływu gazu w stronę ssącą pompy membranowej z układu zasilania gazem przy czym za zaworem trójdrożnym przed pompą membranową z układu zasilania gazem umieszczone są co najmniej dwa zawory redukcyjne, redukujące ciśnienie na każdym zaworze w granicach od 20 do 40 bar.

Korzystnie, gdy zawór trójdrożny (ZT1) jest napędzany siłownikiem pneumatycznym.

Korzystnie, gdy gazem jest dwutlenek węgla.

Sposób sterowania przepływem nadkrytycznego gazu w systemie dozującym do układu automatycznego lakierowania o cechach według któregokolwiek z zastrzeżeń od 1 do 3 obejmującym następujące etapy:

- pobieranie gazu z butli jest o ciśnieniu od 40 do 50 bar;

- filtrację;

- schłodzenie do temperatury niższej niż 5°C w chłodnicy;

- w stanie ciekłym tłoczenie podwójną pompą membranową do zaworu wstecznego ciśnienia podnosząc ciśnienie do 250 - 300 bar,

- podgrzewanie w wymienniku podgrzewającym do temperatury 40 - 65°C;

- skierowanie do zaworu trójdrożnego, przy którym następuje spadek ciśnienia do 150 - 280 bar odpowiadającej ciśnieniu w instalacji lakierniczej charakteryzuje się tym, że zamykając dyszę pistoletu lakierniczego, zaworem trójdrożnym odcina się dopływ gazu w postaci nadkrytycznej do mieszalnika i przepływ gazu przekierowuje się na stronę ssącą pompy membranowej i jednocześnie stopniuje się wartości ciśnienia na co najmniej dwóch zaworach redukcyjnych przy czym redukuje się wartości ciśnienia na każdym zaworze w granicach od 20 do 40 bar.

Korzystnie, gdy zawór trójdrożny (ZT1) przełączany jest przez układ sterujący praca pistoletu malarskiego.

Zaletą układu wykonanego według wynalazku jest utrzymanie stałego nasycenia gazem nadkrytycznym lakier podawanego do malowania i zdecydowane zmniejszenie ilości zużywanego rozpuszczalnika mimo przerywanego trybu pracy układu lakierowania. Takie rozwiązanie umożliwia też automatyzację i robotyzację procesu malowania.

KRÓTKI OPIS FIGUR RYSUNKU

Dla lepszego zrozumienia wynalazku, został on zilustrowany w przykładach wykonania oraz na załączonych figurach rysunku, na których:

Fig. 1 - przedstawia schemat układu dozującego lakier.

Schemat na przedstawionych załączonych figurach jest jedynie ukazany jako poglądowy, natomiast ostateczny kształt wraz z ilością oraz konfiguracją segmentów, czy innymi użytymi elementami, mogą ulec zmianie nie odchodząc od celu i idei nasycania lakierów gazami znajdującymi się w stanie nadkrytycznym.

SPOSOBY WYKONANIA WYNALAZKU

Poniższe przykłady ilustrują wynalazek, nie ograniczając go w żaden sposób.

PRZYKŁADY

Przykład 1. System dozujący przepływem nadkrytycznego gazu

Przedmiot wynalazku został przedstawiony na Fig. 1 jako system dozujący przepływem nadkrytycznego gazu w lakierni i zawiera następujące elementy:

- instalacje lakieru 1 zaopatrzoną w:

zbiornik z lakierem 5, połączony z pompą membranową P1 oraz ciśnieniomierzem PIi,

- instalację gazową 2 zaopatrzoną w:

butle 6, układ zaworów i filtrów 7, wymiennik chłodniczy 8, baterię pomp membranowych P2 połączone układem sterującym 10 z przepływomierzem masowym PC1 zaopatrzonym w pomiar przepływu sprzężony z amperomierzem M i przetwornicą częstotliwości regulującą pracę baterii pomp membranowych P2, zawór ciśnienia wstecznego ZW1, wymiennik grzewczy 9 gazu.

Proces przygotowania gazu przed dojściem do zaworu trójdrożnego ZT1 obejmuje następujące etapy:

- pobieranie z butli 6 jest o ciśnieniu od 40 - 50 bar;

- przepuszczanie przez układ zaworów i filtrów 7 - celem usystematyzowania parametrów gazu przed dalszą obróbką;

- chłodzenie w wymienniku chłodniczym 8 do temperatury niższej niż 5°C;

- tłoczenie podwójną pompą membranową P2 do zaworu ciśnienia wstecznego ZW1 podnosząc ciśnienie do 250 - 300 bar, przy czym pomiędzy pompą membranową P2, a zaworem ciśnienia wstecznego ZW1 znajduje się przepływomierz masowy PC1 z zespołem sterującym, który reguluje pracę pompy membranowej P2;

- podgrzewanie w wymienniku podgrzewającym 9 do temperatury 40 - 65°C;

- kierowanie jest do zaworu trójdrożnego ZT1.

Instalacja gazowa z gazem w stanie nadkrytycznym oraz instalacja lakieru łączą się w mieszalniku, po czym mieszanka nasycona gazem w stanie nadkrytycznym kierowana jest do urządzenia malującego załączonego przełącznikiem 4.

Instalacje gazowa jak też instalacja lakierowa zaopatrzone są w układy pomiarowe w postaci PIi, PI2, PI3, PI4, PI5, TIi, TI3, TI5, TIC mogące kontrolować parametry przy przerywanej pracy urządzenia, gdzie parametry nasycenia lakieru gazem w stanie nadkrytycznym jest utrzymywane poprzez czujnik przepływowy 11, odcinany jest gaz w postaci nadkrytycznej w zaworze trójdzielnym ZT1 jednocześnie pompa membranowa P2 jest przełączona na tryb ssący jednocześnie gaz jest natychmiast odcinany oraz przekierowywany do dwóch zaworów redukujących ZR1 oraz ZR2, który redukuje ciśnienie.

Stopniowa redukcja ciśnienia na zaworach ZR1 i ZR2 w zakresie nie przekraczającym 40 barów pozwala na powtórne wykorzystanie gazu po spadku ciśnienia i jego „zawrócenie” do układu podawania gazu przy jednoczesnym wykluczeniu ryzyka zamarzania układu przez zbyt szybkie rozprężenie gazu ze stanu nadkrytycznego.

WYKAZ OZNACZEŃ:

FC1	przepływomierz masowy,
FC2	przepływomierz masowy,
M	amperomierz,
P1	pompa membranowa,
P2	pompa membranowa,
P3	pompa obiegowa glikolu,
PIi	ciśnieniomierz,
PI2	ciśnieniomierz,
PI3	ciśnieniomierz,
PI4	ciśnieniomierz,
PI5	ciśnieniomierz,
TIi	termometr,
TI3	termometr,
TI5	termometr,
TIC	pomiar temperatury,
ZR1	zawór redukcyjny pierwszy,
ZR2	zawór redukcyjny drugi,
ZRn	zawór redukcyjny n-ty,
ZT1	zawór trójdrożny,
ZW1	zawór ciśnienia wstecznego,
1.	instalacja lakieru,
2.	instalacja gazowa,
3.	mieszalnik,
4.	włącznik,
5.	zbiornik z lakierem,
6.	zbiornik z gazem,
7.	układ zaworów i filtrów,
8.	wymiennik schładzający,
9.	wymiennik podgrzewający,
10.	zespół sterujący,
11.	czujnik przepływomierza.

Claims (5)

1. Układ dozujący przepływem nadkrytycznego gazu do układu automatycznego lakierowania zawierający:

- układ podawania lakieru z mieszalnikiem mieszającym lakier z gazem w stanie nadkrytycznym

- instalację podawania gazu w stanie nadkrytycznym, układu zaworów i filtrów, wymiennika chłodniczego, znamienny tym, że przed mieszalnikiem umieszczony jest zawór trójdrożny (ZT1) połączony z układem sterowania dyszy pistoletu umożliwiający odcięcie dopływu gazu w postaci nadkrytycznej do mieszalnika i przekierowanie przepływu gazu w stronę ssącą pompy membranowej z układu zasilania gazem (P2) przy czym za zaworem trójdrożnym (ZT1) przed pompą membranową z układu zasilania gazem (P2) umieszczone są co najmniej dwa zawory redukcyjne (ZR1, ZR2 ... ZRn), redukujące ciśnienie na każdym zaworze w granicach od 20 do 40 bar.

2. Układ dozujący według zastrz. 1, znamienny tym, że zawór trójdrożny (ZT1) jest napędzany siłownikiem pneumatycznym.

3. Układ dozujący według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że gazem jest dwutlenek węgla.

4. Sposób sterowania przepływem gazu w stanie nadkrytycznym w systemie dozującym do układu automatycznego lakierowania o cechach według któregokolwiek z zastrzeżeń od 1 do 3 obejmującym następujące etapy:

PL 248539 Β1

- pobieranie gazu z butli jest o ciśnieniu od 40 do 50 bar;

- filtrację;

- schłodzenie do temperatury niższej niż 5°C w chłodnicy;

- w stanie ciekłym tłoczenie podwójną pompą membranową do zaworu ciśnieniowego wstecznego podnosząc ciśnienie do 250 - 300 bar,

- podgrzewanie w wymienniku podgrzewającym do temperatury 40 - 65°C;

- skierowanie do zaworu trójdrożnego, przy którym następuje spadek ciśnienia do 150 - 280 bar odpowiadającej ciśnieniu w instalacji lakierniczej znamienny tym, że zamykając dyszę pistoletu lakierniczego zaworem trójdrożny (ZT1) odcina się dopływ gazu w postaci nadkrytycznej do mieszalnika i przepływ gazu przekierowuje się na stronę ssącą pompy membranowej (P2) i jednocześnie stopniuje się ciśnienia na co najmniej dwóch zaworach redukcyjnych (ZR1, ZR2 ... ZRn), przy czym redukuje się ciśnienia na każdym zaworze w granicach od 20 do 40 bar.

5. Sposób sterowania przepływem według zastrz. 3, znamienny tym, że zawór trójdrożny (ZT1) przełączany jest przez układ sterujący pracą pistoletu malarskiego.