Zespół:

dr inż. Piotr Nikończuk (kierownik zespołu),
prof. dr hab. inż. Bogusław Zakrzewski 

Istota wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest urządzenie do wymiany powietrza z odzyskiem ciepła, szczególnie dla komór lakierniczych ale także w innych konstrukcjach wymagających podobnego sposobu wymiany powietrza, gdzie wyrzucane ciepłe powietrze jest zanieczyszczone cząstkami stałymi osadzającymi się w ścianach kanałów wentylacyjnych.

Kabiny lakiernicze mają trzy tryby pracy – tryb lakierowania (natrysku), tryb wygrzewania (suszenia) oraz tryb wentylowania. W trybie lakierowania powietrza w kabinie jest stale wymieniane poprzez kanał nawiewny oraz wywiewny. Powietrze jest pobierane z zewnątrz oraz wstępnie oczyszczane za pomocą filtra zgrubnego. Następnie jest podgrzewane (w razie potrzeby) do temperatury 20-21 stopni C i nawiewane do komory lakierniczej za pomocą filtra sufitowego. Zanieczyszczone mgłą lakierniczą powietrze wyciągane jest z komory kanałem podłogowym po uprzednim oczyszczeniu poprzez filtr typu „paint stop”. Średni stopień filtracji filtra podłogowego jest rzędu 93-97%. W trybie wygrzewania powietrze w kabinie znajduje się w recyrkulacji przy zapewnieniu swobodnej wymiany około 10% powietrza znajdującego się w recyrkulacji. Temperatura powietrza w trakcie trybu wygrzewania wynosi od 40 do 60 stopni C. Po zakończeniu trybu wygrzewania kabina jest wentylowana w celu obniżenia temperatury wewnątrz kabiny, elementów konstrukcyjnych kabiny oraz pojazdu (lub innych detali). Obieg powietrza jest taki sam jak w trybie natrysku. Różnica pomiędzy trybami wentylowania a natrysku polega na tym, że w trakcie wentylowania nawiewane powietrze nie jest ogrzewane.

Na rynku europejskim istnieją oferty kabin lakierniczych z urządzeniami stosowanymi w systemach wentylacyjnych umożliwiającymi odzysk ciepła z powietrza odprowadzanego z kabiny na rzecz świeżego powietrza pobieranego z zewnątrz do kabiny lakierniczej, tak zwanymi rekuperatorami. Zazwyczaj są to rekuperatory krzyżowe, ich konstrukcja polega na tym, iż mają budowę lamelową. Mamy w ten sposób na przemian warstwy z ciepłym powietrzem. Im mniejsza jest odległość pomiędzy lamelami tym jest większa całkowita powierzchnia wymiany ciepła pomiędzy strumieniami powietrza. W rozwiązaniach stosowanych dla kabin lakierniczych odległość pomiędzy lamelami wynosi zazwyczaj 12 mm.

Jak wspomniano średni stopień filtracji filtra podłogowego jest rzędu 93-97%. Oznacza to, że powietrze wyrzucane nie jest całkowicie oczyszczane. Pozostałe cząstki stałe odkładają się na wewnętrznych częściach kanałów wyrzutni, dotyczy to również rekuperatorów których nie daje się oczyszczać lub jest bardzo utrudnione. Tempo wzrostu osadów wynosi około 0,5 mm na 1000 godzin pracy. Oznacza to, że po około 5 lat intensywnej pracy kabiny rekuperator krzyżowy całkowicie się „zaklei”. Dodatkowo tworzący się osad lakieru jest dobrym izolatorem cieplnym, jego przewodność cieplna jest porównywalna z przewodnością cieplną wełny mineralnej. Powoduje to ciągły spadek sprawności odzysku ciepła w rekuperatorze.

Proponowane rozwiązanie jest odporne na odkładające się osady oraz daje możliwość oczyszczania wymiennika ciepła z osadów. Dodatkową zaletą w przeciwieństwie do rozwiązań z rekuperatorami krzyżowymi jest możliwość wymiany powietrza bez odzysku ciepła co pozwala na szybsze schładzanie malowanych detali i elementów kabiny po procesie wygrzewania podczas wymiany powietrza bez odzysku ciepła, ciepło odpadowe z wyrzucanego powietrza można wykorzystać do dogrzania hali.

Korzyści z zastosowania wynalazku

Zastosowanie wynalazku daje wymierne korzyści w postaci zarówno finansowej jak i środowiskowej. Zastosowanie opracowanego daje korzyści przede wszystkim w postaci obniżenia zużycia oleju opałowego (lub gazy), co się przekłada na obniżenie emisji dwutlenku węgla. Oszczędności zależą od położenia geograficznego. Przykładowe oszacowanie (zł/rocznie): Białystok 14.804; Nowy Targ 16.299; Poznań 13.015; Szczecin 13.260; Warszawa 13.914; Wrocław 12.807. Obliczenia wykonano na podstawie średnich temperatur miesięcznych i przy założeniach: 20 dni roboczych miesięcznie, 4 godziny pracy kabiny lakierniczej dziennie, cena oleju opałowego 4,07 zł.

Rozwiązanie zapewnia utrzymanie sprawności odzysku ciepła na niezmiennym poziomie poprzez oczyszczanie wymiennika ciepła. Budowa modularna wymiennika ciepła zastępuje kanały wentylacyjne kabiny lakierniczej i nie wymaga dodatkowego miejsca. Rozwiązanie jest zgodne z obecnymi trendami UE prowadzącymi do obniżenia zużycia energii we wszystkich dziedzinach życia i redukcji emisji spalin.

Potencjał komercjalizacyjny

Potencjał rynkowy rozwiązania jest duży, można je stosować w nowych i używanych kabinach. Zespół jest w porozumieniu z jedną ze spółek CSV Aliance jednego z największych graczy na rynku lakierniczym. Pojemność rynku: w Panorami Firm znajduje się około 4500 warsztatów samochodowych z lakierniami. Naprawy samochodowych powłok lakierniczych są powszechne, w latach 2006-2008 łączna ilość zarejestrowanych przez policję zdarzeń komunikacyjnych waha się w przedziale: 436 tys. – 458 tys. rocznie. Kolejnym rynkiem stanowiącym duży potencjał komercjalizacyjny jest przemysł drzewny i meblarski. Istnieje również wiele procesów produkcyjnych, w których jednym z etapów jest nakładanie powłok malarskich. W ramach „Patent Plus” rozwiązanie uzyskało dofinansowanie z BCBiR do ochrony patentowej w Europie i otrzymało pozytywne wstępne oceny zdolności patentowej w wyniku badania stanu techniki z Polskiego Urzędu Patentowego i EPO. W związku z tym należy rozważyć potencjał komercjalizacji w Europie.