Trochnungsanlage mit Wärmerückgewinnung. Trocknungsanlagen werden in den ver schiedensten Industrie- und Gewerbebetrie ben gebraucht. Neuerdings erstrebt man auch, die Trocknung von Vegetabilien, Gemüse, Obst, Gras, in grösserem Masse als bisher in Trocknungsanlagen durchzuführen. Jedoch steht dieser Anwendung der künstlichen Trocknung der grosse Energieverbrauch der bekannten Anlagen hindernd im Wege, ins besondere dann, wenn Elektrizität verwendet werden soll.
Die einfachste und älteste Trocknungs- anlage verwendet Luft als Wärmeträger und ist nach dem Schema beiliegender Fig. 1 auf gebaut. Aus der Umgebung der Anlage wird Luft entnommen, in einer Heizung 1 erwärmt und dann durch einen Raum 2 geleitet, in welchem die zu trocknenden Körper sich be finden. Während die heisse Luft an diesen vorbeistreicht, findet ein Wärmeaustausch statt, der die Verdunstung eines Teils des Wassergehaltes der zu trocknenden Körper zur Folge hat. Die Luft entweicht befeuchtet aus der Trocknungskammer 2 ins Freie. Nach einer gewissen Dauer des Vorganges ist die Trocknung beendet.
Der Wärmeverbrauch einer solchen einfachen Trocknungsanlage ist sehr gross, weil die Luft samt ihrem Feuch tigkeitsgehalt die Trocknungskammer mit hoher Temperatur verlässt und ausserdem eine im Verhältnis zur mitgeführten Feuchtigkeit sehr grosse Luftmenge miterwärmt werden muss. Es ist bekannt und naheliegend, den Wärmeverbrauch für die Trocknung dadurch zu vermindern, dass man zunächst den Feuch tigkeitsgehalt der entweichenden Luft mög lichst zu steigern anstrebt.
Dies wird er reicht, indem man die trocknende Luft mehr mals durch die Trocknungskammer führt, be vor sie ins Freie abströmt (Umwälzverfah- ren). In Fig. 1 ist die Umwälzleitung durch eine gestzzchelte Linie 3 angegeben. Auch der Ersatz der Heissluft durch überhitzten Dampf, welcher sich während dem Trock- nungsvargang sättigt, ist in diesem Zusam menhang mit einigem Erfolg versucht wor den.
Weiterhin ist bekannt die Forderung eines Rückgewinnes der aufgewendeten Wärme. z. B. so, dass die heisse Feuchtluft vor ihrem endgültigen Entweichen ins Freie mit der Frischluft in Wärmeaustausch ge bracht wird. Man kann sich aber leicht davon überzeugen, dass diese Art. der Feuelitluft- kühlung nur von ganz geringem Nutzen ist.
Die trockene Frischluft vermag wegen ilirei- geringen spezifischen Wärme innert der vor handenen Temperaturgrenzen nur einen ganz kleinen Bruchteil derjenigen Wärme aufzu nehmen, welche im Feuehtigl;eitsgehalt dc,r Luft enthalten ist; die Kühlung der Feucht luft bleibt unbedeutend und damit praktisch wirkungslos.
Um die aus der Trocknungskammer <B>21</B> austretende Feuchtluft in nützlichem Masse abzukühlen, kann man aber nach dem Schema. Fig. ? an Stelle der in die Heizung 1 eingeführten Luftmenge eine zweite, viel grössere Frischluftmenge durch einen Küh ler 4 hindurclischieken und mit der aus der Feuchtluft entzogenen Wärme aufheizen. Diese zweite grössere Luftmenge ist dann in einer zweiten Trocknungskammer 5 im Sinne der einfachsten Anlage verwendbar.
Die Anwendung von zwei Trocknungs- ka.mmern mit zwei verschiedenen Luftmengen als Wärmeträger vermindert den @Värmevei-- brauch für das Trocknen auf etwa die Hälfte derjenigen einer einfachen Anlage Fig. 1.
Man kann in derselben Weise der zweiten Trocknungskammer noch eine dritte, dieser eine vierte nachschalten. Die @Virl;sam- keit dieser Massnahme ist dadurch begrenzt, da.ss die erreichbare Heisslufttemperatur in jeder nachgeschalteten Trocknungskammer tiefer liegt als in der vorangehenden, weil für die Wärmeübertragung im Wärmeaus tauscher ein Teinperaturuntersehied notwen dig ist.
Infolgedessen vermindert sich für jede nachgeschaltete Luftmenge die Feuch- tigkeitsaufnahine beträchtlich. Zudem hat. wieder aus Gründen der Wärmeiibertragung. jede aus einem Wärmea.ustauscher entwei chende Feuchtluft höhere Temperatur als die eintretende Frischluft, womit der nach-
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gesebaltelen <SEP> Luftniengc <SEP> noch <SEP> ein <SEP> weiterer
<tb> Energiebetra-- <SEP> verlorengelit.
<tb>
Ein <SEP> Mittel. <SEP> das <SEP> bei <SEP> Problemen <SEP> der
<tb> @Värm@@rücl;gewinnung <SEP> neuerdings <SEP> zu <SEP> Stei nIender <SEP> Bedeutung- <SEP> gelaugt, <SEP> ist <SEP> die <SEP> Wärme pumpe. <SEP> Diese <SEP> ist <SEP> bei <SEP> Eindampfungsanlagen
<tb> in <SEP> der <SEP> Form <SEP> des <SEP> Thermokompressors <SEP> mit <SEP> E <SEP> r folg <SEP> angewendet <SEP> worden. <SEP> Das <SEP> Schema. <SEP> einer
<tb> Eindampfiingsanlag-e <SEP> zeigt <SEP> Fig. <SEP> 3. <SEP> Die <SEP> einzu danipfende <SEP> wiis;
erige <SEP> Lösung <SEP> befindet <SEP> sieh
<tb> im <SEP> Eindampfgefäss <SEP> 6. <SEP> wo <SEP> sie <SEP> durch <SEP> Dampf.
<tb> -%i-elclier <SEP> dureh <SEP> die <SEP> Robi-scblange <SEP> 7 <SEP> arömt, <SEP> bis
<tb> zum <SEP> hoehen <SEP> erhitzt <SEP> wird. <SEP> Der <SEP> aus <SEP> der
<tb> kochenden <SEP> Lösiuig <SEP> entweichende <SEP> Sattdampf
<tb> fliesst <SEP> einer <SEP> -#Värmepunipe <SEP> 8 <SEP> zii, <SEP> wird <SEP> hier
<tb> durch <SEP> Verdichlun-- <SEP> überbitzt <SEP> und <SEP> tritt <SEP> dann
<tb> <B>i <SEP> itl</B> <SEP> s <SEP> 11.eizd-#inipf <SEP> in <SEP> 'die <SEP> Rohrschlange <SEP> L, <SEP> <B>7.</B> <SEP> Hier
<tb> kondensiert <SEP> der <SEP> Heizdampf <SEP> und <SEP> gibt <SEP> so <SEP> seine
<tb> Verda.mpfungswärme <SEP> an <SEP> die <SEP> einzudampfende
<tb> Lösung <SEP> ab.
<SEP> Nur <SEP> das <SEP> Kondensat <SEP> entweicht
<tb> durch <SEP> ein <SEP> Drosselventil. <SEP> Der <SEP> Wärmerück @,ewinn <SEP> ia <SEP> in <SEP> dieser <SEP> Anlage <SEP> .ehr <SEP> weitgehend.
<tb> denn <SEP> von <SEP> der <SEP> @esamtcn <SEP> der <SEP> Wärniepunipe
<tb> zugeführten <SEP> Energie <SEP> entweicht <SEP> einzig <SEP> die <SEP> iin
<tb> Kondensal <SEP> imlhaltene <SEP> Wärme <SEP> ins <SEP> Freie. <SEP> Die
<tb> Verdiclitun", <SEP> erfolgt <SEP> aus <SEP> zwei <SEP> G=ründen:
<tb> erstens <SEP> zwecks <SEP> Energiezufuhr <SEP> an <SEP> den <SEP> Satt dainpf <SEP> und <SEP> Temperatursteigerung <SEP> desselben.
<tb> zweitens <SEP> zur <SEP> Herstellung <SEP> des <SEP> für <SEP> den
<tb> Wärineaustauseh <SEP> in <SEP> der <SEP> Rohrschlange <SEP> dauernd
<tb> notwendigen <SEP> Ternpera.turunterschiedes. <SEP> Die
<tb> Temperatur <SEP> des <SEP> kondensierenden <SEP> Dampfe
<tb> höheren <SEP> Druekes <SEP> in <SEP> der <SEP> Rohrschlange <SEP> bleibt
<tb> dauernd <SEP> höher <SEP> als <SEP> die <SEP> Temperatur <SEP> der <SEP> ver dampfenden <SEP> Flüssigkeit <SEP> im <SEP> Einda.nipf;efäss.
Bei einer Troeknungsanlage sind jedoch die Vorgänge nicht so einfach \vie in der be- schriehenen Eindainpfungsanlage. Es ist nicht möglich. das atis den zu trocknenden Körpern au-:zutreibendcWasser in unmittel bare Beriihrinia mit dir Heizschlange zii bringen.
Dasselbe eilt in den meisten Fällen für die zu trocknenden Ii;irper selbst. Ausser- dem kann nicht: immer Wasserdampf als Wärmetriiger benutzt werden. Die Eindampf anlage Fig. 3 ist deshalb nur ausnahmsweise unverändert als Trocknungsanlage benutz- bar; in der Regel löst sie das Problem der Trocknung nicht.
Die vorliegende Erfindung betrifft: nun eine Trocknungsanlage mit Wärmerück- gewinnung vermittels Wärmepumpe. Erfin- dungagemäss wird der Wärmeträger der An lage nach erfolgter Vergrösserung seines Feuchtigkeitsgehaltes in mindestens zwei Teile geteilt, wovon der eine Teil durch eine Wärmepumpe fliesst und mit einem andern Teil in Wärmeaustausch tritt.
Das Schema Fig.4 zeigt ein erstes Bei spiel einer Trocknungsanlage gemäss vorlie gender Erfindung. Der benutzte Wärme träger sei Dampf. Die Anlage enthält eine Trocknungskammer 9, eine Wärmepumpe 10, einen Wärmeaustauscher 11, eine Leitung 12 für den gesättigten Dampf, welche sich in die zwei Äste 12a und 12b teilt, und eine Drosselstelle 13. Der Wärmeträger der An lage wird überhitzt in die Trocknungskatn- mer 9 eingeführt. Hier gibt. er Wärme an den zu trocknenden Körper ab, wodurch ein Teil des Wassers verdampft.
Es entsteht ins gesamt Wasserdampf von mindestens an genähert gesättigtem Zustand. Der gesättigte Dampf verlässt die Trocknungskammer 9 durch die Leitung 12 und fliesst zu einem Teil durch den Leitungsast 12a nach der Wärmepumpe 1.0, zum andern Teil durch den Leitungsast 12b nach dem Wärmeaustauscher 11. Der erste Teil wird in der Wärmepumpe 1.0 verdichtet und dadurch erwärmt. Danach fliesst er durch eine Rohrschlange im Wärmeausta.uscher 11 und gibt hier Wärme an den andern Teil ab. Infolge des Wärme austausches entsteht in der Rohrschlange Kondensat, das durch die Drosselstelle 13 ins Freie abfliesst.
Der zweite Teil des Wärmeträgers dagegen wird durch den Wärtneaustausch überhitzt und fliesst dann durch die Fortsetzung des Leitungsastes 121) ,wieder in den Trocknungsraum 9. Der Wärmeverbrauch dieser Trocknungsa.nlage Fig.4 fällt deshalb bedeutend geringer aus als derjeniger der einfachen Anlage Fig.L weil nur das Kondensat der ausgetriebenen Feuchtigkeit die A nlage verlässt und die an Grösse weitaus überwiegende Verdampfungs- wärme wieder in den
Troclznungsvorgang zu rückgeführt wird.
Werden die zu trocknenden Körper in der Trocknungskammer 9 geschichtet und dann die Kammer verschlossen, bevor die Trocknung beginnt, so ist es vorteilhaft, die Körper samt ihrem Wassergehalt auf Siede temperatur aufzuheizen, bevor man konden sierte Feuchtigkeit ins Freie austreten lässt. Zu diesem Zwecke bedient man sich der in Fig. 4 gestrichelt eingezeichneten Verbin dungsleitung 14, durch welche dem trocknen den Dampf der verdichtete Dampf so lange beigemischt wird, bis die Siedetemperatur in der Trocknungskammer vorhanden ist. Das Auslassventil 15 bleibt so lange geschlossen.
Wandert das Trockengut in stetiger Be wegung durch die Trocknungskammer hin durch, so kann es vorkommen, dasseine sehr starke Verdichtung in der Wärmepumpe stattfinden muss, um genügend Trocknungs- wärme in die Anlage hineinzupumpen. Starke Verdichtungen sind aber praktisch schwer durchzuführen. In solchen Fällen kann eine zusätzliche Heizung 16 in die Lei tung 12b eingeschaltet werden, welche die Wärmezufuhr ergänzt. Diese zusätzliche Heizung 16 ist in Fig. 4 ebenfalls gestrichelt eingezeichnet.
Ein weiteres Beispiel einer Trocknungs- anlage zeigt das Schema Fig. 5. Diese An lage ist für Luft als Wärmeträger vor gesehen. Sie enthält eine Trocknungskam- mor 9, einen Wärmeaustauscher 11, eine Wärmepumpe 10 und eine Turbine 20, nebst den notwendigen Verbindungsleitungen. Bei tritt trockene Frischluft in die Trock- nungskammer 9 ein; bei A verlässt Feucht luft die Anlage.
Die heisse Feuchtluft, wel che aus der Trocknungskammer austritt, wird in zwei Teile geteilt, deren erster in der Wärmepumpe 10 verdichtet, im 'V#Tärmeaus- tauscher 11 gekühlt und dann in der Tur bine 20 entspannt wird. Der andere Teil strömt nach dem Wärmeaustauscher 11, wird hier erhitzt und gelangt dann zurück in die Trocknungskammer, um hier die zur Ver- dampfung von -Wasser notwendige Wärnie abzugeben. Sehr wesentlich ist. für diese mit.
Luft betriebene Anlage, dass der -'@Tärnxe- austausch zwischen Luftmengen dessellie:i Feuchtigkeitsgrades und damit angenälieri derselben spezifischen Wärme stattfindet. Infolgedessen kann eine wirksame Kühlung der verdichteten Feuchtluft stattfinden, ganz im Gegensatz zu dem früher beschriebenen gänzlich unbrauchbaren Versuch, Feuchtluft mit Frischluft zu kühlen. In der Turbine leistet die verdichtete, aber gekühlte Luft Arbeit, so dass sie mit niedriger Temperatur austritt.
Da. der -Wärmeverbrauch allein durch den Tempera turunterschied zwischen Zufluss und Abfluss des Wärmeträgers bestimmt wird, so ist ohne weiteres verständlich, dass der Wärmever brauch dieser Anlage Fig. 5 klein ausfallen muss. Auch hier kann, ähnlich wie beim Bei spiel Fig. 4, eine zusätzliche Erwärmung der jenigen Luftmenge notwendig sein, welche in die Trocknungskammer zurückfliesst. Dies kann einfach dadurch geschehen. dass ihr ver dichtete heisse Luft zugesetzt wird. Die dazu notwendige Verbindungsleitung ist in Fiz..'@ gestrichelt eingezeichnet.
Ein weiteres Ausführungsheispiel des Er findungsgegenstandes zeigt das Schema Fig. 6. Als Wärmeträger kann hier Luft oder Dampf verwendet werden. Die Hauptbestand teile dieser Troeknixngsanlage sind dieselben wie beim Beispiel Fig. 5.
Im Gegensatz zii Fig.5 aber wird von den beiden Teilen. in welche der MTärmetriiger nach Befeuclitung- geteilt wird, nicht der nach aussen ab fliessende Teil durch die Wärmepumpe ;e leitet, sondern der wieder in die Trock- nungskaminer zurücklzehrende Teil. Der Wärmeträger verlässt nach Befeuchtung durch die verdampfte Wassermenge die Trocknungskammer 9, wird dann in zwei Teile geteilt, wovon der erste durch den -#'rärmeaustauscher ins Freie abfliesst.
Der andere Teil dagegen gelangt zuerst in die Turbine ?0, wo er durch Expansion Arb\it
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strömt <SEP> er <SEP> durch <SEP> den <SEP> Wäxnxeaustauscher <SEP> 17,
<tb> -o <SEP> er <SEP> die <SEP> Wärme <SEP> aufnimmt, <SEP> welche <SEP> der <SEP> er.ae
<tb> Teil <SEP> des <SEP> @@'ärmetrügers <SEP> abgibt;
<SEP> sehliesslieh
<tb> wird <SEP> der <SEP> zweite <SEP> Teil <SEP> wieder <SEP> verdichtet <SEP> und
<tb> dadurch <SEP> erhitzt, <SEP> worauf <SEP> er <SEP> wieder <SEP> der
<tb> Troeknun-skammer <SEP> J <SEP> zuströmt, <SEP> um <SEP> hier
<tb> Wärme <SEP> für <SEP> den <SEP> Verdanipfungsvorgang <SEP> abzu L#eben. <SEP> Dureli <SEP> rleix <SEP> Wärmeaustausch <SEP> wird
<tb> abfliessende <SEP> Tril <SEP> des <SEP> @@Tärmeträg@rs <SEP> gekühli.
<tb> und <SEP> zwar <SEP> auf <SEP> tiefe:e <SEP> Temperatur <SEP> als <SEP> beim
<tb> Beispiel <SEP> Fig. <SEP> .i: <SEP> es <SEP> wird <SEP> also <SEP> ein <SEP> noch
<tb> grösserer <SEP> Betrag <SEP> von <SEP> der <SEP> zur <SEP> Verdampfun -ewendeten <SEP> Wärme <SEP> für <SEP> den <SEP> Troeknungs <B>i <SEP> <I>-tttfn</I></B>
<tb> vorgang <SEP> wiedergewonnen.
<tb>
Vom <SEP> unterteilten <SEP> -Viirmeträger <SEP> fliesst
<tb> naturgemäss <SEP> der <SEP> weitaus <SEP> kleinere <SEP> Teil <SEP> ins
<tb> Freie <SEP> ab, <SEP> deshalb <SEP> muss <SEP> bei <SEP> der <SEP> Anlage <SEP> Fig. <SEP> 6
<tb> der <SEP> grössere <SEP> Anteil <SEP> durch <SEP> Turbine <SEP> und <SEP> Ver dichter <SEP> strömen. <SEP> Dies <SEP> kann <SEP> sich <SEP> aber <SEP> unter
<tb> g!_'@S-IS.-zen <SEP> Büdingnngen <SEP> xuig'instig <SEP> auswirken.
<tb>
entweder <SEP> dadurch. <SEP> dass <SEP> die <SEP> Turbine <SEP> ?0 <SEP> und
<tb> der <SEP> Verdichter <SEP> 10 <SEP> praktisch <SEP> zu <SEP> gross <SEP> sein
<tb> müssten <SEP> oder <SEP> dass <SEP> wegen <SEP> geringen <SEP> Verdicliter wirhungsgrades <SEP> zuviel <SEP> Wärme <SEP> in <SEP> den <SEP> Prozess
<tb> eingefiilirl <SEP> würde. <SEP> In <SEP> solchen <SEP> Fällen <SEP> kann
<tb> eint' <SEP> weitere <SEP> 1'nte:leilung <SEP> de:
<SEP> -Z'irmeträger@
<tb> nülzlich <SEP> sein, <SEP> indem <SEP> durch <SEP> eine <SEP> zusätzliche
<tb> Verbindungsleitung <SEP> '?5 <SEP> ein <SEP> gewisser <SEP> Teil <SEP> des
<tb> V'ärmeträ^-er <SEP> s. <SEP> sowohl <SEP> neben <SEP> der <SEP> Wärme pumpe <SEP> ?0 <SEP> als <SEP> aueli <SEP> neben <SEP> dem <SEP> Wärmeaus ta.uscher <SEP> 1l <SEP> vorbei <SEP> wieder <SEP> zur <SEP> Trocknungs kanimer <SEP> 9 <SEP> zurciekströmt.
Bei den mit Luft arbeitenden Trock- nungsanlagen F;-..-) und Fig.6 wird in der Regel eine bestimmte Luftmenge als Frisch luft in die Anlage eintreten und als gel#,iihlte Feuchtluft aus der Turbine (bei Fig. 5) oder aus dem -@t';
irmeaustauseher (bei Fi(r.6) ins Freie abströmen. Es ist iiaheliegend, einen zusätzlichen Wärxneaustauseh zwischen der einl.retenden Frischluft und der austretenden Feitchtluft vorzunehmen. sei es in einem Oberfläehen-Wärineaustauscher oder durch -Mischung.
Hinsielitlicli allfälliger Strahlungsver luste usw. wird es von Vorteil sein, den Wärmeaustauscher wo immer möglich in die Trocknungskammer hinein zu verlegen, sei es in Form eines Rohrbündels oder sei es in Form eines Heizmantels. Die Trocknungs- kammer wird man selbstverständlich mit einer Isolation umgeben.
Bei der mit Luft betriebenen Anlage Fig. 5 wird man unter Umständen die Tur bine durch ein reines Drosselorgan ersetzen. Der Energieverbrauch der Anlage wird da durch zwar etwas grösser, aber die Anlage in ihrem Aufbau einfacher.
Wärmewirtschaftlich wird es immer von Vorteil sein, geschlossene Kreisläufe einzu richten. Bei den beschriebenen Anlagen kann dies sowohl bei Verwendung von Luft als auch bei Verwendung von Dampf immer durchgeführt werden, sofern nur eine Ab laufleitung für ausgeschiedene Feuchtig keit an zweckmässiger Stelle vorgesehen wird.
In den Schemata -Fig.4, 5 und 6 wurden Turboverdichter und Turbinen eingezeichnet; an deren Stelle können natürlich auch Kol benmaschinen treten.