Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen eines Druckgases, mit einem Verdampfer, in welchem ein bei der herrschenden Temperatur verdampfendes Kühlmittel mit dem zu trocknenden Gas in Wärmeaustausch gebracht wird, um dadurch Feuchtigkeit daraus kondensieren zu lassen, und einem dem Verdampfer bezüglich des Druckgases vorgeschalteten Wärmeaustauscher, in welchem das kalte, getrocknete Druckgas mit dem zu behandelnden Druckgas in Wärmeaustausch gebracht wird, um dadurch letzteres vorzukühlen und das getrocknete Gas auf eine der Umgebungstemperatur ange- näherte Temperatur zu erwärmen.
Für viele Anwendungen von Pressluft oder andern Gasen, wie z. B. für Steuer- und Förderanlagen und für Werkzeugantriebe, ist es wichtig, dass die Luft trocken ist, um ein Angreifen von bewegenden Teilen und Leitungen und Verstopfung durch Kondenswasser vorzubeugen, ungeachtet erheblicher Schwankungen im Feuchtigkeitsgrad und in der Umgebungstemperatur.
Besonders für Anlagen mit weniger strengen Anforderungen bezüglich des Trockenheitsgrades sind Trockenvorrichtungen mit Absorptionsmitteln weniger notwendig. Solche Vorrichtungen haben nämlich den Nachteil, dass sie wegen der erforderlichen Regenerierung des Absorptionsmittels verhältnismässig viel Energie verbrauchen. Für solche Zwecke wird Kondensation mittels Abkühlung mit Hilfe eines verdampfenden Kühlmittels wie Freon vorgezogen. Wenn im nachfolgenden von Luft die Rede ist, ist darunter auch ein anderes Gas zu verstehen.
Die üblichen Vorrichtungen dieser Art umfassen ausser einem Verdampfer, in welchem das Kühlmittel in Wärmeaustausch mit der abzukühlenden Luft verdampfen kann, noch einen zusätzlichen Wärmeaustauscher. In diesem kann die abgekühlte Luft, nachdem die Feuchtigkeit daraus kondensiert ist, Wärme aus der zugeführten Druckluft aufnehmen, so dass Trockenluft mit einer Temperatur, welche nicht erheblich von der Umgebungstemperatur abweicht, abgegeben wird, während die zugeführte Luft vorgekühlt wird.
Dieser Verdampfer und dieser Wärmeaustauscher müssen dabei, wenigstens was den Luftanteil betrifft, dem Druck der Druckluft widerstehen können. Dies hat zur Folge, dass solche Vorrichtungen umfangreich und schwer werden, da der Verdampfer und der Wärmeaustauscher in einem Druckbehälter untergebracht werden müssen.
Die Erfindung schafft eine Vorrichtung dieser Art, welche diesen Nachteil nicht besitzt, und welche ungeachtet einer grossen Druckfestigkeit geringe Abmessungen hat.
Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgänge im Verdampfer bzw. Wärmeaustauscher für das Druckgas wenigstens ein druckfestes Rohr aufweisen, innerhalb welchem ein zweites Rohr für das mit diesem Gas in Wärmeaustausch zu bringende Kühlmittel bzw.
getrocknete Druckgas angeordnet ist.
Die Erfindung wird anhand einer Zeichnung am Ausführungsbeispiel näher erläutert, es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemässen Vorrichtung mit einem erheblich vereinfacht wiedergegebenen Kühlmittelkreislauf und
Fig. 2 und 3 einen Querschnitt gemäss der Linie II-II der Fig. 3 bzw. eine Aufsicht einer Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 1.
Der von der Druckluft durchströmte Teil der in Fig. 1 schematisch dargestellten Vorrichtung ist in einem geschlossenen Gehäuse angeordnet, welches mit einem geeigneten Isolationsmittel gefüllt ist, wobei eine Luftzuleitung 2, eine Luftableitung 3, eine Kühlmittelzuleitung 4 und eine Kühlmittelableitung 5 durch die Gehäusewand 1 nach aussen hindurchgeführt sind.
Die Zuleitung 2 und die Ableitung 3 sind mittels eines Anschlusskastens 6 mit einem Wärmeaustauscher 7 verbunden. Dieser besteht aus zwei ineinanderliegenden Rohren 8 und 9, wobei das Innenrohr 9 mit der Ableitung 3, und der Zwischenraum zwischen den Rohren 8 und 9 mit der Zuleitung 2 in Verbindung steht. Die Anschlüsse befinden sich im Kasten 6. Das Aussenrohr 8 ist dabei derart gewählt, dass es dem Druck der zugeführten Druckluft widerstehen kann. Da der Druck innerhalb des Rohres 9 etwa gleich dem Zuleitungsdruck ist, kann das Innenrohr 9 erheblich leichter als das Aussenrohr 8 ausgeführt werden. Obgleich mit geraden Rohren 8 und 9 gearbeitet werden kann, werden diese vorzugsweise mehrfach gekrümmt, um Raum zu sparen.
Dies kann in der in Fig. 1 schematisch angedeuteten Weise geschehen, jedoch wird eine noch zu beschreibende schraubenlinienförmige Aufwicklung dieser Rohre bevorzugt.
Das Aussenrohr 8 des Wärmeaustauschers 7 steht am anderen Ende mit einem Wasserabscheider 10 in Verbindung, der ebenfalls als ein den herrschenden Drücken widerstehender Behälter ausgeführt ist. Innerhalb des Behälters 10 befindet sich ein zweiter Wasserabscheidungsbehälter 11, welcher mit dem entsprechenden Ende des Innenrohres 9 in Verbindung steht. Dieser Innenbehälter ist dabei nur der Druckdifferenz zwischen zugeführter und abgeführter Luft ausgesetzt und kann deshalb erheblich leichter als der Aussenbehälter 10 ausgeführt sein. Der Zwischenraum zwischen den Behältern 10 und 11 und der Innenraum des Behälters 11 sind je mit einer Wasserablassleitung 12 mit zugehörigem Absperrhahn 13 verbunden, welche Leitungen ebenfalls durch die Gehäusewand 1 nach aussen geführt sind.
Der Aussenbehälter 10 steht mit einer Verbindungsleitung 14 in Verbindung, welche anderseits in einen Anschlusskasten 15 mündet, welcher mit einem Verdampfer 16 in Verbindung steht. Die Ableitung 5 für das Kühlmittel steht ebenfalls mit dem Kasten 15 in Verbindung. Der Verdampfer 16 besteht ebenfalls aus zwei ineinanderliegenden Rohren 17 und 18, wobei der Zwischenraum zwischen diesen Rohren mit der Verbindungsleitung 14 und das Rohr 18 mit der Ableitung 5 für das Kühlmittel in Verbindung steht. Die Rohre 17 und 18 stehen anderseits mit einem Anschlusskasten 20 in Verbindung. Diese Rohre können wiederum gerade ausgeführt sein, jedoch sind wegen Platzersparnis diese Rohre meistens gekrümmt, und insbesondere schraubenlinienförmig gewickelt.
Wie noch näher beschrieben wird, werden in der Praxis der Wärmeaustauscher 7 und der Verdampfer 16 meistens koaxial gewickelt.
Der mit dem Zwischenraum zwischen den Rohren 17 und 18 in Verbindung stehende Teil des Kastens 20 ist mittels einer Verbindungsleitung 21 mit dem Innern des Innenbehälters 11 verbunden, während die Kühlmittelzufuhr 4 im Kasten 20 mit dem Innenrohr 18 verbunden ist. Die Kühlmittelleitungen 4 und 5 stehen mit einem noch zu beschreibenden Kühlmittelkreislauf in Verbindung, in welchem in üblicher Weise durch Kompression und Dekompression des Kühlmittels, insbesondere Freon, die erwünschte Abkühlung dieses Kühlmittels herbeigeführt werden kann.
Die durch die Leitung 2 zugeführte Druckluft strömt durch den Zwischenraum zwischen den Rohren 8 und 9 des Wärmeaustauschers 7, darauf durch den Aussenbehälter 10 und die Leitung 14 in den Zwischenraum zwischen den Rohren 17 und 18 des Verdampfers 16, danach durch die Leitung 21 in den Innenbehälter 11 und schliesslich durch das Innenrohr 9 in die Ableitung 3. Im Verdampfer 16 wird die Luft durch Wärme übertragung auf das im Innenrohr 18 strömende Kühlmittel abgekühlt, so dass die Feuchtigkeit aus dieser Luft herauskondensiert. Danach strömt diese Luft wie erwähnt durch das Innenrohr 9 in die Ableitung 3, wobei im Wärmeaustauscher 7 Wärme aus der zugeführten Luft aufgenommen wird, so dass die abgeführte Luft auf eine nicht erheblich von der Umge bungstemperatur abweichende Temperatur gebracht, und die zugeführte Luft vorgekühlt wird.
Ausser für die Behälter 10 und 11 können in anderen geeigneten Punkten noch zusätzliche Wasserablassleitungen 12 mit Absperrhähnen 13 vorgesehen werden.
Alle Teile dieser Vorrichtung, welche dem Druck der Druckluft widerstehen müssen, sind dabei aus handelsüblichen und genügend druckfesten Rohren gebildet, mit Ausnahme der Behälter 10 und 11 und der Anschlusskästen 6, 15 und 20, welche jedoch verhältnismässig wenig Raum einnehmen, und deshalb ein geringes Gewicht haben. Überdies sind solche Rohre verhältnismässig billig. Dadurch unterscheidet sich diese Vorrichtung günstig von den bekannten Vorrichtungen, bei welchen der Wärmeaustauscher und der Verdampfer in einem verhältnismässig umfangreichen und schweren und darüberhinaus teuren Druckbehälter angeordnet werden müssen.
Es kann manchmal günstiger sein, den Aussenbehälter 10 fortzulassen, und, wie gestrichelt angedeutet, eine direkte Verbindung 14' zwischen dem Aussenrohr 8 und dem Verbindungsrohr 14 herzustellen, wobei dann in einem geeigneten Punkt wiederum eine Wasserablassleitung vorgesehen werden muss. Selbstverständlich soll dann der Behälter 11 druckfest ausgeführt werden, während, falls erforderlich, ein zusätzlicher Verbindungskasten benutzt werden kann, an welchem eine Verbindung zwischen dem Innenrohr 9 und dem Behälter 11 angeschlossen werden kann.
Fig. 2 und 3 zeigen eine praktische Ausführungsform der Vorrichtung nach Fig. 1. Dabei sind der Wärmeaustauscher 7 und der Verdampfer 16 schraubenlinienförmig aufgewickelt und koaxial zueinander angeordnet, so dass die Vorrichtung einen möglichst geringen Umfang erhält. Die Aussenrohre des Wärmeaustauschers 7 und des Verdampfers 16 sollen bei hohen Arbeitsdrücken selbstverständlich verhältnismässig dickwandig sein, was einen ungünstigen Einfluss auf dem bei einem bestimmten Rohrdurchmesser erreichbaren Wickel durchmesser hat. Ein kleiner Wickeldurchmesser ist für Platz ersparnis günstig, ist aber nur bei einem kleinen Rohrdurch messer möglich, welcher jedoch einen grösseren Strömungswi derstand zur Folge hat.
Bei der Ausführung nach Fig. 2 und 3 werden nur für den
Wärmeaustauscher 7 Rohre mit verhältnismässig kleinem
Durchmesser benutzt um einen kleineren Wickeldurchmesser erreichen zu können, während der Strömungswiderstand da durch verringert wird, dass Gruppen 7' von einer Anzahl
Windungen untereinander parallel geschaltet werden. Der
Verdampfer 16 erhält einen grösseren Wickeldurchmesser, so dass Aussenrohre 17 von grösserem Rohrdurchmesser ver wendet werden können. Der Verdampfer 16 braucht deshalb nicht immer in parallelgeschaltete Gruppen unterteilt zu wer den, obgleich es selbstverständlich auch möglich ist, den
Wärmeaustauscher 7 und den Verdampfer 16 zu vertauschen.
Die Gruppen 7' des Wärmeaustauschers 7 sind einerseits mit dem Anschlusskasten 6 verbunden, welcher oberhalb die ser Gruppen 7' angeordnet ist, und stehen anderseits mit einem entsprechenden Kasten 6' (Fig. 3) in Verbindung. Die mit den Zwischenräumen der Rohre 8 und 9 der Gruppen 7' in Verbindung stehende Kammer des Kastens 6', steht mittels einer Verbindungsleitung 22 mit dem Innern des Aussenbehäl ters 10 in Verbindung, während die andere Kammer, welche mit den Rohren 9 dieser Windungsgruppen in Verbindung steht, mittels einer Leitung 23 mit dem Innern des Behälters
11 in Verbindung steht. Es ist auch möglich, die Leitung 22 direkt mit dem Anschlusskasten 15 des Verdampfers zu ver binden, in welchem Falle die Leitung 22 der Verbindung 14' in Fig. 1 entspricht, wobei dann der Aussenbehälter 10 fortge lassen werden kann.
Der Kasten 6' kann wiederum mit einer
Ablassleitung 12 versehen sein, um Kondenswasser daraus entfernen zu können.
Der Verdampfer 16 umfasst im dargestellten Fall ein einfaches Aussenrohr 17, in welchem sich eine Anzahl dünner Innenrohre 18, welche untereinander parallelgeschaltet sind, befindet. Wie im Fall der Fig. 1 stehen diese Rohre mit zwei Anschlusskästen 15 und 20 in Verbindung, wobei die Innenrohre mit der in diese Kästen hineingeführten Kühlmittelzuleitung 5 bzw. Ableitung 4 in Verbindung stehen. Der Zwischenraum zwischen dem Rohr 17 und dem Innenrohr 18 steht an einer Seite des Kastens 15 mittels einer Leitung 14 mit dem Aussenbehälter 10 (oder, falls dieser fortgelassen wird, mit dem Anschlusskasten 6') in Verbindung, während die Verbindungsleitung 21 sich wiederum zwischen dem Kasten 20 und dem Innenbehälter 11 erstreckt.
Die Windungen des Wärmeaustauschers 7 und des Verdampfers 16 werden dadurch erhalten, dass die Aussenrohre 8 bzw. 17 zusammen mit den darin angeordneten Innenrohren 9 bzw. 18 in der gewünschten Weise gebogen werden. Es ist selbstverständlich möglich, dabei in bekannter Weise Abstandshalter zu benutzen, um die Innenrohre wenigstens ungefähr koaxial mit den Aussenrohren zu halten. Dies ist jedoch nicht unbedingt notwendig, da der Luftstrom im Zwischenraum zwischen einem Aussen- und einem Innenrohr durch die
Zentrifugalkraft nach aussen getrieben wird, so dass bei der gezeigten Lage der Innenrohre, d. h. anliegend an die äussere Seite der Aussenrohre, der Wärmeaustausch gefördert wird.
Fig. 1 zeigt im weiteren einen Kühlmittelkreislauf, welcher in der Hauptsache von üblicher Form ist. Das verdampfte Kühlmittel tritt aus der Leitung 5 in diesen Kreislauf hinein und zwar über ein Ventil 24, welches in Abhängigkeit vom
Druck in der Leitung 5 gesteuert wird. Das Kühlmittel strömt dann durch eine Leitung 25 in eine Druckpumpe 26, wobei vor und hinter dieser Pumpe in üblicher Weise Ventile 27 vorge sehen sind, welche einen Anschluss für eine Überdrucksiche rung 28 haben, um die Pumpe 26 gegen Überlastung zu schüt zen. Das komprimierte Kühlmittel strömt durch eine Leitung
29 in einen Kondensator 30, welcher mittels eines Gebläses 31 gekühlt wird, wobei das in diesem Kondensator kondensierte
Kühlmittel in einen Druckbehälter 32 hineingepresst wird. Aus diesem Druckbehälter kann das Kühlmittel durch eine Leitung
33 in einen Trockner 34 strömen.
Die Leitung 33 ist im weite ren mit einem Regelventil 35 versehen und führt zu einem
Wärmeaustauscher 36, welcher am andern Ende mit der Lei tung 4 verbunden ist. Das Ventil 35 arbeitet in Übereinstim- mung mit der Temperatur in der Leitung 5, um die Kühlmit telzufuhr in Übereinstimmung mit dem Kühlbedarf zu regeln.
Dieser Kreislauf ist von üblicher Form. Bei den bekannten
Vorrichtungen ist die andere Seite des Wärmeaustauschers 36 in der Hauptleitung des Kühlmittels aus der Leitung 5 zur
Pumpe eingeführt, während eine Abzweigung 37 der Leitung 29 eine Überbrückung des Kondensators 30 und des Druckbe hälters 32 bildet, wobei die Strömung in dieser Überbrückung mit Hilfe eines Regelventils 38, das in Übereinstimmung mit dem Druck an der Saugseite der Pumpe 26 arbeitet, geregelt werden kann. Ein Nachteil dabei ist, dass dadurch die Tempe natur des Kühlmittels an der Druckseite der Pumpe öfters zu hoch wird, was nur mittels besonderer Steuermittel vermieden werden kann.
Gemäss der Erfindung wird nun die andere Seite des
Wärmeaustauschers 36 an die genannte Überbrückungsleitung angeschlossen, welche eine von der Leitung 29 abzweigende
Leitung 37 mit einem darin eingebauten Regelventil 38 um fasst. Diese Leitung steht jenseits des Wärmeaustauschers 36 wiederum mit der Leitung 25 in Verbindung. Das Ventil 38 wird in Übereinstimmung mit dem Druck in der Leitung 25 gesteuert.
Bei einem erheblichen Kühlbedarf, welcher sich aus der ansteigenden Kühlmitteltemperatur in der Leitung 5 ergibt, wird das Ventil 35 geöffnet; deshalb wird ein erheblicher Teil des Kühlmittels durch die Leitung 33, und ein entsprechend kleinerer Teil durch die Leitung 37 fliessen, so dass auch weniger Wärme auf das Kühlmittel übertragen wird. Wenn anderseits die Kühlmitteltemperatur in der Leitung 5 niedrig ist, ist auch der Druck in der Leitung 25 niedrig, wobei dann das Ventil 38 weiter geöffnet wird, was zu einem grösseren Strömungsanteil und durch den Wärmeaustauscher 36 hindurch Anlass gibt, wodurch die Kühlmitteltemperatur dementsprechend erhöht wird.
In dieser Weise ist eine stabilere Regelung, welche dem Bedarf und Verbrauch angepasst ist, möglich.