DE10121824A1 - Adsorptionstrockner - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Adsorptionstrockner für gasförmige Medien mit einem innerhalb eines Gehäuses (10) angeordneten, ein Flüssigkeitsmoleküle adsorbierendes und durch Erwärmung regenerierbares Adsorptionsmittel (16) enthaltenden Adsorberbett (14) zum Trocknen eines hindurchströmenden Betriebsmediums. Zur raschen Rückkühlung des beim Regenerieren erwärmten Adsorptionsmittels (26) wird ein das Adsorberbett (14) begrenzender, über innenseitig abstehende Wärmeleitrippen (20) in Wärmeübergangskontakt mit dem Adsorptionsmittel (26) stehender Wärmeleitbehälter (12) vorgeschlagen.

Description

Die Erfindung betrifft einen Adsorptionstrockner für gasförmige Medien mit einem innerhalb eines Gehäuses angeordneten, ein Flüssigkeitsmoleküle adsorbierendes und durch Erwärmung regenerierbares, insbesondere kör­ niges Adsorptionsmittel enthaltenden Adsorberbett zum Trocken eines hindurchströmenden Betriebsmediums.

Trockner dieser Art werden während eines Regenerations­ zyklus durch Hindurchleiten eines Heißgases von der im Adsorptionsmittel aufgenommenen Feuchte befreit und an­ schließend wieder gekühlt, bis die vorgesehene Betrieb­ stemperatur erreicht ist. Während der Abkühlphase ist es nicht möglich, das Adsorberbett mit Umgebungsluft zu kühlen, ohne daß erneut Feuchtigkeit eingetragen würde. Erschwerend kommt hinzu, daß die Wärmeleitung innerhalb des körnig aufgeschütteten Adsorptionsmittels ver­ gleichsweise schlecht ist. Zur Verkürzung der Abkühl­ zeit werden daher Rohrwärmetauscher vorgesehen, welche den Trocknerbehälter durchsetzen. Nachteilig dabei ist jedoch, daß diese Wärmetauscher den Herstellungsaufwand und das Bauvolumen erheblich erhöhen, während dennoch keine optimale Abkühlung erreicht wird. Dies wirkt sich noch weiter nachteilig aus, weil in der Regel zwei Trockner parallel geschaltet werden müssen, um einen kontinuierlichen Betrieb zu gewährleisten.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zu­ grunde, einen heiß regenerierbaren Trockner dahingehend zu verbessern, daß bei einfachem und kompaktem Aufbau die Zykluszeit der Regeneration verringert wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteil­ hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.

Die Erfindung geht von dem Gedanken aus, die Wärme aus dem Adsorbervolumen auf eine effektiv kühlbare Behäl­ terwand zu leiten. Dementsprechend wird erfindungsgemäß ein Adsorptionstrockner vorgeschlagen, welcher einen das Adsorberbett begrenzenden, über innenseitig abste­ hende Wärmeleitrippen in Wärmeübergangskontakt mit dem Adsorptionsmittel stehenden Wärmeleitbehälter zur Rück­ kühlung des beim Regenerieren erwärmten Adsorptionsmit­ tels aufweist. Durch die Rippen läßt sich der maximale Abstand des mit Adsorptionsmittel befüllbaren lichten Behälterquerschnitts in jedem Punkt zu einer Wärmeleitfläche deutlich reduzieren, so daß eine hohe Wärme­ austragsleistung erreicht wird.

Vorteilhafterweise besitzt der als Profilbehälter aus­ gebildete Wärmeleitbehälter eine in Durchströmrichtung des Betriebs- bzw. Regeneriermediums verlaufende Pro­ filstruktur. Dies läßt sich mit geringem Herstellungs­ aufwand dadurch erreichen, daß der Wärmeleitbehälter durch mindestens ein die Wärmeleitrippen als Extrusi­ onsprofilelemente aufweisendes Strangpreßteil gebildet ist. Bei größeren Behältervolumina lassen sich Ferti­ gungsprobleme dadurch vermeiden, daß der Wärmeleitbe­ hälter mehrere stoffschlüssig miteinander verbundene, vorzugsweise verschweißte Strangpreßteile aufweist. Das Strangpreßverfahren ermöglicht es einerseits, eine geo­ metrisch komplexe Querschnittsstruktur auf einfache Weise herzustellen. Zum anderen werden über die Länge des Durchströmbereichs an jeder Stelle im wesentlichen die gleichen Verhältnisse hinsichtlich des Wärme­ austrags erreicht.

Eine weitere bevorzugte Ausführung sieht vor, daß der Wärmeleitbehälter aus einer Aluminiumlegierung besteht. Diese besitzt eine hohe Wärmeleitfähigkeit und ist durch Strangpressen umformbar. Überraschend hat sich herausgestellt, daß eine AlMgSi-Legierung auch die erforderliche Strukturfestigkeit für größere Behälter bei häufigen Temperaturwechseln über lange Zeiträume ge­ währleistet.

Vorteilhafterweise ist der langgestreckte Wärmeleitbe­ hälter in dem Gehäuse stehend angeordnet. Um die Wärme­ abfuhr weiter zu optimieren, weisen die Wärmeleitrippen in den Innenraum des Wärmeleitbehälters sich erstrec­ kende Verzweigungen auf. Eine weitere Verbesserung wird dadurch erreicht, daß die in Durchströmrichtung verlau­ fenden Wärmeleitrippen etwa rechtwinklig an der Innen­ wandung des Wärmeleitbehälters abstehen.

Um eine rasche Abkühlung zu erreichen, ist es vorteil­ haft, wenn der Wärmeleitbehälter außenseitig mit einem Kühlfluid, vorzugsweise zwangsgeförderter Kühlluft be­ aufschlagbar ist. Hierbei ist es günstig, wenn zwischen dem Wärmeleitbehälter und dem umgebenden Gehäuse ein Ringraum zum Durchleiten eines Kühlfluids freigehalten ist, und wenn der Wärmeleitbehälter außenseitig abste­ hende Außenrippen aufweist. Auf diese Weise kann die Kühlung auch bei hohem Durchsatz effektiv erfolgen, wo­ bei die Kühlleistung im gesamten Behältervolumen abge­ nommen wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, daß das Gehäuse einen vorzugsweise durch die Außenrippen im Ab­ stand von dem Wärmeleitbehälter gehaltenen wärmeisolie­ renden Isoliermantel aufweist.

Zur Vereinfachung des Aufbaus ist es von Vorteil, wenn der Wärmeleitbehälter durch einen mit einem Auslaß für das Betriebsmedium und einem Einlaß für ein Regenerier­ medium, vorzugsweise Heißluft versehenen Stirnboden bo­ denseitig fest verschlossen ist, so daß das Einströmen von Fremdluft zumindest in die austrittsseitige Über­ tragungszone zuverlässig verhindert wird. Weiter ist es von Vorteil, wenn der Wärmeleitbehälter durch einen zweckmäßig abnehmbaren Stirndeckel verschließbar ist, wobei der Stirndeckel mit einem zugleich einen Einlaß für das Betriebsmedium und einen Auslaß für das Regene­ riermedium bildenden Durchbruch versehen sein kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 einen Profilbehälter eines Adsorptionstrockners zur Aufnahme des Adsorptionsmittels in der Sei­ tenansicht;

Fig. 2 den mit Innen- und Außenrippen versehenen Behäl­ ter nach Fig. 1 im Profil mit ausschnittsweise angedeutetem Adsorberbett;

Fig. 3 ein Diagramm des Abkühlverhaltens des erfin­ dungsgemäßen Trockners nach einem Regenerations­ zyklus;

Fig. 4 ein Diagramm des Abkühlverhaltens eines herkömm­ lich aufgebauten Trockners in einer Fig. 3 ent­ sprechenden Darstellung.

Der in der Zeichnung dargestellte Adsorptionstrockner dient im Adsorptionsbetrieb zum Trocknen eines hin­ durchgeleiteten Feuchtgases, während das mit Feuchtig­ keit gesättigte Adsorptionsmittel in intermittierenden Regenerationszyklen durch Hindurchleiten von Heißgas thermisch regeneriert werden kann. Der Trockner besteht im wesentlichen aus einem Gehäuse 10 und einem darin angeordneten Wärmeleitbehälter 12 zur Aufnahme des Ad­ sorberbetts 14.

Der seiner Grundform nach rechteckig-langgestreckte Wärmeleitbehälter 12 ermöglicht eine rasche Abkühlung des Adsorberbetts 14 am Ende eines Regenerationszyklus.

Er weist zu diesem Zweck eine in Durchströmrichtung (Längsachse 16) durchgehende, innen- und außenverrippte Profilstruktur auf. Diese ist durch ein Extrusionspro­ fil des als Strangpreßteil aus einer AlMgSi-Legierung bestehenden Wärmeleitbehälters 12 gebildet. Bei größe­ rem Trocknervolumen können auch mehrere an axialen Fü­ geflächen miteinander verschweißte Profilbehälterteile vorgesehen sein.

Wie in Fig. 2 gezeigt, sind an der Wandung 18 des Wär­ meleitbehälters 12 nach innen abstehende, axial verlau­ fende Wärmeleitrippen 20 vorgesehen. Die Mehrzahl der Wärmeleitrippen 20 sind mit baumartigen Verzweigungen 22 versehen, um die Abstände zu allen Bereichen des Be­ hälterinnenraums 24 gering zu halten. Auf diese Weise wird der Wärmeübergang von dem Molekularsiebmaterial 26 (beispielsweise körnigem Alkali-Aluminosilikat) auf den Wärmeleitbehälter 12 optimiert, um eine rasche Rückküh­ lung des regenerierten Adsorberbetts 14 zu erreichen.

Zum Abtransport der dem Adsorberbett 14 entzogenen Wär­ me ist der Wärmeleitbehälter 12 außenseitig über einen zwischen der Behälterwandung 18 und einem Isoliermantel 28 des Gehäuses 10 freigehaltenen Ringraum 30 mit einer über ein Gebläse erzeugten Kühlluftströmung beauf­ schlagbar. Um den Wärmeübergang weiter zu verbessern, sind außenseitig an dem Wärmeleitbehälter abstehende, in den Ringraum 30 ragende Außenrippen 32 vorgesehen, die zugleich als Abstandshalter für den Isoliermantel 28 dienen.

An seinen Stirnseiten ist der stehend angeordnete Wär­ meleitbehälter 12 durch einen Stirnboden 34 und einen Stirndeckel 36 verschlossen (Fig. 1). Der Boden 34 ist über eine Schweißnaht 38 fest und gasdicht verbunden, während sich der Deckel 36 nach Lösen der Klammer 40 abnehmen läßt, um das Behältervolumen mit Adsorbermate­ rial 26 zu befüllen und gegebenfalls verbrauchtes Ad­ sorbermaterial 26 austauschen zu können. Um die Feucht­ luft bzw. das Betriebsmedium hindurchzuleiten, ist der Deckel 36 mit einem Durchbruch 42 als Einlaß und der Boden 34 mit einem Auslaß 44 versehen. Die Regeneration durch trockene Heißluft erfolgt in Gegenrichtung über einen bodenseitigen Anschluß 46 und den Durchbruch 42 als Auslaß.

In Fig. 3 ist das Abkühlverhalten des erfindungsgemäßen Trockners am Ende eines Regenerationszyklus veranschau­ licht. Das Diagramm zeigt die Temperatur des Wärmeleit­ behälters (durchgezogene Linie) und die mittlere Tempe­ ratur des Adsorberbetts 14 (gestrichelt) über der Zeit bei einer gegebenen Außentemperatur und einem gegebenen Kühlluftstrom dargestellt. Aufgrund des guten Wärme­ übergangs folgt die Adsorbertemperatur des Behältertem­ peratur relativ eng, so daß eine kurze Abkühlzeit von ca. 1,7 Stunden auf eine Temperatur des Adsorbens von 40°C erreicht wird. Hingegen beträgt bei einem herkömm­ lichen Behälter derselben Größe die Abkühlzeit fast das Doppelte, weil hier zwar die Behälterwandung ver­ gleichsweise schnell abkühlt, das Bett jedoch nur träge folgt.

Claims (15)

1. Adsorptionstrockner für gasförmige Medien mit einem innerhalb eines Gehäuses (10) angeordneten, ein Flüssigkeitsmoleküle adsorbierendes und durch Er­ wärmung regenerierbares, insbesondere körniges Ad­ sorptionsmittel (26) enthaltenden Adsorberbett (14) zum Trocken eines hindurchströmenden Betriebsmedi­ ums, gekennzeichnet durch einen das Adsorberbett (14) begrenzenden, über innenseitig abstehende Wär­ meleitrippen (20) in Wärmeübergangskontakt mit dem Adsorptionsmittel (26) stehenden Wärmeleitbehälter (12) zur Rückkühlung des beim Regenerieren erwärm­ ten Adsorptionsmittels (26).

2. Adsorptionstrockner nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der als Profilbehälter ausgebil­ dete Wärmeleitbehälter (12) eine vorzugsweise in Durchströmrichtung verlaufende Profilstruktur auf­ weist.

3. Adsorptionstrockner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitbehälter (12) durch mindestens ein die Wärmeleitrippen (20) als Extrusionsprofilelemente aufweisendes Strangpreß­ teil gebildet ist.

4. Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitbehäl­ ter (12) mehrere stoffschlüssig miteinander verbun­ dene, vorzugsweise verschweißte Strangpreßteile aufweist.

5. Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitbehäl­ ter (12) aus einer Aluminiumlegierung, vorzugsweise aus einer AIMgSi-Legierung besteht.

6. Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der langgestreckte Wärmeleitbehälter (12) in dem Gehäuse (10) stehend angeordnet ist.

7. Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmeleitrippen (20) in den Innenraum (24) des Wärmeleitbehälters (12) sich erstreckende Verzweigungen (22) aufwei­ sen.

8. Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die in Durchström­ richtung verlaufenden Wärmeleitrippen (20) etwa rechtwinklig an der Wandung (18) des Wärmeleitbe­ hälters (12) abstehen.

9. Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitbehäl­ ter (12) außenseitig mit einem Kühlfluid, vorzugs­ weise zwangsgeförderter Kühlluft beaufschlagbar ist.

10. Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Wärme­ leitbehälter (12) und dem umgebenden Gehäuse (10) ein Ringraum (30) zum Durchleiten eines Kühlfluids freigehalten ist.

11. Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitbehäl­ ter (12) außenseitig abstehende Außenrippen (32) aufweist.

12. Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (10) einen vorzugsweise durch die Außenrippen (32) im Abstand von dem Wärmeleitbehälter (12) gehaltenen wärmeisolierenden Isoliermantel (28) aufweist.

13. Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitbehäl­ ter (12) durch einen mit einem Auslaß (44) für das Betriebsmedium und einem Einlaß (46) für ein Rege­ neriermedium, vorzugsweise Heißluft versehenen Stirnboden (34) bodenseitig verschlossen ist.

14. Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmeleitbehäl­ ter (12) durch einen zweckmäßig abnehmbaren Stirn­ deckel (36) verschließbar ist.

15. Adsorptionstrockner nach Anspruch 14, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Stirndeckel (36) mit einem zugleich einen Einlaß für das Betriebsmedium und einen Auslaß für das Regeneriermedium bildenden Durchbruch (42) versehen ist.