DE10121824B4

DE10121824B4 - Adsorptionstrockner

Info

Publication number: DE10121824B4
Application number: DE2001121824
Authority: DE
Inventors: Matthias Dr. Hoffmann; Michael Wörner; Willi Seiler
Original assignee: BWT Wassertechnik GmbH
Current assignee: BWT Wassertechnik GmbH
Priority date: 2001-05-04
Filing date: 2001-05-04
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2021-05-05
Also published as: DE10121824A1

Abstract

Adsorptionstrockner für gasförmige Medien mit einem innerhalb eines Gehäuses (10) angeordneten, ein Flüssigkeitsmoleküle adsorbierendes und durch Erwärmung regenerierbares, insbesondere körniges Adsorptionsmittel (26) enthaltenden Adsorberbett (14) zum Trocknen eines hindurchströmenden Betriebsmediums und einem das Adsorberbett (14) begrenzenden, über innenseitig abstehende Wärmeleitrippen (20) in Wärmeübergangskontakt mit dem Adsorptionsmittel (26) stehenden Wärmeleitbehälter (12) zur Rückkühlung des beim Regenerieren erwärmten Adsorptionsmittels (26), dadurch gekennzeichnet, dass der aus einer Aluminiumlegierung bestehende Wärmeleitbehälter (12) durch mindestens ein die Wärmeleitrippen (20) als Extrusionsprofilelemente aufweisendes Strangpressteil gebildet ist.

Description

Die Erfindung betrifft einen Adsorptionstrockner für gasförmige Medien nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Trockner dieser Art, wie sie aus der DE 43 29 324 C2 bekannt sind, werden während eines Regenerationszyklus durch Hindurchleiten eines Heißgases von der im Adsorptionsmittel aufgenommenen Feuchte befreit und anschließend wieder gekühlt, bis die vorgesehene Betriebstemperatur 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 vergleichsweise schlecht ist.
Zur Verkürzung der Abkühlzeit werden daher auch 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 zugrunde, 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. Vorteilhafte 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 Behälterwand zu leiten. Dies lässt sich mit geringem Herstellungsaufwand dadurch erreichen, dass der aus einer Aluminiumlegierung bestehende Wärmeleitbehälter durch mindestens ein die Wärmeleitrippen als Extrusionsprofilelemente aufweisendes Strangpressteil gebildet ist. 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 Wärmeaustragsleistung erreicht wird.
Vorteilhafterweise besitzt der als Profilbehälter ausgebildete Wärmeleitbehälter eine in Durchströmrichtung des Betriebs- bzw. Regeneriermediums verlaufende Profilstruktur.
Bei größeren Behältervolumina lassen sich Fertigungsprobleme dadurch vermeiden, dass der Wärmeleitbehälter mehrere stoffschlüssig miteinander verbundene, vorzugsweise verschweißte Strangpressteile aufweist. Das Strangpressverfahren ermöglicht es einerseits, eine geometrisch komplexe Querschnittsstruktur auf einfache Weise herzustellen. Zum anderen werden über die Länge des Durchströmbereichs an jeder Stelle im Wesentlichen die gleichen Verhältnisse hinsichtlich des Wärmeaustrags erreicht.
Eine weitere bevorzugte Ausführung sieht vor, dass der Wärmeleitbehälter aus einer AlMgSi-Legierung besteht. Diese besitzt eine hohe Wärmeleitfähigkeit und ist durch Strangpressen umformbar. Überraschend hat sich herausgestellt, dass eine AlMgSi-Legierung auch die er forderliche Strukturfestigkeit für größere Behälter bei häufigen Temperaturwechseln über lange Zeiträume gewährleistet.
Vorteilhafterweise ist der langgestreckte Wärmeleitbehälter in dem Gehäuse stehend angeordnet. Um die Wärmeabfuhr weiter zu optimieren, weisen die Wärmeleitrippen in den Innenraum des Wärmeleitbehälters sich erstreckende Verzweigungen auf. Eine weitere Verbesserung wird dadurch erreicht, daß die in Durchströmrichtung verlaufenden Wärmeleitrippen etwa rechtwinklig an der Innenwandung des Wärmeleitbehälters abstehen.
Um eine rasche Abkühlung zu erreichen, ist es vorteilhaft, wenn der Wärmeleitbehälter außenseitig mit einem Kühlfluid, vorzugsweise zwangsgeförderter Kühlluft beaufschlagbar 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 abstehende Außenrippen aufweist. Auf diese Weise kann die Kühlung auch bei hohem Durchsatz effektiv erfolgen, wobei die Kühlleistung im gesamten Behältervolumen abgenommen wird.
Eine weitere vorteilhafte Ausführung sieht vor, daß das Gehäuse einen vorzugsweise durch die Außenrippen im Abstand von dem Wärmeleitbehälter gehaltenen wärmeisolierenden 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 Regeneriermedium, vorzugsweise Heißluft versehenen Stirnboden bodenseitig fest verschlossen ist, so daß das Einströmen von Fremdluft zumindest in die austrittsseitige Übertragungszone 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 Regeneriermedium bildenden Durchbruch versehen sein kann.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigen
1 einen Profilbehälter eines Adsorptionstrockners zur Aufnahme des Adsorptionsmittels in der Seitenansicht;
2 den mit Innen- und Außenrippen versehenen Behälter nach 1 im Profil mit ausschnittsweise angedeutetem Adsorberbett;
3 ein Diagramm des Abkühlverhaltens des erfindungsgemäßen Trockners nach einem Regenerationszyklus;
4 ein Diagramm des Abkühlverhaltens eines herkömmlich aufgebauten Trockners in einer 3 entsprechenden Darstellung.
Der in der Zeichnung dargestellte Adsorptionstrockner dient im Adsorptionsbetrieb zum Trocknen eines hindurchgeleiteten Feuchtgases, während das mit Feuchtigkeit 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 Adsorberbetts 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 Extrusionsprofil des als Strangpreßteil aus einer AlMgSi-Legierung bestehenden Wärmeleitbehälters 12 gebildet. Bei größerem Trocknervolumen können auch mehrere an axialen Fügeflächen miteinander verschweißte Profilbehälterteile vorgesehen sein.
Wie in 2 gezeigt, sind an der Wandung 18 des Wärmeleitbehälters 12 nach innen abstehende, axial verlaufende Wärmeleitrippen 20 vorgesehen. Die Mehrzahl der Wärmeleitrippen 20 sind mit baumartigen Verzweigungen 22 versehen, um die Abstände zu allen Bereichen des Behälterinnenraums 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 Rückkühlung des regenerierten Adsorberbetts 14 zu erreichen.
Zum Abtransport der dem Adsorberbett 14 entzogenen Wärme 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 beaufschlagbar. 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 Wärmeleitbehälter 12 durch einen Stirnboden 34 und einen Stirndeckel 36 verschlossen (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 Adsorbermaterial 26 zu befüllen und gegebenfalls verbrauchtes Adsorbermaterial 26 austauschen zu können. Um die Feuchtluft 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 3 ist das Abkühlverhalten des erfindungsgemäßen Trockners am Ende eines Regenerationszyklus veranschaulicht. Das Diagramm zeigt die Temperatur des Wärmeleitbehälters (durchgezogene Linie) und die mittlere Temperatur des Adsorberbetts 14 (gestrichelt) über der Zeit bei einer gegebenen Außentemperatur und einem gegebenen Kühlluftstrom dargestellt. Aufgrund des guten Wärmeübergangs folgt die Adsorbertemperatur des Behältertemperatur 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 herkömmlichen Behälter derselben Größe die Abkühlzeit fast das Doppelte, weil hier zwar die Behälterwandung vergleichsweise schnell abkühlt, das Bett jedoch nur träge folgt .

Claims

Adsorptionstrockner für gasförmige Medien mit einem innerhalb eines Gehäuses (10) angeordneten, ein Flüssigkeitsmoleküle adsorbierendes und durch Erwärmung regenerierbares, insbesondere körniges Adsorptionsmittel (26) enthaltenden Adsorberbett (14) zum Trocknen eines hindurchströmenden Betriebsmediums und einem das Adsorberbett (14) begrenzenden, über innenseitig abstehende Wärmeleitrippen (20) in Wärmeübergangskontakt mit dem Adsorptionsmittel (26) stehenden Wärmeleitbehälter (12) zur Rückkühlung des beim Regenerieren erwärmten Adsorptionsmittels (26), dadurch gekennzeichnet, dass der aus einer Aluminiumlegierung bestehende Wärmeleitbehälter (12) durch mindestens ein die Wärmeleitrippen (20) als Extrusionsprofilelemente aufweisendes Strangpressteil gebildet ist.
Adsorptionstrockner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der als Profilbehälter ausgebildete Wärmeleitbehälter (12) eine vorzugsweise in Durchströmrichtung verlaufende Profilstruktur aufweist.
Adsorptionstrockner nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitbehälter (12) mehrere stoffschlüssig miteinander verbundene, vorzugsweise verschweißte Strangpressteile aufweist.
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitbehälter (12) aus einer AlMgSi-Legierung besteht.
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der langgestreckte Wärmeleitbehälter (12) in dem Gehäuse (10) stehend angeordnet ist.
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wärmeleitrippen (20) in den Innenraum (24) des Wärmeleitbehälters (12) sich erstreckende Verzweigungen (22) aufweisen.
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die in Durchströmrichtung verlaufenden Wärmeleitrippen (20) etwa rechtwinklig an der Wandung (18) des Wärmeleitbehälters (12) abstehen.
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitbehälter (12) außenseitig mit einem Kühlfluid, vorzugsweise zwangsgeförderter Kühlluft beaufschlagbar ist.
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Wärmeleitbehälter (12) und dem umgebenden Gehäuse (10) ein Ringraum (30) zum Durchleiten eines Kühlfluids freigehalten ist.
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitbehälter (12) außenseitig abstehende Außenrippen (32) aufweist.
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (10) einen vorzugsweise durch die Außenrippen (32) im Abstand von dem Wärmeleitbehälter (12) gehaltenen wärmeisolierenden Isoliermantel (28) aufweist.
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitbehälter (12) durch einen mit einem Auslass (44) für das Betriebsmedium und einem Einlass (46) für ein Regeneriermedium, vorzugsweise Heißluft versehenen Stirnboden (34) bodenseitig verschlossen ist.
Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Wärmeleitbehälter (12) durch einen zweckmäßig abnehmbaren Stirndeckel (36) verschließbar ist.
Adsorptionstrockner nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Stirndeckel (36) mit einem zugleich einen Einlass für das Betriebsmedium und einen Auslass für das Regeneriermedium bildenden Durchbruch (42) versehen ist.