DE10196063B4

DE10196063B4 - Integrierte Kompressortrocknervorrichtung

Info

Publication number: DE10196063B4
Application number: DE10196063T
Authority: DE
Inventors: Anthony John Richmond Kitchener
Original assignee: Individual
Current assignee: Hitachi Global Air Power US LLC
Priority date: 2000-04-11
Filing date: 2001-04-10
Publication date: 2010-12-23
Anticipated expiration: 2021-04-11
Also published as: JP2003530519A; WO2001077528A1; US20030037679A1; DE10196063T1; US6843836B2; JP4666871B2

Abstract

Rotationskompressorsystem mit einer darin verwendeten Flüssigkeit, wobei das Rotationskompressorsystem eine angetriebene Rotationskompressoreinheit, die dazu ausgelegt ist, zu komprimierendes Gas aufzunehmen, ein Trenngefäß (13), das dazu ausgebildet ist, komprimiertes Gas und enthaltene Flüssigkeit von der Kompressoreinheit (10) aufzunehmen und die Flüssigkeit darin zu sammeln, und Mittel zum Rückführen der Flüssigkeit zu einer Zone niedrigeren Drucks der Kompressoreinheit (10) und aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationskompressorsystem weiter Mittel zum Führen der Flüssigkeit zu einem Feuchtigkeitsabsorber aufweist, wobei ein eine Trennungszone des Trenngefäßes (13) verlassender komprimierter Gasstrom zu dem Feuchtigkeitsabsorber geführt ist, um durch einen Strom der Flüssigkeit kontaktiert zu werden, wodurch Feuchtigkeit in dem komprimierten Gasstrom in die Flüssigkeit übertragen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Verbesserungen bei Rotationskompressorsystemen, die besonders eingerichtet sind, sauberes, trockenes komprimiertes Gas an seinem Ausgabepunkt bereitzustellen.
Es gibt einen steigenden Bedarf, feuchtigkeitsfreies komprimiertes Gas oder Druckluft bereitzustellen. Solches feuchtigkeitsfreies komprimiertes Gas oder Druckluft wird normalerweise erzeugt durch verschiedene Formen von Gas- oder Lufttrocknungsausrüstung einschließlich Gefriertrockner, jedoch sind solche Trockner teuer und kompliziert.
Die US-Patentschrift 2955673 A offenbart eine Vorrichtung zum Entfeuchten von Gas, die einen Kompressor zum Zuführen von komprimierten Gas zu einem Zentrifugal-Abscheider über einen Kühler aufweist, wobei das den Abscheider verlasssende komprimierte Gas über einen Behälter mit einem Entfeuchtungsmittel, (wie Silika-Gel, aktiviertes Aluminium oder ähnliches Material) geführt ist, um Feuchtigkeit aus dem komprimierten Gas zu absorbieren und zu einem Speichertank zu führen. Um das Entfeuchtungsmittel von Zeit zu Zeit zu regenerieren, wird komprimiertes Gas in Gegenrichtung von dem Speichertank durch den Entfeuchtungsbehälter in die Atmosphäre geführt.
Die US-Patentschrift 4055403 A offenbart einen Lufttrockner, der feuchtes komprimiertes Gas von einer Quelle zum Trocknen erhält. Die beschriebene Vorrichtung umfasst einen Absorptionsturm enthaltend eine Absorptionsflüssigkeit, der das feuchte komprimierte Gas zugeführt wird zum Entfernen der Feuchtigkeit daraus, wobei das komprimierte Gas über einen Filter vom Koaleszenz-Typ abgeführt wird, um etwaige enthaltene Absorptionsflüssigkeit abzuführen, die dann wieder zum Absorptionsturm rückgeführt wird. Der beschriebene Lufttrockner umfasst weiter einen Desorptionsturm, welchem die Absorptionsflüssigkeit nach ihrem Durchlauf durch den Absorptionsturm zugeführt wird, um sie in Kontakt mit trockener Luft zu bringen und dann als mit geringer Feuchtigkeit beladene („trockene”) Absorptionsflüssigkeit wieder in den Absorptionsturm rückzuführen.
Die Aufgabe ist es daher, auf eine einfache und weniger aufwendige Weise ein Rotationskompressorsystem zu schaffen, das in der Lage ist, sauberes, trockenes komprimiertes Gas bereitzustellen.
Dementsprechend schafft die vorliegende Erfindung ein Rotationskompressorsystem, das eine Flüssigkeit darin verwendet, wobei das Rotationskompressorsystem eine angetriebene Rotationskompressoreinheit, die dazu ausgebildet ist, zu komprimierendes Gas aufzunehmen, ein Trenngefäß, das dazu ausgebildet ist, komprimiertes Gas und enthaltene Flüssigkeit von der Kompressoreinheit aufzunehmen und die Flüssigkeit darin zu sammeln, und Mittel zum Rückführen der Flüssigkeit zu einer Zone niedrigeren Drucks der Kompressoreinheit aufweist, wobei erfindungsgemäß das Rotationskompressorsystem weiter Mittel zum Führen der Flüssigkeit zu einem Feuchtigkeitsabsorber aufweist, und wobei ein eine Tren nungszone des Trenngefäßes verlassender komprimierter Gasstrom zu dem Feuchtigkeitsabsorber geführt ist, um durch einen Strom der Flüssigkeit kontaktiert zu werden, wodurch Feuchtigkeit in dem komprimierten Gasstrom in die Flüssigkeit übertragen wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein Rotationskompressorsystem, das eine Flüssigkeit darin verwendet, wobei das Rotationskompressorsystem eine angetriebene Rotationskompressoreinheit, die dazu ausgebildet ist, zu komprimierendes Gas aufzunehmen, ein Trenngefäß, das dazu ausgebildet ist, komprimiertes Gas und enthaltene Flüssigkeit von der Kompressoreinheit aufzunehmen und die Flüssigkeit darin zu sammeln, und Mittel zum Rückführen der Flüssigkeit zu einer Zone niedrigeren Drucks der Kompressoreinheit aufweist, wobei erfindungsgemäß das Rotationskompressorsystem weiter Mittel zum Führen der Flüssigkeit zu einem Feuchtigkeitsabsorber aufweist, und wobei ein eine Trennungszone des Trenngefäßes verlassender komprimierter Gasstrom durch erste Kühlermittel geführt ist, um zumindest einen Teil der in dem komprimierten Gas enthaltenen Feuchtigkeit zu kondensieren, zu sammeln und aus dem komprimierten Gasstrom auszuscheiden, bevor der komprimierte Gasstrom zu dem Feuchtigkeitsabsorber geführt wird, um durch einen Strom der Flüssigkeit kontaktiert zu werden, wodurch der komprimierte Gasstrom weiter getrocknet wird und die Feuchtigkeit in dem komprimierten Gasstrom übertragen wird in die Flüssigkeit.
Die in den vorstehenden Absätzen bezeichnete Flüssigkeit ist häufig ein Schmiermittel, jedoch braucht dies nicht unbedingt so zu sein.
Weitere bevorzugte Merkmale und Aspekte dieser Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Patentansprüchen und aus der folgenden, in bezug auf die beigefügten Zeichnungen gegebenen Beschreibung, bei denen:
1, 2, 4, 7, 8, 9 und 10 schematische Darstellungen bevorzugter Ausführungsformen des Kompressorsystems einschließlich einer Gastrocknungsausrüstung gemäß der vorliegenden Erfindung sind;
3, 5, 6, 10a, 10b und 11 schematische Darstellungen möglicher Alternativen oder Änderungen für das in den anderen Zeichnungen gezeigte Kompressorsystem darstellen.
Wie in 1 dargestellt ist, kann ein Kompressorsystem gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform eine durch einen Motor 11 angetriebene Kompressoreinheit 10 aufweisen, die zu komprimierendes Gas (typischerweise Luft) bei 12 über ein Einlaßventil 7 aufnimmt. Die Kompressoreinheit 10 kann ein Schraubenverdichter jeder bekannten Art oder auch jede andere Form von Rotationskompressoren sein. Das System weist ferner ein Trenngefäß 13 auf, das komprimiertes Gas und darin enthaltene Flüssigkeit über eine Leitung 14 aufnimmt und in dem eine vorläufige Trennung von Gas und Flüssigkeit auftritt. Die Flüssigkeit wird in einem tieferen Bereich 98 des Gefäßes 13 gesammelt und über eine Leitung 15, einen Flüssigkeits- oder Schmiermittelfilter 6 und einen Flüssigkeitskühler 16 zu einem Bereich niedrigeren Drucks des Kompressorsystems oder der Kompressoreinheit 10 zurückgeführt. Komprimiertes Gas verläßt das Gefäß 13 über Vor-Filtermittel 17 und ein Mindestdruckventil 18. Das auf diese Weise beschriebene Kompressorsystem ist im wesentlichen herkömmlicher Art und kann in dem Kontext dieser Er findung durch jedes andere bekannte ähnliche Rotationskompressorsystem ersetzt werden.
Der das Trenngefäß 13 verlassende komprimierte Gasstrom wird auf herkömmliche Weise in einer Gaskühleinrichtung 19 gekühlt, so daß zumindest ein Teil der Feuchtigkeit gekühlt, kondensiert, gesammelt und bei 20 aus dem System abgeführt wird. Der kühle feuchte komprimierte Gasstrom wird dann über eine Leitung 21 zu einer Absorptionssäule 22 geführt, in der ein Schauer kühler mit geringer Feuchtigkeit beladener Flüssigkeit herabfällt. Wenn der komprimierte Gasstrom aufwärts durch diesen Schauer strömt, wird Feuchtigkeit in den Flüssigkeitsstrom absorbiert, der auf zweckmäßige Weise erzeugt wird durch Umleiten eines Teils des Flüssigkeitsstroms in Leitung 15 durch eine Leitung 23 und danach durch einen weiteren Flüssigkeitskühler 24 geführt ist, bevor er zu der Absorptionssäule 22 geleitet wird. Bei einer alternativen Ausführungsform kann der umgeleitete Strom nach dem Kühler 16 mit oder ohne Kühlung sein. Bei dieser Ausführungsformen ist die Flüssigkeit vorzugsweise von dem Typ, der hydrophiler Natur ist, d. h. sie wird Feuchtigkeit zu einem gewissen Grad absorbieren. Glykol basierte Flüssigkeiten einschließlich Schmiermittel sind sinnvoll für diesen Zweck und können flüssige Schmiermittel umfassen.
Die Flüssigkeit fällt zu dem Boden der Absorptionssäule 22, wo sie gesammelt und auf einfache Weise über eine Leitung 25 zurück zur Leitung 15 oder einen anderen Bereich niedrigen Drucks des Kompressorkreises einschließlich der Kompressoreinheit 10 geführt wird. Der Flüssigkeitsstrom mischt sich dann mit dem Hauptflüssigkeitsstrom, wo er erwärmt wird und die absorbierte Feuchtigkeit zu Dampf ver dampft. Dieser Dampf wird nachfolgend nach der Gaskühleinrichtung 19 in dem Gas kondensiert und zumindest teilweise bei 20 abgeführt.
Der die Absorptionssäule 22 verlassene kühle, trockene komprimierte Gasstrom läuft durch Schlußfiltermittel 26, so daß keine Tröpfchen von Kühlmittel an dem Ausfluß für sauberes trockenes komprimiertes Gas bei 27 herauskommen kann. Die Filtermittel 17 und 26 können typischerweise von dem Koaleszenz-Typ sein. Vorzugsweise sind Flüssigkeitsabführleitungen 95, 96 betriebsmäßig mit jedem der Filtermittel 17 und 26 verbunden, um jedwede gesammelte Flüssigkeit zurück zu einem Bereich niedrigeren Drucks des Kompressorsystems, wie die Kompressoreinheit 10 selbst, zu führen. Weitere mögliche Änderungen an dem System umfassen ein Integrieren der Absorptionssäule 22 in das Trenngefäß 13, wodurch ein zweites Gefäß nicht benötigt wird. Alternativ kann die Absorptionssäule 22 in den Luftaufnahmebehälter (nicht dargestellt) integriert sein.
Der vorstehend unter Bezugnahme auf 1 beschriebene integrierte Kompressortrockner erreicht einen Taupunkt von etwa 20 bis 25°C niedriger als die Umgebung. Folglich kann bei einer Umgebungstemperatur von 20°C ein Taupunkt von etwa 0 bis –5°C erwartet werden. Für manche Anwendungen ist ein Taupunkt von –20 bis –40°C wünschenswert. Dies kann bei einem zweistufigen Prozeß erreicht werden, worin in die Absorptionssäule 22 eintretende mit geringer Feuchtigkeit beladene Flüssigkeit zuerst durch einen Vortrennungs-Prozeß geführt wird, um ihre relative Feuchtigkeit zu senken. Eine mögliche Anordnung, um dies zu erreichen, ist in 2 dargestellt. Bei dieser Anordnung ist die Kompressoreinheit 10 vom flüssigkeitsinjizierten positiven Verdrängungstyp (z. B. Schraube, Flügel oder Spirale) und angetrieben durch Motor 11, der elektrisch, hydraulisch oder durch innere Verbrennung angetrieben sein kann. Luft oder anderes Gas tritt durch ein Einlaßventil 7 ein und ein Gemisch von Gas und Flüssigkeit strömt, nachdem es komprimiert wurde, zu einem Trenngefäß 13. Flüssigkeit wird in dem Gefäß 13 abgetrennt und über einen Flüssigkeitsfilter 6 und einen Flüssigkeitskühler 16 zu der Kompressoreinheit 10 zurückgeführt. Ein Teil der Flüssigkeit wird jedoch weiter in dem Kühler 28 gekühlt, bevor es durch eine Drossel 29 strömt, wodurch der Druck auf Atmosphäre sinkt. Während die Flüssigkeit und das komprimierte Gas in dem Trenngefäß 13 getrennt werden, verdampft die Kompressionswärme die meiste der in der Flüssigkeit enthaltenen Feuchtigkeit. Diese Flüssigkeit in Dampfform strömt in eine Gaskühleinrichtung 19, wo das komprimierte Gas gekühlt wird und die meiste Feuchtigkeit kondensiert. Ein Flüssigkeitsseparator 20 sammelt Feuchtigkeitstropfen aus dem Gas und führt sie ab. Das komprimierte Gas wird dann in die Absorptionssäule 22 geführt, in der es mit fallender mit geringer Feuchtigkeit beladener Flüssigkeit kontaktiert wird. Beim Aufwärtsströmen wird das Gas getrocknet und Flüssigkeit an die fallende Flüssigkeit übertragen. Trockenes komprimiertes Gas verläßt die Absorptionssäule 22 durch ein Mindestdruckventil (MPV) 18 und wird zu einer gewünschten Endverwendung ausgegeben oder zu einem Aufnahmegefäß (nicht dargestellt) geführt.
Eine kleine Menge trockener Luft wird aus der Auslaßöffnung 27 entfernt und über eine Leitung 30 durch eine zweite Drossel 31 zu einem Rektifizierer 32 geleitet. Das trockene komprimierte Gas expandiert nach der Drossel 31 auf Atmosphärendruck, wodurch das Gas weiter trocknet. Dieses ultra trockene Gas strömt dann aufwärts durch einen fallenden Flüssigkeitsschauer in dem Rektifizierer 32 und entfernt Feuchtigkeit aus der durch den Rektifizierer 32 laufenden Flüssigkeit. Das Gas wird dann durch eine Leitung 33 zurück zu dem Einlaß der Kompressoreinheit 10 geführt. Von Feuchtigkeit befreite Flüssigkeit tropft auf den Boden des Rektifizierers 32, von wo es mittels einer Pumpe 34 über eine Leitung 35 zur Oberseite der Absorptionssäule 22 gepumpt wird. Diese von Feuchtigkeit befreite Flüssigkeit fällt durch die Absorptionssäule 22 und entfernt Feuchtigkeit aus dem komprimierten Gas, bevor sie über eine Leitung 36 zurück zu dem Kompressor 10 zurückströmt.
Bei einer Modifikation der in 2 dargestellten Ausführungsform kann die Pumpe 34 vom Luft getriebenen Typ sein, worin komprimiertes Gas verwendet wird, um die Pumpe anzutreiben, wie es z. B. in 3 dargestellt ist. Vorzugsweise kann dieses komprimierte Gas aus der Leitung 30 vor der Auslaßöffnung 27 entnommen werden. Auf diese Weise wird die Antriebskraft für die Pumpe 34 erhalten aus einer Energiequelle, die andernfalls möglicherweise nicht genutzt würde und es wird keine Energie von einer externen Quelle benötigt. Solch eine Anordnung kann ein Einlaßventil 37 in der Leitung 30 aufweisen, das mittels eines Positionssensors 38 gesteuert ist, der die Position des größeren Kolbens 39 mißt. Das Einlassventil 37 gibt, wenn es aktiviert ist, Hochdruckgas zu dem größeren Kolben 39 frei, wodurch der kleinere Kolben 40 nach links gezwungen wird. Flüssigkeit tritt in die Pumpe 34 über ein Rückschlagventil 41 ein verläßt sie über ein Rückschlagventil 42. Wenn der Kolben 40 seine äußere linke Position erreicht hat, hält der Positionssensor 38 über das Einlassventil 37 die Gasversorgung von der Leitung 30 an und öffnet das Auslaßventil 43. Die Feder 44 drückt dann die Kolben 39, 40 zurück zu einer rechten oder Startposition. Es gibt viele Varianten von diesem Typ von luftbetriebenen Pumpen und jede andere Version kann gleichwertig verwendet werden, ohne den Erfindungsgegenstand zu verlassen. Für größere Maschinen kann es vorzuziehen sein, eine Rotationspumpe zu verwenden. Bei solch einer Ausführungsform ist ein Flügelmotor in der Leitung 30 angeordnet, um über eine Verbindungswelle eine Zentrifugalpumpe anzutreiben, die in der Leitung 35 angeordnet ist. Der Flügelmotor kann durch einen Turbinen-, Schrauben- oder Rotationskolbenmotortyp ersetzt werden, ohne von dem Gegenstand der Erfindung abzuweichen.
Bei intermittierendem Betrieb des Kompressorsystems kann es sein, daß die Flüssigkeitstemperatur in dem Trenngefäß 13 nicht eine optimale Temperatur erreicht, bevor die Kompressoreinheit 10 abgeschaltet wird. Um dieses Problem zu vermeiden, kann ein elektrisches Heizelement 90 oder die Spule in dem Flüssigkeitsbad 98 an dem Boden des Trenngefäßes 13 angeordnet sein. Energieversorgung für das Heizelement 90 kann vorzugsweise durch einen thermostatisch betriebenen Schalter 91 gesteuert werden, der die Flüssigkeitstemperatur mißt.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie sie in 4 dargestellt ist, ist es möglich, noch niedrigere Taupunkte durch Betrieb des Rektifizier-Prozesses bei hoher Temperatur zu erhalten. Dieses heiße Rektifizieren verringert die Feuchtigkeitsbeladung der durch die Absorptionssäule 22 laufenden Flüssigkeit noch weiter und erlaubt es, weniger Zapfluft aus der Auslaßöffnung 27 über die Leitung 30 zu verwenden, da die Rektifizier-Luft heißer ist und als solche eine größere Kapazität zum Absorbieren von Feuchtigkeit hat. Bezugnehmend auf 4, wurde der Flüssigkeitskühler 28 (vgl. 2) in die Leitung 35, die zu der Absorptionssäule 22 führt, d. h. nachdem die Flüssigkeit durch den Rektifizierer 32 geströmt ist, versetzt und wird nun als Kühler 92 bezeichnet. Dadurch tritt heiße Flüssigkeit an der Oberseite des Rektifizierers 32 ein. Trockenes Gas von der Leitung 30, expandiert und trocknet, weiter wird es zuerst durch einen Wärmetauscher 45 zum Erwärmen des Gases geführt. Diese Kombination von heißer Flüssigkeit und heißem Gas erlaubt es der Flüssigkeit, stärker von Feuchtigkeit befreit zu werden als mit dem in 2 dargestellen kalten Rektifizier-Prozeß und erlaubt die Verwendung von weniger trockenem Gas, das von der Auslaßleitung 27 über die Leitung 30 abgezapft wird. Während der Wärmetauscher 45 bei dieser Ausführungsform dargestellt ist, so versteht es sich, daß das trockene Gas in der Leitung 30 auf andere Weise erwärmt werden kann, wie durch Strömen durch eine Schleife der die Leitung 30 bildenden Röhre durch das heiße Flüssigkeitsbad 98 in dem Trenngefäß 13, oder einfach durch Führen von Schleifen der die Leitung 30 bilden Röhre um die äußere Umhüllung des Trenngefäßes 13. 4 zeigt zwei mögliche Ausführungsformen. Die erste erlaubt es der aus dem Rektifizierer 32 austretenden Flüssigkeit über eine Leitung 93, eine Pumpe 34 und einen Kühler 92 direkt zu der Absorbtionssäule 22 zu strömen. Die zweite leitet den austretenden Flüssigkeitsstrom durch einen Wärmetauscher 94 um, der in wärmetauschender Beziehung mit der in den Rektifizierer 32 fließenden Flüssigkeit steht.
Die oben ausgeführte Beschreibung der Ausführungsformen beschreibt im allgemeinen eine Gegenstromkontaktanordnung für den Flüssigkeitstrom und den Strom komprimierten Gases in der Absorptionssäule 22. Die Art des Rektifizierers 32 ist im allgemeinen ähnlich zu der der Absorptionssäule 22. Jedoch sind Gegenstromanordnungen nicht wesentlich für die Leistungsfähigkeit dieser Erfindung. Jede generell bekannte Anordnung zum Kontaktieren eines Flüssigkeitsstroms mit einem Strom von komprimiertem Gas kann verwendet werden, obgleich es offensichtlich ist für Fachleute, daß manche Anordnungen besser funktionieren als andere. Eine potentielle Alternativkonfiguration ist ein einfacher Kreuzflußabsorber, wie in 5 schematisch dargestellt ist. 6 zeigt einen mehrstufigen Kreuzflußabsorber, der ebenso verwendet werden kann. In 5 ist ein Bad von Flüssigkeit 55 in einem Gefäß 50 gehalten, während die Flüssigkeit über eine Leitung 51 zugeführt und über eine Leitung 52 abgeführt wird. Komprimierte Luft wird über eine Leitung 53 zugeführt, um als Blasen durch die Flüssigkeit geführt zu werden, bevor sie über eine Leitung 54 austritt. In 6 kann eine Mehrzahl von Gefäßen 50 vorgesehen sein in der Weise, daß komprimiertes Gas sukzessiv hintereinander durch die Flüssigkeit in jedem Gefäß 50 über dazwischen liegende Verbindungsleitungen 56 als Blasen geführt wird, während die Flüssigkeit über eine Kopfleitung 57 allen Gefäßen zugeführt und über eine gemeinsame Leitung 58 zur Leitung 52 abgeführt wird.
Für kleinere Maschinen, bei denen ein verhältnismäßig hoher Feuchtigkeitsgehalt akzeptabel ist, sind Parallelfluß-Absorberkonstruktionen annehmbar. Eine solche mögliche Anordnung ist in 7 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform tritt Luft aus dem Flüssigkeitsseparator 20 über eine Leitung 21 in einen Arm eines T-Stücks 60 ein, während mit geringer Feuchtigkeit beladene Flüssigkeit über eine Leitung 23 in den anderen Arm eintritt. Das Flüssigkeits-Luftgemisch läuft entlang der Wand eines Schlauchs/Rohrs 61, die eine Absorbtionssäule 22 bildet. Der Schlauch oder das Rohr 61 können gerade, serpentinenartig oder gewunden sein und haben eine Länge, die ausreichend ist, um ein gutes Mischen der Flüssigkeit und des komprimierten Gases zu erreichen und um sicherzustellen, daß die Feuchtigkeit des Gases von der Flüssigkeit absorbiert wird. An dem Ende des Schlauchs/Rohrs 61 ist ein Flüssigkeitsseparator 62 angeordnet, der im wesentlichen ähnlich zu dem Flüssigkeitsseparator 20 ist, der Flüssigkeitstropfen (zusammen mit anderer enthaltener Feuchtigkeit) aus dem komprimierten Gas entfernt. Diese Flüssigkeit wird zu dem Kompressor 10 oder jedem beliebigen Bereich niedrigeren Drucks des Kompressorkreises über eine Leitung 63 zurückgeführt. Wenn gewünscht, kann ein Filtermittel, wie z. B. ein Filter vom Koaleszenz-Typ, in den Flüssigkeitsseparator 62 oder in seine Ausgabeleitung 27 eingefügt sein. Trockenes komprimiertes Gas ohne Flüssigkeit kann dann über ein Mindestdruckventil 18 und die Leitung 27 abgegeben werden (7, 8).
Die Schwierigkeit mit allen Kreuzfluß- und Parallelfluß-Absorbersystemen liegt darin, daß das trockenste Öl nicht notwendigerweise das trockenste komprimierte Gas kontaktiert. In einem Gegenfluß-Absorbersystem tritt komprimiertes Gas mit einem Grad an Feuchtigkeitsgehalt bodennah ein und, während das Gas aufsteigt, kontaktiert das Gas nacheinander mit immer weniger Feuchtigkeit beladene Flüssigkeit, wodurch an dem Ausgabepunkt das Gas die am wenigsten mit Feuchtigkeit beladene Flüssigkeit kontaktiert. In einem Parallelfluß-Absorber kontaktiert die am wenigsten mit Feuchtigkeit beladene Flüssigkeit das Gas mit dem größten Feuchtigkeitsgehalt an dem Anfang des Trocknungsprozesses und an dem Ende des Prozesses kontaktiert das Gas Flüssigkeit mit dem größten Feuchtigkeitsgehalt. Dieser Effekt kann vermindert werden durch Erhöhen der Flüssigkeitsflußrate bezogen auf die Gasflußrate. Durch Zwängen von mehr Flüssigkeit durch den Absorber kann der Anstieg des Feuchtigkeitsgehaltes der Flüssigkeit auf prozentualer Basis verringert werden, jedoch gibt es unglücklicherweise eine obere Grenze dafür, wieviel Flüssigkeit in den Absorber eingespritzt werden kann. Da die Flüssigkeit gekühlt werden muß, wird beim Einspritzen von zuviel Flüssigkeit eine gute Absorption und niedrige relative Feuchte (R. H.-Verwendung) erreicht, jedoch fällt die Auslaßtemperatur der Kompression (da mehr Wärme durch den Kühler verloren geht). Eine niedrigere Auslaßtemperatur bedeutet, daß weniger Feuchtigkeit in dem Separator entfernt wird, und so wird unter dieser Bedingung der Feuchtigkeitsgehalt der in den Absorber eintretenden Flüssigkeit zu hoch. Dieses Problem kann überwunden werden oder zumindest minimiert werden durch Hinzufügen eines kleinen zusätzlichen Wärmetauschers oder Rekuperators 64, wie in 8 dargestellt ist.
Wie in 8 dargestellt ist, wird das Trenngefäß 13 verlassende Flüssigkeit geführt in einen Gegenstrom-Rekuperator (Wärmetauscher) 64 von dem Rohr-in-Rohr- oder Platten-Typ, wie er Fachleuten auf dem Gebiet der Wärmetauscher bekannt ist. Die heiße mit geringer Feuchtigkeit beladene Flüssigkeit wird durch Flüssigkeit mit größerem Feuchtigkeitsgehalt gekühlt, die aus dem Flüssigkeitsseparator 62 über eine Leitung 63 zurückkehrt. Im Gegenzug wird die feuchte Flüssigkeit erwärmt durch das Kühlen der mit geringer Feuchtigkeit beladenen Flüssigkeit. Auf diese Weise wird Wärme bewahrt und der Kompressor läuft nicht zu kalt. Dementsprechend kann die Massen-Flußrate der Flüssigkeit erhöht werden, so daß die Auslaßfeuchtigkeit der Flüssigkeit niedrig gehalten werden kann.
Bei allen bis hierhin beschriebenen Ausführungsformen wird die Flüssigkeit zu einer Verdichterschraube an einer günstigen Stelle im Gehäuse der Kompressoreinheit 10 zurückgeführt. Auf diese Weise wird kein Gas verschwendet und der spezifische Energieverbrauch ist gut. Es ist ebenso möglich, die Flüssigkeit zu dem Einlaß der Kompressoreinheit 10 zurückzuführen, und eine Flüssigkeitsdichtung in der Absorbtionssäule 22 durch ein Schwimmerventil zu halten. Eine Pumpe 34 kann ebenso verwendet werden, um Flüssigkeit direkt von der Absorbtionssäule 22 zu dem Trenngefäß 13 zu pumpen. Diese Pumpe kann von herkömmlicher Bauweise sein oder eine Strahlpumpe.
Eine weitere mögliche Ausführungsform des Kompressorsystems gemäß dieser Erfindung ist in 9 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform tritt Gas mit größerem Feuchtigkeitsgehalt in den Boden der Absorbtionssäule 22 bei 21 ein. Das Gas strömt dann aufwärts und kontaktiert fallende mit geringer Feuchtigkeit beladene Flüssigkeit, die über Leitung 35 eingespritzt wird. Feuchtigkeit wird durch die Flüssigkeit aus dem Gas absorbiert, wodurch das Gas getrocknet wird. Flüssigkeit mit größerem Feuchtigkeitsgehalt wird über eine Leitung 65 unter Wirkung des komprimierten Gases zu dem Rektifizierer 32 geführt, wo sie an der Oberseite eintritt. Der Rektifizierer 32 arbeitet vorzugsweise auf einem niedrigeren Druck als die Absorbtionssäule 22 und Flüssigkeit mit größerem Feuchtigkeitsgehalt fließt innerhalb des Rektifizierers 32 nach unten. Trockenes komprimiertes Gas verläßt die Absorbtionssäule 22 über ein Mindestdruckventil 18 und eine Auslaßöffnung 27, nachdem es vorzugsweise durch einen Filter 66 gelaufen ist, um irgendwelche Flüssigkeitstropfen daraus zu entfernen. Ein Teil des trockenen komprimierten Gases wird von der Auslaßöffnung 27 über eine Leitung 30 in den Rektifizierer 32 abgezapft. Dieses trockene Gas steigt durch den Rektifizierer 32, wodurch die Flüssigkeit durch Entfernen von Feuchtigkeit getrocknet wird, bevor sie über den Filter 67 austritt und bei 68 in die Atmosphäre entlassen wird. Mit geringer Feuchtigkeit beladene Flüssigkeit wird an dem Boden des Rektifizierers 32 gesammelt und über eine Pumpe 34 zu der Oberseite der Absorbtionssäule 22 über eine Leitung 35 gepumpt. Diese Pumpe 34 kann jedes herkömmliche Pumpenmittel sein, wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen diskutiert einschließlich der in 2 dargestellten, oder eine gasbetriebene Pumpe 34 des in bezug auf 3 beschriebenen Typs. In dieser letzteren Ausführungsform kann die gasbetriebene Pumpe die zweite Drossel 31 wie dargestellt ersetzen. Ein Trockner 69 der in 9 dargestellten Konfiguration benötigt in Verbindung mit einer typischen Rotationskompressorkonfiguration 70 von beliebiger bekannter Anordnung einschließlich der dargestellten etwa 15% des durch ihn strömenden Gases, um die Flüssigkeit als Absorptionsmaterial zu regenerieren. Aufgrund der Energiekosten beim Komprimieren von Gas, kann dieser Verlust als etwas verschwenderisch angesehen werden.
Energienutzungs-Effizienz kann verbessert werden durch Verwenden einer Konfiguration wie in 10 dargestellt. Bezugnehmend auf 10 verläßt Flüssigkeit mit größerem Feuchtigkeitsgehalt die Absorbtionssäule 22 über eine Leitung 65 und läuft durch einen Gegenstrom-Wärmetauscher 71 und durch einen Erwärmer 73, bevor sie an der Oberseite des Rektifizierers 32 über eine Leitung 72 eingespritzt wird. Auf diese Weise wird Feuchtigkeit abgeführt in trockenes Gas, das durch den Rektifizierer 32 aufsteigt. Mit geringer Feuchtigkeit beladene Flüssigkeit, die als Absorber wirkt, verläßt den Rektifizierer 32 über eine Leitung 74 und läuft durch den Gegenstrom-Wärmetauscher 71 und wird gekühlt, was im Gegenzug die Energie bereitstellt, um die zu dem Rektifizierer 32 strömende absorbierende Flüssigkeit vorzuwärmen. Die Flüssigkeit fließt dann zu der Pumpe 34 und wird in die Absorbtionssäule 22 über eine Leitung 35 eingespritzt.
Wärmezufuhr zu dem Erwärmer 73 kann durch elektrische Mittel erfolgen oder kann Wärme von einem Kompressor verwenden, durch Führen von heißem komprimierten Gas oder Flüssigkeit durch den Erwärmer 73, der als ein Wärmetauscher agiert. Wie in 10a dargestellt ist, strömt heißes komprimiertes Gas über eine Leitung 74 durch den Wärmetauscher 73, bevor es danach in einen Nachkühler 75 eintritt. Alternativ kann heiße Flüssigkeit über eine Leitung 74 zuerst durch den Wärmetauscher 73 strömen, bevor sie durch einen Flüssigkeitskühler 76 wie in 10b dargestellt strömt. Während die 10a und 10b einen Serien-Fluß zeigen, ist es ebenso möglich, daß der Kühler 73 in einem Parallelfluß-Kreis 73b plaziert ist. Vorzugsweise kann der Flüssigkeitsfluß-Kreis einer Rotationskompressorkonfiguration 70 an dem Flüssigkeitsfilter angezapft werden, wie z. B. in 11 dargestellt ist.
Die meisten Kompressoren dieses allgemeinen Typs sind gefüllt mit einem aufschraubbaren Flüssigkeitsfilter 6, der eine äußere Dose 80 und ein inneres Papier-(o. ä.)Filterelement 81 aufweist. Zu filternde Flüssigkeit tritt in den Kopf 82 bei 83 ein und läuft direkt in die Dose 80. Sie strömt dann durch das Filterelement 81 bevor sie bei 84 austritt. 11 zeigt die Verwendung einer neuar tigen Adapterplatte 85, die zwischen dem Kopf 82 und der Dose 80 angeordnet ist. Flüssigkeit kann dadurch über einen Kanal 86 durch den Erwärmer 73, der in dem Trockner 69 angeordnet ist, abgeführt werden, bevor sie über Kanal 87 zurückkehrt. Es wird angenommen, daß ein Trockner 69 mit einer solchen geheizten Konfiguration weniger als 1% des komprimierten Gasstroms benötigt, um die als Feuchtigkeitsabsorbens verwendete Flüssigkeit zu regenieren.
Es versteht sich, daß die Kompressorsysteme wie vorstehend beschrieben in integraler Bauweise ausgeführt sein können, einschließlich einer Anordnung der Rotationskompressorkonfiguration 70 und des Trockners 69 auf einer gemeinsamen Stützbasis, -struktur oder Plattform oder daß sie alternativ jeweils auf verschiedenen Stützplattformen oder -strukturen gebaut werden können.

Claims

Rotationskompressorsystem mit einer darin verwendeten Flüssigkeit, wobei das Rotationskompressorsystem eine angetriebene Rotationskompressoreinheit, die dazu ausgelegt ist, zu komprimierendes Gas aufzunehmen, ein Trenngefäß (13), das dazu ausgebildet ist, komprimiertes Gas und enthaltene Flüssigkeit von der Kompressoreinheit (10) aufzunehmen und die Flüssigkeit darin zu sammeln, und Mittel zum Rückführen der Flüssigkeit zu einer Zone niedrigeren Drucks der Kompressoreinheit (10) und aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationskompressorsystem weiter Mittel zum Führen der Flüssigkeit zu einem Feuchtigkeitsabsorber aufweist, wobei ein eine Trennungszone des Trenngefäßes (13) verlassender komprimierter Gasstrom zu dem Feuchtigkeitsabsorber geführt ist, um durch einen Strom der Flüssigkeit kontaktiert zu werden, wodurch Feuchtigkeit in dem komprimierten Gasstrom in die Flüssigkeit übertragen wird.
Rotationskompressorsystem mit einer darin verwendeten Flüssigkeit, wobei das Rotationskompressorsystem eine angetriebene Rotationskompressoreinheit, die dazu ausgelegt ist, zu komprimierendes Gas aufzunehmen, ein Trenngefäß (13), das dazu ausgebildet ist, komprimiertes Gas und enthaltene Flüssigkeit von der Kompressoreinheit (10) aufzunehmen und die Flüssigkeit darin zu sammeln, und Mittel zum Rückführen der Flüssigkeit zu einer Zone niedrigeren Drucks der Kompressoreinheit (10) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Rotationskompressorsystem weiter Mittel zum Führender Flüssigkeit zu einem Feuchtigkeitsabsorber aufweist, wobei ein eine Trennungszone des Trenngefäßes (13) verlassender komprimierter Gasstrom durch erste Kühlermittel geführt ist, um zumindest einen Teil der von dem komprimierten Gas getragenen Feuchtigkeit zu kondensieren, zu sammeln und aus dem komprimierten Gasstrom auszuscheiden, bevor der komprimierte Gasstrom zu dem Feuchtigkeitsabsorber geführt ist, um durch einen Strom der Flüssigkeit kontaktiert zu werden, wodurch der komprimierte Gasstrom weiter getrocknet wird und die Feuchtigkeit in dem komprimierten Gas übertragen wird in die Flüssigkeit.
Rotationskompressorsystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass weiter Rektifizierermittel dazu vorgesehen sind, einen Strom der Flüssigkeit aufzunehmen und die Flüssigkeit in Kontakt mit einem Teil des trockenen komprimierten Gasstroms innerhalb des oder austretend aus dem Rotationskompressorsystem zu führen, um Feuchtigkeit aus der Flüssigkeit vordem Einführen der Flüssigkeit in den Feuchtigkeitsabsorber zu entfernen.
Rotationskompressorsystem nach einem der Ansprüche bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass in den Feuchtigkeitsabsorber eintretende Flüssigkeit durch Kühlermittel (gekühlt ist vor der Zufuhr zu dem Feuchtigkeitsabsorber.
Rotationskompressorsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil der das Trenngefäß (13) verlassenen Flüssigkeit durch zweite Kühlermittel ge führt ist, bevor er in Kontakt mit dem komprimierten Gasstrom gebracht wird.
Rotationskompressorsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit in eine Absorptionssäule (22) eingebracht wird und im Gegenstrom entlang der Absorptionssäule (22) zu dem komprimierten Gasstrom fließt.
Rotationskompressorsystem nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem Trenngefäß (13) zu der Kompressoreinheit (10) zurückströmende Flüssigkeitsstrom durch dritte Kühlermittel strömt.
Rotationskompressorsystem nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit aus der Absorptionssäule (22) zu einer Zone niedrigeren Drucks des Kompressorsystems zurückgeführt ist.
Rotationskompressorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das die Trennungszone des Trenngefäßes (13) verlassene komprimierte Gas durch ein Vorfiltermittel (17) strömt, das dazu ausgelegt ist, enthaltene Flüssigkeit daraus zu entfernen.
Rotationskompressorsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass Ablaßmittel für die Vorfiltermittel (17) vorgesehen sind zum Zurückführen gesammelter Flüssigkeit zu einem Bereich (oder Bereichen) niedrigeren Drucks der Kompressoreinheit (10).
Rotationskompressorsystem nach einem Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der aus dem System austretende komprimierte Gasstrom durch Filtermittel (66, 67) innerhalb des Systems geführt ist, um jede Flüssigkeit aus dem komprimierten Gasstrom zu entfernen, der das Rotationskompressorsystem verläßt.
Rotationskompressorsystem nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermittel (66, 67) vom Koaleszenz-Typ sind.
Rotationskompressorsystem nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtermittel (66) innerhalb des Flüssigkeitsabsorbers angeordnet sind.
Rotationskompressorsystem nach einem Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit hydrophil ist.
Rotationskompressorsystem nach einem Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit nicht hydrophil ist.
Rotationskompressorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die angetriebene Kompressoreinheit (10) und das Trenngefäß (13) auf einer ersten Stützstruktur angeordnet sind und der Feuchtigkeitsabsorber auf einer zweiten Stützstruktur gesondert von der ersten Stützstruktur angeordnet ist.
Rotationskompressorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die angetriebene Kompressoreinheit (10), das Trenngefäß (13) und der Feuchtigkeitsabsorber (auf einer gemeinsamen Stütz struktur angeordnet sind.
Rotationskompressorsystem nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitsabsorber innerhalb des Trenngefäßes (13) angeordnet ist.
Rotationskompressorsystem nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Feuchtigkeitsabsorber in einem Aufnahmegefäß für das komprimierte Gas angeordnet ist.
Rotationskompressorsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die durch die angetriebene Kompressoreinheit (10) strömende Flüssigkeit auch durch den Feuchtigkeitsabsorber (22) strömt.
Rotationskompressorsystem nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit ein Schmiermittel ist.
Rotationskompressorsystem nach einem der Ansprüche 14, 15 oder 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit ein Kühlmittel ist.