DE102004056483A1

DE102004056483A1 - Druckluft-Kompaktkältetrockner

Info

Publication number: DE102004056483A1
Application number: DE200410056483
Authority: DE
Inventors: Hans Foerster
Original assignee: Forster Hans Dr Ing
Current assignee: Forster Hans Dr Ing
Priority date: 2004-11-23
Filing date: 2004-11-23
Publication date: 2006-05-24

Abstract

Die Erfindung ist vorteilhaft anwendbar für die Trocknung von Druckluft mit Kälteanwendung für effektive Luftvolumenströme >= 100 m·3·/h, entsprechend ca. 13m·3·/min. Ansaugvolumenstrom des Verdichters, bei Gesamtdruckverlusten um 70 mbar, Fremdkältebedarf um 43% und geforderter hoher Kompaktheit des Aggregates. DOLLAR A Aufgabe ist es, die Wärmeübertragungsvorgänge Feuchtluft/Trockenluft, Feuchtluft/Verdampfungskälte und zusätzlich Feuchtluft/Kaltdampfüberhitzung zu einer gemeinsamen Apparatur mit höchster Kompaktheit und verbesserten energetischen Kennziffern zusammenzuschließen. DOLLAR A Die Aufgabe wird dadurch gelöst, dass unter Verwendung des an sich bekannten Ringkanal-Prinzips für die Wärmeübertragung, die Vorkühlung der Feuchtluft durch Kaltluft im inneren Ringkanal und die weitere Kühlung der Feuchtluft im äußeren Ringkanal durch Kältemittel erfolgt, wobei zunächst die Überhitzung des Kaltdampfes und anschließend die Verdampfungskühlung durch Kältemittel stattfindet, wobei die Rohre in den Ringkanälen in allen Zonen vergrößerte Außenflächen mit Spiralrippen aufweisen und die Innenflächen der Rohre für die Kaltluftvorwärmung und die Dampfüberhitzung mit Längsrippen vergrößert sind.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zum Trocknen von Druckluft durch Kälteanwendung. Anwendbar ist die Erfindung für mittlere und große Durchsätze von Druckluft mit hohen Forderungen an die Kompaktheit und die Energieeffizienz.

Bekannt ist ein Kompaktkältetrockner für Druckluft unter Verwendung von Wärmeübertragerflächen in Form von profilierten Platten aus Edelstahl in senkrechter Anordnung. Die Abkühlung der Luft erfolgt von oben nach unten. Die Platten sind unten offen und münden in einen Abscheideraum zur Abtrennung der ausfallenden Kondensate. Die trockene Kaltluft strömt am unten angeordneten Kältemittelverdampfer vorbei wieder nach oben. Im oberen Teil erwärmt sich die getrocknete Luft wieder durch Vorkühlen der warmen Feuchtluft auf der anderen Seite der Wärmeübertragerplatten. Der höhere Inhalt an Kältemittel im Verdampfer wirkt als Kältespeicher, durch den der Verdichter für den Kältemitteldampf nur eine geringe Schalthäufigkeit aufweist. Nachteilig an diesem Konzept ist die stark begrenzte Oberfläche der Platten für die eine Intensivierung der Wärmeübertragung durch Rippen oder Lamellen nicht möglich ist. Ein zweiter Nachteil besteht in der Druckbegrenzung der äußeren ebenen Platten, die es nicht gestatten, beliebig hohe Leistungen und Drücke auszuführen.

Nach einem Vorschlag ( DE 4118289 A1 ) wird der Luft/Luft-Wärmeübertrager als Plattenwärmeübertrager und der Kältemittel/Luft-Wärmeübertrager als kombinierter Rohr/Platten-Wärmeübertrager ausgeführt. Nachteilig sind die nicht ausreichende Kompaktheit und fehlende Intensivierungsmaßnahmen für die Wärmeübertragung. Plattenwärmeübertrager sind für Gase keine ideale Lösung

Nach einem weiteren Vorschlag ( DE 29608952 U1 ) werden die beiden Einheiten Luft/Luft-Wärmeübertrager und Kältemittel/Luft-Wärmeübertrager separat ausgeführt aber vertikal übereinander angeordnet, um die Kompaktheit zu verbessern.

Der Erfindung liegt die Aufgabe der engstmöglichen Kopplung und gleichsinnigen Ausführung des Luft/Luft-Wärmeübertragers und des Kältemittel/Luft-Wärmeübertragers durch eine kompakte Anordnung unter Ausschöpfung aller Intensivierungsmaß nahmen für die Wärmeübertragung und unter Verwendung des Ringkanal-Wärmeübertragerprinzips nach DE 19601579 C2 und DE 19650086 C1 zugrunde.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Feuchtluft 1 über das Zentralrohr 2 des Trockners 3 zugeführt, zuerst durch den inneren Ringkanal 4 strömt und dabei über Kaltluft 5 aus dem Abscheider 6 vorgekühlt wird, gleichzeitig die Kaltluft 5 vorwärmend, die danach über die innere Vorkammer 7 und Austritt 13 den Trockner 3 verlässt, dass
die Feuchtluft anschließend im äußeren Ringkanal 8 durch Kaltdämpfe 9 des Kältemittels aus der oberen Ringkammer 10 weiter vorgekühlt wird, wobei gleichzeitig die Kaltdämpfe 9, die in mehreren Durchgängen innenberippter Rohre überhitzt werden, den Trockner 3 über Stutzen 11 verlassen, dass
die weitere Abkühlung der Feuchtluft im äußeren Ringkanal 8 durch verdampfendes Kältemittel erfolgt, wobei die obere Ringkammer 10 als Dampf-flüssig-Abscheider fungiert, dieser alternativ als separater Abscheider für Kältemittel 16 ausgebildet ist, und die untere Ringkammer 12 zur Zuführung und Verteilung des flüssigen Kältemittels auf die Verdampferrohre dient.

Die erfindungsgemäße Lösung bietet eine Reihe von Vorteilen:
Die tangentiale Strömung der Feuchtluft um das Zentralrohr im Außenraum weist nach Erfahrung äußerst geringe Druckverluste auf. Die ausgeschiedenen Kondensate auf der Feuchtluftseite werden aufgrund der Zyklonwirkung der Tangentialströmung an der Außenseite des Ringkanals abgeschieden und geordnet nach unten abgeleitet. Das Kondensat fällt nur noch an einem Punkt am Ende der Kühlung an.

Eine Intensivierung der Wärmeübertragung und damit minimale Austauschflächen werden durch folgende Maßnahmen erreicht:

– Durchgehende Spiralberippung mit großer Rippenhöhe für alle Zonen auf der Außenseite der Rohre.
– Längsberippung auf der Innenseite der Rohre für die Zonen der regenerativen Wärmeübertragung durch Kaltluft und Kältemittel-Kaltdämpfe.
– Ausführung eines überfluteten Verdampfers, mit dem die Wärmeübertragungsflächen gegenüber trockenen Verdampfern minimiert werden und eine Speicherwirkung erreicht wird.

Durch den unmittelbaren Übergang von der innengelegenen regenerativen Vorkühlzone zur fremdgekühlten Zone außen wird eine nicht übertreffbare Kompaktheit des Wärmeübertragerteils erreicht.

Wegen der Vorkühlung der Feuchtluft durch die Kältemitteldämpfe wird der Kälteinhalt der Kaltdämpfe des Kältemittels zusätzlich zum Kälteinhalt der Kaltluft für die Vorkühlung der Feuchtluft herangezogen. Der Fremdkältebedarf solcher Kältetrockner beträgt daher weniger als 43 % des Gesamtkälteaufkommens.

Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert werden.
Dabei zeigen:
1 das Schema des Trockners, zusätzlich mit Verdichter und Vorkühler
2 einen Längsschnitt durch den Trockner (die berippten Rohre sind in den Ringkanälen nicht dargestellt)
3 eine Draufsicht ohne Ausrüstungen für die Kälteerzeugung
Beschreibung anhand von 2
Die Feuchtluft 1 tritt über das Zentralrohr 2 in den mit Rippenrohren bestückten inneren Ringkanal 4 ein. Für den Übertritt in den Ringkanal 4 sind nicht dargestellte Schlitze im Zentralrohr 2 enthalten. Im inneren Ringkanal 4 erfolgt die Vorkühlung der Feuchtluft regenerativ mit der Kaltluft 5 aus dem Abscheider 6, die über abgeteilte Segmente in der inneren Vorkammer 7 zur Innenseite zugehöriger längsberippter Rohre und über die Umkehrkammer 15 zurück in die innere Vorkammer 7 geführt wird, wobei sich über den Wärmetransport aus der Feuchtluft die Kaltluft 5 erwärmt und über den Austritt 13 den Trockner 3 verlässt.
Nach der Vorkühlung der Feuchtluft im inneren Ringkanal 4 erfolgt deren Überleitung in den äußeren Ringkanal 8, in dem die weitere Kühlung durch Kältemittel in 2 Schritten stattfindet. Zunächst nimmt der Kältemitteldampf Wärme aus der Feuchtluft auf und wird dadurch überhitzt. Die weitere Abkühlung der Feuchtluft erfolgt durch verdampfendes Kältemittel bis zur Erreichung der Solltemperatur der Luft im Abscheider 6. Kondensate 14 fallen oberhalb des unteren Rohrbodens und im Abscheiden 6 an. Der überhitzte Kältemitteldampf wird über den Austritt 11 vom Kältemittelverdichter 19 abgesaugt. Die obere Ringkammer 10 am Kopf des Apparates wird als Abscheider und zur Führung des Dampfes für die Überhitzung verwendet. Die untere Ringkammer 12 am unteren Ende des Apparates dient der Zufuhr und Verteilung von flüssigem Kältemittel bzw. zur Umlenkung des Kältemitteldampfes bei der Überhitzung.

1: Feuchtluft
2: Zentralrohr
3: Trockner
4: innerer Ringkanal
5: Kaltluft
6: Abscheider
7: innere Vorkammer
8: äußerer Ringkanal
9: Kaltdämpfe
10: obere Ringkammer
11: Austritt für überhitztes Kältemittel
12: untere Ringkammer
13: Austritt Trockenluft
14: Kondensat
15: Umkehrkammer
16: Abscheider für Kältemittel
17: Vorkühler
18: Luftverdichter
19: Kältemittelverdichter
20: Verflüssiger
21: Kältemittelsammler
22: Standregler

Claims

Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Druckluft durch Kälteanwendung mit dem Ziel höchster Kompaktheit, geringstem Energieverbrauchs und minimaler Druckverluste durch Anwendung des bekannten Ringkanal-Prinzips mit zwei Rohrböden, vertikal angeordneten außen spiralberippten Rohren, einem Zentralrohr mit Schlitzen für den Übertritt der Feuchtluft in den innen berippten Ringkanal dadurch gekennzeichnet, dass die Feuchtluft 1 über das Zentralrohr 2 des Trockners 3 zugeführt, zuerst durch den inneren Ringkanal 4 strömt und dabei über Kaltluft 5 aus dem Abscheider 6 vorgekühlt wird, gleichzeitig die Kaltluft 5 vorwärmend, die danach über die innere Vorkammer 7 und Austritt 13 den Trockner 3 verlässt, dass die Feuchtluft anschließend im äußeren Ringkanal 8 durch Kaltdämpfe 9 des Kältemittels aus der oberen Ringkammer 10 weiter vorgekühlt wird, wobei gleichzeitig die Kaltdämpfe 9, die in mehreren Durchgängen innenberippter Rohre überhitzt werden, den Trockner 3 über Stutzen 11 verlassen, dass die weitere Abkühlung der Feuchtluft im äußeren Ringkanal 8 durch verdampfendes Kältemittel erfolgt, wobei die obere Ringkammer 10 als Dampf-flüssig-Abscheider fungiert, dieser alternativ als separater Abscheider für Kältemittel 16 ausgebildet ist und die untere Ringkammer 12 zur Zuführung und Verteilung des flüssigen Kältemittels auf die Verdampferrohre dient.
Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen von Druckluft nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Verdampfung standgeregelt, d.h. überflutet durchgeführt wird und ein Kältemittel mit einem Isentropenexponenten < 1 für die Verdichtung verwendet wird, z.B. R 507 oder R 404a.
Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Rohre zur Wärmeübertragung in allen Kühlzonen außen spiralberippt ausgeführt sind, für die Zonen zur Vorkühlung der Feuchtluft mit Kaltluft und Kaltdampf sind die Wärmeübertragerrohre zusätzlich mit Längsrippen auf der Innenseite der Rohre bestückt.