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Die
Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Trocknen von in geschlossenen
Kreisläufen
geführten
Fluiden sowie ein Verfahren zum Trocknen von in geschlossenen Kreisläufen geführten Fluiden.
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In
verschiedenen Anwendungen werden Fluide in geschlossenen Kreisläufen geführt, wobei
es wesentlich ist, dass die Fluide trocken sind.
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Feuchtigkeit,
insbesondere Wasser in Kältemittel
von Kälteanlagen,
stellt ein großes
Problem für die
Funktionstüchtigkeit
der Kälteanlage
dar. Einerseits kann es zu Vereisungen und Einfrierungen wichtiger
Bauelemente kommen, was den Kühlmittelstrom
unterbindet. Andererseits führt
das Wasser in Verbindung mit Kältemittelöl zur Säurebildung,
was Säurefraß und gegebenenfalls
einen Burnout eines in der Kälteanlage
vorhandenen Verdichters zur Folge haben kann. Daher ist es notwendig,
den Wassergehalt im Kältekreislauf
zu reduzieren und während des
Betriebs der Anlage möglichst
gering zu halten.
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Bekannt
ist es, die vollständige
Kälteanlage abzuschalten,
um anschließend
das gesamte in der Kälteanlage
vorhandene Kältemittel
zu entfernen und zu entsorgen, die Anlage mit Stickstoff zu trocknen und
mit trockenem Kältemittel
wieder neu zu befüllen. Ein
derartiges Verfahren führt
dazu, dass die Kälteanlage über längere Zeit
vollständig
stillsteht und hat zum anderen hohe Kosten zur Folge, da das Kältemittel
vollständig
ausgetauscht und zudem entsorgt werden muss.
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Weiterhin
ist es bekannt, in einer das Kältemittel
führenden
Leitung der Kälteanlage,
insbesondere vor einem Verdichter, einen Entfeuchter in Form eines
Feuchtefilters einzubauen. Das Kältemittel strömt somit
durch den Feuchtefilter, welcher die Feuchtigkeit ausfiltert, die
somit in dem Feuchtefilter angereichert wird. Dabei muss der Feuchtefilter überwacht
werden, um zu verhindern, dass der Feuchtefilter vollständig gesättigt wird
und ein Wasserdurchbruch auftreten kann. Der Feuchtefilter muss
somit regelmäßig ausgetauscht
werden, was ebenfalls zu Ausfallzeiten der Kälteanlage führt und mit einem hohen Arbeitsaufwand
verbunden ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, eine Vorrichtung und
ein Verfahren zum Trocknen von in geschlossenen Kreisläufen geführten Fluiden bereitzustellen,
welche das kontinuierliche Trocknen von Fluid im laufenden Betrieb
des geschlossenen Kreislaufs ermöglichen
und somit einen hohen Zeit- und
Kostenaufwand vermeiden.
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Die
Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einer
Vorrichtung zum Trocknen von in geschlossenen Kreisläufen geführten Fluiden
mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und mit einem Verfahren
zum Trocknen von in geschlossenen Kreisläufen geführten Fluiden mit den Merkmalen
der Patentansprüche
26 oder 27.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Trocknen von in geschlossenen Kreisläufen geführten Fluiden beruht darauf,
eine Bypassleitung vorzusehen, welche über ein erste Ventil und ein
zweites Ventil parallel zu einem Fluid führenden Rohr des geschlossenen
Kreislaufs schaltbar ist. Ein Teil des durch den geschlossenen Kreislauf
strömenden
Fluids wird somit in die Bypassleitung gelenkt. Erfindungsgemäß ist in
der Bypassleitung ein erster Entfeuchter angeordnet, welcher dem
Fluid die Feuchtigkeit entzieht. Da der Entfeuchter nun nicht mehr
direkt in dem geschlossenen Kreislauf angeordnet ist, kann, falls
der Entfeuchter ausgetauscht werden muss, die Bypassleitung über das
erste und zweite Ventil zur geschlossenen Kreislauf hin geschlossen werden,
woraufhin der Entfeuchter aus der Bypassleitung entnommen und gegen
einen neuen oder gereinigten Entfeuchter ausgetauscht werden kann.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist in der Bypassleitung
hinter dem ersten Entfeuchter ein zweiter Entfeuchter angeordnet,
wobei der zweite Entfeuchter vom ersten Entfeuchter nicht aufgenommene
Feuchte aufnehmen kann, um die Effektivität der Trocknung des Fluids
zu verbessern.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist zwischen dem ersten Ventil und dem ersten Entfeuchter
ein drittes Ventil und zwischen dem zweiten Entfeuchter und dem zweiten
Ventil ein viertes Ventil angeordnet, wobei über das dritte Ventil in Strömungsrichtung
entweder der erste Entfeuchter oder der zweite Entfeuchter hinter
das Ventil schaltbar ist und wobei über das vierte Ventil alternativ
entweder der zweite Entfeuchter oder der erste Entfeuchter vor das
zweite Ventil schaltbar ist, so dass bei Strömung von dem dritten Ventil
zu dem vierten Ventil entweder zunächst der erste Entfeuchter
und dann der zweite Entfeuchter oder alternativ zunächst der
zweite Entfeuchter und dann der erste Entfeuchter durchströmt wird.
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Der
erste und/oder der zweite Entfeuchter können als Feuchtetauscher, als
Feuchtefilter oder auch als Feuchtefilter mit integrierten Feuchtetauscher
ausgebildet sein. In einer Ausführungsform
ist der erste Entfeuchter als Feuchtefilter und der zweite Entfeuchter
als Feuchtetauscher oder auch der erste und/oder zweite Entfeuchter
als Feuchtefilter mit integriertem Feuchtetauscher ausgebildet,
um in dem Feuchtefilter zunächst
während
des Betriebs des geschlossenen Kreislaufs Feuchtigkeit in dem Feuchtefilter
anzureichern, um anschließend,
wenn ein gewisser Sättigungsgrad
des Feuchtefilters erreicht wurde, diesen beispielsweise heizen
zu können
und die Feuchtigkeit über
den Feuchtetauscher ohne Beeinträchtigung,
insbesondere Abschaltung des geschlossenen Kreislaufs oder Öffnen der
Bypassschaltung nach außen
aus dem geschlossenen Kreislauf und der Bypassleitung abzuführen. Der Feuchtetauscher
hat somit den Vorteil, dass Feuchtigkeit aus dem geschlossenen Kreislauf
ohne Ausfallzeit des Kreislaufs aus dem geschlossenen Kreislauf
abgeführt
werden kann, wobei der Feuchtetauscher zur effektiven Abführung des
Wassers einen bestimmten Gradienten benötigt. Dieser wird dadurch erreicht,
dass der Feuchtetauscher mit einem Feuchtefilter kombiniert wird,
welcher zunächst
die Feuchtigkeit anreichert und anschließend gezielt in größeren Mengen
abgibt, so dass ein hoher Gradient an dem Feuchtetauscher entsteht
und der Feuchtetauscher die Feuchtigkeit effektiv abführt.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung sind der erste und der zweite Entfeuchter als Feuchtfilter
ausgebildet, während zwischen
den beiden Feuchtefiltern ein weiterer Entfeuchter in Form eines
zusätzlichen
Feuchtetauschers angeordnet ist. Insbesondere mit der Möglichkeit,
die Strömungsrichtung
durch die Bypassleitung zu ändern,
gibt diese Konstruktion die Möglichkeit, zunächst in
einem der beiden Entfeuchter, welche als Feuchtefilter ausgebildet
sind, beispielsweise dem ersten Entfeuchter, einen Großteil der
Feuch tigkeit zu speichern, während
der andere, beispielsweise der zweite Entfeuchter die Restfeuchtigkeit
aus dem Fluid herausfiltert, um anschließend bei Erreichen des Sättigungsgrads
des ersten Entfeuchters diesen gezielt zur Wasserabgabe, beispielsweise
durch Aufheizen, zu bewegen, um dann die Feuchtigkeit über den
dem ersten Entfeuchter nachgeschalteten Feuchtetauscher abzuführen, wobei
der zweite Entfeuchter weiterhin die Restfeuchte, die über den Feuchtetauscher
nicht abgeführt
wird, herausfiltern kann. Anschließend kann die Strömungsrichtung
geändert
werden, so dass der zweite Entfeuchter den Großteil der Feuchtigkeit aus
dem Fluid entzieht, so dass insgesamt eine möglichst effektive Trocknung und
eine maximale Feuchtigkeitsabfuhr erreicht werden kann.
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Strömt das Fluid
lediglich an dem Feuchtetauscher vorbei, handelt es sich in der
Regel um sehr geringe Wassergehalte, so dass der Feuchtegradient vergleichsweise
klein ist und der Feuchtetauscher nicht optimal bzw. effektiv arbeiten
kann. Daher ist vorzugsweise auf der dem geschlossenen Kreislauf abgewandten
Seite des Feuchtetauschers eine Vorrichtung zur Erzeugung eines
Feuchtegradienten angeordnet. Diese Vorrichtung kann in einer Ausführungsform
als Vorrichtung zur Erzeugung eines Unterdrucks ausgebildet sein.
Alternativ ist die Vorrichtung zur Erzeugung eines Feuchtegradienten
als eine Trockenmittelzufuhreinrichtung ausgebildet, welche ein
Trockenmittel an dem Feuchtetauscher vorbei in eine Trockenmittelabfuhr
führt.
Das Trockenmittel kann beispielsweise Luft oder Stickstoff sein.
Vorzugsweise wird das Trockenmittel über eine weitere Vorrichtung
zusätzlich
entfeuchtet.
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Dazu
ist in einer bevorzugten Ausführungsform
zwischen der Trockenmittelzufuhreinrichtung und dem Feuchtetauscher
ein dritter Entfeuchter angeordnet, der dem Trockenmittel Feuch tigkeit
entzieht, so dass der Feuchtegradient an dem Feuchtetauscher erhöht wird.
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Vorzugsweise
kann zwischen dem Feuchtetauscher und der Trockenmittelabfuhr ein
vierter Entfeuchter angeordnet sein, welcher die Feuchtigkeit, die
an dem Feuchtetauscher von dem Trockenmittel aufgenommen wurde und
dem geschlossenen Kreislauf entzogen wurde, ebenfalls aus dem Trockenmittel
wieder zu entfernen, insbesondere, wenn das Trockenmittel erneut
an dem Feuchtetauscher vorbeigeführt
wird.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung ist zwischen der Trockenmittelzufuhreinrichtung und
dem dritten Entfeuchter ein fünftes
Ventil und zwischen dem vierten Entfeuchter und der Trockenmittelabfuhr
ein sechstes Ventil angeordnet, wobei über das fünfte Ventil in Strömungsrichtung
entweder der dritte Entfeuchter oder der vierte Entfeuchter hinter
die Trockenmittelzufuhreinrichtung schaltbar ist und wobei über das
sechste Ventil alternativ entweder der vierte Entfeuchter oder der
dritte Entfeuchter vor die Trockenmittelabfuhr schaltbar ist, so
dass bei Strömung
von der Trockenmittelzufuhreinrichtung zu der Trockenmittelabfuhr entweder
zunächst
der dritte Entfeuchter und dann der vierte Entfeuchter oder alternativ
zunächst
der vierte Entfeuchter und dann der dritte Entfeuchter durchströmt wird.
So ist auch in dem Kreislauf des Trockenmittels eine besonders effektive
Trocknung des Trockenmittels wie zuvor beschrieben möglich. Aber
auch wenn das Trockenmittel nicht in einem Kreislauf geführt wird,
ist durch diesen Aufbau sichergestellt, dass grundsätzlich bei
beiden Strömungsrichtungen
ein Entfeuchter vor dem Feuchtetauscher liegt, um somit sicher zu
stellen, dass getrocknetes Trockenmittel an den Feuchtetauscher
geführt
wird und somit der Feuchtegradient erhöht wird und andererseits zur
Trocknung der Entfeuchter jeder Entfeuchter vor die Trockenmittelabfuhr
geschaltet werden kann, so dass beim Ausheizen des Entfeuchters die
Feuchtigkeit direkt in die Trockenmittelabfuhr geführt werden
kann, ohne an dem Feuchtetauscher vorbeigeführt zu werden und dort den
Feuchtegradienten zu verringern oder gar Feuchtigkeit in den geschlossenen
Kreislauf des Fluids einzutragen.
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Dabei
sind insbesondere in einer bevorzugten Ausführungsform der dritte und/oder
der vierte Entfeuchter als Feuchtefilter ausgebildet.
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Die
Feuchtefilter sind vorzugsweise als Zeolithfilter ausgebildet, um
eine effektive Anreicherung der Feuchtigkeit in dem Filter zu gewährleisten.
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Um
die Feuchtigkeit aus den Entfeuchtern ohne Wechsel der Entfeuchter
auszutreiben, sind die verschiedenen Entfeuchter vorzugsweise beheizbar. Aus
dem selben Grund ist auch der zusätzliche Feuchtetauscher, falls
vorhanden, beheizbar.
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Der
Feuchtetauscher ist vorzugsweise als Feuchte durchlässige Membran,
insbesondere als Nafion-Membran oder als Zeolithmolekolarsieb ausgebildet,
um zu gewährleisten,
dass zwar Wasser durch die Membran durchtreten kann, das Fluid oder das
Trockenmittel jedoch nicht. In einer alternativen Ausführungsform
ist der Feuchtetauscher als poröses
Keramikrohr mit einer Zeolithbeschichtung ausgebildet. Die Zeolithbeschichtung
nimmt einerseits die Feuchtigkeit auf, ermöglicht jedoch auch den Durchtritt
von Feuchtigkeit. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist das Keramikrohr
mit einem Zeolithgranulat gefüllt,
um die Speichermöglichkeit
für Feuchtigkeit
zu erhöhen
und so einen kombinierten Feuchtefilter mit integriertem Feuchtetauscher
zu bilden. Die Keramik ist dabei beispielsweise eine PTC-Keramik.
Diese hat den Vorteil, dass sie zusätzlich zur Trägerfunktion
als Heizung dienen kann.
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Um
den Durchfluss von Fluid durch die Bypassleitung kontinuierlich
aufrechtzuerhalten, ist vorzugsweise die Bypassleitung an einem
Fluid führenden
Rohr des geschlossenen Kreislaufs geschaltet, welches einen Verdichter
aufweist. Dadurch wird das entsprechende Druckgefälle erzeugt,
welches die nötige
Strömung
des Fluids aufrecht erhält.
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Um
zu überprüfen, wie
effektiv die entsprechenden Entfeuchter das Fluid entfeuchtet haben,
ist in der Bypassleitung, vorzugsweise nach dem ersten Entfeuchter,
insbesondere vor der Stelle, an welcher das Fluid in den geschlossenen
Kreislauf zurückgeführt wird,
ein Feuchtesensor angeordnet.
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Besonders
bevorzugt ist das Fluid als Kältemittel
und/oder der geschlossene Kreislauf als eine Kälteanlage ausgebildet, da gerade
Kältemittel
keine Feuchtigkeit aufweisen dürfen,
um eine sichere Funktion der Kälteanlage
zu gewährleisten.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
zum Trocknen von in geschlossenen Kreisläufen geführten Fluiden beruht darauf,
aus einem Fluid führenden Rohr
des geschlossenen Kreislaufs einen Teil des Fluids in eine parallel
zu dem das Fluid führenden Rohr
des geschlossenen Kreislaufs geschaltete Bypassleitung zu führen. In
der Bypassleitung ist eine Vorrichtung zum Trocknen von Fluid gemäß der Erfindung
angeordnet, mit welcher dem Fluid Feuchtigkeit entzogen wird. Durch
Anordnung der Vorrichtung in einer Bypassleitung ist es möglich, während des Betriebs
des geschlossenen Kreislaufs einerseits das Fluid zu trocknen, andererseits
jedoch auch eine defekte Vorrichtung zum Trocknen von Fluid oder eine
Vorrichtung zum Trocknen von Fluid, bei welcher ein Entfeuchter
gesättigt
ist, während
des Betriebs zu warten und auszutauschen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
ist vorzugsweise in der Bypassleitung eine Vorrichtung zum Trocknen
von Fluid mit wenigstens einem ersten Entfeuchter, welcher als Feuchtefilter
ausgebildet ist, und wenigstens einem weiteren Entfeuchter, welcher als
Feuchtetauscher ausgebildet ist, angeordnet, wobei selbstverständlich der
Feuchtefilter und der Feuchtetauscher auch in einem Entfeuchter
integriert angeordnet sein können.
Der Feuchtefilter wird bei Erreichen eines definierten Schwellwerts
erhitzt, um die in dem Feuchtefilter gesammelte Feuchte auszutreiben
und über
den Feuchtetauscher abzuführen. Dadurch
wird ermöglicht,
dass die Bypassleitung nicht geöffnet
werden muss, um die Feuchtigkeit, die in einem Entfeuchter in der
Bypassleitung gesammelt wurde, aus der Bypassleitung zu entfernen.
Insbesondere gelangt somit kein Fluid, welches sich in der Bypassleitung
befindet, in die Umgebung, so dass keine Kosten für die Entsorgung
des Fluids entstehen.
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Vorzugsweise
ist in der Bypassleitung ein zweiter Entfeuchter, welcher als Feuchtefilter
ausgebildet ist, angeordnet, welcher die von dem ersten Feuchtefilter
nicht ausgefilterte Feuchtigkeit aufnehmen kann und somit den Trocknungsgrad
erhöht.
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Vorzugsweise
ist zwischen dem ersten Ventil und dem ersten Entfeuchter ein drittes
Ventil und zwischen dem zweiten Entfeuchter und dem zweiten Ventil
ein viertes Ventil angeordnet, wobei über das dritte Ventil in Strömungsrichtung
entweder der erste Entfeuchter oder der zweite Entfeuchter hinter
das erste Ventil schaltbar ist und wobei über das vierte Ventil alternativ
entweder der zweite Entfeuchter oder erste Entfeuchter vor das zweite
Ventil schaltbar ist, so dass bei Strömung von dem dritten Ventil
zu dem vierten Ventil entweder zunächst der erste Entfeuchter
und dann der zweite Entfeuchter oder alternativ zunächst der
zweite Entfeuchter und dann der erste Entfeuchter durchströmt wird.
Dadurch ist es möglich,
die Strömungsrichtung
umzukehren. Ein Wechsel der Strömungsrichtung
ist vorzugsweise nach Beheizen eines Feuchtefilters zum Austreiben der
gesammelten Feuchte vorgesehen, um einen maximalen Austausch und
eine möglichst
effektive Trocknung sowohl von Trockenmittel als auch von Entfeuchtern
zu gewährleisten.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
des Verfahrens wird der Feuchtegradient für eine optimale Funktionsweise
des Feuchtetauschers dadurch erhöht,
dass auf der dem geschlossenen Kreislauf abgewandten Seite des Feuchtetauschers
eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Feuchtegradienten angeordnet
ist.
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Die
Erfindung wird anhand der folgenden Figuren ausführlich erläutert. Es zeigt:
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1 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
-
2 eine
schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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3 eine
schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels der Erfindung,
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4 eine
schematische Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels der Erfindung
und
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5 eine
schematische Darstellung eines fünften
Ausführungsbeispieles
der Erfindung.
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In
den 1 bis 5 sind verschiedene Ausführungsbeispiele
der Erfindung dargestellt, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Bauelemente
und Komponenten bezeichnen.
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1 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung zum Trocknen von in einem geschlossenen Kreislauf geführtem Fluid.
Dabei ist der geschlossenen Kreislauf beispielsweise als Kälteanlage
ausgebildet, in welcher als Fluid ein Kältemittel geführt wird.
In 1 ist ein Rohr 10, welches Kältemittel
führt,
als Bestandteil einer Kälteanlage
dargestellt. In dem das Kältemittel
führende
Rohr 10 ist ein Verdichter 15 angeordnet, welcher
die Geschwindigkeit der Strömung
aufrechterhält
und gegebenenfalls reguliert. Parallel zu dem Rohr 10 ist
eine Bypassleitung 20 angeordnet, welche über ein
erstes Ventil V1 und ein zweites Ventil V2 an das Rohr 10 angeschlossen
ist und über
diese beiden Ventile V1, V2 auch vollständig von dem Rohr 10 abgekoppelt
werden kann. Über
das erste Ventil V1 strömt,
sobald dieses Ventil V1 geöffnet
ist, ein Teil des in dem Rohr 10 geführten Kältemittels in die Bypassleitung 20. Dabei
sollte der Kältemittelstrom
in der Bypassleitung 20 möglichst weniger als 5% des
Gesamtmassestroms an Kältemittel
betragen und insbesondere 10% des Gesamtmassestroms nicht überschreiten, um
den Kältemittelfluss
in der Kälteanlage
möglichst wenig
zu stören.
Hinter dem ersten Ventil V1 ist ein Drosselventil 24 angeordnet,
welches zur Regelung des Massestroms durch die Bypassleitung 20 dient. Die
Strömungsrichtung
des Kältemittels
wird durch die offenen Pfeile in 1 angezeigt.
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In
der Bypassleitung 20 ist ein erster Entfeuchter E1 angeordnet,
welcher von dem Kältemittel durchströmt wird.
Bei dem ersten Entfeuchter kann es sich prinzipiell um einen Feuchtetauscher
oder, wie in 1 dargestellt, um einen Feuchtefilter,
insbesondere einen Zeolithfilter 50 handeln. Dieser Feuchtefilter
weist ein Gehäuse
E1a auf, welches nach außen
abgedichtet ist. Weder Kältemittel
noch Feuchtigkeit können
somit aus dem Gehäuse
E1a des ersten Entfeuchters E1 entweichen. Das Kältemittel wird in dem ersten
Entfeuchter E1 getrocknet, wobei sich in dem Zeolithfilter 50 die
Feuchtigkeit anreichert. Das so getrocknete Kältemittel strömt weiter durch
die Bypassleitung 20 in Richtung auf das zweite Ventil
V2, um hinter dem zweiten Ventil V2 wieder in das Rohr 10 der
Kälteanlage
einzuströmen.
Bevor das Kältemittel
in das Rohr 10 einströmt,
insbesondere vor dem zweiten Ventil V2, befindet sich ein Feuchtesensor 22,
mit welchem überprüft wird,
welchen Trocknungsgrad das Kältemittel
erreicht hat. Insbesondere kann mit dem Feuchtesensor 22 auch die
Funktionsweise des ersten Entfeuchters E1 überprüft werden. Da sich in dem ersten
Entfeuchter E1, insbesondere in dem Zeolithfilter 50, die
Feuchtigkeit ansammelt, steigt der Feuchtigkeitsgehalt des Zeolithfilters 50.
Bei zu hohem Wassergehalt in dem Zeolithfilter 50 besteht
die Gefahr eines Wasserdurchbruchs. Der Wassergehalt des Zeolithfilters 50 muss daher
kontrolliert werden, vorzugsweise über eine entsprechend integrierte
Messsonde. In regelmäßigen Abständen muss
der Zeolithfilter 50 ausgewechselt werden, um einen Wasserdurchbruch
zu verhindern. Dazu werden die Ventile V1, V2 geschlossen, so dass
die Bypassleitung 20 geöffnet
werden kann, ohne den Betrieb der Kältemittelanlage zu stören. Anschließend kann
der erste Entfeuchter E1 entnommen und durch einen neuen Entfeuchter
ersetzt oder nach Reinigung und Trocknung wieder eingesetzt werden. Über die
Kontrolle des Wassergehalts mittels eines Feuchtesensors 22 oder sonstiger
Mittel zur Erfassung des Sättigungszustands
des Zeolithfilters 50 kann durch eine Ansteuerung der Ventile
V1, V2 ein Stop des Stroms durch die Bypassleitung 20 auch
automatisch ausgelöst
werden. Dabei genügt das
Schließen
des Ventils V2.
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Da
in dieser Ausführungsform
Kältemittel, welches
sich in der Bypassleitung 20 befindet, mit zusätzlichen
Kosten entsorgt werden muss, ist in einer zweiten Ausführungsform
der Erfindung, welche in 2 dargestellt ist, in der Bypassleitung 20 ein
weiterer Entfeuchter E5 angeordnet. Der Entfeuchter E5 ist als Feuchtetauscher 30 ausgebildet. Über einen Feuchtetauscher 30 kann
Feuchtigkeit über
eine feuchtedurchlässige
Schicht, insbesondere eine feuchtedurchlässige Membran 32,
aus dem der Kälteanlage
zugewandten System und der Bypassleitung 20 entfernt werden,
ohne die Bypassleitung 20 nach außen hin öffnen zu müssen. Kältemittel kann die feuchtedurchlässige Membran 32 jedoch
nicht durchdringen, so dass keine Gefahr besteht, dass das Kältemittel
aus der Bypassleitung 20 austreten könnte. Der Feuchtetauscher 30 arbeitet
derart, dass bei einem genügend
hohen Feuchtegradienten zwischen den beiden Seiten der feuchtedurchlässigen Membran 32 Feuchtigkeit
durch die Membran durch diffundiert und auf der anderen Seite abgeführt werden
kann. Die feuchtedurchlässige
Membran 32 kann beispielsweise aus Nafion oder Zeolith
bestehen.
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Im
vorliegenden zweiten Ausführungsbeispiel
kann über
den ersten Entfeuchter E1 der Großteil in der in Kältemittel
enthaltenen Feuchtigkeit in dem Zeolithfilter 50 gesammelt
werden. Über
den weiteren Entfeuchter E5 kann gegebenenfalls weitere Restfeuchte
entfernt werden, insbesondere, wenn der Gradient groß genug
ist, beispielsweise weil der erste Entfeuchter E1 seinen Sättigungsgrad
erreicht hat. Hat der erste Entfeuchter E1 seinen Sättigungsgrad
erreicht, wird über
das Drosselventil 24 die Durchflussmenge stark gedrosselt
und der erste Entfeuchter E1 über
einen Heizanschluss E1b erhitzt, so dass die Feuchtigkeit aus dem
Zeolithfilter 50 wieder ausgetrieben wird. Somit wird in
kurzer Zeit eine hohe Menge an Wasser freigesetzt, welche den dem ersten
Entfeuchter E1 nachgeschalteten weiteren Entfeuchter E5, d. h. den
Feuchtetauscher 30 erreicht. Dadurch entsteht an der Membran
des weiteren Entfeuchters E5 ein großer Gradient, so dass über den
Feuchtetauscher 30 effektiv die Feuchtigkeit aus der Bypassleitung 20 abgeführt werden kann.
Nach vollständigem
Ausheizen des Zeolithfilters 50 ist der Zeolithfilter 50 wieder
geeignet, weitere Feuchtigkeit aus dem Kältemittel zu entziehen, so dass
das Drosselventil 24 wieder geöffnet werden können, um
die Durchflussmenge wieder zu erhöhen, und weiter Kältemittel
aus der Kälteanlage
getrocknet werden kann. Der Betrieb der Kälteanlage muss zu keinem Zeitpunkt
eingestellt werden.
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Wesentlich
ist jedoch, dass bei dieser Ausführungsform
darauf geachtet wird, dass kein konzentriertes Wasser in die Kälteanlage
zurückgeführt wird.
Dies könnte
passieren, wenn der Zeolithfilter 50 ausgeheizt wird, der
Feuchtetauscher 30 jedoch nicht sämtliches Wasser abführt. Dies
wird dadurch vermieden, dass das Ventil V2 und vorzugsweise auch
das Ventil V1 beim Ausheizprozess vollständig geschlossen werden. Da
sich beim Ausheizen in der Bypassleitung 20 bei geschlossenen
Ventilen V1, V2 ein höherer
Druck aufbaut, ist es gegebenenfalls notwendig, ein Druckausgleichsventil
vorzusehen. Alternativ kann dem Feuchtetauscher 30 noch
ein zweiter Entfeuchter, welcher wie der erste Entfeuchter E1 als Feuchtefilter
ausgebildet ist, nachgeschaltet werden, der dem Kältemittel
die Feuchtigkeit, die nicht über den
Feuchtetauscher 30 abgeführt wird, entzieht.
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Besonders
bevorzugt wird der Feuchtetauscher 30 in den ersten Entfeuchter
E1 integriert, um dem Kältemittel
die Feuchtigkeit noch effektiver entziehen zu können.
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3 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel einer
Vorrichtung zum Trocknen von Kälteanlagen, wobei
gleiche Teile wie in den Ausführungsbeispielen gemäß 1 und 2 wiederum
mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet sind.
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In
der Bypassleitung 20 ist der erste Entfeuchter E1, ein
zweiter Entfeuchter E2 und zwischen den beiden Entfeuchtern E1,
E2 der weitere Entfeuchter E5, welcher als Feuchtetauscher 30 ausgebildet
ist, angeordnet. Der erste Entfeuchter E1 und der zweite Entfeuchter
E2 sind als Feuchtefilter, insbesondere als Zeolithfilter 50 ausgebildet.
Insbesondere weist auch der zweite Entfeuchter E1 ein Gehäuse E1a
sowie einen Heizanschluss E1b auf. Bei Strömungsrichtung entlang der offenen
Pfeile wird aus ausgehend von dem ersten Ventil V1 zunächst der
erste Entfeuchter E1, dann der Feuchtetauscher 30 und anschließend der
zweite Entfeuchter E2 durchströmt,
bevor das Kältemittel
durch das zweite Ventil V2 wieder in das Rohr 10 der Kälteanlage überführt wird.
Bei dieser Ausführungsform
sind jedoch zusätzlich
ein drittes Ventil V3 zwischen dem ersten Ventil V1 und dem ersten
Entfeuchter E1 sowie eine viertes Ventil V4 zwischen dem zweiten
Entfeuchter E2 und dem zweiten Ventil V2 angeordnet. Bei dem dritten
V3 und dem vierten Ventil V4 handelt es sich um Dreiwegeventile,
so dass über
das dritte Ventil V3 alternativ entweder der erste Entfeuchter E1
oder der zweite Entfeuchter E2 hinter das erste Ventil V1 und über das
vierte Ventil V4 alternativ der zweite Entfeuchter E2 oder der erste
Entfeuchter E1 vor das zweite Ventil V2 geschaltet werden können. Dadurch wird
es ermöglicht,
die Strö mungsrichtung
zwischen dem dritten Ventil V3 und dem vierten Ventil V4 durch die
Bypassleitung 20 umzukehren, so dass entweder entlang der
offenen Pfeile in 3 zunächst der erste Entfeuchter
E2 und dann der zweite Entfeuchter E2 oder alternativ entlang der
geschlossenen Pfeile in 3 zunächst der zweite Entfeuchter
E2 und dann der erste Entfeuchter E1 mit dem Kältemittel durchströmt wird.
Insbesondere in Kombination mit dem zwischen den beiden Entfeuchtern
E1, E2 angeordneten zusätzlichen
Feuchtetauscher 30 ergibt sich damit folgende bevorzugte
Betriebsweise. Zunächst
strömt
das Kältemittel
entlang der offenen Pfeile erst durch den ersten Entfeuchter E1,
in welchem der Großteil
der in dem Kältemittel
enthaltenen Feuchtigkeit durch den Zeolithfilter 50 aus
dem Kältemittel
entzogen wird. Diese Feuchtigkeit wird in dem Zeolithfilter 50 gespeichert.
Restfeuchte kann entweder über
den zusätzlichen
Feuchtetauscher 30, falls der Feuchtegradient groß genug
ist, oder über den
zweiten Entfeuchter E2 effektiv aus dem Kältemittel entzogen werden,
so dass ein erhöhter
Trocknungsgrad des Kältemittels
erreicht wird. Über
den Feuchtesensor 22 wird die Feuchtigkeit des Kältemittels überprüft. Somit
oder mit Hilfe von zusätzlichen Messsonden
an den Entfeuchtern E1, E2 kann überprüft werden,
welcher Sättigungsgrad
des ersten Entfeuchters E1 bereits erreicht wird. Ist der entsprechende
Sättigungsgrad
des Entfeuchters E1 erreicht, kann durch das Drosselventil 24 die
Kältemitteldurchflussmenge
durch Drosselung reduziert oder gestoppt werden, wobei auch das
erste Ventil V1 und das zweite Ventil V2 gegebenenfalls zur erhöhten Sicherheit
geschlossen werden können.
Anschließend wird
der erste Entfeuchter E1 über
den Heizanschluss E1b aufgeheizt, beispielsweise auf etwa 200°C. Durch
das Aufheizten wird das gesammelte Wasser aus dem Zeolithfilter 50 des
ersten Entfeuchters E1 ausgetrieben und zu dem Feuchtetauscher 30 transportiert.
Dort besteht nun ein genügend
großer
Feuchtegradient, um das Wasser effektiv über den Feuchtetauscher 30 abzuführen. Gegebenenfalls
im Kältemittel
verbleibende Restfeuchte wird über
den zweiten Entfeuchter E2 aufgenommen. Nachdem der erste Entfeuchter
E1 auf diese Weise getrocknet wurde, werden nun die dritten Ventile
V3 und das vierte Ventil V4 derart umgelegt, dass anschließend die
Strömung
durch die Bypassleitung entlang der geschlossenen Pfeile und somit
in entgegengesetzter Strömungsrichtung
durch den Abschnitt der Bypassleitung 20 zwischen dem dritten Ventil
V3 und dem vierten Ventil V4 verläuft, so dass zunächst der
zweite Entfeuchter E2 dann der zusätzliche Feuchtetauscher 30 und
schließlich
der erste Entfeuchter E1 von dem Kältemittel durchströmt werden.
Dadurch wird nun der zweite Entfeuchter E2 vorwiegend mit Wasser
aus dem Kältemittel
beladen, während
der zusätzliche
Feuchtetauscher 30 kaum in Funktion tritt und der erste
Entfeuchter E1 die Restfeuchte aus dem Kältemittel aufnimmt. Auf diese Weise
kann ein maximaler Austausch und ein möglichst effektiver Trocknungsgrad
des Kältemittels
sowie ein hoher Trocknungsgrad der Entfeuchter E1, E2 erreicht werden,
ohne die Bypassleitung 20 oder gar die Kälteanlage öffnen zu
müssen.
Insbesondere muss auch der Betrieb der Kälteanlage nicht eingestellt
werden.
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Über den
Feuchtetauscher 30 wird in den in 3 dargestellten
Ausführungsbeispielen
das Wasser derart abgeführt,
dass es beispielsweise aus der feuchtedurchlässigen Membran 32 nach
außen
heraustropft oder ausgast. Die Membran 32 ist dabei derart
ausgestaltet, dass sie lediglich für Wasser durchlässig ist,
nicht jedoch für
das in der Kälteanlage
strömende
Kältemittel,
und kann beispielsweise aus Nafion gefertigt oder als Zeolith-Molekularsieb ausgebildet
sein.
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Um
den Feuchtegradienten über
der Membran 32 zu erhöhen,
kann beispielsweise auf der der Kälteanlage abgewandten Seite
der Membran 32 eine Vorrichtung zur Erzeugung von Unterdruck
angeordnet werden, so dass sich auch der Feuchtegradient erhöht und mehr
Wasser durch die Membran 32 nach außen tritt. Alternativ kann
auch ein Trockenmittel an der der Kälteanlage abgewandten Seite
der Membran 32 vorbeigeführt werden, um den Feuchtegradienten
zu erhöhen.
Dies kann beispielsweise mit einer fünften Ausführungsform der Erfindung erreicht werden,
wie sie in 5 dargestellt ist. In diesem Ausführungsbeispiel
ist auf der der Kälteanlage
abgewandten Seite der Membran 32 eine Trockenmittelzufuhreinrichtung
angeordnet, die beispielsweise alternativ in der Bereitstellung
eines komprimierten Gases wie Stickstoff oder Luft über eine
Gaszufuhr 41 oder in einer Umgebungsluftzufuhr 42 mit
Hilfe eines geeigneten Verdichters bestehen kann. Die Trockenmittelzufuhreinrichtung 40 führt das
entsprechende Trockenmittel, beispielsweise das Gas wie Stickstoff
oder die Luft an der der Kälteanlage
abgewandte Seite der Membran 32 des zusätzlichen Feuchtetauschers 30 vorbei
in eine Trockenmittelabfuhr 44. Um das Trockenmittel in
einem Kreislauf zu halten, kann das in der Trockenmittelabfuhr 44 gelangte
Trockenmittel der Trockenmittelzufuhreinrichtung wieder zugeführt werden.
Das Trockenmittel kann jedoch auch lediglich nach einmaligem Gebrauch
abgeführt
werden.
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Zwischen
der Trockenmittelzufuhreinrichtung 40 und der Membran 32 ist
ein dritter Entfeuchter E3 angeordnet, welcher vorzugsweise ebenfalls als
Feuchtefilter, insbesondere Zeolithfilter 50, ausgebildet
ist. Dabei weist auch der dritte Entfeuchter E3 ein Gehäuse E3a
und einen Heizanschluss E3b auf. In dem Zeolithfilter 50 wird
das zugeführte
Trockenmittel zusätzlich
entfeuchtet, bevor es an die Membran 32 geführt wird,
um den Feuchtegradienten über
der Membran 32 weiter zu erhöhen.
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Vorzugsweise
ist zwischen der Membran 32 und der Trockenmittelabfuhr 44 ein
vierter Entfeuchter E4 angeordnet, der insbesondere ebenfalls als Feuchtefilter,
insbesondere als Zeolithfilter 50 ausgebildet ist. Dabei
weist auch der vierte Entfeuchter E4 ein Gehäuse E4a und einen Heizanschluss
E4b auf.
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Zwischen
der Trockenmittelzufuhreinrichtung 40 und dem dritten Entfeuchter
E3 ist ein fünftes Ventil
V5 angeordnet, während
zwischen dem vierten Entfeuchter E4 und der Trockenmittelabfuhr 44 ein sechstes
Ventil V6 angeordnet ist. Das fünfte
Ventil V5 und das sechste Ventil V6 sind ebenfalls als Dreiwegeventil
ausgebildet, so dass über
das fünfte
Ventil V5 alternativ der dritte Entfeuchter E3 oder der vierte Entfeuchter
E4 hinter die Trockenmittelzufuhreinrichtung 40 geschaltet
werden kann, während über das
sechste Ventil V6 alternativ der vierte Entfeuchter E4 oder der
dritte Entfeuchter E3 vor die Trockenmittelabfuhr 44 geschaltet
werden kann. Dadurch ist auch in dieser Anordnung wiederum wie durch
die offenen bzw. geschlossenen Pfeile angedeutet eine Umkehr der
Strömungsrichtung
durch den Trockenmittelkreislauf möglich. Weiterhin sind auch
der dritte Entfeuchter E3 und der vierte Entfeuchter E4 heizbar
ausgebildet. Dadurch ist folgendes Verfahren zur Trocknung des Trockenmittels
und Trocknung des dritten Entfeuchters E3 und des vierten Entfeuchters
E4 möglich.
Zunächst
wird über
die Trockenmittelzufuhreinrichtung 40 entlang der offenen
Pfeile das Trockenmittel in den ersten Entfeuchter E3 geführt, wo
das Trockenmittel entfeuchtet wird, so dass der dritte Entfeuchter
E3 mit Feuchtigkeit beladen wird. An der Membran 32 nimmt
das Trockenmittel jedoch wiederum Feuchtigkeit auf, welche in dem
vierten Entfeuchter E4 ausgefiltert werden kann, falls das Trockenmittel
wieder an die Membran 32 geführt wer den soll. Alternativ
kann der der Membran 32 nachgeschaltete Entfeuchter E4
zusätzlich
beheizt werden, um die von dem Trockenmittel aufgenommene Feuchte
durchzulassen und die bereits aufgenommene Feuchte auszutreiben. Über ein
zusätzliches
Ventil kann alternativ auch der jeweils der Membran 32 nachgeschaltete
Entfeuchter E3, E4 vollständig
aus dem Trockenmittelstrom ausgeschaltet werden, um auf diese Weise
Heizkosten zu sparen. Prinzipiell ist somit auch möglich, lediglich
einen Entfeuchter in dem Trockenmittelkreis anzuordnen.
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Erreicht
einer der beiden Entfeuchter E3, E4 seinen Sättigungsgrad, werden die Ventile
V5, V6 derart geschaltet, dass der entsprechende Entfeuchter E3,
E4 vor die Trockenmittelabfuhr 44 geschaltet wird. Der
entsprechende Entfeuchter E3, E4 wird anschließend aufgeheizt, so dass die
Feuchtigkeit in Richtung auf die Trockenmittelabfuhr 44 abgeführt werden
kann, ohne an der Membran 32 vorbeigeführt zu werden und dort gegebenenfalls
zu bewirken, dass Feuchtigkeit in die Bypassleitung 20 eingetragen
wird.
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Ein
viertes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in 4 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel
sind in der Bypassleitung 20 ein erster Entfeuchter E1' und ein zweiter
Entfeuchter E2' angeordnet.
Bei Strömungsrichtung
entlang der offenen Pfeile strömt
das Kältemittel
ausgehend von dem ersten Ventil V1 zunächst durch den ersten Entfeuchter
E1' und anschließend durch
den zweiten Entfeuchter E2', bevor
es über
das zweite Ventil V2 wieder in das das Kältemittel führende Rohr 10 der
Kälteanlage
zugeführt
wird. Zwischen dem ersten Entfeuchter E1' und dem ersten Ventil V1 ist wiederum
das als Dreiwegeventil ausgebildete dritte Ventil V3 angeordnet, über welches
alternativ der erste Entfeuchter E1' oder der zweite Entfeuchter E2' hinter das erste
Ventil V1 geschaltet werden kann. Zwischen dem zweiten Entfeuchter
E2' und dem zweiten
Ventil V2' ist wiederum das
als Dreiwegeventil ausgebildete vierte Ventil V4 angeordnet, über welches
alternativ der erste Entfeuchter E1' oder der zweite Entfeuchter E2' vor das zweite Ventil
V2 geschaltet werden kann, so dass bei entsprechender Schaltung
der beiden Ventile V3, V4 die Strömungsrichtung derart umgekehrt
werden kann, dass zwischen den beiden Ventilen V3, V4 die Strömung auch
entlang der geschlossenen Pfeile in umgekehrter Richtung zunächst durch
den zweiten Entfeuchter E2' und
anschließend
durch den ersten Entfeuchter E1' erfolgen
kann.
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Die
beiden Entfeuchter E1',
E2' sind als poröses Keramikrohr 52 mit
einer Zeolithbeschichtung 54 auf der Innenseite des Keramikrohrs 52 ausgestattet.
Durch die Zeolithbeschichtung wird sichergestellt, dass lediglich
Wasser durch das Keramikrohr 52 durchtreten kann, das Kältemittel
jedoch innerhalb der Zeolithbeschichtung 54 durch das Keramikrohr 52 strömt und somit
nicht aus der Bypassleitung 20 austreten kann. Das Keramikrohr
dient somit im Wesentlichen als Trägerkeramik für die Zeolithbeschichtung 54.
Wird als Trägerkeramik
beispielsweise eine PTC-Keramik verwendet, kann diese zusätzlich als Heizung
eingesetzt werden. Die Zeolithbeschichtung 54 fungiert
im Wesentlichen als Feuchtetauscher.
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Der
erste Entfeuchter E1' und
der zweite Entfeuchter E2' finden
sich in einer Kammer 70, in welcher die durch die Zeolithbeschichtung 54 getretene Feuchtigkeit
gesammelt und welche vorzugsweise beim Ausheizen über eine
Pumpe 60 entleert wird, um einen genügend hohen Feuchtegradienten
an der Zeolithbeschichtung 54 bereitzustellen. Insbesondere
kann dabei die Feuchtigkeit in einem Behälter 62 heraustropfen
und über
die Pumpe 60 entfernt werden. Im normalen Betrieb muss
die Pumpe 60 nicht notwendigerweise permanent laufen. Um
dann jedoch zu verhindern, dass Feuchtigkeit aus dem Behälter 62 wieder
zurück
durch die Zeolithbeschichtung in das Kältemittel eintreten kann, ist
vorzugsweise zwischen der Kammer 70 und dem Behälter 62 ein Ventil
angeordnet, welches beim Betrieb geschlossen ist und nur während der
Ausheizphasen geöffnet ist.
Da vor dem Schließen
des Ventils durch die Pumpe 60 ein Unterdruck in der Kammer 70 erzeugt
wird, befindet sich lediglich ein sehr geringer Luftanteil in der
Kammer 70, der keinen nennenswerten Eintrag von Feuchtigkeit
zurück
in das Kältemittel
während des
Betriebs verursacht.
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Die
Kammer 70 kann alternativ auch beim normalen Betrieb mit
trockener Luft oder einem anderen Trockenmittel gespült werden,
um den Feuchtegradienten an der Zeolithbeschichtung 54 ausreichend
hoch zu halten. Dabei kann insbesondere die Luft wiederum mit eine
Vorrichtung vergleichbar der auf der Kälteanlage abgewandten Seite
der Membran 32 des Feuchtetauschers 30 des Ausführungsbeispiels
in 5 dargestellten Vorrichtung getrocknet werden.
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Die
Kammer 70 kann ihrerseits auch eine wasserdurchlässige Membran
aufweisen, welche auf der der Entfeuchter E1', E2' abgewandten
Seite mit einer entsprechenden Vorrichtung zur Erhöhung des Feuchtegradienten
ausgestattet sein kann, so dass die Kammer 70 eine zusätzliche
Schutzwand darstellt, falls durch die Zeolithbeschichtung 54 Kältemittel
austreten sollte. Sollten Poren in der Zeolithbeschichtung 54 zu
einem Kältemitteldurchlass
führen, ist
dies beispielsweise durch einen Druckanstieg in der Kammer 70 während der
Trocknungsphase erkennbar, so dass das ausgetretene Kältemittel über einen
weiteren in der Kammer 70 angeordneten nicht dargestellten
Entfeuchter trocken abgesaugt und gesammelt werden könnte.
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Um
den Trocknungsgrad der Entfeuchter E1', E2' weiter
zu erhöhen,
ist in dem Keramikrohr 52 ein Zeolithgranulat 56 angeordnet,
welches von dem Kältemittel
umströmt
wird und dabei Feuchtigkeit aus dem Kältemittel entzieht. Da das
Zeolithgranulat 56 somit als Feuchtefilter fungiert, stellen
in dieser Ausführungsform
die Entfeuchter E1',
E2' einen Feuchtefilter
mit integrierten Feuchtetauscher dar. Erreicht das Zeolithgranulat 56 eine
Sättigung,
können
die ersten Entfeuchter E1' und
der zweite Entfeuchter E2' wiederum
beheizbar ausgebildet sein, um gezielt die Feuchtigkeit über die
Zeolithbeschichtung 54 nach außen abzugeben.
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- 10
- Rohr
- 15
- Verdichter
- 20
- Bypassleitung
- 22
- Feuchtesensor
- 24
- Drosselventil
- V1
- erstes
Ventil
- V2
- zweites
Ventil
- V3
- drittes
Ventil
- V4
- viertes
Ventil
- V5
- fünftes Ventil
- V6
- sechstes
Ventil
- E1
- erster
Entfeuchter
- E1'
- erster
Entfeuchter
- E1a
- Gehäuse
- E1b
- Heizanschluss
- E2
- zweiter
Entfeuchter
- E2'
- zweiter
Entfeuchter
- E2a
- Gehäuse
- E2b
- Heizanschluss
- E3
- dritter
Entfeuchter
- E3a
- Gehäuse
- E3b
- Heizanschluss
- E4
- vierter
Entfeuchter
- E4a
- Gehäuse
- E4b
- Heizanschluss
- E5
- fünfter Entfeuchter
- 30
- Feuchtetauscher
- 32
- Membran
- 40
- Trockenmittelzufuhreinrichtung
- 41
- Gaszufuhr
- 42
- Umgebungsluftzufuhr
- 44
- Trockenmittelabfuhr
- 50
- Zeolithfilter
- 52
- Keramikrohr
- 54
- Zeolithbeschichtung
- 56
- Zeolithgranulat
- 60
- Pumpe
- 62
- Behälter
- 70
- Kammer