DE102009002047A1

DE102009002047A1 - Verfahren zum Steuern der Kühlphase eines zu kühlenden Behälters einer warmregenerierenden Adsorptionsanlage und Vorrichtung einer warmregenerierenden Adsorptionsanlage zum Durchführen eines derartigen Verfahrens

Info

Publication number: DE102009002047A1
Application number: DE102009002047A
Authority: DE
Inventors: Andreas Fredenhagen
Original assignee: Kaeser Kompressoren GmbH
Current assignee: KAESER KOMPRESSOREN SE, DE
Priority date: 2009-03-31
Filing date: 2009-03-31
Publication date: 2010-10-14
Anticipated expiration: 2029-04-01
Also published as: DE102009002047B4; US20100242504A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Steuern der Kühlphase eines zu kühlenden Behälters einer warmregenerierenden Adsorptionsanlage, mit folgenden Verfahrensschritten: Festlegen einer Kühlphasen-Abschalttemperatur (T) in Abhängigkeit mindestens eines den Kühlprozess charakterisierenden Parameters, Erfassen der Austrittstemperatur (T) eines aus dem zu kühlenden Behälter austretenden Kühlfluides mittels einer Austrittstemperatur-Erfassungseinrichtung und Beenden der Kühlphase für den Fall, dass die erfasste Austrittstemperatur (T) des austretenden Kühlfluides die festgelegte Kühlphasen-Abschalttemperatur (T) unterschreitet. Des Weiteren schafft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung einer warmregenerierenden Adsorptionsanlage zum Steuern der Kühlphase eines zu kühlenden Behälters gemäß diesem Verfahren.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Steuern der Kühlphase eines zu kühlenden Behälters einer warmregenerierenden Adsorptionsanlage und auf eine Vorrichtung einer warmregenerierenden Adsorptionsanlage zum Durchführen eines derartigen Verfahrens.
Obwohl auf beliebige Adsorptionsverfahren anwendbar, bei denen ein warmregenerierendes Adsorptionsmittel gekühlt werden muss, werden die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf eine Adsorptionsanlage näher erläutert, welche einen Trockner mit Verdichterwärmenutzung darstellt.
Anlagen zur adsorptiven Gasreinigung, bei denen mindestens zwei mit Adsorptionsmittel gefüllte Behälter abwechselnd zur Entfernung einer adsorbierbaren Komponente aus einem Prozessgas durchströmt werden, werden in vielen industriellen Prozessen eingesetzt. Beispielhaft sei hier die Entfeuchtung von Druckluft, Stickstoff, Erdgas oder Gasen aus chemischen Produktionsprozessen erwähnt. Die adsorbierte Komponente muss aus dem jeweiligen Adsorptionsmaterial wieder während der Zeit entfernt werden, in welcher ein Behälter jeweils nicht zur Gasreinigung eingesetzt wird. Dies kann beispielsweise mittels Spülen mit einem sehr reinen Regenerationsgastrom erfolgen, welcher die adsorbierte Komponente aufnehmen kann. Bei ungiftigen Druckgasen kann dieser Regenerationsgasstrom durch Entspannung eines Teils des bereits gereinigten Gas stroms erzeugt werden. Dieses Verfahren wird als Pressure-Swing-Adsorption bezeichnet und wird unter anderem bei kaltregenerierenden Drucklufttrocknern realisiert.
Energieeffizientere, jedoch apparativ aufwändigere Regenerationsverfahren desorbieren die adsorbierte Komponente durch Wärmezufuhr, da bei höheren Temperaturen die Adsorptionskapazität des Adsorptionsmittels stark abnimmt. Hierfür kann entweder eine externe Wärmequelle oder bei verdichteten Gasen die Verdichtungswärme verwendet werden. Im ersten Fall wird die Regeneration in der Regel bei atmosphärischem Druck mit einem Gebläse durchgeführt, wie beispielsweise in der Druckschrift DE 39 15 673 C2 beschrieben, und im zweiten Fall bei Betriebsdruck unter direkter Verwendung des verdichteten Gases als Wärmeträger, wie beispielsweise in der Druckschrift DE 37 02 845 A1 beschrieben. Nach Abschluss des Desorbierens muss das Adsorptionsmittel wieder auf die Adsorptionsprozesstemperatur abgekühlt werden. Als Kühlmedium können hierfür Umgebungsluft, im Kreislauf durch einen Kühler geführtes Gas oder, insbesondere im Falle der Verdichterwärmenutzung, verdichtetes und gekühltes Prozessgas eingesetzt werden.
Vor einem Eintritt des Prozessgases in den Behälter, in welchem adsorbiert wird, und bei Prozessen mit Verdichterwärmenutzung auch während der Kühlphase vor einem Eintritt des Kühlgases in den zu kühlenden Behälter kann ein Teil der zu entfernenden Komponente durch Kondensation und Abscheidung entfernt werden. Die Restkonzentration der zu entfernenden Komponente nach dieser Abscheidung hängt bei entsprechend hoher Ausgangskonzentration direkt von der Temperatur ab, auf welche das Kühlgas gekühlt wird. Bei ungünstigeren Kühlbedingungen ist daher diese Restkonzentration an zu entfernender Komponente entsprechend höher als bei günstigen Kühlbedingungen, sodass eine größere Menge an zu adsorbierender Komponente pro Kubikmeter Prozessgas adsorbiert werden muss. Dadurch steigt nachteilig auch der Bedarf an Regenerationsenergie pro Kubikmeter Prozessgas. Bei konstanter Regenerationstemperatur und konstantem Regenerationsvolumenstrom steigt daher das Verhältnis von Regenerationszeit zur verfügbaren Gesamtadsorptionszeit.
Dies kann nachteilig dazu führen, dass die Zeit, welche für die Adsorption zur Verfügung steht, nicht mehr ausreicht, um den zu kühlenden Behälter ausreichend zu regenerieren und abzukühlen. In diesen Fallen kann es zu einem sogenannten Durchbruch kommen, bei welchem ein Konzentrationsanstieg der zu entfernenden Komponente am Anlagenaustritt entsteht, falls die Adsorptionsphase des weiteren Behälters nicht rechtzeitig beendet werden kann, da die Kühlphase des zu kühlenden Behälters noch nicht abgeschlossen ist.
Ziel ist es daher, eine möglichst kurze Mindestzykluszeit zu erreichen, um somit ein frühzeitiges Umschalten zu gewährleisten und um die Gefahr eines derartigen Durchbruchs zu verringern. Die Mindestzykluszeit eines Behälters ergibt sich im Wesentlichen aus der Summe von Desorptionsphase und Kühlphase. Folglich ist eine möglichst kurze Kühlphase wünschenswert.
Bei den der Anmelderin bekannten Verfahren mit einer konstant gewählten Kühlphasen-Abschalttemperatur dauert die Kühlphase somit nachteilig umso länger, je höher die Eintrittstemperatur der Kühlluft ist, da ein Temperaturausgleich bis unter die konstante Kühlphasen-Abschalttemperatur länger andauert, da sich die Austrittstemperatur stärker an die Eintrittstemperatur des Kühlfluides anpassen muss.
In der Praxis muss die Kühlphasen-Abschalttemperatur zum Erreichen einer gewissen Betriebssicherheit auch bei ungünstigen Bedingungen derart hoch gesetzt werden, dass bei diesen ungünstigen Bedingungen eine ausreichend kurze Kühlzeit zum verhindern des oben genannten Durchbruchs erreicht wird. Dies birgt allerdings den Nachteil in sich, dass in allen anderen Betriebssituationen das Beenden der Kühlphase bei dieser ho hen Kühlphasen-Abschalttemperatur zu unnötigen Temperatur- und Drucktaupunktpeaks führt.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Steuern der Kühlphase eines zu kühlenden Behälters einer warmregenerierenden Adsorptionsanlage sowie eine derartige verbesserte Adsorptionsanlage zur Verfügung zu stellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Verfahren mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 8 sowie die Vorrichtungen mit den Merkmalen der Patentansprüche 15 bzw. 18 gelöst.
Die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegende Idee besteht darin, dass zunächst eine Kühlphasen-Abschalttemperatur in Abhängigkeit mindestens eines den Kühlprozess charakterisierenden Parameters festgelegt wird, wobei die Austrittstemperatur eines aus dem zu kühlenden Behälter austretenden Kühlfluides mittels einer Austrittstemperatur-Erfassungseinrichtung erfasst wird und für den Fall die Kühlphase beendet wird, dass die erfasste Austrittstemperatur des austretenden Kühlfluides die festgelegte Kühlphasen-Abschalttemperatur unterschreitet.
Somit weist die vorliegende Erfindung gegenüber den bekannten Ansätzen gemäß dem Stand der Technik den Vorteil auf, dass die Kühlphase in Abhängigkeit der augenblicklich vorherrschenden Kühlbedingungen steuerbar ist und somit ein unerwünschter Durchbruch verhindert werden kann, ohne die Kühlphasen-Abschalttemperatur unnötig auf zu hoch angesetzte Werte setzen zu müssen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist die jeweilige Kühlphasen-Abschalttemperatur an die aktuell vorherrschenden Kühlbedingungen entsprechend angepasst und gewährleistet eine optimal ausgelegte Kühlphasensteuerung.
Des Weiteren liegt der vorliegenden Erfindung die analoge Idee zugrunde, dass zunächst ein Kühlphasen-Abschalttemperaturgradient festgelegt wird, anschließend der Temperaturgradient eines aus dem zu kühlenden Behälter austretenden Kühlfluides in Abhängigkeit der Zeit mittels einer Austrittstemperatur-Erfassungseinrichtung erfasst wird und die Kühlphase für den Fall beendet wird, dass der erfasste Temperaturgradient des austretenden Kühlfluides den festgelegten Kühlphasen-Abschalttemperaturgradienten unterschreitet.
Dieses Verfahren bietet ferner den Vorteil, dass vorab lediglich ein konstanter Kühlphasen-Abschalttemperaturgradient festgelegt werden muss, der als Schwellwert für eine entsprechende Kühlphasensteuerung dient. Somit sind weitere Parameterberechnungen und -messungen nicht notwendig. Folglich besteht der Vorteil darin, dass bei bestimmten Bedingungen auf einfache Weise eine verbesserte Kühlphasensteuerung gewährleistet wird.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen der in den Patentansprüchen 1 und 8 angegebenen Verfahren sowie der in den Patentansprüchen 15 und 18 angegebenen Vorrichtungen.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird die Kühlphasen-Abschalttemperatur in Abhängigkeit mindestens eines mittels einer Erfassungseinrichtung kontinuierlich oder zumindest periodisch erfassten, den Kühlprozess charakterisierenden Parameters dynamisch festgelegt, insbesondere mittels eines Parameters des Kühlfluides zum Kühlen des Behälters. Vorzugsweise werden vorab die Parameter ausgewählt, welche die augenblicklich vorherrschenden Kühlbedingungen am ausgeprägtesten mitbestimmen, wobei diese Parameter für die Festlegung der Kühlphasen-Abschalttemperatur herangezogen werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird die Eintrittstemperatur des Kühlfluides mittels einer Eintrittstem peratur-Erfassungseinrichtung kontinuierlich oder zumindest periodisch erfasst und für die dynamische Festlegung der Kühlphasen-Abschalttemperatur mitberücksichtigt, wobei der Kühlprozess für den Fall beendet wird, dass die aktuell erfasste Austrittstemperatur des austretenden Kühlfluides die aktuell festgelegte Kühlphasen-Abschalttemperatur unterschreitet. Dadurch wird ein wesentlicher Parameter für die vorherrschenden Kühlbedingungen, nämlich die Eintrittstemperatur des Kühlfluides, erfasst und entsprechend mitberücksichtigt derart, dass eine geeignete und dynamische Kühlphasensteuerung gewährleistet wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung wird die adiabate Adsorptionstemperaturerhöhung des Kühlfluides kontinuierlich oder zumindest periodisch bestimmt und für die dynamische Festlegung der Kühlphasen-Abschalttemperatur mitberücksichtigt. Hierdurch kann vorteilhaft die zusätzliche Temperaturerhöhung des Kühlfluides aufgrund der entstehenden Adsorptionswärme mitberücksichtigt werden, falls im Kühlfluid die zu entfernende Komponente enthalten ist. Dies ist insbesondere bei Trocknern der Fall, welche Umgebungsluft oder Prozessgas zur Kühlung des zu kühlenden Behälters nach der Regenerationsphase verwenden.
Ferner wird beispielsweise zum Bestimmen der adiabaten Adsorptionstemperaturerhöhung des Kühlfluides die Beladung des Kühlfluides mit der zu entfernenden Komponente beim Eintreten in den zu kühlenden Behälter kontinuierlich oder zumindest periodisch bestimmt und mitberücksichtigt, beispielsweise durch kontinuierliches oder periodisches Messen der Eintrittstemperatur des in den Behälter eintretenden Kühlfluides, der relativen Feuchte des in den Behälter eintretenden Kühlfluides, des Druckes des Kühlfluides während des Kühlprozesses, der Dichte und/oder der absoluten Feuchte des in den Behälter eintretenden Kühlfluides. Hierdurch wird eine ausreichend genaue Bestimmung der adiabaten Adsorptionstempera turerhöhung gewährleistet, so dass die Kühlphase optimal in Abhängigkeit des bestimmten Wertes gesteuert werden kann.
Vorzugsweise wird die Kühlphasen-Abschalttemperatur um einen vorbestimmten Wert oberhalb der bestimmten adiabaten Adsorptionstemperaturerhöhung festgelegt. Beispielsweise kann hierfür eine Temperatur gewählt werden, die um einen vorgegebenen konstanten Betrag oberhalb der jeweils erfassten adiabaten Adsorptionstemperatur als Kühlphasen-Abschalttemperatur festgelegt wird.
Ferner können alternativ oder zusätzlich eine oder mehrere der den Kühlprozess charakterisierenden Parameter abgeschätzt werden, wobei diese Abschätzungen für die kontinuierliche oder zumindest periodische Bestimmung der Kühlphasen-Abschalttemperatur verwendet werden. Dies bietet den Vorteil, lediglich einen oder wenige Parameter zum Bestimmen der augenblicklich vorherrschenden Kühlbedingungen messen zu müssen, wobei diese Messwerte in Verbindung mit den verwendeten Abschätzungen zuverlässige Werte für die Kühlphasen-Abschalttemperatur liefern.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung werden für den Fall eines Festlegens eines Kühlphasen-Abschalttemperaturgradienten die Austrittstemperatur und somit der zeitabhängige Temperaturgradient des aus dem zu kühlenden Behälter austretenden Kühlfluides kontinuierlich oder zumindest periodisch erfasst. In diesem Fall wird aus der kontinuierlich oder periodisch ermittelten Austrittstemperatur des Kühlfluides die Abnahmerate der Austrittstemperatur des Kühlfluides ermittelt und die Kühlphase entsprechend dann beendet, falls der ermittelte Temperaturgradient den vorab festgelegten Kühlphasen-Abschalttemperaturgradienten unterschreitet. Dieses Verfahren bietet den Vorteil, dass vorab lediglich ein konstanter Kühlphasen-Abschalttemperaturgradient festgelegt werden muss, der als Schwellwert für eine entsprechende Kühlphasensteuerung dient. Somit sind zusätzliche Parameterberechnungen und -messungen nicht weiter notwendig.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird zusätzlich zu den erläuterten Schwellwertkriterien eine vorbestimmte Nachlaufzeit, eine vorbestimmte Mindestkühlphasenlänge, eine vorbestimmte Kühlphasenstartzeit und/oder eine vorbestimmte maximale Kühlphasen-Abschalttemperatur bei der Steuerung des Kühlprozesses mitberücksichtigt. Somit kann eine Verwendung eventuell nicht repräsentativer Daten und/oder eine Beschädigung von Systemkomponentenverhindert werden.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird als Kühlfluid ein Kühlgas, insbesondere Umgebungsluft, das verdichtete und gekühlte Prozessgas der Adsorptionsanlage oder ein extern zugeführtes Kühlgas, verwendet. Somit kann in Abhängigkeit der Adsorptionsanlage und des jeweiligen Anwendungsfalls ein entsprechendes Kühlmedium ausgewählt werden. Im Falle einer warmregenerierenden Adsorptionsanlage bietet sich als Kühlgas insbesondere das verdichtete und gekühlte Prozessgas an, so dass ein zusätzlicher Prozessgasstrom nicht weiter erforderlich ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung wird durch das Kühlfluid ein sich in dem zu kühlenden Behälter befindliches Adsorptionsmittel gekühlt. Nach Abkühlung des Adsorptionsmittels steht dieses einem erneuten Adsorptionsprozess der Anlage zur Verfügung.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine Steuereinheit vorgesehen, welche kontinuierlich oder zumindest periodisch die erfassten Daten der einzelnen Erfassungseinrichtungen erfasst und die Kühlphase in Abhängigkeit dieser erfassten Daten entsprechend steuert. Dadurch ist eine automatische Kühlphasensteuerung gewährleistet, ohne dass ein großer Aufwand des Benutzers erforderlich ist. Beispielsweise werden vorab Referenzwerte für bestimmte Parameter bestimmt, in einer mit der Steuereinrichtung gekoppelten Speichereinrichtung abgelegt und durch die Steuereinheit beim Bestimmen der einzelnen für die Steuerung notwendigen Werte mitberücksichtigt, beispielsweise werden vorab bestimmte Messkurven als Referenzwerte in der Speichereinrichtung hinterlegt und mitberücksichtigt.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Von den Figuren zeigen:
1 abgeschätzte Verläufe der Temperatur der eintretenden Kühlluft sowie der adiabaten Adsorptionstemperatur in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmediums zum Kühlen der Kühlluft gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 abgeschätzte Verläufe der Temperatur der eintretenden Kühlluft, der adiabaten Adsorptionstemperatur sowie ein gemessener Temperaturverlauf der austretenden Kühlluft in Abhängigkeit der Kühlzeit gemäß einer beispielhaften Messung der vorliegenden Erfindung;
3 abgeschätzte Verläufe der Temperatur des eintretenden Kühlgases sowie der adiabaten Adsorptionstemperatur zum Bestimmen einer linearen Approximation der Kühlphasen-Abschalttemperatur in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlmediums zum Kühlen des Kühlgases gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
4 die Verläufe der Temperatur des eintretenden Kühlgases sowie der adiabaten Adsorptionstemperatur in Abhängigkeit der Temperatur des Kühlure diums zum Kühlen des Kühlgases bei verschiedenen Druckzuständen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
5 die Verläufe der adiabaten Adsorptionstemperatur in Abhängigkeit der relativen Feuchte des eintretenden Kühlgases bei unterschiedlichen Kühllufteintrittstemperaturen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
Im Folgenden wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zunächst anhand der 1 und 2 näher erläutert.
Wie oben bereits ausgeführt, ergibt sich die Mindestzykluszeit eines Behälters einer warmregenerierenden Adsorptionsanlage im Wesentlichen aus der Summe der Zeitdauer für die Desorptionsphase und der Zeitdauer für die Kühlphase. Das Ende der Desorptionsphase wird beispielsweise dadurch bestimmt, dass eine vorab eingestellte Mindesttemperatur des bei der Desorption aus dem entsprechenden Behälter austretenden Kühlgases überschritten wird. Das Ende der Kühlphase gemäß dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel wird dadurch festgelegt, dass die Kühlphase dann beendet wird, falls die Temperatur T_{Kühl, aus} aus des bei der Kühlung aus dem zu kühlenden Behälter austretenden Kühlgases, beispielsweise in Form des verdichteten und gekühlten Prozessgases der Anlage, eine vorab dynamisch festgelegte Kühlphasen-Abschalttemperatur T_Kp-At unterschreitet. Zum Steuern der Kühlphase entsprechend den hier aufgestellten Grundsätzen ist es somit erforderlich, den Wert für die Kühlphasen-Abschalttemperatur T_Kp-At entsprechend dynamisch zu bestimmen.
Die erfindungsgemäße warmregenerierende Adsorptionsanlage weist gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel mehrere Sensoren zum Erfassen vorbestimmter Parameter auf, welche die augenblicklich vorherrschenden Kühlbedingungen mitbestimmen.
Insbesondere ist ein Temperatursensor zum Bestimmen der aktuellen Eintrittstemperatur T_{Kühl, ein} des in den zu kühlenden Behälter einströmenden Kühlgases vorgesehen und mit der zentral vorgesehenen Steuereinheit datenverbunden. In der vorliegenden Anmeldung wird unter ”Daten” jegliche Art der Information verstanden, also beispielsweise auch Strom- oder Spannungssignale, digitale Messsignale etc.
Falls die aus dem Adsorptionsmittel des Behälters zu entfernende Komponente bereits in dem Kühlgas enthalten ist, tritt eine Temperaturerhöhung des Kühlgases aufgrund der entstehenden Adsorptionswärme auf. Diese wird gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel in vorbestimmter Weise kontinuierlich ermittelt und zur dynamischen Bestimmung der Kühlphasen-Abschalttemperatur T_Kp-At mitberücksichtigt. Demgemäß sind nach dem vorliegenden Ausführungsbeispiel weitere Sensoren vorgesehen, welche einer Messung von weiteren Größen für eine Bestimmung oder zumindest Abschätzung einer etwaigen adiabaten Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad dienen. Hierzu sind auch diese zusätzlichen Sensoren mit der Steuereinheit derart datenverbunden, dass die Steuereinheit alle empfangenen Daten auswertet und unter Zuhilfenahme eines vorbestimmten Algorithmus aus diesen Daten die jeweils aktuelle Kühlphasen-Abschalttemperatur T_Kp-At unter Berücksichtigung der jeweiligen adiabaten Temperaturerhöhung bestimmt. Dies wird weiter unten ausführlicher erörtert.
Zudem ist vorzugsweise eine Speichereinrichtung als integraler Bestandteil der Steuereinheit oder als externe Speichereinheit vorgesehen, in welcher vorab festgelegte Algorithmen für die Bestimmung der Kühlphasen-Abschalttemperatur T_Kp-At oder eventuell herangezogene Referenzwerte oder dergleichen abgespeichert sind und von der Steuereinheit für eine geeignete Kühlphasensteuerung mit herangezogen werden können.
Ferner weist die Adsorptionsanlage gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel einen Temperatursensor zum Messen der aktuellen Austrittstemperatur T_Kühl,
aus des aus dem zu kühlenden Behälter austretenden Kühlgases auf, welcher wiederum vorzugsweise mit der Steuereinheit zum Übertragen der gemessenen Daten datenverbunden ist.
Beispielsweise wird, wie in 1 dargestellt ist, die aktuelle Eintrittstemperatur T_{Kühl, ein} des in den zu kühlenden Behälter eintretenden Kühlgases nicht direkt sondern indirekt dadurch bestimmt, dass die Temperatur des Kühlmediums zum Vorkühlen des Kühlgases gemessen wird und die eigentliche Eintrittstemperatur T_Kühl,
ein des in den Behälter eintretenden Kühlgases aus der gemessen Temperatur des Kühlmediums berechnet bzw. abgeschätzt wird. Gemäß dem in 1 dargestellten Beispiel wird die Eintrittstemperatur T_Kühl,
ein als 10 K über der erfassten Temperatur des Kühlmediums liegend angenommen. Dies ist in 1 durch die klein-gestrichelte Liniendarstellung graphisch dargestellt. Bevorzugt wird die aktuelle Eintrittstemperatur T_{Kühl, ein} des eintretenden Kühlgases direkt gemessen. An dieser Stelle sei erwähnt, dass die Messungen der einzelnen Parameter kontinuierlich, periodisch oder auch aperiodisch bzw. zu vorbestimmten Zeitpunkten durchgeführt werden können. Dies gilt selbstverständlich auch für die entsprechende Auswertung und Steuerung.
In 1 ist ferner durch die groß-gestrichelte Linie die Temperatur des Kühlgases graphisch dargestellt, im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Temperatur der verdichteten Druckluft, die sich ergäbe, falls die Druckluft ausschließlich durch die Adsorptionswärme des in der Druckluft enthaltenen Wassers, das heißt der zu adsorbierenden Komponente, erwärmt werden würde. Diese Temperatur wird im Folgenden als adiabate Adsorptionstemperatur T_Ad bezeichnet. Wird von einer 100%-igen Sättigung der Kühlluft bzw. Druckluft mit der zu adsorbierenden Komponente ausgegangen, reicht in diesem Falle die Bestimmung von Standardparametern zur Bestimmung der adi abaten Adsorptionstemperaturerhöhung aus. Beispielsweise kann in diesem Fall, wenn zusätzlich ein Minimaldruck angenommen wird, die adiabate Adsorptionstemperaturerhöhung als eindeutige Funktion der Eintrittstemperatur der Druckluft bzw. Kühlluft hinterlegt werden.
Die adiabate Adsorptionstemperatur T_Ad wird mittels eines vorbestimmten Algorithmus auf Basis von gemessenen und/oder abgeschätzten Größen ermittelt oder abgeschätzt, bzw. wird die adiabate Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad, das heißt die Temperaturerhöhung aufgrund einer etwaigen stattfindenden Adsorptionswärmeentwicklung, berechnet bzw. abgeschätzt. Die adiabate Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad entspricht in 1 dem Temperaturunterschied der Y-Achse zwischen der klein-gestrichelten Linie für die Eintrittstemperatur T_{Kühl, ein} des eintretenden Kühlgases und der groß-gestrichelten Linie für die adiabate Adsorptionstemperatur T_Ad.
Zur Berechnung der adiabaten Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad kann beispielsweise wie folgt verfahren werden. Die adiabate Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad hängt insbesondere von der Beladung x der Kühlluft im Falle des verdichteten Prozessgases mit zum Beispiel Wasserdampf ab, das heißt von der enthaltenen Masse Wasserdampf pro Masse Luft der Kühlluft. Die Beladung x hängt wiederum im Fall einer 100%-igen Sättigung von der vorherrschenden Temperatur der Kühlluft und des Drucks p des Kühlgases während des Kohlprozesses ab. Für den Fall einer Adsorption von Wasser durch das in dem Behälter befindliche Adsorptionsmittel ist die adiabate Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad umso ausgeprägter, je höher die Beladung x bei Kühlgaseintritt ist bzw. je höher die Eintrittstemperatur des Kühlgases bei konstantem Druck in dem zu kühlenden Behälter ist.
Beispielsweise kann die adiabate Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad wie folgt abgeschätzt werden, wobei die Ausgestal tung der warmregenerierenden Adsorptionsanlage im Folgenden exemplarisch als Drucklufttrockner angenommen wird:
und wobei:
dM(t)_{Wasser, ad} die Masse des adsorbierten Wassers pro Zeit darstellt;
dM(t)_{Wasser, ein} und dM(t)_Luft die eintretenden Massenströme von Wasser und Luft des eintretenden Kühlgases darstellen, wobei näherungsweise der Massenstrom von Wasser des eintretenden Kühlgases dM(t)_{Wasser, ein} = Masse an adsorbierten Wasser pro Zeit dM(t)_{Wasser, ad} gesetzt werden kann;
Δh_Ad die massenspezifische Adsorptionsenthalpie bei der Adsorption von Wasser an das sich in dem zu kühlenden Behälter befindliche Adsorptionsmittel bezeichnet und näherungsweise als konstant angenommen werden kann; und
c_{P, Luft} und c_{P,
Wasser, ad} die Wärmekapazitäten von Luft und von adsorbiertem Wasser darstellen.
Folglich ist die adiabate Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad näherungsweise eine Funktion der Beladung x des Kühlmittels. Um diese Beladung x und somit die adiabate Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad messtechnisch dynamisch bzw. kontinuierlich zu ermitteln, stehen eine Vielzahl von Möglichkeiten zur Verfügung. Beispielsweise kann zur Bestimmung der Beladung x die Temperatur, der Druck p sowie die relative Feuchte der in den zu kühlenden Behälter eintretenden Kühlluft kontinuierlich bestimmt werden. Alternativ oder zusätzlich können je doch auch die Dichte sowie die absolute Feuchte der in den zu kühlenden Behälter eintretenden Kühlluft kontinuierlich bestimmt werden.
Es ist allerdings auch vorstellbar, dass nicht sämtliche zur Ermittlung der Beladung x notwendigen Größen während des Kühlprozesses kontinuierlich gemessen werden, sondern dass eine oder mehrere der notwendigen Größen lediglich abgeschätzt werden. Ist beispielweise der Prozessdruck bzw. der Druck im Inneren des zu kühlenden Behälters bekannt, beispielsweise weil als Kühlgas das verdichtete Prozessgas mit bekanntem Systemdruck verwendet wird, kann die adiabate Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad beim niedrigsten dauerhaft möglichen Druck abgeschätzt werden. Dies ist insbesondere bei einem Kühlvorgang bei Atmosphärendruck sowie bei einem Kühlvorgang mit Prozessdruck geeignet, falls der minimale Systemdruck bekannt ist. Die adiabate Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad kann für einen gegebenen Druck mit hinreichender Genauigkeit beispielsweise durch Näherungsfunktionen wie Polgnome 2. Grades dargestellt werden. Es können auch vorab bestimmte Messkurven oder Näherungsfunktionen als Referenzwerte hinterlegt und von der Steuereinheit mitberücksichtigt werden. Die Kühlphasensteuerung kann daher vorzugsweise aufgrund der Abhängigkeit der adiabaten Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad vom Druck auf den niedrigsten vorgesehen Betriebsdruck eingestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann der vorherrschende Betriebsdruck auch mittels einer geeigneten Erfassungseinrichtung gemessen, an die Steuereinheit übertragen und von der Steuereinheit für die Berechnung der adiabaten Adsorptionstemperatur T_Ad bzw. der adiabaten Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad mitberücksichtigt werden.
Eine weitere mögliche Abschätzung der Beladung x kann geeignet für den Fall vorgenommen werden, dass die relative Feuchte der in den zu kühlenden Behälter eintretenden Kühlluft bekannt ist. Liegt beispielsweise eine sehr niedrige Feuchte der eintretenden Kühlluft vor, entsteht lediglich eine zu vernachlässigende Adsorptionswärme. Folglich kann zur Bestimmung der Kühlphasen-Abschalttemperatur T_Kp-At ein konstanter Betrag zu der gemessenen Eintrittstemperatur des Kühlgases addiert werden ohne weiterer Berücksichtung der adiabaten Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad.
Muss hingegen davon ausgegangen werden, dass die relative Feuchte der in den zu kühlenden Behälter eintretenden Kühlluft sehr hoch bzw. annährend 100% beträgt, wie dies zum Beispiel bei als Trocknern ausgebildeten Adsorptionsanlagen mit Verdichterwärmenutzung der Fall ist, kann die adiabate Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad als eindeutige Funktion der Eintrittstemperatur T_Kühl,
ein der Kühlluft hinterlegt werden. In diesem Fall wird vorzugsweise zusätzlich ein minimaler Systemdruck als vorherrschender Druck in dem zu kühlenden Behälter angenommen.
Nach einer erfolgten Bestimmung der adiabaten Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad mittels einer der oben genannten Methoden unter Zuhilfenahme vorbestimmter Messwerte oder Abschätzungen erfolgt eine Bestimmung der Kühlphasen-Abschalttemperatur T_Kp-At. Beispielsweise wird die Kühlphasen-Abschalttemperatur T_Kp-At als die Summe der gemessenen bzw. ermittelten Eintrittstemperatur T_Kühl,
ein der eintretenden Kühlluft, der bestimmten adiabaten Adsorptionstemperaturerhöhung ΔT_Ad und einer vorab festgelegten Abschalttemperaturdifferenz ΔT_R wie folgt festgelegt: TKp-At = TKühl, ein + ΔTAd + ΔTR
In 1 ist die Abschalttemperaturdifferenz ΔT_R auf 9 K exemplarisch festgesetzt worden. Allerdings ist es für einen Fachmann offensichtlich, dass die Abschalttemperaturdifferenz ΔT_R in Abhängigkeit des jeweiligen Anwendungsfalls entsprechend voreingestellt werden kann.
In 1 sind weiterhin Messpunkte für die Austrittstemperatur T_{Kühl, aus} der Kühlluft dargestellt, die bei Versuchen nach 20 Minuten Kühlzeit ermittelt wurden, was im vorliegenden Ausführungsbeispiel in etwa der Zeit entspricht, in der eine Luftmenge, deren Wärmekapazität etwa doppelt so groß ist wie die Wärmekapazität des Adsorptionsmittels, den zu kühlenden Behälter durchströmt hat. Die gemessenen Temperaturwerte liegen, wie in 1 ersichtlich, auf einer zu der berechneten adiabaten Adsorptionstemperatur parallelen Kurve, nämlich auf einer um 9 K parallel verschobenen Temperaturkurve. Beispielsweise könnte im vorliegenden Ausführungsbeispiel demnach die Abschalttemperaturdifferenz ΔT_R auf 9 K vorab zur Berechnung der Kühlphasen-Abschalttemperatur T_Kp-At festgesetzt werden.
2 illustriert exemplarisch den zeitlichen Verlauf der Austrittstemperatur T_{Kühl, aus} der austretenden Kühlluft, wobei die Messpunkte aus 2, welche in 1 dargestellt sind, mit Kreisen und jeweils zugehörigen Ziffern gekennzeichnet sind. Wie in 2 ersichtlich ist, hat sich die Anfangsdifferenz zwischen Kühlluftaustrittstemperatur T_{Kühl, aus} und adiabater Adsorptionstemperatur T_Ad zu dem in 1 dargestellten Zeitpunkt, d. h. nach 20 Minuten, bereits um über 90% verringert. Eine weitere Verlängerung der Kühldauer brachte bei der vorliegenden Messung lediglich noch eine sehr verlangsamt ablaufende Abkühlung. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die Abschalttemperaturdifferenz ΔT_R und somit die Kühlphasen-Abschalttemperatur T_Kp-At aufgrund dieser Erkenntnisse entsprechend dynamisch festgelegt werden. Generell sollte die Kühlphasen-Abschalttemperatur T_Kp-At zweckmäßig etwas oberhalb der festgelegten adiabaten Adsorptionstemperatur T_Ad liegen. Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wurde hierfür eine Kühlphasen-Abschalttemperatur T_Kp-At gewählt, die um einen konstanten Betrag von 9 K oberhalb der adiabaten Adsorptionstemperatur T_Ad liegt, wie in 1 illustriert ist. Durch diese Funktion werden die nach 20 Minuten gemessenen Temperaturen ausreichend genau angenähert. Die adiabate Adsorptions temperatur T_Ad kann für einen vorgegebenen Druck mit hinreichender Genauigkeit auch durch Näherungsfunktionen wie Polynome 2. Grades bestimmt und dargestellt werden. Die Parameter für die Näherungsfunktionen können als Referenzwerte beispielsweise für verschiedene Betriebsdrücke in der Speichereinrichtung der Steuereinheit hinterlegt werden.
Alternativ ist es auch vorstellbar, eine lineare Approximation im relevanten Bereich zu verwenden, wie in 3 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt ist. Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Algorithmen durch die Steuereinheit verwendet werden können, um die Kühlphase-Abschalttemperatur aus den gemessen bzw. abgeschätzten Werten hinreichend genau zu bestimmen.
Beispielsweise kann als weiteres Kriterium für eine Beendigung der Kühlphase eine vorab festgelegte Kühlmitteldurchfluss-Phasenlänge (d. h. eine vorbestimmte Mindestkühlzeit, in welcher ein ununterbrochener Kühlmitteldurchfluss in dem zu kühlenden Behälter vorherrscht; sie beginnt beispielsweise nach einem Stillstand des Trockners oder des Verdichters des Systems neu an zu laufen), Mindestkühlphasenlänge (d. h. eine ab Beginn der Kühlphase laufende Zeitspanne), eine vorbestimmte Nachlaufzeit (d. h. eine vorbestimmte Zeitspanne nach Erreichen der Beendigungsbedingung) und/oder eine vorbestimmte maximale Kühlphasen-Äbschalttemperatur festgelegt werden, wobei die maximale Kühlphasen-Abschalttemperatur vorzugsweise maximal auf die höchste zulässige Trockneraustrittstemperatur gesetzt wird.
Wie vorher bereits erörtert, hängt die adiabate Adsorptionstemperatur T_Ad außer von der Eintrittstemperatur und der Feuchte des Kühlgases zusätzlich noch von dem Druck des Kühlgases während des Kühlprozesses ab. Diese Abhängigkeit ist in 4 beispielhaft illustriert. Die Kühlphasensteuerung sollte daher vorzugsweise auf den niedrigsten vorgesehen Be triebsdruck eingestellt werden oder der Druck sollte alternativ von der Steuerung erfasst und für die Berechnung der adiabaten Adsorptionstemperatur T_Ad mitberücksichtigt werden.
Rechnerische Werte für die adiabaten Adsorptionstemperaturen T_Ad bei Atmosphärendruck in Abhängigkeit der Kühllufttemperatur und der relativen Feuchte der Kühlluft sind in 5 exemplarisch graphisch dargestellt. Alle in den Figuren dargestellten Werte für adiabate Adsorptionstemperaturen können je nach Adsorptionsmittel variieren. Die Kühlphasen-Abschalttemperatur T_Kp-At sollte vorzugsweise oberhalb dieser dargestellten Werte liegen, wie vorher bereits ausführlich erläutert.
Die Steuereinheit beendet abschließend die Kühlphase für den Fall, dass die aktuell gemessene Austrittstemperatur T_{Kühl, aus} des austretenden Kühlgases die dynamisch bestimmte und aktuell gültige Kühlphasen-Abschalttemperatur T_Kp-At unterschreitet, eventuell unter Berücksichtung der weiteren genannten Kriterien wie insbesondere einem Unterschreiten einer vorgegebenen maximal zulässigen Trockneraustrittstemperatur. Für den Fall, dass die gemessene Austrittstemperatur T_Kühl,
aus der austretenden Kühlluft die aktuell bestimmte Kühlphasen-Abschalttemperatur T_Kp-At nicht unterschreitet, wird die Kühlphase entsprechend zumindest bis zur nächsten Überprüfung fortgesetzt. Derartige Überprüfungen, d. h. die einzelnen Messungen, Berechnungen und Näherungen der Parameter zum Bestimmen der festzulegenden Kühlphasen-Abschalttemperatur und der Austrittstemperatur, können kontinuierlich oder diskret vorgenommen werden, je nach Bedarf. Auch können mehrere aufeinanderfolgende Ergebnisse miteinander auf Plausibilität überprüft werden, d. h. eine Beendigung der Kühlphase wird beispielsweise erst dann eingeleitet, falls eine vorbestimmte Anzahl an aufeinanderfolgenden Auswertungen jeweils ein Unterschreiten der Kühlphasen-Abschalttemperatur ergeben.
Im Folgenden wird insbesondere unter Bezugnahme auf 2 ein weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Im Unterschied zu den vorher beschriebenen Ausführungsbeispielen wird nicht eine Kühlphasen-Abschalttemperatur dynamisch als Schwellwert festgelegt, sondern ein Kühlphasen-Abschalttemperaturgradient wird vorab als konstanter Schwellwert vorgegeben. Der Gradient bezeichnet hier die Abnahmerate der Temperatur in Abhängigkeit von der Zeit.
Für die im Folgenden nicht weiter beschriebenen Modifikationsmöglichkeiten wird auf die zuvor getätigten Ausführungen der vorhergehenden Ausführungsbeispiele verwiesen. Selbstverständlich können alle geschilderten Ausführungsbeispiele beliebig miteinander kombiniert werden, falls gewünscht.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel wird nunmehr ein Kühlphasen-Abschalttemperaturgradient als konstanter Schwellwert vorab festgelegt, wobei die Kühlphase durch die Steuereinheit für den Fall beendet wird, dass der Gradient der Austrittstemperatur T_Kühl,
aus der austretenden Kühlluft diesen Schwellwert unterschreitet. Folglich wird der Fortschritt des Kühlvorgangs anhand der Veränderungen der Kühlluftaustrittstemperatur T_{Kühl, aus} festgelegt. Wie in 2 ersichtlich ist, ist der Gradient der Kühlluftaustrittstemperatur umso geringer, je näher sich die Kühlluftaustrittstemperatur T_{Kühl, aus} an die minimal erreichbare Grenztemperatur annähert.
Beispielsweise können hier ebenfalls analog zum oben beschriebenen Ausführungsbeispiel als zusätzliches Kriterium die maximale Trockneraustrittstemperatur, eine Kühlmitteldurchfluss-Phasenlänge, eine Mindestkühlphasenlänge und/oder eine vorbestimmte Nachlaufzeit mitberücksichtigt werden. Beispielsweise wird bei der Kühlmitteldurchfluss-Phasenlänge mitberücksichtigt, ob der Kompressor des Systems bereits über eine vorbestimmte Zeitdauer ohne Unterbrechung läuft, um nicht-repräsentative Werte für die Abnahmerate der Austritts temperatur bzw. für den Temperaturgradienten der austretenden Kühlluft auszuschließen, da die Abnahmerate der Kühlluftaustrittstemperatur T_{Kühl, aus} bei einem Stillstand und kurz nach einem Wiederanlauf eines etwaigen Kompressors der Adsorptionsanlage sehr gering sein und zu unerwünschten Messergebnissen führen kann. Folglich soll durch Vorgabe einer vorbestimmten Kühlmitteldurchfluss-Phasenlänge gewährleistet werden, dass ein Kühlgasdurchfluss für eine vorbestimmte Zeitspanne auftritt. Auch ist es beim vorliegenden Ausführungsbeispiel vorteilhaft, eine Mindestkühlphasenlänge ab Beginn der Kühlphase mit zu berücksichtigen.
Beispielsweise wird der Kühlphasen-Abschalttemperaturgradient, das heißt der Schwellwert für den Temperaturgradienten, bei welchem die Kühlphase beendet werden soll, vorab festgelegt und in der Speichereinrichtung der Steuereinheit abgelegt. Des Weiteren wird der Gradient der Kühlluftaustrittstemperatur bestimmt, insbesondere mittels eines geeigneten Temperatursensors zum kontinuierlichen oder diskreten Messen der Kühlluftaustrittstemperatur. Für den Fall, dass die Abnahmerate der Kühlluftaustrittstemperatur, das heißt der Gradient der Kühlluftaustrittstemperatur, den voreingestellten Schwellwert unterschreitet, beendet die Steuereinheit die Kühlphase.
Vorzugsweise wird die Kühlluftaustrittstemperatur T_Kühl,
aus kontinuierlich, periodisch oder zu vorbestimmten Zeitpunkten gemessen und kontinuierlich, periodisch oder zu vorbestimmten Zeitpunkten ausgewertet, wobei für eine Plausibilitätsprüfung die Temperaturgradienten aufeinanderfolgender Auswertungen einmal oder mehrmals in Folge unter dem voreingestellten Schwellwert zu liegen haben, um die Kühlphase zu beenden. Hierzu wird auf die oben bereits getätigten Ausführungen verwiesen.
In diesem Fall kann für die Kühlphasensteuerung auf eine Bestimmung der adiabaten Adsorptionstemperaturerhöhung unter Umständen verzichtet werden, um insbesondere bei einem kontinuierlichen Betrieb der Anlage mit einem konstanten Volumenstrom eine hinreichend zufriedenstellende Kühlphasensteuerung zu gewährleisten, ohne mit Ausnahme der Austrittstemperatur der Kühlluft weitere Parameter kontinuierlich messen zu müssen. Dies stellt eine besonders einfache Variante einer Kühlphasensteuerung dar.
Es ist für einen Fachmann offensichtlich, dass im Rahmen des vorliegenden Ausführungsbeispiels auch andere Algorithmen verwendet werden könnend Beispielsweise wird anhand einer/eines konstant vorgegebenen Kühlphasen-Abschalttemperaturabnahmerate bzw. -gradienten als Schwellwert eine jeweils dynamisch zu bestimmende Schwellwerttemperatur festgelegt. Überschreitet die aktuell gemessene Austrittstemperatur diesen Schwellwert, bedeutet dies gleichzeitig, dass die aktuelle Temperaturabnahmerate bzw. der aktuelle Temperaturgradient den konstant vorgegebenen Schwellwert-Temperaturgradienten unterschreitet und die Kühlphase folglich zu beenden ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
Insbesondere können die oben beschriebenen Verfahren beliebig miteinander kombiniert werden, um eine zuverlässigere Kühlphasensteuerung zu erreichen. Welche der die Kühlbedingungen mitbestimmenden Parameter letztendlich gemessen, ausgewertet und für die Bestimmung der Kühlphasen-Abschalttemperatur bzw. des Kühlphasen-Abschalttemperaturgradienten herangezogen werden, hängt von dem jeweiligen Anwendungsfall ab.
Obwohl die vorliegende Erfindung im Wesentlichen anhand eines Drucklufttrockners mit Verdichterwärmenutzung erläutert wurde, kann die vorliegende Erfindung selbstverständlich analog auch für andere warmregenerierende Adsorptionsanlagen und andere Medien als Luft und Wasser entsprechend angewendet werden. Vielmehr ist die vorliegende Erfindung auf alle Adsorptionsverfahren anwendbar, bei denen das warmregenerierte Adsorptionsmittel auf irgendeine Weise gekühlt werden muss. Die Art und Reihenfolge der Verschaltung etwaiger Ventile, Wärmetauscher und Adsorptionsbehälter der Anlage ist hierbei nicht relevant. Die Kühlung kann sowohl mit dem gesamten Prozessgasstrom, mit einem Teilstrom hiervon oder auch mit einem anderen Kühlgas, insbesondere mit Umgebungsluft, erfolgen.
Bei Trocknern, bei welchen mit Umgebungsluft gekühlt wird, sollte die Kühlphasen-Abschalttemperatur vorzugsweise nicht lediglich alleine aufgrund der Kühllufteintrittstemperatur ermittelt werden. Vielmehr ist es hier vorteilhaft, zusätzlich die Beladung der in den Behälter eintretenden Kühlluft zu messen, deren Einfluss auf die adiabate Adsorptionstemperatur bei Atmosphärendruck aufgrund der höheren Wassermenge pro Luftmasse noch starker ausgeprägt ist als bei Überdruck, wie unter Bezugnahme auf 5 bereits erläutert wurde.
Durch die vorliegend beschriebene Erfindung der Kühlphasensteuerung kann gleichzeitig bei den Referenzbedingungen der spezifizierte Drucktaupunkt eingehalten und oberhalb dieser Referenzbedingungen noch ein Notbetrieb ermöglicht werden. Durch diese Anhebung der Kühlphasen-Abschalttemperatur wird dabei ein deutlich verbesserter Drucktaupunkt gewährleistet, und es tritt vorteilhaft lediglich eine geringfügige Erhöhung des Temperatur-Peaks am Trockneraustritt auf.

T_{Kühl, ein}: Eintrittstemperatur des Kühlgases
T_{Kühl, aus}: Austrittstemperatur des Kühlgases
ΔT_Ad: Adsorptionstemperaturerhöhung
T_Ad: Adsorptionstemperatur
T_Kp-At: Kühlphasen-Abschalttemperatur
ΔT_R: Abschalttemperaturdifferenz
x: Beladung des Kühlgases
p: Druck des Kühlgases

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3915673 C2 [0004]
- DE 3702845 A1 [0004]

Claims

Verfahren zum Steuern der Kühlphase eines zu kühlenden Behälters einer warmregenerierenden Adsorptionsanlage, mit folgenden Verfahrensschritten: Festlegen einer Kühlphasen-Abschalttemperatur (T_Kp-At) in Abhängigkeit mindestens eines den Kühlprozess charakterisierenden Parameters; Erfassen der Austrittstemperatur (T_Kühl,
aus) eines aus dem zu kühlenden Behälter austretenden Kühlfluides mittels einer Austrittstemperatur-Erfassungseinrichtung; und Beenden der Kühlphase für den Fall, dass die erfasste Austrittstemperatur (T_Kühl,
aus) des austretenden Kühlfluides die festgelegte Kühlphasen-Abschalttemperatur (T_Kp-At) unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlphasen-Abschalttemperatur (T_Kp-At) in Abhängigkeit mindestens eines mittels einer Erfassungseinrichtung kontinuierlich, periodisch oder aperiodisch erfassten, den Kühlprozess charakterisierenden Parameters dynamisch festgelegt wird, insbesondere mittels eines Parameters des Kühlfluides zum Kühlen des Behälters.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Eintrittstemperatur des Kühlfluides (T_{Kühl, ein}) mittels einer Eintrittstemperatur-Erfassungseinrichtung kontinuierlich, periodisch oder aperiodisch erfasst und für die dynamische Festlegung der Kühlphasen-Abschalttemperatur (T_Kp-At) mitberücksichtigt wird, wobei der Kühlprozess für den Fall beendet wird, dass die ak tuell erfasste Austrittstemperatur (T_Kühl,
aus) des austretenden Kühlfluides die aktuell festgelegte Kühlphasen-Abschalttemperatur (T_Kp-At) unterschreitet.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die adiabate Adsorptionstemperaturerhöhung (ΔT_Ad) des Kühlfluides kontinuierlich, periodisch oder aperiodisch bestimmt und für die dynamische Festlegung der Kühlphasen-Abschalttemperatur (T_Kp-At) mitberücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zum Bestimmen der adiabaten Adsorptionstemperaturerhöhung (ΔT_Ad) des Kühlfluides die Beladung (x) des Kühlfluides beim Eintreten in den zu kühlenden Behälter kontinuierlich, periodisch oder aperiodisch bestimmt, beispielsweise durch Messen der Eintrittstemperatur (T_{Kühl, ein}) des in den Behälter eintretenden Kühlfluides, der relativen Feuchte des in den Behälter eintretenden Kühlfluides, des Druckes (p) de Kühlfluides während des Kühlprozesses, der Dichte und/oder der absoluten Feuchte des in den Behälter eintretenden Kühlfluides, und mitberücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlphasen-Abschalttemperatur (T_Kp-At) um einen vorbestimmten Wert oberhalb der bestimmten adiabaten Adsorptionstemperatur (T_Ad) festgelegt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere der den Kühlprozess charakterisierenden Parameter abgeschätzt und diese Abschätzungen für die dynamische Festlegung der Kühlphasen-Abschalttemperatur (T_Kp-At) mitberücksichtigt werden.
Verfahren zum Steuern der Kühlphase eines zu kühlenden Behälters einer warmregenerierenden Adsorptionsanlage, mit folgenden Verfahrensschritten: Festlegen eines Kühlphasen-Abschalttemperaturgradienten; Bestimmen des zeitabhängigen Temperaturgradienten eines aus dem zu kühlenden Behälter austretenden Kühlfluides mittels einer Austrittstemperatur-Erfassungseinrichtung; und Beenden der Kühlphase für den Fall, dass der bestimmte Temperaturgradient des austretenden Kühlfluides den festgelegten Kühlphasen-Abschalttemperaturgradienten unterschreitet.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Austrittstemperatur des austretenden Kühlfluides kontinuierlich, periodisch oder aperiodisch erfasst und der Temperaturgradient des austretenden Kühlfluides kontinuierlich, periodisch oder aperiodisch festgelegt wird.
verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine vorbestimmte Nachlaufzeit, eine vorbestimmte Mindestkühlphasenlänge, eine vorbestimmte Kühlmitteldurchfluss-Phasenlänge und/oder eine vorbestimmte maximale Kühlphasen-Abschalttemperatur bei der Steuerung des Kühlprozesses mitberücksichtigt werden.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Kühlfluid ein Kühlgas, beispielsweise Umgebungsluft, das verdichtete und gekühlte Prozessgas der Adsorptionsanlage oder ein extern zugeführtes Kühlgas, verwendet wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beendigung der Kühlphase dann eingeleitet wird, falls eine einmalige Auswertung oder für eine Plausibilitätsprüfung eine vorbestimmte Anzahl an aufeinanderfolgenden Auswertungen jeweils ein Unterschreiten der Kühlphasen-Abschalttemperatur bzw. des Kühlphasen-Abschalttemperaturgradienten ergeben.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuereinheit zum Empfangen und Auswerten der erfassten Daten sowie zum entsprechenden Steuern der Kühlphase in Abhängigkeit der erfassten Daten vorgesehen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vorab Referenzwerte für bestimmte Parameter bestimmt, in einer mit der Steuereinheit gekoppelten Speichereinrichtung abgelegt und durch die Steuereinheit mitberücksichtigt werden, beispielsweise werden vorab bestimmte Messkurven und/oder Näherungsfunktionen für bestimmte Parameter hinterlegt und mitberücksichtigt.
Vorrichtung einer warmregenerierenden Adsorptionsanlage zum Steuern der Kühlphase eines zu kühlenden Behälters, mit: mindestens einer Erfassungseinrichtung zum kontinuierlichen, periodischen oder aperiodischen Erfassen mindestens eines den Kühlprozess charakterisierenden Parameters; mindestens einer Austrittstemperatur-Erfassungseinrichtung zum kontinuierlichen, periodischen oder aperiodischen Erfassen der Austrittstemperatur (T_{Kühl, aus}) eines aus dem zu kühlenden Behälter austretenden Kühlfluides; und einer Steuereinheit zum dynamischen Festlegen einer Kühlphasen-Abschalttemperatur (T_Kp-At) in Abhängigkeit des mindestens einen kontinuierlich, periodisch oder aperiodisch erfassten Parameters und zum Steuern einer Beendigung der Kühlphase für den Fall, dass die erfasste Austrittstemperatur (T_Kühl,
aus) des austretenden Kühlfluides die festgelegte Kühlphasen-Abschalttemperatur (T_Kp-At) unterschreitet.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Eintrittstemperatur-Erfassungseinrichtung zum kontinuierlichen, periodischen oder aperiodischen Erfassen der Eintrittstemperatur (T_{Kühl, ein}) des Kühlfluides aufweist, welche die erfassten Daten an die Steuereinheit für eine kontinuierliche, periodische oder aperiodische Auswertung derselben überträgt.
Vorrichtung nach Anspruch 15 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mindestens eine weitere Erfassungseinrichtung zum kontinuierlichen, periodischen oder aperiodischen Erfassen der relativen Feuchte des in den Behälter eintretenden Kühlfluides, des Druckes (p) des Kühlfluides während des Kühlprozesses, der Dichte und/oder der absoluten Feuchte des in den Behälter eintretenden Fluides oder dergleichen aufweist.
Vorrichtung einer warmregenerierenden Adsorptionsanlage zum Steuern der Kühlphase eines zu kühlenden Behälters, mit: mindestens einer Austrittstemperatur-Erfassungseinrichtung zum kontinuierlichen, periodischen oder aperiodischen Erfassen der Austrittstemperatur (T_{Kühl, aus}) und zum kontinuierlichen, periodischen oder aperiodischen Festlegen eines sich daraus ergebenden zeitabhängigen Temperaturgradienten eines aus dem zu kühlenden Behälter austretenden Kühlfluides; und einer Steuereinheit zum Steuern einer Beendigung der Kühlphase für den Fall, dass der bestimmte Temperaturgradient des austretenden Kühlfluides einen vorab festgelegten Kühlphasen-Abschalttemperaturgradienten unterschreitet.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlfluid als Kühlgas, beispielsweise Umgebungsluft, verdichtetes und gekühltes Prozessgas der Adsorptionsanlage oder extern zugeführtes Kühlgas, ausgebildet ist.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit mit den einzelnen Erfassungseinrichtungen datenverbunden ist und die gemessenen Daten von den einzelnen Erfassungseinrichtungen empfangt, entsprechend auswertet und die Kühlphase entsprechend steuert.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung eine Speichereinrichtung aufweist, welche mit der Steuereinheit gekoppelt ist und beispielsweise vorab bestimmte Referenzwerte für bestimmte Parameter abspeichert, beispielsweise in Form von vorab bestimmten Messkurven oder Näherungsfunktionen.