DE102009042554A1 - Prüfmittel zur Diagnose von konvektiver Verdampfung von Feuchte, H20 in Trocknern - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Prüfmittel und ein Prüfverfahren zur Diagnose von konvektiver Verdampfung von Feuchte, H₂O in Trocknern und Abschnitten von Trocknern z. B. in Gehäusen, ausgeführt als Hauben von Papier- und Kartonmaschinen oder in Trocknern von Textilien in Wäschereien, von organischen und anorganischen Schüttgütern, von lackierten Oberflächen, von Naturstoffen z. B. Holz und Produkten aus Holz, von Gips- und anderen Bauplatten.
Um diese Diagnose in Dampf haltigen Trocknungsgasen zu ermöglichen, ist ein Dampferzeuger vorgesehen.
Durch diesen Dampferzeuger ist es möglich die Diagnose in mit Dampf gesättigten Gasen meßtechnisch durchzuführen.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Prüfmittel zur Diagnose von konvektiver Verdampfung von Feuchte, H₂O nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
• Stand der Technik
• Von Abläufen in Herstellungsprozessen und bei der Durchführung von thermischen Prozessen und über deren Überwachung, insbesondere im Hinblick auf eine Wiederholbarkeit und eine Vermeidung von Fehlern ist bekannt, dass die Arbeitsabläufe durch die Anwendung von Prüfmitteln in Form von Messverfahren oder Messmitteln verbessert werden können. Aus diesem Grund werden Arbeitsabläufe mit einem Mess- und Prüfmittel überwacht. Die Qualität von Herstellungsprozessen und von erzeugten Waren wird z. B. dadurch definiert, dass bestimmte Toleranzen bei der Herstellung zulässig sind und dass das Prüfmittel für die Überwachung der Prozesse einen Toleranzbereich bei den Messdaten erreicht, der kleiner < 30% der Herstellungstoleranzen beträgt.
• Mit Blick auf eine Verdampfung von Feuchte, H₂O in Trocknern und in Abschnitten von Trocknern aus einem Gemisch aus festen und flüssigen Medien und feuchtem Trockengut, über welchen durch die Zufuhr von Luft und Heizwärme Feuchte, H₂O verdampft und über welchem Dampf haltige Trocknungsgase entstehen und abgeführt werden, ist bekannt, dass diese Gase unter Hauben ähnlichen Abdeckungen der Trockner sich bilden und daraus abgeführt werden. Die Qualität dieser Art von thermischen Arbeitsverfahren wird davon bestimmt, dass bestimmte Temperaturen bei der Verdampfung der Feuchte eingehalten werden und in Wechselwirkung mit den Temperaturen die verdampfte Feuchte in einer bestimmten Menge an Luft, ausgedrückt in kg H₂O pro kg Luft abgeleitet wird. Handelsübliche Trockner weisen bereits Maßnahmen auf, mit welchen die Luftvolumen zur Ableitung der Feuchte zur Einsparung an Energie begrenzt werden sollen.
• Die Erfindung befasst sich mit einer Prüfung von konvektiver Verdampfung von Feuchte, H₂O in Trocknern und Abschnitten von Trocknern, in welchen Wärme zur Verdampfung der Feuchte benötigt wird. Weiter wird eine Diagnose der Verdampfung vorgeschlagen, um eine Einsparung von Energie zu ermöglichen.
• Von der Druckschrift DE 33 36 998 C2 ist ein Verfahren zur Ventilation von Trocknerpartien in Papiermaschinen, bei welchem feuchte Luftströme mit einer Temperatur, die über der von inneren Oberflächen liegt, auf diese Oberflächen geblasen werden, bekannt geworden. Eine Einsparung an Energie wird gemäß der Darstellung in DE 33 36 998 C2 in 1 dadurch erreicht, dass mit zunehmendem Feuchtigkeitsgehalt in der Abluft, angegeben als Gramm H₂O pro Kilogramm Luft der spezifische Wärmeverbrauch zurückgeht. Das Verfahren ist weiterhin mit dem Nachteil verbunden, dass keine Methode zur Überwachung des spezifischen Wärmebedarfes angegeben ist. Nachteil ist, dass das Einsparen von Energie nicht durch ein Messverfahren sichergestellt wird.
• Nachteil ist, dass die Verdampfung in einzelnen Abschnitten auf wechselndem Temperaturniveau erfolgt.
• Nachteil ist, dass der Energieverbrauch in einzelnen Abschnitten unterschiedlich ist.
• Von der Druckschrift DE 39 25 595 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Messung des Taupunktes in Gasen, bei welchen das zu messende Gas unter den Taupunkt gekühlt wird und hierzu ein Kühlgas von außerhalb zugeführt wird, bekannt geworden. Der Taupunkt bei der Abkühlung in den Gasen unter den Taupunkt wird dabei durch eine Beleuchtung des Messbereiches mit einem Fotodetektor gemessen. Dieses Verfahren nach der DE 39 25 595 ist durch die Taupunktmessung mit dem Nachteil verbunden, dass die Messwerte erst beim Unterschreiten des Taupunktes angezeigt werden. Nachteil ist, die hohe Ungenauigkeit des Messwertes, weiterer Nachteil: der Taupunkt als Messwert weist einen negativen Betriebzustand aus.
• Weiterer Nachteil ist, dass Tropfen, welche sich an der gekühlten Wand als Film niederschlagen, abtropfen und diese Tropfen ein Fotodetektor nicht erfassen kann.
• Ein weiterer Nachteil ist durch Kühlung und indirekte Wärmeableitung gegeben.
• Nachteil ist, dass eine Wärmemenge abgeleitet werden muss.
• Nachteil ist, dass Wärme aus einem Prüfgas in unbekannter Größe entnommen wird und dass Informationen über den ursprünglichen Wärmeinhalt dieses Gases fehlen.
• Nachteil sind zusätzliche Kosten, für die Feuchtebestimmung, für deren Betrieb sowie für die Einrichtung und die Regelung der Kühlmengen.
• Nachteile bestehen darin, dass die jeweilige Messung nicht wiederholbar ist. Nachteil ist ein hoher Aufwand für eine Erfassung und Übertragung der Messdaten.
• Aus der Druckschrift DE 10 2005 029 602 ist eine Dunsthaube für eine Papier-Kartonmaschine, bei welcher an der Innenseite des Gehäuses ein Kondensationssensorsystem angeordnet ist, bekannt geworden. Hier kann in Teilbereichen der Trocknung über einen Kondensationssensor die Kondensatbildung gemessen werden. Der Betrieb einer Dunsthaube nach der DE 10 2005 029 602 ist weiterhin mit dem Nachteil verbunden, dass das Kondensationssystem auf dem Auftreten des Taupunkts aufgebaut ist. Nachteil ist, dass bei einer Anzeige der Kondensation in der Haube die als gut eingestuften Betriebsverhältnisse nicht gegeben sind und dass bereits Kondensat an der kälteren Haubenwand ausfällt.
• Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass wenn das Kondensat zusammen mit Verunreinigungen sich an der Wand niedergeschlagen hat, diese Verunreinigungen an den Wänden anbacken, sobald der Trockner wieder im richtigen Betriebszustand oberhalb des Taupunktes betrieben wird.
• Nachteil ist, beim Wechsel zwischen Taupunkt und überhitzter Luft entstehen Anbackungen an den Wänden und an der Messsonde, die bei der Trocknung Verkrustungen bilden.
• Weiterer Nachteil sind hohe Kosten, wenn bestimmte Haubenflächen einer Papiermaschine mit diesen Sensoren nach der DE 10 2005 029 602 ausgerüstet werden.
• Ein weiterer Nachteil besteht in der fehlenden Information über die Wasseraufnahme der Luft bei der Trocknung und fehlenden Informationen über die Trocknungsführung. Es wird nämlich nur gemessen, dass der Taupunkt unterschritten wird und dass Verkrustungen auftreten werden.
• Aus der Druckschrift DD 249 954 A1 ist zur Reduzierung des Energieverbrauches ein Verfahren, bei welchem eine Sensor geführte Regelung in der Trocknerabluft verwendet wird, bekannt geworden. Hierzu ist in der Rohrleitung für Abluft ein Feuchtesensor vorgesehen, mit welchem die absolute Feuchte in dem Abluftstrom gemessen wird. Wobei das Verfahren nach der DD 249 954 A1 mit dem Nachteil verbunden Ist, dass eine Taupunktregelung verwendet wird. Nachteil ist, dass kein Sensor für eine Diagnose des Zustandes des Taupunktes verfügbar ist.
• Weiterer Nachteil ist ein hoher Energieaufwand zur Kühlung der Trocknerabluft bis zum Erreichen des Taupunktes.
• Weiterer Nachteil sind die Kosten und der Platzbedarf für Übertragungsflächen zur Kühlung der Trocknerabluft.
• Ein weiterer Nachteil ist dadurch gegeben, dass ein Kühlmittel und die Energie zur Erzeugung des Kühlmittels für die Trocknerabluft bereit gestellt werden muss.
• Ein weiterer Nachteil ist mit dem Messprinzip der Taupunktmessung in der Weise gegeben, dass die Abluft zu weit abgekühlt wird.
• Nachteil ist, dass der Taupunkt ein Alarmwert ist und die Trocknung und Verdampfung von Feuchte auf den Betrieb von Alarmzuständen aufgebaut ist.
• Nachteil ist, dass ein außerhalb der Gutfunktion liegender Alarmwert für eine Kontrolle von Verdampfungsabläufen verwendet wird.
• Nachteil ist, dass die Trocknungsfunktion über einen Alarmwert definiert ist und ein Messwert verwendet wird, der eigentlich nicht eintreten darf, da der Taupunkt unterschritten wird und Verkrustungen auftreten werden. Es hat sich nämlich beim Betrieb von Ablufthauben und Abluftleitungen gezeigt, dass die inneren Oberflächen frei von Anbackungen bleiben, wenn der Taupunkt der Luft nicht unterschritten wird.
• Ein Nachteil besteht in einem Widerspruch in der Weise, es wird von einem Taupunkt gesprochen; und dass ein Wert im Gleichgewicht mit dem Taupunkt erfasst werden soll. Nachteil ist, dass der Taupunkt durch die Kühlleistung jeweils unterschritten wird.
• Ein Nachteil besteht in dem Messprinzip, das auf der Messung von einem Betriebspunkt basiert. Nachteil ist, dass dieser Betriebspunkt nicht vorhanden ist und nur durch die Zufuhr von Energie in Form von Kälte unterschritten werden kann.
• Nachteil ist ein hoher Aufwand und Kosten für Mess- und Regeltechnik für die Bereitstellung der Kühlleistung.
• Ein weiterer Nachteil ergibt sich aus dem Verfahrenskonzept in der Weise, dass zur konvektiven Verdampfung der Feuchte die Luft als Wärmeträger durch die Zufuhr von Wärmeenergie erwärmt wird und nach der Durchführung dieses Arbeitsprozesses zusätzlich Primärenergie, in Form von Kälte benötigt wird, damit eine den Feuchtesensor umgebende Trocknerabluft auf den Taupunkt gekühlt wird.
• Nachteil ist, es wird viel Energie in Form von Kälte verbraucht, damit nach der DD 249 954 A1 ein geringer Anteil an Heizwärme bei der Verdampfung eingespart wird.
• Nachteil sind hohe Kosten des Taupunktverfahrens, wenn diese Methode als Prüfmittel der Feuchteverdampfung verwendet wird. Es hat sich nämlich bei der Überprüfung von industriellen Prozessen gezeigt, dass ein Prüfmittel einen bestimmten Messwert QI (Quality Indication) in einer bestimmten Toleranz anzeigen muss, damit die Funktion eines Verfahrens und einer Trocknung auf die Einhaltung eines bestimmten Toleranzbereichs überprüft und kontrolliert werden kann.
• Weiterer Nachteil ist, dass Wärme zum Erreichen des Taupunktes über Austauschflächen abgeführt werden muss; sowie hohe Kosten für die Aufbereitung der Abluft oder einer Probe der Abluft zum Erreichen des Taupunktes.
• Nachteil ist die Unsicherheit der Taupunktregelung in der Weise, dass die Kühlleistung zur Aufbereitung der Probe und Bestimmung des Taupunktes nicht bekannt ist.
• Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass über die Länge von einem Trockner und über die Zeit bei einer Chargentrocknung unterschiedliche Verdampfung und eine unterschiedliche Beladung der Trocknungsgase mit Dampf gegeben sind. Nachteil ist, dass eine wechselnde Kühlleistung über die Trocknerlänge und über die Dauer der Trocknung notwendig ist.
• Nachteil ist, der hohe Aufwand für die Kälteversorgung gegenüber dem Aufwand zur Wärmeaufgabe und Verdampfung der Feuchte.
• Von handelsüblichen Trocknern für Wäsche ist bekannt, dass die Behandlung der Wäsche bei der konvektiven Trocknung in einem starken Luftstrom und mit Ventilatoren mit höherer Förderleistung durchgeführt wird. Mit diesem starken Luftstrom wird eine gute Durchströmung des Trocknergehäuses in Verbindung mit einer gleichmäßigen Wärmeübertragung von der Luft auf die feuchte Wäsche erreicht. Diese handelsüblichen Trockner sind in Bezug auf den Energieverbrauch zusätzlich mit dem Nachteil verbunden, dass die Verweilzeit der Luft in dem Trockner bei einem großen Luftstrom geringer ist und von dem größeren Luftstrom weniger Wasser pro kg Luft aufgenommen wird. Nachteil ist, dass die Wärmeverluste mit dem Abluftstrom ansteigen; weiterer Nachteil, dass die Trockner zur Verdampfung von Wasser mehr Energie verbrauchen als vorhandene Trockner, mit kleineren Luftmengen und einer Rückführung der Abluft für einen Umluftbetrieb.
• Ein Verfahren zur wirtschaftlichen Trocknung von Textilien und Papier ist von der Druckschrift DE 10 2006 033 789 A1 bekannt geworden. Ein Trocknungsvorgang wird bei diesem Verfahren durch eine differentielle Mikrowellen-Absorption und -Reflexion in dem Material kontrolliert und geregelt. Das Verfahren ist weiterhin mit dem Nachteil verbunden, dass eine Mirkrowellenreflexion an der Oberfläche der Textilien als Messmittel eingesetzt wird. Ein Nachteil dieses Messmittels ist die Reflexion von einer kleinen Oberfläche eines textilen Haufwerks in dem Trockner; weiterer Nachteil, dass durch eine Mikrowellenmessung die Feuchteaufnahme der Luft bei der konvektiven Verdampfung nicht diagnostiziert werden kann.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ausgehend von dem aufgezeigten Stand der Technik bei Messmitteln, bei der Messwertnahme und Regelung von Verdampfungsvorgängen in Trocknern, Prüfmittel zur Diagnose von konvektiver Verdampfung von Feuchte, H₂O in Trocknern und Abschnitten von Trocknern aufzuzeigen, durch welche die Verdampfung der Feuchte in diesen Trocknern und in Abschnitten von Trocknern in Form von Messmitteln diagnostiziert werden kann und über welche günstige Betriebsverhältnisse bei der Sättigung von erhitzter Luft mit dem verdampften Wasser und innerhalb der baulichen Gegebenheiten der Trockner, wiederholbar, nach Art eines Prüfmittels aufgezeigt und eingerichtet werden können. Weitere Aufgabe ist es, dass die günstigen Betriebsbedingungen innerhalb von unterschiedlichen Trocknern und bei unterschiedlichem Trockengut z. B. Papier und Kartonbahnen, Wäsche und Textilien, organische und anorganische Schüttgüter, Holz und Werkstoffe aus Holz, Platten aus Gips und anderen Materialien und lackierten, wasserfeuchten Oberflächen aufgezeigt und eingerichtet werden können.
• Die Aufgabe wird ausgehend von einem Stand der Technik bei konvektiver Verdampfung in Trocknern und Abschnitten von Trocknern der einleitend genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 und durch die Merkmale des Verfahrens nach Anspruchs 11 gelöst.
• Vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildungen der Erfindung sind durch die in den Unteransprüchen 2 bis 10 und 12 und 13 genannten Maßnahmen möglich.
• Wesentliches Merkmal der Erfindung ist demgemäß, dass ein Dampferzeuger in den von dem Trockner entnommenen, Dampf haltigen Trocknungsgasen, insbesondere als Quensche, für die Diagnose zur Ausbildung des Prüfmittels vorgesehen ist.
• Dementsprechend zeichnet sich ein Prüfmittel zur Diagnose für eine konvektive Verdampfung von Feuchte, H₂O in Trocknern und Abschnitten von Trocknern dadurch aus, dass Dampf haltige Trocknungsgase entnommen werden und eine Verfahrensführung und apparativer Ausgestaltung mit einem Dampferzeuger, insbesondere als Quensch, in den Dampf haltigen Trocknungsgasen vorgesehen ist.
• Vorteil ist, dass mit der Beladung von Luft mit Dämpfen in dem Dampferzeuger die Verdampfung in der Trocknung fortgeführt wird und ein einheitlicher Funktionsablauf, nach den Prinzipien der adiabaten Sättigung realisiert wird.
• Wesentlicher Vorteil besteht in dem Prüfmittel an sich, dass ein Dampferzeuger für eine Behandlung der Dampf haltigen Trocknungsgase vorgeschlagen wird. Vorteil ist, dass durch die Behandlung im Dampferzeuger die Trocknungsgase einen mit Dampf gesättigten Zustand, bei adiabater Sättigung aufweisen.
• Dadurch dass Dampf haltige Trocknungsgase in einem Dampferzeuger, unter wärmetechnischen Abschluss nach Außen behandelt und gesättigt werden, sind folgende Vorteile gegeben,
• • dass sich ein Gleichgewicht über den Dampfdruck in den Trocknungsgasen ausbildet,
• • dass in den behandelten Trocknungsgasen durch die Verdampfung ein Gleichgewicht sich einstellt.
• • dass der Gleichgewichtszustand stabil ist und wiederholbar,
• • dass dieser Zustand messbar ist und mit den Stoffdaten von Wasser theoretisch berechenbar ist,
• • dass die Trocknungsgase sich im Sättigungszustand befinden und diesen erreichen,
• • dass eine Unterschreitung des Taupunktes vermieden wird.
• Ein weiterer Vorteil besteht in der Zustandänderung in der Weise, dass in dem Dampferzeuger ein adiabater Stoffaustausch zwischen Gasen und dem Wasser als Flüssigkeit abläuft. Vorteil ist, dass von Außen kein Wärmeaustausch notwendig ist und diese Fehlerquelle ausgeschlossen ist.
• Vorteil ist, die Wärme in den Dampf haltigen Gasen bleibt erhalten.
• Vorteil ist die Einfachheit der Messtechnik. Weiterer Vorteil sind Einsparungen durch die einfache Messtechnik und Einsparung im Betrieb der Messtechnik. Die Messtechnik kann einfach aufgebaut und einfach abgebaut werden.
• Vorteil ist eine gute Verfügbarkeit von Messwerten.
• Ein weiterer Vorteil ergibt aus dem adiabaten Aufbau in Verbindung mit einer einfachen Technik durch geringen Fehler und geringe Messtoleranzen.
• Vorteil ist eine hohe Zuverlässigkeit und eine Wiederholbarkeit des Sättigungszustandes in gas-flüssig Gemischen.
• Vorteil ist, dass bei einem Auftreten von Wasser in den Gasen der Gleichgewichtszustand und der Wärmeinhalt bestehen bleibt.
• Vorteil ist: Die Trocknungsgase sind gesättigt, und dieser Sättigungszustand kann über einen Temperatursensor TI (Temperature Indication, TI) angezeigt werden.
• Vorteil ist die Stabilität des Dampf-Luftgemisches. Weiterer Vorteil ist, es fällt kein Kondensat aus. Wenn Trocknungsgase mit Dampf gesättigt sind, dann ist ein Endzustand erreicht, um eine messtechnische Diagnose durchzuführen.
• Weiterer Vorteil ist der geringe Bedarf an Betriebsmittel und geringe Kosen für das Betriebsmittel Wasser, H₂O. Es wird nur Wasser, H₂O zum Erreichen des Sättigungszustandes verbraucht. Energie wird nicht gebraucht, sondern das Trocknungsgas wird von einem überhitzten Zustand durch die Wasseraufnahme in einen mit Dampf gesättigten Zustand gebracht.
• Ein Vorteil besteht in einem hohen Nutzen durch eine breite Anwendbarkeit des Prüfmittels. Vorteil ist, dass die Trocknungsgase in einem Kondenstrockner vor und nach dem Kondensator, Trocknungsgase in Lackieranlagen, Trocknungsgase in Tunneltrocknern einschließlich bei verschiedenen Verdampfungszuständen, nämlich der freien Feuchte-Verdampfung und bei der Endtrocknung in Bezug auf die Feuchteverdampfung diagnostiziert werden können.
• Ein Vorteil ist dadurch gegeben, dass in dem gesättigten Gas die Wärme enthalten ist und in einem Kondensator als Kondensationswärme zurück gewonnen werden kann.
• Ein wesentlicher Vorteil ergibt sich aus dem Wärme- und Stoffaustausch mit einer Nachverdampfung aus einer Kondensatfüllung in direktem Austausch anstelle einer indirekten Kühlung der Luft in einem Wärmeaustauscher und der Ableitung und Vernichtung der Wärme.
• Ein weiterer Vorteil ist durch die Sättigung in einem direkten Verdampfer gegeben. Vorteil sind geringe Apparate kosten und ein geringer Herstellungs- und Montageaufwand.
• Vorteil ist eine gute Verwendbarkeit eines Temperatursensors zur Beschreibung des Gleichgewichtszustandes bei Sättigung. Vorteil ist die Exaktheit des Messpunktes; weitere Vorteile sind,
• • Einfachheit der Messmittel,
• • geringe Kosten der Temperaturfühler,
• • einfache Verarbeitung und Speicherung der Messwerte,
• • Ferndiagnosen durch on-line Messungen,
• • schnelle Einrichtung von Messstellen und einfacher Wechsel der Messstellen.
• Vorteil ist die Einsparung an Kosten für die Datenspeicherung und Datenverarbeitung aus der Bestimmung des Sättigungszustandes.
• Ein weiterer Vorteil besteht in der direkten Messwertnahme TI. Der Messwert wird angezeigt, der Messwert kann ausgedruckt werden, der Messwert kann direkt als Anzeigewert weitergeleitet werden.
• Ein Vorteil des Prüfmittels besteht darin, dass mit dem Erreichen des gesättigten Zustands von Trocknungsgasen der Endzustand von einer Mischung aus erwärmter Luft mit Wasser, H₂O durch das Prüfmittel definiert wird. Vorteil ist, dass passend zu einer Gemischbildung und maximalen Wasseraufnahme der Luft der Endpunkt der Mischung sowie der Wassergehalt der Luft bekannt sind.
• Vorteil ist, dass ausgehend von einem Messwert eines Messmittels die weiteren Daten der Mischung und der Anreicherung von heißen Trocknungsgasen mit Wasser aus den Stoffdaten von Wasser und Luft berechnet werden können.
• Vorteil ist eine hohe Prüfmittelfähigkeit der eingesetzten Messmittel, welche dadurch gegeben ist, dass die Toleranz der Messmittel von der Toleranz z. B. eines Temperatursensors oder PT 100 bei einer Messung in einem Bereich unter 100°C abhängig ist.
• Vorteil ist der schnelle Aufbau des Messwertes in gesättigten Trocknungsgasen oder innerhalb eines Gemisches aus Wasser (flüssig) und gesättigter Luft.
• Ein Vorteil ist bei der Verwendung des Messwertes in der Weise gegeben, dass der Messwert online versendet werden kann und beim Empfänger die übrigen Daten des Gemisches aus den Stoffdaten (Luft/Wasser) bestimmt werden.
• Vorteil ist, die Einsparung von Kosten, eine einfache Messwerterfassung und mit einer Verarbeitung der Messdaten, z. B. an einem zentralen Ort.
• Vorteil ist eine einfache Nutzung der Daten. Es reicht nämlich aus, dass für eine reproduzierbare Trocknung und Feuchteverdampfung im Trockner ein bestimmtes Dampf-Luft-Gemisch mit einem konstanten Sättigungszustand vorgegeben wird.
• Vorteil ist, dass dieser Sättigungszustand des Gemisches durch die Temperatur in dem Dampferzeuger und den als bekannt geltenden Umgebungsdruck bestimmt ist.
• Es reicht also aus, dass man ein Dampf haltiges Trocknungsgas in einem Dampferzeuger behandelt, um die zu dem Trocknungsgas gehörenden physikalischen Daten im Zustand der Sättigung bestimmen zu können.
• Ein bemerkenswerter Vorteil liegt in der Einfachheit der Messstelle. Es reicht nämlich aus, dass ein Messfühler, der für eine Diagnose von Temperaturen geeignet ist, in das Trocknungsgas nach dem Dampferzeuger eingesetzt wird.
• Ein weiterer Vorteil liegt in dem Prüfmittel an sich. Es hat sich nämlich gezeigt, dass der Wärmeaustausch bei einer Direktverdampfung aus einer Kondensatvorlage in ein gasförmiges Gemisch, hier Luft und Dampf, besonders intensiv ist. Vorteil ist, dass das Prüfmittel schnell anspricht und der Wärmeaustausch nach außen verlustfrei ist. Als Vorteil ergibt sich die Prüfmittelfähigkeit aus den mit dem Prüfmittel verwendeten Messmitteln (PT 100).
• Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass das Prüfmittel nach Art einer Quensche vorgesehen ist. Vorteil ist, dass die Dampf haltigen Trocknungsgase in einem Quensch in direktem Austausch mit Wasser gebracht werden und mit verdampftem Wasser gesättigt werden.
• Vorteil ist, dass ein Wärmeaustausch mit der Umgebung vermieden wird und der Wärmeinhalt der Gase bezogen auf 1 kg trockene Luft konstant bleibt.
• Weiterer Vorteil ist, dass der Wärmeinhalt der Gase in kcal/kg oder kJ/kg trockene Luft nach dem Dampferzeuger ausgehend von einem gesättigten Zustand ermittelt werden kann.
• Vorteil ist, dass für unterschiedliche Gasproben jeweils die für die Wasserverdampfung bestimmenden Wärmeinhalte der Gase ermittelt werden können.
• Eine vorteilhafte Ausführung ist dadurch gegeben, dass an den Dampferzeuger eine Rohrleitung zur Zu- und Ableitung von Trocknungsgasen vorgesehen ist. Vorteil ist, dass der Dampferzeuger über diese Rohrleitungen zur Entnahme von Dampf haltigen Gasproben angeschlossen werden kann.
• Vorteil ist, dass die Leitungen flexible aus Schläuchen vorgesehen werden können.
• Vorteil ist ein schneller Einbau und Ausbau des Dampferzeugers.
• Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass ein Behälter mit einer Kondensatfüllung zum Durchleiten von Trocknungsgasen nach dem Fließbettprinzip als Dampferzeuger vorgesehen ist. Vorteil ist eine kompakte Bauweise der Erfindung, ausgeführt durch einen Behälter. Vorteil ist, der Behälter kann leicht transportiert, angeschlossen und wieder ausgebaut werden.
• Vorteil sind günstige Kosten des Prüfmittels und ein geringer Platzbedarf.
• Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass ein Temperatursensor in den behandelten Trocknungsgasen vorgesehen ist. Vorteil ist, dass über den Temperaturwert der Sättigungszustand der Gase mit Dampf beschrieben ist.
• Vorteil ist, dass mit dem Temperaturwert der Partialdruck des Dampfes bei Sättigung und als Differenz zum örtlichen Umgebungs-Gesamt-Druck (Luftdruck) auch der Partialdruck der Luft bei Probennahme bekannt ist.
• Vorteil ist, dass aus den vorstehenden Daten die Zusammensetzung der Luft mit Wasserdampf berechnet werden kann.
• Weitere Vorteile sind dadurch gegeben, dass ein Temperatursensor in den unbehandelten Trocknungsgasen vorgesehen ist.
• Vorteil ist, dass dieser Temperatursensor den Abstand der Ablufttemperatur in der Trocknerhaube zu der Feuchtkugeltemperatur anzeigt. Vorteil ist, dass mit diesem Abstand die Funktion der Trockner bestimmt wird und das Auftreten von Kondensation kontrolliert werden kann.
• Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass ein Überlauf zur Ableitung von Kondensat, H₂O in dem Dampferzeuger vorgesehen ist. Vorteil ist, eine Begrenzung der Schichthöhe des Wassers und dass überschüssiges Wasser und Verunreinigungen des Wassers abgeleitet werden können.
• Weiterer Vorteil ist eine Ableitung von Wasser, auch zeitweise, im Dauerbetrieb.
• Ein weiterer Vorteil ist dadurch gegeben, dass eine Rohrleitung zur Aufgabe von Wasser H₂O in den Dampferzeuger vorgesehen ist. Vorteil ist, dass die Betriebsicherheit und das Erreichen eines gesättigten Zustandes durch die Vorlage von Wasser sichergestellt sind.
• Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass eine Isolierung vorgesehen ist. Vorteil ist, dass Wärmeverluste durch die Isolierung vermieden werden und eine Zufuhr und Behandlung der Gase unter wärmetechnischem Abschluss möglich ist.
• Eine vorteilhafte Ausführung der Erfindung ist dadurch gegeben, dass ein Ventilator in der Rohrleitung vorgesehen ist. Vorteil ist, dass über den Ventilator ein Druckgefälle erzeugt wird, um die Dampf haltigen Gase dem Dampferzeuger zuzuführen.
• Weiterer Vorteil ist, dass über die Drehzahl des Ventilators das Volumen an Dampf haltigen Gasen eingestellt werden kann.
• Vorteil ist eine einfache Installation bei einer Ableitung der behandelten Gase in die Umgebung.
• Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung ist mit einem Prüfverfahren zur Diagnose von konvektiver Verdampfung von Feuchte, H₂O in Trocknern in der Weise gegeben, dass Dampf haltige Trocknungsgase in dem Dampferzeuger behandelt werden. Vorteile des Prüfverfahrens bestehen insbesondere darin, dass
• • die Behandlung der Gase adiabat ohne Wärmeaustausch mit der Umgebung erfolgt,
• • ein Zustand der Sättigung sich ausbildet,
• • dieser Zustand durch online Messungen der Temperatur (TI) wiederholbar beschrieben werden kann,
• • die Messwerte als Anzeige TI, auf einem Drucker TR und über Datalogger dokumentiert sind,
• • diese Daten zur Fernabfrage über ein Telefon geeignet sind.
• Weiterer Vorteil des Prüfverfahrens ist, dass Trocknungsgase nach dem Prinzip einer Quensche behandelt werden.
• Vorteil ist, dass Messergebnisse vergleichbar sind.
• Weiterer Vorteil ist die Betriebsbereitschaft des Dampferzeugers, welche durch die Dampfbildung in der als Sperrschicht wirkenden Füllung mit Kondensat gegeben ist.
• Ausführungsbeispiele
• Ausführungsbeispiele der Erfindung sind als Zeichnung dargestellt und werden anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
• Im Einzelnen zeigen,
• 1 ein Prüfmittel mit einer perspektiven Ansicht eines Dampferzeugers;
• 2 einen Messaufbau eines Prüfmittels.
• In 1 ist ein erfindungsgemäßes Prüfmittel 1 zur Diagnose der H₂O Verdampfung in Trocknern in perspektifischer Ansicht eines Dampferzeugers zur Behandlung von dampfhaltigen Trocknungsgasen dargestellt, was im vorliegenden Fall aus dem Dampferzeuger 2 in Verbindung mit einer Anbindung an ein Dampf haltiges Trocknungsgas 3 besteht. In einer Rohrleitung 4 wird dieses Trocknungsgas 3 zur Sättigung dem Dampferzeuger 2 zugeführt. Das Trocknungsgas 3 wird in dem Dampferzeuger 2 in direktem Kontakt mit Wasser gesättigt. In einer Rohrleitung 5 kann das Trocknungsgas 3 nach der Anreicherung mit Wasserdampf abgeleitet werden. Durch die Zufuhr des Trocknungsgases 3 als Gasprobe direkt über die Rohrleitung 4 kann das Trocknungsgas 3 adiabat unter Abschluss nach Außen mit dem Wasser in dem Dampferzeuger 2 behandelt werden.
• In dem dargestellten Beispiel, wird die Gasprobe aus einer Rohrleitung 6 zur Ableitung der Trocknungsgase 3 entnommen, die einem Trockner 7 oder dem Abschnitt 7 eines Trockners über eine Rohrleitung 8 zur konvektiven Verdampfung von Feuchte, H₂O zugeführt werden.
• In einer anderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung kann das Prüfmittel 1 mit dem Dampferzeuger 2 jedoch auch direkt an eine Messstelle an einer Haube eines Trockners oder einer Papiermaschine über die Rohrleitung 4 angebunden werden. Wichtig ist bei der jeweiligen Verwendung des Prüfmittels, das hier lediglich nur durch den Dampferzeuger 2 dargestellt ist, dass der Dampferzeuger 2 ohne Wärmezufuhr und ohne eine Zufuhr von Kälte angeschlossen wird, um die im allgemeinen Beschreibungsteil erläuterten Vorteile zu erreichen.
• Weitere Vorteile des Erfindungsgemäßen Prüfmittels zur Diagnose der Verdampfung bei konvektiver Trocknung ergeben sich durch die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mir der 2.
• Ein Messaufbau des erfindungsgemäßen Prüfmittels 1 zur Diagnose der H₂O Verdampfung von konvektiver Trocknung ist gemäß 2 mit einem Dampferzeuger 2, einer Rohrleitung 4 zur Zuleitung von Dampf haltigem Trocknungsgas 3 dargestellt. Für die Beschreibung in 2 werden gleiche Bezugszeichen für gleiche Komponenten wie in 1 verwendet. Für den Transport des Trocknungsgases zu und von dem Dampferzeuger 2 ist in einer Rohrleitung 5 ein Ventilator 9 vorgesehen. Durch Isolierungen 10 an der Rohrleitung 4 und dem Dampferzeuger 2 wird der wärmetechnische Abschluss des Prüfmittels 1 verbessert.
• Eine Füllung 11 mit Wasser H₂O ist in dem Dampferzeuger 2 vorgesehen, in welche das Dampf haltige Trocknungsgas 3 über Öffnungen 12 ausgeblasen wird und bevorzugt fließbettähnlich im Wasser 11 verteilt wird. Vorteil ist der gute Wärme- und Stoffaustausch in dem Fließbett aus Wasser und Dampf haltigen Trocknungsgasen 3. Eine Begrenzung der Wassermenge in dem Dampferzeuger 2 erfolgt durch einen Überlauf 13. Über eine Rohrleitung 14 kann Wasser nachgefüllt werden.
• Die Diagnosefunktion des erfindungsgemäßen Prüfmittels wird durch einen Temperatursensor 15 in dem gesättigten Trocknungsgas und einen Temperatursensor 16 in dem unbehandelten Trocknungsgas ermöglicht.
• Dadurch dass die Diagnose der H₂O Verdampfung gemäß dem Schema in 2 auf einer adiabaten Sättigung der Gasprobe (Trocknungsgase 3) in dem Dampferzeuger 2 aufgebaut ist, entsteht ein prüffähiger Gaszustand bei einem Druck PI 17, der eine Diagnose zulässt. Die Vorteile des Prüfmittels sind,
• (1) dass der Gaszustand wiederholbar ist,
• (2) dass mit 2 Temperatursensoren 15, 16 Gaszustände der behandelten und unbehandelten Gasproben beschrieben sind,
• (3) dass die Differenz der Temperaturen 15, 16 den Abstand in den Trocknungsgasen von der Kondensatbildung aufzeigt
• (4) dass die Sensoren 15, 16 in dem Dampferzeuger einbaubar sind.
• Ein Vorteil des Prüfmittels ergibt sich dadurch, dass der Ventilator in dem behandelten Trocknungsgas, nach den Temperatursensoren 15, 16 angeordnet ist. Vorteil ist, dass die Druckerhöhung des Ventilators die Anzeigewerte der Sensoren 15, 16 nicht beeinflusst. Beispiel: Der Betrieb eines Trockner für Wäsche

  Trockner – 28 kg, mit Umluftrückführung; Hersteller: Passat Entnahme der Dampf haltigen Luft: Rohrleitung nach dem Trockner Feuchter Wäscheposten: Wasser mit Mischungen aus Dralon, Baumwolle, Kordhosen, Pullover u. a.
  Temperatur im Gleichgewicht im Dampferzeuger	62°C
  Temperatur der Abluft am Anfang d. Trocknung	78°C
  Temperatur der Abluft am Ende der Trocknung	95°C
  Verwendete Messmittel: 2 Stück	Typ PT 100
  Messtoleranz des Messmittel	+/–0,1% + °C
  Auswertung der Messdaten:
  Sicherheitsabstand zum Kondensatausfall:
  (95°C/78°C – 62°C)	16°C bis 33°C
  Gaszustand bei 62°C,
  bezogen auf einen Gesamtdruck PI von	10 000 mmWS:
  Sättigung	62°C
  Dampfanteil – kg Dampf/kg Luft	0,178 kg – H2O
  Wärmeinhalt der Abluft 126,4 kcal/kg	528,3 kJ/kg Luft
  Wärmeinhalt der Luft bei adiabater Sättigung	528,3 kJ/kg Luft
  Ergebnis/Toleranz:
  Temperatur bei Sättigung	62°C
  Toleranz	0,2% von 62°C
  Toleranz des Messmittel:	0,2% von 62°C (62 × 0,002) 0,124°C

• Mit der Verwendung des erfindungsgemäßen Prüfmittels in Dampf hastigen Trocknungsgasen nach den Merkmalen des Anspruchs 1 ist am Beispiel eines Wäschetrockners vorteilhaft aufgezeigt,
• • dass das Prüfmittel/Messmittel den Sättigungszustand der Gase mit einer Toleranz von 0,124°C anzeigt.
• • Vorteil ist, dass die H₂O Verdampfung der Trocknung in einer Genauigkeit von (0,124/0,3) entsprechend 0,41°C diagnostiziert werden kann.
• Die Feuchteverdampfung wurde vorteilhaft mit einer H₂O Aufnahme von ca. 170 g H₂O pro kg Luft ausgewiesen.
• Zusammenfassend sind folgende Vorteile der Erfindung gegeben:
• (1) Darstellung der Verdampfung über die Zeit,
• (2) Einsatz von zuverlässigen Messmitteln z. B. PT 100, geeignet zum Anschluss über Messstutzen an dem Dampferzeuger 2;
• (3) Diagnose der weiteren Betriebsdaten aus den im Sättigungszustand gültigen Stoffdaten für Wasser und Luft, der durch das Prüfmittel mit einer Genauigkeit von < 0,41°C angezeigt wird.
• Bezugszeichenliste

1

Prüfmittel

2

Dampferzeuger

3

Trocknungsgas

4

Rohrleitung

5

Rohrleitung

6

Rohrleitung

7

Trockner, Trocknerabschnitt

8

Rohrleitung

9

Ventilator

10

Isolierung

11

Kondensat, Wasser

12

Öffnungen

13

Rohrleitung, Überlauf

14

Rohrleitung

15

Temperatursensor

16

Temperatursensor

17

Druckanzeige, Gesamtdruck

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• DE 3336998 C2 [0005, 0005]
• DE 3925595 [0008, 0008]
• DE 102005029602 [0015, 0015, 0018]
• DD 249954 A1 [0020, 0020, 0032]
• DE 102006033789 A1 [0039]

Claims (13)

1. Prüfmittel zur Diagnose von konvektiver Verdampfung von Feuchte, H₂O in Trocknern (7) und Abschnitten (7) von Trocknern z. B. in Gehäusen, ausgeführt als Hauben von Papier- und Kartonmaschinen oder in Trocknern von Textilien in Wäschereien, von organischen und anorganischen Schüttgütern, von lackierten Oberflächen, von Naturstoffen z. B. Holz und Produkten aus Holz, von Gips- und anderen Bauplatten, mit einer Belüftung und Entlüftung der Trockner (7) und mit einer Entnahme von Dampf haltigen Trocknungsgasen (3), dadurch gekennzeichnet, dass ein Dampferzeuger (2) für die Diagnose von Dampf haltigen Trocknungsgasen (3) vorgesehen ist.
2. Prüfmittel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Prüfmittel nach Art einer Quensche vorgesehen ist.
3. Prüfmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Rohrleitungen (8, 6) zur Zu- und Ableitung von Trocknungsgasen an dem Dampferzeuger (2) vorgesehen sind.
4. Prüfmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Behälter mit einer Kondensatfüllung (11) zum Durchleiten von Trocknungsgasen (3) nach dem Fließbettprinzip als Dampferzeuger (2) vorgesehen ist.
5. Prüfmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (15) in den behandelten Trocknungsgasen (3) vorgesehen ist.
6. Prüfmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Temperatursensor (16) in den unbehandelten Trocknungsgasen (3) vorgesehen ist.
7. Prüfmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Überlauf (13) zur Ableitung von Kondensat (11), H₂O vorgesehen ist.
8. Prüfmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rohrleitung (14) zur Aufgabe von Wasser H₂O in den Dampferzeuger (2) vorgesehen ist.
9. Prüfmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Isolierung (10) vorgesehen ist.
10. Prüfmittel nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ventilator (9) für Dampf haltige Trocknungsgase (3) vorgesehen ist.
11. Prüfverfahren unter Verwendung eines Prüfmittels (1) nach Anspruch 1, mit einer Diagnose von konvektiver Verdampfung von Feuchte, H₂O in Trocknern (7) und Abschnitten (7) von Trocknern z. B. in Gehäusen, ausgeführt als Hauben von Papiermaschinen, von Trocknern für Wäsche und weiteren zur konvektiven Trocknung vorgesehenen Produkten, mit einer Belüftung und Entlüftung der Trockner (7) und mit einer Entnahme von Dampf haltigen Trocknungsgasen (3) und einem Dampferzeuger (2) für diese Trocknungsgase (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Dampf haltigen Trocknungsgase (3) in dem Dampferzeuger (2) behandelt werden.
12. Prüfverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknungsgase (3) nach dem Prinzip einer Quensche behandelt werden.
13. Prüfverfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass es nach einem der vorstehenden Ansprüche 2 bis 10 und Anspruch 12 ausgeführt wird.

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