-
Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit Luftkompressor und Kältekreislauf.
-
In Industriebetrieben wird an vielen Stellen Druckluft benötigt. Diese wird üblicherweise mit elektrisch angetriebenen, stationären Kompressoren durch Verdichtung von atmosphärischer Luft aus der Umgebung erzeugt. Der Bedarf an elektrischer Energie soll aus Kosten- und Umweltschutzgründen möglichst gering sein. Die Verdichtung einer bestimmten Masse Umgebungsluft auf einen Enddruck erfordert um so weniger Energie, je geringer die Lufttemperatur ist. Deshalb gibt es schon seit längerem den Gedanken, die atmosphärische Luft vor Beginn des Verdichtungsvorganges auf eine Temperatur deutlich unter der Umgebungstemperatur herunter zu kühlen. Beispiele für eine solche Ansaugluftvorkühlung finden sich in
DE1006112B ,
DE29500781 U1 oder
DE3637071 C2 .
-
Dieses Verfahren wurde mitunter bei der Drucklufterzeugung eingesetzt, verlangt aber nach einem separaten Kälteerzeuger. Wenn man unter die 0°C-Grenze herunter kühlt, muss man aus der Umgebungsluft in Eisform ausgeschiedene Luftfeuchtigkeit abführen, was den Aufbau sehr teuer macht; wenn man nicht unter diese Grenze herunter kühlt, bleibt der Energie-Einspareffekt geringer und der Aufwand für den zusätzlichen Kältemittelkreislauf zur Kälteerzeugung lohnt sich in aller Regel nicht.
-
In der Erzeugung industrieller Druckluft sind sogenannte Kältetrockner weit verbreitet. Dort wird die erzeugte Druckluft getrocknet, um Korrosion und Störungen im Druckluftsystem zu vermeiden, welche durch Kondenswasserbildung verursacht werden können. Dieses Trocknen geschieht dadurch, dass die Druckluft mittels eines Kältemittelkreislaufs auf etwa +4°C herunter gekühlt wird und vorhandene Luftfeuchte weitgehend kondensiert, worauf sie in flüssiger Form aus der Druckluft abgeführt werden kann.
-
Beschreibungen des Aufbaus eines Kältetrockners finden sich in vielen Patenten, so dass eine Beschreibung der Einzelheiten entfallen kann, Beispiele sind
DE 20 2005 008 751 U1 ,
EP1702667A2 ,
EP1808218A2 oder
WO2007/011297A1 . Die Leistung des Kältemittelkreislaufs ist üblicherweise größer als im Normalbetrieb erforderlich, damit auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen die Druckluft weit genug herunter gekühlt und getrocknet werden kann.
-
Um das Problem des Aufwandes für eine Ansaugluftvorkühlung zu lösen, wird vorgeschlagen, einen gemeinsamen Kältemittelkreislauf für beide Aufgaben zu nutzen, sowohl für die Kältetrocknung als auch für die Ansaugluftvorkühlung. Die Kälteleistung des einen Kältemittelkreislaufs dient zum einen zur Abkühlung und damit Kältetrocknung der erzeugten Druckluft, zum anderen zur Vorkühlung der angesaugten Luft vor deren Verdichtung.
-
Vorteilhafterweise erfolgt die Abkühlung der Ansaugluft durch einen Wärmetauscher der in Klimageräten üblichen Art, insbesondere mit Kältemittel führenden Rohren in einem von der Ansaugluft durchströmten Aluminiumblechlamellenpaket, auf eine Temperatur knapp oberhalb der 0°C-Grenze, z. B. auf die 4°C des Drucklufttrockners. Durch diese Zieltemperatur oberhalb des Gefrierpunktes wird die Bildung von (schlecht abführbarem) Eis vermieden.
-
Ebenso vorteilhaft wird die Leistung des Kältemittelkreislaufs so bemessen, dass sie für die Aufgabe der Drucklufttrocknung auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen ausreicht und nur die jeweils über den dazu notwendigen Bedarf hinaus verfügbare Leistung zur Ansaugluftvorkühlung verwendet wird. Dadurch ist die Kältetrocknung gesichert und die Ansaugluftvorkühlung erfolgt nachrangig, aber über den größten Teil der Betriebszeit.
-
Vorzugsweise werden alle Teile dieses Kältemittelkreislaufs, insbesondere Kältemittelverdichter, Kältemittelverflüssiger (gleich Wärmetauscher zur Abgabe von Wärme an die Umgebung), Drossel, ein Kältemittelverdampfer zur Drucklufttrocknung (gleich Wärmetauscher zur Aufnahme von Wärme der Druckluft), ein Kältemittelverdampfer zur Ansaugluftvorkühlung (gleich Wärmetauscher zur Aufnahme von Wärme aus der Ansaugluft vor deren Verdichtung) sowie Regelgeräte wie Temperaturfühler und gesteuerte Ventile in dem gleichen transportablen Gehäuse (oft auch als ”Schalldämmhaube” genutzt und so bezeichnet) untergebracht wie der Druckluftkompressor und dessen Nebenaggregate.
-
Eine Abwandlung der Regelung kann den Wert der Luftfeuchte der Umgebungsluft – sei er direkt gemessen, gemäß dem Kalenderdatum und dem Standort geschätzt oder aus anderen Messdaten wie der Umgebungstemperatur und der Austrittstemperatur aus dem Druckluftnachkühler errechnet – benutzen, um eine Kondensation oder eine Eisbildung bei der Ansaugluftvorkühlung zu vermeiden.
-
Dass die üblichen Verfahren zur Verfeinerung des Kältekreislaufes, wie Kältemittelkompressor mit regelbarer Fördermenge, Parallelschaltung mehrerer Kältemittelkompressoren, thermische Masse, Heißgasbypass, unterschiedliche Verdampfungsdrücke in Verdampfern usw. auch hier angewendet werden können, sei am Rande vermerkt.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung im Übrigen und aus den Ansprüchen. Vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 einen Kompressor mit Kältetrocknung nach dem Stand der Technik,
-
2 den Kompressor gemäß 1 aber mit erfindungsgemäß integrierter Ansaugluftkühlung.
-
In einem transportablen Gehäuse 1 ist ein Kompressor 2 zur Verdichtung von Luft aus der Umgebung angeordnet, angetrieben von einem Elektromotor 3. Die durch die Verdichtung aufgeheizte Luft wird in einem Wärmetauscher 4 durch Umgebungsluft gekühlt. In einem Raum 5 wird die Luft weiter herunter gekühlt – wodurch Kondenswasser ausfällt und durch ein gesteuertes Ventil 6 abgeleitet wird – und als getrocknete Luft an die Verbraucher abgegeben, 7. In vielen Kompressoranordnungen gibt es zusätzlich noch weitere Vorrichtungen zur Verfeinerung des Verfahrens wie einen Gegenstromwärmetauscher, der mit der gekühlten Druckluft aus dem Austritt des Raumes 5 die in diesen Raum eintretende Druckluft vorkühlt oder Steuervorrichtungen für den Motor 3, aber das ist aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet.
-
Die Kühlung der Druckluft in dem Raum 5 erfolgt durch einen Kältemittelkreislauf (8 bis 10). Das Kältemittel wird durch einen elektrisch angetriebenen Kältemittelkompressor 8 verdichtet, gibt in einem Wärmetauscher 9 seine Wärme an die Umgebungsluft ab und verflüssigt sich dabei, gelangt durch eine Drosselstelle 10 in einen Druckluftwärmetauscher 15 im Raum 5, verdampft darin und kühlt dadurch die Druckluft.
-
Das Gehäuse ist durch einen Ventilator 11 und einen Umgebungslufteintritt 12 belüftet, damit die innen liegenden Wärmetauscher 4 und 9 die Wärme an die Umgebungsluft abgeben können. Feinheiten wie die genaue Luftführung in dem Gehäuse 1 sind in der Zeichnung nicht berücksichtigt.
-
2 zeigt einen erfindungsgemäßen Kompressor. Er enthält alle Teile wie 1 und ist erweitert um einen weiteren Wärmetauscher 13, in dem das Kältemittel die Ansaugluft vor Eintritt in den Luftkompressor 2 vorkühlt. Das hierfür verwendete Kältemittel befindet sich im gleichen Kreislauf wie in 15, 8, 9, 10 und wird nach dem Wärmetauscher 9 über eine Regelvorrichtung, hier angedeutet durch eine Drosselstelle 14 mit einem Ventil, abgezweigt. Es wird ein Teil des Kältemittels zum Wärmetauscher 13 abgezweigt, wenn die Kapazität des Kältekreislaufes – insbesondere des Kältemittelkompressors 8 und des Wärmetauschers 9 – mehr als ausreicht, um die Druckluft im Raum 5 ausreichend abzukühlen und zu trocknen. Die Regelung des Kältekreislaufes kann somit erfolgen, indem ein Temperatursensor (nicht gezeichnet) in Raum 5 die Temperatur misst und bei Unterschreitung einer Temperaturschwelle von z. B. 3°C das Ventil 14 öffnet und es bei Überschreitung dieser Schwelle wieder schließt.
-
Eine weitere Regelung kann den Kältekompressor jeweils abschalten, wenn die Abkühlung der Ansaugluft bei 13 so stark ist, dass Gefrierpunktunterschreitung droht. Aber auch andere Regelverfahren bzw. Regelvorrichtungen sind möglich, um vorrangig die Temperatur im Raum 5 und nachrangig bei 13 auf einen Zielwert von 0°C bis 7°C zu vermindern. Bei einer Temperatur der Umgebungsluft unter 0°C wird der Abzweig des Kältekreislaufes nach 13 vorzugsweise nicht benutzt.
-
Die Verteilung der Kälteleistung in die Wärmetauscher bzw. Verdampfer 15 und 13 kann elektronikfrei erfolgen, indem an der Drosselstelle 10 ein durch die Kältemitteltemperatur am Austritt von 5 geregeltes Drosselventil und in der Drosselstelle 14 ein durch den Druck in 13 geregeltes Drosselventil angeordnet wird.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Gehäuse
- 2
- Kompressor oder Luftkompressor
- 3
- Elektromotor
- 4
- Wärmetauscher
- 5
- Raum
- 6
- Ventil
- 7
- Verbraucher
- 8
- Kältemittelkompressor
- 9
- Wärmetauscher
- 10
- Drosselstelle
- 11
- Ventilator
- 12
- Umgebungslufteintritt
- 13
- Wärmetauscher
- 14
- Drosselstelle
- 15
- Druckluftwärmetauscher
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 1006112 B [0002]
- DE 29500781 U1 [0002]
- DE 3637071 C2 [0002]
- DE 202005008751 U1 [0005]
- EP 1702667 A2 [0005]
- EP 1808218 A2 [0005]
- WO 2007/011297 A1 [0005]
