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Die Erfindung betrifft ein Wechselventil, das dazu geeignet ist, in einer Trocknungsanlage für Gas mit einer ersten Trocknereinheit und einer zweiten Trocknereinheit den in einer ersten Schaltstellung aus der ersten Trocknereinheit austretenden Gasstrom und den in einer zweiten Schaltstellung aus der zweiten Trocknereinheit austretenden Gasstrom aufzunehmen. Ebenso betrifft die Erfindung eine Trocknungsanlage für Gas mit einer ersten Trocknereinheit und einer zweiten Trocknereinheit und einem derartigen Wechselventil. Ferner betrifft die Erfindung eine Verwendung für ein solches Wechselventil und ein System, das zumindest ein solches Wechselventil aufweist.
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Sorptionstrockner dienen im Allgemeinen dazu, Feuchtigkeit aus einem Gas und insbesondere einem komprimierten Gas, wie z. B. Druckluft, zu entfernen. Bei der Erzeugung von Druckluft saugt ein Kompressor Umgebungsluft an und verdichtet diese. Die Verdichtung der angesaugten Umgebungsluft führt zu einer Feuchtigkeitsübersättigung der komprimierten Luft. Ein Teil dieser Feuchtigkeit kondensiert in einem Nachkühler des Kompressors aus und wird über Abscheidesysteme aus dem Druckluftsystem abgeleitet. Die Abkühlung der Druckluft im Rohrleitungssystem zwischen dem Kompressor und dem Verbraucher hat eine weitere Bildung von Kondensat zur Folge. Dies kann in der nachfolgenden Verwendung der Druckluft zu negativen Begleiterscheinungen führen, die einen hohen Wartungsaufwand oder Qualitätseinbußen begründen können. Anwendungen, die hohe Anforderung an die Reinheit der Druckluft stellen, wie beispielsweise Anwendungen in der Lebensmittelindustrie, der Pharmaindustrie oder in der Halbleitertechnik, erfordern daher häufig zusätzliche Anlagen zur Trocknung der komprimierten Luft, die in der Regel zwischen dem Nachkühler des Kompressors und dem Verbrauchernetz in das Druckluftsystem integriert sind. Diese Trocknungsanlagen dienen dazu, die komprimierte Luft nahezu feuchtigkeitsfrei in das Druckluftsystem einzuspeisen.
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Bekannte Sorptionstrockner weisen in der Regel zwei Behälter auf, in denen Trockenmittel (Sorbens) – häufig in Form einer Schüttung eines granulatförmigen Trockenmittels – angeordnet ist. Häufig kommen adsorptive Trockenmittel zum Einsatz, wobei auch absorptive Trockenmittel verwendet werden können. Die beiden Behälter sind durch Leitungen parallel miteinander und jeweils mit dem Einlass des zu trocknenden Gases und dem Auslass des getrockneten Gases verbunden. Der Strömungsweg des Gases wird über Ventile gesteuert. Dabei kommen auch Wechselventile zum Einsatz. Wechselventile sind u. a. dazu geeignet, in der Trocknungsanlage für Gas mit einer ersten Trocknereinheit und einer zweiten Trocknereinheit den in einer ersten Schaltstellung aus der ersten Trocknereinheit austretenden Gasstrom und den in einer zweiten Schaltstellung aus der zweiten Trocknereinheit austretenden Gasstrom aufzunehmen. Ein weiteres Wechselventil stromaufwärts der ersten Trocknereinheit und der zweiten Trocknereinheit führt in einer ersten Schaltstellung einen zu trocknenden Gasstrom der ersten Trocknereinheit zu. In einer zweiten Schaltstellung führt das zweite Wechselventil den zu trocknenden Gasstrom der zweiten Trocknereinheit zu.
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Die Steuerung der Ventile übernimmt eine Steuereinheit. Die Steuerung der Ventile ist dabei so ausgelegt, dass stets ein Behälter von dem zu trocknenden Gas durchströmt wird. In diesem wird das Gas getrocknet, indem die darin enthaltene Feuchtigkeit von dem in dem Behälter enthaltenen Trockenmittel gebunden wird. In dieser Phase befindet sich dieser Behälter somit in einer Sorptions- oder Trockenphase. Während der Sorptionsphase des einen Behälters wird der andere Behälter (in der Regel) in entgegengesetzter Richtung von einem Teil des getrockneten Gases durchströmt, um das während einer vorherigen Sorptionsphase gesättigte Sorbens zu trocknen, d. h. zu regenerieren. Dieser Behälter befindet sich dabei folglich in der Regenerationsphase. Wenn das Sorbens ohne externe Zufuhr von Wärmeenergie, d. h. lediglich durch einen Teilstrom des vorab getrockneten Gases getrocknet wird, handelt es sich um eine so genannte kalte Regeneration. Hierfür wird in einer aus der Praxis bekannten Anlage eine Bypaß-Leitung neben dem stromabwärts der Trocknereinheiten vorgesehenen Wechselventil vorgesehen, durch die ein Teil des getrockneten Gasstroms, der aus der Trocknereinheit in Sorptionsphase strömt, am Wechselventil vorbei zur zweiten Trocknereinheit geführt wird. Im Vergleich zur Strömungsrichtung in der Sorptionsphase durchströmt der am Wechselventil vorbeigeführte Teilgasstrom die zu regenerierende Trocknereinheit im Gegenstrom. Nach einer vorgegebenen, von der Belastung des Sorptionstrockners abhängigen Zeitspanne, ist es erforderlich, die Ventile in den Zu- und Ableitungen so umzusteuern, dass derjenige Behälter, der sich bislang in der Sorptionsphase befand, regeneriert wird und der Behälter, der vorher regeneriert wurde, nunmehr zur Trocknung des Gases verwendet wird.
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Aus dem Stand der Technik ist zudem die warme Regeneration eines Sorbtionstrockners bekannt. Hierbei wird der sich in der Regenerationsphase befindliche Sorptionsbehälter durch Luft regeneriert, die durch Zufuhr externer Energie aufgeheizt wurde. Bei der Luft kann es sich entweder um einen Teilstrom der getrockneten Druckluft handeln oder es kann z. B. auch Umgebungsluft verwendet werden. Zum Aufheizen der Regenerationsluft im Zusammenhang mit der warmen Regeneration werden regelmäßig elektrische Heizvorrichtungen eingesetzt.
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Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Wechselventil für eine Trocknungsanlage für Gas sowie eine Trocknungsanlage für Gas, eine Verwendung für ein Wechselventil und ein System für ein Wechselventil vorzuschlagen, die es ermöglichen, den Aufbau der Trocknungsanlage zu vereinfachen.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der nebengeordneten Ansprüche 1, 11, 12 und 13 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der hiernach folgenden Beschreibung wiedergegeben.
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Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, anstelle der aus der Praxis bekannten Bypaß-Leitung um das Wechselventil herum zwischen der ersten Trocknereinheit und der zweiten Trocknereinheit in dem Wechselventil einen dritten Strömungspfad für Gas vorzusehen, der von der ersten Eintrittsöffnung zu der zweiten Eintrittsöffnung führt. Dadurch kann die aus der Praxis bekannte zusätzliche Leitung in das Wechselventil hinein verlegt werden und dadurch der Aufbau der Trocknungsanlage vereinfacht werden. Die Erfindung kann zwar unter Beibehaltung der Bypaß-Leitung umgesetzt werden, um sich diese Option des Gasaustauschs zwischen den Trocknereinheiten zu behalten. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die die Erfindung umsetzende Trocknungsanlage jedoch keine Bypaß-Leitung um das Wechselventil auf. Diese Aufgabe wird in der bevorzugten Ausführungsform allein durch den dritten Strömungspfad für Gas in dem erfindungsgemäßen Wechselventil übernommen.
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Das erfindungsgemäße Wechselventil weist eine Austrittsöffnung, eine erste Eintrittsöffnung und eine zweite Eintrittsöffnung auf. Durch die Austrittsöffnung kann der Gasstrom aus dem Wechselventil austreten. Durch die erste Eintrittsöffnung kann Gas in das Wechselventil eintreten. Durch die zweite Eintrittsöffnung kann ebenfalls Gas in das Wechselventil eintreten. Die Austrittsöffnung und/oder die erste Eintrittsöffnung und/oder die zweite Eintrittsöffnung werden insbesondere bevorzugt durch die jeweilige Innenöffnung eines rohrförmigen, an dem Wechselventil vorgesehenen Anschlussstücks ausgebildet. Das jeweilige Anschlussstück kann in einer bevorzugten Ausführungsform einen Verbindungsabschnitt, beispielsweise einem Abschnitt mit einem Außengewinde oder einem Innengewinde oder mit einem Außenkonus oder mit einem Innenkonus aufweisen, mit dem das jeweilige Anschlussstück mit einer weiterführenden Rohrleitung verbunden werden kann. Ebenso können die Anschlussstücke Dichtungen, wie beispielsweise O-Ringe aufweisen. Die Anschlussstücke müssen jedoch nicht lösbar mit an ihnen angrenzenden Rohrleitungen verbindbar sein. Es sind auch Bauformen von Trocknungsanlagen bekannt, bei denen das Wechselventil fest in das Rohrleitungssystem eingebaut, beispielsweise eingeschweißt wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist das erfindungsgemäße Wechselventil einen im Wesentlichen T-förmingen Grundkörper auf, der aus dem rohrförmigen Anschlussstück mit der Austrittsöffnung, einem rechtwinklig dazu angeordneten zweiten Anschlussstück mit der ersten Eintrittsöffnung und einem dem Anschlussstück für die erste Eintrittsöffnung gegenüberliegenden, ebenfalls rechtwinklig zum Anschlussstück mit der Austrittsöffnung stehenden Anschlussstück mit der zweiten Eintrittsöffnung besteht. In der bevorzugten Ausführungsform bildet der Raum zwischen den Anschlussstücken die Ventilkammer des Wechselventils. Es ist aber auch denkbar, dass das Wechselventil einen anders geformten Grundkörper aufweist. Das erfindungsgemäße Wechselventil muss noch nicht einmal ein eigenständiges Bauelement zum Einbau in ein Rohrleitungssystem sein. Das erfindungsgemäße Wechselventil kann auch in einem größeren Grundkörper ausgebildet sein, beispielsweise in einem Grundkörper eines Trägerelements, an dem die erste Trocknereinheit und die zweite Trocknereinheit angeordnet sind.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Austrittsöffnung und/oder die erste Eintrittsöffnung und/oder die zweite Eintrittsöffnung kreisförmig oder elliptisch ausgebildet.
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In dem Wechselventil ist ein erster Strömungspfad für Gas ausgebildet, der von der ersten Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung führt. Ebenso ist in dem Wechselventil ein zweiter Strömungspfad für Gas ausgebildet, der von der zweiten Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung führt. Der erste Strömungspfad und der zweite Strömungspfad können über ihre gesamte Erstreckung als separate Strömungspfade ausgeführt werden, beispielsweise wenn die Austrittsöffnung die Zusammenführung des ersten Strömungspfads mit dem zweiten Strömungspfad darstellt. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist ein Teilabschnitt des ersten Strömungspfads identisch mit einem Teilabschnitt des zweiten Strömungspfads. Beispielsweise wird bei einem T-förmigen Wechselventil, bei dem die erste Eintrittsöffnung gegenüberliegend der zweiten Eintrittsöffnung und die Austrittsöffnung rechtwinklig zu der ersten Eintrittsöffnung und der zweiten Eintrittsöffnung in der Mitte angeordnet ist, der letzte Abschnitt des ersten Strömungspfads und der letzte Abschnitt des zweiten Strömungspfads durch den selben Abschnitt des Wechselventils gebildet, nämlich den Strömungsabschnitt von der Ventilkammer bis zur Austrittsöffnung.
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Das erfindungsgemäße Wechselventil weist einen Ventilkörper auf, der in einer ersten Schaltstellung den ersten Strömungspfad freigibt und in einer zweiten Schaltstellung den ersten Strömungspfad verschließt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Wechselventil so ausgebildet, dass dieser Ventilkörper in der ersten Schaltstellung auch den zweiten Strömungspfad verschließt und in der zweiten Schaltstellung den zweiten Strömungspfad freigibt. Mit einer solchen Bauform kann das Umschalten von dem ersten Strömungspfad auf den zweiten Strömungspfad mit einem einzigen Ventilkörper erfolgen. Ebenso ist es denkbar, einen weiteren, zweiten Ventilkörper vorzusehen, der in der ersten Schaltstellung den zweiten Strömungspfad verschließt und in seiner zweiten Schaltstellung den zweiten Strömungspfad freigibt. Diese Bauform eignet sich insbesondere für Ausführungsformen, bei denen der erste Strömungspfad und der zweite Strömungspfad im Wesentlichen getrennt geführt werden.
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Das erfindungsgemäße Wechselventil sieht einen dritten Strömungspfad für Gas vor, der von der ersten Eintrittsöffnung zur zweiten Eintrittsöffnung führt oder der von der Austrittsöffnung zur zweiten Eintrittsöffnung führt, ohne in der ersten Schaltstellung des Ventilkörpers von dem Ventilkörper verschlossen zu sein. Diese erfindungsgemäße Ausführungsform erlaubt es, dass ein Teilstrom des Gasstroms in der ersten Schaltstellung des Ventilkörpers nicht aus der Austrittsöffnung austritt, sondern von der ersten Eintrittsöffnung zur zweiten Eintrittsöffnung strömt und dort austritt, beziehungsweise (wenn der dritte Strömungspfad von der Austrittsöffnung zur zweiten Eintrittsöffnung führt) von der ersten Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung strömt, dort aber nicht austritt, sondern in den dritten Strömungspfad umgeleitet wird und durch diesen von der Austrittsöffnung zur zweiten Eintrittsöffnung strömt und dort austritt. Dieser Teilstrom des Gasstroms kann dazu verwendet werden, die in der Regenerationsphase befindliche Trocknereinheit zu regenerieren. In der ersten Schaltstellung des Ventilkörpers ist das erfindungsgemäße Wechselventil demnach dazu geeignet, den größeren Teil des Gasstroms von der ersten Trocknereinheit zum Auslass zu führen und den verbleibenden, kleineren Teil des Gasstroms der zweiten Trocknereinheit zuzuführen. In der zweiten Schaltstellung des Ventilkörpers und bei verschlossenem ersten, aber freigegebenem zweiten Strömungspfad ist das Wechselventil demnach dazu geeignet, den größeren Teil des Gasstroms aus der zweiten Trocknereinheit zum Auslass zu führen und den verbleibenden Teil des Gasstroms der ersten Trocknereinheit zuzuführen, beispielsweise um die erste Trocknereinheit zu regenerieren.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der kleinste Querschnitt des dritten Strömungspfads kleiner als der kleinste Querschnitt des ersten Strömungspfads. Wird gemäß einer bevorzugten, im Detail weiter unten diskutierten bevorzugten Ausführungsform der dritte Strömungspfad aus mindestens zwei parallelen Teilströmungspfaden zusammengesetzt, so wird bei derartigen Bauformen als kleinster Strömungsquerschnitt des dritten Strömungspfads der Gesamtquerschnitt verstanden, der sich aus der Summe der kleinsten jeweiligen Querschnitte der Teilströmungspfade ergibt, die im Betriebszustand des eingebauten Wechselventils genutzt werden.
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Der erfindungsgemäß vorgesehene dritte Strömungspfad für Gas führt von der ersten Eintrittsöffnung zur zweiten Eintrittsöffnung oder von der Austrittsöffnung zur zweiten Eintrittsöffnung. Dabei kann der dritte Strömungspfad vollkommen getrennt von anderen Strömungspfaden, beispielsweise getrennt vom ersten Strömungspfad und getrennt vom zweiten Strömungspfad in dem Wechselventil ausgeführt sein. In einer bevorzugten Ausführungsform sind jedoch Teilabschnitte des dritten Strömungspfads identisch mit Teilabschnitten des ersten Strömungspfads und/oder Teilabschnitten des zweiten Strömungspfads. Beispielsweise kann der erste Strömungspfad in einer Ausführungsform, bei der die erste Eintrittsöffnung durch ein Anschlussstück und die zweite Eintrittsöffnung durch ein Anschlussstück gebildet wird und zwischen den beiden Anschlussstücken eine Ventilkammer vorgesehen ist, durch das erste Anschlussstück, die Ventilkammer, den in der Ventilkammer sitzenden Ventilkörper und das zweite Anschlussstück führen. Ebenso sind Ausführungsformen denkbar, bei denen der dritte Strömungspfad durch das erste Anschlussstück, einen in dem Gehäuse des Ventils ausgeführten Bypass um die Ventilkammer und das zweite Anschlussstück führt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der dritte Strömungspfad in allen Schaltstellungen geöffnet. Dadurch können aufwendige Vorkehrungen zum Verschließen des dritten Strömungspfads vermieden werden und der Aufbau des Wechselventils weiter vereinfacht werden. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Wechselventil, wenn es einen dritten Strömungspfad für Gas aufweist, der von der Austrittsöffnung zur zweiten Eintrittsöffnung führt, ohne in der ersten Schaltstellung des Ventilkörpers von dem Ventilkörper verschlossen zu sein, einen weiteren, vierten Strömungspfad auf, der von der Austrittsöffnung zur ersten Eintrittsöffnung führt, ohne in der zweiten Schaltstellung verschlossen zu sein. Somit kann das Wechselventil so ausgelegt werden, dass in der ersten Schaltstellung der Gasstrom über den ersten Strömungspfad von der ersten Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung strömt, während der zweite Strömungspfad verschlossen ist, und ein Teil des Gasstroms von der Austrittsöffnung zur zweiten Eintrittsöffnung strömt und dort austritt, während in der zweiten Schaltstellung der Gasstrom über den zweiten Strömungspfad von der zweiten Eintrittsöffnung zur Austrittsöffnung strömt, während der erste Strömungspfad verschlossen werden ist, und ein Teil des Gasstroms von der Austrittsöffnung zur ersten Eintrittsöffnung strömt und dort austritt.
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Der Ventilkörper ist beweglich in einer Ventilkammer angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Ventilkörper in der Ventilkammer verschwenkt werden. Der Ventilkörper kann beispielsweise als Kugelkörper mit einem in dem Kugelkörper ausgeführten Strömungskanal ausgeführt werden, der in einer kugelförmigen Ventilkammer verschwenkt werden kann. In einer alternativen, ebenfalls bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Ventilkammer entlang einer Längsachse, wobei der Ventilkörper derart in der Ventilkammer angeordnet ist, dass er sich entlang der Längsachse bewegen kann, wobei der Ventilkörper derart an den Querschnitt der Ventilkammer angepasst ist, dass er in einer Schaltstellung in der Ventilkammer eine erste Teilkammer und eine zweite Teilkammer voneinander trennt. Beispielsweise kann die Ventilkammer im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet sein und der Ventilkörper als Scheibe oder Kugel ausgebildet sein, deren Außendurchmesser derart an den Innendurchmesser der zylinderförmigen Ventilkammer angepasst ist, dass kein Gas den Ventilkörper umströmen kann. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Ventilkammer zumindest für einen Teil ihrer Längserstreckung einen im Wesentlichen gleichen Querschnitt auf, wobei der Ventilkörper in diesem Teil der Längserstreckung der Ventilkammer angeordnet ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Ventilkörper in der ersten Schaltstellung in einer ersten Endlage in der Ventilkammer angeordnet, so dass sich nur die erste Teilkammer innerhalb der Ventilkammer ausbildet. Beim Umschalten bewegt sich der Ventilkörper von der ersten Endlage über eine Zwischenstellung, in der er eine erste Teilkammer von einer zweiten Teilkammer trennt in eine zweite Endlage am gegenüberliegendem Ende der Ventilkammer, in der dann nur noch die zweite Teilkammer ausgebildet wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform erstreckt sich die Ventilkammer entlang einer Längsachse und weist an gegenüberliegenden Enden Eintrittsöffnungen auf. Zwischen den Enden wird die Ventilkammer durch eine sich ebenfalls in Längsachsenrichtung erstreckende Wandung umfasst. In einer ersten Ausführungsform kann diese Wandung eine oder mehrere in etwa auf Höhe der Mitte zwischen den beiden Enden in Längsachsenrichtung angeordnete Austrittsöffnungen aufweisen. In der zweiten Ausführungsform weist die Wandung eine Mehrzahl von an unterschiedlichen Orten über die Längsachsenerstreckung angeordneten Austrittsöffnungen auf. In dieser Ausführungsform ist die Wandung selbst wiederum derart in einer sich in Längsrichtung erstreckenden Kammer angeordnet, dass eine Umströmung der Begrenzungswand von außen möglich ist. Auf diese Weise kann der Austritt des Gases aus der Ventilkammer über die Wandung verteilt werden. Der Ventilkörper ist in dieser bevorzugten Ausführungsform derart in der Ventilkammer angeordnet, dass er in einer ersten Endlage sowohl die am Ende der Ventilkammer angeordnete Eintrittsöffnung als auch die in der Nähe dieser Eintrittsöffnung angeordneten Austrittsöffnungen in der Wandung der Ventilkammer verschließen kann
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In einer bevorzugten Ausführungsform führt der dritte Strömungspfad zumindest teilweise durch den Ventilkörper. Diese Bauform erlaubt eine besonders einfache Art der Realisierung der Erfindung. Für die Umsetzung dieser Ausführungsform ist es lediglich notwendig, den Ventilkörper eines bestehenden Wechselventils mit einem Ventilkörper mit einem Durchlasskanal auszutauschen, bzw. den bestehenden Ventilkörper derart zu bearbeiten, dass ein Durchflusskanal in ihm ausgebildet wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform setzt sich der dritte Strömungspfad aus mindestens zwei parallelen Teilströmungspfaden zusammen, die durch den Ventilkörper führen. Das Vorsehen mehrerer Teilströmungspfade erlaubt es, das erfindungsgemäße Wechselventil einfach auf bestimmte Druckbedingungen einer Trocknungsanlage anzupassen, bzw. auf einen gewünschten Gasvolumenstrom durch den dritten Strömungspfad anzupassen. Werden einige der in der bevorzugten Ausführungsform vorgesehenen Teilströmungspfade beim Einbau des Wechselventils in die Trocknungsanlage verschlossen, so wird das Wechselventil dadurch auf einen geringeren Gasvolumenstrom durch den dritten Strömungspfad angepasst, als wenn alle vorhandenen Teilströmungspfade offen gelassen würden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Ventilkörper mindestens zwei Durchgangskanäle auf, wobei mindestens ein Durchgangskanal eine Aufnahme für ein Verschlussstopfen aufweist, der, wenn er sich in der Aufnahme befindet, den Durchgangskanal verschließen kann. Dies ermöglicht es, das Wechselventil als ein gleichbleibendes Bauteil zu fertigen und den Querschnitt des dritten Strömungspfads durch fallweises Verschließen eines Durchgangskanals an die Druckverhältnisse der Trocknungsanlage anzupassen, in der das jeweilige Wechselventil eingebaut werden soll.
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Das erfindungsgemäße System weist ein erfindungsgemäßes Wechselventil mit mindestens zwei Durchgangskanäle auf, wobei mindestens ein Durchgangskanal eine Aufnahme für ein Verschlussstopfen aufweist, und mindestens einen Verschlussstopfen auf, der, wenn er sich in einer der Aufnahme befindet, den Durchgangskanal verschließen kann. Ein Anwender dieses Systems kann das Wechselventil in seine Trocknungsanlage einbauen und frei wählen, ob er mit dem Verschlussstopfen einen Durchgangskanal verschließt oder diesen Durchgangskanal offen lässt. Dadurch kann der Anwender das System an die in seiner Trocknungsanlage herrschenden Betriebsbedingungen, insbesondere an die dort herrschenden Druckbedingungen anpassen.
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Das erfindungsgemäße Wechselventil kann für eine Trocknungsanlage für Gas mit einer ersten Trocknereinheit und einer zweiten Trocknereinheit, insbesondere bevorzugt für eine Trocknungsanlage für Druckluft eingesetzt werden.
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Die erfindungsgemäße Trocknungsanlage für Gas weist eine erste Trocknereinheit und eine zweite Trocknereinheit und ein erfindungsgemäßes Wechselventil auf, wobei die erste Eintrittsöffnung des Wechselventils mit der ersten Trocknereinheit verbunden ist und die zweite Eintrittsöffnung des Wechselventils mit der zweiten Trocknereinheit verbunden ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trocknungsanlage neben dem erfindungsgemäßen Wechselventil ein weiteres Wechselventil auf. Dieses weitere Wechselventil weist eine Einlassöffnung und eine erste Auslassöffnung und eine zweite Auslassöffnung auf. Die erste Auslassöffnung dieses weiteren Wechselventils ist mit der ersten Trocknereinheit verbunden und die zweite Austrittsöffnung dieses weiteren Wechselventils mit der zweiten Trocknereinheit verbunden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der ersten Austrittsöffnung des weiteren Wechselventils und dem Eintritt in die erste Trocknereinheit ein Auslass vorgesehen, der es erlaubt, in der Regenerationsphase der ersten Trocknereinheit im Gegenstrom durch die erste Trocknereinheit strömendes Gas aus der Verbindungsleitung zwischen der ersten Austrittsöffnung des weiteren Wechselventils und der ersten Trocknereinheit austreten zu lassen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist dieser Auslass durch ein Schließventil verschließbar. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist der zwischen dem weiteren Wechselventil und dem erfindungsgemäßen Wechselventil vorgesehene, die erste Trocknereinheit aufweisende Leitungsstrang symmetrisch zu dem von dem weiteren Wechselventil zum erfindungsgemäßen Wechselventil führenden, die zweite Trocknereinheit aufweisenden Leitungsstrang ausgebildet.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Trocknungsanlage die Möglichkeit auf, das durch den dritten Strömungspfad von der einen Eintrittsöffnung des erfindungsgemäßen Wechselventils zur anderen Eintrittsöffnung des erfindungsgemäßen Wechselventil strömende Gas zu erwärmen, um in der zu regenerierenden Trocknereinheit eine warme Regeneration durchführen zu können. Hierzu können sowohl innerhalb des erfindungsgemäßen Wechselventils als auch als Teil des dritten Strömungspfads Heizelemente vorgesehen sein. Ebenso können Heizelemente in der von der jeweiligen Eintrittsöffnung zu der zu regenerierenden Trocknereinheit führenden Leitung vorgesehen sein.
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Das erfindungsgemäße Wechselventil und die erfindungsgemäße Trocknungsanlage werden insbesondere bevorzugt in Druckluftsystemen der Lebensmittelindustrie, der Pharmaindustrie oder der Halbleitertechnik eingesetzt. Das erfindungsgemäße Wechselventil und die erfindungsgemäße Trocknungsanlage können ebenso bei der Trocknung anderer technischer Gase eingesetzt werden, beispielsweise beim Trocknen von Stickstoff oder Kohlendioxid oder Atemluft.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 die erfindungsgemäße Trocknungsanlage
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2 eine erste Bauform des erfindungsgemäßen Wechselventils und
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3 eine zweite Bauform eines in dem erfindungsgemäßen Wechselventil gemäß 2 einsetzbaren Ventilkörpers.
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4 eine Bauform eines Verteilerventils einer erfindungsgemäßen Trocknungsanlage.
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Die erfindungsgemäße Trocknungsanlage weist eine erste Trocknereinheit 1 und eine zweite Trocknereinheit 2 auf. Die erste Trocknereinheit 1 und die zweite Trocknereinheit 2 enthalten in Form einer Schüttung ein granulatförmiges Trockenmittel. Die Trocknungsanlage weist eine Gaszufuhr 3 und einen Vorfilter und Kondensatableiter 4 auf. Von dem Vorfilter und Kondensatableiter 4 wird das vorgefilterte Gas einem Verteilerventil 5 (einem weiteren Wechselventil) zugeführt. Dieses Verteilerventil 5 ist in 4 dargestellt. Das Verteilerventil 5 weist eine in einem Anschlussstück 20 ausgebildete Eintrittsöffnung 21 auf. Das Anschlussstück 20 ist mit der von dem Vorfilter und Kondensatableiter 4 zum Verteilerventil 5 führenden Leitung verbunden. Ferner weist das Verteilerventil 5 ein weiteres Anschlussstück 22 mit einer darin gebildeten ersten Austrittsöffnung 23 auf, aus der Gas aus dem Verteilerventil 5 austreten kann. Das weitere Anschlussstück 22 ist mit einer Rohrleitung verbunden die über ein T-Stück zur ersten Trocknereinheit 1 führt. Ferner weist das Verteilerventil 5 ein weiteres Anschlussstück 24 auf, in dem eine zweite Austrittsöffnung 25 ausgebildet ist, aus der Gas aus dem Verteilerventil 5 austreten kann. Das Anschlussstück 24 ist mit einer Rohrleitung verbunden, die über ein T-Stück zu der zweiten Trocknereinheit 2 führt. In einer Ventilkammer 26 des Verteilerventils 5 ist ein Ventilkörper 27 angeordnet. Von der Eintrittsöffnung 21 führt ein erster Strömungspfad für Gas über die Ventilkammer 26 zur ersten Austrittsöffnung 23. Dieser erste Strömungspfad ist in der in 4 dargestellten Schaltstellung durch die Lage des Ventilkörpers 27 geschlossen. Ferner weist das Verteilerventil 5 einen weiteren, zweiten Strömungspfad für Gas auf, der von der Eintrittsöffnung 21 zur zweiten Austrittsöffnung 25 führt. In der in 4 dargestellten Schaltstellung des Ventilkörpers ist dieser zweite Strömungspfad frei. Wird der Ventilkörper 27 von der in 4 dargestellten ersten Endlage in die gegenüberliegende (in der 4: rechte) Endlage bewegt, so verschließt der Ventilkörper 27 den zweiten Strömungspfad und gibt den ersten Strömungspfad frei.
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Nachfolgend wird die 1 unter der Annahme weiter erläutert, dass sich der Ventilkörper 27 des Verteilerventils 5 in der in 4 dargestellten Endstellung befindet und somit den ersten Strömungspfad verschließt und den zweiten Strömungspfad freigibt. In dieser (zweiten) Schaltstellung strömt das von dem Vorfilter und Kondensatableiter 4 kommende Gas durch das Verteilerventil 5 und tritt an der zweiten Austrittsöffnung 25 aus dem Verteilerventil 5 in die an das Anschlussstück 24 angeschlossene Rohrleitung ein. Diese Rohrleitung führt zu einem T-Stück, dessen einer Abzweig zu der zweiten Trocknereinheit 2 führt und dessen anderer Abzweig zu einem Regenerationsventil 6 führt. In der hier beschriebenen (zweiten) Schaltstellung ist das Regenerationsventil 6 geschlossen, so dass das Gas von dem Verteilerventil 5 in die zweite Trocknereinheit 2 einströmt. Dabei strömt das Gas durch einen am Boden der zweiten Trocknereinheit 2 vorgesehenen Strömungsverteiler 7, der das durch ihn durchströmende Gas gut über den Querschnitt der zweiten Trocknereinheit 2 verteilt. Beim Durchströmen durch die zweite Trocknereinheit 2 nimmt das in der zweiten Trocknereinheit 2 vorgesehene Trockenmittel Feuchtigkeit aus dem Gasstrom auf und trocknet diesen. Der getrocknete Gasstrom tritt am oberen Ende der zweiten Trocknereinheit 2 in eine Rohrleitung aus, die zu dem erfindungsgemäßen Wechselventil 8 führt.
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Das erfindungsgemäße Wechselventil 8 weist eine in einem nicht näher dargestellten Anschlussstück ausgebildete Austrittsöffnung 31 auf. Ferner weist das Wechselventil 8 ein weiteres Anschlussstück 32 mit einer darin gebildeten zweiten Eintrittsöffnung 33 auf, durch die Gas in das Wechselventil 8 eintreten kann. Das weitere Anschlussstück 32 ist mit einer Rohrleitung verbunden die zur zweiten Trocknereinheit 2 führt. Ferner weist das Wechselventil 8 ein weiteres Anschlussstück 34 auf, in dem eine erste Eintrittsöffnung 35 ausgebildet ist, durch die Gas in das Wechselventil 8 eintreten kann. Das Anschlussstück 34 ist mit einer Rohrleitung verbunden, die zu der ersten Trocknereinheit 1 führt. In einer Ventilkammer 36 des Wechselventils 8 ist ein Ventilkörper 37 angeordnet. Von der zweiten Eintrittsöffnung 33 führt ein zweiter Strömungspfad für Gas über die Ventilkammer 36 zur Austrittsöffnung 31. Dieser zweite Strömungspfad ist in der in 2 dargestellten, zweiten Schaltstellung durch die Lage des Ventilkörper 37 freigegeben. Ferner weist das Wechselventil 8 einen weiteren, ersten Strömungspfad für Gas auf, der von der Eintrittsöffnung 35 zur Austrittsöffnung 31 führt. In der in 2 dargestellten (zweiten) Schaltstellung des Ventilkörpers 37 ist dieser erste Strömungspfad verschlossen. Wird der Ventilkörper 37 von der in 2 dargestellten ersten Endlage in die gegenüberliegende (in der 2: rechte) Endlage bewegt, so verschließt der Ventilkörper 37 den zweiten Strömungspfad und gibt den ersten Strömungspfad frei.
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In der in 2 dargestellten Ausführungsform ist die Ventilkammer 36 im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und der Ventilkörper 37 als Scheibe ausgebildet sein, deren Außendurchmesser derart an den Innendurchmesser der zylinderförmigen Ventilkammer 36 angepasst ist, dass kein Gas den Ventilkörper 37 in der Ventilkammer 36 umströmen kann. Die Wandung 38 der Ventilkammer 26 weist eine Mehrzahl von an unterschiedlichen Orten über die Längsachsenerstreckung angeordneten Austrittsöffnungen 39 auf. In dieser Ausführungsform ist die Wandung selbst wiederum derart in einer sich in Längsrichtung erstreckenden Kammer 40 angeordnet, dass eine Umströmung der Wandung 38 von außen erlaubt. Auf diese Weise kann der Austritt des Gases aus der Ventilkammer über die Wandung verteilt werden. Der Ventilkörper 37 ist in dieser bevorzugten Ausführungsform derart in der Ventilkammer 36 angeordnet, dass er in einer ersten Endlage sowohl die am Ende der Ventilkammer angeordneten Öffnungen an der Stirnseite der Ventilkammer 36 als auch die in der Nähe dieser stirnseitigen Öffnung angeordneten Austrittsöffnungen 39 in der Wandung 38 der Ventilkammer 36 verschließen kann.
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Der dritte Strömungspfad führt durch einen Durchlasskanal 41 des Ventilkörpers 37. Der dritte Strömungspfad führt somit von der zweiten Einlassöffnung 33 über die Ventilkammer 36 durch den Durchlasskanal 41 zur ersten Einlassöffnung 35. Der kleinste Querschnitt des dritten Strömungspfads, nämlich der Querschnitt des Durchlasskanals 41 ist kleiner als der kleinste Querschnitt des zweiten Strömungspfads, wobei die Summe der Querschnitte der für den ersten Strömungspfad freien Austrittsöffnungen 39 in der Wandung 38 als ein Querschnitt angesehen werden, da das Gas parallel durch die Austrittsöffnungen 39 strömt.
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Aus der Austrittsöffnung 31 des Wechselventils 8 tritt das Gas in eine zu einem Nachfilter 9 führende Rohrleitung ein, durchströmt den Nachfilter 9 und verlässt die erfindungsgemäße Trocknungsanlage am Auslass 10 der erfindungsgemäßen Trocknungsanlage.
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Das durch den dritten Strömungspfad des erfindungsgemäßen Wechselventils 8 geströmte Gas tritt in die sich an die erste Eintrittsöffnung 35 anschließende Rohrleitung ein und strömt von dort in die erste Trocknereinheit 1. Dieses Gas ist durch das Durchströmen der zweiten Trocknereinheit 2 getrocknet und kann somit Feuchtigkeit in der ersten Trocknereinheit 1 aufnehmen. Das Gas durchströmt die erste Trocknereinheit 1 und tritt über den Strömungsverteiler 11 in die sich darin anschließende Rohrleitung ein, strömt bis zum T-Stück und von dort in die zum Regenerationsventil 12 führende Leitung. In der hier näher beschriebenen (zweiten) Schaltstellung ist das Regenerationsventil 12 geöffnet, so dass der mit Feuchtigkeit aus der ersten Trocknereinheit 1 beladene Gasstrom durch das Regenerationsventil 1 hindurch in die sich darin anschließende Rohrleitung austritt und aus der erfindungsgemäßen Trocknungsanlage austritt.
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In der hier beschriebenen zweiten Schaltstellung befindet sich die zweite Trocknereinheit 2 in der Sorptionsphase, während sich die erste Trocknereinheit 1 in der Regenerationsphase befindet. Soll der Betriebszustand geändert werden, so dass die erste Trocknereinheit 1 in die Sorptionsphase und die zweite Trocknereinheit 2 in die Regenerationsphase überführt werden, so wird das Regenerationsventil 12 geschlossen. Darauf hin baut sich in dem von dem Wechselventil 8 zum Regenerationsventil 12 führenden Strömungspfad (Wechselventil 8, erste Trocknereinheit 1, Strömungsverteiler 11, Regenerationsventil 12) Druck auf. Wird nun das Regenerationsventil 6 geöffnet, so sinkt der Druck in dem Strömungsweg, der vom Verteilerventil 5 über den Strömungsverteiler 7, die zweite Trocknereinheit 2 zum Wechselventil 8 führt. Dadurch wird ein Betriebszustand erreicht, in dem der Druck auf der einen Seite des scheibenförmigen Ventilkörpers 27 des Verteilerventils 5 größer ist als auf der anderen Seite des scheibenförmigen Ventilkörpers 27 des Verteilerventils 5. Ebenso ist der Druck auf der einen Seite des scheibenförmigen Ventilkörpers 37 des Wechselventils 8 größer als auf der anderen Seite des scheibenförmigen Ventilkörpers 37. Diese Druckdifferenz führt dazu, dass der Ventilkörper 27 in die andere Endlage im Verteilerventil 5 überführt wird, genauso wie der Ventilkörper 37 in die andere Endlage in dem Wechselventil 8 überführt wird. Dadurch strömt das zu trocknende Gas nunmehr von dem Verteilerventil 5 durch dessen erste Austrittsöffnung 23 in die sich daran anschließende Rohrleitung und über den Strömungsverteiler 11 in die erste Trocknereinheit 1. Diese erste Trocknereinheit 1 befindet sich nunmehr in der Sorptionsphase und trocknet das durch es hindurch strömende Gas. Von der ersten Trocknereinheit 1 strömt das getrocknete Gas zum Wechselventil 8. Der überwiegende Teil des Gasstroms wird vom Wechselventil 8 über die sich an die Austrittsöffnung 31 des Wechselventils 8 anschließende Rohrleitung zum Nachfilter 9 und dann zum Auslass 10 der erfindungsgemäßen Trocknungsanlage geführt. Ein kleinerer Teil des Gasstroms strömt durch den dritten Strömungspfad zur zweiten Eintrittsöffnung 33 des Wechselventils 8 und von dort in die zweite Trocknereinheit 2, die sich nunmehr in der Regenerationsphase befindet. Nach Durchströmen der zweiten Trocknereinheit 2 und Aufnahme von Wasser durchströmt das wasserbeladene Gas den Strömungsverteiler 7 und tritt durch das geöffnete Regenerationsventil 6 aus der erfindungsgemäßen Trocknungsanlage aus.
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Die 3 zeigt eine weitere mögliche Bauform eines Ventilkörpers 47, der in dem erfindungsgemäßen Wechselventil 8 anstelle des Ventilkörpers 37 eingesetzt werden kann. Der Ventilkörper 47 weist sechs Durchgangskanäle 51 auf. Die Durchgangskanäle weisen jeweils eine Aufnahme 52 auf, in die ein Verschlußstopfen 53 eingesetzt werden könnte, der, wenn er sich in der jeweiligen Aufnahme 52 befindet, den Durchgangskanal 51 verschließen kann. Bei einer solchen Ausführungsform des Ventilkörpers wird der dritte Strömungspfad durch parallele Teilströmungspfade gebildet, nämlich die Teilströmungspfade durch die jeweils geöffneten Durchgangskanäle 51. Durch Einsetzen der Verschlußstopfen 53 in die Aufnahmen 52 kann der Ventilkörper 47 an die in der Trocknungsanlage vorherrschenden Druckverhältnisse eingestellt und der kleinste Strömungsquerschnitt des dritten Strömungspfads eingestellt werden. Dies erlaubt es, das erfindungsgemäße Wechselventil in einer einzigen Bauform herzustellen, die in Trocknungsanlagen mit unterschiedlichen Betriebsdrücken eingesetzt werden kann.
