DE10206246A1

DE10206246A1 - Vorrichtung zur Trocknung eines Gases

Info

Publication number: DE10206246A1
Application number: DE10206246A
Authority: DE
Inventors: Michael Plonski
Original assignee: Ultratroc Drucklufttechni GmbH
Current assignee: Ultratroc Drucklufttechni GmbH
Priority date: 2001-11-19
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-05-28
Also published as: DE10206245A1

Abstract

Die Vorrichtung dient zur Trocknung eines Gases und weist mindestens einen vom Gas durchströmten Sammelraum, mindestens eine entlang eines Strömungsweges des Gases angeordnete Kühleinrichtung sowie mindestens ein Ablaßventil zu Ableitung von Kondensat aus dem Sammelraum heraus auf. Das Ablaßventil ist mit einer Steuereinrichtung verbunden, die mit mindestens einer Erfassungseinrichtung für mindestens einen Betriebsparameter der Gastrocknung gekoppelt ist. Eine Relation von Öffnungszeiten und Schließzeiten des Ablaßventils ist von der Steuereinrichtung adaptiv in Abhängigkeit von diesem Betriebsparameter ermittelt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Trocknung eines Gases, die mindestens einen vom Gas durchströmten Sammelraum, mindestens eine entlang eines Strömungsweges des Gases angeordnete Kühleinrichtung sowie mindestens ein Ablaßventil zur Ableitung von Kondensat aus dem Sammelraum heraus aufweist, das mit einer Steuereinrichtung verbunden ist.
Bei derartigen Vorrichtungen wird die Temperatur des Gases durch die Kühleinrichtung vermindert und hierdurch der Taupunkt abgesenkt. Dies hat zur Folge, daß im Gas enthaltene Feuchtigkeit kondensiert, so daß eine Trocknung des Gases verursacht wird. Gemäß einem typischen Verfahrensablauf wird das Gas vor seiner Trocknung komprimiert. Innerhalb eines unteren Teiles des Sammelraumes sammelt sich während der Durchführung des dem Sammelraum entfernt werden muß. Eine typische Steuerung gemäß dem Stand der Technik funktioniert hierbei derart, daß in festen vorgegebenen Schaltzyklen das Ablaßventil für feste vorgegebene Zeiten geöffnet wird.
Eine Ansteuerung des Ablaßventils gemäß dem Stand der Technik weist den Nachteil auf, daß unabhängig von dem tatsächlichen Anfall von Kondensat und der Belastung der Kühleinrichtung und somit unabhängig von der Menge der im Sammelraum enthaltenen Flüssigkeit konstante Öffnungszeiten für das Ablaßventil vorgegeben werden. Dies hat bei einer Trocknung eines komprimierten Gases zur Folge, daß nach einem Ablassen der Flüssigkeit in der restlichen Öffnungszeit des Ablaßventils komprimiertes Gas aus dem Sammelraum entweicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der einleitend genannten Art derart zu konstruieren, daß eine optimierte Ansteuerung für das Ablaßventil bereitgestellt wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Steuereinrichtung mit mindestens einer Erfassungseinrichtung für mindestens einen Betriebsparameter der Gastrocknung verbunden ist und daß eine Relation von Öffnungszeiten und Schließzeiten des Ablaßventils in Abhängigkeit von diesem Betriebsparameter von der Steuereinrichtung adaptiv ermittelt ist.

Durch die Verwendung einer Erfassungseinrichtung zur Ermittlung mindestens eines Betriebsparameters der Gastrocknung ist es möglich, Rückschlüsse über die Menge an abzulassender Flüssigkeit zu gewinnen. Durch diese Erfassung oder Ermittlung der abzulassenden Menge an Flüssigkeit ist es möglich, das Ablaßventil nur solange zu öffnen, wie dies auch tatsächlich erforderlich ist. Zur Sicherstellung einer möglichst vollständigen Entleerung des Sammelraumes kann aber auch bei einer derartigen Betriebsweise beispielsweise vorgegeben werden, daß das Ablaßventil geringfügig länger als unbedingt erforderlich geöffnet ist. Auch bei einer derartigen Ansteuerung wird aber dafür gesorgt, daß zumindest nur ein geringer Verlust an komprimiertem Gas auftritt.

Eine Ansteuerung des Ablaßventils mit konstanter Einschalttaktung kann dadurch erfolgen, daß von der Steuereinrichtung eine jeweilige Öffnungszeit des Ablaßventils innerhalb eines vorgegebenen Taktintervalls eingestellt ist.

Gemäß einer weiteren Ansteuerungsvariante ist vorgesehen, daß von der Steuereinrichtung eine jeweilige Ausschaltzeit des Ablaßventils bei konstanten vorgegebenen Öffnungszeiten eingestellt ist.

Eine Adaption der Ansteuerung des Ablaßventils an konkrete Betriebsparameter kann dadurch erfolgen, daß die Steuereinrichtung mit mindestens einem Temperatursensor verbunden ist.

Zur Erfassung einer Abkühltemperatur ist vorgesehen, daß mindestens ein Temperatursensor im Bereich des Sammelraumes oder im Bereich einer Leitung, die das zu trocknende Gas führt, angeordnet ist.

Ein weiterer Betriebsparameter kann dadurch berücksichtigt werden, daß das Ablaßventil in Abhängigkeit von einer Temperatur eines Wärmeübertragers angesteuert ist.

Eine weitere Adaption der Ansteuerung kann dadurch realisiert werden, daß mindestens ein Temperatursensor im Bereich einer Umgebung der Trocknungseinrichtung angeordnet ist.

Zur Berücksichtigung eines aktuellen Kompressionszustandes bei der Steuerung wird vorgeschlagen, daß die Steuereinrichtung alternativ oder zusätzlich mit mindestens einem Drucksensor verbunden ist.

Konkrete Druckverhältnisse im Kühlmittelkreislauf können dadurch berücksichtigt werden, daß der Drucksensor im Bereich einer Saugleitung zwischen einem Kältemittelverdampfer und einem Kältemittelverdichter angeordnet ist.

Eine weitere Adaptionsmöglichkeit besteht darin, daß das Ablaßventil in Abhängigkeit von einem Volumenstrom des zu trocknenden Gases angesteuert ist.

Darüber hinaus ist daran gedacht, daß das Ablaßventil in Abhängigkeit von einem Taupunkt des zu trocknenden Gases angesteuert ist.

Für eine Leistungsanpassung des Kompressors an konkrete Einsatzanforderungen ist vorgesehen, daß der Kältemittelverdichter über eine Puls-Breiten-Modulation angesteuert ist.

Darüber hinaus ist auch daran gedacht, daß das Ablaßventil in Abhängigkeit von einer Einschalt-Ausschalt-Relation der Puls-Breiten-Modulation angesteuert ist.

Zur Sicherstellung einer Durchführung der Gastrocknung innerhalb eines zulässigen Betriebsbereiches wird vorgeschlagen, daß der Kältemittelverdichter unter Verwendung einer Sicherheitseinheit angesteuert ist.

Eine Korrekturmöglichkeit besteht darin, daß die Sicherheitseinheit eine Mindesteinschaltdauer des Kältemittelverdichters vorgibt.

Ebenfalls ist es möglich, daß die Sicherheitseinheit eine Zwangsabschaltung des Kältemittelverdichters bei Unterschreitung einer Mindestbetriebstemperatur am Wärmetauscher vorgibt.

Darüber hinaus ist daran gedacht, daß die Sicherheitseinheit eine Zwangseinschaltung bei Überschreitung eines Höchsttaupunktes vorgibt.

Zur Vermeidung einer Beschädigung der Einrichtung wird vorgeschlagen, daß die Sicherheitseinheit eine Zwangsabschaltung bei einer Hochdruckstörung im Kältemittelkreislauf vorgibt.

Schließlich ist auch daran gedacht, daß die Sicherheitseinheit eine Zwangsabschaltung bei einer Störung im Bereich mindestens eines Sensors vorgibt.

Eine Adaption einer Reglerfunktion an vorliegende Umgebungsparameter kann dadurch realisiert werden, daß zur Anpassung an eine vom Temperatursensor ermittelte Umgebungstemperatur eine Sollwertverschiebung aktiviert ist.

In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt. Es zeigen:
Fig. 1 Ein schematisches Blockschaltbild zur Veranschaulichung einer Trocknung eines komprimierten Gases unter Einbeziehung von Meßinformationen eines Sensors für eine Abkühltemperatur des Gases,
Fig. 2 eine gegenüber Fig. 1 abgewandte Anordnung, bei der zusätzlich ein Sensor für eine Umgebungstemperatur angeordnet ist.
Fig. 3 eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Anordnung, bei der zusätzlich ein Saugdrucksensor zwischen einem Expansionsventil und einem Kälteverdichter angeordnet ist,
Fig. 4 ein schematisches Blockschaltbild einer Trocknungseinrichtung, bei der ein Kompressor über eine Puls-Breiten-Modulation angesteuert wird und
Fig. 5 einen Querschnitt durch ein Ablaßventil zur Kondensatableitung.
Gemäß der Ausführungsform in Fig. 1 weist die Vorrichtung zur Trocknung eines Gases einen Wärmeübertrager (1) auf, der mit einem Verdampfer (2) versehen ist. Der Verdampfer (2) ist an einen Kältekreis (3) angeschlossen, innerhalb dessen ein Kältemittel zirkuliert. Die Zirkulation des Kältemittels wird von einem Antriebsmotor (4) verursacht, der einen Kältemittelverdichter (5) antreibt.
Der Kältemittelverdichter (5) fördert das Kältemittel in einer Strömungsrichtung (6) durch einen Kältemittelverflüssiger (7) hindurch. Ein Ausgang des Kältemittelverflüssigers (7) ist mit einem Expansionsventil (8) verbunden, das über eine Meßleitung (9) mit einem Ventilsensor (10) verbunden ist.
Im Bereich eines Gaseintrittes (11) wird das zu trocknende Gas in den Wärmeübertrager (1) eingeleitet. Ausgehend vom Gaseintritt (11) strömt das zu trocknende Gas durch einen Gas/Gas-Wärmeübertrager und weiter über eine Verbindungsleitung (12) in Richtung auf den Verdampfer (2). Die Verbindungsleitung (12) verbindet einen Gas-Gas-Teil und einen Kältemittel-Gas-Teil des wärmeübertragers (1) miteinander.
Nach dem Durchströmen des Verdampfers (2) und der hierbei erfolgten Kühlung erreicht das zu trocknende Gas einen Sammelraum (13) mit Kondensatabscheider. Über den Wärmeübertrager (14) strömt das getrocknete Gas zu einem Gasaustritt (15). Im Bereich des Wärmeübertragers (14) kühlt das getrocknete Gas vorzugsweise gemäß einem Gegenstromprinzip das einströmende zu trocknende Gas, so daß der Energieeinsatz für die Kühlung reduziert werden kann.
Der Antriebsmotor (4) ist mit einer Steuereinrichtung (16) verbunden, die über eine Steuerleitung (18) zusätzlich an ein Ablaßventil (17) des Sammelraumes (13) angeschlossen ist. Das Ablaßventil (17) dient zur Ableitung von Kondensat, das sich innerhalb des Sammelraumes (13) befindet. Grundsätzlich ist es auch möglich, für den Antriebsmotor (4) und das Ablaßventil (17) getrennte Steuereinrichtungen zu verwenden.
Im Bereich des Sammelraumes (13) ist ein Temperatursensor (21) angeordnet, der über eine Meßleitung (22) an die Steuereinrichtung (16) angeschlossen ist.
Gemäß der Ausführungsform in Fig. 2 ist an die Steuereinrichtung (16) ein Temperatursensor (19) angeschlossen, der die Temperatur der Umgebungsluft erfaßt.
Durch die Implementierung einer geeigneten Steuercharakteristik im Bereich der Steuereinrichtung (16) ist es möglich, aufgrund einer Auswertung der Meßinformationen über die Temperatur im Bereich des Sammelraumes (13) und ergänzend die Umgebungslufttemperatur eine optimierte Ansteuerung des Ablaßventils (17) durchzuführen. Durch diese optimierte Ansteuerung werden unnötige Öffnungszeiten des Ablaßventils (17) vermieden bzw. zumindest minimiert.
Fig. 3 zeigt eine gegenüber Fig. 2 abgewandelte Ausführungsform, bei der zusätzlich ein Drucksensor (23) an die Steuereinrichtung (16) angeschlossen ist. Der Drucksensor (23) erfaßt den saugdruckseitigen Druck des Kältemittels, das im Kältekreis (3) zirkuliert. Der Drucksensor (23) ist über eine Meßleitung (24) mit der Steuereinrichtung (16) verbunden.
Fig. 4 zeigt eine Blockschaltbilddarstellung einer abgewandelten Steuereinheit für die Gastrocknung. Bei dieser Ausführungsform ist die Steuereinrichtung (16) insbesondere dazu in der Lage, einen nicht dargestellten Kältemittelverdichter zu steuern, der komprimiertes Kältemittel über den Kondensator (7) und das Expansionsventil (8) zum Wärmeübertrager fördert. Die zentralen Bauelemente sind hierbei Reglerkomponenten (25, 26) sowie eine Modulationseinheit (27). Die Reglerkomponenten (25, 26) können beispielsweise einen PI- Regler bereitstellen.
Ein Meßwert des Temperatursensors (19) für die Temperatur der Umgebungsluft sowie ein Sollwert (28) werden zunächst einer Sollwertverschiebung (29) zugeführt, die den Sollwert (28) für die Reglerkomponenten (25, 26) an die jeweils erfaßte Umgebungstemperatur anpaßt. Ein hierdurch ermittelter korrigierter Sollwert (30) wird im Bereich einer Differenzbildung (31) mit einem Ausgangswert (32) einer Mittelwerteinheit (33) zusammengeführt. Der Mittelwerteinheit (33) wird eine vom Temperatursensor (21) für die Abkühltemperatur im Bereich des Sammelraumes (13) ermittelte Temperatur sowie eine Information aus der Modulationseinheit (27) zugeführt. Diese Information zur Modulationseinheit (27) wird ebenfalls mindestens einer der Reglerkomponenten (25, 26) zur Verfügung gestellt.
Die Modulationseinheit (27) erhält als Steuergröße eine vorgegebene Periodendauer (34) und übermittelt einen Ausgangswert (35) an eine Sicherheitseinheit (36). Der Sicherheitseinheit (36) werden als weitere Eingangsgrößen die Temperaturinformationen des Temperatursensors (21) für die Abkühltemperatur im Bereich des Sammelraumes (13) sowie eine Meßinformation über den Kältemitteldruck zwischen Kältemittelverdichter und Expansionsventil zugeführt. Ein Ausgang (38) der Sicherheitseinheit (36) steuert ein Kältemittelverdichterrelais (39) des nicht dargestellten Kältemittelverdichters für die Kältemittelkomprimierung an.
Die grundsätzliche Funktion der Sicherheitseinheit (36) besteht darin, eine von der Modulationseinheit (27) vorgegebene Puls-Breiten-Modulation derart zu korrigieren, daß in jedem Fall eine gesicherte Arbeitsweise vorliegt. Das Korrigieren umfaßt beispielsweise die Vermeidung zu kurzer Einschaltperioden, eine Reduktion der Kühlwirkung bei drohender Einfriergefahr, einer Gewährleistung einer Mindesttrocknung des Gases bei hohen Taupunkttemperaturen sowie eine Zwangsabschaltung bei einer Detektion von kritischen Fehlerzuständen.
Ein Ausgangswert der Reglerkomponenten (25, 26) wird ebenfalls einem Steuermodul (40) zugeführt, das ein auch in Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 dargestelltes Steuerrelais (41) für das Ablaßventil (17) ansteuert.
Fig. 5 veranschaulicht in einer Querschnittdarstellung den grundsätzlichen Aufbau eines Ausführungsbeispiels für das Ablaßventil (17). Das Ablaßventil (17) weist einen Ventilkörper (42) auf, in dem Ausnehmungen als Zulauf (44) sowie Ablauf (43) angeordnet sind. Die Verbindung zwischen dem Zulauf (44) und dem Ablauf (43) wird von einer Ventildichtung (45) geöffnet oder geschlossen, die gegen einen Ventilsitz (46) von einem Hubanker (47) positionierbar ist. Der Hubanker (47) ist mit einer Kernfeder (48) versehen und wird seinerseits über eine Magnetspule (49) positioniert. Die Magnetspule (49) wird über einen Anschluß (50) mit elektrischer Energie versorgt.

Claims

1. Vorrichtung zur Trocknung eines Gases, die mindestens einen vom Gas durchströmten Sammelraum, mindestens eine entlang eines Strömungsweges des Gases angeordnete Kühleinrichtung sowie mindestens ein Ablaßventil zur Ableitung von Kondensat aus dem Sammelraum heraus aufweist, das mit einer Steuereinrichtung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (16) mit mindestens einer Erfassungseinrichtung für mindestens einen Betriebsparameter der Gastrocknung verbunden ist und daß eine Relation von Öffnungszeiten und Schließzeiten des Ablaßventils (17) in Abhängigkeit von diesem Betriebsparameter von der Steuereinrichtung (16) adaptiv ermittelt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Steuereinrichtung (16) eine jeweilige Öffnungszeit des Ablaßventils (17) innerhalb eines vorgegebenen Taktintervalls eingestellt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Steuereinrichtung (16) eine jeweilige Ausschaltzeit des Ablaßventils (17) bei konstanten vorgegebenen Öffnungszeiten eingestellt ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (16) mit mindestens einem Temperatursensor (19, 21) verbunden ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Temperatursensor (21) im Bereich des Sammelraumes (13) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Temperatursensor (21) im Bereich einer das zu trocknende Gas führenden kalten Leitung angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Temperatursensor (19) im Bereich einer Umgebung der Trocknungseinrichtung angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (16) mit mindestens einem Drucksensor (23, 37) verbunden ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (23) im Bereich einer Saugleitung zwischen einem Expansionsventil (8) Kältemittelverdampfer (2) und einem Kältemittelverdichter (5) angeordnet ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaßventil (17) in Abhängigkeit von einer thermischen Belastung, die durch das zu trocknende Gas entsteht, angesteuert ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaßventil (17) in Abhängigkeit von einem Taupunkt des zu trocknenden Gases angesteuert ist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaßventil (17) in Abhängigkeit von einer Temperatur eines wärmeübertragers angesteuert ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelverdichter (5) über eine Puls-Breiten-Modulation angesteuert ist.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ablaßventil (17) in Abhängigkeit von einer Einschalt-Ausschalt-Relation der Puls-Breiten- Modulation angesteuert ist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Kältemittelverdichter (5) unter Verwendung einer Sicherheitseinheit (36) angesteuert ist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinheit (36) eine Mindesteinschaltdauer des Kältemittelverdichters (5) vorgibt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinheit (36) eine Zwangsabschaltung des Wärmetauschers (1) bei Unterschreitung einer Mindestbetriebstemperatur vorgibt.

18. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinheit (36) eine Zwangseinschaltung bei Überschreitung eines Höchsttaupunktes vorgibt.

19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinheit (36) eine Zwangsabschaltung bei einer Hochdruckstörung im Kältemittelkreislauf vorgibt.

20. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitseinheit (36) eine Zwangsabschaltung bei einer Störung im Bereich mindestens eines Sensors vorgibt.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß zur Anpassung an eine vom Temperatursensor (19) ermittelte Umgebungstemperatur eine Sollwertverschiebung (29) aktiviert ist.