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Verfahren und Vorrichtung zum Wärmeangleich zwischen unterschiedlicher
Trocknungsluft einer Trocknungsanlage Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine
Vorrichtung zum Wärmeangleich zwischen einerseits frischer, noch feuchter und andererseits
entfeuchteter Trocknungsluft für eine mit Luft von höchstens 60° C betriebene Trocknungsanlage,
bei dem als Luftentfeuchter periodisch vertauschbare Adsorptionspackungen zum Rückgewinn
der Wärme aus diesen Wärmespeichern und als Wärmeangleicher die Doppelwand des Trockners
mit wärmespeichernder Zwischenwand dienen.
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Im Trocknerbau ist es einerseits bekannt, einen Temperaturaustausch
zwischen der den Trockner verlassenden feuchten Abluft und der in den Trockner eintretenden
Frischluft gegebenenfalls über einen zwischen beide Luftströme eingesetzten Wärmetauscher
oder auch periodisch vertauschbare Wärmespeicher zum Zweck einer Wärmerückgewinnung
aus der Abluft vorzunehmen. Weiterhin ist es im Trocknerbau bekannt, zur Aufbereitung
der Frischluft diese durch periodisch gegeneinander vertauschbare Adsorptionspackungen
zu leiten und ebenfalls eine Wärmerückgewinnung aus der die Adsorptionspackung verlassenden
Luft durch periodisch gegeneinander vertauschbare Wärmespeicher vorzunehmen. Die
Lufttrocknung erfolgt bei derartigen Anlagen mit Hilfe von Adsorptionsmitteln, z.
B. Kieselgel oder Molekularsieben. Eine Packung eines solchen Adsorptionsmittels
kann etwa 5 bis 6 Stunden lang der durch die Packung geleiteten Luft Wasser entziehen.
Danach ist eine Regenerierung der Packung von etwa gleicher Zeitdauer durch Durchleiten
von Heißluft mit konstanter Temperatur je nach Adsorptionsmittel im Bereich von
150 bis 300° C erforderlich.
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Die Erfindung geht von der letzterwähnten Anordnung aus. Sie ist besonders
für solche Trocknungsanlagen bestimmt, in denen ganz erhebliche Luftmengen erwärmt
oder gekühlt werden müssen und eignet sich insbesondere dann gut zur Luftaufbereitung,
wenn die erforderlichen Temperaturunterschiede zwischen Frischluft und Trocknungsluft
verhältnismäßig gering sind, z. B. etwa 40° C, also bei Verwendung von Trocknungslufttemperaturen
im Bereich von 60° C.
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Bei solchen Anlagen ist es nach der Erfindung möglich, fast ohne zusätzliche
energieverbrauchende Wärmetauscher für die Trocknungsluft auszukommen, da ein Temperaturausgleich
sowohl innerhalb der über eine Tag- und Nachtperiode unterschiedlichen Temperatur
der Außenluft als auch innerhalb der die Adsorptionspackung im Lauf jedes Entfeuchtungszyklus
mit wechselnder Temperatur verlassenden Trocknerzuluft in unabhängig voneinander
wirksamen, wärmespeichernden Hohlräumen zwischen den Trocknerwänden erfolgt.
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Aufgabe der Erfindung ist es somit, durch Einbeziehung des Trocknergehäusesin
den Trocknungsluftkühl- und -aufwärmvorgang die Einhaltung einer konstanten Trocknungslufteintrittstemperatur
bei Tag- und Nachtbetrieb und über die Zeit des jeweiligen Zyklus der Lufttrocknung
bzw. der Regenerierung des Trocknungsmittels ohne oder nur mit geringfügiger und
kurzfristiger Nachheizung oder Kühlung der Trocknungsluft zu erreichen. Es sollen
möglichst wenig zusätzliche Baueinheiten für die Wärmerückgewinnung und Lufttrocknung
erforderlich sein. Das wird durch einen mehrfachen Ausgleich im Inneren der Trocknergehäusewand
erreicht. Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß bei dem eingangs genannten
Verfahren in jeder Periode der Lufttrocknung die Frischluft für die Trocknung vor
ihrem Einleiten in eine Adsorptionspackung durch den Hohlraum zwischen der Trockneraußenwand
und der Zwischenwand geleitet wird und dieselbe nach Verlassen der Adsorptionspackung
entfeuchtete Trocknungsluft vor Einleiten in den Trockner den Hohlraum zwischen
Trocknerinnenwand und Zwischenwand durchströmt. Bei diesem Durchströmen gibt die
Luft an die Wände jedes Hohlraumes entweder Wärme ab oder nimmt Wärme auf.
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Bei diesem Verfahren werden zur Gewinnung einer über den ganzen Tag,
also 24 Stunden lang, Bleichhoch temperierten Trocknungsluft zwei Erscheinungen
ausgenutzt, nämlich einerseits der Temperaturunterschied der Außenluft zwischen
Tag und Nacht und andererseits die Tatsache, daß sich die Temperatur einer zur Lufttrocknung
eingesetzten
Adsorptionspackung im Lauf des bereits genannten Zyklus
von 5 bis 6 Stunden von etwa 15 bis 20° C auf etwa 40 bis 50° C erhöht. Durch das
Durchsaugen der Frischluft durch den äußeren Hohlraum der Trocknerdoppelwand während
der Nacht kühlt sich die wärmespeichernde Zwischenwand sowie die ebenfalls wärmespeichernde
Trockneraußenwand so weitgehend ab, daß die der Adsorptionspackung zugeführte Frischluft
den ganzen Tag die höchst zulässige Temperatur von 20° C nicht überschreitet. Je
niedriger die Temperatur der in die Packung geleiteten Luft ist, desto besser ist
die Lufttrocknungswirkung der Packung. Im ersten Zeitabschnitt der Lufttrocknung
verläßt die getrocknete Luft die Packung im Mittel etwa mit einer Temperatur von
25° C. Im vorhergehenden Zyklus wurde die Trocknerinnenwand an der Hohlraumseite
durch die die Packung maximal mit 50° C verlassende Luft auf etwa 45° C im Mittel
aufgewärmt. Infolgedessen wird die im ersten Abschnitt der Lufttrocknung in diesen
Hohlraum eingeführte Luft etwa auf 35° C erwärmt, mit welcher Temperatur sie in
den Trockner eintritt. Im zweiten Abschnitt der Lufttrocknung verläßt die Luft die
Packung im Mittel etwa mit 35° C und trifft auch im Hohlraum des Trockners auf eine
Trocknerinnenwand von 35° C mittlerer Temperatur. Im letzten Teilabschnitt der Lufttrocknung
verläßt die Luft die Packung mit einer mittleren Temperatur von 45° C. Sie gibt
dann Wärme an die vorher auf etwa 30° C abgekühlte Trocknerwand ab, so daß die selbst
wiederum mit etwa 35° C in den Trockner eintritt, nachdem sie vorher wieder die
Trocknerinnenwand auf höhere Temperatur aufgewärmt hat. Danach beginnt der gleiche
Vorgang mit Durchleiten der Frischluft durch eine zweite inzwischen regenerierte
Adsorptionspackung.
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Eine Regelungsmöglichkeit dieses Verfahrens ergibt sich dadurch, daß
man durch Zickzackführung der Zwischenwand, wodurch auch eine größere Speichermöglichkeit
geschaffen wird, den Zwischenraum zwischen den Trocknerwänden in einzelne Zellen
unterteilt, so daß man durch Führung und Mengeneinstellung der Luftströme in den
einzelnen Zellen den Wärmetausch beeinflussen kann. Man kann also weitgehend unabhängig
von der Außentemperatur auch andere Trocknungslufttemperaturen als die im vorstehenden
nur beispielhaft genannte von 35° C erreichen. Für extreme klimatische Verhältnise
oder Anforderungen an die Temperatur der Trocknungsluft (z. B.18° C für die Buttertrocknung)
kann in der Frischluftleitung vor der Adsorptionspackung und vor der Lufteinführung
in den Trockner je ein Wärmetauscher zum wahlweisen Kühlen oder Heizen vorgesehen
sein. Diese erübrigen sich jedoch in vielen Fällen oder sind nur ganz kurzfristig
während eines Zyklus in Betrieb zu nehmen.
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Besonders in der heißen Jahreszeit oder in heißem Klima kann noch
eine bessere Kühlung der Wände des äußeren Hohlraumes erreicht werden, wenn auch
die Frischluft für die Regenerierung der Adsorptionspackungen vor ihrem Aufheizen
in einem Wärmetauscher durch diesen äußeren Hohlraum zwischen Trockneraußenwand
und Zwischenwand geführt wird.
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Die Zeichnung zeigt schematisch ein Ausführungsbeispiel der neuen
Anlage, und zwar F i g. 1 im lotrechten Schnitt durch den Trocknungsturm, F i g.
2 im horizontalen Schnitt durch diesen.
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Um in der Zeichnung die Luftführung einfacher darstellen zu können,
sind in F i g. 1 die Bauelemente 2a und 2b sowie 3a und 3b hintereinander-
und in F i g. 2 nebeneinanderliegend dargestellt. In der Technik liegen sie nur
an einer der beiden Stellen. Ebenso liegen die Elemente 6 und 7 an der gleichen
Stelle.
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Der Trocknungsturm 1 hat unten die Trocknungslufteintrittsöffnung
9 und oben die Trocknungsluftaustrittsöffnung 11. Unter dieser ist, nicht dargestellt,
die Trocknungsgutverteileinrichtung angeordnet. Der hier im horizontalen Querschnitt
rechteckig dargestellte Turm, der auch kreisrund sein könnte, ist doppelwandig.
Der Wandzwischenraum ist durch zickzackförmig geführte Zwischenwände, die zur Turminnenseite
hin eine Wärmeisolierung aufweisen, in äußere Zellen 4 und innere Zellen 5 unterteilt.
Sämtliche Wände sind zweckmäßig aus Beton, so daß sie ein erhebliches Wärmespeichervermögen
haben. Für eine Trocknungsanlage zur Verdampfung von 50001 Ausgangsgut je Stunde,
die etwa 70 m hoch ist und Turminnenabmessungen von 18 m Breite und 40 m Länge hat,
werden 5000 bis 6000 t Beton beispielsweise benötigt.
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Durch die äußeren Zellen 4 wird die Frischluft sowohl für die Trocknung
als auch für die Regenerierung geführt. Die Luft kann dabei in den Zellen mehrfach
auf und ab geführt werden. Sie kann z. B. bei 8 in die Zellen 4 einer Längswand
durch vor den Eintrittsöffnungen angebrachte Ventilatoren eingeblasen werden. Vom
unteren Ende der Zellen 4 der Längswand kann sie dann je zur Hälfte unten
in die äußeren Zellen 4 der beiden Querwände durch überleitungskanäle eingeführt
werden. Sie wird dann wieder durch Überleitungskanäle vom oberen Ende der Zellen
4 der anderen Längswand geleitet, aus deren unteren Öffnungen sie in eine
Sammelleitung geführt wird.
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Diese Sammelleitung ist, wie F i g. 1 zeigt, in zwei Zweigleitungen
unterteilt. Aus der oberen Zweigleitung wird in einem der genannten Zyklen ein Teil
der in den Zellen 4 vorgewärmten Frischluft in die aus zwei parallelgeschalteten
lotrechten Schüttungen bestehende, vorher regenerierte, Adsorptionspackung 2 a geleitet,
während der andere Teil der Frischluft in einen Wärmespeicher 3 a geleitet wird.
Das Eintrittsventil der unteren Zweigleitung bleibt dann geschlossen.
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Im folgenden Zyklus wird ein Teil der aus den Zellen 4 kommenden Frischluft
durch die untere Zweigleitung in die Adsorptionspackung 2 b eingeleitet, die in
gleicher Weise wie die Packung 2a ausgeführt ist. Der andere Teil der Frischluft
wird dann aus der unteren Zweigleitung in den Wärmespeicher 3 b geleitet. Das Eingangsventil
der oberen Zweigleitung bleibt dann geschlossen.
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Die je nach Zyklus aus der Packung 2a oder 2b
kommende
getrocknete Luft wird in die inneren Zellen 5 geleitet, in diesen ähnlich wie die
Frischluft in den Zellen 4 gegebenenfalls mehrfach auf und ab oder hin und her geleitet
und schließlich durch die Öffnungen 9 unten in den Trocknungsturm eingeleitet. Vorzugsweise
ist der Turmboden als poröses Förderband ausgeführt, durch das die frische Trocknungsluft
von unten nach oben durchtritt.
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Die aus dem Wärmespeicher 3 a oder 3 b kom. mende, dort weiter aufgewärmte
Frischluft wird ir
dem als Wärmetauscher ausgebildeten Kamin der
Feuerung eines weiteren Wärmeaustauschers 6 weiter aufgewärmt und schließlich in
Wärmetauscher 7 auf die erforderliche Regenerierungstemperatur gebracht. Sie wird
dann in die zur Regenerierung heranstehende Adsorptionspackung geleitet und von
dort durch einen der Wärmespeicher 3 b oder 3 a, den sie dabei aufwärmt. Aus dem
Speicher 3 a oder 3 b tritt die Regenerierungsluft durch die öffnung 10 ins Freie.
An den Eintrittsöffnungen der Zellen 4 für die Außenluft und der Zellen 5 für die
aufbereitete Trocknungsluft sind Filter eingebaut, die die gleiche dreieckige Form
wie die Zellen 4 und 5 haben können.
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Steigt die Temperatur in der zur Lufttrocknung eingesetzten Adsorptionspackung
über einen vorbestimmten Wert, z. B. 50° C, so kann über ein Relais selbsttätig
die Umschaltung der einzelnen Ventile vorgenommen und die weitere überwachung dann
von einem Temperaturfühler in der anderen Adsorptionspackung übernommen werden.
Es kann aber auch der Temperaturfühler für die Steuerung der Anlage in der Zuleitung
der aufbereitenden Luft zu den Zellen 5 liegen.
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Durch die Heranziehung der Turmwände und deren Zwischenräume nach
der Erfindung als Wärmespeicher und Wärmeangleicher wird eine weitgehend gleichbleibende
Temperatur der Trocknungsluft erreicht. Da die Außenluft zunächst durch die Zellen
4 geleitet wird, kann erreicht werden, daß sie bei Eintritt in die Adsorptionspackung
immer eine so hohe Temperatur hat, daß z. B. eine Solltemperatur von 25 bis 30°
C am Lufteintritt in den Trockner nie unterschritten wird. Eine Regelungsmöglichkeit
ergibt sich dadurch, daß man innerhalb des Trocknerwandzwischenraumes Zonen unterschiedlicher
Temperatur schafft. Man kann z. B. den nach der beschriebenen Ausführungsform vorhandenen
neun Zugluftventilatoren getrennte Luftwege bis zur Sammelleitung zuordnen, so daß
je nach Einstellung der Fördermenge der einzelnen Ventilatoren die in die Packung
eintretende Luft unterschiedliche Temperatur haben kann. Auf ähnliche Weise kann
man auch eine überschreitung der Solltemperatur der Trocknungsluft durch Leitung
der aufbereiteten Luft je nach Bedarf durch die mehr oder weniger abgekühlten Zellen
5 erreichen. Eine Temperaturüberschreitung der Trocknerzuluft am Ende des Lufttrocknungszyklus
kann, falls das durch unterschiedliche Luftführung in die Zellen nicht mehr möglich
sein sollte, auch dadurch vermieden werden, daß bei drohender Temperaturüberschreitung
der Zykluswechsel etwas früher vorgenommen wird. Der Impuls dafür kann durch einen
Temperaturfühler an der Eintrittsöffnung 9 selbsttätig ausgelöst werden.
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Da die Zeitdauer der Einleitung von Luft mit einer Temperatur wesentlich
über der Trocknungsmittelsolltemperatur in jedem Zyklus nur verhältnismäßig kurz
ist, kann doch die Trocknerinnenwand ringsum auf gleichbleibender Temperatur gehalten
werden. Durch Bemessung der Wandstärke der einzelnen Wände ist das zu beeinflussen.
Es kann auch die Isolation der Zwischenwand in einigen Zellen auf die Außenseite
gelegt werden. Die wesentliche Wärmespeicherung soll in den Zickzackwänden erfolgen.
Es können auch die Räume der Zellen 5 größer als Sie der Zellen 4 gemacht werden.
Zu beachten ist auch, daß die Luftmenge, die durch die Zellen 4
strömt, je
nach dem Verhältnis von Trocknungsluftmenge zu Regenerierungsluftmenge etwa das
Eineinhalbfache oder das Doppelte der durch die Zellen 5 gehenden Luftmenge sein
kann, wodurch eine verstärkte Heranziehung der Nachtluft zur Kältespeicherung möglich
wird.
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Die Regenerierungsluft wird, wie beschrieben, nicht durch die Zellen
5 geleitet, sondern tritt bei 10 ins Freie. Von der Trocknerinnenwand her erfolgt
auch eine Nachheizung der Trocknungsluft im Inneren des Trockners, deren Temperatur
bei Gegenstrombetrieb sonst von unten nach oben abnimmt, z. B. von 30 auf 15 bis
17° C, so daß die Trocknungslufttemperatur vom Turmboden zur Turmdecke hin gleichbleibt
oder ansteigt, so daß die Luft nahezu bis zum Erreichen der Guteintrittsstelle im
Bereich der Turmdecke ihre Trocknungskraft behält. Dazu kann der Zwischenraum zwischen
den Trocknerwänden zusätzlich oder nur durch horizontale Wände unterteilt sein,
so daß die Trocknerinnenwand in einzelnen Höhenbereichen auf unterschiedlicher Temperatur
gehalten werden kann.
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In dem Zwischenraum zwischen Trockneraußenwand und Zwischenwand kann
bereits durch Kondensation Wasser aus der Frischluft ausgeschieden werden. Für eine
entsprechende Abflußmöglichkeit des Wassers am Boden der Zellen 4 ist gesorgt.