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Die
Erfindung betrifft eine Gesamtheit von mehreren Trocknern für
ein Gas, insbesondere für Druckluft, wobei jeder Trockner
einen Kältetrockner und einen damit kombinierten, in den
Kreislauf des Kältetrockners integrierbaren Adsorptionstrockner umfasst.
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Derartige
Trockner sind aus dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 92 01 713 U1 (Hankison GmbH,
1992) bekannt.
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Bestimmte
Produktionsverfahren verlangen eine zuverlässig aufbereitete,
qualitativ hochwertige Druckluft (z. B. Instrumentenluft, Luft für
pneumatische Steuerungen und verfahrenstechnische Prozesse, Förderluft
für den Transport von pulverförmigen Materialien
in Chemie, Pharmazie, Lebensmitteltechnik etc.). Die Luft soll technisch ölfrei
und darüber hinaus sehr trocken sein. Drucktaupunkte von
unter 0°C bis herab zu –40°C werden i.
d. R. angestrebt. Wird das Arbeitsmedium Luft mit Drucktaupunkten oberhalb
von +3°C nun durch ein weit verzweigtes Rohrleitungsnetz
oder streckenweise auch durch Freiluftleitungssysteme gefördert,
sind Störungen durch eingefrorenes Kondensat nicht auszuschließen
und besonders in den Wintermonaten an der Tagesordnung. Anlagenstillstände
oder Qualitätseinbrüche innerhalb der Produktion,
in jedem Fall aber erhebliche Folgekosten sind dann die unangenehmen
und teuren Auswirkungen, die es zu vermeiden gilt.
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Die
wirtschaftliche Erzeugung von Drucktaupunkten unter 0°C
bei mittleren und großen Volumenströmen war bisher
nur über „reine" Adsorptionstrockner möglich.
Bei Volumenströmen über ca. 1.000 m3/h
verwendete man weitestgehend warmregenerierende Adsorptionstrockner.
Diese erscheinen zwar bezüglich ihres Anschaffungswertes
im Vergleich zu kaltregenerierenden Adsorptionstrocknern zunächst
als „teurer", rechnen sich jedoch schnell über
den Unterhalt, das heißt durch ihre Betriebskosten.
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In
der Vergangenheit hatten daher verschiedene Bestrebungen das Ziel,
Adsorptionstrockner mit Warmregeneration wirtschaftlicher betreiben
zu können.
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Mit
der im eingangs genannten Gerauchsmuster
DE 92 01 713 U1 beschriebenen
Kombination eines Kältetrockners mit einem warmregenerierenden
Adsorptionstrockner hatte die Anmelderin, damals unter dem Namen
Hankison GmbH, eine erhebliche Verbesserung der Wirtschaftlichkeit
für die Druckluftaufbereitung gefunden.
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Bei
dem bekannten kombinierten Kälte-Adsorptions-Trockner sind
die beiden wesentlichen Einheiten, nämlich der Kältetrockner
und der Adsorptionstrockner genau aufeinander abgestimmt, um die wirtschaftliche
Zusammenarbeit der beiden Einheiten zu ermöglichen. Ein
Anschluss dieses Adsorptionstrockners an einen anderen Kältetrockner,
z. B. mit einer anderen Leistung, ist nicht möglich.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, das Prinzip des kombinierten
Adsorptions-Kälte-Trockners erheblich vielseitiger anwendbar
zu machen und damit für beliebige Trockner-Kombinationen
eine deutliche Energieeinsparung und damit verbunden eine deutliche
CO2-Reduktion zu erreichen.
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Diese
Aufgabe wird bei der eingangs genannten Gesamtheit von Trocknern
dadurch gelöst, dass die Trockner zwar unterschiedliche
Kältetrockner, aber jeweils den gleichen modellabhängigen
Adsorptionstrockner umfassen. Es handelt sich um eine Modulbauweise.
Durch die Verwendung immer des gleichen modellabhängigen
Adsorptionstrockners ist der Herstellungsaufwand, auch bei Kombination
mit unterschied lichen Kältetrocknern erheblich niedriger, als
wenn für jeden unterschiedlichen Typ von Kältetrockner
ein speziell darauf ausgelegter, ebenfalls unterschiedlicher Adsorptionstrockner
vorgesehen ist.
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Aus
folgendem Grund ist es erfindungsgemäß möglich,
immer den gleichen Adsorptionstrockner bei unterschiedlichen Kältetrocknern
einzusetzen: Der Adsorptionstrockner benötigt lediglich
den Betriebsdruck und den Volumenstrom als Führungsgröße
und muss nicht an die Umgebungsbedingungen seines jeweiligen Standorts
angepasst sein. Der Kältetrockner hat die Aufgabe, den
benötigten +3°C Drucktaupunkt bei 100% Sättigung
bereitzustellen. Um die weltweit höchst unterschiedlichen
Bedingungen für Umgebungstemperaturen und Drucklufteintrittstemperaturen
zu bewältigen, sind unterschiedliche Kältetrockner
mit unterschiedlichen Leistungen notwendig.
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Weiterhin
ist hervorzuheben, dass der Adsorptionstrockner zuschaltbar ist
und dass der Trockner eine Steuereinheit aufweist, die bei Unterschreiten
einer vorgegebenen Außentemperatur den Adsorptionstrockner
zuschaltet.
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Die
Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels
näher erläutert, wobei zum besseren Verständnis
auch der Stand der Technik erläutert wird. Es zeigen
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1 ein
Fließbild eines Kälte-Drucklufttrockners nach
dem Stand der Technik,
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2 ein
Fließbild eines Adsorptionstrockners, ebenfalls nach dem
Stand der Technik, und
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3 ein
Fließbild des erfindungsgemäßen kombinierten
Kälte- und Adsorptionstrockners nach einem erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel.
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In
allen Zeichnungen haben gleiche Bezugszeichen die gleiche Bedeutung
und werden daher gegebenenfalls nur einmal erläutert.
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Das Prinzip der Kälte-Drucklufttrockner
(1):
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Sie
werden in Bereichen eingesetzt, in denen das Druckluftnetz ausschließlich
Temperaturen oberhalb des Gefrierpunktes ausgesetzt ist. Warme,
gesättigte Druckluft tritt in den Luft/Luft-Wärmetauscher 1 ein
und wird im Kältemittel/Luft-Wärmetauscher 2 weiter
abgekühlt, der mittels eines Expansionsventils gesteuert
wird. Wasserdampf kondensiert zu Flüssigkeit und wird zuverlässig
im Grad-9-Abscheider/Filter 3 von der Druckluft getrennt
und durch den vollautomatisch arbeitenden Kondensatableiter 4 abgeschieden.
Die nun kalte und trockene Druckluft wird genutzt, um im Luft/Luft-Wärmetauscher 1 die
eintretende warme Druckluft abzukühlen.
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Das Prinzip des Adsorptionstrockners (2):
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Adsorptionstrockner
kommen zum Einsatz, wenn das Druckluftsystem Temperaturen unterhalb des
Gefrierpunktes ausgesetzt oder wenn für spezielle Applikationen
ein besonders niedriger Drucktaupunkt erforderlich ist.
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Die
Luft wird durch einen mit Trockenmittel (aktiviertes Aluminiumoxid)
befüllten Behälter 7 geführt,
wo sich der Wasserdampf auf der Oberfläche des Trockenmittels
anlagert.
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Diese
Trockenmittel können regeneriert und immer wieder eingesetzt
werden. Die Trockner verfügen über zwei Adsorptionsbehälter 7.
Die Druckluftzuführung wird umgeschaltet, so dass immer
ein Behälter trocknet, während der andere Behälter,
der nicht von Druckluft durchströmt wird, das Trockenmittel
regeneriert. Bei warmregenerierenden Adsorptionstrocknern erfolgt
mittels eines Gebläses 9 und einer meist elektrisch
betriebenen Heizung 10 die Regeneration des Trockenmittels.
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Ein
Fließbild der erfindungsgemäßen Anordnung
ist in 3 dargestellt.
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Das
Funktionsprinzip: Die feuchte Luft tritt am Eintritt 11 mit
einem Druck von 7 bar und mit einer Temperatur von rund +35°C
in den Kältetrockner 20 ein. Im Luft/Luft-Wärmetauscher 1 und
nachfolgend im Kältemittel/Luft-Wärmetauscher 2 wird
die Luft auf etwa +3°C abgekühlt. Dabei kondensiert
der Wasserdampf. Er lässt sich im integrierten Abscheidefilter 4 trennen.
Die anschließende Filtration der Luft im Ölfeinstfilter 6 stellt
die Ölfreiheit der Druckluft sicher. Nach dieser Vorbehandlung
verlässt die Luft den Kältetrockner 20,
der Drucktaupunkt (DTP) liegt nun bei +3°C. Die Temperatur
und der Taupunkt der Luft sind deckungsgleich. Jetzt ist das Medium
feuchtigkeitsgesättigt, das heißt, die relative
Feuchte der Luft beträgt 100%. Der Idealzustand für
das verwendete Adsorbent ist damit erreicht.
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Danach
tritt die Luft mit nahezu gleich bleibender Temperatur in den Adsorptionstrockner 21 ein.
Hier findet durch Adsorption in den Trockenmittelbehältern 7 die
Trocknung auf einen DTP, je nach Auslegung von –25°C
bis –40°C, statt. Anschließend wird die
Luft durch einen Partikelfilter 8, der den Trockenmittelabrieb
zurückhält, dem wiederum im Kältetrockner 20 integrierten
Luft/Luft-Wärmetauscher 1 zugeführt,
den sie dann mit einer verarbeitungsgerechten Temperatur, beispielsweise
von etwa +27°C, und mit einem DTP von –40°C
und einem Druck von 6,6 bar am Austritt 12 verlässt.
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Ein
außentemperaturgesteuerter Druckluft-Bypass 15 ermöglicht,
den Adsorptionstrockner 21 je nach Bedarf im Sommer zu
umfahren und nur während der Wintermonate in Betrieb zu
nehmen. Wie bereits erwähnt, rechtfertigen die weitaus
günstigeren Betriebskosten die geringfügig höheren
Investitionskosten des integrierten Kältetrockners.
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Wesentlich
für die Wirtschaftlichkeit der Kombination sind folgende
Merkmale des Anlagenaufbaus:
- • Niedrigste
Betriebskosten im Vergleich zu üblichen Adsorptionstrocknern
(warm- und kaltregenerierend)
- • Wählbarer „Sommer-Winterbetrieb",
der zusätzliches signifikantes Einsparpotential bietet
- • Konstanter Drucktaupunkt
- • Vermeidung von Drucktaupunkt- und Temperaturspitzen
beim Umschalten der Trockenmittelbehälter 7
- • Geringste Druckluftverluste
- • Effizienteste Ölfiltration an der kältesten
Stelle „Cold Coalescing"
- • Längere Lebensdauer des Adsorbents durch
extrem niedrige Regenerationstemperaturen und lange Zykluszeiten
(16 h)
- • Einsatz der besonders vorteilhaften HANKISON Digital
Scroll® Technologie, sowie Automatic
Purge Saving (APS) für die Energieeinsparung in Teillastsituationen
- • Kompakte Bauweise, die beispielsweise auch in (On-Site)
Containerstationen zur Anwendung kommen kann
- • Optimale Austrittstemperaturen
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Zusammengefasst
lässt sich feststellen: Bei der erfindungsgemäßen
Druckluftaufbereitung wird bis zu einem Drucktaupunkt von +3°C
das nach wie vor wirtschaftlichste System, der Kältetrockner,
genutzt, welcher die Hauptwasserbeladung (85%) aus dem Druckluftnetz
entfernt. Die geschickte Integration des Adsorberteils, der wiederum
bei der höchst möglichen Wasseraufnahmekapazität
des Adsorbents eingebunden wird, erzeugt so mit einem Bruchteil
an Adsorptionsmittelfüllung, an Energie für die Regenerations-Heizung
sowie für das Regenerations-Gebläse (Energieeinsparung
= CO2-Reduktion) die gleiche Druckluftqualität
wie ein für Standardbedingungen ausgelegter Adsorber. Dies
ermöglicht eine moderne Druckluftaufbereitung bei geforderten Drucktaupunkten
unter 0°C und Volumenströmen ab etwa 1.000 m3/h.
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Der
Energie- und CO2-Einspareffekt wird nochmals
mit dem außentemperaturgesteuerten Druckluftbypass verstärkt,
mit dem der Adsorberteil und die damit verbundenen Energiekosten
im Sommer gänzlich weggeschaltet werden können.
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- 1
- Luft/Luft-Wärmetauscher
- 2
- Kältemittel/Luft-Wärmetauscher
- 3
- Grad-9-Abscheider/Filter
- 4
- Kondensatableiter
- 5
- Optionaler
Grad-5-Öl-Fein-Filter
- 6
- Ölfeinstfilter
- 7
- Trockenmittelbehälter
- 8
- Partikelfilter
- 9
- Gebläse
- 10
- Heizung
- 11
- Drucklufteintritt
- 12
- Druckluftaustritt
- 13
- Frischlufteintritt
- 14
- Regenerationsluftaustritt
- 15
- Bypass
- 20
- Kälte-Drucklufttrockner
- 21
- Adsorptionstrockner
warmregeneriert
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 9201713
U1 [0002, 0006]