DE2214662C3

DE2214662C3 - Adsorptionsvorrichtung

Info

Publication number: DE2214662C3
Application number: DE19722214662
Authority: DE
Inventors: Roderich Wilhelm Dr.-Ing. 6100 Darmstadt Graeff
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1972-03-25
Filing date: 1972-03-25
Publication date: 1978-06-29
Also published as: DE2214662B2; DE2214662A1; JPS5731934B2; JPS497166A

Description

Die Erfindung betrifft eine Adsorptionsvorrichtung zur Abtrennung eines Bestandteils aus einem Gasgemisch mit nur einem Wechselventil zur wahlweisen Verbindung der Anschlußleitungen von mit Adsorptionsmitteln gefüllten Kammern mit den Zu- und Ableitungen eines Adsorptionskreislaufes und eines Regenerationskreislaufes, bei dem das Wechselventil aus zwei relativ zueinander um eine gemeinsame zentrale Achse verdrehbaren Ventilscheiben besteht, von denen eine Scheibe Öffnungen für die Zu- und Ableitungen des Adsorptionskreislaufes und des Regenerationskreislaufcs und die andere Scheibe öffnungen für die Anschlußleitungen der Adsorptionskammern aufweist.

Ein Anwendungsfall für derartige Vorrichtungen ist z. B. die Adsorption von Wasserdampf aus Luft.

Üblicherweise wird Luft dadurch getrocknet, daß man sie durch eine Kammer !eitet, die mit einem Adsorptionsmittel wie Silikagel oder Molekularsieb gefüllt ist. Die Luft gibt hierbei ihre Feuchtigkeit an das Adsorptionsmittel ab. Sobald dieses mit einem bestimmten Prozentsatz Feuchtigkeit angereichert ist, muß es

ίο regeneriert werden. Dies geschieht am einfachsten dadurch, daß Luft mit höherer Tempertur, z. B. 250⁰C, durch die Kammer geleitet wird. Jede Kammer wird daher abwechselnd in einen Adsorptionskreislauf oder in einen Regenerationskreislauf geschaltet. Um die Adsorption und die Regeneration pausenlos durchführen zu können, sind mindestens zwei Kammern notwendig. Zur abwechselnden Einschaltung der Kammern in den Adsorptionskreislauf oder in den Regenerationskreislauf werden bei einer bekannten Adsorptionsvorrichtung zwei Wechselventile verwendet (DE-OS 19 63 876). Der Aufwand für diese Wechselventile ist verhältnismäßig hoch.

Es ist auch bereits eine Adsorptionsvorrichtung mit nur einem Wechselventil bekannt (US-PS 34 87 608), bei der das Wechselventil aus zwei relativ zueinander um eine gemeinsame zentrale Achse verdrehbaren Ventilscheiben besteht, von denen eine Scheibe öffnungen für die Zu- und Ableitungen des Adsorptionskreislaufs und des Regenerationskreislaufes und die andere Scheibe öffnungen für die Anschlußleitungen der Adsorptionskammern aufweist. Bei diesem bekannten Wechselventil liegen die beiden öffnungen für die Anschlußleitungen einer Kammer jeweils auf unterschiedlichen Radien (und damit in unterschiedlichen Abständen) vom Drehpunkt der Ventilscheiben, so daß die Außenabmessungen des Ventils zwangsläufig verhältnismäßig groß sind. Eine Verkleinerung des Ventils hätte eine Verengung der Strömungsquerschnitte der öffnungen in den Scheiben zur Folge. Auch ein zur Verbesserung des Adsorptions- und Regenerationsverlaufs unter Umständen wünschenswerter Anschluß von zwei Adsorptionskammern in vorgegebener zeitlicher und räumlicher Reihenfolge ist bei dem bekannten Wechselventil nicht möglich.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß die Außenabmessungen des Wechselventils möglichst klein sind, während die Strömungsquerschnitte möglichst groß sind; zugleich soll der Anschluß zweier Adsorptionskammern an den Adsorptionskreislauf möglich sein.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß sämtliche öffnungen gleichen Abstand von der Achse der Scheiben haben und die öffnungen in jeder der beiden Scheiben in Umfangsrichtung abwechselnd den beiden Kreisläufen bzw. den einzelnen Adsorptionskammern zugeordnet sind. Damit kann der Außendurchmesser des Wechselventils bei gleichen Durchlaßquerschnitten erheblich kleiner gewählt werden. Außer-

dem ist es bei dieser Anordnung der öffnungen nun möglich, das Wechselventil mit kurzen Schaltbewegungen pendelnd in beiden Drehrichtungen umzuschalten, anstelle einer Weiterschaltung in nur einer Drehrichtung. Hieraus ergibt sich der weitere Vorteil, daß die Kammern unabhängig von der beweglichen Ventilscheibe über dem Wechselventil fest angebracht und über Schlauchleitungen od. dgl. angeschlossen werden können, statt auf dem Ventil selbst angeordnet und mit

dessen oberer Scheibe gedreht zu werden.

Die bekannten Adsorptionsvorrichtungen boten für die erfindungsgemäße Lösung insofern keine Anregungen, als es nicht ohne weiteres möglich ist, wie bei der aus der DE-OS 19 63 876 bekannten Vorrichtung (mit zwei Wechselventilen) bei nur einem Wechselventil nach der US-PS 34 87 608 (F i g. 7) sämtliche öffnungen auf einem einzigen Kreis unterzubringen, da auf keinem der dort vorhandenen beiden Kreise Platz für die Unterbringung der öffnungen des anderen Kreises ist, — esseindeiin, man würde auf die Möglichkeit, mehrere Kammern in einen Adsorptionskreislauf zu schalten, verzichten.

In einer einfachen Ausführungsform einer Adsorptionsvorrichtung mit zwei Adsorptionskammern ist vorgesehen, daß die Öffnungen für die Anschlußleitungen der beiden Kammern in der Dichtfläche des Ventils, bezogen auf dessen Achse, gegeneinander um jeweils 90° versetzt sind und ebenso die öffnungen für die Zu- und Ableitungen des Adsorptionskreislauts und des Regenerationskreislaufs unter sich. Das Wechselventil wird jeweils durch eine Relativdrehung der einen Ventilhälfte gegenüber der anderen um 90° umgeschaltet.

Um so in einfacher Weise eine Verlängerung der Adsorptionszeit gegenüber der Regenerationszeit mit nur geringfügiger Änderung des Ventilaufbaus erreichen zu können, wird in Ausgestaltung des Erfin lungsgedankens vorgschlagen, die Öffnungen für die Zu- und Ableitungen des Adsorptionskreislaufs in Umfangsrichtung für einen Zentriwinkel zu verbreitern, der dem Winkelabstand je zweier öffnungen der Anschlußleitungen zweier Kammern und zugleich dem Winkelabstand der Zu- und Ableitungsöffnungen des Regenerationskreislaufs von der Ableitungsöffnung des Adsorptionskreislaufs entspricht. Dadurch ist eine Schaltstellung des Wechselventils möglich, in der zwei Adsorptionskammern in Parallelschaltung in den Adsorptionskreislauf gelegt sind; daneben sind andere Schaltstellungen möglich, in denen eine der Kammern regeneriert wird, während die andere Kammer weiterhin im Adsorptionskreislauf liegt, so daß insgesamt der Zeitaufwand für den Adsorptionsvorgang überwiegt, da der Regenerationsvorgang verhältnismäßig schnell ausgeführt werden kann.

Eine Ausgestaltung dieser Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Zentriwinkel der verbreiterten öffnungen nicht größer als 45° ist und die beiden anderen öffnungen beiderseits einer verbreiterten öffnung im Abstand dieses Zentriwinkels angeordnet sind. Dadurch kann das Ventil so geschaltet werden, daß bei Einschaltung einer Kammer in den Regenerationskreislauf nur ein Anschluß durchverbunden wird, der andere aber verschlossen wird. Dies gibt die Möglichkeit bei einer Adsorptionsvorrichtung, bei der der Regenerationskreislauf in an sich bekannter Weise aus dem Adsorptionskreislauf abgezweigt und über eine Wärmequelle geführt ist, die Kammern mit einem bei auch höheren Temperaturen wirksamen Adsorptionsmittel, z. B. einem Molekularsieb, zu füllen und an die Zuleitungen zu diesen Kammern je eine zusätzliche, zur Außenluft offene Kammer anzuschließen, die mit einem nur bei niedrigen Temperaturen wirksamen Adsorptionsmittel, z. B. Silikagel, gefüllt ist.

Diese Maßnahme ermöglicht, über das Wechselvcntil b5 jeweils ein Kammernpaar aus zwei mit unterschiedlichen Adsorptionsmiticln gefüllten Kammern so an den Adsorptions- bzw. den Regenerationskreislauf anzuschließen, daß die Regenerationsluft nacheinander beide Kammern eines Paares, iilso beide Adsorptionsmittel durchströmt, während die :iu trocknende Luft nur durch das auch bei höherer Temperatur wirksame Adsorptionsmittel des anderen Kammernpaares strömt und das zweite Adsorptionsmittel dieses Paares von Raumluft durchströmt wird in einer Menge, die der Regenerationsluftmenge entspricht

Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele in der Beschreibung und der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt in vereinfachter Darstellung

Fig. 1 eine übliche Adsorptionsvorrichtung mit zwei Wechselventilen;

F i g. 2 eine erfindungsgemäße Adsorptionsvorrichtung mit nur einem Wecinselventil, wobei die beiden Ventilhälften auseinandergezogen sind;

F i g. 3 das Wechselventiil gemäß F i g. 2 im Schnitt;

Fig.4 eine Adsorptionsvorrichtung ähnlich der gemäß Fig. 2, jedoch mit geänderter Anordnung der öffnungen in der Dichtfläche des Wechselventils;

F i g. 5 die untere Ventilhälfte des Wechselventils mit den daran angeschlossenen Bauteilen einer Adsorptionsvorrichtung mit aus dem Adsorptionskreislauf abgezweigtem Regenerationskreislauf·,

F i g. 6 eine weitere Ausführungsform einer Adsorptionsvorrichtung nach Fig. 5 und ihres Wechselventils bei Verwendung zweier unterschiedlicher Adsorptionsmittel.

Bei der bekannten Adsorptionsvorrichtung gemäß Fig. 1 saugt ein Gebläse 1 über ein Filter 2 die zu trocknende Luft z. B. aus einem Granulattrichter einer Kunststoffverarbeitungsmaschine ab. Es drückt die Luft über ein Wechselventil 3 in eine mit einem Adsorptionsmittel, beispielsweise Molekularsieb oder Silikagel gefüllte Adsorptionskammer 5, in der die Luft durch Adsorption von der Feuchtigkeit befreit wird. Die Luft strömt dann weiter über ein weiteres Wechselventil 4 und eine Heizung 7 zurück zum Verbraucher, beispielsweise zum Granulattrichter.

Gleichzeitig saugt ein Gebläse 8 über ein Filter 9 Luft aus der Umgebung an und drückt sie durch eine Heizung 10, die sie auf die Regenerationstemperatur aufheizt. Diese Regenerationsluft sirömt dann weiter über das Wechselventil 4 durch eine mit Adsorptionsmittel gefüllte Kammer 6. Hier nimmt die erhitzte Luft die Feuchtigkeit aus dem Adsorptionsmittel auf und befördert sie über das Wechselventil 3 und einen Rohrstutzen 11 wieder in die Umgebung. Auf diese Weise wird das Adsorptionsmittel in der Kammer 6 getrocknet. Sobald der Regenerationsvorgang des Adsorptionsmittels in der einen Kammer 6 abgeschlossen ist, z. B. nach etwa einer halben Stunde, müssen die beiden Wechselventile 3 und 4 gleichzeitig umgeschaltet werden, so daß nunmehr die Kammer 5 regeneriert wird, während das Adsorptionsmittel in der Kammer 6 die Trocknung des Luftstromes übernimmt.

Die Adsorptionsvorrichtung gemäß F i g. 2 ist im wesentlichen in gleicher Weise gestaltet wie die gemäß Fig. 1, wobei gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, nur sind die Wechselventile 3 und 4 durch ein einziges Wechselventil ersetzt, das aus zwei kreisförmigen Ventilscheiben 21 (Steuerscheibe) und 22 (Tra^scheibe) besteht. Die untere Ventilscheibe 21 trägt auf einem miuig angeordneten Zapfen 21a die obere Ventilscheibe 22, die mittels einer durch die Mutter 22;f über eine Unterlegscheibe: 22b gespannte feder 22c leicht an die untere Vcntilscheibe 21 angedrückt wird

und auf dieser gleitend verdreht werden kann. Hierzu treibt ein Elektromotor 23 die obere Ventilscheibe 22 über ein Ritzel 24 an, das mit einem Zahnkranz 24a an ihrem Umfang kämmt (F i g. 3).

In der unteren Ventilscheibe 21 mündet die Zuleitung la des Adsorptionskreislaufes in einer öffnung \b, seine Ableitung 7 a in einer öffnung 7b, die Zuleitung 10a des Regenerationskreislaufs in einer öffnung iOb und dessen Ableitung 11 in einer öffnung 116. In der gemeinsamen Dichtfläche 25 münden bei der oberen Ventilscheibe 22 die Anschlußleitungen 5a der Adsorptionskammer 5 in öffnungen 5b und die Anschlußleitungen 6ader Adsorptionskammer 6 in Öffnnungen 6b. Alle öffnungen liegen auf einem gemeinsamen Kreis jeweils um 90° gegeneinander versetzt. Wie man aus Fig. 3 erkennt, können die öffnungen in der oberen Ventilscheibe 22 und der unteren Ventilscheibe 21 fluchtend miteinander verbunden werden.

In der in F i g. 2 gezeigten Stellung saugt das Gebläse 1 über das Filter 2 die zu trocknende Luft von dem Verbraucher, z. B. einem Granulattrichter, an und drückt sie durch die Leitung la, die öffnung Io in der unteren Ventilscheibe 21, die öffnung 5b in der oberen Ventilscheibe 22 und die Leitung 5a in die Kammer 5, die mit dem Adsorptionsmittel gefüllt ist. Über eine weitere Anschlußleitung 5a und eine öffnung 5b gelangt die Luft in die Öffnung Tb der unteren Ventilscheibe und Schaltstellung, die in Fig.4 dargestellt ist. beide Adsorptionskammern 5 und 6 parallel in den Adsorptionskreislauf, d. h. im beschriebenen Beispiel in den Trockenluftkreislauf geschaltet werden können. In dieser Stellung münden jeweils zwei öffnungen 5b und 6bm die verbreiterte öffnung Tb bzw. ib.

Zur Regeneration wird dann die obere Ventilscheibe 22 jeweils um 60° in eine von beiden Richtungen geschwenkt. Dabei bleibt eine der beiden Kammern 5 bzw. 6 weiterhin im Adsorptionskreislauf, während die andere Scheibe in den Regenerationskreislauf gelangt. Übliche Taktzeiten für einen Lufttrockner sind z. B. 15 Minuten Regeneration der einen Kammer in der einen Fndstellung, 15 Minuten Parallelschaltung beider Kammern in der Mittelstellung in den Adsorptionskreislauf und 15 Minuten Regeneration der anderen Kammer in der anderen Endstellung.

F i g. 5 zeigt die gleiche Ventilscheibe 22 wie in F i g. 4, jedoch in Anwendung bei einer Adsorptionsvorrichtung mit nur einem einzigen Gebläse 1, das sowohl die zu trocknende Luft als auch die Regenerationsluft fördert. Die obere Ventilscheibe mit den angeschlossenen Adsorptionskammern entspricht dabei der in F i g. 4 gezeigten Ausführungsform. Diese Anordnung hat zwar den Vorteil, daß sie mit nur einem Gebläse auskommt, jedoch den Nachteil, daß die durch den Rohrstutzen 11 an die Umgebung abgegebene verlorene Regenerationsluft ersetzt werden muß. In dem im übrigen geschlossenen Trockenluftkreislauf geschieht dies durch Ansaugen der entsprechenden Luftmenge aus der Umgebung durch einen Rohrstutzten 16. Durch die hier angesaugte feuchte Raumluft werden der Trockenkreislauf und insbesondere das Adsorptionsmittel in den Adsorptionskammern zusätzlich belastet.

Man ist daher bestrebt, durch zusätzliche Adsorptionskammern die Belastung des Adsorptionsmittels herabzusetzen.

F i g. b zeigt, daß auch für diesen Anwendungsfall eine geringfügig abgewandelte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Wechselventils eingesetzt werden kann, Aus konstruktiven Gründen sind vier Adsorptionskammern 30, 31 und 38, 39 in einem gemeinsamen Behälter 26 untergebracht. Die zu trocknende Luft gelangt über das Filter 2 zu einer verbreiterten schlitzförmigen öffnung 27 in der unteren Ventilscheibe 21 und von dort durch die beiden Leitungsöffnungen 28 und 29 in der oberen Venlilscheibe 22 und die Leitungen 40,41 in den Troekenmittelbehälter 26. Dort strömt die Luft jeweils durch eine je mit dem Adsorptionsmittel Molekularsieb MS gefüllte Adsorptionskammer 30 bzw. 31, wo sie getrocknet wird. Über Leitungen 42,43 gelangt die Luft zu zwei öffnungen 32 und 33 in der oberer Ventilscheibe 22, die in eine verbreiterte öffnung 34 in der unteren Ventilscheibe 21 münden; von dort wird die Luft durch das Gebläse 1 über Leitungen 44 abgesaugt Der Luftstrom gelangt teilweise über die Heizung 7 zum Verbraucher und teilweise über eine Heizung 10 in ein Leitungssystem 35 mit öffnungen 36 und 37 in dei unteren Ventilscheibe 21, die in der gezeigten Drehstellunfc jedoch verschlossen sind.

Sobald eine der Adsorptionskammern, die mit Molekularsieb MSgefüllt sind, regeneriert werden muß wird die obere Ventilscheibe um 45° gedreht. Die Breite der öffnungen 27 und 34 entspricht einem Drehwinkel von 45^C, ebenso der Abstand der öffnungen 36 und 37 von der öffnung 34. Auch der Abstand der öffnungen 32 und 33 bzw. der öffnungen 28 und 29 ist jeweils 45°. Irr folgenden wird eine Drehung der Scheibe 22 um 45° irr Uhrzeigersinn in F i g. 6 angenommen. Dadurch wird die mit Molekularsieb MS gefüllte Adsorptionskammer 31 mit der Regenerationsluft in Verbindung gebracht, die vom Gebläse 1 über die Heizung 10 und einen Zweig de« Leitungssystems 35 durch die öffnungen 37, 33 unc Leitung 42 umgekeht zur gezeigten Pfeilrichtung durch das Molekularsieb gedruckt wird. Da die Luft über die anschließende Leitung 40, die zum Wechselventil führt den Behälter 26 nicht verlassen kann, muß sie durch die zusätzliche, mit Silikagel SG gefüllte Adsorptionskamnier 39 ins Freie entweichen; dabei werden sowohl da: Molekularsieb als auch das Silikagel des rechter Kammernpaares 31, 39 regeneriert. Die dem Trockenluftkreis verloren gehende Luftmenge wird automatisch auf der gegenüberliegenden Seite des Behälters 26 au; der Umgebung durch die Kammer 38 und das in dieser befindliche Silikagel angesaugt und getrocknet. Sobalc die Regeneration abgeschlossen ist, wird die obere Ventilscheibe um 45° zurückgedreht, so daß wiedei beide Adsorptionskammern 30,41 in den Trockenkreislauf geschaltet sind. Wenn die zweite Adsorptionskam mer 30 regeneriert werden soll, wird die Ventilscheib« 22 nochmals in derselben Richtung (entgegen derT Uhrzeiger) um 45° verdreht.

Da die obere Ventilscheibe in den Ausführungsbei spielen maximal um 120° hin- und herbewegt werder muß, können die mit Adsorptionsmittel gefüllter Kammern, statt sie auf der Ventilscheibe zu montieren einfacher — was insbesondere bei größeren Adsorptionsmittelbehältern günstig sein kann — fest in einerr Gestell montiert werden, wobei die Ausgänge dei Kammern jeweils nur über flexible Verbindungen mii den Anschlüssen an dem Wechselventil verbunden sind.

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Adsorptionsvorrichtung zur Abtrennung eines Bestandteils aus einem Gasgemisch mit nur einem Wechselventil zur wahlweisen Verbindung der Anschlußleitungen von mit Adsorptionsmitteln gefüllten Kammern mit den Zu- und Ableitungen eines Adsorptionskreislaufes und eines Regenerationskreislaufes, bei dem das Wechselventil aus zwei relativ zueinander um eine gemeinsame zentrale Achse verdrehbaren Ventilscheiben besteht, von denen eine Scheibe Öffnungen für die Zu- und Ableitungen des Adsorptionskreislaufes and des Regenerationskreislaufes und die andere Scheibe Öffnungen für die Anschlußleitungen der Adsorptionskammern aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Öffnungen den gleichen Abstand von der Achse der Scheiben haben und die Öffnungen in jeder der beiden Scheiben in Umfangsrichtung abwechselnd den beiden Kreisläufen bzw. den einzelnen Adsorptionskammern zugeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (5b, 6b), für die Anschlußleitungen (5a, 6a) bei zwei Kammern (5, 6) in der Dichtfläche (25) des Ventils, bezogen auf dessen Achse (2IaJi gegeneinander um jeweils 90° versetzt sind und ebenso die Öffnungen (ib. 7b, iOb, 11 ty für die Zu-und Ableitungen (la. Ta, 10a, lla^des Adsorptionskreislaufs und des Regenerationskreislaufs unter sich.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Ableitungsöffnungen (\b, 7b; 27, 34) des Adsorptionskreislaufs in Umfangsrichtung auf einen Zentriwinkel verbreitert sind, der dem Winkelabstand je zweier Öffnungen (5b, 6b; 28, 29, 32, 33) der Anschlußleitungen zweier Kammern (5, 6; 30, 31) und zugleich dem Winkelabstand der Zu- und Ableitungsöffnungen (IGb, lli>; 36, 37) des Regenerationskreislaufs von der Ableitungsöffnung (7b; 34) des Adsorptionskreislaufs entspricht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Zentriwinkel der verbreiterten Öffnungen (27, 34) nicht größer als 45° ist und die beiden anderen Öffnungen (36, 37) beiderseits einer verbreiterten Öffnung im Abstand dieses Zentriwinkels angeordnet sind, und daß an die Zuleitungen (40, 41) zu den Kammern (30,31) je eine zusätzliche, zur Außenluft offene Kammer (38,39) angeschlossen ist, die mit einem nur bei niedrigen Temperaturen wirksamen Adsorptionsmittel gefüllt ist.