DE2238551A1 - Verfahren und vorrichtung zum trocknen eines in einem kompressor verdichteten arbeitsmediums - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum trocknen eines in einem kompressor verdichteten arbeitsmediumsInfo
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Description
Diplom-Physiker Dr. Walter Andrejewski Diplom-Ingenieur
Dr.-lng. Manfred Honke Diplom-Ingenieur Anwaltsakte: 39 4l7/Ti-th Hans Dieter Gesthuysen
4300 Essen, den 3· August 1972 Theaferplatz 3
Patentanmeldung
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Naoka, Schweden
Naoka, Schweden
Verfahren und Vorrichtung zum Trocknen eines in einem Kompressor verdichteten Arbeitsmediums.
Beim Trocknen eines in einem Kompressor verdichteten Arbeitsmediums wie Luft oder irgendeinem anderen Gas ist es bereits
bekannt, sogenannte Sorptionstrockner zu verwenden, welche
gewöhnlich einen Behälter besitzen, in welchem ein Wasseradsorbens
wie Silikagel, Lithiumchlorid oder andere derartige Substanzen oder wasserabsorbierendes Material wie Asbestauskleidungen,
poröse Körper oder dergl. oder eine Kombination beider Stoffe angeordnet ist. Man kennt auch bereits ein verdrehbares
Trockenelement in derartigen Trocknern, bei welchen das Arbeitsmedium durch einen Trockenbereich hindurchströmt und
in welchem ein Regenerierungsbereich vorgesehen ist, durch
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welchen ein Arbeitsmedium zur Regenerierung des Trockenelementes hindurchgeleitet wird. Ein bekanntes derartiges Trockenelement
besteht aus gefältelten Asbestplatten, die mit Llthiumchlorid imprägniert sind und eventuell zum Schutz gegen die mechanischen
Beanspruchungen als Ganzes armiert sind. Sie bilden einen Rotor mit einer großen Anzahl von Axialkanälen, der in einem Gehäuse
angeordnet 1st, welches getrennte Leitungen für das zu trocknende Arbeitsmedium und für das Arbeitsmedium aufweist, welches
die Regenerierung durchführen,soll. Trocknungsanlagen dieser Art zum Trocknen von Luft unter atmosphärischem Druck bieten
im großen und ganzen keine besonderen Schwierigkeiten. Sobald jedoch verdichtete Luft oder irgendein anderes verdichtetes Gas
getrocknet werden soll, ergeben sich mancherlei Schwierigkeiten, welche eng mit den speziellen Eigenschaften und Betriebsbedingungen
der verdichteten Luft oder des verdichteten Gases in einer Verdichtungsanlage zusammenhängen. Ein Nachteil bekannter
Trocknungsanlagen für verdichtete Luft oder verdichtetes Gas besteht darin, daß sie relativ aufwendige Wärmetauscher aufweisen.
Ein weiterer Nachteil liegt in ihrer Empfindlichkeit gegenüber unterschiedlichen Belastungen des Kompressors. Bei
den bisher bekannten Sorptionstrocknern mit einem verdrehbaren Trockenelement wird dieses Trockenelement ständig von einem
Motor angetrieben. Wenn der Kompressor unbelastet läuft, wird dem Regenerierungsbereich des Trockners jedoch kein Medium zur
Regenerierung des Trockenelementes zugeleitet, so daß ein feuchtes Teil des Trockenelementes den Regenerierungsbereich
bei unbelastet laufendem Kompressor durchlaufen und infolgedessen in diesem feuchten Zustande in den Trockenbereich eintreten
kann. Dadurch wird zwangsläufig die Trocknungswirkung stark beeinträchtigt.
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Die Erfindung hat sich daher die Aufgabe gestellt, ein Verfahren
und Vorrichtungen zu seiner Durchführung zu schaffen, mittels welchen ein verdichtetes Arbeitsmedium unter Verwendung
einer möglichst geringen Zahl, von Wärmetausehern
getrocknet werden kann und bei welchem die Arbeitsbedingungen des Kompressors die Leistung des Trockners nicht beeinträchtigen
können.
Ein erfindungsisemäßes Verfahren zum Trocknen eines in einem
Kompressor verdichteten Arbeitsmediums, bei welchem ein Hauptstrom
des Arbeitsmediums durch einen Nachkühler mit Wasserabscheider und anschließend durch einen Trockenbereich in einem
Regenerativsorptionstrockner geleitet wird, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß vom dem Kompressor verlassenden
Hauptstrom heißes ungesättigtes Arbeitsmedium als Nebenstrom abgezweigt und durch einen Regenerierungsbereich im Trockner
und von diesem zweckmäßigerweise über einen Kühler mit Wasserabscheider zusammen mit dem Hauptstrom durch den Trockenbereich
des Trockners in die Abgabeleitung geleitet wird.
Zweckmäßigerweise wird dabei der vom Hauptstrom abgezweigte Nebenstrom derart eingeengt, daß der Druck im Regenerierungsbereich des Trockners niedriger ist als in dessen Trockenbereich.
Nach einer Besonderheit der Erfindung wird der Nebenstrom gemeinsam mit dem Hauptstrom im einen Wasserabscheider
enthaltenden Nachkühler abgekühlt.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens,
bestehend aus einem Kompressor, einem Nachkühler mit Wasserabscheider und einem Sorptionstrockner mit einem Trocken-
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bereich und einem Regenerierungsbereich, wobei eine Leitung für das Arbeitsmedium „vom Kompressor zum Nachkühler und eine
Leitung vom Nachkühler zum Trockenbereich des Trockners vorgesehen ist, ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, daß
eine ein heißes ungesättigtes Arbeitsmedium vom Kompressor zum Regenerierungsbereich des Trockners sowie eine vom Regenerierungsbereich
über einen Kühler mit Wasserabscheider zum Trockenbereich des Trockners führende Leitung vorgesehen ist.
In der vom Kompressor zum Regenerierungsbereich des Trockners führenden Leitung ist vorzugsweise eine Einschnürung ausgebildet.
Bei einer Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der vom Nachkühler zum Trockenbereich des
Trockners führenden Leitung ein Ejektor angeordnet und die vom Regenerierungsbereich zum Trockenbereich führende Leitung
ist an die Saugseite dieses Ejektors angeschlossen. Bei einer Variante ist in der zum Nachkühler führenden Leitung ein
Ejektor angeordnet, an dessen Saugseite die vom Regenerierungsbereich
zum Trockenbereich des Trockners führende Leitung angeschlossen ist. Zweckmäßigerweise sind die Einschnürung,
der Ejektor und der Strömungswiderstand im Nachkühler, dem Regenerierungsbereich und den Leitungen derart bemessen, daß
bei Betriebsbelastung des Kompressors im Regenerierungsbereich ein etwas niedrigerer Druck als im Trockenbereich herrscht.
Nach einer weiteren Besonderheit der Erfindung ist eine Vorrichtung
zum Trocknen eines in einem Kompressor verdichteten Arbeitsmediums mit einer einen Hauptstrom des Arbeitsmediums
vom Kompressor durch einen Nachkühler und einen Trockenbereich eines Regenerativsorptionskühlers einer Abgabeleitung zu-
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führenden Leitung und einer einen Nebenstrom des Arbeitsmediums in heißem, ungesättigtem Zustande durch einen Regenerierungsbereich
des Trockners und von dort über einen Kühler mit Wasserabscheider gemeinsam mit dem Hauptstrom durch den Trockenbereich
der Abgabeleitung zuführenden Abzweig- oder Nebenleitung dadurch gekennzeichnet, daß der Sorptionstrockner ein
von einem Motor angetriebene verdrehbares Trockenelement · besitzt und der Kompressor eine den Antriebsmotor des Trockenelementes
beim Entlasten abschaltende Entlastungsvorrichtung aufweist.
Eine genauere Erläuterung der Erfindung ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung zweier Ausführungsbeispiele einer
erfindungsgemäßen Trocknungsvorrichtung anhand der beiliegenden Zeichnungen; es zeigen: '
Figur 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in schematischer Darstellung!
und
Figur 2 eine Variante dieser Vorrichtung wiederum in schematischer Darstellung.
Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Feststellung, daß das heiße Arbeitsmedium, welches vom Kompressor abgegeben
wird, eine derart hohe Temperatur und einen derart niedrigen relativen Feuchtigkeitsgehalt hat, daß von ihm ein Nebenstrom
abgezweigt und zur Regenerierung des Trockners ausgenutzt werden kann, indem er durch einen Regenerierungsbereich im
Trockner hindurchgeleitet wird und dabei die Feuchtigkeit
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abführt, welche infolge der Verdrehung des Trockenelementes von anderen Teilen des Trockners, in denen die Feuchtigkeit
vorher aufgenommen wurde, in den Regenerierungsbereich eingebracht wurde.
Bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel wird ein Kompressor beliebiger Art, beispielsweise ein Zweistufen-Kolbenkompressor
oder ein Schraubenverdichter 1, 33 von einem Motor 34 angetrieben und über ein Ansaugfilter 2 und eine
Ansaugleitung 3 mit dem zu verdichteten Arbeitsmedium, beispielsweise Luft, versorgt. Der Kompressor kann einen Zwischenkühler
35 aufweisen. Von diesem Kompressor strömt die heiße verdichtete Luft durch eine Leitung 4, 5 einem Nachkühler 6
mit einem Wasserabscheider zu, aus welchem die Luft im Hauptstrom durch eine Leitung 7 une einen Ejektor 8 einem Sorptionstrockner 9 zuströmt. Dieser Sorptionstrockner 9 besitzt einen
Rotor 10, welcher ein Trockenelement bildet und in an sich bekannter Weise aus gefältelten Asbestplatten bestehen kann,
die mit Lithiumchlorid imprägniert sind und in geeigneter Weise mit Draht oder dergl. bewehrt sind, um während der unterschiedlichen
Feuchtigkeitszustände den mechanischen Beanspruchungen widerstehen zu können. Dieser das Trockenelement bildende Rotor
ist derart ausgebildet, daß das Arbeitsmedium ihn in axialer Richtung durch eine relativ große Anzahl relativ enger Kanäle
durchströmen kann. Ein Sektor dieses Rotors ist an seinen Enden axial durch Schirme 11, 12 abgeschirmt, sodaß ein Regenerierungsbereich
13 im Rotor ausgebildet wird, welcher während der Rotordrehung denselben gewissermaßen durchläuft. Der übrige
Rotor bildet einen Trockenbereich 14. Andererseits kann man zwischen dem Regenerierungsbereich 13 und dem Trockenbereich
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auch einen Kühlbereich ausbilden, sodaß das Rotormaterial vor
dem Eintritt in den Trockenbereich abgekühlt wird. Die Kühlung kann beispielsweise mit Trockengas oder mit feuchtem Gas durchgeführt
werden, welches nach Durchlaufen des Kühlbereiches in
der gleichen Weise wie das Regenerierungsgas oder zusammen mit demselben dem Hauptstrom wieder zugeführt wird. In den Figuren
ist allerdings kein derartiger Kühlbereich dargestellt. Der Rotor oder das Trockenelement 10 wird von einem Motor 15 angetrieben,
welcher bei elektrischem Antrieb des Kompressors zweckmäßigerweise aus einem Elektromotor mit einem geeigneten
Untersetzungsgetriebe besteht, durch welches die Drehzahl des Motors auf die gewünschte Drehzahl des Trockenelementes oder
Rotors herabsetzbar ist. Dieser Motor 15 wird über eine elektrische
Leitung 16 mit einem Schalter 17 mit Strom gespeist, wobei dieser Schalter zweckmäßigerweise durch Preßluft betätigt
wird, und zwar in Verbindung mit der Entlastungsvorrichtung 18 des Kompressors über einen Betatigungszylinder 19* welcher den
Schalter 17 schließt, wenn der Kompressor belastet wird.
Das im Trockenbereich IH- des Trockners 9 getrocknete verdichtete
Gas wird den entsprechenden Verbraucherstellen durch eine Druckleitung 20 für Trockenluft oder Trockengas zugeleitet. Zur
Regenerierung des Sorptionstrockners ist an die Leitung 4, 5 eine Abzweigleitung 21 angeschlossen. Diese Leitung 21 besitzt
eine Einschnürung 22, bestehend aus einer Drosselklappe oder einem einstellbaren Drosselventil. Durch diese Abzweigleitung
21 wird ein Nebenstrom des Arbeitsmediums direkt von der Druckseite des Kompressors dem Regenerierungsbereich \J>
im Trockner 9 zugeleitet. Dieser Nebenstrom hat in einer Kompressoranlage für einen Druck von beispielsweise 7 atu eine Temperatur von
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über 1000C und bei dieser Temperatur einen relativ geringen
Feuchtigkeitsgehalt (beispielsweise 20 bis 30$) und kann daher
teilweise das Rotormäterial im Regenerierungsbereich aufheizen und teilweise die Feuchtigkeit davon abnehmen. Vom Regenerierungsbereich
strömt der Nebenstrom durch die Leitung 23 einem Kühler 24 mit einem Wasserabscheider zu und von diesem über
eine Leitung 25 zur Ansaugseite des Ejektors 8. Dadurch wird
der Nebenstrom in den Hauptstrom eingesaugt und strömt mit diesem zusammen in den Trockenbereich 14 des Trockners 9· Der
Nachkühler 6 besitzt ein Kühlelement 26, welches mit Kühlwasser über eine Leitung 27 versorgt wird, und der Kühler 24 besitzt
ein Kühlelement 28, welches über eine Leitung 29 mit Kühlwasser
gespeist wird. Außerdem sind Kondenswasserabscheider 30 bezw.
31 herkömmlicher Art im Kühler 6 bezw. 24 vorgesehen.
Die Einschnürung 22 und der Ejektor 8 sind derart bemessen, daß ein etwas niedrigerer Druck im Regenerierungsbereich 13
erzielbar ist als im Trockenbereich 14. Dadurch kann bei eventuellen Undichtigkeiten zwischen den einzelnen Bereichen
höchstens trockene Luft oder trockenes Arbeitsmedium in den Regenerierungsbereich einströmen, jedoch niemals feuchte Luft
oder feuchtes Arbeitsmedium vom Regenerierungsbereich in den Trockenbereich.
Bei einer möglichen Belastungsabnahme des Kompressors arbeitet die Vorrichtung gemäß Figur 1 im wesentlichen in der gleichen
Weise wie wenn sie vollbelastet ist. Bei entlastetem Kompressor wird jedoch der durch den Kühler 6 und die Leitung 7 strömende
Hauptstrom unterbrochen, sodaß auch kein Nebenstrom, welcher durch den Regenerierungsbereich fließen kann, entsteht. Aus
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diesem Grunde ist die Vorrichtung derart ausgebildet, daß die
Entlastungseinrichtung' des Kompressors beim Entlasten des Kompressors gleichzeitig den Motor 15* welcher normalerweise
das Trockenelement 10 oder den Rotor in Drehung versetzt, abschaltet.
Dadurch erreicht man eine zuverlässigere Wirkungsweise des Trockners und die Leistung wird nicht beeinträchtigt.
Bei der in Figur 2 dargestellten Abwandlung entfällt der Kühler
24 für den Nebenstrom des Arbeitsmediums. Anstelle des Ejektors
8 in der Leitung 7 ist jedoch in der Leitung 5* welche zum
Nachkühler 6 führt, ein Ejektor 32 angeordnet. Im übrigen
entspricht die Vorrichtung gemäß Figur 2 der in Figur 1 dargestellten Vorrichtung, sodaß die im Zusammenhang mit Figur 1·
bereits beschriebenen Einzelheiten nicht nochmals erläutert zu werden brauchen. Der Nebenstrom des Arbeitsmediums, welcher
zur Regenerierung verwendet wird, wird bei.der Abwandlung gemäß Figur 2 über die Leitung 23* 25 der Ansaugseite des Ejektors
zugeleitet und strömt zusammen mit dem Hauptstrom des Arbeitsmediums durch den Nachkühler 6. Die in Figur 1 angegebenen
Drücke stehen in folgender Beziehung zueinander; P ist höher als Pl,. der seinerseits höher ais als P2 und höher ist als Pj5*
bei dem es sich um den Druck im Regenerierungsbereich handelt. Die gleichen Bedingungen müssen naturgemäß auch bei der Vorrichtung
gemäß Figur 2 vorherrschen, bei welcher jedoch der Ejektor 32 eine größere Druckabnahme überwinden muß als der
Ejektor 8 bei der Vorrichtung gemäß Figur 1. Auch der Kühler 6 bei der Vorrichtung gemäß Figur 2 ist größer ausgebildet als
in Figur 1.
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- 10 -
Das erfindungsgemäße Verfahren und die zu seiner Durchführung vorgeschlagenen Vorrichtungen wurden vorstehend nur anhand von
Beispielen erläutert und können selbstverständlich auf die verschiedenste Weise abgewandelt werden. So können beispielsweise
die Ejektoren durch normale Pumpen ersetzt werden. Bei elektrisch
angetriebenen Kompressoranlagen können elektrische Überwachungsvorrichtungen zur Entlastung verwendet werden, um den Motor 15
elektrisch zu übeiwachen und ihn beim Entlasten der Anlage abzuschalten.
Anstelle des als Elektromotor vorgesehenen Motors 15
kann ein pneumatisch oder hydraulisch überwachter Druckmittelmotor vorgesehen werden. Die Kühler 6 und 24 können durch Luft
gekühlt werden und die Wasserabscheider J50, 31 können getrennt
von den Kühlern angeordnet werden. Statt des einzigen Trockners 9 können auch mehrere Trockentürme oder -kolonnen oder dergl.
vorgesehen werden.
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Claims (1)
- Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen, TheaterpSatz- 11 -P a t e η t a ns ρ r ü c h e :1.) Verfahren zum Trocknen eines in einem Kompressor verdichteten Arbeitsmediums, bei welchem ein Hauptstrom des Arbeitsmediums durch einen Nachkühler mit Wasserabscheider und anschließend durch einen Trockenbereich in einem Regenerativsorptionstrockner geleitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß vom den Kompressor (1) verlassenden Hauptstrom heißes ungesättigtes Arbeitsmedium als Nebenstrom abgezweigt und durch einen Regenerierungsbereich (15) im Trockner (9) und von diesem zweckmäßigerweise über einen Kühler (6, 24) mit Wasserabscheider zusammen mit dem Hauptstrom durch den Trockenbereich (14) des Trockners in die Abgabeleitung (20) geleitet wird.2. Verfahren nach Anspruch I3 dadurch gekennzeichnet, daß der vom Hauptstrom abgezweigte Nebenstrom derart eingeengt wird, daß der Druck im Regenerierungsbereich (15) des Trockners (9) niederiger ist als in dessen Trockenbereich (14). „5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Nebenstrom gemeinsam mit dem Hauptstrom im einen Wasserabscheider enthaltenden Nachkühler (6) abgekühlt wird.4. Verfahren nach Anspruch 1,2 oder 5> dadurch gekennzeichnet, daß der verwendete Sorptionstrockner (9) ein verdrehbares Trockenelement (10) aufweist, welches abwechselnd nacheinander den Trockenbereich (14) und den Regenerierungsbereich (I5) durchläuft.309807/09 9.47238551Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen, Theaterplatz- 12 -5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-4, bestehend aus einem Kompressor, einem Nachkühler mit Wasserabscheider und einem Sorptionstrockner mit einem Trockenbereich und einem Regenerierungsbereich, wobei eine Leitung für das Arbeitsmedium vom Kompressor zum Nachkühler und eine Leitung vom Nachkühler zum Trockenbereich des Trockners vorgesehen ist, dadurch gekennzeich net, daß eine heißes ungesättigtes Arbeitsmedium vom Kompressor (1) zum Regenerierungsbereich (IJ) des Trockners (9) sowie eine vom Regenerierungsbereich über einen Kühler (6, 24) mit Wasserabscheider zum Trockenbereich (14) des Trockners führende Leitung (23, 25) vorgesehen ist.6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der vom Kompressor (1) zum Regenerierungsbereich (1?) des Trockners (9) führenden Leitung (21) eine Einschnürung (22) ausgebildet ist.7· Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der vom Nachkühler (6) zum Trockenbereich (14) des Trockners (9) führenden Leitung (7) ein Ejektor (8) angeordnet ist und die vom Regenerierungsbereich (13) zum Trockenbereich (14) führende Leitung (23, 25) an die Saugseite dieses Ejektors angeschlossen ist.8. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß in der zum Nachkühler (6) führenden Leitung (5) ein Ejektor (32) angeordnet ist und an dessen Saugseite die vom Regenerierungsbereich (13) zum Trockenbereich (14) des Trockners (9) führende Leitung (23, 25) angeschlossen ist.309807/0994Andrejewski, Honke & Gesthuysen, Patentanwälte, 4300 Essen, Theaferplatz 3- 13 -9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß dieEinschnürung (22), der Ejektor (8, 32) und der Strömungswiderstand im Nachkühler (6)* dem Regenerierungsbereich (13) und den Leitungen derart bemessen sind, daß bei Betriebsbelastung des Kompressors (1) im Regenaierungsbereich (13) ein etwas niedrigerer Druck als im Trockenbereich (14) erzielbar ist.10. Vorrichtung zum Trocknen eines in einem Kompressor verdichteten Arbeitsmediums mit einer einen Hauptstrom des Arbeitsmediums vom Kompressor durch einen Nachkühler und einen Trockenbereich eines Regenerativsorptionskühlers einer Abgabeleitung zuführenden Leitung und einer einen Nebenstrom des Ärbeitsmediums in heißem, ungesättigtem Zustande durch einen Regenerierungsbereich des Trockners und von dort über einen Kühler mit Wasserabscheider gemeinsam mit dem Hauptstrom durch den Trockenbereich der Abgabeleitung zuführenden Abzweig- oder Nebenleitung, dadurch gekennzeichnet, daß der Sorptionstrockner (9) ein von einem Motor (15) angetriebenes verdrehbares Trockenelement (10) besitzt und der Kompressor (1) eine den Antriebsmotor des Trockenelementes beim Entlasten abschaltende Entlastungsvorrichtung (18) aufweist»Patentanwalt.309 8 0 7/0994
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