DE2531633B2

DE2531633B2 -

Info

Publication number: DE2531633B2
Application number: DE19752531633
Authority: DE
Inventors: Myron Littleton Dunn; John Vander Lakewood Horst; Robert F. Sedalia Hounshell
Original assignee: Wilkerson Corp
Current assignee: Wilkerson Corp
Priority date: 1975-07-15
Filing date: 1975-07-15
Publication date: 1979-06-21
Also published as: DE2531633C3; DE2531633A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art zum Trocknen von Gas.

Druckluft, die für ein Druckluftinstrumentarium verwendet wird, wird unter gewöhnlichen Umständen mit einem Druck zugeführt, der wesentlich über dem Betriebsdruck liegt. Beispielsweise wird Luft normale«- weise auf einen Druck von 6,5 bar bis 7,9 bar komprimiert, bevor sie dem Instrumentarium zugeführt wird, das bei nur 2 bar arbeitet. Wenn keine Trocknung der Luft erforderlich ist, wird sie gewöhnlich durch irgendeine Art von Druckreguliervorrichtung hindurchgeleitet, um den Versorgungsdruck auf den gewünschten Betriebsdruck zu senken. Beim Senken des Druckes durch ein Druckregulierventil wird als einzig nützlicher Zweck eine Druckverringerung erreicht, ungeachtet der Tatsache, daß bei dem Prozeß etwas Energie vergeudet wird. Wenn andererseits die Luft getrocknet werden muß, bevor sie verwendet werden kann, muß entweder zusätzlich Energie zugeführt werden, um die Trocknung vornehmen zu können, oder es müßte als andere Möglichkeit, statt die Energie zu verschwenden, die abgegeben wird, wenn sich die Luft von einem relativ hohen Energiewert zu einem niedrigeren bewegt, diese Energiequelle angezapft und 2um Entfernen eines Teils des Wassers verwendet werden.

Wahrscheinlich die wirksamsten bekannten Vorrichtungen zum Trocknen von Luft, die keine Energiezufuhr von außen benötigen, sondern allein von der verfügbaren Energie Gebrauch machen, die sich aus dem Abfall ihres Druckes ergibt, sind diejenigen, welche ein Wirbelrolhr zusammen mit allermindestens einer Art von Wärmetauscher, einem Abscheider zum Aufnehmen des Kondensats und ein Strömungsverengungseiement gewöhnlich in Form einer festen oder variablen öffnung enthalten, die alle in Form eines Kreislaufes zusammengeschaltet sind. Hochdruck (Hd)-Luft, die in die Vorrichtung eintritt wird in Wärmeaustauschbeziehung zu dem Kaltluftteilstrom, der von der kalten Seite des Wirbelrohrs kommt, weitergeleitet und das Kondensat wird dann in dem Abscheider abgeschieden,

ίο der zwischen dem letzteren und dem Wärmetauscher angeordnet ist. Die auf diese Weise getrocknete Luft wird dem Einlaß des Wirbelrohrs zugeführt Die Kaltluft, die aus dem Wirbelrohr austritt, wird, nachdem sie in dem Wärmetauscher erwärmt worden ist, wieder

is mit der Warmluft vermischt, die aus dem Warmluftauslaß des Wirbelrohrs austritt, nachdem letztere durch eine geeignete Strömungsverengungsöffnung hindurchgeleitet worden ist Das auf diese Weise gebildete teilweise getrocknete Luftgemisch bildet die Luftquelle

μ für das Druckluftinstrumentarium stromabwärts der Vorrichtung und sein Betriebsdruck an der Verwendungsstelle ist eine Funktion sowohl des Vorrichtungsversorgungsdrucks als auch der Leistungsfähigkeit des Wirbelrohrs.

Bei Vorrichtungen wie der oben beschriebenen, wird der Betriebsdruck nicht ausreichend gesteuert, so daß sie nicht zufriedensveilend als Quelle getrockneter Luft für ein Druckluftinstrumentarium verwendet werden können, welch letzteres einen gleichmäßigen Druck

ao erfordert, der zur Erzielung bester Ergebnisse konstant auf einem bestimmten Wert bleiben muß. Zur Lösung dieses Problems ist zuerst daran gedacht worden, lediglich an dem stromabwärtigen Ende der Vorrichtung einen Druckregler hinzuzufügen, der das getrock-

!5 nete Luftgemisch aufnimmt und seinen Druck auf den gewünschten Wert verringert. Die Lösung dieses einen Problems erzeugt jedoch ein weiteres, da eine geeignete Druckregulierung einen Druckabfall von 0,4 bar bis 0,69 bar an dem Druckregler verlangt, was bedeutet, daß das Wirbelrohr einem Gegendruck ausgesetzt ist, der beträchtlich größer ist als der, dem es in dem System ohne den Druckregler ausgesetzt ist. Da die Leistungsfähigkeit eines Wirbelrohrs eine Funktion der Einlaß- und Auslaßdrücke ist, wird durch die beträchtliche

Verringerung des Differenzdrucks an dem Wirbelrohr

aufgrund der Einschaltung des Druckreglers das

Trocknungsvermögen der Vorrichtung wesentlich und

nachteilig beeinflußt.

Ein weiterer Versuch, dieses Problem zu lösen,

V) besteht darin, den Druckregler an dem stromabwärtigen Ende der Vorrichtung zu beseitigen und ihn an dem Einlaßende der Vorrichtung anzuordnen, wobei man ihn auf den Auslaßdruck ansprechen läßt. Es ergibt sich wiederum eine nicht zufriedenstellende Entfeuchtung der Luft, weil es sich gezeigt hat, daß eine beträchtliche Verringerung des Einlaßdruckes erforderlich ist, um auch nur eine bescheidene Verringerung des Volumenstroms zu bewirken.

Eine weitere Abwandlung besteht bei diesem

volumetrischen Verfahren der Auslaßdrucksteucrung darin, den Druckregler stromabwärts des Abscheiders anzuordnen. Die Verwendung von nach diesem Verfahren arbeitenden Vorrichtungen ist weit verbreite» und sie sind gegenwärtig verfügbar. Eine solche Vorrichtung hat gegenüber der Vorrichtung, bei welcher der Druckregler an dem Einlaß angeordnet ist, den Vorteil, daß die Luft bei dem maximal verfügbaren Druck gekühlt wird und somit das Kondensieren einer

relativ größeren Menge von Wasserdampf bei einer gegebenen Temperatur ermöglicht Trotz dieser Tatsache leidet die Vorrichtung jedoch unter demselben Grundproblem wie die zuvor beschriebene Vorrichtung, bei welcher der Auslaßdruck geregelt wurde, daß nämlich der Differenzdruck an dem Wirbelrohr in beträchtlichem Umfang reduziert und dadurch seine Kühlfähigkeit gemindert wird.

Noch ein weiteres Verfahren, die Gesamtströmung durch die Vorrichtung zu begrenzen, besteht darin, die Strömung schrittweise ein- und auszuschalten, statt den Druck der dem Wirbelrohr zugeführten Luft zu drosseln oder den Auslaßdruck zu regeln. In einer solchen Vorrichtung steckt der Gedanke, daß die volle verfügbare Druckdifferenz an dem Wirbelrohr zur Verfügung steht und somit dessen Lufttrocknungsvermögen maximiert wird. Das ist zwar zutreffend, jedoch wird d.'e zur Benutzung verfügbare Luft entweder unterbrochen oder bestenfalls schwanken, soweit es ihren Druck anbetrifft, während, wie oben erwähnt, die Betriebsluft vorzugsweise auf oder nahezu auf einem konstanten Druck und einem vorgewählten Wert gehalten werden sollte. Andererseits, wenn in der obigen Vorrichtung die Frequenz der Druckschwankungen so schnell ist und eine solche Größe hat, daß sie innerhalb zulässiger Grenzen bleibt, soweit es das stromabwärtige Instrumentarium betrifft, so zeigt es sich, daß statt der beabsichtigten Maximierung des verfügbaren Druckabfalls an dem Wirbelrohr dieses einem stromaufwärtigen Druck ausgesetzt ist, der etwas niedriger ist als der Versorgungsdruck und nicht wesentlich von dem verschieden ist, dem es ausgesetzt wäre, wenn das Ein/Aus-Ventil durch einen stromaufwärtigen Druckregler in der bereits beschriebenen Weise ersetzt würde.

Aufgabe der Erfindung ist es, für die Verwendung in Verbindung mit Dnickgassystemen, in welchen der Betriebsdruck beträchtlich niedriger ist als der Versorgungsdruck, eine verbesserte Vorrichtung der Wirbelrohrbauart zum Trocknen von Gas zu schaffen, bei welcher zur Trocknung keine zusätzliche Energiezufuhr von außen benötigt und die Druckdifferenz an dem Wirbelrohr innerhalb der verfügbaren Grenzen der Versorgungs- und Betriebsdrücke maximiert wird.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Gemäß der Erfindung werden die unerwünschten Merkmale der bekannten Vorrichtungen zum Trocknen von Gas einfach dadu^rch beseitigt, daß ein einfaches Überdruckventil zwischen der Vorrichtung und dem Druckluftinstrumentarium, welches das von der Vorrichtung abgegebene getrocknete Gas verbraucht, angeordnet wird. In der Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch ? werden die Gasverluste durch das Überdruckventil minimiert. Auf diese Weise wird die insgesamt verfügbare Druckdifferenz dem Wirbelrohr aufgeprägt, wodurch bekanntlich die Kühlleitung der Vorrichtung maximiert und dadurch sichergestellt wird, daß soviel \ euchtigkeit, wie aus dem Gas bei der besonderen Temperatur entfernt werden kann, bei welcher die Vorrichtung betrieben wird, entfernt wird. Das dem stromabwärtigen Instrumentarium zugeführte Gas wird mit einem konstanten und sorgfältig kontrollierten Druck geliefert. Die Erfindung schafft somit eine Vorrichtung zum Trocknen von Gas, welche einfach, billig, kompakt, vielseitig, zuverlässig, einfach zu warten und leicht an verschiedene Betriebsdrücke anpaßbar ist.

Die einzige Figur der Zeichnung zeigt in schematischer FoTn ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung nach der Erfindung zum Trocknen von Gas, die im folgenden näher beschrieben wird.

Die Zeichnung zeigt eine Versorgungsleitung 10, welche Druckluft mit einem erhöhten Druck von beispieisweise 6,5 bar bis 7,9 bar führt Sie ist in eine Gasführung 12 eines herkömmlichen Wärmetauschers 14 geschaltet, dessen andere Gasführung 16 Luft von der kalten Seite 18 des Wirbelrohrs 20 längs dazu im Gegenstrom führt, wie dargestellt Es wird zwar ein Gegenstrom bevorzugt, es kann jedoch auch ein Gleichstromwärmetauscher entsprechend den bekannten Wärmeaustauschvorgängen verwendet werden. In jedem Fall wird der ankommende relativ heiße nasse Strom von Versorgungsgas in Wärmeaustauschbeziehung längs des kalten, wesentlich trockneren Teilstroms weiterge'eitet, der von der kalten Seite des Wirbelrohrs kommt,» daß der erstgenannte gekühlt und ein Teil der in ihm enthaltenen Feuchtigkeit k..;idensiert wird. Das Kondensat wird in einem herkömmiich"n Abscheider 22 ausgeschieden, bevor der kalte, teilweise entfeuchtete Strom durch eine Leitung 24 weiter zu der Mittelanzapfung des Wirbelrohrs 20 geleitet wird.

Die kalte Seite 18 des Wirbelrohrs liefert kalten, relativ trockene Luft zu der oberen Gasführung 16 des Wärmetauschers 20, während die warme Seite 26 des Wirbelrohrs warme Luft zu einer öffnung 28 befördert, weiche den von der warmen Seite kommenden Strom begrenzt, was wiederum die Temperatur der die kalte Seite verlassenden Luft steuert. Die Öffnung 28 kann entweder fest oder veränderlich sein. Letzteres wird bevorzugt, da es offenbar eine etwas größere Kontrolle über den Trocknungsvorgang schafft Wenn der erwärmte Luftstrom von der kalten Seite des Wirbelrohrs die obere Gasführung 16 des Wärmetauschers verläßt, wird er mit dem Strom von der warmen Seite des Wirbelrohrs stromabwärts der Öffnung 20 wieder vereinigt. Bis hierher ist die Vorrichtung weitgehend Stand der Technik und arbeitet aus den oben erwähnten Giünden nicht zufriedenstellend. Das wichtigste Merkmal der hier beschriebenen Vorrichtung ist deshalb das Hinzufügen eines Überdruckventils 30 in einem Zweig 32 der Niederdruck (ND)-Hauptversorgungsleitung 34, welche die verhältnismäßig trocknere Luft mit einem wesentlich verringerten Betriebsdruck zu der Verbrauchsstelle leitet. Das Überdruckventil 30 ist vorzugsweise von herkömmlicher membranbetätigter Bauart, welche aufgrund ihrer in bezug auf den Ventilgröße großen Abfühlfläche eine enge Kontrolle des Betriebsdrucks ermöglicht. Das Überdruckventil 30 ist zwar, wie dargestellt, mit seinerr. Einlaß in eine Zweigleitung 32 beschultet und sein Auslaß ist zur Atmosphäre hin offen, es versteht sich jedoch, daß ein Ventil derselben Art, welches sowohl Einlaß- als auch Auslaßksnäle zusätzlich zu dem Überdruckkanal hat, anstelle des dargestellten verwendet und direkt in der ND-Hauptversorgungsleitung 34 angeordnet werden könnte.

Ein weiteres wesentliches Merkmal der hier beschriebenen Vorrichtung ist das Bestreben, die Leistung des Wirbelrohrs 20 dem stromabwärtigen BcJarf der Vorrichtung sorgfältig und eng anzupassen, so daß ausreichend Luft zur Erfüllung des Bedarfs geliefert wird, während d»"r vorgewählte Betriebsdruck im wesentlichen konstant gehalten und gleichzeitig derselbe minimal überschritten wird, so daß so wenig Luft in die Atmosphäre abgelassen wird, wie vernünftigerweise

möglich ist. Wirbelrohre können in ihrer Strömungsleistung durch einen einfachen Austausch von inneren Teilen leicht dem Bedarf angepaßt werden. Außerdem bleibt der stromabwärtige Bedarf in den meisten Drucklufisteuersystemen ebenso wie der Versorgungsdruck ziemlich konstant. Die einzigen Stöße treten auf. wenn der Kompressor in das System ein- und aus dem System ausgeschaltet wird.

Schließlich kann bezüglich der Trocknungsleistung der Vorrichtung gezeigt werden, daß es zum Maximieren des Kühlwirkungsgrades innerhalb der durch den verfügbaren Versorgungsdruck und den notwendigen Betriebsdruck gesetzten Grenzen erwünscht ist, daß das Verhältnis von Einlaßdruck zu Auslaßdruck so groß wie möglich gehalten wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Trocknen von Gas mit einem Wärmetauscher mit doppelter Gasführung, bei welchem der Einlaß der ersten Gasführung an eine HD-Naßgasversorgung angeschlossen ist, mit einem Abscheider, welcher mit dem Auslaß der ersten Gasführung des Wärmetauschers verbunden ist und das durch den Wärmetauscher entfernte Kondensat sammelt, mit einem Wirbelrohr, das mit dem Abscheider verbunden ist und den von diesem abgegebenen Strom von teilweise getrocknetem Gas in einen relativ kälteren und einen relativ wärmeren Teilstrom aufteilt und den kälteren Teilstrom zu der zweiten Gasführung des Wärmetauschers und den wärmeren Teilstrom zu einem Strömungsverenger leitet, der die Strömungsaufteilung innerhalb des Wirbelrohres steuert, gekennzeichnet durch ein Überdruckventil (30), das dem Strömungsverenger (28) und der zweiten Gasführung (16) des Wärmetauschers (14) nachgeschaltet ist und die wiedervereinigten Teilströme empfängt und durch Ablassen überschüssigen Gases in die Atmosphäre automatisch einen Betriebsdruck auf einem Wert hält, der kleiner ist als der Ve rsoirgu ngsd ruck.

2. Vorrichtung nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß zur Konstanthaltung des Betriebsdrukkes auf einem Wert, bei welchem Gasverluste minimal sind, die Strömungsleistung des Wirbelrohres (20) und die Einstellung des Überdruckventils (30) an den sti omabwärtigen Bedarf angepaßt sind.