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Anlage zum Rückgewinnen der im Verlaufe der Kompressions-
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arbeit in einem Kolbenkompressor oder einen Kompressor
ohne Kühlöleinspritzung iun zweckmäßigerweise zur Frzeugung von Warmwasser oder
zum Erwärmen eines anderen mediums dienenden Wärme.
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Die Erfindung betrifft eine Anlage zum Rückgewinnen der im Verlaufe
der Kompressionsarbeit in einem Kolbenkompressor oder einem anderen Kompressor ohne
Kühlöleinspritzung erzeugten und zweckmäßigerweise zur Erzeugung von Warmwasser
oder zum Erwärmen eines anderen Mediums dienenden Wärme.
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Bei bekannten Kompressoranordnungen mit Kolbenkonpressoren oder Kompressoren
ohne Kühlöleinspritzung wird die komprimitierte Luft, die im Verlaufe der Kompressionsarbeit
erhitzt worden ist und heiß ist, entweder einer weiterführenden Druckluftleitung
ohne gezielte Kühlung oder Wärme abfuhr oder einer nachgeschalteten Kühleinrichtung
zugeführt,
in der sie durch Luft- oder Wasserkühlung auf die gczzünschte
Temperatur herabgebracht wird. Einrichtungen zum Rückgewlnnen zumindest eines Teiles
der während der Kompressionsarbeit erzeugten Wärme, die zur Wassererzeugung oder
zum Erhitzen eines anderen erwärmbaren Mediums dienen, sind nach Wissen der Anmelderin
bisher nicht vorgeschlagen worden, so daß naturgemäß an dieser Stelle im Prozeß
beachtliche Verluste entstehen. Demgegenüber hat sich die vorliegende Erfindung
die Aufgabe gestellt, im Sinne des durch die schlechte Energiesituation erhobenen
Imperativs der Einsparung von Energie an allen nur möglichen Stellen und zu allen
nur möglichen Zeiten eine in Verbind; mit Luftkompressoren der hier infrage stehenden
Art zu verwendende und-an diese anschließbare Anlage zu schafen, mit deren Hilfe
auf einfache Weise mit denkbar geringem konstruktivem Aufwand die Wärme, die im
Verlaufe der Kompressionsarbeit in einem Kompressor erzeugt wird; teil-weise zurückgewonnen
und z.B. zur Warmwassererzeugung herangezogen werden kann. Bei alledem soll der:
Aufbau möglichst einfach und sicher sein.
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Zu dem oben genannten Zweck ist gemäß der Erfindung vorgesehen, daß
die neue Anlage einen in die vom Ausgang des Kompressors kommende Druckluftleitung
eingeschalteten, als Wärmespeicher dienenden Vorradbehälter für ein wärmeaufnehmendes
und -speicherndec Medium enthält, dessen Innenraum in wärmetauschendem Zusasmenwirken
mit der vom Kompressor über einen als Zufuhrleitung dienenden ersten Zweig der Druckluftleitung
kommenden Druckluft steht, die nach dem Verlassen des Vorratsbehälters über einen
als Rücklaufleitung dienenden zweiten Zweig der Drckluftleitug z.B. zur Kühleinrichtung
oder zur weitcrführenden Druckluftleitung
über eine in Strömungsrichturlg
vor dem Vorratsbehälter abgehende strömt, daß die Vorlaufleitung/Verbindungsleitung
nach Art einer Bypass-Leitung mit der Rücklaufleitung verbunden'ist und daß zum
Steuern des Druckluftstromes durch die Verbindungsstelle zwischen der Vorlaufleitung
und der Bypass-Leitung ein Wege-Ventil vorgesehen ist, das bei Umschaltung die Druckluft
unter Umgehung des Vorratsbehälters unmittelbar in die Kühleinrichtung oder die
weiterführende Druckluftleitung einströmen läßt und zu dessen Umschaltung ein einem
Hilfsenergie-Kreis zugeordnetes Pilot-Ventil dient, das beim ttberschreiten der
für den Vorratsbehälter vorgesehenen Soll-Werte, wie Temperatur oder Druck, beim
Abschalten des Kompressors oder beim Lecken des Wärmetauschers anspricht.
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Di-e erfindungsgemäße Anordnung hat den Vorteil, daß nunmehr die in
der komprimitierten Luft steckende Wärme teilweise abgeführt und zum Aufheizen eines
Mediums, z.B. zum Herstellen von Wärme wasser benutzt werden kann, das dann an bestimmten
Verbraucherstellen verwendet werden kann. Es finden also keine solchen energie verluste
statt, wie bisher. Darüberhinaus hat die erfindungsgemäße Anordnung noch den Vorteil
einer denkbar großen Sicherheit: der Speicherbehälter kann die Wärme in der oben
beschriebienen Weise aufnehmen, wenn jedoch die Soll-Temperatur oder der vorprogrammierte
Maxi-mal-Druck erreicht ist, wird die Druckluft am Speicherbehälter gewissermaßen
vorbeigleitet und direkt zur Kühleinrichtung geführt, dies geschieht auch dann,
wenn der Kompressor z.B. in den Arbeitspausen abgeschaltet worden ist, ebenso dann,
wenn der Wärmetauscher leckt. Auch sonstige Behlerauellen werden bei der neuen Anordnung
erfindungsgemäß möglichst vermieden. Bei alledem ist die Eonstuktion einfach und
wenig nufwotdig, sie nimmt auch wenig Raum in Anspruch und kann leicht in Bctrieben
der hier infrage stehenden Art
untergebracht werden.
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Zweckmäßigerweise enthält der Vorratsbehälter eine das Primärelement
des Wärmetauschers bildende Rohrspirale oder ein entsprechendes Rohrbündel, die
bzw. das einzangsseitig mit der Vorlaufleitung und ausgangsseitig mit der Rücklaufleitung
in Verbindung steht, es ergibt sich auf diese Weise eine denkbar einfache Konstruktion,
Die Funktion wird vereinfacht und übersichtlich gestaltet, wenn man gemäß Anspruch
5 das Wege-Ventil als Dreiwege-Ventil ausbildet, dessen Eingang mit der Zufuhrleitung
in Verbindung steht und an dessen einen Ausgang der Einlaß der Rohrspirale oder
das Rohrbündel im Vorratsbehälter-und an dessen anderen Ausgang die Bypass-eitung
angeschlossen sind.
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Eine besonders einfache Art der Steuerung ergibt sioh z.B. darn, wenn
das Pilot-Ventil als Dreiwege-Ventil ausgebildet ist, das einen Druckluft-Hilfsenergiekreis
beherrscht und mit einem z.B.
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elektrischen Betätigungsstromkreis in Verbindung steht, der auch einen
den Druck im Vorratsbehälter überwachenden Sicherheits-Druckschalter, sowie einen
zur Uberwachung der Speicherter3peratur dienenden Regel-Thermostaten und einen Sicherheits-Thermostaten
enthält, wobei zweckmäßigerweise in die Stromzuführung zum Pilot-Ventil ein Unterdtecher
eingeschaltet sein kann, der mit dem der Stromzuführung zum Kompressor zugeordneten
Unterbrecher verbunden ist und an dessen Ein- und Ausschaltbewecgungen teilnimmt.
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Das Pilot-Ventil steuert also jeweils vom Vorlauf zum Speicher zur
weiterführenden Druckluftleitung oder auf"BypasH Lauf direkt/zur Kühleinrichtung
um, wein es durch An-sprechen der die Temperatur oder den Druck im speicher überwachenden
Geräte
oder der beim Auftreten eines Lecks im Wärmetauscher oder einer sonstigen Funktionastörung
zur Wirkung kommenden Einrichtungen stromlos und dabei umgesteuert wird, dann gibt
es die gespeicherte Hilfsenergie im Dreiwege--Ventil frei, das den vom Kompressor
kommenden Druckluftstrom direkt entsprechend umschaltet undZzur weiterführenden
Druckluftleitung oder zur Kühleinrichtung leitet. Solange der Stromkreis oder die
Stromzuleitung zum Kompressor nicht unterbrochen ist, wird die Hilfsenergie im Dreiwege-Ventil
abgeleitet.
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Zur noch besseren Absicherung der gesamten Anordnung kann z.B. in
die Rücklaufleitung nach Austritt aus dem Vorratbehält er und vor der Bypass-Leitung
ein Absperrventil geschaltet sein, das beim Umschalten die Rücklaufleitung nach
beiden Richtungen sperrt und dessen Verschlußglied bei fehlender Hilfsenergie unter
Federwirkung in der Schließstellung gehalten und durch die Hilfsenergie in die Offenstellung
gebracht wird. Dieses Absperrventil kann z.3. in Strömungsrichtung der Hilfsenergie
gesehen hinter dem Pilot-Ventil und dem Anschluß des Dreiwege-Ventils liegen. Wichtig
ist vor allem aber, daß das Pilot-Ventil beide Ventile, d.h. sowohl das vorstehend
genannte Absperrventil als auch das der Bypass-Leitung zugeordnete Dreiwege-Ventil
gleichzeitig umsteuert. Auf diese Weise wird beim Abschalten des Zulaufes von Druckluft
zum Wärmetauscher verhindert, daß im Falle eines Lecks evtl. auch Wasser aus dem
Vorratsbehälter zur weiterführenden Leitung oder über die Vorlaufleitung zum aus
gang des Kompressors tritt. Dies ist nur deshalb möglich, weil das Dreiwege-Ventil
federschließend ist und bis auf einen höheren Druck als den Ansprechdruck des Behälter-Sicherheftsventilsge
schlossen bleibt.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der
Erfindung in schematischer Darstellung gezeigt.
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Die erfindungsgemäße Anlage ist einer Kompressoranordnung nachgeschaltet,
die hier-nicht dargestellt ist und mit der sie über eine Druckluftleitung verbunden
ist. Es ist noch eine ebenfalls nicht dargestellt Kühleinrichtung vorgesehen. Solche
Kühleinrichtungen sind bei bisherigen bekannten Kompressoranordnungen direkt dem
Kompressor nachgeschaltet, bei anderen bekannten Kompressoranordnungen ist keine
Kühleinrichtung vorgesehen, hier folgt aufden Kompressor eine weiterführende Druckluft-Leitung
ohne gezielte Kühlung. Bei dem in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel
soll davon ausgegangen werden, a dem Kompressor eine Kühleinrichtung nachgeschaltet
ist, die Erfindun bezieht sich aber auch auf Kompressoren der anderen Art, ohne
F=;ihleinrichtung. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß ein als Warmespeicher dienender
Vorratsbehälter 1 für ein wärmeaufnehmendes und wärmespeicherndes Medium, z.B. Wasser
in die Druckluftleitung z.B.
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zur Kühleinrichtung eingeschaltet ist, so daß also nicht mehr die
Kühleinrichtung (oder die weiterführende Druckluft-Leitung), direkt dem Kompressor
nachgeschaltet ist, sondern erst mittelbar auf den Kompressor folgt, nämlich nach
dem Vorratsbehälter der neuen Anlage. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß der Innenraum
bzw. Inhätt des als Wärmespeicher dienenden Vorratsbehälters in wärmetauschendem
Zusammenwirken mit der fertig komprimitierten Druckluft, die vom Kompressor über
eiren als Zufuhrleitung dienenden ersten Zweig 2 der Druckluftleitung ot, steht.
Im Wärmespeicher oder Vorratbehälter 1 findet also ein aus Wärme/tausch zwischen
der Druckluft, die vom Kompressor Komprimitier und demzufolge erhitzt ankommt, und
dem im Behälter @@@@@@@@@@@ @@@ @@ @@@@@@@@ @@@ @@@ @@ @@@@@@@@@ @@@@@ @@@ @@à
abgegeben
hat, verläßt die /Druckluft den Vorratsbehälter über einen als Rücklaufleitung dienenden
zweiten Zweig 3 der Druckluftleitung, sie strömt z.B.
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dann/zur Kiihleinrichtung. So verhält es sich im Normalbetrieb der
Anlage. Weiterhin ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß die Vorlaufleitung 2 mit der
Rücklaufleitung 3 auch noch über eine in Strömungsrichtung vor dem Vorratsbehälter
1 abgehende Verbindungsleitung 4 nach Art einer Bypass-Leitung verbunden ist, wobei
zum Steuern des Druckluftstromes durch die Verbindungsstelle zwischen der Vorlaufleitung
2 un-d der Bypass-Leitung 4 ein Wege-Ventil 5 vorgesehen ist, das im Normalbetrieb
die Druckluft zu einem eine Rohrspirale oder ein Rohrbündel enthaltenden Wärmetauscher
6 im Behälter 1 strömen läßt, ohne daß dieypass-Leitung benutzt wird, und nach Umschaltung
diese Druckluft kurze Umgehung des Vorratsbehälter 1 über die Bypass-Leitung unmittelbar
in die KiLhleinricatung einströmen lä?-t: im ersteren Falle strömt also und das
Ventil 5 die Druckluft über die Leitung 2/zum Wrmetauscher 6 und dann z.B.
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zurück über die Leitung /zur ühleinrichtung, im zweiten Falle strömt
die Druckluft über die Leitung 2, das Ventil 5, die Bypass-Leitung 4 und die Leitung
3 zur Kühleinrichtung, ohne in den Vorratsbehälter einzutreten. Zur Betätigung des
Ventils 5 dient ein Pilot-Ventil 7, das einem Hilfsenergiekreis 8 zugeordnet ist
und diesen beherrscht und das beim Überschreiten der für den Vorratsbehälter vorgesehenen
Soll-Werte wie Temperatur oder Druck, beim Abschalten des Kompressors oder beim
Lecken des Wärmetauschers anspricht.
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Es ist aus der Zeichnung zu erkennen, daß von dem dem Wärmeaustauschgebiet
6 abgewandten Bereich des Vorratsbehälters eine Warmwasserleitung 9 abgeht, die
zu den Verwendungsstellen 1o
führt. Der Vorratsbehälter 1 enthält,
wie bereits gesagt, eine das Primär-Element des Wärmetauschers bildende Rohrspirale
C), oder ein entsprechendes Rohrbündel/die bzw. das die komprimierte, heiße Druckluft
führt und eingangsseitig mit der Vorlaufleitung 2 und ausgangsseitig mit der Rücklaufleitung
3 in Verbindung steht.
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Das Wege-Ventil 5 ist als Dreiwege-Ventil ausgebildet, dessen Eingang
5a mit der Zufuhrleitung 2 in Verbindung steht und an dessen einen Ausgang 5b der
Einlaß der Rohrspirale e oder c': Rohrbündels im Vorratsbehälter 1 uiid an dessen
arder:: Au7,'u' 5c die Bypass-Leitung 4 angeschlossen sind. Das Pilot-Ventil @ ist
als Dreiwege-Ventil ausgebildet, das den Druckluft-Hilfsenergie kreis 8 beherrscht
und mit einem elektrischen Betätigungsstromkreis 11 in Verbindung steht, der auch
einen den Druck im Vorratsbehälter 1 überwachenden Sicherheitsdruckschalter 12,
sowie einen zur Überwachung der Speichertemperatur dienenden Regeltermostaten 13
und einen Sioherheits-Thermostaten 14 enthält.
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In die Stromzuführung zum Pilot-Ventil ist im übrigen ein Unterbrecher
15 eingeschaltet, der mit dem der Stromzuführung zum Kompressor zugeordneten, nicht
weiter dargestellten Unterbreoher verbunden ist und an dessen Ein- und Ausachaltbewegungen
teilnimmt.
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Es ist noch ein Absperrventil 16 vorgesehen, das in die R-cklaufleitung
3 zur Kühleinrichtung nach Austritt aus dem Vorratsbehälter 1 und vor der Bypass-Leitung
4 geschaltet ist und das beim Umschalten die Rücklaufleitung nach beiden Richtungen
sperrt und dessen Verschlußglied bei fehlender Hilfsenergie unter Federwirkung in
der Schließstellung gehalten und duscll die Hilfsenergie in die Offenstellung gebracht
wird: das Absperrventil schließt also unter der Wirkung einer Feder entweder C:ie
Leitung
3 nach beiden Richtungen zu oder aber es gibt diese Leitung frei, worin statt der
Feder die Hilfsenergie aus dem Hilfsenergiekreis 8 (5 bar Ü) zur Wirkung kommt.
Dieses Absperrventil 16 ist in Strömungsrichtung der Hilfsenergie gesehen hinter
dem Pilot-Ventil 7 und auch hinter dem Anschluß des Dreiwege-Ventils 5 an den Hilfsenergie-Kreis
8 angeordnet.
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Die Anordnung ist so getroffen, daß das Pilot-Ventil 7 beide Ventile
5 und 16 gleichzeitig steuert.
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Der Vorratsbehälter besitzt darüber hinaus noch vorzugsweise ganz
oben am Speicherbehälter ein Sicherheitsventil 17, das vor eiræm unzulässig hohen
Druckanstieg im Vorratsbehalter über en Sollwert hinaus infolge Leckage des Wärmetauschers
öffnet und im wesentlichen Druckluft entweichen läßt, er besitzt ausserdem noch
ein weiteres Sicherheitsventil 18 zum Ablassen von Wasser aus dem Bchälter, das
bei einem unzulässig hohen Druckanstieg im Vorratsbehälter infolge Ausdehnung des
erhitzten Wassers über den Einstell-Druck hinaus öffnet und Wasser abfließen läßt
und das zu der nach DIN 1988 vorgeschriebenen Sicherheitsgruppe 19 gehört.
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Um das Entstehen eines zu hohen Druckes in der Warmwasserleitung 9
beim Lecken des Wärmetauschers zu vermeiden, ist in die Warmwasserleitung ein Druckreduzierventil
20 eingeschaltet, das beim Überschreiten des Einstell-Druckes den Eintrit-bfin die
Warmwasserleitung 9 sperrt, noch bevor das Sicherheitsventil für Druckluft 17 anspricht.
Der zur Uberwachung des Drucks im Vorratsbehälter dienende Sicherheits-Druckschalter
12 ist an den Vorratsbehälter 1 direkt angeschlossen, während das Ventil 17 an einer
Stelle angeschlossen ist, wo sich die
aus einer etwaigen Leckage
des Wärmetauschers 6 austretende Druckluft zuerst ansammelt und die noch vor dem
Druckreduzierventil 20 liegt. 21 ist das übliche Äusdehnungsgefäß, 22 die übliche
Zirkulationsleitung, diese beiden Teile haben mit der Erfindung nichts zu tun.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet wie folgt: Bei Normalbetrieb
gibt die vom Kompressor kommende komprimitlei'te, erhitzte Druckluft im Wärmetauscher
6 Wärme an das im Speicher oder Vorratsbehälter 1 enthaltene Wasser ab, es wird
somit mit einem Teil der während der Kompressionsarbeit erzeugten Wärme Warmwasser
erzeugt, das an allen möglichen Stellen verwendet werden kann. Wenn z.B. die~Speicherkapazität
des Vorratsbehälters 1 erschöpft ist, schaltet der Regel-Thermostat 13 das- rilot-Ventil
7 un, das dann die Hilfsenergie (z.B. Druckluft mit einem Druck von 5 bar t) aus
dem Dreiwege-Ventil 5 und dem Absperrventil 16 strömen läßt. Das Absperrventil 16unterbricht
mittels Federkraft die Leitung 3 und sperrt sie nach beiden Seiten ab, das Dreiwege-Ventil
5 läßt ebenfalls mit Federkraft die vo Kompressor kommende Druckluft aus der Teilleitung
2 über die Verbindungsleitung oder Bypass-Leitung 4 und die Rücklaufleitung 3 direkt
zur Kiihleinrichtung strömen. Wenn der Druck im Speicherbehälter über den Einstell-Wert
steigt, z.B. infolge einer Undiohtigkeit des Wrtnetauschers 6, unterbricht der Sicherheits-Druckschalter
12 ebenfalls die Energie-Zufuhrleitung zum Pilot-Ventil 7, das dann die Ventile
5 und 16 durch Ableiten der Hilfsenergie wie oben so umsteuert, das wiederum Druckluft
direkt von der Leitung 2 über die Bypass-Leitung 4 zur Rücklaufleitung 3 und von
dort zur Kühleinrichtung gelangen kann. Wenn der Kompressor z.B. in den Arbeitspauf
abgeschaltet wird,
urid wie üblich das Druckleitungssystem des
Kompressors druckentlastet wird, um den nächsten Kompressoranlauf zu ermöglichen,
wäre es für den Fall, daß der Wärmetauscher undicht ist, möglich, daß Druckwasser
wegen des Lecks im Wärmetauscher über die Ventile 16 oder 5 zum Kompressor oder
zur Kühleinrichtung strömen könnte.
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Um dies zu verhindern, ist die Stromzuführung für das Pilot-Ventil
7 so gestaltet, daß sie beim Ausschalten des Kompressors durch das Schaltgerät des
llotors ebenfalls unterbrochen wir, d.h. daß der Unterbrecher der Stromzuführung
für das Pilot-Ventil und der Unterbrecher des Kompressor-Motors so miteinander verbunden
virld, daß sie gemeinsam die Bin- und Ausschaltbewegungen ausführen können.
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Das zusätzliche Sicherheitsventil 17 dient als zusätzliche Sichering:
Falls ein sehr großes Leck am Wärmetauscher plötzlich auftreten sollte und die Soll-Temperatur
im Speicher noch nicht erreicht worden ist, könnte bei laufendem Kompressor eine
größere Luftmenge in den Vorratsbehälter gelangen, was sogleich zu einem Druckanstieg
und zu einem Ansprechen des Sicherheits-Druckschalters 12 führen wiirde mit den
oben geschilderten Folgen mit Bezug auf die Ventile 5 und 16. Wenn jedoch der Schalter
12 versagen sollte, kann der Druck im Speicher durch Öffnen des Sicherheitsventils
17 beherrscht werden, das zuerst etwas Wasser aber danach die gesammte in den Vorratsbehälter
durch das Leck im Vorratsbehälter einströmende Druckluft ins Freie entweichen läßt.
Auch das Sicherheitsventil 18, das zur Sicherheitsgruppe 19 gehört, öffnet sich
und läßt Wasser entweichen. Um bei einem Leck des Wärmetauschers 6 einen zu höhen
Druck in der Warmwasser-Verbrauchsleitung zu vermeiden, schließt das Druck-Reduzierventil
9 den Warmwasserdurchfluß ab, noch bevor das Sicherheitsventil 17 öffnet. Auf diese
Weise sir alle nur denkbaren Schadens- oder Störungsfälle abgesichert.