DE3304722A1

DE3304722A1 - Anlage zum trocknen von komprimierter luft

Info

Publication number: DE3304722A1
Application number: DE19833304722
Authority: DE
Inventors: Herbert Dr.-Ing. 3501 Niestetal Karrenbauer; Karl Dr.-Ing. 3500 Kassel Kriechbaum
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Areva Energietechnik GmbH
Priority date: 1983-01-12
Filing date: 1983-02-11
Publication date: 1984-07-12
Also published as: DE3304722C2; FR2539052A1; CH666195A5; FR2539052B1

Description

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-HH/Sl/ge

Theodor-Stern-Kai 1 KS 83/03

D-6000 Frankfurt 70

"Anlage zum Trocknen von komprimierter Luft"

Die Erfindung betrifft eine Anlage gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Diese Anlage zum Trocknen von komprimierter Luft kann zusätzlich einen Kompressor aufweisen, dem ein Wasserabscheider mit zugehb'rendem Entwässerungsventil nachgeordnet ist. Der Wasserabscheider, der vorzugsweise mit dem Kompressor kombiniert ist, scheidet das bei der Kompression der Luft entstehende, fein verteilte freie Wasser ab. Üblicherweise wird das Kondensat in einem Behälter gesammelt, der in größeren Zeitabständen entwässert wird. Der Wasserabscheider ist über zwei steuerbare Ventile an zwei Trocknerbehälter angeschlossen, denen Rückschlagventile, Drosseln, Druckhalteventile und gegebenenfalls ein Speicherkessel nachgeordnet sind.

Die bekannte Anlage arbeitet nach dem Prinzip, daß wechselweise die beiden mit Trocknermitteln (z.B. Molekularsieben) gefüllten Behälter von der zu trocknenden Luft durchströmt werden. Ein bestimmter Teil der getrockneten Luft wird nach dem Durchströmen des gerade in den Luftweg eingeschalteten Behälters über die Drossel entspannt und durch den zweiten Behälter zuruckgeleitet. Das in diesem Behälter enthaltene Trockenmittel wird hierbei regeneriert.

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Das Entwässerungsventil des Wasserabscheiders wird im allgemeinen zusammen mit dem Kompressor in der Weise gesteuert, daß das Entwässerungsventil im Ruhezustand offen ist und zusammen mit der Einschaltung des Kompressors geschlossen wird. Damit wird das im Wasserabscheider anfallende Kondensat während der gesamten Laufzeit des Kompressors gesammelt. Die Entwässerung erfolgt dann beim Abschalten des Kompressors. Zur Begrenzung der Kondensatmengen bei sehr langen Kompressorlaufzeiten wird eine zusätzliche Steuerung vorgesehen, die den Kompressor in längeren Zeitintervallen (z.B. 1 Stunde) für kurze Zeit stillsetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anlage der eingangs genannten Art zu schaffen, mit der eine Erhöhung des Wirkungsgrades und damit verhältnismäßig kleine Trocknervolumina, ein möglichst geringer Anteil an Regenerierluft sowie die Erweiterung des Einsatzbereiches auf niedrige Luftdrücke und damit entsprechend geringe Entspannungsverhältnisse erzielt werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 und Anspruch 14 gelöst.
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Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 bis 13beschrieben

Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß die Entwässerung unabhängig vom Kompressorlauf erfolgt, so daß der Kompressor durchlaufen kann. Vorteilhafterweise sind Steuerglieder Tür das Stillsetzen des Kompressors in bestimmten Zeitintervallen im Gegensatz zu der bisher üblichen Praxis nicht mehr erforderlich.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel nach der Erfindung dargestellt, und zwar zeigen:

Figur 1 eine Anlage zum Trocknen von komprimierter Luft mit allen wesentlichen Bauelementen und
die Figuren 2 bis 4 graphische Darstellungen über die Trocknungsvorgänge.

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Ein Kompressor 1 ist über eine Rohrleitung 12 an den Eingang eines Wasserabscheiders 2 angeschlossen, der ein mit 11 bezeichnetes Entwässerungsventil aufweist. Der Ausgang des Wasserabscheider 2 steht über eine Rohrleitung 14, die sich in zwei Teilrohrleitungen 14 a und 14 b aufteilt, und zwei steuerbare Ventile 9 und 10 mit zwei Trocknerbehälter 3 und 4-in Verbindung, die mit Trockenmitteln gefüllt sind. Die Ausgänge der Trocknerbehälter 3 und 4 sind jeweils mit einem Anschluß einer Drossel 13 zur Entspannung eines Teiles der getrockneten Luft sowie an den Eingang jeweils eines Rückschlagventiles 5 bzw. 6 angeschlossen. Die Ausgänge der Rückschlagventile 5 und 6 sind mittels Rohrleitungen 15 a, 15 b und 13 miteinander und mit dem Eingang eines Druckhalteventils 7 verbunden, dem ein Speicherkessel 8 für die getrocknete Druckluft nachgeordnet ist. Zwischen dem Druckhalteventil 7 und dem Speicherkessel 8 angeordnete Überdruck- bzw. Auslaßventile sind nicht näher bezeichnet.

Der Wasserabscheider 2 und die Trocknerbehälter 3 und 4 sind zu einer räumlichen Einheit 16 zusammengefaßt, in die neben den Ventilen 9 und 10 sowie dem Entwässerungsventil 11 auch andere Bauelemente integriert sein können. Auch können der Wasserabscheider 2 und die Trocknerbehälter 3 und 4 sowie gegebenenfalls weitere Bauelemente in einem Metallblock angeordnet sein. Ein derartiger Metallblock ist leicht heizbar, so daß die Anlage ohne weiteres auch bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes eingesetzt werden kann.

Die Trocknerbehälter der dargestellten Anlage, bei der die Entwässerung des Wasserabscheiders 2 über sein Entwässerungsventil 11 im Zeittakt der Umschaltung der beiden Trocknerbehälter 3 und 4 erfolgt, werden wechselweise von der zu trocknenden Luft bzw. von einem Teil der getrockneten Luft durchströmt. Um den zu~letzt genannten Strömungsverlauf zu verdeutliehen sind die Rohrleitungen von der Drossel 13 zum Trocknerbehälter 4 sowie von dem Trocknerbehälter 4 zum steuerbaren Ventil 10 gestrichelt dargestellt.

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Die Funktion der Anlage ist folgende:

Die im Kompressor 1 komprimierte Luft durchströmt den Wasserabscheider 2, gelangt über das Ventil 9 in den Trocknerbehälter 3 und strömt von dort über das Rückschlagventil 5 und das Druckhalteventil 7 in den Speicherkessel 8. Ein Teil der aus dem Trocknerbehälter 3 strömenden trockenen Luft wird durch die Drossel 13 entspannt und durch den Trocknerbehälter 4 über das Ventil 10 ins Freie geleitet. Auf diese Weise wird in der dargestellten Stellung der Ventile 9 und 10 die vom Kompressor kommende feuchte Luft im Trocknerbehälter 3 getrocknet, während der Trocknerbehälter 4 gleichzeitig regeneriert wird. Durch Umschalten der Ventile 9 und 10 wird nach einer bestimmten Zeit die Funktion der Trocknerbehälter 3 und 4 umgekehrt. Trocknerbehälter 4 übernimmt jetzt die Trocknung der Luft, während Trocknerbehälter 3 regeneriert wird. Durch Umschalten der Ventile 9 und

Ί5 in einem bestimmten Zeittakt wird ein kontinuierlicher Trocknerbetrieb erreicht.

Durch die räumliche Zusammenfassung des Wasserabscheiders 2 mit den Trocknerbehältern 3 und 4 ergibt sich der folgende günstige·Effekt: Bei dem Öffnen des Ventils 11 erfolgt mit dem'Entwässern ein Druckeinbruch in dem Volumen des Wasserabscheiders 2. Dieser Druckeinbruch führt zu einer Umkehr der Strömungsrichtung in der Verbindungsleitung 14 und dem gerade eingeschaltete* Trocknerbehälter 3 oder 4. Dadurch"wird freies Wasser, das sich, da der Wirkungsgrad eines Wasserabscheiders begrenzt ist, in der Verbindungsleitung 14 und im eingeschalteten Trocknerbehälter 3 oder 4 befindet, in den Wasserabscheider 2 zurückbefördert. Auf diese Weise wird der Trocknungswirkungsgrad wesentlich verbessert. Dieser Effekt ist umso wirksamer, je kürzer der Zeittakt ist, mit dem die Entwässerung des Wasserabscheiders 2 erfolgt. Als weiterer Vorteil ergibt sich dann, daß das Volumen des Wasserabscheider 2 entsprechend verringert werden kann, da nur noch geringe Kondensatmengen anfallen. Andererseits kann trotz der häufigen Entwässerung der Luftverlust niedrig gehalten werden, indem die Entwässerungsdauer entsprechend kurz gewählt wird.

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Eine weitere Steigerung des Wirkungsgrades wird dadurch erreicht, daß das jeweils geöffnete Ventil 9 bzw. 10 geschlossen wird, bevor das jeweils geschlossene Ventil geöffnet wird. Dadurch wird vermieden, daß Feuchtigkeit aus dem beladenen Trockner direkt in den regenerierten Trockner gelangt.

Das für die Trocknerbehälter 3 und 4 erforderliche Volumen ist außer von der Luftmenge vom Zeittakt abhängig, mit dem die Trocknerbehälter 3 und umgesteuert werden. Im Interesse kleiner Volumina der Trocknerbehälter 3 und 4 kann ein relativ kurzer Zeittakt von etwa einer Minute vorgesehen sein.

Um die angestrebte häufige Entwässerung zu erreichen, wird das Entwässerungsventil 11 nicht mehr abhängig vom Kompressor 1 auf-gesteuert. Für die Ansteuerung des Entwässerungsventils 11 wird vielmehr der relativ kurze Zeittakt der Trocknerumschaltung benutzt mit dem Vorteil, daß damit keine besonderen Steuerglieder für die Steuerung des Entwässerungsventils notwendig werden. Hierbei kann die Öffnungszeit des Entwässerungsventils 11 beispielsweise bei elektrischer Betätigung durch einen zwischengeschalteten Kondensator geeigneter Größe auf den gewünschten Wert gebracht werden.

Bei manchen Anwendungen sind die durch Druckschalter gesteuerten Detriehsintervalle des Kompressors 1 so kurz, daß sie in der Größenordnung des Trockner-Zeittaktes liegen. Auch in diesen Fällen müssen definierte Verhältnisse in der Belastung der Trockner hergestellt werden. Dies gelingt durch eine besondere Steuerung, die unabhängig vom Abschaltzeitpunkt des Druckschalters bewirkt, daß der Trocknerzyklus jeweils noch vollständig abläuft.

Der Trocknungsvorgang in den Trocknerbehältern 3 bzw. 4 läuft bei dem in Figur 1 dargestellten Ausführungsbeispiel folgendermaßen ab:

Trocknerbehälter 3 nimmt die Feuchtigkeit des Luftstromes L auf, während Trocknerbehälter 4 über den breiten Luftstrom L' getrocknet wird. Aus wirtschaftlichen Gründen muß L'<" 0,2 L. Bei einer bestimmten Trockner-

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menge, einer bestimmten Trocknerausführung und einem Luftstrom konstanter Größe mit 100 %iger Feuchtigkeit steigt die von dem Trocknerbehälter aufgenommene Wassermenge M mit der Zeit nach einer Sättigungskurve an, die in Figur 2 dargestellt und mit a bezeichnet ist. In Figur 2 gibt die Kurve b die "Entladungskurve" an, d.h. den Verlauf der Wassermenge über.der Zeit, wenn ein Trocknerbehälter 4 bzw. 3 anschließend an den Beladungsvorgang von dem Luftstrom L¹ getrocknet wird. Die Neigung dieser Kurve hängt vom Entspannungsverhältnis des erzeugten Druckes zum Atomsphärendruck ab. Die Abnahme der Neigung erfolgt jedoch nicht linear, beträgt aber bei 10 bar (Kurve b' in Figur 2) etwa nur noch ein Zehntel der Steigung bei 150 bar.

Wenn sich nun die Anfangsneigung der Entladungskurve vermindert, muß ein größerer Luftstrom L¹ abgezweigt werden, um während der Laufzeit t des Kompressors jeweils den Ausgangswert der im Trocknerbehälter 4 aufgenommenen Wassermenge wieder zu erzielen. Aber auch wegen der Sättigungscharakteristik der Beladungskurve wird in einer vorgegebenen Zeit nicht mehr die gesamte Wassermenge die im Luftstrom L enthalten ist, aufgenommen, es bleibt ein Rest £ , der durch den Trocknerbehälter 4 in den Druckbehälter 8 gelangt. Dieser Sachverhalt ist aus Figur 3 ersichtlich, in der t die Laufzeit des Kompressors 1 und t die Regenerierungszeit bedeuten.

Um diesen unerwünschten Effekt zu vermeiden, müßte die Trocknermenge vergrößert werden. Mit der Vergrößerung des Trocknervolumens wird aber auch die Entladungskurve noch flacher, als sie ohnehin schon ist (vgl.

Figur 4). Damit verschiebt sich der mögliche stationäre Arbeitspunkt noch weiter zur Sättigung. Dieses bedeutet, daß ein solcher Trocknerbehälter nicht mehr arbeiten kann, denn der Wirkungsgrad ist zu gering und kann auch durch eine Vergrößerung des Behältervolumens nicht ausgeglichen wenden. Die bekannt gewordenen Trocknerbehälter mit Gegenstromstrocknung arbeiten daher nur bei einem vergleichsweise großen Erzeugerdruck von > 100 bar.

Die Erfindung geht auf eine Analyse der Entladungs- bzw. Beladungskurve zurück. Bei einer Entladung tritt zunächst im Bereich von Zeiten im

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Minutenbereich eine wesentlich größere Steilheit auf, als sie der "statischen" bei größeren Zeitintervallen gemessenen entspricht. Im gleichen Zeitbereich ist auch die Aufnahmefähigkeit von Wasser aus dem Luftstrom L gegenüber der sich auf der Kurve im Sättigungsbereich ergebenden größer. Eternit wird es möglich, daß der Trocknerbehälter 4.bzw. 3 bei kleinem Behältervolumen die in dem Luftstrom L enthaltene Luft aufnimmt und in der gleichen Zeit bei dem anschließenden Entladungsvorgang durch den Luftstrom L¹ wieder abgibt.

Erfindungsgemäß wird eine fast vollständige Trocknung der Luft mit Taupunkten <Z 20 C bei kleinen Behältervolumina erreicht. Die Umschaltung im Takt einiger Minuten läßt überraschender Weise so auch noch die Trocknung von mit 10 bar erzeugter Druckluft zu. Da auch die Menge der bei der Kompression entstandenen Wassermenge in der Taktzeit klein ist, z.B. enthält ein Kubikmeter Luft bei + 40 C nur 52 g Wasser, kann man mit einem kleinen Volumen des Wasserabscheiders 2 auskommen, so daß sich auch konstruktiv eine kleine Einheit ergibt.

Die Erfindung ist an die Verwendung eines Kompressors I₁ eines räumlich abgeschlossenen Waaserabecheidere 2, eines Speicherkeseels 8 oder einer aus de* Wasserabscheider 2 und den Trocknerbehältern 3 bzw. 4 gebildete· räumlichen Einheit 16 nicht gebunden. Es handelt sich hierbei um Bauelemente, die entweder als zweckmäßige Weiterbildungen der im Anspruch 1 beschriebenen Anlage zum Trocknen von komprimierter Luft anzusehen sind, oder die zusammen mit den übrigen Bauelementen eine kombinierte Anlag« gemäß dem Anspruch 14 bilden können.

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Claims

Licentia Patent-Verwaltungs-GmbH PTL-HH/Sl/ge Theodor-Stern-Kai 1 KS 83/03 D-6000 Frankfurt 70 PATENTANSPRÜCHE

1. Anlage zua Trocknen von komprimierter Luft unter Verwendung von einem Wasserabscheider mit zugehörendem Entwässerungsventil, der über zwei steuerbare Ventile an zwei Trocknerbehälter angeschlossen ist, und von den Trocknerbehältern nachgeordneten Rückschlagventilen und mindestens einem Druckhalteventil, wobei die Trocknerbehälter wechselweise derart betrieben werden, daß ein Trocknerbehälter die komprimierte Luft trocknet und der andere Trocknerbehälter mit einem Teil der vom ersten Trocknerbehälter getrockneten, über einer den Trocknerbehältern nachgeordneten Drossel entspannten Luft sein Trockenmittel regeneriert, dadurch gekennzeichnet, daß die Entwässerung des Wasserabscheiders (2) über sein Entwässerungsventil (11) im Zeittakt der Umschaltung der beiden Trocknerbehälter (3, 4) erfolgt.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserabscheider (2) einem Kompressor (1) nachgeordnet ist.

3. Anlage nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen räumlich abgeschlossenen Wasserabscheider (2). COPY X

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4. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den beiden Trocknerbehältern (3, 4) mit «!geordneten Rückschlag- und Druckhalteventilen (5 und 6 bzw. 7) ein Speicherkessel (8) nachgeordnet ist.

5. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserabscheider (2) mit den Trocknerbehältern (3, 4) in einer räumlichen Einheit (16) zusammengefaßt ist.

6. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen relativ kurzen Zeittakt von etwa einer Minute.

7. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeittakt der Umschaltung der Trocknerbehälter (3, 4) zur Steuerung dee Entwäseerungsventils (11) des Wasserabscheiders (2) herange- zogen wird.

8. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Entwässerungsventil (11) zur Erzielung einer gewünschten Öffnungezeit über einen Kondensator geeigneter Größe angesteuert wird.

9. Anlage nach Anspruch 1, 2, 3, 4, 5, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserabscheider (2) und die Trocknerbehälter (3, 4) in einem gemeinsamen Metallblock angeordnet sind.

10. Anlage nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Metallblock weitere Bauelemente sind wie Rückschlagventile (5, 6), Drossel (13) und Entwässerungsventil (11).

11. Anlage nach Anspruch 1, 3, 4, 5, 7, 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Trocknerbehälter (3, 4) jeweils an einen Anschluß der Drossel (13) und an den Eingang jeweils eines Rückschlagventile (5 bzw. 6) angeschlossen sind, deren Ausgänge miteinander und gemeinsam mit atm Eingang des Druckhalteventile (7) verbunden sind.

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12. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die durch einen Druckschalter gesteuerten Betriebsintervalle des Kompressors in der Größenordnung des Trockner-Zeittaktes liegen, gekennzeichnet durch eine Schaltungsanordnung, die unabhängig vom Abschaltzeitpunkt des Druck-

05schalters einen vollständigen Ablauf des Trocknerzyklus sicherstellt.

13. Anlage nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß von den beiden, den Trocknerbehältern (3, 4) vorgeschalteten Ventilen (9, 10) das jeweils geöffnete Ventil (9 bzw. lo) geschlossen wird, bevor das jeweils geschlossene Ventil (10 bzw. 9) geöffnet wird.

14. Anlage zum Trocknen von komprimierter Luft unter Verwendung von einem Kompressor, einem dem Kompressor nachgeordneten, räumlich abgeschlossenen Wasserabscheider mit zugehörendem Entwässerungeventil, der über zwei steuerbare Ventile an zwei Trocknerbehälter angeschlossen ist, und von den Trocknerbehältern nachgeordneten Rückschlagventilen, mindestens einem Druckhalteventil und einem Speicherkessel, wobei die Trocknerbehälter wechselweise derart betrieben werden, daß ein Trocknerbehälter die komprimierte Luft trocknet und der andere Trocknerbe- hälter mit einem Teil der vom ersten Trocknerbehälter getrockneten, über einer den Trocknerbehältern nachgeordneten Drossel entspannten Luft sein Trockenmittel regeneriert, dadurch gekennzeichnet, daß der Wasserabscheider (2) mit den Trocknerbehältern (3, 4) in einer räumlichen Einheit (16) zusammengefaßt ist, und daß die Entwässerung des Wasserabscheiders (2) über sein Entwässerungsventil (11) im Zeittakt der Umschaltung der beiden Trocknerbehälter (3, 4) erfolgt.