DE3304722C2

DE3304722C2 -

Info

Publication number: DE3304722C2
Application number: DE19833304722
Authority: DE
Inventors: Karl Dr.-Ing. 3500 Kassel De Kriechbaum; Herbert Dr.-Ing. 3501 Niestetal De Karrenbauer
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Areva Energietechnik GmbH
Priority date: 1983-01-12
Filing date: 1983-02-11
Publication date: 1991-02-28
Also published as: DE3304722A1; CH666195A5; FR2539052B1; FR2539052A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Bei der Vorrichtung, die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben wird, handelt es sich um eine Anlage zum Trocknen von komprimierter Luft, die zusätzlich einen Kompressor aufweisen kann, dem ein Wasserabscheider mit zugehörendem Entwässerungsventil nachgeordnet ist. Der Wasserab scheider, 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 Rück schlagventile, Drosseln, Druckhalteventile und gegebenenfalls ein Speicher kessel 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 zurück geleitet. Das in diesem Behälter enthaltene Trockenmittel wird hierbei regeneriert.

Das Entwässerungsventil des Wasserabscheiders wird im allgemeinen zusammen mit dem Kompressor in der Weise gesteuert, daß das Entwässerungsventil im Ruhestand 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 Kondensat mengen bei sehr langen Kompressorlaufzeiten wird eine zusätzliche Steue rung vorgesehen, die den Kompressor in längeren Zeitintervallen (z. B. eine Stunde) für kurze Zeit stillsetzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Anlage der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit der eine Erhöhung des Wirkungsgrades und damit verhältnismäßig kleiner Trockner volumina, ein möglichst geringer Anteil an Regenerierluft sowie die Erwei terung des Einsatzbereiches auf niedrige Luftdrücke und damit entsprechend geringe Entspannungsverhältnisse erzielt werden.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst.

Ausgestaltungen des Verfahrens sind in den Ansprüchen 2 bis 6 beschrie ben.

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

Die Erfindung wird im folgenden an Hand eines in einer Zeichnung dar gestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Anlage zum Trocken von komprimierter Luft mit allen wesent lichen Bauelementen und die

Fig. 2 und 4 graphische Darstellungen über die Trocknungsvorgänge.

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

Der Wasserabscheider 2 und die Trocknerbehälter 3 und 4 sind zu einer räum lichen 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 wechsel weise von der zu trocknenden Luft bzw. von einem Teil der getrockneten Luft durchströmt. Um den zuletzt genannten Strömungsverlauf zu verdeut lichen sind die Rohrleitungen von der Drossel 13 zum Trocknerbehälter 4 sowie von dem Trocknerbehälter 4 zum steuerbaren Ventil 10 gestrichelt dargestellt.

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 Speicher kessel 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 darge stellten 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 des Trocknerbehälter 3 und 4 umge kehrt. Trocknerbehälter 4 übernimmt jetzt die Trocknung der Luft, während Trocknerbehälter 3 regeneriert wird. Durch Umschalten der Ventile 9 und 10 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 eingeschalteten Trocknerbehälter 3 und 4. Dadurch wird freies Wasser, das sich, da der Wirkungsgrad eines Wasserabscheiders begrenzt ist, in der Ver bindungsleitung 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 um so wirksamer, je kürzer der Zeittakt ist, mit dem die Entwässerung des Wasser abscheiders 2 erfolgt. Als weiterer Vorteil ergibt sich dann, daß das Volumen des Wasserabscheiders 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.

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 Feuchtig keit 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 4 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 nach dem erfin dungsgemäßen Verfahren das Entwässerungsventil 11 nicht mehr abhängig vom Kompressor 1 aufgesteuert. 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 Steue rung des Entwässerungsventils notwendig werden. Hierbei kann die Öffnungs zeit des Entwässerungsventils 11 beispielsweise bei elektrischer Betäti gung durch einen zwischengeschalteten Kondensator geeigneter Größe auf den gewünschten Wert gebracht werden.

Bei manchen Anwendungen sind die durch Druckschalter gesteuerten Betriebs intervalle des Kompressors 1 so kurz, daß sie in der Größenordnung des Trockner-Zeittaktes liegen. Auch in diesen Fällen müssen definierte Ver hältnisse 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 Trocknervorgang in den Trocknerbehältern 3 bzw. 4 läuft bei dem in Fig. 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 menge, einer bestimmten Trocknerausführung und einem Luftstrom konstanter Größe mit 100%iger Feuchtigkeit steigt die von dem Trocknerbehälter 4 aufgenommene Wassermenge M mit der Zeit nach einer Sättigungskurve an, die in Fig. 2 dargestellt und mit a bezeichnet ist. In Fig. 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 Beladungs vorgang von dem Luftstrom L′ getrocknet wird. Die Neigung dieser Kurve hängt vom Entspannungsverhältnis des erzeugten Druckes zum Atmosphären druck ab. Die Abnahme der Neigung erfolgt jedoch nicht linear, beträgt aber bei 10 bar (Kurve b′ in Fig. 2) etwa nur noch ein Zehntel der Stei gung bei 150 bar.

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

Um diesen unerwünschten Effekt zu vermeiden, müßte die Trocknermenge ver größert werden. Mit der Vergrößerung des Trocknervolumens wird aber auch die Entladungskurve noch flacher, als sie ohnehin schon ist (vgl. Fig. 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 werden. Die bekannt gewordenen Trocknerbehälter mit Gegenstromtrocknung 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 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 er gebenden größer. Damit wird es möglich, daß der Trocknerbehälter 4 bzw. 3 bei kleinem Behältervolumen die in dem Luftstrom L enthaltene Luft auf nimmt und in der gleichen Zeit bei dem anschließenden Entladungsvorgang durch den Luftstrom L′ wieder abgibt.

Erfindungsgemäß wird eine fast vollständige Trocknung der Luft mit Tau punkten < 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 Kom pression 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.

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Trocknen von kompri mierter Luft mit einem Wasserabscheider mit zugehörendem Entwässerungs ventil, der über zwei steuerbare Ventile an zwei Trocknerbehälter ange schlossen ist, und mit den Trocknerbehältern nachgeordneten Rückschlag ventilen und mindestens einem Druckhalteventil, wobei die Trocknerbe hälter 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 Entwässerungs ventil (11) im Zeittakt der Umschaltung der beiden Trocknerbehäl ter (3, 4) erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen relativ kurzen Zeittakt von etwa einer Minute.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Zeittakt der Umschaltung der Trocknerbehälter (3, 4) zur Steuerung des Entwässerungsventils (11) des Wasserabscheiders (2) herangezogen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Entwässerungsventil (11) zur Erzielung einer gewünschten Öff nungszeit über einen Kondensator geeigneter Größe angesteuert wird.

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

6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, 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 schalters einen vollständigen Ablauf des Trocknerzyklus sicherstellt.