DE3637071C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten von Gasen - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten von GasenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Verdichten von Gasen,
insbesondere von Luft in einem Druckluftleitungssystem, bei welchem das ange
saugte Gas über zumindest zwei unterschiedliche Kühlstrecken einer Kältetrock
nungsanlage dem Verdichter zugeführt wird und in diesen Kühlstrecken unter 0°
Celsius abgekühlt und das in Form von Eis anfallende Kondensat während des
Ansaugens über eine Kühlstrecke in der jeweils anderen Kühlstrecke abgetaut und
ausgeschieden wird.
Aus der DE 29 50 131 A1 ist ein Verfahren zur Aufladung eines Verdrängever
dichters bekannt, bei dem die Aufladung durch Abkühlung des angesaugten Gases
vor dem Verdichten erfolgt. Die Abkühlung des Gases erfolgt dabei durch Vor
schalten einer bzw. zweier entsprechender Kälteanlagen, wodurch das Gas unter
0°C abgekühlt wird. Durch dieses Abkühlen wird das in dem Gas enthaltene
Wasser durch Gefrieren ausgeschieden und legt sich in Form von Eis in der Kälte
anlage ab. Demzufolge müssen die einzelnen Kälteanlagen hintereinander abgetaut
werden.
Weiterhin ist aus dem "Lehrbuch der Kältetechnik", Band 2, H.L. von Cube, Seite
785, zwar ein Abtauen einer Klimaanlage mit Heißgas bekannt, bei der ein Teil der
Luftkühler als Verdampfer und der Rest als Verflüssiger geschaltet sind. Weiterhin
ist auf Seite 784 des obgenannten Lehrbuches eine Regelung beim Kühlen von
Räumen bekannt, bei der die Raumtemperatur und die Kühltemperatur erfaßt und
damit das Ein- und Ausschalten der Kälteanlagen gesteuert werden.
Aus der Zeitschrift "Heizung- und Klimatechnik", 9. Auflage 1977, Reck
nagel/Springer, sind zwar relativ luftdicht abschließende Absperrklappen bei der Lüf
tungs- und Klimatechnik gezeigt, wobei jedoch keinerlei Hinweise gegeben sind,
daß solche Verschlußklappen bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum
Verdichten von Gasen absolut luftdicht auszubilden sind.
Ein bekanntes Verfahren zum Betrieb eines Verdrängerverdichters des gleichen
Anmelders - gemäß DE 29 50 131 A1 - schreibt zur Erzeugung von Druckluft in
einem Druckluftleitungssystem vor, die Ansaugluft des Verdichters in einer Kälte
trocknungsanlage unter 0°C zu kühlen. Das in Form von Eis anfallende Kondensat
wird ausgeschieden. Die Temperaturdifferenz zwischen der Temperatur der An
saugluft am Eingang der Kältetrocknungsanlage und der Temperatur der Ansaug
luft am Eingang des Verdichters soll zwischen 35°C und 45°C betragen. Der
Drucktaupunkt in der an den Ausgang der der Verdichtung unmittelbar anschlie
ßenden Druckluftleitung soll unterhalb der Ansaugtemperatur der Ansaugluft der
Kältetrocknungsanlage liegen. Der Ausgang des Verdichters ist direkt mit der
Druckluftleitung verbunden. Dadurch ist es möglich, unter Einsparung der Nach
kühler, bedingt durch die höhere Drucklufttemperatur beim Verbraucher, ein höhe
res Volumen an trockener Druckluft zur Verfügung zu stellen. Darüber hinaus
werden Kondensatausscheidungen auch in längeren Druckluftleitungen bzw. um
fassenden Druckluftsystemen vermieden. Das Verfahren hat sich in der Praxis sehr
gut bewährt. Das Abtauen der Kältetrockner konnte jedoch nicht in allen Fällen
befriedigend gelöst werden.
Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, bei einem Ver
fahren zum Verdichten von Gasen den Ablauf des Abtauvorganges der Wärme
tauscher zu vereinfachen bzw. ein Verfahren zur Erzeugung von Druckluft zu
schaffen, mit dem die durch die Unterkühlung der Ansaugluft erzielten Betriebs
vorteile noch zusätzlich verbessert und eine höhere Energieeinsparung erzielt
werden kann.
Diese Aufgabe der Erfindung wird laut Kennzeichnungsteil des Anspruches 1 da
durch gelöst, daß ein Bereich zwischen der jeweils abzutauenden Kühlstrecke der
Kältetrocknungsanlage und der anderen Kühlstrecke oder dem Verdichter luftdicht
verschlossen ist. Durch diese überraschend einfache Lösung wird erreicht, daß die
Leistung der Kältetrockner optimal zur Kühlung des angesaugten Gases verwendet
werden kann. Es wird sichergestellt, daß nur trockenes den Kältetrockner durch
laufendes Gas der Saugseite des Verdichters zugeführt wird, da durch das gas
dichte Verschließen weiterer Ansaugwege im Zuge des Abtauvorganges das Ein
treten von mit Wasser gesättigter Luft bzw. Dampf oder Gas nach dem das Gas
unterkühlenden Kältetrockner zuverlässig vermieden wird.
Weiterhin wird die Aufgabe der Erfindung laut Kennzeichnung steil des neben
geordneten Anspruches 2 dadurch gelöst, daß das zu verdichtende Gas zwischen
dem luftdicht verschlossenen Bereich der Kühlstrecke zum Verdichter und einem
diesem vorgeordneten Kältetrockner angesaugt wird, und durch den Kältetrockner
hindurch über eine Verbindungsleitung zum Einlaß des Kältetrockners der weiteren
Kühlstrecke und überdies dem Verdichter zugeführt wird. Darauf wird insbesondere
nach Ablauf einer voreinstellbaren Zeitspanne die weitere Kühlstrecke zwischen
Kältetrockner und Verdichter luftdicht verschlossen und das angesaugte Gas über
den in dieser Kühlstrecke angeordneten Kältetrockner und dem in der anderen
Kühlstrecke angeordneten Kältetrockner dem Verdichter zugeführt. Vorteilhaft ist
hierbei, daß die zum Festfrieren des ausgeschiedenen Kondensates aufgebrachte
Energie im Zuge des Abtauvorganges zur Vorkühlung des angesaugten Gases ver
wendet werden kann, was zu einer geringeren Energieaufnahme der Gesamtanlage
führt, wenn die Temperatur des angesaugten Gases üblicherweise oberhalb von
0°C liegt.
Durch den im Anspruch 3 angegebenen Verfahrensablauf mit der dem Umschalt
vorgang vorausgehenden Vorkühlung des abgetauten Kältetrockners kann das Ein
dringen von mit Dampf bzw. Feuchtigkeit gesättigter Luft bzw. Gas in den Ansaug
bereich des Verdichters ausgeschaltet werden.
Von Vorteil ist auch die in Anspruch 4 angegebene Weiterentwicklung des Ver
fahrens. Dadurch daß die Unterkühlung des Kältetrockners durch das Kältemittel
unterbrochen wird, kann der Kältetrockner durch die vorbeiströmende, vom Ver
dichter angesaugte Luft sowie gegebenenfalls durch ein Durchströmen des Kälte
trockners mit heißem Kältemittel innerhalb kurzer Zeit abgetaut werden. Darüber
hinaus kann durch die Ermittlung der Druckverhältnisse in der Ansaug- und ge
gebenenfalls Druckleitung des während des Abtauvorganges stillgelegten Kälte
mittel-Kreislaufes exakt jener Zeitpunkt bestimmt werden, in dem die Temperatur
im Bereich des Wärmetauschers über 0°C liegt und somit der Abtauvorgang be
endet wird. Diese Temperaturfeststellung ist unabhängig von im Kältetrockner
einer Kühlstrecke zu realisieren.
Anspruch 10 lehrt eine alternative Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrich
tung, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die beiden Kühlstrecken ansaugseitig über
eine gasdichte Verbindungsleitung verbunden sind und daß zwischen dem Innen
raum der Verbindungsleitung und der Umgebungsluft eine von der Umgebungsluft
in Richtung der Verbindungsleitung gasdichte Verschlußklappe angeordnet ist und
daß zwischen jedem der beiden Wärmetauscher und der zwischen diesen und dem
Ansaugstutzen des Verdichters angeordneten gasdichten Verschlußklappen eine ge
genüber der Umgebungsluft gasdichte Verschlußklappe angeordnet ist. Dadurch ist
es möglich, daß ein wechselweises Ansaugen des Gases zwischen den beiden Kühl
strecken und die gleichzeitige abwechselnde Verwendung der beiden Kältetrockner
als Vor- und Hauptkühler möglich ist.
Durch die kraftbeaufschlagte Verstellbarkeit der Verschlußplatte laut Anspruch 11
kann die Verschlußplatte auch bei Reifansatz oder beginnender Vereisung exakt
verstellt werden.
Von Vorteil ist ferner die Ausgestaltung nach Anspruch 12, da dadurch ein Zu
wachsen der Lamellen, d. h. eine Brückenbildung des Eises zwischen den Lamellen,
verhindert wird.
Es ist aber auch möglich, daß die Durchflußrichtung des Kältemittels in den Rohr
leitungen des Wärmetauschers der Strömungsrichtung des angesaugten Gases ent
gegengesetzt ist, wodurch das angesaugte Gas im Endbereich des Kältetrockners
mit dem am tiefsten abgekühlten Kältemittels und mit den kältesten Verdampfer
flächen in Berührung kommt, so daß eine exakte Unterkühlung des angesaugten
Gases erreichbar ist (Anspruch 13).
Nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung laut Anspruch 14 ist in einfacher
Weise eine Temperaturkontrolle anhand der unterschiedlichen Druckverhältnisse in
den verschiedenen Bereichen des Kältemittel-Kreislaufes möglich. Durch die Um
schaltung zweier Ventile ist ferner eine Umkehrung des Kältemittelflusses und so
mit eine rasche Umschaltung von Kühl- und Abtauvorgang möglich.
Vorteilhaft ist es laut Anspruch 15 aber auch, daß dem Wärmetauscher des Kälte
trockners ein insbesondere siebförmig ausgebildetes Luftleitblech nachgeordnet ist,
auftretenden Strömungen bzw. Gas- oder Luftbewegungen, so daß Fehlmessungen
ausreichend vermieden sind.
Nach einer weiteren Ausführungsvariante dieses erfindungsgemäßen Verfahrens
laut Anspruch 5 ist durch die gleichzeitige Ermittlung der Gas- bzw. Lufttempe
ratur im Ausgangsbereich des Kältetrockners eine Abstimmung der beiden Meß
werte und eine gegenseitige Überprüfung möglich, so daß der Abtauvorgang wirt
schaftlich und effizient vorgenommen werden kann.
Vorteilhaft ist es auch, daß während des Abtauvorganges des Kältetrockners heißer
Kältemitteldampf den Kältetrockner durch strömt und am Ende des Abtauvorganges
das Kältemittel über ein Expansionsventil dem Kältetrockner zugeführt wird (An
spruch 6), da dadurch jene Zeitspanne, in welcher der Verdichter bei einer Einzel
anordnung eines Kältetrockners feuchte und eventuell nicht gereinigte Luft ansaugt,
vermindert werden kann. Durch das Durchfließen von heißem Kältemitteldampf
durch den Kältetrockner wird nämlich der Abtauvorgang zusätzlich zu der Abtau
wirkung, die durch das angesaugte Gas bzw. die Luft verursacht wird, verstärkt.
Durch den weiteren bevorzugten Verfahrens schritt nach Anspruch 7 wird eine
günstige Energiebilanz erreicht, da keine zusätzliche Energie zum Abtauen des am
Kältetrockner festgefrorenen Kondensates benötigt wird.
Von Vorteil sind ferner die im Anspruch 8 enthaltenen Verfahrensmaßnahmen.
Durch die entgegengesetzte Flußrichtung des Kältemittels kann die beim Abtauen
entstehende Wärme beim Hochsteigen entlang des noch vereisten Verdampfers den
Abtauvorgang unterstützen. Darüberhinaus ist die Druckerfassung in dem im Kälte
mittelsystem strömenden Kältemittel exakter und einfacher durchzuführen, als die
entsprechende Temperaturüberwachung, so daß die Genauigkeit und die Effizienz
des Abkühlvorganges exakter gesteuert werden kann.
Die Erfindung umfaßt laut Anspruch 9 auch eine Vorrichtung zum Verdichten von
Gas, insbesondere von Luft in einem Druckluftleitungssystem.
Diese Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verschlußklappe in und
gegebenenfalls entgegen einer Strömungsrichtung sowie gegenüber der Umgebungs
luft gasdicht ausgebildet ist. Dadurch ist es in einfacher Weise möglich, das er
findungsgemäße Verfahren mit handelsüblichen Bauteilen eines Kältetrockners und
dessen Öffnungsquerschnitt in etwa 50% des gesamten Durchgangsquerschnittes
beträgt. Durch das Luftleitblech in Verbindung mit dessen Durchgangsquerschnitt
wird eine gleichmäßige Luftverteilung im Ausströmbereich des Wärmetauschers zur
Ansaugleitung erreicht, da der Ansaugkegel erweitert wird und somit eine gleich
mäßige Luftströmung in etwa über den gesamten Durchgangsquerschnitt des Kälte
trockners erreicht wird. Weiterhin ermöglicht die zusätzliche Umlenkung des Luft
stromes im Bereich des Luftleitbleches eine verbesserte Abscheidung von Schmutz
und Wassermolekülen.
Schließlich ist es gemäß Anspruch 16 auch möglich, daß die Geschwindigkeit der
zu unterkühlenden Ansaugluft vor dem Wärmetauscher zwischen 0,6 und 1,3 m/Sek.
beträgt. Durch diesen Geschwindigkeitswert wird die Geschwindigkeit im Bereich
des Kältetrockners noch zusätzlich verringert, so daß sich mehrere kleine Wasser- bzw.
Schmutzmoleküle zu einem größeren Molekül vereinigen und dadurch im Be
reich des Kältetrockners - bzw. falls diesem ein Luftleitblech nachgeordnet ist im
Bereich desselben - leichter abgeschieden werden können.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese im folgenden anhand der in den
Zeichnungen dargestellten Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verdichten
von Gasen mit zwei parallel zueinander angeordneten Kältetrocknern und
einer Heißgasabtauung;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen
Vorrichtung mit zwei parallel zueinander angeordneten Kältetrocknern, bei
der die Abtauung der Kältetrockner durch das angesaugte Gas erfolgt;
Fig. 3 ein Teil eines Kältetrockners, in vereinfachter schaubildlicher Darstellung,
teilweise geschnitten;
Fig. 4 eine luftdichte Verschlußklappe, in Seitenansicht, teilweise geschnitten, in
vereinfachter schematischer Darstellung;
Fig. 5 ein Blockschaltbild einer aus dem Stand der Technik bekannten Verdicht
ungsanlage;
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Verdichtungsanlage;
Fig. 7 ein Diagramm des Leistungsbedarfes der in Fig. 5 und 6 dargestellten Ver
dichtungsanlage;
Fig. 8 ein Diagramm des Gasvolumens während der Verdichtung mit den in
Fig. 5 und 6 dargestellten Verdichtungsanlagen;
Fig. 9 den Druckverlauf des Gases während der Verdichtung mit der in
Fig. 5 und 6 dargestellten Verdichtungsanlage;
Fig. 10 den Temperaturverlauf des Gases während der Verdichtung mit den in
Fig. 5 und 6 dargestellten Verdichtungsvorrichtungen;
Fig. 11 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zum erfindungsgemäßen Verdichten
von Gasen, in stark vereinfachter schematischer Darstellung;
Fig. 12 ein Diagramm, aus dem der Zusammenhang zwischen dem Kältemittel
druck und der Temperatur des Kältemittels und somit den Oberflächen des
Wärmetauschers dargestellt ist.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung 1 zum Verdichten von Gasen 2 - schematisch durch
Pfeile 3 angedeutet gezeigt. Diese umfaßt einen Verdichter 4, wobei hierfür sowohl
Schraubenverdichter als auch Kolbenverdichter oder Radialverdichter Verwendung
finden können und zwei diesen vorgeordnete Kältetrockner 5, 6. Die beiden Kälte
trockner 5, 6 sind über Ansaugleitungen 7, 8 an einem ansaugseitigen Eingang 9 des
Verdichters 4 angeschlossen. Zwischen einem Auslaß 10, 11 der Kältetrockner 5, 6
und den Ansaugleitungen 7, 8 sind luftdichte Verschlußklappen 12, 13 angeordnet,
die über Antriebe 14, wie z. B. Zylinderkolbenanordnungen oder Elektromagnetanord
nungen, aus der bei der Verschlußklappe 12 gezeigten geschlossenen Stellung in die
bei der Verschlußklappe 13 gezeigte geöffnete Stellung verstellbar sind. In jedem
Kältetrockner 5, 6 ist ein Wärmetauscher 15, 16 angeordnet. Jeder Wärme
tauscher 15, 16 ist mit einer Druckleitung 17, 18 bzw. einer Saugleitung
19, 20 eines Kältemittel-Kreislaufes verbunden. Das in den Saugleitun
gen 19, 20 aus dem Wärmetauscher 15, 16 kommende gasförmige Kältemittel
wird, insbesondere über einen Wärmetauscher 21 und gegebenenfalls über
einem Flüssigkeitsabscheider von einem Kältemittel-Verdichter 22 für
das Kältemittel angesaugt. Im Kältemittel-Verdichter 22 wird das gas
förmige Kältemittel verdichtet und das Kältemittelgas wird über eine
Leitung 23 einem Kondensator 24 zugeführt, in welchem dem Kältemittel
so viel Wärmeenergie entzogen wird, daß es vom gasförmigen in den
flüssigen Zustand übergeht. Die Abkühlung kann dabei durch Luft oder
Flüssigkeit erfolgen, wobei beim dargestellten Ausführungsbeispiel ein
Lüfter 25 gezeigt ist, mit dem zur Unterkühlung des Kältemittelgases
Luft durch den Kondensator 24 hindurchgeblasen wird. Das verflüssigte
Gas des Kältemittels wird dann einem Flüssiggastank 26 zugeführt und
von dort nach Bedarf über den Wärmetauscher 21, Steuerventile 27, 28
bzw. Expansionsventile 29, 30, in welchen das flüssige Kältemittel zer
stäubt und in gasförmigen Zustand gebracht wird, den Druckleitungen
17, 18 und somit den Eingängen der Wärmetauscher 15, 16 zugeführt. Zwi
schen der Druckleitung 17 bzw. 18 und der Leitung 23 ist eine Bypass
leitung 31 vorgesehen, die unter Zwischenschaltung von Ventilen 32, 33
mit den Druckleitungen 17, 18 gekuppelt ist.
Von den Saugleitungen 19, 20 zweigt vor dem Wärmetauscher 21 eine
Zweigleitung 34 bzw. 35 ab, die unter Zwischenschaltung von Sperrven
tilen 36, 37, wie z. B. von Rückschlagventilen, in die Leitung 23 zwi
schen dem Kondensator 24 und dem Flüssiggastank 26 mündet. Im Bereich
eines Auslasses 38 aus dem Wärmetauscher 15, 16 ist jeder Saugleitung
19, 20 eine Temperatur- und bzw. oder Druck-Meßvorrichtung 39, 40 zuge
ordnet. Diese Meßvorrichtungen 39, 40 sind über je eine Steuervorrich
tung 41 - von welchen nur die der Meßvorrichtung 39 zugeordnete ge
zeigt ist, wobei die der Meßvorrichtung 40 zugeordnete identisch aus
gebildet sein kann - mit den Antrieben 42, 43, wie z. B. Elektromagnete
der Sperrventile 36, 37 bzw. von in der Saugleitung 19 bzw. 20 zwischen
der Abzweigung der Zweigleitungen 34, 35 und dem Wärmetauscher 21 ange
ordneten Ventilen 44, 45 zusammengeschaltet. Eine weitere Steuervor
richtung 46 dient zur Steuerung eines Antriebsmotors 47 des Kälte
mittel-Verdichters 22, dessen Tätigkeit in Abhängigkeit von einer
einem Ansaugstutzen 48 vorgeordneten Temperatur und bzw. oder
Druck-Meßvorrichtung 49 gesteuert bzw. geregelt wird.
Die Förderleistung des Lüfters 25 für den Kondensator 24 wird in Ab
hängigkeit von einer Steuervorrichtung 50 geregelt, die eine Tempe
ratur- und bzw. oder Druck-Meßvorrichtung 51 aufweist, die mit der
Leitung 23 zwischen einem Druckausgang 52 des Kältemittel-Verdichters
und dem Kondensator 24 in der Leitung 23 angeordnet ist. Die Steuer
vorrichtungen 41, 46, 50 bilden gemeinsam eine Steuereinrichtung.
Zwischen einer Abzweigung der Bypassleitung 31 von der Druck-Leitung
23 und den Ventilen 32, 33 ist ein Druckregelventil 53 angeordnet. An
stelle der Anordnung eines Druckregelventiles 53 in der Bypassleitung
31 ist es auch möglich, die Bypassleitung 31 mit einem gegenüber der
Leitung 23 geringeren Querschnitt auszubilden, um dadurch eine Menge
des der Bypassleitung zuzuführenden heißen Kältemittelgases zu erzie
len.
Das Verfahren zum Verdichten von Gasen gemäß der Erfindung läuft nun
folgendermaßen ab:
Das zu verdichtende Gas 2 wird bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrich tung 1 über den Kältetrockner 6, die geöffnete Verschlußklappe 13, die Ansaugleitung 8 und dem Eingang 9 vom Verdichter 4 angesaugt und im Verdichter 4 um das gewünschte Ausmaß verdichtet. Das angesaugte Gas passiert dabei im Kältetrockner 6 den Wärmetauscher 16. Dieser Wärme tauscher 16 ist in einem Kältemittel-Kreislauf angeordnet, um die Ab kühlung des angesaugten Gases 2 zu ermöglichen. Beim Durchtritt des Kältemitteldampfes durch den Wärmetauscher 16 entzieht er dem Wärme tauscher Wärme, so daß er in gasförmigen Zustand verbleibt. Um sicher zustellen, daß dieser gasförmige Zustand bis zum Ansaugstutzen 48 des Kältemittel-Verdichters 22 beibehalten wird, kann dieser Kältemittel dampf über den zusätzlichen Wärmetauscher 21 geführt werden, in wel chem dem flüssigen Kältemittel, welches der Druckleitung 18 zugeführt wird, noch zusätzlich Wärme entzogen wird. Das durch den Kältemit tel-Verdichter 22 hoch verdichtete gasförmige Kältemittel wird über den Kondensator 24 in flüssigen Zustand verbracht und im Flüssiggas tank 26 zwischengelagert. Von dort gelangt es über den Wärmetauscher 21, das Steuerventil 28 und das Expansionsventil 30 zur Druckleitung 18 des Wärmetauschers 16. Während nun das angesaugte Gas 2 im Kälte trockner 6 abgekühlt und in gekühlter Form dem Verdichter 4 zugeführt wird, wird der Druckleitung 17 des Wärmetauschers 15 heißes gasförmi ges Kältemittel über die Bypassleitung 31 und das Ventil 32 zugeführt. Während dieser Zufuhr von heißem Kältemitteldampf in den Wärmetauscher 15 ist die gasdichte Verschlußklappe 12 geschlossen. Dies deshalb, da durch das Abtauen des am Wärmetauscher 15 festgesetzten Eisbelages ein Dunst entsteht, der wassergesättigt ist und bei nicht gasdichter Aus führung der Verschlußklappe 12 könnte daher dieser Dunst in die An saugleitung 7 und somit zum Verdichter 4 gelangen, wodurch der er wünschte Trocknungseffekt des angesaugten Gases 2 nicht zustande kom men würde. Der Eismantel am Wärmetauscher 15 bzw. 16 entsteht dadurch, daß durch die Unterkühlung des angesaugten Gases die im Gas enthaltene Feuchtigkeit ausgeschieden wird und durch die Minustemperaturen im Be reich der Wärmetauscher 15 und 16 an diesem festfriert. Da ein der artiger Eismantel eine hohe Isolierwirkung ausübt, kommt es nach einer gewissen Betriebsdauer dazu, daß die Wärmeaufnahme des Kältemittels im Wärmetauscher 15 bzw. 16 nicht mehr ausreicht, um die gewünschte Unterkühlung des angesaugten Gases sicherzustellen. Dies wird bei spielsweise bei dem im Betrieb befindlichen Wärmetauscher 16 derart überwacht, daß mittels der Druck- bzw. Temperaturmeßvorrichtung 39 bzw. 40 im Bereich der Saugleitung 19 bzw. 20 der Druck des Kälte mittels nach dem Verlassen der Wärmetauscher 15 bzw. 16 überwacht wird. Ist der Druck des aus dem Wärmetauscher 15 bzw. 16 kommenden gasförmigen Kältemittels zu nieder, d. h. wurde dem Kältemittel im Wärmetauscher 15 bzw. 16 aufgrund der Isolierwirkung des Eismantels zu wenig Wärme entzogen, so wird, wie anhand des Kältetrockners 5 sche matisch gezeigt, über die Steuervorrichtung 41 die gasdichte Ver schlußklappe 12 geschlossen und ein Antrieb 54 des Steuerventiles 27 derart beaufschlagt, daß die Zufuhr von flüssigen Kältemitteln vom Flüssiggastank 26 zur Druckleitung 17 unterbrochen wird. Danach wird von der Steuervorrichtung 41 ein Antrieb 55 des Ventiles 32 derart be aufschlagt, daß die Bypassleitung 31 mit der Druckleitung 17 verbunden ist. Gleichzeitig wird ein Antrieb 43 des Ventiles 44 derart beauf schlagt, daß die Verbindung zwischen der Saugleitung 19 und dem Wärme tauscher 21 unterbrochen ist. Daran anschließend wird der Antrieb 42 beaufschlagt und das Sperrventil 36 geöffnet, so daß eine Verbindung zwischen der Saugleitung 19 und der Zweigleitung 34 besteht. Über die Bypassleitung 31 gelangt nun entsprechend der Einstellung des Druck regelventiles 53 bzw. durch den gegenüber der Leitung 23 geringeren Querschnitt der Bypassleitung 31 ein Teilstrom des heißen Kältemittel dampfes unter Umgehung des Expansionsventiles in die Druckleitung 17 und von dort in den Wärmetauscher 15. Der Wärmetauscher 15 wird da durch erhitzt und das am Wärmetauscher festgesetzte Eis schmilzt und rinnt als Wasser über eine Abflußleitung 56 aus dem Kältetrockner 5 nach außen. Während dieser Zeit wird der Wärmetauscher 16 über das Expansionsventil 30 mit einem gasförmigen Kältemittel beaufschlagt und gekühlt, so daß das angesaugte Gas 2 vor dem Eintritt in die Ansaug leitung 8 um ca. 40°C auf die gewünschte Temperatur von etwa -20°C bei einer Ansaugtemperatur vor dem Kältetrockner von 20°C abgekühlt wird. Dadurch daß nur eine Teilmenge des heißen Kältemitteldampfes vom Druckausgang 52 des Kältemittel-Verdichters 22 abgezweigt wird, ist es möglich, die Abtauung des jeweils vereisten Wärmetauschers 15 oder 16 durch die Auslegung des Kältemittel-Verdichters 22 mit nur geringfügig höherer Leistung, als dies für das Abkühlen des anzusaugenden Gases 2 notwendig ist, durchzuführen. Da für die Abtauphase in jedem Fall jene Zeit zur Verfügung steht, bis der zur Unterkühlung des angesaugten Gases 2 verwendete Wärmetauscher 15 oder 16 so stark vereist ist, daß die für die Unterkühlung des angesaugten Gases notwendige Kühlwirkung nicht mehr ausreicht, kann mit einem Teilstrom des heißen Kältemittel dampfes das Auslangen gefunden werden. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß das zur Heißgasabtauung verwendete Kältemittel nach dem Durchströmen des Wärmetauschers 15 nicht dem Ansaugstutzen 48 des Kältemittel-Verdichters 22 sondern dem Einlaß zum Flüssiggastank 26 zugeführt wird. Es wurde nämlich festgestellt, daß nach der Heiß gasabtauung der Wärmetauscher 15 bzw. 16 der Druck und damit der Zu stand des Kältemittels in der Saugleitung 19 oder 20 bzw. der Zweig leitung 34 jenem Zustand des Kältemittels entspricht, wie er in der Leitung zwischen dem Kondensator 24 und dem Flüssiggastank 26 vor liegt.
Das zu verdichtende Gas 2 wird bei der in Fig. 1 dargestellten Vorrich tung 1 über den Kältetrockner 6, die geöffnete Verschlußklappe 13, die Ansaugleitung 8 und dem Eingang 9 vom Verdichter 4 angesaugt und im Verdichter 4 um das gewünschte Ausmaß verdichtet. Das angesaugte Gas passiert dabei im Kältetrockner 6 den Wärmetauscher 16. Dieser Wärme tauscher 16 ist in einem Kältemittel-Kreislauf angeordnet, um die Ab kühlung des angesaugten Gases 2 zu ermöglichen. Beim Durchtritt des Kältemitteldampfes durch den Wärmetauscher 16 entzieht er dem Wärme tauscher Wärme, so daß er in gasförmigen Zustand verbleibt. Um sicher zustellen, daß dieser gasförmige Zustand bis zum Ansaugstutzen 48 des Kältemittel-Verdichters 22 beibehalten wird, kann dieser Kältemittel dampf über den zusätzlichen Wärmetauscher 21 geführt werden, in wel chem dem flüssigen Kältemittel, welches der Druckleitung 18 zugeführt wird, noch zusätzlich Wärme entzogen wird. Das durch den Kältemit tel-Verdichter 22 hoch verdichtete gasförmige Kältemittel wird über den Kondensator 24 in flüssigen Zustand verbracht und im Flüssiggas tank 26 zwischengelagert. Von dort gelangt es über den Wärmetauscher 21, das Steuerventil 28 und das Expansionsventil 30 zur Druckleitung 18 des Wärmetauschers 16. Während nun das angesaugte Gas 2 im Kälte trockner 6 abgekühlt und in gekühlter Form dem Verdichter 4 zugeführt wird, wird der Druckleitung 17 des Wärmetauschers 15 heißes gasförmi ges Kältemittel über die Bypassleitung 31 und das Ventil 32 zugeführt. Während dieser Zufuhr von heißem Kältemitteldampf in den Wärmetauscher 15 ist die gasdichte Verschlußklappe 12 geschlossen. Dies deshalb, da durch das Abtauen des am Wärmetauscher 15 festgesetzten Eisbelages ein Dunst entsteht, der wassergesättigt ist und bei nicht gasdichter Aus führung der Verschlußklappe 12 könnte daher dieser Dunst in die An saugleitung 7 und somit zum Verdichter 4 gelangen, wodurch der er wünschte Trocknungseffekt des angesaugten Gases 2 nicht zustande kom men würde. Der Eismantel am Wärmetauscher 15 bzw. 16 entsteht dadurch, daß durch die Unterkühlung des angesaugten Gases die im Gas enthaltene Feuchtigkeit ausgeschieden wird und durch die Minustemperaturen im Be reich der Wärmetauscher 15 und 16 an diesem festfriert. Da ein der artiger Eismantel eine hohe Isolierwirkung ausübt, kommt es nach einer gewissen Betriebsdauer dazu, daß die Wärmeaufnahme des Kältemittels im Wärmetauscher 15 bzw. 16 nicht mehr ausreicht, um die gewünschte Unterkühlung des angesaugten Gases sicherzustellen. Dies wird bei spielsweise bei dem im Betrieb befindlichen Wärmetauscher 16 derart überwacht, daß mittels der Druck- bzw. Temperaturmeßvorrichtung 39 bzw. 40 im Bereich der Saugleitung 19 bzw. 20 der Druck des Kälte mittels nach dem Verlassen der Wärmetauscher 15 bzw. 16 überwacht wird. Ist der Druck des aus dem Wärmetauscher 15 bzw. 16 kommenden gasförmigen Kältemittels zu nieder, d. h. wurde dem Kältemittel im Wärmetauscher 15 bzw. 16 aufgrund der Isolierwirkung des Eismantels zu wenig Wärme entzogen, so wird, wie anhand des Kältetrockners 5 sche matisch gezeigt, über die Steuervorrichtung 41 die gasdichte Ver schlußklappe 12 geschlossen und ein Antrieb 54 des Steuerventiles 27 derart beaufschlagt, daß die Zufuhr von flüssigen Kältemitteln vom Flüssiggastank 26 zur Druckleitung 17 unterbrochen wird. Danach wird von der Steuervorrichtung 41 ein Antrieb 55 des Ventiles 32 derart be aufschlagt, daß die Bypassleitung 31 mit der Druckleitung 17 verbunden ist. Gleichzeitig wird ein Antrieb 43 des Ventiles 44 derart beauf schlagt, daß die Verbindung zwischen der Saugleitung 19 und dem Wärme tauscher 21 unterbrochen ist. Daran anschließend wird der Antrieb 42 beaufschlagt und das Sperrventil 36 geöffnet, so daß eine Verbindung zwischen der Saugleitung 19 und der Zweigleitung 34 besteht. Über die Bypassleitung 31 gelangt nun entsprechend der Einstellung des Druck regelventiles 53 bzw. durch den gegenüber der Leitung 23 geringeren Querschnitt der Bypassleitung 31 ein Teilstrom des heißen Kältemittel dampfes unter Umgehung des Expansionsventiles in die Druckleitung 17 und von dort in den Wärmetauscher 15. Der Wärmetauscher 15 wird da durch erhitzt und das am Wärmetauscher festgesetzte Eis schmilzt und rinnt als Wasser über eine Abflußleitung 56 aus dem Kältetrockner 5 nach außen. Während dieser Zeit wird der Wärmetauscher 16 über das Expansionsventil 30 mit einem gasförmigen Kältemittel beaufschlagt und gekühlt, so daß das angesaugte Gas 2 vor dem Eintritt in die Ansaug leitung 8 um ca. 40°C auf die gewünschte Temperatur von etwa -20°C bei einer Ansaugtemperatur vor dem Kältetrockner von 20°C abgekühlt wird. Dadurch daß nur eine Teilmenge des heißen Kältemitteldampfes vom Druckausgang 52 des Kältemittel-Verdichters 22 abgezweigt wird, ist es möglich, die Abtauung des jeweils vereisten Wärmetauschers 15 oder 16 durch die Auslegung des Kältemittel-Verdichters 22 mit nur geringfügig höherer Leistung, als dies für das Abkühlen des anzusaugenden Gases 2 notwendig ist, durchzuführen. Da für die Abtauphase in jedem Fall jene Zeit zur Verfügung steht, bis der zur Unterkühlung des angesaugten Gases 2 verwendete Wärmetauscher 15 oder 16 so stark vereist ist, daß die für die Unterkühlung des angesaugten Gases notwendige Kühlwirkung nicht mehr ausreicht, kann mit einem Teilstrom des heißen Kältemittel dampfes das Auslangen gefunden werden. Ein weiterer Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß das zur Heißgasabtauung verwendete Kältemittel nach dem Durchströmen des Wärmetauschers 15 nicht dem Ansaugstutzen 48 des Kältemittel-Verdichters 22 sondern dem Einlaß zum Flüssiggastank 26 zugeführt wird. Es wurde nämlich festgestellt, daß nach der Heiß gasabtauung der Wärmetauscher 15 bzw. 16 der Druck und damit der Zu stand des Kältemittels in der Saugleitung 19 oder 20 bzw. der Zweig leitung 34 jenem Zustand des Kältemittels entspricht, wie er in der Leitung zwischen dem Kondensator 24 und dem Flüssiggastank 26 vor liegt.
Es können dadurch aufwendige Zwischenschaltungen von Schutzvorrichtun
gen, wie z. B. Flüssigkeitsabscheider eingespart werden, die dann not
wendig sind, wenn dieses von der Heißgasabtauung kommende Kältemittel
unmittelbar dem Ansaugstutzen 48 des Kältemittel-Verdichters 22 für
das Kältemittel zugeführt werden würde. In diesem Fall müßte nämlich
verhindert werden, daß flüssiges Kältemittel in den Verdichter ange
saugt wird, um einen Flüssigkeitsschlag und somit eine Beschädigung
des Kältemittel-Verdichters 22 zu vermeiden. Außerdem wird die Wirt
schaftlichkeit des gesamten Verdichtungssystemes für das Gas erhöht,
da das zur Heißgasabtauung verwendete Kältemittel unmittelbar zur
Unterkühlung des angesaugten Gases im anderen Wärmetauscher 16 heran
gezogen werden kann.
Die Einleitung des Steuervorganges zur Umschaltung von der Kühlphase
in die Abtauphase wird dadurch bewerkstelligt, daß über Einstellorgane
57 und 58 den jeweils gewünschten Drücken des Kältemittels in der
Saugleitung 19 entsprechende Stellgrößen für einen Schwellwertschalter
59 eingestellt werden, um somit die zuvor beschriebene Umschaltung der
einzelnen Ventile sowie das Öffnen und Schließen der gasdichten Ver
schlußklappe 12 oder 13 zu bewirken. Unter Umständen ist es aber auch
möglich, der Steuervorrichtung 41 eine Schaltuhr 60 zuzuordnen, mit
der die Abtauphase beendet wird. Die mit strichlierten Linien ange
deutete Steuervorrichtung 41 kann des weiteren aber auch einen Pro
grammspeicher 61 bzw. eine entsprechende analoge oder digitale Folge
steuervorrichtung enthalten, die das aufeinanderfolgende Schalten der
Antriebe für die Ventile bzw. die Verschlußklappen 12, 13 und dgl. be
wirkt. Wesentlich ist dabei, daß die Verschlußklappe 12 bzw. 13 vor
der Einleitung des Abtauvorganges zuverlässig geschlossen ist und daß
sie erst dann geöffnet wird, wenn der Abtauvorgang abgeschlossen ist.
Dazu ist es von Vorteil, wenn der Wärmetauscher 15 nach Beendigung des
Abtauvorganges über das Steuerventil 27 und das Expansionsventil 29
mit Kältemittel beaufschlagt wird, so daß der Wärmetauscher nach dem
Abtauvorgang vorgekühlt bzw. vorgefrostet wird, um zu verhindern, daß
beim Öffnen der Verschlußklappe 12 nach dem Abtauvorgang ein zu hoher
Feuchtigkeitsanteil mit dem angesaugten Gas 2 in den Verdichter mitge
rissen wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn bei dem Abtauvorgang darauf geachtet
wird, daß die Oberfläche des Wärmetauschers feucht bleibt, d. h. daß
der Abtauvorgang beendet wird, bevor die Wärmetauscher-Oberfläche
völlig abgetrocknet ist, um den Reinigungseffekt durch das Festhalten
der im angesaugten Gas enthaltenen Feststoffe an der feuchten Ober
fläche des Wärmetauschers auch beim Ansaugen des Gases unmittelbar im
Anschluß an den Abtauvorgang sicherzustellen.
Selbstverständlich ist eine der Steuervorrichtung 41 entsprechende
Steuervorrichtung auch der Verschlußklappe 13 bzw. den dem Wärme
tauscher 16 zugeordneten Ventilen und Steuerventilen bzw. deren An
trieben zugeordnet.
Die schematisch gezeigte Steuervorrichtung 46 dient dazu, um
die Leistung des Kältemittel-Verdichters 22 für das Kältemittel ent
sprechend den Zustandsgrößen im Kältemittel-Kreislauf zu steuern. Wird
beispielsweise aufgrund einer geringeren Leistung des Verdichters 4,
z. B. bedingt durch einen geringeren Bedarf an verdichtetem Gas 2, das
Volumen des angesaugten Gases 2 verringert, so ist zum Abkühlen des
geringeren Volumens an angesaugtem Gas auch eine geringere Kältelei
stung erforderlich. Um nun einen unnötigen Energieaufwand bzw. eine zu
tiefe Abkühlung des angesaugten Gases zu vermeiden, wird aus dem Druck
und den sich daraus ableitenden Temperaturgrößen in der Leitung vor
dem Ansaugstutzen 48 des Kältemittel-Verdichters 22 über einen Regler
62 die Leistung des Antriebsmotors 47 für den Kältemittel-Verdichter 22
geregelt. Auch in dieser Steuervorrichtung 46 sind entsprechende
Einstellorgane 63 vorgesehen, um die gewünschten Grenzwerte für den
Regelkreis festlegen zu können.
Die Steuervorrichtung 50 dient dagegen zur Steuerung der Lüfter 25 für
den Kondensator 24. Auch hierbei wird der Druck- und Temperaturverlauf
des Kältemittels mit einer Meßvorrichtung 51 in der Leitung 23 über
wacht und je nach den Zustandsgrößen aufgrund der Arbeitsleistung des
Kältemittel-Verdichters 22 die zur Abkühlung des Kältemittels im Kon
densator 24 benötigte Luftmenge über die Leistung des Lüfters 25 ge
steuert. Selbstverständlich können die Steuervorrichtungen 46 und 50
nach den unterschiedlichsten aus dem Stand der Technik bekannten Bau
arten, wie beispielsweise als Analogdigitalsteuerung oder Mikropro
zessorensteuerung oder dgl. ausgebildet sein. Es ist auch möglich, an
stelle von Luft für die Kühlung des Kältemittels auch eine Flüssig
keit, beispielsweise Wasser zu verwenden, wobei in Analogie zu der
Regelung des Lüfters 25 in diesem Fall dann die Leistung der die Flüs
sigkeit fördernden Pumpen bzw. die durch den Kondensator 24 durchge
leitete Wassermenge mit der Steuervorrichtung 50 entsprechend geregelt
werden kann.
Desweiteren ist dem Kältemittel-Verdichter 22 eine Bypassleitung zuge
ordnet, die sich zwischen dem Ansaugstutzen 48 und der Leitung 23 er
streckt. In dieser Leitung ist ein Über- und Unterdruckregelventil
vorgesehen, um Beschädigungen des Kältemittel-Verdichters 22 zu ver
meiden. Wie schematisch im Bereich unmittelbar vor dem Ansaug
stutzen 48 in der Leitung zwischen dem Ansaugstutzen und dem Wärme
tauscher 21 gezeigt, kann dieser Leitung ein Temperaturfühler zugeord
net sein, welcher die Temperatur des Kältemittels in dieser Leitung
erfaßt und dementsprechend in an sich bekannter Weise die Expansions
ventile 29 bzw. 30 steuert, so daß mehr oder weniger Flüssiggas des
Kältemittels im Expansionsventil vergast wird, um die Zustandsgrößen
im Kältemittel-Kreislauf gleichhalten zu können und gleichzeitig die
Ansaugtemperatur des zu verdichtenden Gases den gewünschten Wert be
hält.
In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verdichten eines
Gases 2 - welches wiederum schematisch durch Pfeile 3 angedeutet ist - be
schrieben. Zur Abkühlung des angesaugten Gases 2 sind dem Verdichter
4 für dieses Gas wieder zwei Kältetrockner 64, 65 vorgeordnet. Zwischen
den Kältetrocknern 64, 65 und den Ansaugleitungen 7, 8 zum Verdichter 4
sind gasdichte Verschlußklappen 12 und 13 - die entsprechend den in
Fig. 1 beschriebenen Verschlußklappen 12, 13 ausgebildet sind - angeord
net. Zusätzlich weisen diese Kältetrockner 64, 65 weitere Verschluß
klappen 66, 67 auf, die im geschlossenen Zustand zumindest gegenüber
einem Eintritt von Gasen aus Richtung des Ansaugstutzens 68 gasdicht
sind. Gleiches gilt für eine Verschlußklappe 69, die in einer Verbin
dungsleitung 70 angeordnet ist. Diese Verbindungsleitung verbindet den
Verschlußklappen 12 und 13 gegenüberliegende Öffnungen der Kältetrock
ner 64, 65. In den Kältetrocknern 64, 65 sind Wärmetauscher 15, 16 ange
ordnet, die gemeinsam mit einer Saugleitung 71, einem Wärmetauscher
72, einem Kältemittel-Verdichter 73 für das Kältemittel, einem Konden
sator 74 und Steuerventilen 75, 76 sowie Expansionsventilen 77, 78 einen
Kreislauf für ein Kältemittel bilden. Um nun, wie bereits anhand der
Fig. 1 beschrieben, die nach einiger Zeit auftretende Vereisung der
Wärmetauscher 15 bzw. 16 zu beseitigen, wird nun nicht das vom Kälte
mittel-Verdichter 73 für das Kältemittel kommende heiße gasförmige
Kältemittel sondern das angesaugte Gas 2 verwendet. Selbstverständlich
ist ein derartiges Verfahren zur Abtauung der Wärmetauscher 15, 16 mit
dem angesaugten Gas nur dann möglich, wenn das angesaugte Gas 2 eine
Temperatur über 0°C hat.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Unterkühlung des angesaugten
Gases 2 unter Verwendung der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung wird nun
derart vorgegangen, daß das zu verdichtende Gas 2 über die geöffnete
Verschlußklappe 66, den Wärmetauscher 15, die Verbindungsleitung 70,
den Wärmetauscher 16 und die geöffnete Verschlußklappe 13 sowie die
Ansaugleitung 8 zum Verdichter 4 des Gases 2 angesaugt wird. Wurde zu
vor der Wärmetauscher 15 zum Unterkühlen des angesaugten Gases ver
wendet, so wird dieser nun entgegen der Richtung des angesaugten
Gases, also von der Verschlußklappe 66 in Richtung der Verbindungs
leitung 70 durchströmt, wobei durch das Vorbeistreichen des angesaug
ten warmen Gases 2 entlang des Wärmetauschers 15 das auf diesem vor
handene Eis abgetaut und über einen Abfluß 79 aus dem Bereich des
Kältetrockners 64 abgeführt wird. Anschließend an den Wärmetauscher 15
kann ein Filter 80 angeordnet sein, um aus dem durchströmenden Gas
einen Großteil an Flüssigkeit zurückzuhalten. Das angesaugte Gas pas
siert dann die Verbindungsleitung 70 und wird durch den Wärmetauscher
16 vor dem Eintritt in die Ansaugleitung 8 auf die gewünschte Tempe
ratur unterkühlt. Das Ansaugen des zu verdichtenden Gases 2 in der
vorbeschriebenen Art wird solange aufrechterhalten, bis das Eis vom
Wärmetauscher 15 abgetaut ist. Diese Überwachung erfolgt anhand einer
Steuereinrichtung 81, wobei die Zeit, die benötigt wird, um mit dem
angesaugten Gas den Wärmetauscher 15 abzutauen, meist in Vorversuchen
ermittelt wird. Diese zum Abtauen benötigte Zeit kann mit einer
Schaltuhr 82 im Bereich der Steuereinrichtung 81 eingestellt werden.
Nach dem Ablaufen dieser Zeitspanne wird die Verschlußklappe 69 ge
öffnet und die Verschlußklappe 66 geschlossen, so daß das zu verdich
tende Gas 2 nunmehr über die Verschlußklappe 69 und die Verbindungs
leitung 70 zum Wärmetauscher 16 angesaugt und über die Verschlußklappe
13 und die Ansaugleitung 8 dem Verdichter 4 zugeführt wird. Gleich
zeitig mit dem Schließen der Verschlußklappe 66 wird das Steuerventil
75 über einen diesen zugeordneten von der Steuereinrichtung 81 beauf
schlagten Antrieb 83 geöffnet und ein Teilstrom des zur Unterkühlung
vorgesehenen Kühlmittels dem Wärmetauscher 15 zugeleitet. Wie schema
tisch durch die Größe des Expansionsventiles 77 angedeutet, weist
diese parallel zum Steuerventil 76 und Expansionsventil 78 verlaufende
Leitung einen kleineren Querschnitt auf bzw. ist diese über ein Redu
zierventil mit der vom Wärmetauscher 72 kommenden Leitung verbunden,
so daß der Großteil des vom Kältemittel-Verdichters 73 kommenden Kühl
mittels dem das abzukühlende Gas kühlenden Wärmetauscher 16 verbleibt.
Mit diesem Teil der Kühlmittelmenge wird nun der Wärmetauscher 15 wie
der über eine bestimmte Zeitspanne oder wie anhand des Ausführungsbei
spieles der Vorrichtung in Fig. 1 beschrieben unter Überwachung der
Druckzustände bzw. des Temperaturverlaufes des Kältemittels vorge
frostet, bis am Wärmetauscher die für die Abkühlung des anzusaugenden
Gases notwendige Temperatur erreicht ist. Ist diese Temperatur er
reicht bzw. die hierzu notwendige Zeitspanne abgelaufen, so wird über
die Steuereinrichtung 81 die Verschlußklappe 12 geöffnet und unmittel
bar darauf oder gleichzeitig die Verschlußklappe 13 im Bereich des
Kältetrockners 65 geschlossen. Das zu verdichtende Gas 2 wird nunmehr
über die Verschlußklappe 69 angesaugt. Daran anschließend wird die
Verschlußklappe 67 geöffnet und die Verschlußklappe 69 geschlossen,
so daß das zu verdichtende Gas nunmehr über den Ansaugstutzen 68, der
Verschlußklappe 67, den Wärmetauscher 16 und die Verbindungsleitung 70
angesaugt, im Wärmetauscher 15 endgültig abgekühlt und dabei entfeuch
tet und dann der Ansaugleitung 7 des Verdichters 4 zugeführt wird. Be
vor nun die Verschlußklappe 12 geöffnet und die Verschlußklappe 13 ge
schlossen wird, wird außerdem über die Steuereinrichtung 81 das dem
Wärmetauscher 15 zugeordnete Steuerventil 75 geschlossen und das
Steuerventil 76 geöffnet, so daß der Großteil des Kältemittelstroms dem
Wärmetauscher 15 zukommt, während beim Wärmetauscher 16 das Steuerven
til 76 geschlossen wird und das Steuerventil 75 verschlossen bleibt.
Die Steuerventile 75, 76 bleiben solange geschlossen, bis eine mit der
Schaltuhr 82 voreingestellte Zeitspanne abgelaufen bzw. der Wärme
tauscher 16 abgetaut ist, worauf, wie bereits im Zusammenhang mit dem
Wärmetauscher 15 beschrieben, durch Öffnen des Steuerventiles 75 der
Wärmetauscher 16 vorgefrostet wird.
Der Vorteil dieser Lösung liegt darin, daß durch das anzusaugende Gas
die Abtauung erfolgt und die zum Abtauen des Wärmetauschers 15 oder 16
benötigte Energie nicht verlorengeht, sondern bereits zur Vorkühlung
des angesaugten Gases verwendet wird. Die zum Abtauen benötigte Ener
gie wird daher dem angesaugten Gas unmittelbar entzogen, wodurch es zu
einer an sich gewünschten Vorkühlung des Gases kommt und gleichzeitig
der Abtaueffekt erzielt wird. Damit kann auch der Wärmetauscher 16 zu
mindest in jenen Zeitbereichen, in welchen der Wärmetauscher des
anderen Kältetrockners noch mit einem Eisbelag versehen ist, mit etwas
geringerer Leistung arbeiten, als wenn das zu verdichtende Gas über
die Verschlußklappe 69, also ohne Vorkühlung, angesaugt wird.
Lediglich der Vollständigkeit halber sei noch betont, daß selbstver
ständlich auch zwischen dem Eingang des Wärmetauschers 16 und der Ver
schlußklappe 69 ebenfalls ein Filter 80 angeordnet sein kann. Auch ist
die Steuereinrichtung 81 derart ausgebildet, daß die Verschlußklappe
13 und 67 und die dem Wärmetauscher 16 vorgeordneten Expansionsventile
77, 78 bzw. die Antriebe 83 gesteuert werden können.
Bevorzugt wird dabei zur Regelung des Öffnungsquerschnittes bzw. der
Durchflußmenge in den Expansionsventilen 77 und 78 ebenfalls eine aus
dem Stand der Technik bekannte Steuervorrichtung verwendet, wie sie im
Zusammenhang mit Fig. 1 beschrieben ist.
Um einen sogenannten "Wasserschlag" im Bereich des Kältemittel-Ver
dichters 73 zu verhindern, ist zwischen dem Wärmetauscher 72 und dem
Kältemittel-Verdichter 73 ein sogenannter Flüssigkeitsabscheider 84
angeordnet. Dieser besteht aus einem Behälter, in welchem die vom
Wärmetauscher 72 kommende Leitung an möglichst tiefer Stelle einmün
det, während die zum Saugstutzen des Kältemittel-Verdichters 73 füh
rende Leitung vom höchsten Punkt des Behälters wegläuft, wodurch sich
flüssiges Kältemittel, welches vom Wärmetauscher 72 kommt, am Boden
dieses Behälters absetzt und vom Ansaugstutzen des Kältemittel-Ver
dichters 73 nur gasförmiges Kältemittel angesaugt werden kann. Das im
Flüssigkeitsabscheider 84 vorhandene Kältemittel verdampft, in welchem
dem vorbei strömenden gasförmigen Kältemittel Wärme entzogen wird bzw.
durch Wärmeaufnahme aus der Umgebungsluft des Behälters und kann dann
ebenfalls zur Verdichtung wieder dem Kältemittel-Verdichter 73 zuge
führt werden. Die Anordnung von zwei parallel geschalteten Expansions
ventilen für unterschiedliche Durchflußmengen ist auch für die Versor
gung der Wärmetauscher 15 und 16 in Fig. 1 anwendbar, um beispielsweise
nach dem Abtauen derselben, diese ebenfalls vorzufrosten, bevor das
angesaugte Gas wieder durch den abgetauten Kältetrockner 5 bzw. 6 hin
durchgeführt wird. Auch beim vorliegenden Ausführungsbeispiel kann die
Steuervorrichtung unter Verwendung beliebiger Steuerglieder betrieben
werden. So kann anstelle einer rein analogen Signalverarbeitung mit
einer Relaisschaltung auch eine digitale Signalverarbeitung mit Mikro
prozessoren und dgl. erfolgen. Die Antriebe für die Verschlußklappen
12, 13, 66, 67 und 69 können beispielsweise durch Druckluftzylinder aber
auch durch andere Druckmittel-Zylinder oder elektrische Stellmotoren
gebildet sein. Auch die Anordnung eines Wärmetauschers 72 im Kälte
mittel-Kreislauf ist nur fakultativ. Zur Abkühlung des Kältemittels im
Kondensator 74 kann anstelle von Luft auch Wasser verwendet werden.
In Fig. 3 ist ein Teil eines Kältetrockners 5 - die Kältetrockner 6
bzw. 64 und 65 können gleichartig ausgebildet sein - dargestellt. In
diesem Kältetrockner 5 sind Rohrleitungen 85 des Wärmetauschers 15 an
geordnet, auf welchen zum besseren Wärmeübergang Lamellen 86 angeord
net sind. Wie aus der schematischen, schaubildlichen Darstellung er
sichtlich sind die Lamellen einer Rohrleitung 85 in Längsrichtung der
Rohrleitung so weit voneinander distanziert, daß dazwischen zumindest
ein Eckbereich einer weiteren Lamelle einer unmittelbar benachbarten
Rohrleitung 85 eingreift. Die Lamellen 86 einer Rohrleitung 85 weisen
einen Abstand 87 senkrecht zu der durch einen Pfeil 88 angedeuteten
Durchströmrichtung des Gases 2 auf, der mindestens 4 bis max. 10 mm
beträgt. Zwischen dem Wärmetauscher 15 und der gasdichten Verschluß
klappe 12 ist ein Luftleitblech 89 angeordnet. In diesem Luftleitblech
89, insbesondere über dessen Oberfläche gleichmäßig verteilt, sind
Öffnungen 90 vorgesehen, wobei die Summe der Öffnungen ca. 50% eines
gesamten Öffnungsquerschnittes des Kältetrockners 5 beträgt. Durch die
Verwendung des Luftleitbleches 89 wird erreicht, daß über den gesamten
Querschnitt des Wärmetauschers 15 bzw. 16 eine gleiche Durchströmge
schwindigkeit auftritt und daher die Nachteile des Ansaugkegels ver
mindert werden können. Durch die gleichmäßige Ansauggeschwindigkeit
über den gesamten Wärmetauscher-Querschnitt kann die ganze Wärme
tauscher-Oberfläche zur Abkühlung des angesaugten Gases verwendet wer
den.
Dadurch, daß der Querschnitt des Kältetrockners bzw. der Durchström
querschnitt durch den Wärmetauscher 15 bzw. 16 derart bemessen wird,
daß die Geschwindigkeit des angesaugten Gases im Ansaugbereich zum
Wärmetauscher 15 bzw. 16 0,6 bis 1,3 m/Sek. beträgt, wird in Verbin
dung mit der Verlangsamung der Anströmungsgeschwindigkeit aufgrund der
Abkühlung des Gases im Bereich des Wärmetauschers 15 bzw. 16 eine
solche Ansauggeschwindigkeit erreicht, die es ermöglicht, daß sich
mehrere kleine Wasser- bzw. Schmutzmoleküle zu einem größeren Molekül
vereinigen können, wodurch es zu einer besseren Abscheidung von Feuch
tigkeit und Schmutz im Bereich des Wärmetauschers bzw. im Bereich des
diesen nachgeordneten Luftleitbleches 89 kommt.
In Fig. 4 ist eine gasdichte Verschlußklappe 12 gezeigt, die einen
scheibenförmigen Tragkörper 91 umfaßt, an dem ein Stutzen 92 angeformt
ist, der eine Drehachse 93 für eine Verschlußplatte 94 lagert. Im
Tragkörper 91 ist ein Dichtring 95 angeordnet, welcher auf der der
Verschlußplatte 94 zugewandten Seite mit einer Nut 96 versehen ist.
Wird die Verschlußplatte 94 nun aus der geöffneten - in strichlierten
Linien gezeichnet - Stellung in die Sperrstellung - in vollen Linien
gezeichnet - verschwenkt, so wird der Dichtring 95 entsprechend ver
formt und stellt eine gasdichte Abdichtung in Richtung der Drehachse
93 - Pfeil 97 - und in beiden durch Pfeile 98 angedeuteten Strömungs
richtungen dar. Durch die Elastizität des Dichtringes 95 wird über den
gesamten Umfang der Verschlußplatte 94 bedingt durch die Nut 96 eine
gute Abdichtung erreicht. Durch eine ausreichend große Verstellkraft
wird auch ein im Bereich zwischen Dichtring 95 und Verschlußplatte 94
festgesetztes Eis abgesprengt. Die Drehachse 93 kann über ein Winkel
getriebe 99 mit einem Antrieb 100 gekuppelt sein, der beispielsweise
durch eine Gewindespindel-Wandermutteranordnung mit einem elektrischen
Antriebsmotor ist.
Die beschriebene gasdichte Verschlußklappe 12 ist eine der möglichen
Ausführungsvarianten zur Verwirklichung der erfindungsgemäßen Vorrich
tung. Die Erfindung ist jedoch keineswegs auf diese beschriebene Aus
führungsform beschränkt, vielmehr kann jede beliebige Verschlußvor
richtung verwendet werden, die in verschlossenem Zustand einen Durch
gang von Gasen zumindest in einer oder wie bei den Verschlußklappen 12
und 13 in beiden in Fig. 4 durch die Pfeile 98 gezeigten Strömungsrich
tungen verhindert.
In Fig. 5 ist anhand eines Blockschaltbildes eine herkömmliche, aus dem
Stand der Technik bekannte Vorrichtung zum Verdichten von Gasen 2 ge
zeigt. Eine derartige Vorrichtung umfaßt einen Ansaugfilter 101, einen
Verdichter 102, einen Nachkühler 103, einen Zyklonabscheider 104 und
einen Kältetrockner 105. Alle diese dem Verdichter 102 nachgeschal
teten Geräte sind erforderlich, um einen ausreichenden Drucktaupunkt
zu erhalten, so daß beim Transport des verdichteten Gases vor allem in
verzweigten Systemen, wie dies, z. B. bei Druckluftversorgungsanlagen
der Fall ist, ein Kondensieren der im verdichteten Gas enthaltenen
Feuchtigkeit und somit ein Ausfallen von Flüssigkeit in den Leitungen
zu vermeiden.
In Fig. 6 ist gezeigt, daß bei einer Verdichtung des Gases beispiels
weise um 6 bar anstelle der in Fig. 5 gezeigten Vorrichtungsteile bei
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 nur eine Kältetrocknungsanlage 106
und ein Verdichter 102 benötigt wird.
Die übereinstimmende Darstellung der Blockschaltbilder der Vorrichtung
nach dem Stand der Technik in Fig. 5 und nach der Erfindung in Fig. 6
erfolgt deshalb, um anhand der in den Fig. 7 bis 10 gezeigten Diagramme
Unterschiede in der Leistungsaufnahme beim Gasvolumen und beim Druck
verlauf sowie die Vorteile und Einsparungen, die mit dem erfindungs
gemäßen Verfahren erzielbar sind, besser darstellen zu können.
In Fig. 7 ist der Leistungsbedarf der in Fig. 5 und 6 gezeigten Anlagen
gegenübergestellt, wobei die strichlierte Linie im Diagramm die Werte
der Anlage nach Fig. 5 und die volle Linie die Werte der Anlage nach
Fig. 6 zeigt. Der Leistungsbedarf ist bezogen auf 1 m3 verdichtetes
Gas, beispielsweise Luft, bei einer Verdichtung um 7,5 bar.
Wie ersichtlich, benötigt die Kältetrocknungsanlage 106 der erfin
dungsgemäßen Vorrichtung 1 einen höheren Leistungsbedarf als der An
saugfilter 101 bei der bekannten Vorrichtung. Deutliche Unterschiede
zeigen sich dann jedoch bereits bei dem Leistungsbedarf des Verdich
ters 102, da, wie aus Fig. 8 ersichtlich, die Luft auf über 8 bar ver
dichtet werden muß, um am Ausgang der Verdichtungsanlage - bei der
Ausführungsform nach Fig. 5 nach dem Kältetrockner - die gewünschten
7,5 bar Überdruck zu erhalten. Der weitere geringfügige Leistungsmehr
bedarf ergibt sich dann für den Zyklon und den Kältetrockner, um den
gewünschten Drucktaupunkt von beispielsweise 25°C bei Druckluftver
sorgungsanlagen in Innenräumen zu erhalten.
Dabei ist festzustellen, daß durch die Strömungswiderstände im Nach
kühler und im Zyklon sowie im Kältetrockner der Druck vom Ausgang des
Verdichters 102 ständig abfällt. Dies steht im engen Zusammenhang mit
dem Temperaturverlauf, welcher aus Fig. 9 zu ersehen ist. Während bei
der Anlage nach dem Stand der Technik im Ansaugfilter die Ansaugtem
peratur gleich bleibt, steigt sie im Verdichter aufgrund der höheren
Ansaugtemperatur auf ca. 80°C an und wird im Nachkühler sowie im
Kältetrockner zweimal sehr stark abgekühlt, um die im angesaugten Gas
bzw. der Luft enthaltene Feuchtigkeit auszuscheiden. Dabei kommt es
aber, wie insbesondere aus Fig. 10 zu ersehen ist, durch die zweimalige
Nachkühlung des verdichteten Gases zu einer Verminderung des Luft
volumens gegenüber der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 1 bzw. 2
oder 6, bei der das Luftvolumen im Anschluß an den Verdichter prak
tisch unverändert gleichbleibt, da durch die vorhergehende Trocknung,
in welcher ein höheres Luftvolumen durch die Unterkühlung angesaugt
wurde, am Ansaugstutzen des Verdichters ebenfalls das benötigte Volu
men von 100% vorliegt, jedoch am Druckausgang des Verdichters bei der
erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 6 ein Druckluftvolumen von ca.
120% bei dem gewünschten Temperaturverlauf gegeben ist. Dieser
Volumenvorteil hängt vor allem damit zusammen, daß die bereits im Zuge
der Ansaugung getrocknete Luft bzw. das getrocknete Gas mit der Aus
gangstemperatur vom Verdichter direkt der weiteren Verarbeitung zuge
führt werden kann, während bei der bekannten Anlage nach Fig. 5, um
einen entsprechenden Drucktaupunkt zu erhalten, eine Nachkühlung er
forderlich ist.
Die Summe der Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie des Ein
satzes der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig. 6 ergibt sich dabei,
insbesondere durch den geringeren Leistungsbedarf und das höhere beim
Verbraucher zur Verfügung stehende Gasvolumen, wie dies besonders
deutlich aus den Diagrammen 7 und 10 zu entnehmen ist.
Eine Auswertung der in den Fig. 7 bis 10 gezeigten Diagramme zeigt so
mit, daß aufgrund des höheren Luftvolumens bei Einsatz der erfindungs
gemäßen Anlagen bzw. des erfindungsgemäßen Verfahrens mit einem Ver
dichter das Auslangen gefunden werden kann, welcher eine geringere
Leistungsaufnahme hat als bei dem bekannten Verfahren, da neben der
verringerten Leistungsaufnahme bei der Verdichtung auch eine Verringe
rung des Ausstoßvolumens des Verdichters um jenen Prozentsatz möglich
ist, um welchen ein größeres Luftvolumen an der Verbraucherseite, wie
insbesondere aus Fig. 10 ersichtlich, zur Verfügung steht. Der Lei
stungsbedarf und das Luftvolumen einer derartigen Anlage mit gerin
gerer Leistungsaufnahme ist aus den in strichpunktierten Linien darge
stellten Kurven in den Fig. 7 und 10 zu ersehen.
Dabei ist zu berücksichtigen, daß günstige Ergebnisse beim Einsatz des
erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Vorrichtung dann erzielt werden,
wenn die Temperaturdifferenz zwischen Ansaugtemperatur bei der Kälte
trocknungsanlage und Ansaugtemperatur am Ansaugstutzen des Verdichters
ca. 40°C beträgt. Ein zusätzlicher Vorteil der Kältetrocknungsanlage
liegt darin, daß durch den Eismantel am Kältetrockner dieser zugleich
als Ansaugfilter wirkt und somit auch die Verluste am Ansaugfilter,
wie sie bei bekannten Verdichtungsanlagen entstehen, wegfallen.
Wesentlich für die vorliegende Erfindung ist, daß durch die Kombina
tion von zwei parallel geschalteten Kältetrocknern unter Verwendung
luftdichter Klappen und der vorbeschriebenen Verfahrensabläufe am An
saugstutzen des Verdichters 4 ein unterkühltes und getrocknetes bzw.
gereinigtes Gas vorliegt. Durch das nachfolgende Abtauen der Kälte
trockner werden die sich ansammelnden Verunreinigungen im Eismantel,
der durch die dem Gas entzogene Feuchtigkeit am Wärmetauscher 15 bzw.
16 gebildet wird, entfernt und gemeinsam mit dem Wasser abgeführt.
Die in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen Verfahren bzw. der Vor
richtung verwendeten Kältetrockner sind natürlich nicht auf die in den
Ausführungsbeispielen gezeigten Ausführungsmöglichkeiten beschränkt,
sondern es ist vielmehr möglich, in diesen die Kältetrockner aufneh
menden Kühlstrecken jede beliebige Kühlvorrichtung anzuordnen, um eine
Abkühlung des angesaugten Gases zu erreichen.
Selbstverständlich sind die Antriebe bzw. Steuervor- und -einrichtun
gen mit Energiequellen für deren Betrieb verbunden.
In Fig. 11 ist eine Vorrichtung 111 zum Verdichten von Gasen entspre
chend dem erfindungsgemäßen Verfahren dargestellt. Diese umfaßt einen
Verdichter 112 und einem diesen in Ansaugrichtung - Pfeil 113 - des zu
verdichtenden Gases 114 - schematisch durch gewählte Pfeile darge
stellt - vorgeschalteten Kältetrockner 115. In dem Kältetrockner 115
ist ein Wärmetauscher 116 angeordnet, der in einem Kältemittel-Kreis
lauf 117 angeordnet ist, der einen Kältemittel-Verdichter 118, einen
Kondensator 119 und einen Flüssigkeitsabscheider 120 umfaßt. In einer
Ansaugleitung 121 vom Ausgang 122 des Wärmetauschers 116 zum Ansaug
stutzen 123 des Kältemittel-Verdichters 118 ist eine Druckmeßvorrich
tung 124 angeordnet. Weiters ist im Bereich der dem Wärmetauscher 116
nachgeordneten Ansaugleitung 125 zum Verdichter 112 ein Temperatur
fühler 126 angeordnet. Sowohl der Ausgang der Druckmeßvorrichtung 124
als auch des Temperaturfühlers 126 sind an eine Steuereinrichtung 127
angeschlossen, über die der Antrieb des Kältemittel-Verdichters 118
gesteuert wird. Die Steuereinrichtung 127 umfaßt Regelorgane 128 und
129, an deren Eingänge jeweils die Signalleitungen der Druckmeßvor
richtung 124 bzw. des Temperaturfühlers 126 angelegt sind. Weiters ist
diesen Regelorganen 128 und 129 jeweils ein Einstellorgan 130 und 131,
z. B. bei Verwendung einer analogen Steuereinrichtung 127, ein Regel
potentiometer zugeordnet und der jeweilige Differenzwert wird über
Verbindungsleitungen zu einem Und-Glied 132 weitergeleitet. Sind die
beiden mit den Einstellorganen 130 und 131 vorgewählten Meßwerte er
reicht, so wird der Antrieb des Kältemittel-Verdichters 118 stillge
setzt und die Tätigkeit des Kältemittel-Kreislaufes 117 unterbrochen.
Durch das mit dem Verdichter weiterhin angesaugte warme Gas wird das
auf dem Wärmetauscher aufgrund der niedrigen Temperatur desselben
festgefrorene Kondensat aufgetaut und kann abfließen. Wird durch die
Druckmeßvorrichtung 124 ein Druck in der Ansaugleitung 121 des Kälte
mittel-Kreislaufes 117 festgestellt, der einer positiven Temperatur
des Kältemittels im Bereich des Wärmetauschers 116 entspricht, so wird
ein Signal vom Regelorgan 128 an das Und-Glied 132 weitergegeben.
Liegt dann auch ein Signaleingang vom Regelorgan 129 vor, da im Be
reich des Temperaturfühlers 126 die gewünschte Temperatur des Gases
erreicht ist, so wird der Kältemittel-Verdichter 118 wieder einge
schaltet und der Kältemittel-Kreislauf 117 aktiviert. Damit erfolgt
sofort eine Unterkühlung des Wärmetauschers 116 und eine Abkühlung der
Ansaugluft so lange, bis der Eismantel auf dem Wärmetauscher 116 so
dick ist, daß dessen Isolierwirkung eine entsprechende Abkühlung des
angesaugten Gases nicht mehr ermöglicht. Dieser Zustand wird einer
seits durch den Temperaturfühler 126 und andererseits durch den Druck
verlauf in der Ansaugleitung 121 des Kältemittels festgestellt, da der
Wärmeentzug aus dem Kältemittel bei zu hoher Isolierwirkung des Eis
mantels nicht mehr gegeben ist.
Selbstverständlich kann die beschriebene Steuereinrichtung auch derart
ausgebildet sein, daß ein vollständiger Regelkreis vorhanden ist, so
daß sich die Leistung des Kältemittel-Verdichters 118 jeweils stufen
los an die benötigte Kälteenergie im Bereich des Wärmetauschers 116
anpaßt. Auch können die Einstellorgane 130 und 131 mit mehreren Ein
stellgliedern versehen sein, um jeweils die beiden Soll-Zustände fest
zulegen, in welchen die Tätigkeit des Kältemittel-Verdichters 118 zu
reduzieren bzw. zu beenden ist, und bei welchen die Tätigkeit des
selben zu verstärken bzw. zu beginnen ist.
In Fig. 12 sind, um die Zusammenhänge zwischen dem Druck des Kältemit
tels und der jeweiligen Temperatur des Kältemittels besser darstellen
zu können, die Temperatur- und Druckkennlinien einiger gängiger Kälte
mittel dargestellt. So zeigt eine Kennlinie 133 die Zusammenhänge zwi
schen Temperatur und Druck bei einem Frigen 12, während eine Kennlinie 134
dasselbe Verhältnis für Frigen 22 und eine Kennlinie 135 für
Frigen 502 zeigt.
Aus diesen Kurven ist zu ersehen, daß bei Frigen 12 ein Druck von ca.
1,5 bar einer Temperatur von -20°C und ein Druck von ca. 3 bar einer
Temperatur von 0°C entspricht. Daraus folgt, daß aufgrund der doch
erheblichen Druckunterschiede ein exakter Rückschluß auf die jeweili
gen Temperaturen gezogen werden kann.
Es sei jedoch nochmals darauf hingewiesen, daß vor allem während des
Abtauvorganges das Kältemittel einen einer bestimmten Temperatur ent
sprechenden Druck aufweisen kann, der beispielsweise bereits im Be
reich einer positiven Temperatur liegt, obwohl auf Teilen der Leitung
noch Eisrückstände vorhanden sind bzw. die Luft im Kältetrockner noch
unter 0°C liegt. Daher ist es besonders vorteilhaft, mit der Über
wachung des Druckes des Kältemittels auch eine Überwachung der Tempe
ratur in jenem Bereich des Kältetrockners vorzunehmen, der dem Ansaug
stutzen des Verdichters am nächsten liegt.
Claims (16)
1. Verfahren zum Verdichten von Gasen (2, 114), insbesondere von Luft in
einem Druckluftleitsystem, bei welchem das angesaugte Gas (2, 114) über zumin
dest zwei unterschiedliche Kühlstrecken einer Kältetrocknungsanlage (106) dem
Verdichter (4, 102, 112) zugeführt wird und in diesen Kühlstrecken unter 0° Celsius
abgekühlt und das in Form von Eis anfallende Kondensat (74) während des Ansau
gens über eine Kühlstrecke in der jeweils anderen Kühlstrecke abgetaut und aus ge
schieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß ein Bereich zwischen der jeweils abzu
tauenden Kühlstrecke der Kältetrocknungsanlage (106) und der anderen Kühlstrecke
oder dem Verdichter (4, 102, 112) luftdicht verschlossen ist.
2. Verfahren zum Verdichten von Gasen (2, 114), insbesondere von Luft in
einem Druckluftleitsystem, bei welchem das angesaugte Gas (2, 114) über zumin
dest zwei unterschiedliche Kühlstrecken einer Kältetrocknungsanlage (106) dem
Verdichter (4, 102, 112) zugeführt wird und in diesen Kühlstrecken unter 0° Celsius
abgekühlt und das in Form von Eis anfallende Kondensat (74) während des Ansau
gens über eine Kühlstrecke in der jeweils anderen Kühlstrecke abgetaut und aus ge
schieden wird, dadurch gekennzeichnet, daß das zu verdichtende Gas zwischen dem
luftdicht verschlossenen Bereich der Kühlstrecke zum Verdichter (4, 102, 112) und
einem diesem vorgeordneten Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) angesaugt wird,
und durch den Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) hindurch über eine Verbin
dungsleitung zum Einlaß des Kältetrockners (5, 6, 64, 65, 105, 106) der weiteren
Kühlstrecke und über diesen dem Verdichter (4, 102, 112) zugeführt wird, worauf
insbesondere nach Ablauf einer voreinstellbaren Zeitspanne die weitere Kühlstrecke
zwischen Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) und Verdichter (4, 102, 112) luft
dicht verschlossen und das angesaugte Gas (2, 114) über den in dieser Kühlstrecke
angeordneten Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) und dem in der anderen Kühl
strecke angeordneten Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) dem Verdichter (4, 102,
112) zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das angesaugte
Gas (2, 114) über den Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) der einen Kühlstrecke
hinweg zum Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) der weiteren Kühlstrecke und
von dort dem Verdichter (4, 102, 112) zugeführt wird, der Kältetrockner (5, 6, 64,
65, 105, 106) der einen Kühlstrecke vorgekühlt wird und insbesondere währenddes
sen zwischen einen von den beiden Kältetrocknern (5, 6, 64, 65, 105, 106) Gas (2,
114) angesaugt und die Zufuhr des Gases (2, 114) zwischen dem luftdicht verschlos
senen Bereich und dem Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) der einen Kühlstrecke
unterbrochen und die Zufuhröffnung in Ansaugrichtung luftdicht verschlossen wird,
worauf der luftdicht verschlossene Bereich zwischen dem Kältetrockner (5, 6, 64,
65, 105, 106) und dem Verdichter (4, 102, 112) dieser Kühlstrecke geöffnet wird
und ein Bereich der weiteren Kühlstrecke zwischen dem Verdichter (4, 102, 112)
und dem weiteren Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) verschlossen wird und daß
danach das Gas (2, 114) zwischen dem luftdicht verschlossenen Bereich und dem
Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) der weiteren Kühlstrecke angesaugt und da
nach die Zufuhr von Gas (2, 114) zwischen den beiden Kältetrocknern (5, 6, 64, 65,
105, 106) unterbrochen wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
daß während des Abtauens des in der Kühlstrecke der zum Verdichter (4, 102, 112)
angesaugten Luft angeordneten Kältetrockners (5, 6, 64, 65, 105, 106) die Zufuhr
von unterkühlten Kältemittel in den Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) unterbro
chen und der Druck in der Saug- und gegebenenfalls Druckleitung (17, 18, 19, 20,
71) des Kältemittel-Verdichters (22, 118) überwacht und nach einem Überschreiten
des, einer positiven Temperatur des Kältetrockners (5, 6, 64, 65, 105, 106) entspre
chenden, Druckes des Kältemittels der Abtauvorgang beendet wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Temperatur der zum Verdichter (4, 102, 112) angesaugten Druckluft nach
dem Ausgang aus dem Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) erfaßt und bei einem
positiven Temperaturwert und gegebenenfalls gleichzeitig einem einer positiven
Temperatur des Kältetrockners (5, 6, 64, 65, 105, 106) entsprechenden Druck des
Kältemittels in der Ansaugleitung (7, 8, 121, 125) zum Kältemittel-Verdichter (22,
118) der Abtauvorgang beendet wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,
daß während des Abtauvorganges des Kältetrockners (5, 6, 64, 65, 105, 106) heißer
Kältemitteldampf den Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) durchströmt und am
Ende des Abtauvorganges das Kältemittel über ein Expansionsventil (29, 30, 77, 78)
dem Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) zugeführt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet,
daß während des Abtauvorganges des Kältetrockners (5, 6, 64, 65, 105, 106) der
Kältemittel-Kreislauf (117) im Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) unterbrochen
und die zur Verdichtung benötigte Luft für den Verdichter (4, 102, 112) über den
weiteren Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) angesaugt wird und daß bei einem
Druck im stillgelegten Teil des Kältemittel-Kreislaufes (117) des Kältetrockners (5,
6, 64, 65, 105, 106), der einer Plustemperatur der Oberfläche des Kältetrockners (5,
6, 64, 65, 105, 106) entspricht, und bei einer Ansaugtemperatur der Druckluft am
Ausgang des Kältetrockners (5, 6, 64, 65, 105, 106) von zumindest + 1°der
Kältemittel-Kreislauf (117) wieder aktiviert wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet,
daß der abzutauende Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) mit dem warmen aus
dem Kältemittel-Verdichter (22, 118) kommenden Gas (2, 114) des Kältemittels pa
rallel zum Verflüssiger beschickt wird und daß dieses Gas (2, 114) entgegen der
normalen Flußrichtung des Kältemittels durch den Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105,
106) hindurchgeführt und der Druck des Kältemittelgases im Eingangs- und/oder im
Ausgangsbereich des Kältetrockners (5, 6, 64, 65, 105, 106) erfaßt und aus dem
Druck die Temperatur des Kältemittelgases ermittelt wird, worauf bei Erreichen ei
ner voreinstellbaren Temperatur das Abtauen beendet und der Kältetrockner (5, 6,
64, 65, 105, 106) vorgekühlt wird und daran anschließend dieser Kältetrockner (5,
6, 64, 65, 105, 106) die angesaugte Luft unterkühlt und der weitere parallel geschal
tete Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) abgetaut wird.
9. Vorrichtung zum Verdichten von Gas (2, 114), insbesondere von Luft in
einem Druckluftleitungssystem, bei welchem einem Ansaugstutzen (48, 68, 123)
des Verdichters (4, 102, 112) zwei parallel zueinander verlaufende Kühlstrecken
mit Kältetrocknern (5, 6, 64, 65, 105, 106) vorgeordnet sind, in welchen in einer
Kühlstrecke das angesaugte Gas (2, 114) mit einem Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105,
106) unter 0° Celsius abgekühlt und das in Form von Eis angefallene und in der
anderen Kühlstrecke Kondensat ausgeschieden wird und daß zwischen dem Aus
gang jedes der beiden Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) und der Einmündung
von an diese anschließenden Ansaugleitungen (7, 8, 121, 125) in eine gemeinsame
Ansaugleitung (7, 8, 121, 125) und/oder einen Ansaugstutzen (48, 68, 123) des Ver
dichters (4, 102, 112) eine Verschlußklappe (12, 13, 60, 67, 69, 94) angeordnet ist,
die aus einer Öffnungsstellung über fernbetätigbare Antriebe (42, 43, 54, 55, 83,
100) in eine Schließstellung verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ver
schlußklappe (12, 13) in und gegebenenfalls entgegen einer Strömungsrichtung so
wie gegenüber der Umgebungsluft gasdicht ausgebildet ist.
10. Vorrichtung zum Verdichten von Gas (2, 114), insbesondere von Luft in
einem Druckluftleitungssystem, bei welchem einem Ansaugstutzen (48, 68, 123)
des Verdichters (4, 102, 112) zwei parallel zueinander verlaufende Kühlstrecken
mit Kältetrocknern (5, 6, 64, 65, 105, 106) vorgeordnet sind, in welchen in einer
Kühlstrecke das angesaugte Gas (2, 114) mit einem Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105,
106) unter 0° Celsius abgekühlt und das in Form von Eis angefallene und in der an
deren Kühlstrecke Kondensat ausgeschieden wird und daß zwischen dem Ausgang
jedes der beiden Kältetrockner (5, 6, 64, 65, 105, 106) und der Einmündung von an
diese anschließenden Ansaugleitungen (7, 8, 121, 125) in eine gemeinsame Ansau
gleitung (7, 8, 121, 125) und/oder einen Ansaugstutzen (48, 68, 123) des Verdich
ters (4, 102, 112) eine Verschlußklappe (12, 13, 60, 67, 69, 94) angeordnet ist, die
aus einer Öffnungsstellung über fernbetätigbare Antriebe (42, 43, 54, 55, 83, 100)
in eine Schließstellung verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Kühl
strecken ansaugseitig über eine gasdichte Verbindungsleitung (70) verbunden sind
und daß zwischen dem Innenraum der Verbindungsleitung (70) und der Umgebungs
luft eine von der Umgebungsluft in Richtung der Verbindungsleitung (70) gasdichte
Verschlußklappe (69) angeordnet ist und daß zwischen jedem der beiden Wärmetau
scher (15, 16) und der zwischen diesen und dem Ansaugstutzen des Verdichters (4)
angeordneten gasdichten Verschlußklappen (12, 13) eine gegenüber der Umgebungs
luft gasdichte Verschlußklappe (66, 67) angeordnet ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Verschlußplatte der gasdichten Verschlußklappe (12, 13; 66, 67; 69) mit einem An
trieb (14), z. B. einem Druckmittelantrieb bewegungsverbunden ist, der z. B. über ein
fernbetätigbares Magnetventil von der Steuervorrichtung (41) beaufschlagbar ist.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß La
mellen (86) eines der gasdichten Verschlußklappe (12, 13) vorgeordneten Wärme
tauschers (15, 16) des Kältetrockners (5, 6; 64, 65) senkrecht zur Durchströmrich
tung des angesaugten Gases einen Abstand (87) von mindestens 4 mm bis maximal
10 mm aufweisen und daß vorzugsweise die einzelnen Rohrleitungen (85) der Wär
metauscher (15, 16) sowie deren Lamellen (86) in Durchströmrichtung des angesaug
ten Gases versetzt sind und sich lediglich in den Stirnendbereichen überdecken und
gegebenenfalls zwischen zwei einer Rohrleitung (85) der Wärmetauscher (15, 16)
zugeordneten Lamellen (86) etwa mittig eine Lamelle (86) einer benachbarten Rohr
leitung (85) des Wärmetauschers angeordnet ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeich
net, daß die Durchflußrichtung des Kältemittels in den Rohrleitungen des Wärme
tauschers (15, 16) der Strömungsrichtung des angesaugten Gases entgegengesetzt
ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeich
net, daß sich der Wärmetauscher (15, 16) vom Bereich der Gasansaugung in Rich
tung des Ansaugstutzens des Verdichters (4) erstreckt und insbesondere in dem die
sen zugewandten Endbereich eine Einspritzvorrichtung, z. B. ein Expansionsventil
(29, 30; 77, 78) für das Kältemittel angeordnet ist und im gegenüberliegenden dem
Ansaugbereich zugewandten Endbereich die Saugleitung (19, 20; 71) für den Kälte
mittel-Verdichter (22, 73) angeordnet ist und daß der Druckausgang des Kältemittel-Ver
dichters (22, 73) über Kühleinrichtungen mit der Einspritzvorrichtung verbun
den ist, wobei dem Kältemittel-Verdichter (22, 73) und gegebenenfalls der Einspritz
vorrichtung jeweils eine Druck- oder Temperatur-Meßvorrichtung (39, 40; 49, 51)
vorgeordnet ist und daß zwischen dem Druckausgang (52) des Kältemittel-Ver
dichters (22) und der dieser nachgeordneten Kühleinrichtung eine Bypassleitung
(31) abzweigt und über Steuerventile (27, 28) und Ventile (32, 33) am Einlaß des
Wärmetauschers (15, 16) in Schaltstellung direkt am Druckausgang (52) des
Kältemittel-Verdichters (22) und in einer Schaltstellung über das Expansionsventil
(29, 30) und einen Kondensator (24) am Druckausgang (52) des Kältemit
tel-Verdichters (22) anliegt.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeich
net, daß dem Wärmetauscher (15, 16) des Kältetrockners (5, 6; 64, 65) ein insbeson
dere siebförmig ausgebildetes Luftleitblech (89) nachgeordnet ist, dessen Öffnungs
querschnitt in etwa 50% des gesamten Durchgangsquerschnittes beträgt.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch gekennzeich
net, daß die Geschwindigkeit der zu unterkühlenden Ansaugluft vor dem Wärme
tauscher zwischen 0,6 und 1,3 m/Sek. beträgt.
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