DE4446204C1 - Vorrichtung zum Aufheizen und Trocknen von Teilen mit hygroskopischen Elektro-Isolierungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Aufheizen von Teilen mit hygroskopischen Elektro-Isolierungen auf Zellstoff- und/oder Kunststoffbasis zum Zwecke der Trocknung unter Vakuum gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Es gibt verschiedene Verfahren, nach denen Teile, die im Vakuum getrocknet werden sollen, auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Kondensationsaufheizverfahren, geläufiger unter der Bezeichnung Vapour-Phase-Verfahren. Ein solches Verfahren bzw. eine entsprechende Vorrichtung ist aus der DE 30 38 493 C1 bekannt. Dabei befinden sich die zu trocknenden Teile - es handelt sich i. w. um papierisolierte elektrische Teile, wie bspw. Transformatoren, Kondensatoren, Stromwandler Stromdurchführungen etc. - in einer vakuumdichten Kammer oder in einem vakuumdichten Gehäuse. Bevor die Papierisolierungen zur Erhöhung ihrer Durchschlagsfestigkeit mit Transformatorenöl imprägniert werden, muß ihnen das aufgrund der Luftfeuchte im Papier gelöste Wasser entzogen werden. Dazu werden die Geräte unter Vakuum aufgeheizt. Dabei verdampft das Wasser und wird in dem der Vakuumpumpe vorgeschalteten Kondensator niedergeschlagen. Zum Aufheizen der Teile auf die erforderliche Trocknungstemperatur wird der Dampf einer niedrig siedenden Flüssigkeit, wie z. B. Kerosin, als Heizmedium in die Kammer eingelassen. Bei der Kondensation des Dampfes auf den noch kälteren Oberflächen der Teile geht die freiwerdende Kondensationswärme auf diese über und erhöht die Temperatur. Das abfließende Kondensat löst das aus den Teilen aufgenommene Öl bzw. die anhaftenden Reste von Öl, das insbesondere bei der Wiederaufarbeitung von Transformatoren in erheblichen Mengen auftreten kann. Zur Wiederverwendung der Heizflüssigkeit wird die abfließende Flüssigkeit aufgefangen und durch eine Förderpumpe einem Verdampfer zugeführt. Aufgrund der zunehmenden Anreicherung des höher siedenden Öles im Wärmeträgerkreislauf verringert sich der Dampfdruck der Heizflüssigkeit. Dadurch nimmt die Verdampferleistung ab und die notwendige Temperatur wird an den aufzuheizenden Teilen nicht mehr erreicht. Demgemäß ist in der DE 30 38 493 C1 ein Verfahren zur kontinuierlichen Abscheidung der aus der Isolation der Bauteile ausgewaschenen höher siedenden Flüssigkeit mittels eines Fallfilmverdampfers vorgesehen. Nachteilig hierbei ist, daß die Lösung aus dem eigentlichen Verdampfer mittels einer Förderpumpe und einer aufwendigen Steuerungstechnik in einen Nachverdampfer gefördert bzw. durch eine relativ große Bauhöhe das erforderliche Gefälle erzeugt werden muß oder bei kleiner Höhenausdehnung eine besondere Bauform mit großer Wärmetauscherfläche erforderlich ist.

Eine Vorrichtung zum Aufheizen und Trocknen von Teilen unter Vakuum mittels Kondensationsaufheizverfahren ist auch aus der DE 25 52 746 bekannt, wobei als Dampferzeuger ein Dünnschichtverdampfer eingesetzt wird mit unterhalb des Verdampfers angeordnetem Gefäß zum Sammeln der nicht verdampften, höher siedenden Anteile, insbesondere dem den zu trocknenden Teilen anhaftenden Ölen. Auch diese bekannte Anlage ist mit ähnlichen Nachteilen behaftet.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art eine selbsttätige Zuführung der aufkonzentrierten Lösung in den Nachverdampfer zur restlichen Abscheidung der höher siedenden Flüssigkeit zu erreichen.

Zur Lösung der Aufgabe ist es nach der Erfindung i. w. vorgesehen, daß der Verdampfer als Durchflußverdampfer mit aufsteigendem Flüssigkeitsstrom ausgebildet ist.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz eines an sich bekannten Durchflußverdampfers mit aufsteigendem Flüssigkeitsstrom (vgl. z. B. Reinhard Billet: Verdampfung und ihre technische Anwendungen, Verlag Chemie, Weinheim 1981, Seite 142 bis 144) kann auf zusätzliche Förderpumpen und eine aufwendige Steuereinrichtung verzichtet werden. Gleichzeitig ist hierdurch eine Anlage mit geringer Bauhöhe ermöglicht. Durch die Erfindung ist weiterhin erreicht, daß man bei der Ausgestaltung des Nachverdampfers offen ist hinsichtlich spezieller Ausführungsformen. Erfindungsgemäß kann dabei der Nachverdampfer auf etwa gleicher geodätischer Höhe wie der Verdampfer angeordnet sein.

Nach einer ersten besonderen Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, daß Verdampfer und Abscheideraum räumlich voneinander getrennt sind, derart, daß die nicht aufkonzentrierten Bestandteile nicht in den Abscheideraum gelangen. Hierdurch ist erreicht, daß kein unnötiger Wärmeverlust dadurch entsteht, daß Heizflüssigkeit zusätzlich im Nachverdampfer verdampft werden muß.

Nach einem Gedanken der Erfindung ist es auch vorgesehen, daß der Verdampfer als Umlaufverdampfer mit wenigstens in zwei Kammern unterteiltem Siederaum ausgebildet ist. Hierdurch ist ein kompakter Aufbau mit geringer Bauhöhe erreicht, da die notwendige Rohrlänge des Verdampfers, auf zwei oder mehrere nebeneinander angeordnete Rohrsysteme verteilt, erzeugt wird.

Nach einem Gedanken der Erfindung kann der Verdampfer auch als Wärmetauscher mit über eine Drucksperre nachgeschaltetem Expansions- bzw. Abscheideraum ausgebildet sein, wodurch bei kleiner Baugröße auf ein vergleichsweise preiswertes, standardmäßiges Bauteil zurückgegriffen werden kann.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, daß der Nachverdampfer als Fallfilmverdampfer oder Destillationskolonne ausgebildet ist, wodurch der Verlust an Heizflüssigkeit wesentlich reduziert ist.

Erfindungsgemäß kann in konstruktiv einfacher Weise auch der Haupt- und Nachverdampfer in einer Baueinheit zusammengefaßt sein, was ebenfalls zu einem äußerst kompakten Aufbau und einer relativ günstigen Baueinheit führt.

Nach einem Vorschlag der Erfindung ist es vorgesehen, daß die Drucksperre als ein U-förmig ausgebildetes Rohr oder Siphon ausgebildet ist. Gegenüber Schwimmeranordnung ergibt sich hierdurch eine wesentlich einfachere und funktionssichere Konstruktion.

Grundsätzlich ist zu berücksichtigen, daß bei steigender Temperatur von Vakuumkammer und aufzuheizenden Teilen letztere die angebotene Energie in Form des Kerosindampfes nicht mehr in vollem Umfang aufnehmen, d. h. es verdampft nur ein Teil der dem Verdampfer zugeführten Wärmeträgerflüssigkeit. Dadurch erhöht sich der Anteil an Wärmeträger in der dem Nachverdampfer zugeführten Lösung. Eine Abhilfe kann erfindungsgemäß dadurch geschaffen werden, daß die Temperatur in der Trockenkammer, vorzugsweise die Temperatur an den aufzuheizenden Teilen, überwacht wird oder eine Überwachung der Konzentration der Lösung durch Dichtemessung, bspw. an der Zuführungsleitung zum Nachverdampfer, vorgenommen wird, um den geeigneten Zeitpunkt zu bestimmen, an dem die Lösung nicht mehr dem Nachverdampfer, sondern dem Wärmeträgerkreislauf zugeführt wird. Damit wird die Abscheidung der höher siedenden Flüssigkeit unterbrochen. Dies hat insofern keinen Nachteil, da das Öl aus den Teilen bereits weitestgehend ausgewaschen ist und seine geringe Konzentration nicht mehr stört. Dadurch wird eine Erhöhung der dem Kondensator zugeführten Energie bei gleichbleibendem Kerosindurchsatz vermieden. Auf diese Art ist auch eine Anpassung der Verdampferleistung an die verminderte Energieaufnahme der Vakuumkammer samt Charge möglich. Insgesamt führt die erfindungsgemäße Steuerung zu einer wesentlichen Reduzierung des Energiebedarfs. Alternativ kann auch der Durchsatz der Förderpumpe durch geeignete Maßnahmen entsprechend verringert werden.

Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ablaufschema einer möglichen Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 einen Ausschnitt des Ablaufschemas gemäß Fig. 1, jedoch mit einer als Mehrkammer-Verdampfer ausgebildeten Verdampfereinrichtung,

Fig. 3 einen Ausschnitt des Ablaufschemas gemäß Fig. 1, jedoch mit einem Entspannungsverdampfer und

Fig. 4 einen Ausschnitt aus einem Ablaufschema, ähnlich Fig. 1, jedoch mit räumlich voneinander getrennten Hauptverdampfer und Abscheideraum.

Gemäß Fig. 1 befinden sich in einem Vakuumkessel 1 die zu trocknenden Teile 2. Der Vakuumkessel 1 wird anfänglich mit einer Vakuumpumpe 16 mit vorgeschaltetem Kondensator 15 evakuiert. Im weiteren Verlauf des Trocknungsprozesses werden aus den Teilen 2 austretender Wasserdampf und in das Vakuumsystem einströmende Leckluft mit einer Vakuumpumpe 13 und einem Kondensator 11 über eine Reguliereinrichtung 12 abgesaugt. Die Reguliereinrichtung 12 erzeugt eine Drucksperre zwischen Vakuumkessel 1 und Kondensatoren 8 und 11.

Von einem Verdampfer 3 wird über eine Rohrleitung 4 Kerosindampf in den Vakuumkessel 1 eingeführt. Der Kerosindampf kondensiert an den Oberflächen der Teile 2 und gibt seine Kondensationswärme an die Teile 2 ab, wodurch deren Temperatur im Hinblick auf die gewünschte Trocknung der Teile erhöht wird. Das abfließende Kondensat sammelt sich in einem Behälter 9 und wird von einer Förderpumpe 10 in den Verdampfer 3 zurückgeführt. In dem Verdampferteil 3.1 wird dem Kerosin die Verdampfungswärme erneut zugeführt. Der Dampf strömt aus den Rohren 3.4 in den Expansionsraum 3.2 des Verdampfers 3, mitgerissene Flüssigkeit wird mit Hilfe der Einbauten 3.3 abgeschieden. Der Dampf strömt dann über die Rohrleitung 4 in den Vakuumkessel 1, wie vorstehend bereits beschrieben.

Reines Kerosin verdampft in den vertikalen Rohren 3.4 vollständig. Führt dagegen das in den Behälter 9 abfließende Kerosinkondensat aus den Teilen 2 ausgewaschenes Transformatorenöl mit sich, so wird das Öl in den Rohren 3.4 durch Verdampfen des Kerosins weitestgehend abgeschieden. Die verbleibende Kerosin-/Öllösung wird dann von dem Kerosindampf in den Rohren 3.4 als Film nach oben getrieben, sammelt sich im Expansionsraum 3.2 und läuft in Folge Schwerkraft über das Ventil 5 und die Drucksperre 6 in die Nachverdampfungseinrichtung 7.

Der Nachverdampfer wird durch die Vakuumpumpe 13 und den Kondensator 8 evakuiert und auf niedrigerem Druck als der Hauptverdampfer 3 gehalten. Dadurch verdampft aus der dem Nachverdampfer 7 zugeführten Lösung der restliche Kerosinanteil, kondensiert im Kondensator 8, wobei das Kondensat in den Behälter 9 abläuft. Das nicht verdampfende Öl wird mit der Austragpumpe 20 aus dem Sumpf des Nachverdampfers 7 zur anderweitigen Verwendung abgepumpt. Nach Überschreitung einer vorgegebenen Temperatur an den Teilen 2 bzw. Erreichen einer vorgegebenen Konzentration, z. B. bestimmt mit einem Dichtemeßgerät 19, wird das Ventil 5 geschlossen und das Ventil 18 geöffnet, so daß unter Vermeidung von Energieaufwand im Nachverdampfer das mit vernachlässigbar geringem Ölgehalt verunreinigte Kerosin direkt dem Behälter 9 zugeführt wird.

Der Verdampfer 3 kann auch als Umlaufverdampfer, z. B. zum Anfahren und chargenweisen Eindampfen, eingesetzt werden, indem das Ventil 17 geöffnet wird.

Selbstverständlich ist es auch möglich, ohne Vakuumkessel 1 auszukommen und an dessen Stelle den Kondensator 11 einzusetzen. Allerdings erfolgt dann keine konstante Abscheidung während der Aufheizung.

Bei eingeschränkten Raumverhältnissen am Aufstellungsort der Vorrichtung wird der notwendigerweise hochbauende Verdampferteil 3.1 unterteilt in zwei oder mehrere Teilverdampfer, wie bspw. bei dem Zwei-Kammer-Verdampfer gemäß Fig. 2. Das aufgrund der verminderten Höhe im ersten Teil 3.1.1 nicht verdampfte Kerosin läuft aufgrund der Mammutpumpen- Wirkung im Expansionsraum 3.2 in einen durch eine Zwischenwand 21 abgetrennten Raum und durch die Rücklaufleitung 22 dem nachfolgenden Verdampferteil 3.1.2 zu. Dort erfolgt die weitere Verdampfung mit Ausbildung des Steigfilms zur Vortrennung bei Vorhandensein von Transformatorenöl. Der weitere Trennprozeß erfolgt entsprechend der in Fig. 1 beschriebenen Anlage.

Eine weitere Ausführungsvariante gemäß Fig. 3 sieht vor, daß man Kerosin bzw. Kerosin-/Öllösung in einem Wärmetauscher 23 unter einem durch das Ventil 24 bestimmten Überdruck auf eine erhöhte Temperatur erwärmt und in den Expansionsraum 3.2 expandieren läßt. Das Kerosin verdampft entsprechend der Übertemperatur anteilmäßig, wobei durch die Entnahme der Verdampfungswärme die Dampftemperatur soweit heruntergesetzt wird, daß die zu trocknenden Teile nicht geschädigt werden. Um den Energieverbrauch auf ein Mindestmaß zu begrenzen, läuft der nicht verdampfende Kerosinanteil über das Ventil 18 und den Behälter 9 in den Kreislauf zurück. Aufkonzentrierte Kerosin-/Öl­ lösung wird dagegen dem Nachverdampfer 7 zugeführt.

Das Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 unterscheidet sich von demjenigen gemäß den vorangegangenen Figuren dadurch, daß Hauptverdampfer 3.1 und Abscheidebehälter 3.2 räumlich voneinander getrennt und über eine Rohrleitung miteinander verbunden sind. Hierdurch ist erreicht, daß mitgerissene, und nicht aufkonzentrierte Heizflüssigkeit in die Verdampferrohre 3.4 zurückfallen und nicht in den Abscheideraum 3.2 gelangen. Auch hierdurch ist der Energieverbrauch reduziert. Ansonsten sind bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 die den übrigen Ausführungsbeispielen entsprechenden Bauteile mit identischen Bezugszeichen versehen, so daß insoweit auf eine Beschreibung verzichtet werden kann.

Claims (7)

1. Vorrichtung zum Aufheizen und Trocknen von Teilen (2) mit hygroskopischen Elektro-Isolierungen auf Zellstoff­ und/oder Kunststoffbasis, insbesondere Transformatoren, Kondensatoren, Meßwandler oder Stromdurchführen, unter Vakuum durch die Kondensationswärme des Dampfes einer Heizflüssigkeit, wobei während der Aufheizung aus den Teilen (2) mindestens eine höher siedende zweite Flüssigkeit anfällt, die mit der Heizflüssigkeit eine Lösung bildet, und durch Abtrennen der höher siedenden Flüssigkeit durch Einsatz eines Verdampfers, welche einen evakuierbaren Kessel (1), eine Vakuumpumpe (13), wenigstens einen Dampfkondensator (8, 11) vor der Vakuumpumpe (13) und einen Verdampfer (3) mit nachgeschalteter Drucksperre (6) aufweist, durch die die nicht verdampfenden Teile der höher siedenden Flüssigkeit abfließen, und wobei der Drucksperre (6) ein Nachverdampfer (7) nachgeschaltet ist mit einer Verbindungsleitung zum Kondensator (8), in welchem die Restkonzentration der Heizflüssigkeit auf die dem Dampfdruck im Kondensator (8) entsprechenden Werte erniedrigt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer als Durchflußverdampfer (3) mit aufsteigendem Flüssigkeitsstrom ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Verdampfer (3.1) und Abscheideraum (3.2) räumlich voneinander getrennt sind, derart, daß die nicht aufkonzentrierten Bestandteile nicht in den Abscheideraum (3.2) gelangen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer als Umlaufverdampfer mit wenigstens in zwei Kammern unterteiltem Siederaum (21) ausgebildet ist (Fig. 2).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfer als Wärmetauscher (23) mit über eine Drucksperre (24) nachgeschaltetem Expansions- bzw. Abscheideraum (3.2, 3.3) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Nachverdampfer (7) als Fallfilmverdampfer oder Destillationskolone ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Drucksperre als ein U-förmig ausgebildetes Rohr oder Siphon ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Steuerung zum Umschalten der dem Nachverdampfer (7) zugeführten Lösung vorgesehen ist, wobei die Umschaltung in Abhängigkeit von der Dichte der Lösung oder der Temperatur der aufzuheizenden Teile erfolgt.