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Verfahren und Anlage zum Trocknen von feuchtem Gut Die Aufgabe der
Trocknung von feuchtem Gut ist in der letzten Zeit stark in den Vordergrund getreten.
Die Trocknung spielt insbesondere eire Rolle bei der Behandlung von Massengütern,
wie Getreide, Holz, Kohle, Torf, Früchte, sowie auch bei der Behandlung von Edelgütern,
wie Stoffen und lackierten Gegenständen.
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Mehr und mehr ist such die Elektrowärme in das Gebiet .des Trocknens
eingedrungen, da man die Vorteile, wie leichte Regelbarkeit, Erzeugung der Wärme
an Ort und Stelle und dadurch Vermeiden langer Wege für die Zufuhr, schätzen gelernt
hat.
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Die Elektrowärme i.st aber in der Erzeugung verhältnismäßig teuer
und hat daher frühzeitig den Blick der Trocknungstechniker auf die Wärmebilanz des
Trocknungsvorganges gelenkt. Eine Dürchrechnung solcher Wärmebilanzen ergibt, daß
die unvermeidlichen Verluste durch Abstrahlen des Trockners und die der Erwärmung
des Gutes nieder zu halten sind. Der Hauptteil der Verluste. entfällt auf jene Wärme,
die mit der Abluft abgeht und die sich zusammensetzt aus der Verdunstungswärme des
aufzutrocknenden Mittels, z. B. Wasser, und der Erwännung -der Abluft, allenfalls
auch eines Abgases, damit dieses die Fähigkeit erhält, Feuchtigkeit abzuführen.
Auch dann ist dieser Wärmeverlust noch groß, wenn man, um .die Erwärmung eines Trägermittels
zu vermeiden, die Verdampfung allenfalls im Vakuum durchführt, da die Verdampfungswärme
auch in einer Abluft den größeren Teil der Verluste darstellt.
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Um ein ziffernmäßiges Beispiel zu geben, kann man sagen, daß selbst
bei gut ausgeführten Trocknungsanlagen mail je Kilogramm wegzutrocknenden Wassers,
günstige Luftverhältnisse vorausgesetzt, 1,5 bis 1,7 kWh benötigen würde.
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Unter Berücksichtigung der derzeitigen Preisverhältnisse für die Kilowattstunde
kommt
eine Trocknungsanlage unter den obigen Gesichtspunkten viel zu teuer, abgesehen
davon, daß es eine Verschwendung bedeutet, beträchtliche Wärmemengen mit der mit
Wasser gesättigten Luft ins Freie fließen zu lassen.
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Es ist nun aus der Literatur bekannt, daß man es schon mehrfach versucht
hat, den hohen Energieverbrauch für die Trocknung und damit die Verluste dadurch
herabzusetzen, daß inan die mit der Luft aus dem Trockner entweichende Wärnie. die
insbesondere die Verdampfungswärrne des Wassers enthält, zurückzugewinnen versucht.
Bisher haben sich im wesentlichen zwei Vorschläge mit dieser Frage befaßt: Der eine
dieser Vorschläge.geht dahin, die Abluft zu verdichten. Bei dieser Verdichtung der
mit Wasser angereicherten Abluft entsteht eine Erwärmung. Es wird also die Luft
auf eine höhere Temperaturstufe gebracht, bei der auf diese Stufe folgenden zweiten
Stufe, bei welcher die Abkühlung der komprimierten Abluft durch ein Kühlmittel,
z. B. Frischluft, erfolgt, wobei die letztere sich erwärmt, fällt ein Großteil des
in der komprimierten Abluft enthaltenen Wassers aus und die t'erdampfungswärirre
wird durch den zum größten Teil auf die Frischluft erfolgten Übergang auf diese
Art und Weise zurückgewonnen.
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Der zweite Vorschlag findet sich in dein Werke von Prof. Bornjakovic,
»Technische Thermo-Dvirainik<,. Gemäß dies-,m Vorschlag wird der Druck der Abluft
mittels einer Luftpumpe herabgesetzt. Durch diese Maßnahme kondensiert ein Teil
des Wassers, die Verdampfungswärme verbleibt in der getrockneten Luft, die nachher
komprimiert wird. Durch eine entsprechende Verbindung von Luftpumpe und Kompressor
läßt sich ein Großteil der aufgewendeten mechanischen Energie zurückgewinnen.
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Rein theoretisch betrachtet arbeiten beide Verfahren richtig. Es werden
hierbei die unvermeidlichen Temperatursprünge beim Wärmeaustausch auf ein Mindestmaß
herabgedrückt; das Entropiediagramm zeigt einen durchaus günstigen Verlauf.
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Beiden obengenannten Verfahren haftet aber der wesentliche Nachteil
an, daß man die gesamte Abluft eines Trocknungsvorgangs durch einen Kompressor bzw.
durch eine Luftpumpe und ehren Kompressor hindurchschicken muß. Ist die sekundliche
Luftmenge groß, wie es ja für den angenommenen hzw. für den später noch angegebenen
Zweck der Fall ist, dann ist dadurch eine außerordentlich große und damit kostspielige
Einrichtung bedingt, die neben diesem Nachteil noch den bedeutender Betriebsverluste
in sich schließt. Daher sind bisher praktische Ausführungen derartiger Trocknungsanlagen
nicht bekanntgeworden.
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Man hat allerdings schon vorgeschlagen, den Wirkungsgrad von Kältemaschinen
dadurch zu verbessern, daß man das an sich bekannte Verfahren des Trocknens feuchter
Luft mittels Kälte in Kombination mit einer Korn-1>r;cssionskältemaachine und die
tiefe Temperatur der Trockenluft noch dazu benützt, um den Kondensator der Kältemaschine
zu kühlen. Dieser Vorschlag geht aber nicht über die Verbesserung des Wirkungsgrades
der Kältemaschine und über die Einsparung an Kühlwasser hinaus. Die auch noch bekannten
sogenannten Klimaanlagen können hier außer Betracht bleiben, da sie lediglich zur
Gleichhaltung einer bestimmten Temperatur und Feuchtigkeit in Räumen dienen, für
welche sie eigens gebaut sind.
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Die Erfindung bezieht sich nun auf ein Verfahren und eine Anlage zum
Trocknen von feuchtem Gut, über welches ein erwärmter trockener Luftstrom geleitet
wird, der die Feuchtigkeit vom Gut aufnimmt und nach außen abführt, wonach die finit
Feuchtigkeit angereicherte Luft zwecks Energierückgewinnung nach oder bei dem '\-erlassen
des Trockirers abgekühlt und entfeuchtet wird. Die Nachteile der oben geschilderten
bekannten Verfahren werden erfindungsgemäß dadurch vermieden, daß die Wärmeenergie
der Abluft im Austausch dem Verdampfer einer Kältemaschine, zweckmäßig einer Kompressionskälteinaschine,
zugeführt wird, wonach der Verdampferinhalt im Kreislauf einem im Frischluftstrom
gelggenen Kondensator zur Gbertragung der aufgenommenen Wärine an den ersteren mittels
eines Kompressors zufließt und von da über ein Entspannungsventil wieder in den
Verdampfer zurückkehrt.
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Das Verfahren vollzieht sich kontinuierlich und in einem in sich geschlossenen
Kreislauf, der vor allem den wesentlichen Vorteil der sehr kleinen Apparatur, ruhender
Maschinenteile, demnach den Vorteil des Entfalles großer bewegter Teile aufweist.
Das geschilderte Verfahren kann dabei entweder nach dem Gleichstromprinzip oder
nach dem Gegenstromprinzip arbeiten. Im folgenden werden die oben angeführten Vorteile
noch näher ausgeführt werden.
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Die Zeichnung zeigt ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung
in vereinfachter Darstellung, und zwar stellt die Abb. i eine Ansicht ;der Gesamtanordnung
dar, während die Abb. 2 und 3 Einzelheiten der Einrichtung gemäß der Abb. i veranschaulichen.
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Mit i sind die Kammern eines Trockners 2
z. B. für
Getreide bezeichnet, wobei an dieser Stelle vorweggenommen werden soll, daß in einem
Trockner auch ein oder mehr als zwei solcher Kammern vorgesehen sein können. Es
soll ferner noch darauf hingewiesen werden, daß die Erfindung nicht auf das Trocknen
von Getreide beschränkt ist.
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Zwei entsprechend weite Rohrleitungen 3 und ,4 sind mit den Kammern
i in der im gezeichneten Ausführungsbeispiel ersichtlichen Weise verbunden. Die
Kammern i sind durch eine Wand 5 ,so voneinander getrennt, daß ein Luftstrom z.
B. zuerst die obere Kammer und dann die untere Kammer durchströmt. - Die Rohrleitung
3 mit der Erweiterung 6 führt zu einem Ventilator 7, der die Frischluft ansaugt
und in den Trockner drückt. Die Rohrleitung q. weist eine Erweiterung 8 auf; sie
führt zweckmäßig die Abluft durch ihren Endstutzen ins Freie. Sie kann aber die
Abluft auch durch eine in der Zeichnung strichliert dargestellte Anschlußrohrleitung
dem Saugstutzen des Ventilators zuführen.
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Mit dem Wärmeträgersystem der Trocknungsluft ist nun thermisch die
Apparatur einer Kältemaschine in der folgenden Weise gemäß der Erfindung gekuppelt:
In der Erweiterung 8 der Rohrleitung .4 ist der Verdampfer einer Kältemaschine,
z-uveckmäßig einer Kompressionskältemaschine, angeordnet, wobei der Verdampfer 8
als Wärmeaustauschgefäß ausgebildet. sein kann. Die mit Wasser .angereicherte Abluft
kühlt sich beim Vorbeiströmen an dem Verdampfer ab, wobei der Großteil des darin
befindlichen Wassers kondensiert und dabei seine Wärme ebenfalls an den Verdampfer
abgibt. Die darin befindliche Verdampferflüssigkeit z. B. 1THs oder S O. o.,dgl.
wird verdampft und hierauf in bekannter Weise durch eine Pumpe angesaugt, verdichtet
und einem Kondensator i i zugeführt, der in der Erweiterung 6 der Rohrleitung 3
angeordnet ist. In dem Kondensator i i wird die höhere Temperatur der Kühlflüssigkeit
durch den Frischluftstrom derart herabgesetzt, daß Verflüssigung einsetzt. Über
ein Reduzierventil iz wird von dem Kondensator i i in bekannter Weise das verflüssigte
Kühlmittel wieder in den Verdampfer zurückgeführt. Die Kühlung im Kondensator erfolgt,
wie erwähnt wurde, durch Frischluft, die dadurch eine Erwärmung erfährt, wonach
,die erwärmte Frischluft dem eigentlichen Trockner zugeführt wird. Dies geschieht
durch die Rohrleitung 2. !in Trockner reichert sich diese Luft unter Abkühlung mit
Wasser an. Diese mit Wasser angereicherte Luft strömt, wie oben ausgeführt wurde,
dein Verdampfer der Kühlmaschine zu und kann entweder ins Freie ausströmen oder
nach Wasserabgabe wieder dem Luftkreislauf zugeführt werden durch einen Rohrstutzen
7a, wie dies in Abb. i strichliert dargestellt ist.
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Zur Deckung der Verluste im Trockner und der unvermeidlichen, durch
die Temperatursprünge hervorgerufenen Verluste dient nun 'teilweise die der Kältemaschine
zugeführte und in Wärme verwandelte mechanische Energie. Diese Energiezufuhr wird
aber in den meisten Fällen noch nicht ausreichen, um alle auftretenden Verluste
zu decken. Es wird also die Frischluft noch eine zusätzliche Erwärmung erfahren
müssen, was ohne weiteres auf elektrischem Wege möglich ist, wie dies in den Abb.2
und 3 dargestellt ist.
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In der Rohrleitung 3 ist oberhalb der Erweiterung 6 eine Erweiterung
3a vorgesehen, in welcher ein elektrischer Heizkörper 14 angeordnet ist. Dieser
elektrische Heizkörper 1q_ wird über einen Regulierwiderstand i5 von einer Stromquelle
15 gespeist, wobei die benötigte zusätzliche Wärmemenge durch den Regulierwiderstand
18 von Hand eingestellt werden kann. Gemäß Abb. 3 kann diese zusätzliche Wärmeabgabestelle
auch vollautomatisch ausgebildet sein. In .diesem Falle ist an Stelle des Handregulators
ein automatischer Regulator 17 mit einem Thermostaten 16 vorgesehen. Allenfalls
kann diese, automatische Regulierung auch mit einer Handregulierung verbunden sein,
um beide Regelungsarten zur Anwendung bringen zu können.
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Ist die Außenluft auf einer entsprechend hohen Temperatur, dann läßt
sich.,diese Tatsache zu einer zusätzlichen Erwärmung aus-. nützen, in dem man diese
schon derart vorgewärmte Luft ansaugt und die Abluft abseits von der Absaugstelle
ausbläst. Man kann dadurch an zuzuführender Wärmeenergie sparen.
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VGie bereits in der Einleitung ausgeführt, sind Trocknungseinrichtungen
bekannt, bei welchen das Gut vorerst einer mäßigen Erwärmung unterworfen wird. worauf
das feuchte Gut unter ein hohes Vakuum gesetzt wird. Hierdurch wird eine weitgehende
Verdampfung des Feuchtigkeitswassers aus dem Gut erzielt.
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In Abänderung der im vorstehenden beschriebenen Erfindung wird nun
weiter vorgeschlagen, den im Hochvakuum gewonnenen Dampf über den Verdampfer einer
Kühlmaschine zu leiten, womit der oben geschilderte Wärmetransport ausgelöst und
durchgeführt wird. Der im Kreislauf der Kältemaschine liegende Kondensator wird
dann gemäß einer weiteren Ausbildung der Erfindung so ausgeführt, daß er als Erwärinungseiement
für das Gut dienen kann. Auch in diesem Falle kann die zusätzliche Erwärmung
in
Form der zugeführten elektrischen Energie zur Deckung der verhältnismäßig geringen
Verluste bestehen bleiben. Auch der doppelte Kreislauf entweder im Gleichstrom oder
im Gegenstrom kann ebenfalls bestehen bleiben. Vorteilhaft bei diesem Verfahren
ist es, daß die Frischlufterwärmung in Wegfall kommen kann.
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Gemäß einer besonderen Ausführungsform der Erfindung kann auch bei
Verwendung von Frischluft als Feuchtigkeitsträger bei Kühlung der Abluft die gewonnene
Wärme nicht nur zur Erwärmung von Frischluft, sondern zur Erwärmung des Gutes selbst
Verwendung finden.
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Bei diesen beiden zuletzt geschilderten Ausführungsformen ist es von
großem Vorteil, daß man wertvolle Lösungsmittel zurückgewinnen kann, die z. B. bei
Lack an Stelle von Wasser verwendet werden und sonst verloren gingen.