EP0638723B1 - Mechanischer Verdichteranlage - Google Patents
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- F04C19/001—General arrangements, plants, flowsheets
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- F04C19/004—Details concerning the operating liquid, e.g. nature, separation, cooling, cleaning, control of the supply
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- F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
- F04C29/04—Heating; Cooling; Heat insulation
- F04C29/042—Heating; Cooling; Heat insulation by injecting a fluid
Definitions
- Such a compressor system is known from WO-A-86/07416.
- an evaporable liquid is introduced into the suction line upstream of the compressor.
- an after-cooling unit is provided in the pressure line connected to the compressor.
- This post-cooling unit consists of a heat exchanger equipped with a fan. Such a post-cooling unit requires not only a considerable installation effort but also a not inconsiderable energy requirement for the fan of the heat exchanger.
- a cooling system is known from US-A-2,385,667, in which a cooling unit consisting of a first and a second chamber is used.
- a cooling unit consisting of a first and a second chamber is used.
- one chamber is connected in series with the suction line leading to the compressor and the other chamber with the pressure line leading away from the compressor. In this way, a certain cooling of the gas heated by the compression process is achieved by the still uncompressed gas.
- the object of the present invention is to provide a compressor system with a mechanical compressor, in which the compressed gaseous medium can be intensively cooled with a low energy requirement and only with a small additional installation effort.
- the exhaust air in the pressure line is warmer than the suction air in the suction line.
- a heat exchange takes place between the exhaust air and the suction air in the post-cooling unit.
- liquid preferably water
- the liquid evaporating during the injection process leads to partial or complete saturation of the suction air in the suction line.
- the heat of vaporization required to evaporate the injected liquid is extracted from the suction air, as a result of which the suction air flowing in the suction line cools down. This increases the temperature gradient between the suction air and the exhaust air, which means that the exhaust air is cooled more due to the improved heat exchange.
- the principle of exhaust air cooling according to the invention is not only limited to rotary vane and Roots pumps, but is also suitable for other mechanical compressors, such as liquid ring machines.
- this principle offers the advantage that an additional proportion of vaporous operating fluid is condensed out of the exhaust air due to the stronger cooling of the exhaust air. After their condensation, the operating liquid can be returned to the liquid circuit or the gas flow.
- the principle of exhaust air cooling according to the invention therefore not only leads to the desired cooling of the exhaust air, but also enables the operating fluid to be recovered. As a result, the operating fluid circuit does not have to be supplemented or only with a reduced amount of operating fluid. A constantly increasing concentration of chemical components, solids and lime in the operating fluid as well as the resulting corrosion, contamination and calcification are thus reliably prevented or delayed.
- a liquid ring machine as a mechanical compressor offers a number of advantages over a rotary vane pump.
- a liquid ring machine is less sensitive to contamination from solids caused by the pumped medium than a rotary vane pump.
- a liquid ring machine functions as a gas scrubber, since it binds the solids of the medium (e.g. dust) in the operating liquid circuit and separates it in the separator (location with the lowest flow rate).
- the impeller of a liquid ring machine works without contact (sealing medium is the operating fluid) and, in contrast to the rotary vane pump, is largely wear-free.
- the liquid ring machine 1 also has an after-cooling unit 7, which is connected with its first chamber 71 into the suction line 2 and with its second chamber 72 into the exhaust air line 5.
- a condensate line 8 branches off from the end 51 of the exhaust air line 5 which is led out of the after-cooling unit 7, through which the condensed operating liquid enters the liquid separator 4 and thus into the operating liquid circuit (solid line) and / or in the gas flow (dashed line) is returned.
- the arrangement of the after-cooling unit 7 is not limited to the exemplary embodiment shown in the drawing.
- the aftercooling unit 7 can also sit directly on the exhaust port of the separator 4. This has the advantage that the condensate runs back directly into the separator 4 due to gravity. This saves the condensate line.
- Operating fluid is injected into the suction line 2 in front of the after-cooling unit 7 via an injection line 9, which branches off from the return line 6 in the exemplary embodiment shown.
- the principle of exhaust air cooling according to the invention is not only limited to liquid ring machines, but is suitable for all mechanical compressors.
- This is shown in FIG. 2 using the example of a dry-running positive displacement pump, which is also designated by 1.
- a suction line 2 is connected to a first connection opening 11 of the displacement pump 1.
- a pressure line 3 is connected to a second, oppositely acting connection opening 12 of the positive displacement pump 1, which in the embodiment shown in FIG. 2 opens directly into an aftercooling unit 7.
- the after-cooling unit 7 consists of two separate chambers 71 and 72. The after-cooling unit 7 is switched with its first chamber 71 into the suction line 2 and with its second chamber 72 into the pressure line 3.
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Description
- Die Erfindung bezieht sich auf eine Verdichteranlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
- Eine solche Verdichteranlage ist durch WO-A-86/07416 bekannt. Bei dieser Anlage wird zum Kühlen des zu verdichtenden Gases strömungsmäßig vor dem Verdichter eine verdampfbare Flüssigkeit in die Saugleitung eingebracht. Um zumindest wieder einen Teil der in Dampfform im verdichteten Gas enthaltenen Flüssigkeit zurückzugewinnen, ist in der mit dem Verdichter verbundenen Druckleitung eine Nachkühleinheit vorgesehen. Diese Nachkühleinheit besteht aus einem mit einem Gebläse versehenen Wärmetauscher. Eine solche Nachkühleinheit erfordert neben einem erheblichen Installationsaufwand auch noch einen nicht unerheblichen Energiebedarf für das Gebläse des Wärmetauschers.
- Durch die US-A-2,385,667 ist ein Kühlsystem bekannt, bei dem ein aus einer ersten und zweiten Kammer bestehende Kühleinheit verwendet wird. Bei dieser Kühleinheit ist die eine Kammer mit der zum Verdichter führenden Saugleitung und die andere Kammer mit der vom Verdichter wegführenden Druckleitung in Reihe geschaltet. Hierdurch wird eine gewisse Kühlung des durch den Verdichtungsvorgang erwärmten Gases durch das noch unverdichtete Gas erreicht.
- Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Verdichteranlage mit einem mechanischen Verdichter zu schaffen, bei der das verdichtete gasförmige Fördermedium mit einem geringen Energiebedarf und nur mit einem geringen zusätzlichen Installationsaufwand intensiv gekühlt werden kann.
- Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruches 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.
- Die Verdichteranlage gemäß Anspruch 1 weist eine Nachkühleinheit auf, die aus zwei getrennten Kammern mit wenigstens einer gemeinsamen Trennwand besteht. Die erste Kammer der Nachkühleinheit ist in die Saugleitung, die vom Fördermedium durchströmt wird, geschaltet. Das die Saugleitung durchströmende Fördermedium wird nachfolgend als Saugluft bezeichnet. Die zweite Kammer der Nachkühleinheit ist in die Druckleitung geschaltet, die von dem aus dem Verdichter ausgeschobenen gasförmigen Fördermedium durchströmt wird. Das die Druckleitung durchströmende Fördermedium wird nachfolgend als Abluft bezeichnet.
- Die Abluft in der Druckleitung ist wärmer als die Saugluft in der Saugleitung. In der Nachkühleinheit findet damit zwischen der Abluft und der Saugluft ein Wärmeaustausch statt. Um die Abkühlung der Abluft zu verstärken, wird über eine Einspritzleitung Flüssigkeit, vorzugsweise Wasser, in die Saugleitung eingespritzt. Die beim Einspritzvorgang verdampfende Flüssigkeit führt in der Saugleitung zur teilweisen oder vollständigen Sättigung der Saugluft. Die zur Verdampfung der eingespritzten Flüssigkeit notwendige Verdampfungswärme wird der Saugluft entzogen, wodurch sich die in der Saugleitung strömende Saugluft abkühlt. Damit wird das Temperaturgefälle zwischen der Saugluft und der Abluft vergrößert, wodurch die Abluft aufgrund des verbesserten Wärmeaustausches stärker gekühlt wird.
- Das erfindungsgemäße Prinzip der Abluftkühlung ist nicht nur auf Drehschieber- und Wälzkolbenpumpen beschränkt, sondern eignet sich auch für andere mechanische Verdichter, wie z.B. Flüssigkeitsringmaschinen. Bei Flüssigkeitsringmaschinen bietet dieses Prinzip den Vorteil, daß durch die stärkere Abkühlung der Abluft ein zusätzlicher Anteil an dampfförmiger Betriebsflüssigkeit aus der Abluft herauskondensiert wird. Nach ihrer Kondensation kann die Betriebsflüssigkeit wieder in den Flüssigkeitskreislauf bzw. in den Gasdurchlauf zurückgeführt werden. Das erfindungsgemäße Prinzip der Abluftkühlung führt also nicht nur zu der gewünschten Abkühlung der Abluft, sondern ermöglicht auch eine Rückgewinnung der Betriebsflüssigkeit. Dadurch muß der Betriebsflüssigkeitskreislauf nicht bzw. nur mit einer reduzierten Menge an Betriebsflüssigkeit ergänzt werden. Eine ständig steigende Konzentration von chemischen Bestandteilen, Feststoffen und Kalk in der Betriebsflüssigkeit sowie die daraus resultierende Korrosion, Verschmutzung und Verkalkung werden somit zuverlässig verhindert bzw. verzögert.
- Die Verwendung einer Flüssigkeitsringmaschine als mechanischen Verdichter bietet gegenüber einer Drehschieberpumpe eine Vielzahl von Vorteilen. So ist eine Flüssigkeitsringmaschine gegenüber einer vom Fördermedium verursachten Verschmutzung durch Feststoffe unempfindlicher als eine Drehschieberpumpe. Weiterhin fungiert eine Flüssigkeitsringmaschine als Gaswäscher, da sie die Feststoffe des Fördermediums (z.B. Staub) im Betriebsflüssigkeitskreislauf bindet und im Abscheider (Ort mit der geringsten Strömungsgeschwindigkeit) abscheidet. Darüber hinaus arbeitet das Laufrad einer Flüssigkeitsringmaschine berührungslos (Abdichtmedium ist die Betriebsflüssigkeit) und damit, im Gegensatz zur Drehschieberpumpe, weitestgehend verschleißfrei.
- Bei der Nachkühleinheit sind unter dem Begriff Kammer alle konstruktiven Möglichkeiten zu verstehen, die wenigstens eine als Wärmeübertragungsfläche dienende Trennwand zwischen der Saugleitung und der Abluftleitung aufweisen. Dies kann z.B. auch durch ein ineinandergreifendes Geflecht von Rohrleitungen erzielt werden.
- Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausgestaltungen werden im folgenden anhand eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert; darin zeigen:
- FIG 1
- eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen mechanischen Verdichters,
- FIG 2
- eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen mechanischen Verdichters.
- In FIG 1 ist mit 1 ein als Flüssigkeitsringmaschine ausgebildeter mechanischer Verdichter bezeichnet. An eine erste Anschlußöffnung 11 der Flüssigkeitsringmaschine 1 ist eine Saugleitung 2 geschaltet. An eine zweite, entgegengesetzt wirkende Anschlußöffnung 12 ist der Flüssigkeitsringmaschine 1 über eine Verbindungsleitung 3 ein Flüssigkeitsabscheider 4 nachgeschaltet.
- Der Flüssigkeitsabscheider 4 weist eine Abluftleitung 5 auf und ist über eine Rücklaufleitung 6 mit der Flüssigkeitsringmaschine 1 verbunden.
- Die Flüssigkeitsringmaschine 1 weist weiterhin eine Nachkühleinheit 7 auf, die mit ihrer ersten Kammer 71 in die Saugleitung 2 und mit ihrer zweiten Kammer 72 in die Abluftleitung 5 geschaltet ist. In der in der Zeichnung dargestellten Ausgestaltung der Flüssigkeitsringmaschine 1 zweigt von dem aus der Nachkühleinheit 7 herausgeführten Ende 51 der Abluftleitung 5 eine Kondensatleitung 8 ab, durch die die kondensierte Betriebsflüssigkeit in den Flüssigkeitsabscheider 4 und damit in den Betriebsflüssigkeitskreislauf (durchzogene Linie) und/oder in den Gasdurchlauf (gestrichelte Linie) zurückgeführt wird.
- Die Kondensatleitung 8 muß nicht notwendigerweise von dem Ende 51 der Abluftleitung 5 abzweigen; die Kondensatleitung 8 kann vielmehr auch direkt von der Kammer 72 der Nachkühleinheit 7 herausgeführt und dann wiederum in die Saugleitung 2 oder in den Flüssigkeitsabscheider 4 münden.
- Die Anordnung der Nachkühleinheit 7 ist nicht auf das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. Die Nachkühleinheit 7 kann auch direkt auf dem Abluftstutzen des Abscheiders 4 sitzen. Dies hat den Vorteil, daß das Kondensat aufgrund der Schwerkraft direkt in den Abscheider 4 zurückläuft. Die Kondensatleitung wird dadurch eingespart.
- Über eine Einspritzleitung 9, die im gezeigten Ausführungsbeispiel von der Rücklaufleitung 6 abzweigt, wird vor der Nachkühleinheit 7 in die Saugleitung 2 Betriebsflüssigkeit eingespritzt.
- Die im Flüssigkeitsabscheider 4 aus dem gasförmigen Fördermedium abgeschiedene Betriebsflüssigkeit wird durch ein in der Rücklaufleitung 6 angeordneten Wärmetauscher 10 gekühlt. Über die Einspritzleitung 9 wird damit nur gekühlte Betriebsflüssigkeit in die Saugleitung 2 eingespritzt.
- Das in der Saugleitung 2 strömende Fördermedium wird durch die beim Einspritzen verdampfende Betriebsflüssigkeit, vorzugsweise Wasser, teilweise oder vollständig gesättigt. Die zur Verdampfung der eingespritzten Betriebsflüssigkeit notwendige Verdampfungswärme wird dem Fördermedium in der Saugleitung entzogen, wodurch sich das Fördermedium abkühlt. Damit wird das bereits vorhandene Temperaturgefälle zwischen dem in der Saugleitung 2 strömenden Fördermedium (Saugluft) und dem in der Abluftleitung 5 strömenden Fördermedium (Abluft) vergrößert.
- Die in FIG 1 dargestellte Flüssigkeitsringmaschine 1 arbeitet in einem geschlossenen Betriebsflüssigkeitskreislauf. Abhängig vom Ansaugdruck ist dadurch nur eine geringe bis gar keine Zugabe von Betriebsflüssigkeit (Ergänzungswasser, das chemische Bestandteile, Feststoffe und Kalk enthält) notwendig. Damit wird die von den chemischen Bestandteilen verursachte Korrosion und die Verschmutzung durch Feststoffe sowie die Verkalkung zuverlässig verhindert bzw. verzögert.
- Das erfindungsgemäße Prinzip der Abluftkühlung ist nicht nur auf Flüssigkeitsringmaschinen beschränkt, sondern eignet sich für alle mechanischen Verdichter. In FIG 2 ist dies am Beispiel einer trockenlaufenden Verdrängerpumpe gezeigt, die ebenfalls mit 1 bezeichnet ist. An eine erste Anschlußöffnung 11 der Verdrängerpumpe 1 ist eine Saugleitung 2 geschaltet. An eine zweite, entgegengesetzt wirkende Anschlußöffnung 12 der Verdrängerpumpe 1 ist eine Druckleitung 3 geschaltet, die bei dem in FIG 2 gezeigten Ausführungsbeispiel direkt in eine Nachkühleinheit 7 mündet. Die Nachkühleinheit 7 besteht aus zwei getrennten Kammern 71 und 72. Die Nachkühleinheit 7 ist mit ihrer ersten Kammer 71 in die Saugleitung 2 und mit ihrer zweiten Kammer 72 in die Druckleitung 3 geschaltet.
- Über eine Einspritzleitung 9 wird vor der Nachkühleinheit 7 in die Saugleitung 2 gekühlte Flüssigkeit eingespritzt. Diese Flüssigkeit kann z.B. aus dem Prozeßkreislauf entnommen werden. Durch die Einspritzung von Flüssigkeit in die Saugleitung 2 wird der bereits bei FIG 1 beschriebene Kühleffekt erzielt.
Claims (6)
- Verdichteranlage mit einem mechanischen Verdichter, der eine erste und zweite Anschlußöffnung (11, 12) aufweist, wobei an die erste Anschlußöffnung (11) eine Saugleitung (2) und an die zweite Anschlußöffnung (12) eine Druckleitung (3; 5) angeschlossen ist, bei welcher Anlage ferner mittels einer Einspritzleitung (9) Flüssigkeit in die Saugleitung (2) eingespritzt wird und im Zuge der Druckleitung (3; 5) eine dem Verdichter strömungsmäßig nachgeordnete Nachkühleinheit (7) vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet,- daß die Nachkühleinheit (7) aus zwei getrennten Kammern (71; 72) mit wenigstens einer Trennwand besteht, wobei die erste Kammer (71) mit der Saugleitung (2) und die zweite Kammer (72) mit der Druckleitung (3; 5) in Reihe geschaltet ist,- daß ferner die Einspritzleitung (9) strömungsmäßig vor der Nachkühleinheit (7) und/oder innerhalb der Nachkühleinheit (7) in die Saugleitung mündet.
- Verdichteranlage nach Anspruch 1, mit einem als Flüssigkeitsringmaschine ausgebildeten, mechanischen Verdichter, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:- die Druckleitung umfaßt eine Verbindungsleitung (3), durch die ein Flüssigkeitsabscheider (4) an die zweite Anschlußöffnung (12) der Flüssigkeitsringmaschine (1) geschaltet ist, sowie wenigstens eine aus dem Flüssigkeitsabscheider (4) herausgeführte Abluftleitung,- der Flüssigkeitsabscheider (4) weist wenigstens eine zur Flüssigkeitsringmaschine (1) zurückführende Rücklaufleitung (6) auf,- die Nachkühleinheit (7) ist mit ihrer zweiten Kammer (72) in die Abluftleitung (5) geschaltet,- aus der zweiten Kammer (72) der Nachkühleinheit (7) ist das Kondensat in den Betriebsflüssigkeitskreislauf und/oder in den Gasdurchlauf rückführbar.
- Verdichteranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichet, daß in die Rücklaufleitung (6) ein Wärmetauscher (10) geschaltet ist.
- Verdichteranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichet, daß die Einspritzleitung (9) zwischen Wärmetauscher (10) und Flüssigkeitsringmaschine (1) von der Rücklaufleitung (6) abzweigt.
- Verdichteranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Warmetauscher (10) als Luftkühler ausgebildet ist.
- Verdichteranlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichet, daß die Kondensatrückführung über eine Kondensatleitung (8) erfolgt, die von dem aus der Nachkühleinheit (7) herausgeführten Ende (51) der Abluftleitung (5) abzweigt.
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