EP1248061A1 - Verfahren zum Trocknen von Feststoffisolationen eines elektrischen Gerätes - Google Patents

Verfahren zum Trocknen von Feststoffisolationen eines elektrischen Gerätes Download PDF

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EP1248061A1
EP1248061A1 EP01810345A EP01810345A EP1248061A1 EP 1248061 A1 EP1248061 A1 EP 1248061A1 EP 01810345 A EP01810345 A EP 01810345A EP 01810345 A EP01810345 A EP 01810345A EP 1248061 A1 EP1248061 A1 EP 1248061A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
solvent
water
autoclave
amount
condenser
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP01810345A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Paul Gmeiner
Steen Frydenlund Nielsen
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
ABB Schweiz AG
Original Assignee
Micafil AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Micafil AG filed Critical Micafil AG
Priority to EP01810345A priority Critical patent/EP1248061A1/de
Priority to US10/107,218 priority patent/US20020178812A1/en
Publication of EP1248061A1 publication Critical patent/EP1248061A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
    • F26B5/04—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum
    • F26B5/042—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum for drying articles or discrete batches of material in a continuous or semi-continuous operation, e.g. with locks or other air tight arrangements for charging/discharging
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements for supplying or controlling air or other gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/40—Arrangements for supplying or controlling air or other gases for drying solid materials or objects using gases other than air
    • F26B21/471—Arrangements for supplying or controlling air or other gases for drying solid materials or objects using gases other than air condensing vapours onto the surface of the materials to be dried

Definitions

  • the invention is based on a method for drying the Solid insulation of an electrical device after the common Preamble of claims 1 and 3.
  • the heat of condensation becomes one in one Evaporators produce solvent vapor for quick and gentle heating the solid insulation of the autoclave kept in negative pressure used electrical device.
  • a condensation and separation device in which the Vapor mixture condenses and from the solvent water condensate formed in the process Water is excreted.
  • any insulating oil present in the solid insulation is replaced by the condensed solvent removed from the solid insulation.
  • the one here Solvent insulating oil solution formed is collected at the bottom of the autoclave. The solvent is removed from this solution by subsequent distillation the remaining insulating oil is removed from the device.
  • a method of the type mentioned at the outset is by P. K. Gmeiner in the Company name of Micafil Vacuum Technology AG, Zurich, MTV / E 02923000/22 "Modern vapor drying processes and plants", especially p.5. at This method is used when heating solid insulation in one evacuated autoclave formed solvent-water-vapor mixture outside of the autoclave condensed.
  • the one removed from the autoclave per unit of time Amount of steam mixture is measured using a between the autoclave and a capacitor arranged control valve kept constant. It can the partial pressure of the water and thus also the progression of the Drying process can be assessed.
  • the object of the invention is as set out in the claims based on the energy requirements of the method mentioned at the beginning with simple Reduce funds.
  • the process-specific evaluation factor is generally determined before the start of the Drying process formed from empirically determined data and in one Control and regulation device saved. So it is a target-actual comparison with simple means possible with sufficiently good accuracy.
  • the flow rate of the steam mixture becomes indirect by changing the cooling of the condenser, so a steam control valve between the Autoclaves and the condenser are eliminated.
  • the capacitor can then generally even directly on the autoclave without any additional assembly equipment can be scheduled.
  • the cooling of the capacitor changed by controlling the flow rate through the condenser guided inert gas or by regulating the flow rate of cooling water.
  • 10 denotes one heatable and evacuable autoclave in which an evaporator 20 for a solvent and a heat recuperator 30 are arranged.
  • an object to be dried for example a hygroscopic one Electrical device 40 having solid insulation, such as a transformer.
  • the heat recuperator is connected to a condenser 50 via a pipeline 51 connected. It is connected to a solvent by a pipeline 81 Separating vessel 70 removing solvent feed pump 80 connectable.
  • the heat recuperator 30 is oriented vertically and has one predominantly extending parallel to an autoclave side wall 11 and as a guide element acting boundary wall 31. This wall bounded together with the Autoclave side wall 11 a shaft-like space 32 which over an in the area of the autoclave bottom 1 opening 33 with the Evaporator 20 containing the interior of the autoclave is connected.
  • the Opening 33 is slit-shaped and extends predominantly horizontally about the depth of the autoclave 10 determined by the side wall 11
  • the upper end of the space 32 opens into the pipeline 51, which is vacuum-tight through the Autoclave side wall 11 is guided to the outside.
  • the room 32 is in two a heat exchange path 34 arranged vertically one above the other and in each case one and 35 divided for a heat-absorbing medium sub-areas.
  • the subspace containing the route 34 is a first stage 36 and that Section 35 containing subspace of a second stage 37 of the heat recuperator assigned.
  • the lower end of the line 34 or 35 acts with the vacuum-tight through the wall 11 led pipe 81 or a vacuum-tight through the wall 11 led pipe 12 together, whereas the upper End of the line 34 into the end of the pipeline 12 and into the space 32 the upper end of the line 35 into a pipeline leading to the evaporator 20 21 flows into.
  • the routes 34 and 35 can, for example, as pipe sections be executed.
  • the pipeline 21 can - as indicated by dashed lines - if necessary, vacuum-tight through the autoclave wall to an external one Evaporator 22 can be performed. This external evaporator is connected via a valve 23 connectable to the autoclave 10.
  • the condenser 50 is connected to the separation vessel 70 via a flow meter 54 connected. Via a valve 53, the capacitor 50 is also connected to a Vacuum system 60 connectable.
  • the capacitor 50 can also be a Inert gas control valve 61 can be connected to the vacuum system 60. In this Connection is between an outlet from the capacitor 50 - or an outlet from the connection between the condenser 50 and the separation vessel 70 - And the control valve 61 with an inert gas source, such as air or Nitrogen, connected inlet valve 62.
  • a cooling water control valve 52 is arranged in a cooling water supply of the Condenser 50.
  • the output signals of the flow meter 54 and one on the separation vessel 70 provided level sensor 71 are a control and regulating device 90 fed.
  • the control and regulating device processes these signals and forms control signals for valves 52, 61 and 62.
  • An outlet is provided in the separation vessel 70, which is fed via the feed pump 80 with a solvent reservoir 82 or optionally with pipeline 81 is connectable.
  • the connection to the solvent storage vessel 82 can be via a valve 83 and that to the pipeline 81 can be produced via a valve 84.
  • the Pump 80 is followed by a flow meter 85, the measurement signals the control and regulating device 90 are supplied.
  • a drain is provided, which via a Feed pump 86 and a valve 87 either with the pipe 12 or through the Feed pump 86 and a valve 88 with a reservoir for insulating oil, which washed out of the solid insulation when condensing the solvent becomes connectable.
  • a pressure measuring device 13 is also attached to the autoclave Can determine partial pressure of the water vapor in the autoclave and forwards corresponding signals to the control and regulating device.
  • 55 denotes a temperature sensor, which the temperature of the Condenser 50 removed cooling water detected.
  • the operation of this device is as follows: To dry the solid insulation of the electrical device 40, the autoclave 10 loaded with the solid insulation is first evacuated with the vacuum application 60. When the valve 53 is closed, the evaporator 12 and / or the evaporator 22 generates solvent vapor, which condenses on the solid insulation and thereby heats it up. At the same time, the condensed solvent dissolves any insulating oil or other contaminants present in the solid insulation.
  • the solvent condensate which may contain oil, collects at the bottom of the evacuated autoclave and is pumped into the heat exchange section 35 by the feed pump 86 when the valve 88 is closed, via the open valve 87 and the pipeline 12.
  • the steam mixture does not enter the heat recuperator 30 in a punctiform manner but in a linear fashion. This enables a homogeneous, large-area flow and therefore a very good heat exchange.
  • the condensate subsequently becomes 70 solvent and water in the separation vessel won.
  • the solvent obtained in this way is closed when the valve 83 is closed
  • Solvent feed pump 80, the open valve 84 and the pipe 81 in the in the first stage 36 of the heat recuperator 30 provided Conveyed heat exchange path 34, in which there is heat from the absorbing medium acting solvent-water-vapor mixture.
  • the solvent which has been preheated in this way is removed via the second stage 37 of the Heat recuperator or also supplied directly to the evaporator 20.
  • the fact that the heat recuperator 30 is arranged in the autoclave works lost very little process heat and can accordingly Capacitor 50 can be dimensioned small.
  • the evaporator 20 practically only the energy required to heat the solid insulation be fed.
  • the efficiency of the drying process is particularly high when that condensate collecting at the bottom of the autoclave 10 with the valve 88 closed by means of the feed pump 86 via the opened valve 87 and the pipeline 12 in the second stage 37 of the heat recuperator is conveyed and in the Heat exchange path 35 absorbs heat from the steam mixture.
  • this condensate together with that in the first Stage 36 preheated solvent in the second stage 37 so can a lot of process heat can be obtained from the steam mixture.
  • This in the second stage 37 heated condensate and / or that from the first stage supplied, additionally heated solvents are the evaporator 20 and / or fed to the evaporator 22, where it evaporates with low energy consumption become.
  • the heat recuperator 30 needs neither vacuum-tight nor to be thermally insulated.
  • the Heat recuperator 30 can be constructed simply and can be easily accessible Places in the autoclave. It can then be easily cleaned.
  • the recirculation rate of the steam mixture discharged from the autoclave 10 is regulated as follows: With the level sensor 71 or a flow meter (not shown) that determines the water leakage from the separation vessel, the per unit time ⁇ t , for example every 10 minutes, amount ⁇ m H2O , for example in kg, of water obtained in the drying process. A signal proportional to this change in quantity ⁇ m H20 / ⁇ t over time is fed to the control and regulating device 90. The temporal course of this signal during the heating phase, ie the amount of water continuously removed from the autoclave per unit time during this period, is shown in FIG. 2.
  • this signal with a predetermined weighting factor which is used to remove a Quantity of water required from the solid insulation 40 Describes units of measure of solvent.
  • the evaluation factor is among others depending on the amount of solid insulation and the physical Properties of the solvent and can be empirically, for example Trial drying can be determined.
  • the evaluation factor is during the Heating phase typically between 4 and 10. This results in a figure 2 shown solvent setpoint curve solventcontrol. This solvent setpoint curve shows the desired value per unit of time during the heating phase decreasing amount of solvent.
  • this solvent setpoint curve can also be determined by measuring the partial pressure p H20 of the water vapor prevailing in the autoclave 10 with the aid of the pressure measuring device 13. A signal proportional to the water vapor partial pressure p H20 is also weighted in the control and regulating device with the predetermined evaluation factor. The solvent setpoint curve shown in FIG. 2 also results in solvent control.
  • the returning amount of solvent becomes direct measured or indirectly determined via a flow measurement of the in Separation vessel 70 guided condensate with the help of the flow meter 61
  • Measured or indirectly determined actual value is based on the result of the solvent setpoint curve resultant, corresponding target value compared.
  • the control and regulating device 90 issues a command to a control element which determines the amount of gas from the autoclave 10 in the Condenser 50 guided steam mixture controls such that the adapting the returning solvent quantity to the solvent setpoint curve.
  • the areas under the solvent setpoint curve solventcontrol and the dashed shown solvent return curve solvent rate according to the prior art a measure of the energy destroyed in the capacitor 50 in the process according to the Invention or in the method according to the prior art.
  • the through the The difference in the area of both curves is determined by the amount of energy saved method according to the invention.
  • Inert gas control valve 61 is provided in the Connection line from the capacitor 50 to the vacuum system 60 included Inert gas control valve 61 .
  • This control valve is determined by Change in the inert gas pressure the amount of condensate in the condenser 50 and hence the amount of solvent returned per unit of time.
  • Another usual Control valve in the pipeline 51 between the autoclave 10 and the condenser 50 can so omitted. If too little inert gas in the autoclave 10 or due to leakage accumulates, some inert gas can be added to the inlet valve 62 Condenser 50 let in and the condensate accumulation is throttled.

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Abstract

Das Verfahren dient der Trocknung von Feststoffisolationen eines elektrischen Gerätes durch die vom Dampf eines Solvents abgegebene Kondensationswärme. Beim Kondensieren des Solventdampfes an den Feststoffisolationen wird ein Solvent und Wasser enthaltendes Dampfgemisch gebildet. Dieses Dampfgemisch wird mit einer geregelten Durchflussrate aus einem evakuierten Autoklaven in einen ausserhalb des Autoklaven angeordneten Kondensator geführt und kondensiert. Um den Energiebedarf dieses Verfahrend klein zu halten, werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt: die pro Zeiteinheit im Kondensat anfallenden Mengen an Solvent und Wasser (ΔmH2O/Δt) und/oder die pro Zeiteinheit anfallende Menge an Solvent und der Partialdruck (pH2O) des Wasserdampfs im Autoklaven werden gemessen, aus den gemessenen Werten der pro Zeiteinheit anfallenden Wassermenge und/oder des Wasserdampf-Partialdrucks und einem prozessspezifischen Bewertungsfaktor wird fortlaufend eine Solvent-Sollwertkurve (solventcontrol) gebildet, die gemessenen Werte der pro Zeiteinheit anfallenden Solventmenge werden fortlaufend mit zeitlich zugeordneten Werten der Solvent-Sollwertkurve verglichen, und es wird ein Steuersignal zur Betätigung eines Elementes zur Regelung der Durchflussrate des Dampfgemisches abgegeben, wenn die verglichenen Werte voneinander abweichen. <IMAGE>

Description

TECHNISCHES GEBIET
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zum Trocknen der Feststoffisolationen eines elektrischen Gerätes nach dem gemeinsamen Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 3.
Bei einem solchen Verfahren wird die Kondensationswärme eines in einem Verdampfer erzeugten Solventdampfs zum raschen und schonenden Aufheizen der Feststoffisolationen des in einem auf Unterdruck gehaltenen Autoklaven befindlichen elektrischen Gerätes ausgenutzt. Beim Aufheizen aus den Feststoffisolationen tretendes Wasser wird in einem Solvent-Wasser-Dampfgemisch einer Kondensations- und Trennvorrichtung zugeführt, in der das Dampfgemisch kondensiert und aus dem hierbei gebildeten Solvent-Wasser-Kondensat Wasser ausgeschieden wird.
Gegebenenfalls in den Feststoffisolationen vorhandenes Isolieröl wird durch das kondensierte Solvent aus den Feststoffisolationen herausgelöst. Die hierbei gebildete Solvent-lsolieröl-Lösung wird am Boden des Autoklaven gesammelt. Durch nachfolgende Destillation wird das Solvent aus dieser Lösung entfernt und das zurückbleibende Isolieröl aus der Vorrichtung entfernt.
STAND DER TECHNIK
Ein Verfahren der eingangs genannten Art ist von P. K. Gmeiner in der Firmenschrift der Fa. Micafil Vakuumtechnik AG, Zürich, MTV/E 02923000/22 "Modern vapour drying processes and plants", insbesondere S.5, beschrieben. Bei diesem Verfahren wird ein beim Aufheizen von Feststoffisolationen in einem evakuierten Autoklaven gebildetes Solvent-Wasser-Dampfgemisch ausserhalb des Autoklaven kondensiert. Die aus dem Autoklaven pro Zeiteinheit entfernte Menge an Dampfgemisch wird mit Hilfe eines zwischen dem Autoklaven und einem Kondensator angeordneten Regelventils konstant gehalten. Es können so der Partialdruck des Wassers und damit auch das Fortschreiten des Trocknungsvorganges beurteilt werden.
KURZE DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Der Erfindung, wie sie in den Patentansprüchen angegeben ist, liegt die Aufgabe zugrunde, den Energiebedarf des eingangs genannten Verfahrens mit einfachen Mitteln zu reduzieren.
Beim erfindungsgemässen Verfahren werden folgende Verfahrensschritte ausgeführt:
  • die pro Zeiteinheit im Kondensat anfallenden Mengen an Solvent und Wasser und/oder die pro Zeiteinheit anfallende Menge an Solvent und der Partialdruck des Wasserdampfs im Autoklaven werden gemessen,
  • aus den gemessenen Werten der pro Zeiteinheit anfallenden Wassermenge und/oder des Wasserdampf-Partialdrucks und einem prozessspezifischen Bewertungsfaktor wird fortlaufend eine Solvent-Sollwertkurve gebildet,
  • die gemessenen Werte der pro Zeiteinheit anfallenden Solventmenge werden fortlaufend mit zeitlich zugeordneten Werten der Solvent-Sollwertkurve verglichen, und
  • es wird ein Steuersignal zur Betätigung eines Elementes zur Regelung der Durchflussrate des Dampfgemisches abgegeben, wenn die verglichenen Werte voneinander abweichen.
Hierdurch wird erreicht, dass bei dem aus dem Autoklaven geführten Dampfgemisch während des grössten Teils der Aufheizphase das Verhältnis Wasserdampf zu Solventdampf durch den prozessspezifischen Bewertungsfaktor vorbestimmt und im allgemeinen weitgehend konstant ist. Es wird so eine relativ geringe Menge an Dampfgemisch aus dem Autoklaven geführt. Im Kondensator geht daher wenig Energie verloren. Dementsprechend wenig Energie wird zur Erzeugung des Dampfgemisches benötigt.
Es empfiehlt sich, die pro Zeiteinheit anfallende Menge an Wasser mit einem Niveausensor oder einen Durchflussmesser zu messen, da die so ermittelten Werte eine gute Genauigkeit aufweisen und das Verfahren dann sehr exakt gesteuert werden kann.
Werden geringere Anforderungen an die Genauigkeit gestellt, so reicht es im allgemeinen aus, wenn anstelle der zeitlich anfallenden Wassermenge der im Autoklaven herrschende Wasserdampf-Partialdruck gemessen wird. Ein Durchflussmessgerät für Wasser kann dann entfallen.
Besonders hohe Redundanz wird erreicht, wenn sowohl die Wassermenge und der Wasserdampf-Partialdruck gemessen werden.
Der prozessspezifische Bewertungsfaktor wird im allgemeinen vor Beginn des Trocknungsprozesses aus empirisch ermittelten Daten gebildet und in einer Steuer- und Regelvorrichtung gespeichert. Es ist so mit einfachen Mitteln ein Soll-Ist-Vergleich mit ausreichend guter Genauigkeit möglich.
Wird die Abflussrate des Dampfgemisches indirekt durch Änderung der Kühlung des Kondensators geregelt, so kann ein Dampfregelventil zwischen dem Autoklaven und dem Kondensator entfallen. Der Kondensator kann dann im allgemeinen sogar ohne zusätzliche Montagemittel direkt am Autoklaven angesetzt werden.
In bevorzugt einfachen Ausführungsformen wird die Kühlung des Kondensators verändert durch Regelung der Durchflussmenge von durch den Kondensator geführtem Inertgas oder durch Regelung der Durchflussmenge von Kühlwasser.
Zusätzlich Energie wird eingespart, wenn das im Kondensat anfallende Solvent über einen im Autoklaven angeordneten Wärmerekuperator zu einem Verdampfer rückgeführt wird.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt, und zwar zeigt:
Fig.1
ein Prinzipschema einer Ausführungsform der Trocknungsvorrichtung nach der Erfindung mit einem zu trocknende Feststoffisolationen aufnehmenden Autoklaven, aus dem beim Aufheizen der Feststoffisolationen ein Solvent-Wasser-Dampfgemisch ausgeleitet wird, und
Fig.2
ein Diagramm, in dem in Funktion der Zeit der Verlauf einiger für den Betrieb der Vorrichtung nach Fig.1 typischer Parameter dargestellt ist.
WEGE ZUR AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Bei der in der Figur dargestellten Trocknungsvorrichtung bezeichnet 10 einen heiz- und evakuierbaren Autoklaven, in dem ein Verdampfer 20 für ein Solvent und ein Wärmerekuperator 30 angeordnet sind. Im Autoklav 10 befindet sich ferner ein zu trocknendes Objekt, beispielsweise ein hygroskopische Feststoffisolationen aufweisendes elektrisches Gerät 40, etwa ein Transformator. Der Wärmerekuperator ist über eine Rohrleitung 51 mit einem Kondensator 50 verbunden. Über eine Rohrleitung 81 ist er mit einer Solvent aus einem Trenngefäss 70 abführenden Solvent-Förderpumpe 80 verbindbar.
Der Wärmerekuperator 30 ist vertikal ausgerichtet und weist eine vorwiegend parallel zu einer Autoklaven-Seitenwand 11 erstreckte und als Leitelement wirkende Begrenzungswand 31 auf. Diese Wand begrenzt zusammen mit der Autoklaven-Seitenwand 11 einen schachtartig ausgeführten Raum 32, der über eine im Bereich des Autoklavenbodens 1 befindliche Öffnung 33 mit dem den Verdampfer 20 enthaltenden Innenraum des Autoklaven verbunden ist. Die Öffnung 33 ist schlitzförmig ausgebildet und erstreckt sich vorwiegend horizontal über die durch die Seitenwand 11 bestimmte Tiefe des Autoklaven 10. An seinem oberen Ende mündet der Raum 32 in die Rohrleitung 51, die vakuumfest durch die Autoklaven-Seitenwand 11 nach aussen geführt ist. Der Raum 32 ist in zwei vertikal übereinander angeordnete und jeweils eine Wärmeaustauschstrecke 34 bzw. 35 für ein wärmeaufnehmendes Medium enthaltende Teilräume unterteilt. Der die Strecke 34 enthaltende Teilraum ist einer ersten Stufe 36 und der die Strecke 35 enthaltende Teilraum einer zweiten Stufe 37 des Wärmerekuperators zugeordnet. Das untere Ende der Strecke 34 bzw. 35 wirkt mit der vakuumfest durch die Wand 11 geführten Rohrleitung 81 bzw. einer ebenfalls vakuumfest durch die Wand 11 geführten Rohrleitung 12 zusammen, wohingegen das obere Ende der Strecke 34 in das in den Raum 32 geführte Ende der Rohrleitung 12 und das obere Ende der Strecke 35 in eine zum Verdampfer 20 führende Rohrleitung 21 einmündet. Die Strecken 34 und 35 können beispielsweise als Rohrabschnitte ausgeführt sein. Die Rohrleitung 21 kann- wie gestrichelt angegeben ist - gegebenenfalls vakuumfest durch die Autoklavenwand zu einem externen Verdampfer 22 geführt sein. Dieser externe Verdampfer ist über ein Ventil 23 mit dem Autoklaven 10 verbindbar.
Der Kondensator 50 ist mit dem Trenngefäss 70 über ein Durchflussmessgerät 54 verbunden. Über ein Ventil 53 ist der Kondensator 50 ferner mit einer Vakuumanlage 60 verbindbar. Der Kondensator 50 kann ferner über ein Inertgasregelventil 61 mit der Vakuumanlage 60 verbunden werden. In dieser Verbindung befindet sich zwischen einem Abgang vom Kondensator 50 - bzw. einem Abgang von der Verbindung zwischen Kondensator 50 und Trenngefäss 70 - und dem Regelventil 61 ein mit einer Inertgasquelle, wie insbesondere Luft oder Stickstoff, verbundenes Einlassventil 62. In einer Kühlwasserzufuhr des Kondensators 50 ist ein Kühlwasserregelventil 52 angeordnet.
Die Ausgangssignale des Durchflussmessgerätes 54 und eines am Trenngefäss 70 vorgesehenen Niveausensors 71 werden einer Steuer- und Regelvorrichtung 90 zugeführt. Die Steuer- und Regelvorrichtung verarbeitet diese Signale und bildet Steuersignale für die Ventile 52, 61 und 62.
Im Trenngefäss 70 ist ein Auslauf vorgesehen, welcher über die Förderpumpe 80 mit einem Solvent-Vorratsgefäss 82 oder wahlweise mit der Rohrleitung 81 verbindbar ist. Die Verbindung zum Solvent-Vorratsgefäss 82 kann über ein Ventil 83 und diejenige zur Rohrleitung 81 über ein Ventil 84 hergestellt werden. Der Pumpe 80 ist ein Durchflussmessgerät 85 nachgeschaltet, dessen Messsignale der Steuer- und Regelvorrichtung 90 zugeführt werden.
Im Boden des Autoklaven 10 ist ein Abfluss vorgesehen, welcher über eine Förderpumpe 86 und ein Ventil 87 entweder mit der Rohrleitung 12 oder über die Förderpumpe 86 und ein Ventil 88 mit einem Vorratsbehälter für Isolieröl, welches beim Kondensieren des Solvents aus den Feststoffisolationen herausgewaschen wird, verbindbar ist.
Am Autoklaven ist ferner ein Druckmessgerät 13 angebracht, welches den Partialdruck vom im Autoklaven befindlichen Wasserdampf ermitteln kann und entsprechende Signale an die Steuer- und Regelvorrichtung weiterleitet. 55 bezeichnet einen Temperatursensor, welcher die Temperatur des vom Kondensator 50 abgeführten Kühlwassers erfasst.
Die Wirkungsweise dieser Vorrichtung ist wie folgt:
Zum Trocknen der Feststoffisolationen des elektrischen Geräts 40 wird der mit den Feststoffisolationen beladene Autoklav 10 zunächst mit der Vakuumanlege 60 evakuiert. Bei geschlossenem Ventil 53 erzeugt der Verdampfer 12 und/oder der Verdampfer 22 Solventdampf, welcher an den Feststoffisolationen kondensiert und diese dadurch aufheizt. Zugleich löst das kondensierte Solvent gegebenenfalls in den Feststoffisolationen vorhandenes Isolieröl oder andere Verunreinigungen. Das gegebenenfalls Öl enthaltende Solvent-Kondensat sammelt sich am Boden des evakuierten Autoklaven und wird von der Förderpumpe 86 bei geschlossenem Ventil 88 über das geöffnete Ventil 87 und die Rohrleitung 12 in die Wärmeaustauschstrecke 35 gepumpt. Durch das Aufheizen der Feststoffisolationen 40 treten Wasserdampf und gegebenenfalls in den Feststoffisolationen vorhandene Inertgase in den Autoklaven und bilden mit dem Solventdampf ein Solvent-Wasser-Dampfgemisch, in dem auch die gegebenenfalls vorhandenen Inertgase enthalten sind. Dieses Dampfgemisch gelangt durch die Öffnung 33 in den die Wärmeaustauschstrecken 34 und 35 des Wärmerekuperators 30 enthaltenden Raum 32 und wird dort über die Wärmeaustauschstrecken nach oben geführt und schliesslich über die Rohrleitung 51 in den Kondensator 50 gesaugt, in dem es als Solvent-Wasser-Kondensat abgeschieden wird. Die gegebenenfalls mit abgesaugten Inertgase werden über den Kondensator 50 und das Regelventil 61 in die Vakuumanlage 60 geführt. Da sich die Öffnung 33 über die ganze Tiefe des Autoklaven 10 in dessen Inneren erstreckt, tritt das Dampfgemisch nicht punktförmig sondern linienförmig in den Wärmerekuperator 30 ein. Hierdurch wird eine homogene, grossflächige Strömung und dadurch ein sehr guter Wärmeaustausch ermöglicht.
Aus dem Kondensat werden nachfolgend im Trenngefäss 70 Solvent und Wasser gewonnen. Das so gewonnene Solvent wird bei geschlossenem Ventil 83 über die Solvent-Förderpumpe 80, das geöffnete Ventil 84 und die Rohrleitung 81 in die in der ersten Stufe 36 des Wärmerekuperators 30 vorgesehene Wärmeaustauschstrecke 34 befördert, in der es Wärme aus dem als wärmeabgebenden Medium wirkenden Solvent-Wasser-Dampfgemisch aufnimmt. Das solchermassen vorgewärmte Solvent wird über die zweite Stufe 37 des Wärmerekuperators oder aber auch direkt dem Verdampfer 20 zugeführt. Dadurch, dass der Wärmerekuperator 30 im Autoklaven angeordnet ist, geht besonders wenig Prozesswärme verloren und kann dementsprechend der Kondensator 50 klein dimensioniert werden. Zugleich muss dem Verdampfer 20 praktisch nur die zum Aufheizen der Feststoffisolationen notwendige Energie zugeführt werden.
Der Wirkungsgrad des Trocknungsprozesses ist besonders hoch, wenn das sich am Boden des Autoklaven 10 sammelnde Kondensat bei geschlossenem Ventil 88 mittels der Förderpumpe 86 über das geöffnete Ventil 87 und die Rohrleitung 12 in die zweite Stufe 37 des Wärmerekuperators befördert wird und in der Wärmeaustauschstrecke 35 Wärme aus dem Dampfgemisch aufnimmt. Wird wie in der Fig.1 dargestellt ist, dieses Kondensat zusammen mit dem in der ersten Stufe 36 vorgewärmten Solvent in die zweite Stufe 37 gebracht, so kann besonders viel Prozesswärme aus dem Dampfgemisch gewonnen werden. Das in der zweiten Stufe 37 erwärmte Kondensat und/oder das aus der erstenStufe zugeführte, zusätzlich erwärmte Solvent werden dem Verdampfer 20 und/oder dem Verdampfer 22 zugeführt, wo sie unter geringer Energieaufnahme verdampft werden.
Von grossem Vorteil ist es hierbei, dass durch Einbau des Wärmerekuperators in den Autoklaven 10 Rückführleitungen und Ventile für im Wärmerekuperator 30 durch Kondensieren von Solvent-Wasser-Dampfgemisch gebildetes Solvent entfallen, da das im Wärmerekuperator 30 kondensierte Solvent direkt in den Autoklaven 10 abfliesst. Da der Verdampfer 20 und der Wärmerekuperator 30 im Autoklaven liegen, kann die Solventzuführungsleitung 21 einfach, d. h. insbesondere ohne Ventile und ohne Vakuumdurchführungen, ausgebildet sein.
Darüber hinaus braucht der Wärmerekuperator 30 weder vakuumdicht noch thermisch isoliert ausgeführt zu sein. Aus den vorgenannten Gründen kann der Wärmerekuperator 30 einfach aufgebaut sein und kann an leicht zugänglichen Stellen im Autoklaven installiert werden. Er lässt sich dann einfach reinigen.
Während der Aufheizphase des Trocknungsverfahrens kann zusätzlich Prozessenergie eingespart werden, wenn die Rückführrate des aus dem Autoklaven 10 ausgeleiteten Dampfgemischs wie folgt geregelt wird: Mit dem Niveausensor 71 oder einem das Auslaufen von Wasser aus dem Trenngefäss ermittelnden Durchlaufmesser (nicht dargestellt) wird die pro Zeiteinheit Δt, beispielsweise alle 10 Minuten, im Trocknungsprozess anfallende Menge ΔmH2O, beispielsweise in kg, an Wasser ermittelt. Ein dieser zeitlichen Mengenänderung ΔmH20/Δt proportionales Signal wird der Steuer- und Regelvorrichtung 90 zugeführt. Der zeitliche Verlauf dieses Signals während der Aufheizphase, d.h. die in diesem Zeitraum pro Zeiteinheit fortlaufend aus dem Autoklaven entfernte Wassermenge, ist in Fig. 2 dargestellt.
In der Steuer- und Regelvorrichtung 90 wird dieses Signal mit einem vorbestimmten Bewertungsfaktor gewichtet, welcher die zum Entfernen einer Mengeneinheit Wasser aus den Feststoffisolationen 40 benötigten Mengeneinheiten an Solvent beschreibt. Der Bewertungsfaktor ist unter anderem abhängig von der Menge der Feststoffisolationen und den physikalischen Eigenschaften des Solvents und kann empirisch, etwa durch Versuchstrocknungen, ermittelt werden. Der Bewertungsfaktor liegt während der Aufheizphase typischerweise zwischen 4 und 10. Es ergibt sich so eine in Fig.2 dargestellte Solvent-Sollwertkurve solventcontrol. Diese Solvent-Sollwertkurve zeigt den gewünschten Wert der pro Zeiteinheit während der Aufheizphase rücklaufenden Menge an Solvent an.
Alternativ oder zusätzlich kann diese Solvent-Sollwertkurve auch durch Messung des im Autoklaven 10 herrschenden Partialdrucks pH20 des Wasserdampfs mit Hilfe des Druckmessgeräts 13 ermittelt werden. Ein dem Wasserdampf-Partialdruck pH20 proportionales Signal wird in der Steuer- und Regelvorrichtung ebenfalls mit dem vorbestimmten Bewertungsfaktor gewichtet. Es ergibt sich so ebenfalls die in Fig.2 dargestellte Solvent-Sollwertkurve solventcontrol.
Mit Hilfe des Durchflussmessers 85 wird die rücklaufende Menge Solvent direkt gemessen oder aber indirekt ermittelt über eine Durchflussmessung des in das Trenngefäss 70 geführten Kondensats mit Hilfe des Durchflussmessers 61. Der gemessene oder indirekt ermittelte Istwert wird mit dem sich aus der Solvent-Sollwertkurve ergebenden, entsprechenden Sollwert verglichen. Weicht der Istwert zu stark vom Sollwert ab, so gibt die Steuer- und Regelvorrichtung 90 einen Befehl an ein Regelelement ab, welches die Menge des aus dem Autoklaven 10 in den Kondensator 50 geführten Dampfgemischs derart regelt, dass sich die rücklaufende Solventmenge an die Solvent-Sollwertkurve anpasst. Die Menge des aus dem Autoklaven 10 tretenden Dampfgemischs wurde bisher so geregelt wurde, dass die im Kondensator 40 pro Zeiteinheit anfallende Kondensatmenge nach dem Durchlaufen einer Anfangsphase konstant gehalten wurde. Der entsprechende zeitliche Verlauf des anfallenden Solvents ist in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet (Solvent-Rücklaufkurve solventrate prior art).
Die Flächen unter der Solvent-Sollwertkurve solventcontrol und der gestrichelt dargestellten Solvent-Rücklaufkurve solventrate nach dem Stand der Technik sind ein Mass für die im Kondensator 50 vernichtete Energie beim Verfahren nach der Erfindung bzw. beim Verfahren nach dem Stand der Technik. Die durch die Differenz der Flächeninhalte beider Kurven festgelegte Energiemenge wird im erfindungsgemässen Verfahren eingespart.
Zur Regelung des Solventrücklaufs ist vorzugsweise das in der Verbindungsleitung vom Kondensator 50 zur Vakuumanlage 60 enthaltene Inertgasregelventil 61 vorgesehen. Dieses Regelventil bestimmt durch Veränderung des Inertgasdruckes den Kondensatanfall im Kondensator 50 und damit die pro Zeiteinheit rücklaufende Menge an Solvent. Ein sonst übliches Regelventil in der Rohrleitung 51 zwischen Autoklav 10 und Kondensator 50 kann so entfallen. Falls zu wenig Inertgas im Autoklaven 10 oder durch Leckverluste anfällt, kann über das Einlassventil 62 zusätzlich etwas Inertgas in den Kondensator 50 eingelassen und so der Kondensatanfall gedrosselt werden.
Eine weitere vorteilhafte, da indirekte, Regelung des Solventrücklaufs wird erreicht durch Regelung des Kühlwassers des Kondensators 50. Zu diesem Zweck wird die Temperatur des Kühlwassers mit dem Temperatursensor 55 im Kühlwasserrücklauf gemessen, die gemessene Temperatur von der Steuer- und Regelvorrichtung 90 überwacht und beim Überschreiten eines Grenzwertes ein Steuerbefehl an das Kühlwasserregelventil 61 abgeben, mit dem der Vorlauf des Kühlwassers verändert wird. Hierdurch werden der Kondensatanfall im Kondensator 50 und auch damit die pro Zeiteinheit rücklaufende Menge an Solvent geregelt. Auch bei dieser Regelung ist ein Dampfregelventil zwischen Autoklav und Kondensator entbehrlich. Durch Kombination der Kühlwasserregelung mit der Inertgasregelung wird eine besonders hohe Redundanz des Verfahrens erreicht.
Bezugszeichnungsliste
10
Autoklav
11
Autoklavenwand
12
Rohrleitung
13
Partialdruckmessgerät
20
Verdampfer
21
Rohrleitung
22
Verdampfer
23
Ventil
30
Wärmerekuperator
31
Begrenzungswand
32
Raum
33
Öffnung
34, 35
Wärmeaustauschstrecken
36, 37
Stufen
40
elektrisches Gerät mit Feststoffisolationen
50
Kondensator
51
Rohrleitung
52
Kühlwasserregelventil
53
Ventil
54
Durchflussmessgerät
55
Temperatursensor
60
Vakuumanlage
61
Regelventil
62
Inertgas-Einlassventil
70
Trenngefäss
71
Niveausensor
80
Solventpumpe
81
Rohrleitung
82
Solventvorratsgefäss
83, 84
Ventile
85
Durchflussmesser
86
Förderpumpe
87, 88
Ventile
90
Steuer- und Regelvorrichtung
ΔmH2O/Δt
pro Zeiteinheit anfallende Menge an Wasser
pH20
Wasserdampf-Partialdruck im Autoklaven

Claims (9)

  1. Verfahren zum Trocknen von Feststoffisolationen eines elektrischen Gerätes (40) durch die vom Dampf eines Solvents abgegebene Kondensationswärme, bei dem in einem die Feststoffisolationen aufnehmenden, evakuierbaren Autoklaven (10) ein Solvent und Wasser enthaltendes Dampfgemisch gebildet und dieses Dampfgemisch mit einer geregelten Durchflussrate in einen ausserhalb des Autoklaven (10) angeordneten Kondensator (50) geführt und kondensiert wird, dadurch gekennzeichnet, dass folgende Verfahrensschritte ausgeführt werden:
    die pro Zeiteinheit im Kondensat anfallenden Mengen an Solvent und Wasser (ΔmH2O/Δt) und/oder die pro Zeiteinheit anfallende Menge an Solvent und der Partialdruck des Wasserdampfs (pH2O) im Autoklaven (10) werden gemessen,
    aus den gemessenen Werten der pro Zeiteinheit anfallenden Wassermenge und/oder des Wasserdampf-Partialdrucks und einem prozessspezifischen Bewertungsfaktor wird fortlaufend eine Solvent-Sollwertkurve (solventcontrol) gebildet,
    die gemessenen Werte der pro Zeiteinheit anfallenden Solventmenge werden fortlaufend mit zeitlich zugeordneten Werten der Solvent-Sollwertkurve verglichen, und
    es wird ein Steuersignal zur Betätigung eines Elementes (52, 61, 62) zur Regelung der Durchflussrate des Dampfgemisches abgegeben, wenn die verglichenen Werte voneinander abweichen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die pro Zeiteinheit anfallende Menge an Wasser mit einem Niveausensor (71) oder einem Durchflussmesser gemessen wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der prozessspezifische Bewertungsfaktor vor Beginn des Trocknungsprozesses aus empirisch ermittelten Daten gebildet und in einer Steuer- und Regelvorrichtung (90) gespeichert wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Abflussrate des Dampfgemischs indirekt durch Änderung der Kühlleistung des Kondensators (50) geregelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleistung des Kondensators (50) durch Regelung der Durchflussmenge von durch den Kondensator (50) geführtem Inertgas verändert wird.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dem geregelten Inertgas von aussen zusätzlich Inertgas zugeführt wird.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Inertgas über ein steuerbares Einlassventil (62) zugeführt wird.
  8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühlleistung des Kondensators (50) durch Regelung der Durchflussmenge von Kühlwasser verändert wird.
  9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das im Kondensat anfallende Solvent über einen im Autoklaven (10) angeordneten Wärmerekuperator (30) zu einem Verdampfer (20, 22) zurückgeführt wird.
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