EP1528342A2 - Verfahren zur Trocknung von Gut und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens - Google Patents

Verfahren zur Trocknung von Gut und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens Download PDF

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EP1528342A2
EP1528342A2 EP04405298A EP04405298A EP1528342A2 EP 1528342 A2 EP1528342 A2 EP 1528342A2 EP 04405298 A EP04405298 A EP 04405298A EP 04405298 A EP04405298 A EP 04405298A EP 1528342 A2 EP1528342 A2 EP 1528342A2
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EP
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solvent
flow channel
vacuum
steam
flow
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Paul Gmeiner
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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
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/14—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects using gases or vapours other than air or steam, e.g. inert gases
    • F26B21/145—Condensing the vapour onto the surface of the materials to be dried

Definitions

  • the invention is based on a process for drying good, in particular solid insulation of an electrical appliance, according to The preamble of claim 1.
  • the invention also relates to a Apparatus for carrying out the method.
  • the method of the type mentioned is DE 30 14 831 A removable.
  • An in described in this prior art, according to the vapour phase method working drying device for isolierölgetränkte insulations has a the on to be dried isolations receiving evacuable autoclave, in the a cascade evaporator is arranged.
  • This cascade evaporator is in essentially vertically aligned and contains one of a plate and a Partition wall limited flow channel. At the plate are heating coils and Guiding plates arranged.
  • the cascade evaporator is solvent by means of a pump fed, which in a arranged outside the autoclave preheater was heated.
  • the preheated solvent trickles with the help of the baffles along the plate from top to bottom.
  • the solvent evaporates to the Heating coils.
  • the forming solvent vapor flows due to chimney effect in the flow channel vertically upwards and is via a steam inlet in the Insulators containing usable space of the autoclave out.
  • the present invention is based on the object, the energy consumption and to reduce the lead time of the method of the type mentioned above and at the same time provide devices which in a particularly advantageous manner to Implementation of this method are suitable.
  • the guided in the vacuum tank and heated solvent in a formed in the manner of a venturi flow channel injected In this case, a predominantly solvent vapor-containing and by a Constriction of the flow channel guided beam formed, which is due to Suction intense with an already existing in the vacuum container share Solvent vapor mixes.
  • the temperature of the From the flow channel passing solvent vapor can be controlled very precisely.
  • the flow stimulated by the jet is an optimal one Circulation and turbulence of the solvent vapor in the vacuum tank ensured. As a result, the amount of energy required to heat the drying material and greatly reduces the heating time.
  • a particularly short cycle time is achieved when the heated solvent in injected through the venturi solvent vapor stream is injected.
  • the effect of the injected solvent will be the speed and the Turbulence of the guided in the Venturi nozzle solvent vapor stream substantially elevated.
  • the increased solvent vapor velocity is due the Jet Sign also maintained towards the end of the heating phase, which is a shorter heating time in the upper temperature range and even smaller Temperature difference across the drying object ensures, reducing the quality of the Drying is significantly improved.
  • the aforementioned is guided in the Venturi nozzle Generates solvent vapor stream in a vacuum vessel arranged in the evaporator, because then by the action of the injected solvent of the Evaporator generated solvent vapor is rapidly sucked away from the evaporator, resulting in smaller pressure loss in this evaporator and thus leads to increased efficiency.
  • the solvent vapor stream can also be in an outside of the vacuum vessel arranged evaporator generated and through the wall into the interior of the Vacuum container are guided.
  • the Jet Sign then the Solvent vapor better from a guided in the vacuum tank Solvent vapor line sucked, resulting in smaller pressure drop between external Evaporator and vacuum vessel and thus also leads to increased efficiency.
  • the heated solvent at the bottleneck of the Venturi nozzle in the Injected flow channel At the bottleneck, this points into the flow channel injected solvent particularly high speed up.
  • This high Speed calls for a great vacuum and thus a strong jet effect out, i. a particularly strong sucking a in the vacuum container when Heating the drying material formed mixed steam flow of solvent and Water vapor in the injected solvent.
  • the inventive method is characterized by a particularly high Efficiency, when in the guided inside the vacuum tank Mixed steam flow cold solvent is injected.
  • cold Solvent such as in a vacuum container arranged in the condensation space
  • This increases the proportion of water vapor in the Condensation on and consequently has less solvent vapor in one outside the vacuum tank condenser as condensate be deposited, whereby the energy requirement of the process in addition is reduced.
  • the mixed steam is strongly sucked because of the blasting effect and due to intensive mixing a high heat recuperation by heating the achieved injected cold solvent.
  • a further reduction of the energy requirement of erfindungefflessen method is achieved in that the mixed steam flow out of the vacuum tank and condensed outside the container in two or more stages, and that with the output in a first of the stages in the condensing of mixed steam Condensation heat heating air is heated.
  • the solvent steam generator contains a inside the Vacuum container arranged and designed in the manner of a Venturi nozzle Flow channel and a guided in the flow channel device for Injecting heated solvent into the flow channel.
  • this device is characterized when the Injection device at the bottleneck of the Venturi nozzle in the flow channel empties.
  • the injection device an opening with injection openings in the flow channel Solventverteilkanal and / or at least one held in the interior of the flow channel injection nozzle.
  • Heating energy can be saved and thus the efficiency of the process on be improved if provided for heating the vacuum tank Heating device is designed as a water heater for the solvent.
  • a simple control of temperature and mixing ratio of the Flow channel escaping solvent vapor can be achieved in that a directional channel limiting the flow channel, changing the inflow and / or Outflow cross section of the flow channel is adjustable.
  • this condensation space as a flow channel for the mixed gas formed and has inflow as an inflow channel of a venturi acting sheet on and / or a drain sheet and / or downstream Baffle.
  • the required heating energy is additionally reduced by the fact that the Condensing device arranged outside the vacuum container, having air-cooled condenser for generating heating air.
  • the vacuum container as a housing of a transformer executed and in a preferably heatable with air isolierhaus arranged.
  • the drying devices shown in the figures serve to dry good, in particular the solid insulation of one or more electrical devices as well removing any insulating oil that may be present in the insulation.
  • the Drying device according to Fig.1 contains a vacuum-tight running container 1, which is equipped with a solid insulation containing electrical device, For example, a transformer, or - as shown - only with the Solid insulating containing active part 1.1 is loaded.
  • the vacuum container 1 can be heated by means of heating pipes 2.
  • the heating energy is in one Heat generator 3 on a flowing in the tubes 2 heat transfer medium for heating of the vacuum container 1 transmitted.
  • the heating pipes 2 are of a double jacket surrounded and form together with the jacket a Solventerhitzer 4 a Solvent steam generator.
  • the solvent heater cold solvent is heated.
  • the solvent is generally a light oil with a much higher boiling point than water and a much lower boiling point than any in the Solid insulation existing insulating oil.
  • the heated solvent is poured over an in 1 unsigned Solventitatisön in one within the Vacuum container 1 lying, optionally tubular, Solventverteilkanal 5 of Solventdampfer Wegers out.
  • the solvent distribution channel 5 can with advantage as exposed pipe with injection openings and or Injectors are formed. This will be a cost effective device reached.
  • the Solventverteilkanal 5 has injection openings or injectors for the solvent on.
  • the straightening plate 6 can through Turning and / or moving in its position can be changed. This can be done the upstream of the nozzle throat of the Venturi nozzle located inflow and the downstream of the nozzle throat located Abströmquerites of Flow channel 5.2 enlarge or reduce.
  • the vacuum container 1 has down in its bottom an opening into a drain tank 7 drain opening for condensed solvent on and optionally from the solvent from the Solid insulation washed out insulating oil.
  • a Switch executed fill level indicator 7.1 arranged in the drain tank 7 .
  • the drain tank 7 is via Shut-off valve 20.1 connected to a feed pump 8.
  • the exit of the Feed pump 8 is connected via shut-off valve 20.3 with the Solventerhitzer 4 or alternatively via shut-off valve 20.6 with a solvent storage tank 9 or via Shut-off valve 20.7 with an oil tank 19 for receiving the optionally existing insulating oil, which during drying of the material to be dried 1.1 by the Solvent removed from the solid insulations and subsequently by distillation was separated from the solvent.
  • the flow channel 5.2 is in the vacuum tank 1 a Condensation device arranged with a condensation chamber 10 for Heat recuperation, a baffle 10.1, baffles 10.2 and injectors 11.
  • the condensation space 10 is down to the inside of the vacuum container. 1 open and has at its upper end a through the wall of the container. 1 guided outlet opening 10.3, which via a mixing steam line 15 and a Dampfabsperrventil 20 leads to a mixed steam condenser 16.
  • the Mischdampfkondensator 16 has two outputs, one of which with a Vacuum system 18 and the other via a check valve 21 with a separation tank 17 is connected.
  • the separation vessel 17 has two outputs, one of which on one of the removal of water serving discharge valve 22 acts and the other is connected to the input of a Solvent technicallypumpe 8.1 whose output optionally via a shut-off valve 20.5 to the injection nozzles 11, or over Shut-off valves 20.4 and 20.6 leads to the solvent reservoir tank 9.
  • the heated solvent as intensive Solvent flow 5.3 from the Solventverteilkanal 5 in the flow channel 5.2 emerge and there with a solvent and water vapor containing Mixed steam from the interior of the container to a predominantly solvent vapor containing steam containing 5.4.
  • the flow channel 5.2 can over the extend entire length and / or width of a wall of the container and possibly also consist of several short sections. Is the Solventverteilkanal as exposed pipe with injection openings or injectors trained, it is through the emerging from the manifold, expanding and partially evaporating solvent, the mixed steam in the flow channel on both sides of the Distributor pulled in over.
  • the heating pipes 2 of the Solventerhitzers. 4 mainly oriented horizontally and that is the flow channel 5.2 limiting straightening plate 6 rotatably formed.
  • the rotation of the straightening plate 6 can be achieved by a mechanical adjustment 6.2, which via a Lever gear on the pivotally mounted at a point 6.1 straightening plate 6 acts.
  • the straightening plate between two positions 5.5 resp.
  • the injected Solvent 14 and the condensed solvent vapor 14.1 flow to the drain pan 7 and be pumped with the feed pump 8, while remaining mixed steam 14.2 from the mixing steam flow 13 via the mixing steam line 15 from the Condensation space 10 is removed and led to a mixed steam condenser 16 becomes.
  • the operation of the device is as follows: With the vacuum system 18, the vacuum container 1, the mixed steam condenser 16 and the separation tank 17 are evacuated. At the same time, the solvent supply tank 9 draws solvent via the shut-off valves 20.6 and 20.3 and the solvent heater 4 into the vacuum container 1 until the filling level indicator 7.1 is flooded.
  • the solvent present in the vacuum tank 1 is circulated by the feed pump 8 and heated in the solvent heater 4 to a temperature slightly above a predetermined drying temperature. The heated solvent is heated to normal or possibly higher pressure.
  • the pressure in the solvent 5.3 drops sharply and evaporates a portion of the heated solvent with simultaneous cooling by the amount of its heat of vaporization.
  • the resulting solvent vapor 5.4 condenses on the active part and heats it with simultaneous evaporation of the water contained in the solid insulation, resulting in the formation of the solvent and steam containing mixed steam in the vacuum vessel 1.
  • resulting and optionally insulating solvent-containing solvent condensate is fed back to the Solventverteilkanal 5 with the feed pump 8 via the solvent heater 4 for evaporation.
  • the solvent 5.3 is advantageously injected at the nozzle throat via the injection openings 5.1 in the flow channel 5.2. This results in a particularly high flow velocity and a correspondingly high negative pressure. This leads to a jet effect, through which the mixed steam present in the vacuum tank 1 is sucked into the flow channel 5.2.
  • the sucked mixed steam mixes with the injected solvent 5.3 and the solvent vapor 5.4 formed during injection.
  • the injection nozzles 11, 11.1 is stored in the separation tank 17 cold solvent fed with the feed pump 8.1 via shut-off valve 20.5 and in the Condensation space 10 injected.
  • the large surface of the injected cold solvent 14 condenses the solvent vapor component into the Condensation space 10 sucked mixed steam 13 to form the condensed solvent 14.1.
  • This can be done in an advantageous manner Enrich water vapor in the condensation chamber 10. It will be less Solvent vapor led to the mixed steam condenser 16. It becomes so energy saved, which on the one hand for heating the solvent and the other to Cooling of the mixed steam condenser 16 is required.
  • the injected solvent and the condensed solvent vapor flow over the drain tank 7 Feed pump 8 and are fed via shut-off valve 20.3 the solvent heater 4.
  • the condensation chamber 10 with steam enriched solvent vapor is controlled by the Dampfabsperrventil 20 the mixed steam condenser 16th fed and condensed. This resulting air leakage is with the vacuum system 18th pumped out.
  • the solvent and water-containing condensate is then by means of Sedimentation separated in the separation vessel 17 and the solvent with the pump 8.1 via Shut-off valve 20.5 fed back to the injectors 11, 11.1.
  • the feed pump 8 is turned off and the Steam shut-off valve 20 fully open.
  • condensation of solvent and Water vapor in the mixed steam condenser 16 is the pressure in the vacuum vessel. 1 lowered and at the same time accumulating in the separation tank 17 solvent condensate with the feed pump 8.1 via the valves 20.4, 20.6 supplied to the solvent reservoir tank 9.
  • the shut-off valve 21 is closed and the Pressure in the vacuum container 1 with the vacuum pump 18 for a given Period lowered to low vacuum levels.
  • the vacuum tank 1 is vented and then the dried material 1.1 is the Vacuum tank 1 removed.
  • the Vacuum container 1 designed as a housing of a transformer, which is the Drying material, also in this case containing the solid insulation active part 1.1 of the transformer absorbs.
  • the transformer housing 1 is in one réelleisolierhaus 1.5 arranged, which are heated by the heat generator 3 can.
  • the heat generator 3 is designed as an air heater. The heating energy is supplied through the tubes 2. Through the tubes 2 heated air is used as a heat transfer medium with the help of a hot air fan 3.1 via a housing feedthrough 3.3 into Heat insulation house 1.5 transported. About a housing bushing 3.2 is air the heat insulating housing 1.5 back to the air heater and again heated.
  • the Heating pipes 2 are surrounded by a double jacket and are from the heat generator. 3 heated both the transformer housing 1 and the solvent.
  • the transformer housing. 1 but with cover flanges 1.3 vacuum-sealed openings 1.2, through which openings otherwise the power connections of the active part 1.1 are guided.
  • one of these openings 1.2 is that of the Solventerhitzer 4 on the Solvent connection line 4.1 Flow channel supplied with hot solvent 5.2 arranged.
  • the Solventdampfer Weger now one at the Nozzle throat of the venturi nozzle arranged and in the direction of the nozzle axis aligned injection nozzle 5.7, which via the line 4.1 with hot solvent is fed.
  • Further solvent steam generators each with a flow channel and with one or possibly also with several injectors 5.7 can be provided other openings 1.2 of the transformer housing 1.
  • the flow channel is 5.2 substantially formed axially symmetrical and is limited by a fixed and the large part around the axis bent Venturiblech 6.3 as well as by the adjustable executed straightening plate 6.
  • Deflector 6.4 On the downstream side is on the straightening plate 6 in addition Deflector 6.4 arranged. By the sheet 6.4 is from the channel 5.2 passing, not evaporated solvent to the wall of the transformer housing. 1 guided and can quickly via a provided in the bottom drain port 1.4 ( Figure 6) removed again from the housing 1 and the solvent heater 4 are supplied.
  • transformer housing 1 In a further opening 1.2 transformer housing 1 is the condensation chamber 10 arranged.
  • Two embodiments of this condensation space are from the Figures 8 and 9 can be seen, wherein the embodiment of Figure 8 is largely the Embodiment corresponds to Figure 5 and the Fig.9 largely that according to Fig.4.
  • the embodiment of Figure 8 is still an air-cooled Capacitor 23 shown, which with the outlet opening 10.3 of the Condensation space 10 connected via the line 15 and the Mixed steam condenser 16 to form an additional condensation stage for the enriched steam containing mixed steam 14.2 is connected upstream.
  • Air heated in the air-cooled condenser 23 is transferred by a fan 23.1 an inlet opening 23.2 for heating purposes in the planteisoliergephase 1.4 transported.
  • the drying device 6 shows the assembled transformer in the townisoliergephaseuse first are introduced and instead of housing bushings for the Power connections of the active part 1.1 for carrying the line 4.1 and the Injector 5.7 and to complete the condensation chamber 10 needed Connection flanges 1.3 mounted.
  • Condensate drain is the Interior of the transformer housing 1 with the other components of the Drying device connected.
  • the drying process can now - as in the embodiment the drying device according to Fig.1 described - be performed.
  • the drying device in the vacuum tank 1 a generally as a cascade evaporator trained Solventdampfer Weger 24 arranged. Become this steam generator supplied from the outside through the wall of the vacuum vessel 1 solvent and heat. The amount of solvent supplied is by means of a Solventabsperrventils 20.9 controlled. The heat is placed in an outside of the vacuum tank Heat generator 24.2 formed. Solvent vapor 29 formed in the evaporator 24 flows through a solvent vapor outlet 24.1 in the flow channel 5.2.
  • Reference numeral 25 is an outside of the vacuum container 1 befindaji Solvent heater, preheated in the solvent and the preheated Solvent via a Solventabsperrventil 20.8 dosed in the flow channel 5.2 located Solventverteilkanal 5 is performed. Injectors 5.7 of Solventverteilkanals 5 are arranged in the region of the bottleneck of the venturi.
  • the preheated solvent 5.3 injected in the direction of the solvent vapor stream 29 sucks the Solventdampf from the evaporator 24 due to Jet Sign and so increases its flow velocity.
  • the speed of the Flow channel 5.2 already increased mixed steam flow 30 increases.
  • the from the Flow channel 5.2 passing steam flow 5.4 therefore has a high Flow rate and good turbulence. This results in a higher flow speed and better turbulence of the Vacuum vessel circulating solvent vapor stream than conventional Method.
  • the drying times are at the same time low Energy consumption reduced.
  • the Jet Angel remains the desired high Solvent vapor velocity in the autoclave towards the end of the heating phase receive. This leads to a shorter heating time in the upper temperature range and Accordingly, also provides a small temperature difference over the Drying 1.1 and thus an improved drying quality safely.
  • Solvent evaporator 26 for example, a large evaporator or a Downpipe evaporator
  • the Jet Sign of injected in the direction of the steam flow 29 heated Solvents are analogous to the embodiment according to FIG. 10 of the solvent vapor the steam line and the mixed steam are sucked out of the autoclave 1 and become so the flow velocity and the turbulence of the steam flow in 5.4 advantageously increased.

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Abstract

Das Verfahren dient der Trocknung eines Gutes (1.1), vorzugsweise der Feststoffisolationen eines elektrischen Gerätes, nach der Vapour - Phase - Methode. Bei diesem Verfahren wird das zumindest Wasser, gegebenenfalls zusätzlich Isolieröl sowie Verunreinigungen enthaltende Gut (1.1) in einem Vakuumbehälter (1) bei Unterdruck durch Kondensation von Solventdampf (5.4) aufgeheizt. Ein hierbei gebildeter zumindest Solvent- und Wasserdampf enthaltender Mischdampfstrom wird nachfolgend kondensiert und aus dem Kondensat Wasser und Solvent abgetrennt. Der Solventdampf (5.4) wird von Solvent gebildet, welches bei einem Druck erwärmt wird, der über dem im Vakuumbehälter (1) herrschenden Druck liegt. Um den Energieverbrauch und die Durchlaufzeit des Verfahrens gering zu halten, wird das erwärmte Solvent (5.3) in einen im Inneren des Vakuumbehälters (1) angeordneten und nach Art einer Venturidüse ausgebildeten Strömungskanal (5.2) eingespritzt. Eine besonders hohe Effizienz weist das Verfahren dann auf, wenn das erwärmte Solvent (5.3) in einen in der Venturidüse geführten Solventdampfstrom (29) eingespritzt wird. <IMAGE>

Description

Gebiet der Erfindung
Bei der Erfindung wird ausgegangen von einem Verfahren zur Trocknung von Gut, wie insbesondere von Feststoffisolationen eines elektrischen Geräts, nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Die Erfindung betrifft zugleich auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Bei dem Verfahren wird die Kondensationswärme eines in einem Verdampfer erzeugten Solventdampfs zum raschen und schonenden Aufheizen des Guts ausgenutzt. Das Trocknungsgut umfasst im allgemeinen die Feststoffisolationen eines elektrischen Gerätes, etwa eines Leistungstransformators. Das Gerät oder zumindest dessen die Feststoffisolationen enthaltendes Aktivteil sind in einem auf Unterdruck gehaltenen Vakuumbehälter, beispielsweise einem Autoklaven, angeordnet. Beim Aufheizen aus den Feststoffisolationen austretendes Wasser wird in Form eines Solvent- und Wasserdampf enthaltenden Mischdampfs zusammen mit nicht zu vermeidender Leckluft einer Kondensations- und Trennvorrichtung zugeführt, in der das kondensierte Wasser vom Solvent getrennt und die Leckluft mit einer Vakuumpumpe abgesaugt wird. Gegebenfalls vorhandenes Isolieröl und/oder Verunreinigungen werden durch Destillation aus dem Solvent entfernt. Bei der Ausführung dieses sogenannten Vapour-Phase-Verfahrens fallen folgende Prozess-Schritte an:
  • Beladen des Autoklaven mit Gut,
  • Evakuieren des beladenen Autoklaven,
  • Aufheizen des beladenen Autoklaven mit kondensierendem Solventdampf und gegebenenfalls zusätzlich mit der Autoklavheizung, um den überwiegenden Teil des Wasser sowie des gegebenenfalls vorhandenen Isolieröls und der Verunreinigungen aus dem Gut zu entfernen,
  • Durchführen von Zwischendrucksenkungen im Autoklaven, um während des Aufheizens ausgewaschenes Isolieröl abzudestillieren und um in besonders schneller und schonender Weise die vorgenannten Substanzen zu entfernen,
  • Anlegen von Feinvakuum bei eingeschalteter Autoklavheizung an den Autoklaven, um noch vorhanden Restsubstanzen aus den Feststoffisolationen zu entfernen, und
  • Belüften und Entladen des Autoklaven.
Stand der Technik
Das Verfahren der eingangs erwähnten Art ist DE 30 14 831 A entnehmbar. Eine in diesem Stand der Technik beschriebene, nach dem Vapour-Phase-Verfahren arbeitende Trocknungsvorrichtung für isolierölgetränkte Isolierungen weist einen die zu trocknenden Isolierungen aufnehmenden evakuierbaren Autoklaven auf, in dem ein Kaskadenverdampfer angeordnet ist. Dieser Kaskadenverdampfer ist im wesentlichen vertikal ausgerichtet und enthält einen von einer Platte und einer Trennwand begrenzten Strömungskanal. An der Platte sind Heizschlangen und Leitbleche angeordnet. Dem Kaskadenverdampfer wird mittels einer Pumpe Solvent zugeführt, welches in einem ausserhalb des Autoklaven angeordneten Vorwärmer erwärmt wurde. Das vorgewärmte Solvent rieselt unter Mitwirkung der Leitbleche längs der Platte von oben nach unten. Hierbei verdampft das Solvent an den Heizschlangen. Der sich bildende Solventdampf strömt aufgrund von Kaminwirkung im Strömungskanal vertikal nach oben und wird über einen Dampfeintritt in den die Isolierungen enthaltenden Nutzraum des Autoklaven geführt.
Ein weiteres Trocknungsverfahren wurde in den USA durch die Firmen "General Electric" und "Westinghouse" ab ca. 1960 appliziert. Dabei wurde das Solvent in einem ausserhalb des Autoklaven liegenden Solventerhitzer aufgeheizt und in den unter Vakuum stehenden Autoklaven eingeführt und dabei verdampft, wie im Buch "A Guide to Transformer Maintenance" von S.D.Meyers, J.J.Kelly, P.H.Parish, S.496 (Transformer Maintenance Institute, Division, S.D.Myers, Inc. Akron Ohio, 1981) erwähnt. Hierbei wird das Solvent wesentlich über die Trocknungstemperatur aufgeheizt, da dem Solvent Verdampfungswärme entzogen wird und sich dabei abkühlt. Eine genaue Temperaturkontrolle des Solventdampfs ist schwierig, da diverse Faktoren wie Druck und Temperatur im Autoklaven die Verdampfungsrate und somit auch die Solventdampftemperatur beeinflussen.
Das vorgenannte Trockenverfahren ist auch beschrieben in US 2002/0184784 A1. Bei diesem Stand der Technik wird Heizflüssigkeit in der flüssigen Phase belassend ausserhalb eines Trockengut enthaltenden Vakuumgefässes erhitzt. Nachfolgend wird die erhitzte Heizflüssigkeit am oder im Vakuumgefäss verdampft.
In der Firmenschrift P.K.Gmeiner "Modern vapour drying processes and plants", Februar 1992, Micafil Vakuumtechnik AG, Zürich MTV/E 0293000/22 sind nach der Vapour-Phase-Methode arbeitende Solventdampftrocknungsanlagen mit separaten, ausserhalb oder innerhalb eines Autoklaven liegenden Solventverdampfern beschrieben. Alle die zur Ausführung der beschriebenen Verfahren eingesetzten Vorrichtungen, bedingen eine Autoklavheizung und zusätzlich einen Verdampfer mit einer komplexen Temperatursteuerung zur Regelung des Solventdampfs mit hoher Genauigkeit zu regulieren.
Die Trocknung von Transformatoren im eigenen Gehäuse statt in einem als Autoklav ausgeführten vakuumfesten Behälter wird seit ca.1975 appliziert. Dabei wird das Solvent in einem ausserhalb des Transformators liegendem Solventverdampfer verdampft und über grosse und lange flexible Leitungen in das evakuierte Transformatorgehäuse gebracht, wie dies in der Firmenschrift G.Oesch, H.Schatzl, "Die Solventdampftrocknung von Leistungstransformatoren" August 1976, Micafil AG, 8048 Zürich/Schweiz (Bestell-Nr. MNV 46/1 d) beschrieben ist.
Darstellung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Energieverbrauch und die Durchlaufzeit des Verfahrens der eingangs genannten Art zu reduzieren und zugleich Vorrichtungen anzugeben, welche in besonders vorteilhafter Weise zur Durchführung dieses Verfahren geeignet sind.
Beim erfindungsgemässen Verfahren wird das in den Vakuumbehälter geführte und erwärmte Solvent in einen nach Art einer Venturidüse ausgebildeten Strömungskanal eingespritzt. Dabei wird ein überwiegend Solventdampf enthaltender und durch eine Engstelle des Strömungskanal geführter Strahl gebildet, welcher sich infolge Saugwirkung intensiv mit einem bereits im Vakuumbehälter vorhandenen Anteil an Solventdampf mischt. Je nach Anteil und oder Menge an zugemischtem Mischdampf, sowie nach Menge des eingespritzten heissen Solvents kann die Temperatur des aus dem Strömungskanal tretenden Solventdampfes sehr genau gesteuert werden. Zugleich ist durch die durch den Strahl angeregte Strömung eine optimale Umwälzung und Turbulenz des Solventdampfes im Vakuumbehälter sichergestellt. Hierdurch werden die zum Aufheizen des Trocknungsguts benötigte Energiemenge und die Aufheizzeit stark reduziert. Die Reduktion der Aufheizzeit ist vor allem auch dadurch bedingt, dass durch starkes während der gesamten Aufheizphase praktisch konstantes Einspritzen von aufgeheiztem Solvent in den Strömungskanal eine grosse Umwälzmenge an Solventdampf und somit eine hohe Solventdampfgeschwindigkeit auch gegen Ende der Aufheizphase im Vakuumbehälter erhalten bleibt. Trotz des geringen Energieverbrauchs und der kurzen Durchlaufzeit benötigt das Verfahren über die bei herkömmlichen Verfahren notwendigen Komponenten hinaus keine aufwendigen Zusatzkomponenten.
Eine besonders kurze Durchlaufzeit wird erreicht, wenn das erwärmte Solvent in einen durch die Venturidüse geführten Solventdampfstrom eingespritzt wird. Infolge der Jetwirkung des eingespritzten Solvents werden die Geschwindigkeit und die Turbulenzen des in der Venturidüse geführten Solventdampfstroms wesentlich erhöht. Hieraus resultieren eine hohe Geschwindigkeit und eine gute Turbulenz des im Vakuumbehälter zirkulierenden Solventdampfes und wird dementsprechend die Trockenzeit stark verringert. Die erhöhte Solventdampfgeschwindigkeit wird infolge der Jetwirkung ebenfalls gegen Ende der Aufheizphase aufrechterhalten, was eine kürzere Aufheizzeit im oberen Temperaturbereich und eine noch kleinere Temperaturdifferenz über das Trocknungsobjekt sicherstellt, wodurch die Güte der Trocknung erheblich verbessert wird.
Vorteilhafterweise wird der vorgenannte in der Venturidüse geführte Solventdampfstrom in einem im Vakuumbehälter angeordneten Verdampfer erzeugt, da dann nämlich durch die Jetwirkung des eingespritzten Solvents der vom Verdampfer erzeugte Solventdampf rasch vom Verdampfer weggesaugt wird, was zu kleinerem Druckverlust in diesem Verdampfer und somit zu erhöhter Effizienz führt.
Der Solventdampfstrom kann auch in einem ausserhalb des Vakuumbehälters angeordneten Verdampfer erzeugt und durch die Wand ins Innere des Vakuumbehälters geführt werden. Infolge der Jetwirkung wird dann der Solventdampf besser aus einer in den Vakuumbehälter geführten Solventdampfleitung abgesaugt, was zu kleinerem Druckverlust zwischen externem Verdampfer und Vakuumbehälter und somit ebenfalls zu erhöhter Effizienz führt.
Mit Vorteil wird das erwärmte Solvent an der Engstelle der Venturidüse in den Strömungskanal eingespritzt. An der Engstelle weist das in den Strömungskanal eingespritzte Solvent besonders hohe Geschwindigkeit auf. Diese hohe Geschwindigkeit ruft einen grossen Unterdruck und damit eine starke Jet-Wirkung hervor, d.h. ein besonders starkes Einsaugen eines im Vakuumbehälter beim Aufheizen des Trocknungsguts gebildeten Mischdampfstroms aus Solvent- und Wasserdampf in das eingespritzte Solvent.
Durch Veränderung von Zuström- und/oder Abströmquerschnitt des Strömungskanals kann auch das Mischungsverhältnis von eingespritztem heissem Solvent zu dem im Vakuumbehälter bereits strömenden Mischdampf verändert werden. Es kann damit auch die Temperatur des aus dem Strömungskanal tretenden Solventdampfstroms mit grosser Geschwindigkeit und guter Genauigkeit gesteuert werden.
Das erfindungsgemässe Verfahren zeichnet sich durch einen besonders hohen Wirkungsgrad aus, wenn in den im Inneren des Vakuumbehälters geführten Mischdampfstrom kaltes Solvent eingespritzt wird. Durch Einspritzen von kaltem Solvent, etwa in einen im Vakuumbehälter angeordneten Kondensationsraums, wird ein Teil des im Mischdampf vorhandenen Solventdampfs durch Jet-Wirkung angesaugt und kondensiert. Dadurch steigt der Anteil des Wasserdampfes im Kondensationsraum an und demzufolge muss weniger Solventdampf in einem ausserhalb des Vakuumbehälters liegenden Kondensator als Kondensat abgeschieden werden, wodurch der Energiebedarf des Verfahrens zusätzlich reduziert wird. Wird das kalte Solvent in Strömungsrichtung in den Mischdampfstrom eingespritzt, so wird wegen der Strahlwirkung der Mischdampf stark angesaugt und infolge intensiver Mischung eine hohe Wärmerekuperation durch Aufheizen des eingespritzten kalten Solvents erreicht.
Eine weitere Verringerung des Energiebedarfs des erfindungemässen Verfahrens wird dadurch erreicht, dass der Mischdampfstrom aus dem Vakuumbehälter geführt und ausserhalb des Behälters in zwei oder mehr Stufen kondensiert wird, und dass mit der in einer ersten der Stufen beim Kondensieren von Mischdampf abgegebenen Kondensationswärme Heizluft erwärmt wird.
Bei einer zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens in einfacher und wirtschaftlicher Weise geeigneten Vorrichtung, welche neben dem Vakuumbehälter auch einen Solventdampferzeuger und eine Vorrichtung zum Kondensieren des Mischdampfstroms aufweist, enthält der Solventdampferzeuger einen im Inneren des Vakuumbehälters angeordneten und nach Art einer Venturidüse ausgebildeten Strömungskanal sowie eine in den Strömungskanal geführte Vorrichtung zum Einspritzen von erwärmtem Solvent in den Strömungskanal. Durch eine besonders gute Wirkungsweise zeichnet sich diese Vorrichtung dann aus, wenn die Einspritzvorrichtung an der Engstelle der Venturidüse in den Strömungskanal mündet. Besonders zweckmässige Ausbildungen der Einspritzvorrichtung enthalten einen mit Einspritzöffnungen in den Strömungskanal mündenden Solventverteilkanal und/oder mindestens eine im Inneren des Strömungskanals gehaltene Einspritzdüse.
Heizenergie kann eingespart und damit der Wirkungsgrad des Verfahrens weiter verbessert werden, wenn die zum Heizen des Vakuumbehälters vorgesehene Heizvorrichtung als Durchlauferhitzer für das Solvent ausgeführt ist.
Eine einfache Regelung von Temperatur und Mischungsverhältnis des aus dem Strömungskanal austretenden Solventdampfs kann dadurch erreicht werden, dass ein den Strömungskanal begrenzendes Richtblech unter Veränderung des Zuströmund/oder Abströmquerschnitts des Strömungskanals verstellbar ausgebildet ist.
Viel Heizenergie wird dadurch eingespart, dass im Vakuumbehälter ein mindestens eine Einspritzdüse für kaltes Solvent aufnehmender und vom Mischgas durchströmter Kondensationsraum der Kondensationsvorrichtung angeordnet ist. Mit Vorteil ist dieser Kondensationsraum als Strömungskanal für das Mischgas ausgebildet und weist einströmseitig ein als Zuströmkanal einer Venturidüse wirkendes Blech auf und/oder ein Abflussblech und/oder abströmseitig ein Umlenkblech.
Die benötigte Heizenergie wird zusätzlich dadurch verringert, dass die Kondensationsvorrichtung einen ausserhalb des Vakuumbehälters angeordneten, luftgekühlten Kondensator zur Erzeugung von Heizluft aufweist.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemässen Trocknungsvorrichtung ist der Vakuumbehälter als Gehäuse eines Transformators ausgeführt und in einem vorzugsweise mit Luft heizbaren Wärmeisolierhaus angeordnet.
Beschreibung der Zeichnung
Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen beschrieben. Hierbei zeigt:
Fig.1
eine Trocknungsvorrichtung nach der Erfindung, enthaltend einen geschnitten dargestellten, Feststoffisolationen eines Transformators als Trocknungsgut aufnehmenden Vakuumbehälter, einen Solventdampferzeuger zum Aufheizen, Zuführen und Verteilen von Solvent und zum Erzeugen von Solventdampf und einen Vorrichtung zum Kondensieren von Solventdampf,
Fig.2
eine erste Ausführungsform des in der Trocknungsvorrichtung nach Fig.1 enthaltenen Solventdampferzeugers,
Fig.3
eine zweite Ausführungsform des in der Trocknungsvorrichtung nach Fig.1 enthaltenen Solventdampferzeugers,
Fig.4
eine erste Ausführungsform der in der Trocknungsvorrichtung nach Fig.1 enthaltenen Kondensationsvorrichtung,
Fig.5
eine zweite Ausführungsform der in der Trocknungsvorrichtung nach Fig.1 enthaltenen Kondensationsvorrichtung,
Fig.6
eine abgewandelte Ausführungsform der Trocknungsvorrichtung nach Fig.1, bei der der Vakuumbehälter vom Gehäuse eines Transformators gebildet ist,
Fig.7
eine Ausführungsform des in der Trocknungsvorrichtung nach Fig.6 enthaltenen Solventdampferzeugers,
Fig.8
eine erste Ausführungsform der in der Trocknungsvorrichtung nach Fig.6 enthaltenen Kondensationsvorrichtung,
Fig.9
eine zweite Ausführungsform der in der Trocknungsvorrichtung nach Fig.6 enthaltenen Kondensationsvorrichtung,
Fig.10
eine abgewandelte Ausführungsform der Trocknungsvorrichtung nach Fig.1, bei der im Vakuumbehälter zusätzlich ein weiterer Solventverdampfer angeordnet ist, und
Fig.11
eine abgewandelte Ausführungsform der Trocknungsvorrichtung nach Fig.1, bei der dem Vakuumbehälter Solventverdampf zuführbar ist, der ausserhalb des Vakuumbehälters erzeugt werden kann.
Wege zur Ausführung der Erfindung
In allen Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen auch gleichwirkende Teile. Die in den Figuren dargestellten Trocknungsvorrichtungen dienen dem Trocknen von Gut, insbesondere der Feststoffisolationen eines oder mehrerer elektrischer Geräte sowie dem Entfernen von möglicherweise in den Isolationen vorhandenem Isolieröl. Die Trocknungsvorrichtung nach Fig.1 enthält einen vakuumdicht ausgeführten Behälter 1, welcher mit einem Feststoffisolationen enthaltenden elektrischen Gerät, beispielsweise einem Transformator, oder - wie dargestellt - auch nur mit dessen die Feststoffisolationen enthaltendem Aktivteil 1.1 beladen ist. Der Vakuumbehälter 1 kann mit Hilfe von Heizrohren 2 beheizt werden. Die Heizenergie wird in einem Wärmeerzeuger 3 auf einen in den Rohren 2 fliessenden Wärmeträger zum Heizen des Vakuumbehälters 1 übertragen. Die Heizrohre 2 sind von einem Doppelmantel umgeben und bilden zusammen mit dem Mantel einen Solventerhitzer 4 eines Solventdampferzeugers. Im Solventerhitzer wird kaltes Solvent erhitzt. Das Solvent ist im allgemeinen ein Leichtöl mit einem wesentlich höheren Siedepunkt als Wasser und einem wesentlich niedrigeren Siedepunkt als ein gegebenenfalls in den Feststoffisolationen vorhandenes Isolieröl. Das erhitzte Solvent wird über eine in Fig.1 nicht bezeichnete Solventverbindungsleitung in einen innerhalb des Vakuumbehälters 1 liegenden, gegebenenfalls rohrförmig ausgebildeten, Solventverteilkanal 5 des Solventdampferzeugers geführt. Der Solventverteilkanal 5 kann mit Vorteil als freiliegendes Rohr mit Einspritzöffnungen und oder Einspritzdüsen ausgebildet werden. Dadurch wird eine kostengünstige Vorrichtung erreicht. Der Solventverteilkanal 5 weist Einspritzöffnungen oder Einspritzdüsen für das Solvent auf. Im Bereich der Einspritzöffnungen liegt der engste Querschnitt eines nach Art einer Venturidüse ausgeführten Strömungskanals 5.2, welcher durch ein geeignet gebogenes Richtblech 6, eine Aussenwand des Solventverteilkanals 5 und die Wand des Vakuumbehälters 1 gebildet wird. Das Richtblech 6 kann durch Drehen und/oder Verschieben in seiner Lage verändert werden. Dadurch lassen sich der stromauf der Düsenengstelle der Venturidüse befindliche Zuströmquerschnitt und der stromab der Düsenengstelle befindliche Abströmquerschnitt des Strömungskanals 5.2 vergrössern oder verkleinern. Der Vakuumbehälter 1 weist unten in seinem Boden eine in einen Ablaufbehälter 7 einmündende Ablauföffnung für kondensiertes Solvent auf sowie für gegebenenfalls vom Solvent aus den Feststoffisolationen ausgewaschenes Isolieröl. Im Ablaufbehälter 7 ist ein als Schalter ausgeführter Füllstandsindikator 7.1 angeordnet. Der Ablaufbehälter 7 ist via Absperrventil 20.1 mit einer Förderpumpe 8 verbunden. Der Austritt der Förderpumpe 8 ist via Absperrventil 20.3 mit dem Solventerhitzer 4 verbunden oder alternativ via Absperrventil 20.6 mit einem Solventvorratstank 9 oder via Absperrventil 20.7 mit einem Öltank 19 zur Aufnahme des gegebenenfalls vorhandenen Isolieröls, welches beim Trocknen des Trocknungsgutes 1.1 durch das Solvent aus den Feststoffisolationen herausgelöst und nachfolgend durch Destillation vom Solvent abgetrennt wurde.
Gegenüber dem Strömungskanal 5.2 ist im Vakuumbehälter 1 eine Kondensationsvorrichtung angeordnet mit einem Kondensationsraum 10 zur Wärmerekuperation, einem Leitblech 10.1, Umlenkblechen 10.2 und Einspritzdüsen 11. Der Kondensationsraum 10 ist nach unten zum Inneren des Vakuumbehälters 1 hin geöffnet und weist an seinem oberen Ende eine durch die Wand des Behälters 1 geführte Austrittsöffnung 10.3 auf, welche über eine Mischdampfleitung 15 und ein Dampfabsperrventil 20 zu einem Mischdampfkondensator 16 führt. Der Mischdampfkondensator 16 weist zwei Ausgänge auf, von denen einer mit einer Vakuumanlage 18 und der andere über ein Absperrventil 21 mit einem Trennbehälter 17 verbunden ist. Der Trennbehälter 17 weist zwei Ausgänge auf, von denen einer auf ein der Entnahme von Wasser dienendes Ablassventil 22 wirkt und der andere mit dem Eingang einer Solventförderpumpe 8.1 verbunden ist, deren Ausgang wahlweise über ein Absperrventil 20.5 zu den Einspritzdüsen 11, oder über Absperrventile 20.4 und 20.6 zum Solventvorratstank 9 führt.
Der Aufbau zweier Ausführungsformen des in der Trocknungsvorrichtung nach Fig.1 vorgesehenen Solventdampferzeugers ist aus den Figuren 2 und 3 ersichtlich. Bei der Ausführungsform nach Fig.2 weist der Solventerhitzer 4 des Solventdampferzeugers vertikal ausgerichtete Heizrohre 2 auf. Ersichtlich wird das kalte Solvent mit Hilfe einer Zuführleitung 4.2 am unteren Ende in den Solventerhitzer 4 geführt und dort erwärmt. Am oberen Ende des Solventerhitzers 4 wird erwärmtes Solvent über die die vorstehend bereits genannte und nun mit dem Bezugszeichen 4.1 gekennzeichnete Solventverbindungsleitung durch die Wand des Vakuumbehälters 1 in den im Behälterinneren angeordneten Solventverteilkanal 5 geführt. Durch die vorstehend bereits genannten und nun mit dem Bezugszeichen 5.1 gekennzeichneten Einspritzöffnungen kann das erwärmte Solvent als intensive Solventströmung 5.3 aus dem Solventverteilkanal 5 in den Strömungskanal 5.2 austreten und sich dort mit einem Solvent- und Wasserdampf enthaltendem Mischdampf aus dem Behälterinneren zu einem überwiegend Solventdampf enthaltenden Dampf 5.4 vereinigen. Der Strömungskanal 5.2 kann sich über die gesamte Länge und/oder Breite einer Wand des Behälters erstrecken und gegebenenfalls auch aus mehreren kurzen Abschnitten bestehen. Ist der Solventverteilkanal als freiliegendes Rohr mit Einspritzöffnungen oder Einspritzdüsen ausgebildet, so wird durch das aus dem Verteilrohr austretende, expandierende und zum Teil verdampfende Solvent, der Mischdampf im Strömungskanal beidseitig am Verteilrohr vorbei angesogen.
Bei der Ausführungsform des Solventdampferzeugers nach Fig.3 sind im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig.2 die Heizrohre 2 des Solventerhitzers 4 vorwiegend horizontal ausgerichtet und ist das den Strömungskanal 5.2 begrenzende Richtblech 6 drehbar ausgebildet. Die Drehung des Richtblechs 6 kann durch eine mechanische Einstellvorrichtung 6.2 erreicht werden, welche über ein Hebelgetriebe auf das an einem Punkt 6.1 drehbar gelagerte Richtblech 6 wirkt. Hierbei kann das Richtblech zwischen zwei Positionen 5.5 resp. 5.6 gedreht werden, in denen der Strömungkanal 5.2 bei nahezu unverändertem Querschnitt der Düsenengstelle maximalen Zuströmquerschnitt für den aus dem Vakuumbehälter 1 eingesaugten vorgenannten Mischdampf und minimalen Abströmquerschnitt für die Mischdampf enthaltende Solventströmung 5.4 aufweist (Position 5.5) bzw. minimalen Zuströmquerschnitt für den zuströmenden Mischdampf und maximalen Abströmquerschnitt für die Mischdampf enthaltende Solventströmung 5.4 (Position 5.6). Es können so je nach Position des Richtblechs 6 und damit Bemessung des Strömungskanals 5.2 der Anteil des Mischdampfes im Strömungskanal 5.2 wie auch die Temperatur der aus dem Strömungskanal 5.2 austretenden Solventdampfströmung 5.4 eingestellt werden.
Der Aufbau zweier Ausführungsformen der in der Trocknungsvorrichtung nach Fig.1 enthaltenen Kondensationsvorrichtung ist aus den Figuren 4 und 5 ersichtlich. Bei der Ausführungsform nach Fig.4 wird kaltes Solvent 14 über eine mit dem Absperrventil 20.5 verbundene Solventleitung 14.3 an die Einspritzdüsen 11 geführt und in Gegenrichtung zu einem von unten in den Kondensationsraum 10 tretenden, Solvent- und Wasserdampf enthaltenden Mischdampfstrom 13 eingespritzt. Dies führt zu einer vorteilhaften intensiven Durchwirbelung des eingespritzten kalten Solvents 14 mit dem in den Kondensationsraum 10 eingesaugten Mischdampfstrom 13. Hierdurch wird die Kondensation von Solventdampf 14.1 aus dem Mischdampfstrom 13 am eingespritzten kalten Solvent 14 optimiert. Das eingespritzte Solvent 14 und der kondensierte Solventdampf 14.1 fliessen zum Ablaufgefäss 7 und werden mit der Förderpumpe 8 abgepumpt, während verbleibender Mischdampf 14.2 aus dem Mischdampfstrom 13 über die Mischdampfleitung 15 aus dem Kondensationsraum 10 entfernt und zu einem Mischdampfkondensator 16 geführt wird.
Bei der Ausführungsform nach Fig.5 wird kaltes Solvent 14 über die Einspritzdüsen 11, 11.1 in gleicher Richtung wie der Mischdampfstrom 13 in letzteren eingespritzt. Dadurch und durch ein am Eintritt des Kondensationsraums 10 angebrachtes und die Einströmseite einer Düse begrenzendes Richtblech 12 wird eine starke Strömung hervorgerufen, welche den Mischdampf als Stroms 13 aus dem Inneren des Vakuumbehälters 1 in den Kondensationsraum 10 einsaugt. Infolge der gleichen Strömungsrichtung von kaltem Solvent 14 und Mischdampf 13 wird die Kondensationsstrecke etwas verlängert. Vor der Austrittsöffnung 10.3 ist mindestens ein Umlenkblech 10.2 angebracht, damit allfällige Solventtropfen abgeschieden werden.
Die Wirkungsweise der Vorrichtung ist wie folgt:
Mit der Vakuumanlage 18 werden der Vakuumbehälter 1, der Mischdampfkondensator 16 und der Trennbehälter 17 evakuiert. Zugleich wird vom Solventvorratstank 9 Solvent über die Absperrventile 20.6 und 20.3 und den Solventerhitzer 4 in den Vakuumbehälter 1 eingezogen bis der Füllstandsindikator 7.1 überflutet ist. In der nun folgenden Aufheizphase wird das im Vakuumbehälter 1 vorhandene Solvent mit der Förderpumpe 8 umgewälzt und im Solventerhitzer 4 auf eine etwas oberhalb einer vorgegebenen Trocknungstemperatur liegende Temperatur erhitzt. Das erhitzte Solvent befindet sich beim Erhitzen auf Normal- oder gegebenenfalls auch auf höherem Druck. Beim Austritt des Solvents aus den Einspritzöffnungen 5.1 des Solventverteilkanals 5 sinkt der Druck im Solvent 5.3 stark ab und verdampft ein Teil des erhitzten Solvents unter gleichzeitiger Abkühlung um den Betrag seiner Verdampfungswärme. Der so entstehende Solventdampf 5.4 kondensiert am Aktivteil und erwärmt dieses unter gleichzeitiger Verdampfung des in den Feststoffisolationen enthaltenen Wassers, was zur Bildung des Solvent- und Wasserdampf enthaltenden Mischdampfes im Vakuumbehälter 1 führt. Im Vakuumbehälter 1 anfallendes und gegebenenfalls Isolieröl enthaltendes Solventkondensat wird mit der Förderpumpe 8 via Solventerhitzer 4 zur Verdampfung wieder dem Solventverteilkanal 5 zugeführt. Das Solvent 5.3 wird mit Vorteil an der Düsenengstelle über die Einspritzöffnungen 5.1 in den Strömungskanal 5.2 eingespritzt. Es entstehen so eine besonders hohe Strömungsgeschwindigkeit und ein dementsprechend grosser Unterdruck. Dies führt zu einer Jet-Wirkung, durch die der im Vakuumbehälter 1 vorhandene Mischdampf in den Strömungskanal 5.2 eingesaugt wird. Der eingesaugte Mischdampf mischt sich mit dem eingespritzten Solvent 5.3 und dem beim Einspritzen gebildeten Solventdampf 5.4. Dies erzeugt den vorteilhaften Effekt, dass einerseits eine schnelle und genaue Temperaturkontrolle des in den Vakuumbehälter 1 eintretenden Solventdampfs 5.4 erreicht wird, und dass andererseits durch Einsaugen des Mischdampfs in den Strömungskanal 5.2 der Mischdampf mit erhöhter Geschwindigkeit turbulent im Vakuumbehälter 1 umgewälzt wird, wodurch die Aufheizung des elektrischen Trocknungsguts 1.1 wesentlich beschleunigt wird.
Falls die Isolationen des elektrischen Trocknungsgutes 1.1 Isolieröl enthalten, wird dieses vom kondensierenden Solvent ausgewaschen und vermischt sich mit dem Solvent zu einem Solvent/Ölgemisch. Der Ölanteil wird im Solventdampferzeuger nicht verdampft. Daher steigt bei kontinuierlicher Entnahme von Mischdampf aus dem Vakuumbehälter 1 und Kondensation des entnommenen Mischdampfs im Mischdampfkondensator 16 der Ölanteil im Vakuumbehälter 1 stetig solange an bis praktisch nur noch reines Öl vorliegt. Dieses Öl wird mit der Förderpumpe 8 via Absperrventil 20.7 in den Öltank 19 gebracht. Danach wird über den Solventerhitzer 4 wieder Solvent in den Vakuumbehälter 1 eingezogen und in vorgängig erwähnter Weise verdampft.
Den Einspritzdüsen 11, 11.1 wird das im Trennbehälter 17 gelagerte kalte Solvent mit der Förderpumpe 8.1 via Absperrventil 20.5 zugeführt und in den Kondensationsraum 10 eingespritzt. An der grossen Oberfläche des eingespritzten kalten Solvents 14 kondensiert die Solventdampfkomponente von in den Kondensationsraum 10 eingesaugtem Mischdampf 13 unter Bildung des kondensierten Solvents 14.1. Hierdurch kann sich in vorteilhafter Weise Wasserdampf im Kondensationsraum 10 anreichern. Es wird somit weniger Solventdampf zum Mischdampfkondensator 16 geführt. Es wird so Energie eingespart, welche zum einen zum Erwärmen des Solvents und zum anderen zum Kühlen des Mischdampfkondensators 16 benötigt wird. Das eingespritzte Solvent und der kondensierte Solventdampf fliessen über den Ablaufbehälter 7 zur Förderpumpe 8 und werden via Absperrventil 20.3 dem Solventerhitzer 4 zugeführt.
Der im Kondensationsraum 10 mit Wasserdampf angereicherte Solventdampf wird durch das Dampfabsperrventil 20 geregelt dem Mischdampfkondensator 16 zugeführt und kondensiert. Hierbei anfallende Leckluft wird mit der Vakuumanlage 18 abgepumpt. Das Solvent und Wasser enthaltende Kondensat wird sodann mittels Sedimentation im Trennbehälter 17 getrennt und das Solvent mit der Pumpe 8.1 via Absperrventil 20.5 wieder den Einspritzdüsen 11, 11.1 zugeführt.
Sobald das Trocknungsgut 1.1 auf eine Temperatur aufgeheizt ist, die ausreicht zur Trocknung der Feststoffisolation resp. zum Auswaschen von gegebenenfalls vorhandenem Isolieröl, wird die Förderpumpe 8 abgeschaltet und das Dampfabsperrventil 20 voll geöffnet. Mittels Kondensation von Solvent und Wasserdampf im Mischdampfkondensator 16 wird der Druck im Vakuumbehälter 1 abgesenkt und gleichzeitig das im Trennbehälter 17 anfallende Solventkondensat mit der Förderpumpe 8.1 über die Ventile 20.4, 20.6 dem Solventvorratstank 9 zugeführt.
Nach Absenken des Drucks im Vakuumbehälter 1 auf so tiefe Werte, dass keine Kondensation von Wasser und nur noch minimale Kondensation von Solvent im Mischdampfkondensator 16 anfällt, wird das Absperrventil 21 geschlossen und der Druck im Vakuumbehälter 1 mit der Vakuumpumpe 18 für einen bestimmten Zeitraum auf geringe Vakuumwerte abgesenkt. Hierbei werden noch vorhandenes restliches Wasser sowie möglicherweise vorhandene Verunreinigungen durch Kondensation entfernt. Nach Beendigung dieser sogenannten Feinvakuumphase wird der Vakuumbehälter 1 belüftet und wird sodann das getrocknete Gut 1.1 dem Vakuumbehälter 1 entnommen.
Bei der Ausführungsform der Trocknungsvorrichtung nach Fig. 6 ist der Vakuumbehälter 1 als Gehäuse eines Transformators ausgebildet, welches das Trocknungsgut, auch in diesem Fall das die Feststoffisolationen enthaltende Aktivteil 1.1 des Transformators aufnimmt. Das Transformatorgehäuse 1 ist in einem Wärmeisolierhaus 1.5 angeordnet, welches vom Wärmeerzeuger 3 geheizt werden kann. Der Wärmeerzeuger 3 ist als Lufterhitzer ausgeführt. Die Heizenergie wird durch die Rohre 2 zugeführt. Durch die Rohre 2 erhitzte Luft wird als Wärmeträger mit Hilfe eines Heissluftventilators 3.1 über eine Gehäusedurchführung 3.3 ins Wärmeisolierhaus 1.5 befördert. Über eine Gehäusedurchführung 3.2 wird Luft aus dem Wärmeisoliergehäuse 1.5 zurück zum Lufterhitzer gebracht und wieder aufgeheizt. Auch bei dieser Ausführungsform der Trocknungsvorrichtung sind die Heizrohre 2 mit einem Doppelmantel umgeben und werden vom Wärmeerzeuger 3 sowohl das der Transformatorgehäuse 1 als auch das Solvent aufgeheizt. Im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig.1 weist das Transformatorgehäuse 1 jedoch mit Abdeckflanschen 1.3 vakuumdicht verschlossene Öffnungen 1.2 auf, durch welche Öffnungen sonst die Stromanschlüsse des Aktivteils 1.1 geführt sind. In einer dieser Öffnungen 1.2 ist der vom Solventerhitzer 4 über die Solventverbindungsleitung 4.1 mit heissem Solvent versorgte Strömungskanal 5.2 angeordnet. Anstelle eines Solventverteilkanals 5 mit Einspritzöffnungen 5.1 weist bei dieser Ausführungsform der Solventdampferzeuger nun eine an der Düsenengstelle der Venturidüse angeordnete und in Richtung der Düsenachse ausgerichtete Einspritzdüse 5.7 auf, welche über die Leitung 4.1 mit heissem Solvent gespeist wird. Weitere Solventdampferzeuger mit jeweils einem Strömungskanal und mit einer oder gegebenenfalls auch mit mehreren Einspritzdüsen 5.7 können an anderen Öffnungen 1.2 des Transformatorgehäuses 1 vorgesehen sein. Wie aus Fig.7 entnommen werden kann, ist der Strömungskanal 5.2 im wesentlichen axialsymmetrisch ausgebildet und ist begrenzt durch ein feststehendes und zum grossen Teil um die Achse gebogenes Venturiblech 6.3 sowie durch das verstellbar ausgeführte Richtblech 6. Abströmseitig ist am Richtblech 6 zusätzlich ein Umlenkblech 6.4 angeordnet. Durch das Blech 6.4 wird aus dem Kanal 5.2 tretendes, nicht verdampftes Solvent an die Wand des Transformatorgehäuses 1 geführt und kann über eine im Boden vorgesehene Ablassöffnung 1.4 (Fig.6) rasch wieder aus dem Gehäuse 1 entfernt und dem Solventerhitzer 4 zugeführt werden.
In einer weiteren Öffnung 1.2 Transformatorgehäuses 1 ist der Kondensationsraum 10 angeordnet. Zwei Ausführungsformen dieses Kondensationsraums sind aus den Figuren 8 und 9 zu ersehen, wobei die Ausführungsform nach Fig.8 weitgehend der Ausführungsform nach Fig.5 entspricht und die nach Fig.9 weitgehend derjenigen nach Fig.4. Bei der Ausführungsform nach Fig.8 ist jedoch noch ein luftgekühlter Kondensator 23 dargestellt, welcher mit der Austrittsöffnung 10.3 des Kondensationsraums 10 über die Leitung 15 verbunden und dem Mischdampfkondensator 16 unter Bildung einer zusätzlichen Kondensationsstufe für den angereicherten Wasserdampf enthaltenden Mischdampf 14.2 vorgeschaltet ist. Im luftgekühlten Kondensator 23 erwärmte Luft wird von einen Ventilator 23.1 über eine Eintrittsöffnung 23.2 zu Heizzwecken ins Wärmeisoliergehäuse 1.4 befördert. Im Kondensator 23 unter Abgabe von Kondensationswärme zum Erwärmen der Luft abgeschiedenes Solvent wird über eine Austrittsöffnung 23.3 dem Ablaufgefäss 7 zugeführt. Verbleibender Mischdampf und Leckluft werden über eine Austrittsöffnung 23.4 dem wassergekühlten Mischdampfkondensator 16 zugeführt und entsprechend der Trocknungsvorrichtung nach Fig.1 behandelt.
Im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig.1 wird bei der Trocknungsvorrichtung nach Fig.6 der fertig montierte Transformator in das Wärmeisoliergehäuse 1 eingebracht und werden anstelle von Gehäusedurchführungen für die Stromanschlüsse des Aktivteils 1.1 die zum Tragen der Leitung 4.1 und der Einspritzdüse 5.7 sowie zum Abschliessen der Kondensationskammer 10 benötigten Anschlussflansche 1.3 montiert. Mit Hilfe von flexibel ausgeführten Leitungen 4.1 und 15 sowie einer mit dem Ablauf 1.4 verbundenen Kondensatableitung wird der Innenraum des Transformatorgehäuses 1 mit den übrigen Komponenten der Trocknungsvorrichtung verbunden. Um diese Montagearbeit zu erleichtern, können die Komponenten zweckmässigerweise auf verschieb- oder fahrbaren Rahmen montiert werden. Das Trocknungsverfahren kann nun - wie bei der Ausführungsform der Trocknungsvorrichtung nach Fig.1 beschrieben - durchgeführt werden. Im Unterschied zum Verfahren, wie es in Zusammenhang mit der Ausführungsform nach Fig.1 beschrieben wurde, wird nun jedoch im Kondensator 23 beim Kondensieren von Mischdampf erwärmte Luft ins Wärmeisolierhaus 1.5 geführt. Damit wird die Kondensationswärme des im Kondensator abgeschiedenen Solvents zur Verbesserung des Wirkungsgrads des Trocknungsverfahrens in besonders vorteilhafter Weise ausgenutzt.
Bei der in Fig. 10 dargestellten Ausführungsform der Trocknungsvorrichtung nach der Erfindung ist im Vakuumbehälter 1 ein im allgemeinen als Kaskadenverdampfer ausgebildeter Solventdampferzeuger 24 angeordnet. Diesem Dampferzeuger werden von aussen durch die Wand des Vakuumbehälters 1 Solvent und Wärme zugeführt. Die Menge des zugeführten Solvents wird mit Hilfe eines Solventabsperrventils 20.9 gesteuert. Die Wärme wird in einem ausserhalb des Vakuumbehälters angeordneten Wärmeerzeuger 24.2 gebildet. Im Verdampfer 24 gebildeter Solventdampf 29 strömt durch einen Solventdampfaustritt 24.1 in den Strömungskanal 5.2. Mit dem Bezugszeichen 25 ist ein ausserhalb des Vakuumbehälters 1 befindlicher Solventerhitzer bezeichnet, in dem Solvent vorgewärmt und das vorgewärmte Solvent über ein Solventabsperrventil 20.8 dosiert in den im Strömungskanal 5.2 befindlichen Solventverteilkanal 5 geführt wird. Die Einspritzdüsen 5.7 des Solventverteilkanals 5 sind im Bereich der Engstelle der Venturidüse angeordnet.
Das in Richtung des Solventdampfstroms 29 eingespritzte vorgewärmte Solvent 5.3 saugt infolge Jetwirkung den Solventdampf aus dem Verdampfer 24 und erhöht so dessen Strömungsgeschwindigkeit. Zugleich wird auch die Geschwindigkeit des im Strömungskanal 5.2 bereits geführten Mischdampfstroms 30 erhöht. Der aus dem Strömungskanal 5.2 tretende Dampfstrom 5.4 weist daher eine hohe Strömungsgeschwindigkeit und eine gute Turbulenz auf. Hieraus resultieren eine höhere Strömungsgeschwindigkeit und eine bessere Turbulenz des im Vakuumbehälter zirkulierenden Solventdampfstroms als bei herkömmlichen Verfahren. Dadurch werden die Trockenzeiten bei gleichzeitig geringem Energiebedarf reduziert. Infolge der Jetwirkung bleibt bleibt die erwünscht hohe Solventdampfgeschwindigkeit im Autoklaven auch gegen Ende der Aufheizphase erhalten. Dies führt zu einer kürzeren Aufheizzeit im oberen Temperaturbereich und stellt dementsprechend auch eine kleine Temperaturdifferenz über dem Trocknungsgut 1.1 und damit auch eine verbesserte Trocknungsqualität sicher.
Bei der Ausführungsform der erfindungsgemässen Trocknungsvorrichtung nach Fig.11 wird im Unterschied zur Ausführungsform nach Fig.10 der Solventdampfstrom 29 in einem ausserhalb des Vakuumgefässes 1 angeordneten externen Solventverdampfer 26, beispielsweise einem Grossverdampfer oder einem Fallrohrverdampfer, erzeugt und über eine einen Zutrittsstutzen 27 und ein Umlenkblech 28 enthaltende Dampfleitung an den Strömungskanal 5.2 geführt. Durch die Jetwirkung des in Richtung des Dampfstroms 29 eingespritzten erwärmten Solvents werden analog der Ausführungsform gemäss Fig.10 der Solventdampf aus der Dampfleitung und der Mischdampf aus dem Autoklaven 1 abgesaugt und werden so die Strömungsgeschwindigkeit und die Turbulenz des Dampfstroms 5.4 in vorteilhafter Weise erhöht.
Bezugszeichenliste
1
Vakuumbehälter, Transformatorgehäuse
1.1
Trocknungsgut (elektrisches Gerät, Aktivteil des Geräts)
1.2
Gehäuseöffnungen
1.3
Abdeckflansche
1.4
Kondensatablauf
1.5
Wärmeisolierhaus
2
Heizrohre
3
Wärmeerzeuger, Lufterhitzer
3.1
Heissluftventilator
3.2, 3.3
Gehäusedurchführungen
4
Solventerhitzer
4.1
Solventverbindungsleitung
4.2
Solventzuführleitung
5
Solventverteilkanal
5.1
Einspritzöffnung
5.2
Strömungskanal
5.3
erwärmtes Solvent
5.4
Solventdampf
5.5
Lage eines Richtblechs 6 für maximale Eintrittsfläche von 5.2
5.6
Lage eines Richtblechs 6 für minimale Eintrittsfläche von 5.2
5.7
Einspritzdüse
6
Richtblech
6.1
Drehpunkt des Richtblechs
6.2
Einstellvorrichtung für das Richtblech
6.3
Venturiblech
6.4
Umlenkblech
7
Ablaufbehälter
7.1
Füllstandsindikator
8, 8.1
Förderpumpen
9
Solventvorratstank
10
Kondensationsraum der Wärmerekuperation
10.1
Leitblech
10.2
Umlenkblech
10.3
Austrittsöffnung
10.4
Abflussblech
11
Einspritzdüsen
12
Richtblech
13
Mischdampfstrom
14
kaltes Solvent
14.1
Kondensiertes Solvent
14.2
Solventdampf mit angereichertem Wasserdampf
14.3
Solventleitung
15
Mischdampfleitung
16
Mischdampfkondensator
17
Trennbehälter
18
Vakuumanlage
19
Öltank
20
Dampfabsperrventil
20.1-20.7
Solvent-Ölabsperrventile
20.8, 20,9
Solventabsperrventile
21
Solvent-Vakuumabsperrventil
22
Wasserablassventil
23
luftgekühlter Kondensator
23.1
Ventilator
23.2
Eintrittsöffnung
23.3
Austrittsöffnung (Solventkondensat)
23.4
Austrittsöffnung (Mischdampf)
24
(intemer) Solventverdampfer
24.1
Solventdampfaustritt
24.2
Wärmeerzeuger
25
Solventerhitzer
26
(externer) Solventverdampfer
27
Zutrittsstutzen
28
Umlenkblech
29
Solventdampfstrom
30
Mischdampfstrom

Claims (17)

  1. Verfahren zur Trocknung eines Gutes (1.1), vorzugsweise von Feststoffisolationen eines elektrischen Geräts, nach der Vapour - Phase - Methode, bei dem das zumindest Wasser, gegebenenfalls zusätzlich Isolieröl sowie Verunreinigungen, enthaltende Gut (1.1) in einem Vakuumbehälter (1) bei Unterdruck durch Kondensation von Solventdampf (5.4) aufgeheizt und hierbei ein zumindest Solvent- und Wasserdampf enthaltender Mischdampfstrom (13) gebildet wird, welcher nachfolgend kondensiert wird und aus dessen Kondensat Wasser und Solvent abgeschieden werden, bei welchem Verfahren in den Vakuumbehälter (1) geführtes Solvent bei einem Druck erwärmt wird, der über dem im Vakuumbehälter (1) herrschenden Druck liegt, und das erwärmte Solvent in einen im Inneren des Vakuumbehälters (1) angeordneten Strömungskanal (5.2) eingebracht wird, in dem es verdampft, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte Solvent (5.3) unter Bildung einer heissen Solventdampfströmung (5.4) in den nach Art einer Venturidüse ausgebildeten Strömungskanal (5.2) eingespritzt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte Solvent (5.3) in einen durch die Venturidüse geführten Solventdampfstrom (29) eingespritzt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Solventdampfstrom (29) in einem im Vakuumbehälter (1) angeordneten Verdampfer (24) erzeugt wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Solventdampfstrom (29) in einem ausserhalb des Vakuumbehälters (1) angeordneten Verdampfer (26) erzeugt und durch die Wand ins Innere des Vakuumbehälters (1) geführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erwärmte Solvent (5.3) an der Engstelle der Venturidüse in den Strömungskanal (5.2) eingespritzt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass Zuström- und/oder Abströmquerschnitt der Venturidüse verändert werden.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Vakuumbehälter (1) in den Mischdampfstrom (13) kaltes Solvent (14) eingespritzt wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das kalte Solvent (14) in Strömungsrichtung in den Mischdampfstrom (13) eingespritzt wird.
  9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das kalte Solvent (14) entgegen der Strömungsrichtung in den Mischdampfstrom (13) eingespritzt wird.
  10. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, enthaltend neben dem das Trocknungsgut (1.1) aufnehmenden Vakuumbehälter (1), einen Solventdampferzeuger mit einem in Inneren des Vakuumbehälters (1) angeordneten Strömungskanal (5.2) und eine Vorrichtung zum Kondensieren des Mischdampfstroms (13), dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (5.2) nach Art einer Venturidüse ausgebildet ist, und dass der Solventdampferzeuger eine in den Strömungskanal (5.2) geführte Vorrichtung aufweist zum Einspritzen von erwärmtem Solvent.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzvorrichtung stromabwärts einer Dampfaustrittsöffnung (24.1) eines in der Vakuumkammer (1) angeordneten Solventverdampfers (24) liegt oder stromabwärts einer Dampfaustrittsöffnung (24.1) einer von aussen in den Vakuumbehälter (1) geführten Solventdampfleitung (27, 28), welche von einem ausserhalb der Vakuumkammer (1) angeordneten Solventverdampfer (26) mit Solventdampf speisbar ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungskanal (5.2) im Bereich der Dampfaustrittsöffnung (24.1) angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Einspritzvorrichtung einen mit Einspritzöffnungen (5.1) und/ oder Einspritzdüsen zumindest im Bereich der Engstelle der Venturidüse in den Strömungskanal (5.2) mündenden Solventverteilkanal (5) und/oder mindestens eine im Bereich der Engstelle der Venturidüse im Inneren des Strömungskanals (5.2) gehaltene Einspritzdüse (5.7) enthält.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der Solventverteilkanal (5) als freiliegendes Rohr ausgebildet ist.
  15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein den Strömungskanal (5.2) begrenzendes Richtblech (6) unter Veränderung des Zuström- und/oder Abströmquerschnitts des Strömungskanals (5.2) verstellbar ausgebildet ist.
  16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass im Vakuumbehälter (1) ein mindestens eine Einspritzdüse (11) für kaltes Solvent und den Mischdampfstrom (13) aufnehmender Kondensationsraum (10) der Kondensationsvorrichtung angeordnet ist.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumbehälter (1) als Gehäuse eines Transformators ausgeführt und in einem vorzugsweise mit Luft heizbaren Wärmeisolierhaus (1.5) angeordnet ist.
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