EP2665838B1 - Verfahren zum aufheizen und trocknen eines gutes - Google Patents

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EP2665838B1
EP2665838B1 EP12743746.5A EP12743746A EP2665838B1 EP 2665838 B1 EP2665838 B1 EP 2665838B1 EP 12743746 A EP12743746 A EP 12743746A EP 2665838 B1 EP2665838 B1 EP 2665838B1
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EP
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heating
autoclave
insulation
gaseous
drying
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EP2665838A1 (de
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Gerhard Mais
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Hedrich GmbH
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Hedrich GmbH
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Publication date
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    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/32—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by development of heat within the materials or objects to be dried, e.g. by fermentation or other microbiological action
    • F26B3/34—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by development of heat within the materials or objects to be dried, e.g. by fermentation or other microbiological action by using electrical effects
    • F26B3/353—Resistance heating, e.g. using the materials or objects to be dried as an electrical resistance
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • 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
    • F26B21/06—Controlling, e.g. regulating, parameters of gas supply
    • F26B21/08—Humidity
    • F26B21/083—Humidity by using sorbent or hygroscopic materials, e.g. chemical substances, molecular sieves
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    • F26B21/086—Humidity by condensing the moisture in the drying medium, which may be recycled, e.g. using a heat pump cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
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    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B19/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing insulators or insulating bodies
    • H01B19/02—Drying; Impregnating
    • 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

Definitions

  • the invention relates to a method for heating and drying a good, which has an insulation, according to the preamble of claim 1.
  • drying methods are known in which the material to be dried is in an autoclave and heated by means of a circulation process with hot air and then moisture is removed from the material by means of vacuum.
  • the walls of the autoclave are heated to a temperature of approx. 120 ° C.
  • the passing air absorbs the heat from the walls and heats up to approx. 110 ° C.
  • the autoclave is evacuated and the residual moisture removed from the insulation.
  • the material to be dried may be, for example, transformers, capacitors, current transformers, current feedthroughs, etc., which have hygroscopic isolations on a pulp and / or plastic base.
  • the material has a portion of insulation containing the water to be extracted and a core in which substantially no or no insulation is provided. Particularly in the case of transformers, there is a need to extract water from the paper insulation of the transformer, so that the insulating properties of the oil-paper dielectric are not adversely affected.
  • US 4,812,608 A discloses an oven for thermo-magnetic treatment of a toroidal coil.
  • the furnace has heating disks for heating the toroidal coils, and an inert gas can be supplied to the furnace for promoting the heating operation.
  • an inert gas can be supplied to the furnace for promoting the heating operation.
  • it can be evacuated.
  • US 2002/0178604 A1 discloses an apparatus for drying and heating a transformer, the apparatus having an autoclave. In the heating process, a condensation of the solvent vapor takes place at the solid insulation.
  • US 4,411,075 describes a method for heating and drying a solvent-laden material by means of a drying chamber which is open to the environment, uses a stream of inert gas as heating gas and prevents the entry of air into the drying space by an inert gas-flushed lock chamber.
  • EP 1 406 056 A1 discloses the drying of a good in an autoclave, wherein the heating of the material to be dried on the heat of condensation of a vapor takes place, which is reflected in this good.
  • the object of the invention is to provide a method for heating and drying a good, which does not have at least the above disadvantages.
  • a method for heating and drying a product, which has an electrical insulation.
  • the device has an evacuable autoclave into which a gaseous heating medium can be introduced.
  • the device is designed such that during the heating process, the heating medium remains in the gaseous state throughout the process.
  • the gaseous heating medium is in particular an inert gas.
  • an autoclave is understood as meaning a substantially vacuum-tight chamber or a vacuum-tight housing.
  • the autoclave is additionally designed in such a way that an overpressure can prevail in the chamber or the housing.
  • inert gas means all gases which do not react with the isolation of the material or whose tendency to react with the insulation is less than the propensity to react of the air, in particular of the oxygen.
  • nitrogen can be used as the inert gas. The advantage of using nitrogen is that it can be procured inexpensively and thus the operating costs of the device are low.
  • other inert gases such as helium, argon, neon or the like can be used.
  • the insulation may be a hygroscopic insulation based on pulp and / or plastic.
  • inert gas as a gaseous heating medium has the advantage that the damaging effect of oxygen on the insulation is excluded because the gaseous heating medium does not react with the insulating material and thus can not damage it.
  • the inert gas can be heated to temperatures of over 120 ° C, without having to fear damage to the insulation. Due to the high temperature of the gaseous heating medium, the convective heat input into the insulation increases, which reduces the heating time of the insulation.
  • the autoclave may have a discharge line and a feed line connected to the discharge line.
  • the autoclave, the The discharge line and the supply line can form a circle, in particular a closed heating circuit.
  • a closed heating circuit By providing a closed heating circuit can be ensured that the inert gas is not released during the heating process in the environment, whereby the energy loss of the device is reduced again.
  • the gaseous heating medium or the mixture of gaseous heating medium and the evaporated water from the insulation flows during the heating process within the circle in which it can be dried and / or heated.
  • the autoclave is evacuated.
  • the evacuation of the autoclave has the advantage that an additional diffusion gradient for the water vapor is generated.
  • the mixture in the autoclave can be removed from the autoclave via a vacuum pump set.
  • the vacuum pump set may be formed as an open circuit. In this case, the discharged mixture is discharged into the environment.
  • the vacuum pump set may be formed as a closed circuit, so that after the drying process, the gaseous heating medium can be supplied to the autoclave again.
  • a dryer may be provided for separating the condensed water from the mixture so as to ensure that only the gaseous dry heating medium is returned to the autoclave.
  • the heating process can take place at several intervals in which the material is heated and subsequently the pressure in the autoclave is lowered.
  • the pressure is not lowered as much as in the final drying process, in which the autoclave is evacuated.
  • a circulation device may be provided within the autoclave.
  • the circulation of the gaseous heating medium in the autoclave can be carried out in particular at atmospheric pressure or overpressure.
  • the circulation of the gaseous heating medium at overpressure offers the advantage that the energy content of the Heating medium and thus the heat transfer to the goods is high.
  • baffles may be provided within the autoclave, which can deflect the gaseous heating medium, so that heating of the goods can be done, for example, from bottom to top.
  • a dryer in particular a condenser and / or an absorption dryer may be provided between the discharge line and the supply line.
  • the mixture taken from the autoclave is dried from, for example, inert gas and steam.
  • a heat exchanger can be arranged between the dryer and the discharge line.
  • the mixture taken from the autoclave is cooled before entering the dryer.
  • the released during the cooling heat can be used to heat the gaseous heating medium before it is fed via the supply line to the autoclave.
  • the provision of the heat exchanger has the advantage that the energy loss of the device is reduced.
  • a further heat exchanger may be provided, which is arranged between the dryer and the feed line. In the heat exchanger, the gaseous heating medium can be heated prior to feeding into the autoclave.
  • the supply of heated, dry gaseous heating medium in the autoclave has the advantage that in addition to the heating of the insulation for the steam generated in the insulation, a partial pressure gradient is generated and thus there is a diffusion from the isolation to the gaseous dry heating medium.
  • a predrying of the insulation can be achieved.
  • a heating device for supplying energy to the goods can be provided in the device.
  • the heater may be formed for example as a resistance heater, which allows a conversion of electrical energy into thermal energy.
  • the energy supply to the good can be provided to a provided in the good electrical line, in particular a coil-shaped line, done.
  • the line, in particular the transformer coil is arranged in the material such that both the insulation and the core of the material, which has substantially no insulation, are warmed up.
  • the energy supply from the heater to the estate can be done during the heating process as well as during the drying process, which is followed by the heating process of the goods.
  • An energy supply during the drying process has the advantage that heat losses can be compensated, which can arise during the drying process.
  • a loss of heat may occur in the evaporation of the water contained in the insulation, which leads to a reduction in the temperature of the insulation.
  • heat loss may be due to heat being transferred from the insulation of the material to a portion of the good adjacent to the insulation, such as e.g. the core of the material flows, whose temperature is lower than the temperature of the insulation.
  • the power supply by the heater can be done during all or part of the drying process. In particular, the energy supply can be switched off towards the end of the drying process.
  • the core of the material can be heated to a temperature where the heat flow in the insulation to this section is low.
  • the core of the material can be heated in such a way that its temperature is above a condensation temperature of the water evaporating from the insulation of the material. This can prevent the water evaporated from the insulation from condensing on the core.
  • the material is designed as a transformer.
  • the core corresponds to the transformer core, which may consist of individual, mutually electrically insulated core sheets.
  • the heating device energizes a low voltage coil and / or a high voltage coil of the transformer.
  • a sole energization of the undervoltage coil has the advantage that the transformer core can be heated in a simple manner. This is possible because the undervoltage coil is located close to the core of the transformer.
  • the high-voltage coil and / or low-voltage coil are energized differently during the heating process or the drying process.
  • both coils can be energized during the heating process and during the drying process, only the lower voltage coil.
  • further energizing possibilities of the two coils during the heating process or during the drying process are conceivable.
  • the two coils can be energized to different degrees.
  • the heater may be designed as a DC or low frequency or high frequency device.
  • the provision of the heater as a high-frequency device has the advantage that the skin effect can be exploited.
  • the current density at high-frequency alternating currents is greater on the outside of the conductor than in the middle of the conductor, which increases the resistance in the line and thus the heat transfer into the material, in particular into the core.
  • a measuring unit may be provided in the vacuum pump set, by means of which a measurement of the dew point can take place in a vacuum line. Depending on the result of the measurement, the drying process can be ended.
  • the invention is not limited to the drying of a product whose insulation contains water.
  • the device according to the invention or the process according to the invention also dried a good that has a different substance to be evaporated than water.
  • FIG. 1 1 for heating and drying a product 4 has an autoclave 10, a heating device 14, a heating circuit 2 and a vacuum pump set 3.
  • the autoclave 10 is formed as a chamber which is designed so that it can be both evacuated and pressurized. Within the autoclave 10, the material is arranged, wherein it may be, for example, a transformer active part 4, at the estate. Furthermore, a circulation device 13 is provided within the autoclave 10, by means of which the gaseous heating medium in the autoclave 10 can be circulated. The circulating device 13 is driven by a motor, not shown in the figures.
  • the heating circuit 2 is formed as a closed circuit and has a discharge line 23 and a supply line 24, which are connected to each other. Via the discharge line 23, the mixture contained in the autoclave 10 is removed and fed via the feed line 24 to the autoclave 10.
  • the heating circuit 2 has, viewed in the flow direction of the removed mixture, a first heat exchanger 22, a dryer 20 and a second heat exchanger 21.
  • the vacuum pump set 3 is designed to be open and has a vacuum line 30 which communicates with the interior of the autoclave 10. Furthermore, the vacuum pump set 3 has a measuring unit 31, by means of which the dew point in a bypass line 33 of the vacuum line 30 is measured and a third heat exchanger 32.
  • the heater 14 is connected to the transformer 4, in particular the coil of the transformer 4.
  • the in FIG. 2 shown transformer 4 has a transformer core 40 and a coil.
  • the coil has a low voltage coil 41 and a high voltage coil 42, both of which extend around the transformer core 40.
  • the undervoltage coil 41 is arranged closer to the transformer core 40 than the high-voltage coil 42 FIG. 2
  • the transformer shown, the insulation is not shown.
  • the gaseous heating medium used is inert gas, in particular nitrogen.
  • the operation of the device 1 will be described by means of heating and drying of a transformer.
  • the operation of the device 1 is not limited to heating and drying a transformer.
  • the transformer 4 is heated.
  • the walls of the autoclave 10 are heated, whereby the gaseous heating medium in the autoclave 10 also heats up.
  • the circulation device 13 the gaseous heating medium is circulated within the autoclave 10.
  • the circulation of the gaseous heating medium is a Heat emission from this to the not shown in the figures insulation of the transformer 4.
  • the dry gaseous heating medium leads to the heating in addition to a partial pressure gradient is generated, so that there is a diffusion of water vapor from the insulation to the gaseous heating medium.
  • the mixture of gaseous heating medium and water vapor is removed via the discharge line 23 from the autoclave 10 and flows through the first heat exchanger 22, in which it is cooled. Following this, the mixture flows through a dryer 20, in which the water vapor is deposited. The condensed water flows into a collecting tank, not shown in the figures.
  • the dried gaseous heating medium flows through the dryer 20 after a second heat exchanger 21, in which the gaseous heating medium is heated.
  • the coil of the transformer 4 is energized by the heater 14. This ensures that the transformer core 40 and the insulation, not shown, are heated, so that a uniform temperature distribution within the transformer 4 is achieved.
  • the heating process is ended and the drying process is started.
  • the mixture in the autoclave is sucked off via the vacuum line 30 or the autoclave is evacuated.
  • an additional diffusion gradient for the water vapor is generated, whereby the drying of the insulation accelerates and / or improves.
  • the extracted mixture is discharged into the environment, wherein previously a heat exchange takes place in the third heat exchanger 32 between the mixture and, for example, cooling water of the device 1.
  • the measuring unit 31 the dew point of the extracted mixture is measured in the bypass line 32 and, depending on this value, it is decided whether the drying process has ended or not.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufheizen und Trocknen eines Gutes, das eine Isolation aufweist, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Vorrichtungen zum Trocknen eines Gutes, insbesondere der Isolation von Transformatoren bekannt. So sind Trocknungsverfahren bekannt, bei denen sich das zu trocknende Gut in einem Autoklaven befindet und mittels eines Umwälzverfahrens mit heißer Luft aufgeheizt und anschließend Feuchtigkeit aus dem Gut mittels Vakuum entfernt wird. Bei der Aufheizung werden die Wände des Autoklavs auf eine Temperatur von ca. 120°C aufgeheizt. Die vorbei strömende Luft nimmt die Wärme von den Wänden auf und erwärmt sich auf ca. 110°C. Nach erfolgter Aufheizung der Isolation wird der Autoklav evakuiert und die Restfeuchte aus der Isolation entfernt.
  • Bei dem zu trocknenden Gut kann es sich beispielsweise um Transformatoren, Kondensatoren, Stromwandler, Stromdurchführungen, etc. handeln, die hygroskopische Isolationen auf Zellstoff-und/oder Kunststoffbasis besitzen. Das Gut weist einen Abschnitt mit Isolationen auf, in denen das zu entziehende Wasser enthalten ist, und einen Kern, in dem im Wesentlichen keine oder keine Isolationen vorgesehen sind. Insbesondere bei Transformatoren besteht die Notwendigkeit, der Papierisolation des Transformators Wasser zu entziehen, damit die Isoliereigenschaften des Öl-Papier-Dielektrikums nicht negativ beeinflusst werden.
  • Aus EP 0 801 405 A2 ist eine Vorrichtung bekannt, bei der das Aufheizen einer Wicklung, die eine Feststoffisolation enthält, mittels einer Heizeinrichtung und eines im Autoklaven umgewälzten heißen Luftstromes erfolgt. Die Wicklung wird durch die Heizeinrichtung bestromt und führt zu einer Aufwärmung der Isolation von innen. Gleichzeitig erfolgt durch Konvektion eine Wärmeabgabe der heißen Luft an die Isolation, die eine Aufwärmung der Isolation von außen bewirkt. Die Lufttemperatur liegt unterhalb der Temperatur der Wicklung, und die Luftumwälzung innerhalb des Autoklavs erfolgt unterhalb des Atmosphärendrucks. Die Trocknung der Wicklung erfolgt in einem dem Aufheizvorgang nachgeschalteten Trocknungsvorgang, bei dem der Autoklav evakuiert wird.
  • Dadurch, dass die wesentliche Aufheizung des Guts über die elektrische Heizeinrichtung erfolgt, ergeben sich lokale Überhitzungen in der Isolation. Diese lokalen Überhitzungen werden dadurch verstärkt, dass die Isolation ein schlechter Wärmeleiter ist und somit die Wärme innerhalb der Isolation nur sehr langsam gleichmäßig verteilt wird, was zu Beeinträchtigungen und Qualitätsverlusten der Isolation führt. Die hohen Temperaturunterschiede innerhalb der Isolation können durch die heiße Luft innerhalb des Autoklavs nicht ausreichend ausgeglichen werden, da die von der Luft abgegebene Wärme aufgrund der niedrigen Wärmekapazität von Luft und des niedrigen Drucks zu klein ist, um die Temperaturunterschiede innerhalb der Isolation auszugleichen. Die Lufttemperatur ist auf einen Wert von ca. 110 °C begrenzt, da oberhalb von diesem Wert eine signifikante Reaktion des Sauerstoffs mit dem Material der Isolation erfolgt, welche die Isolation beschädigen kann.
  • In DE 196 37 313 A1 wird eine Vorrichtung zum Aufheizen und Trocknen eines Gutes offenbart, die nach dem sogenannten Vapor-Phase-Verfahren arbeitet. Dabei wird nach einer Evakuierung des Autoklavs Kerosindampf dem Autoklaven zugeführt. Durch Kondensation des Kerosindampfs wird seine latente Wärme an die Oberfläche des Gutes abgegeben und dieses damit aufgeheizt. Nach erfolgter Aufheizung der Isolation auf eine Temperatur von ca. 125 °C wird die Beaufschlagung mit Kerosindampf eingestellt und das Gut durch Evakuierung des Autoklavs in einem Trocknungsvorgang endgültig getrocknet.
  • Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass während des Aufheizvorgangs das kondensierte Kerosin in das Isolationsmaterial eindringt und in den Poren dem Austritt des Wasserdampfs entgegensteht. Außerdem wird während des Aufheizvorgangs ein erheblicher Anteil des Kerosindampfs mit dem Wasserdampf aus dem Autoklaven geführt und in einem Kondensator kondensiert. Damit geht bei diesem Verfahren ein erheblicher Energieverlust mit dem Trocknungsprozess einher.
  • US 4,812,608 A offenbart einen Ofen zum thermo-magnetischen Behandeln einer Ringspule. Der Ofen weist Heizscheiben zum Aufheizen der Ringspulen auf und ein Inertgas kann zum Fördern des Aufheizvorgangs in den Ofen zugeführt werden. Alternativ zum Zuführen des Inertgases in den Ofeninnenraum kann dieser evakuiert werden.
  • US 2002/0178604 A1 offenbart eine Vorrichtung zum Trocknen und Aufheizen eines Transformators, wobei die Vorrichtung einen Autoklav aufweist. Im Aufheizvorgang erfolgt eine Kondensation des Lösungsmitteldampfs an der Feststoffisolation.
  • In EP 1 248 061 A1 und dem Artikel "Modern vapour drying processes and plants" von Micafil Vacuumtechnik; 1992; P. K. Gmeiner wird jeweils eine Vorrichtung offenbart, in der ein Solvent-Wasser-Dampfgemisch zum Aufheizen bzw. Trocknen eines in einem Autoklaven befindlichen Guts eingesetzt wird.
  • US 4,411,075 beschreibt ein Verfahren zum Aufheizen und Trocknen eines lösungsmittelbeladenen Materials mit Hilfe einer Trockenkammer, die zur Umgebung hin offen ist, als Heizgas einen Inertgasstrom verwendet und den Eintritt von Luft in den Trockenraum durch eine Inertgas gespülte Schleusenkammer verhindert.
  • EP 1 406 056 A1 offenbart die Trocknung eines Gutes in einem Autoklaven, wobei die Aufheizung des zu trocknenden Gutes über die Kondensationswärme eines Dampfes erfolgt, der sich an diesem Gut niederschlägt.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Aufheizen und Trocknen eines Gutes bereitzustellen, die zumindest die obigen Nachteile nicht aufweist.
  • Die Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Aufheizen und Trocknen eines Gutes vorgesehen, das eine elektrische Isolation aufweist. Die Vorrichtung weist einen evakuierbaren Autoklaven auf, in den ein gasförmiges Heizmedium eingebracht werden kann. Die Vorrichtung ist derart ausgebildet, dass während des Aufheizvorgangs das Heizmedium im gesamten Prozess im gasförmigen Zustand verbleibt. Bei dem gasförmigen Heizmedium handelt es sich insbesondere um ein Inertgas.
  • Im Sinne der Erfindung wird als Autoklav eine im Wesentlichen vakuumdichte Kammer oder ein vakuumdichtes Gehäuse verstanden. Der Autoklav ist zusätzlich derart ausgebildet, dass in der Kammer oder dem Gehäuse ein Überdruck herrschen kann.
  • Als Inertgas werden im Sinne der Erfindung alle Gase verstanden, die mit der Isolation des Gutes nicht reagieren oder deren Reaktionsneigung mit der Isolation geringer ist als die Reaktionsneigung der Luft, insbesondere des Sauerstoffs. Als Inertgas kann beispielsweise Stickstoff eingesetzt werden. Der Vorteil des Einsatzes von Stickstoff besteht darin, dass dieses kostengünstig beschafft werden kann und somit die Betriebskosten der Vorrichtung gering sind. Natürlich können auch weitere Inertgase, wie beispielsweise Helium, Argon, Neon oder dergleichen eingesetzt werden. Bei der Isolation kann es sich um eine hygroskopische Isolation auf Zellstoff- und/oder Kunststoffbasis handeln.
  • Der Einsatz von Inertgas als gasförmiges Heizmedium bietet den Vorteil, dass der schädigende Einfluss von Sauerstoff auf die Isolation ausgeschlossen ist, da das gasförmige Heizmedium nicht mit dem Isolationsmaterial reagieren und dieses somit nicht beschädigen kann. Im Gegensatz zum Einsatz von Luft kann das Inertgas auf Temperaturen von über 120°C aufgeheizt werden, ohne eine Beschädigung der Isolation befürchten zu müssen. Auf Grund der hohen Temperatur des gasförmigen Heizmediums erhöht sich der konvektive Wärmeeintrag in die Isolation, wodurch sich die Aufheizzeit der Isolation verringert.
  • Ferner besteht ein Vorteil bei der Verwendung von einem gasförmigen Heizmedium, insbesondere Inertgas, darin, dass es während einer Zwischendruckabsenkung bei einem Aufheizvorgang bzw. während der Trocknung bei einem Trocknungsvorgang sehr schnell und vollständig aus dem Autoklaven entfernt werden kann. Dies ist möglich, weil das gasförmige Heizmedium nicht kondensiert und dem Austritt des Wasserdampfs nicht wie der kondensierte Kerosindampf entgegensteht.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann der Autoklav eine Abführleitung und eine mit der Abführleitung verbundene Zuführleitung aufweisen. Der Autoklav, die Abführleitung und die Zuführleitung können einen Kreis, insbesondere einen geschlossenen Aufheizkreis, bilden. Durch das Vorsehen eines geschlossenen Aufheizkreises kann sichergestellt werden, dass das Inertgas während des Aufheizvorgangs nicht in die Umgebung abgegeben wird, wodurch sich der Energieverlust der Vorrichtung nochmals vermindert. Das gasförmige Heizmedium bzw. das Gemisch aus gasförmigem Heizmedium und dem aus der Isolation verdampften Wasser strömt während des Aufheizvorgangs innerhalb des Kreises, in dem es getrocknet und/oder aufgeheizt werden kann.
  • Während eines Trocknungsvorgangs wird der Autoklav evakuiert. Das Evakuieren des Autoklaven bietet den Vorteil, dass ein zusätzlicher Diffusionsgradient für den Wasserdampf erzeugt wird. Das in dem Autoklaven befindliche Gemisch kann über einen Vakuumpumpsatz aus dem Autoklaven abgeführt werden. Der Vakuumpumpsatz kann als ein offener Kreis ausgebildet sein. In diesem Fall wird das abgeführte Gemisch in die Umgebung abgegeben. Natürlich kann der Vakuumpumpsatz als ein geschlossener Kreis ausgebildet sein, so dass nach dem Trocknungsvorgang das gasförmige Heizmedium dem Autoklaven erneut zugeführt werden kann. In dem Vakuumpumpsatz kann ein Trockner zum Abscheiden des kondensierten Wassers aus dem Gemisch vorgesehen sein, so dass sichergestellt ist, dass nur das gasförmige trockene Heizmedium in den Autoklaven zurückgeführt wird.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform kann der Aufheizvorgang in mehreren Intervallen erfolgen, in denen das Gut aufgeheizt und im Anschluss daran der Druck im Autoklaven abgesenkt wird. Dabei wird der Druck natürlich nicht so stark abgesenkt wie in dem Endtrocknungsvorgang, bei dem der Autoklav evakuiert wird.
  • Innerhalb des Autoklavs kann eine Umwälzeinrichtung vorgesehen sein. Mittels der Umwälzeinrichtung wird auf einfache Weise sichergestellt, dass das Inertgas das Gut komplett umströmt. Dadurch wird eine gleichmäßige Aufheizung des Gutes erreicht. Die Umwälzung des gasförmigen Heizmediums im Autoklaven kann insbesondere bei Atmosphärendruck oder Überdruck durchgeführt werden. Die Umwälzung des gasförmigen Heizmediums bei Überdruck bietet den Vorteil, dass der Energiegehalt des Heizmediums und damit die Wärmeabgabe an das Gut hoch ist. Ferner können innerhalb des Autoklavs Leitbleche vorgesehen sein, die das gasförmige Heizmedium umlenken können, so dass eine Aufheizung des Gutes beispielsweise von unten nach oben erfolgen kann.
  • In dem Aufheizkreis kann zwischen der Abführleitung und der Zuführleitung ein Trockner, insbesondere ein Kondensator und/oder ein Absorptionstrockner vorgesehen sein. Mittels des Trockners wird das aus dem Autoklav entnommene Gemisch aus beispielsweise Inertgas und Wasserdampf getrocknet. Zwischen dem Trockner und der Abführleitung kann ein Wärmetauscher angeordnet sein. In dem Wärmetauscher wird das aus dem Autoklaven entnommene Gemisch vor einem Eintritt in den Trockner abgekühlt. Die bei der Kühlung freiwerdende Wärme kann zur Aufheizung des gasförmigen Heizmediums eingesetzt werden, bevor dieses über die Zuführleitung dem Autoklaven zugeführt wird. Natürlich besteht auch die Möglichkeit die freiwerdende Wärme für andere Anwendungen einzusetzen. Das Vorsehen des Wärmetauschers bietet den Vorteil, dass der Energieverlust der Vorrichtung verringert wird. Zusätzlich oder alternativ kann ein weiterer Wärmetauscher vorgesehen sein, der zwischen dem Trockner und der Zuführleitung angeordnet ist. In dem Wärmetauscher kann das gasförmige Heizmedium vor dem Zuführen in den Autoklaven aufgeheizt werden.
  • Die Zufuhr von aufgeheiztem, trockenem gasförmigem Heizmedium in den Autoklaven bietet den Vorteil, dass neben der Aufheizung der Isolation für den in der Isolation erzeugten Wasserdampf ein Partialdruckgefälle erzeugt wird und es somit zu einer Diffusion aus der Isolation hin zum gasförmigen trockenen Heizmedium kommt. Somit kann durch die Zufuhr von gasförmigem Heizmedium bereits während des Aufheizvorgangs eine Vortrocknung der Isolation erreicht werden.
  • In einer bevorzugten Ausführung kann in der Vorrichtung eine Heizeinrichtung zum Zuführen von Energie an das Gut vorgesehen sein. Die Heizeinrichtung kann beispielsweise als Widerstandsheizung ausgebildet sein, die eine Umwandlung von elektrischer Energie in thermische Energie ermöglicht. Die Energiezufuhr an das Gut kann an eine in dem Gut vorgesehene elektrische Leitung, insbesondere eine spulenförmig ausgebildete Leitung, erfolgen. Die Leitung, insbesondere die Trafospule, ist in dem Gut derart angeordnet, dass sowohl die Isolation als auch der Kern des Gutes, der im Wesentlichen keine Isolation aufweist, aufgewärmt werden. Durch das Vorsehen der Heizeinrichtung kann sichergestellt werden, dass der Isolation des Gutes neben dem Wärmeeintrag durch das gasförmige Heizmedium zusätzliche Wärmeenergie von innen zugeführt wird. Folglich wird durch das Vorsehen der Heizeinrichtung eine gleichmäßige Aufwärmung der schlecht wärmeleitenden Isolation ermöglicht. Dabei kann das gasförmige Heizmedium eine höhere Temperatur aufweisen als die im Gut befindliche beheizte, elektrische Leitung, insbesondere eine spulenförmig ausgebildete Leitung.
  • Die Energiezufuhr von der Heizeinrichtung an das Gut kann während des Aufheizvorgangs als auch während des Trocknungsvorgangs, der dem Aufheizvorgang des Gutes nachgeschaltet ist, erfolgen. Eine Energiezufuhr während des Trocknungsvorgangs bietet den Vorteil, dass Wärmeverluste ausgeglichen werden, die während des Trocknungsvorgangs entstehen können. Insbesondere kann ein Wärmeverlust bei der Verdampfung des in der Isolation enthaltenen Wassers entstehen, die zu einer Reduzierung der Temperatur der Isolation führt. Des Weiteren kann ein Wärmeverlust dadurch entstehen, dass Wärme von der Isolation des Gutes an einen zur Isolation benachbarten Abschnitt des Gutes, wie z.B. den Kern des Gutes, fließt, dessen Temperatur geringer ist als die Temperatur der Isolation. Die Energiezufuhr durch die Heizeinrichtung kann während des gesamten oder nur eines Teils des Trocknungsvorgangs erfolgen. Insbesondere kann die Energiezufuhr gegen Ende des Trocknungsvorgangs ausgeschaltet werden.
  • Durch die Heizeinrichtung kann beispielsweise der Kern des Gutes auf eine Temperatur erwärmt werden, wo der Wärmestrom in der Isolation zu diesem Abschnitt gering ist. Insbesondere kann der Kern des Gutes derart erwärmt werden, dass seine Temperatur oberhalb einer Kondensationstemperatur des aus der Isolation des Gutes verdampfenden Wasser ist. Dadurch kann verhindert werden, dass das aus der Isolation verdampfte Wasser an dem Kern kondensiert.
  • In einer bevorzugten Ausführung ist das Gut als Transformator ausgebildet. In diesem Fall entspricht der Kern dem Transformatorkern, der aus einzelnen, gegeneinander elektrisch isolierten Kernblechen bestehen kann. Die Heizeinrichtung bestromt eine Unterspannungsspule und/oder eine Oberspannungsspule des Transformators. Insbesondere eine alleinige Bestromung der Unterspannungsspule bietet den Vorteil, dass der Transformatorkern auf einfache Weise stark erwärmt werden kann. Dies ist möglich, da die Unterspannungsspule nahe am Kern des Transformators angeordnet ist. Insbesondere ist es möglich, dass die Oberspannungsspule und/oder Unterspannungsspule während des Aufheizvorgangs bzw. des Trocknungsvorgangs unterschiedlich bestromt werden. So können beide Spulen während des Aufheizvorgangs und während des Trocknungsvorgangs nur die Unterspannungsspule bestromt werden. Natürlich sind auch weitere Bestromungsmöglichkeiten der beiden Spulen während des Aufheizvorgangs bzw. während des Trocknungsvorgangs vorstellbar. Insbesondere können die beiden Spulen unterschiedlich stark bestromt werden.
  • Die Heizeinrichtung kann als Gleichstrom- oder Niederfrequenz- oder Hochfrequenzeinrichtung ausgelegt sein. Insbesondere das Vorsehen der Heizeinrichtung als Hochfrequenzeinrichtung bietet den Vorteil, dass der Skin-Effekt ausgenutzt werden kann. Infolge des Skin-Effekts ist bei hochfrequenten Wechselströmen die Stromdichte an der Außenseite des Leiters größer als in der Mitte des Leiters, wodurch sich der Widerstand in der Leitung und damit die Wärmeabgabe in das Gut, insbesondere in den Kern, erhöht.
  • In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann eine Messeinheit in dem Vakuumpumpsatz vorgesehen sein, mittels der eine Messung des Taupunkts in einer Vakuumleitung erfolgen kann. Abhängig von dem Ergebnis der Messung kann der Trocknungsvorgang beendet werden.
  • Die Erfindung ist nicht nur auf die Trocknung eines Guts beschränkt, dessen Isolation Wasser enthält. Natürlich kann mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. dem erfindungsgemäßen Verfahren auch ein Gut getrocknet werden, das einen anderen zu verdampfenden Stoff als Wasser aufweist.
  • Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnungen, wobei gleiche oder gleich wirkende Elemente zumeist mit denselben Bezugszeichen versehen sind. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen und deren Rückbeziehung.
    • Hierzu zeigen:
    • Fig. 1:
    einen prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zum Aufheizen und Trocknen eines Gutes,
    Fig. 2:
    einen Ausschnitt einer schematischen Darstellung eines Transformators.
  • Die in Figur 1 gezeigte Vorrichtung 1 zum Aufheizen und Trocknen eines Gutes 4 weist einen Autoklaven 10, eine Heizeinrichtung 14, einen Aufheizkreis 2 und einen Vakuumpumpsatz 3 auf.
  • Der Autoklav 10 ist als eine Kammer ausgebildet, die derart ausgelegt ist, dass sie sowohl evakuiert als auch mit Überdruck beaufschlagt werden kann. Innerhalb des Autoklavs 10 ist das Gut angeordnet, wobei es sich bei dem Gut beispielsweise um ein Transformatoraktivteil 4, handeln kann. Ferner ist innerhalb des Autoklavs 10 eine Umwälzeinrichtung 13 vorgesehen, mittels der das im Autoklaven 10 befindliche gasförmige Heizmedium umgewälzt werden kann. Die Umwälzeinrichtung 13 wird durch einen in den Figuren nicht dargestellten Motor angetrieben.
  • Der Aufheizkreis 2 ist als ein geschlossener Kreislauf ausgebildet und weist eine Abführleitung 23 und eine Zuführleitung 24 auf, die miteinander verbunden sind. Über die Abführleitung 23 wird das in dem Autoklaven 10 befindliche Gemisch entnommen und über die Zuführleitung 24 dem Autoklaven 10 zugeführt. Der Aufheizkreis 2 weist, in Strömungsrichtung des entnommenen Gemisches gesehen, einen ersten Wärmetauscher 22, einen Trockner 20 und einen zweiten Wärmetauscher 21 auf.
  • Der Vakuumpumpsatz 3 ist offen ausgebildet und weist eine Vakuumleitung 30 auf, die mit dem Innenraum des Autoklavs 10 in Verbindung steht. Ferner weist der Vakuumpumpsatz 3 eine Messeinheit 31 auf, mittels der der Taupunkt in einer Bypassleitung 33 der Vakuumleitung 30 gemessen wird sowie einen dritten Wärmetauscher 32 auf.
  • Die Heizeinrichtung 14 ist mit dem Transformator 4, insbesondere der Spule des Transformators 4 verbunden. Der in Figur 2 gezeigte Transformator 4 weist einen Transformatorkern 40 und eine Spule auf. Die Spule weist eine Unterspannungsspule 41 und eine Oberspannungsspule 42 auf, die beide um den Transformatorkern 40 verlaufen. Dabei ist die Unterspannungsspule 41 dem Transformatorkern 40 näher angeordnet als die Oberspannungsspule 42. Bei dem in Figur 2 gezeigten Transformator sind die Isolationen nicht gezeigt.
  • Als gasförmiges Heizmedium dient Inertgas, insbesondere Stickstoff.
  • Im Folgenden wird der Betrieb der Vorrichtung 1 anhand einer Aufheizung und Trocknung eines Transformators beschrieben. Der Betrieb der Vorrichtung 1 ist natürlich nicht auf eine Aufheizung und Trocknung eines Transformators beschränkt.
  • Während des Aufheizvorgangs erfolgt eine Aufheizung des Transformators 4. Diesbezüglich werden die Wände des Autoklavs 10 aufgeheizt, wodurch sich das in dem Autoklaven 10 befindliche gasförmige Heizmedium ebenfalls aufheizt. Durch die Umwälzeinrichtung 13 wird das gasförmige Heizmedium innerhalb des Autoklavs 10 umgewälzt. Bei der Umwälzung des gasförmigen Heizmediums erfolgt eine Wärmeabgabe von diesem an die in den Figuren nicht gezeigte Isolation des Transformators 4. Das trockene gasförmige Heizmedium führt neben der Aufheizung dazu, dass ein Partialdruckgefälle erzeugt wird, so dass es zu einer Diffusion des Wasserdampfs aus der Isolation hin zu dem gasförmigen Heizmedium kommt.
  • Das Gemisch aus gasförmigem Heizmedium und Wasserdampf wird über die Abführleitung 23 aus dem Autoklaven 10 entfernt und durchströmt den ersten Wärmetauscher 22, in dem es abgekühlt wird. Im Anschluss daran durchströmt das Gemisch einen Trockner 20, in dem der Wasserdampf abgeschieden wird. Das kondensierte Wasser fließt in einen in den Figuren nicht dargestellten Sammelbehälter. Das getrocknete gasförmige Heizmedium durchströmt im Anschluss an den Trockner 20 einen zweiten Wärmetauscher 21, in dem das gasförmige Heizmedium erwärmt wird.
  • Während des Aufheizvorgangs wird die Spule des Transformators 4 durch die Heizeinrichtung 14 bestromt. Dadurch wird sichergestellt, dass der Transformatorkern 40 und die nicht gezeigte Isolation erwärmt werden, so dass eine gleichmäßige Temperaturverteilung innerhalb des Transformators 4 erreicht wird.
  • Sobald die Isolation 4 des Transformators eine bestimmte Temperatur, insbesondere 120°C, erreicht hat, wird der Aufheizvorgang beendet und der Trocknungsvorgang gestartet. Bei dem Trocknungsvorgang wird über die Vakuumleitung 30 das in dem Autoklaven befindliche Gemisch abgesaugt bzw. der Autoklav evakuiert. Durch die Absenkung des Drucks im Autoklaven wird ein zusätzlicher Diffusionsgradient für den Wasserdampf erzeugt, wodurch sich die Trocknung der Isolierung beschleunigt und/oder verbessert. Das abgesaugte Gemisch wird in die Umgebung abgegeben, wobei zuvor ein Wärmetausch in dem dritten Wärmetauscher 32 zwischen dem Gemisch und beispielsweise Kühlwasser der Vorrichtung 1 erfolgt. Mittels der Messeinheit 31 wird in der Bypassleitung 32 der Taupunkt des abgesaugten Gemisches gemessen und abhängig von diesem Wert entschieden, ob der Trocknungsprozess beendet ist oder nicht.
    • Bezugszeichen
    • 1
    Vorrichtung zum Aufheizen und Trocknen eines Gutes
    2
    Aufheizkreis
    3
    Vakuumpumpsatz
    4
    Transformator
    10
    Autoklav
    13
    Umwälzeinrichtung
    14
    Heizeinrichtung
    20
    Trockner
    21
    erster Wärmetauscher
    22
    zweiter Wärmetauscher
    23
    Abführleitung
    24
    Zuführleitung
    30
    Vakuumleitung
    31
    Messeinheit
    32
    dritter Wärmetauscher
    33
    Bypassleitung
    40
    Transformatorkern
    41
    Unterspannungsspule
    42
    Oberspannungsspule

Claims (6)

  1. Verfahren zum Aufheizen und Trocknen eines Gutes (4), das eine elektrische Isolation aufweist, wobei ein gasförmiges Heizmedium innerhalb eines Autoklavs (10), strömt und während des Aufheizvorgangs im gasförmigen Zustand verbleibt, wobei nach einem Aufheizen des Gutes (4) ein Trocknungsvorgang, in dem der Autoklav evakuiert wird, durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Heizmedium ein Inertgas ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Umwälzung des gasförmigen Heizmediums im Autoklaven (10), insbesondere bei Atmosphärendruck oder Überdruck, durchgeführt wird.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Intervall zum Aufheizen des Gutes (4) und abschließenden Absenken des Drucks im Autoklaven (10) durchgeführt wird.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass, insbesondere während des Trocknungsvorgangs dem Gut (4) durch eine Heizeinrichtung (14) Energie zugeführt wird, insbesondere derart, dass eine Innentemperatur eines Kerns des Gutes oberhalb einer Kondensationstemperatur des im Gut (4) zu verdampfenden Stoffes, insbesondere Wassers, erzielt wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein aus dem Autoklaven (10) entnommenes Gemisch, insbesondere ein Gemisch aus dem gasförmigen Heizmedium und dem Wasserdampf, getrocknet wird und/oder das Gemisch vor dem Trocknen abgekühlt wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das gasförmige Heizmedium vor einer Zufuhr in den Autoklaven, insbesondere durch die bei der Abkühlung des Gemisches freiwerdende Wärme, aufgeheizt wird.
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