WO2019015807A1 - Druckluftmembrantrockner mit mischluftregelung - Google Patents

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WO2019015807A1
WO2019015807A1 PCT/EP2018/050451 EP2018050451W WO2019015807A1 WO 2019015807 A1 WO2019015807 A1 WO 2019015807A1 EP 2018050451 W EP2018050451 W EP 2018050451W WO 2019015807 A1 WO2019015807 A1 WO 2019015807A1
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channel
compressed air
valve
partial
membrane dryer
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PCT/EP2018/050451
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English (en)
French (fr)
Inventor
Jörg HEIM
Original Assignee
Beko Technologies Gmbh
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Publication date
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
    • B01D53/268—Drying gases or vapours by diffusion
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/22—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols by diffusion
    • B01D2053/221—Devices
    • B01D2053/223—Devices with hollow tubes
    • B01D2053/224—Devices with hollow tubes with hollow fibres

Definitions

  • the invention relates to a compressed air membrane dryer for compressed gas, in particular compressed air, in which a membrane filter, preferably a bundle of hollow-fiber membranes, is arranged.
  • membrane filters are used, which are selectively permeable to water vapor.
  • the moist compressed air is preferably filtered, so that even contained in it dirt particles, oil mist and condensate are retained, so do not clog the hollow fiber membranes. Water vapor diffuses outwards through the hollow-fiber membranes.
  • a small partial flow of compressed air is diverted and used after expansion as purge air.
  • the purge air is conducted in countercurrent to the compressed air via the outside of the hollow fibers. Due to the difference in the water vapor concentration, a constant migration of the water molecules from the compressed air is achieved in the purge air.
  • membrane filter is at least ambiguous because a membrane filter separates not mechanically, but by diffusion. For the sake of simplicity, this term will nevertheless be used within the scope of the invention.
  • compressed air membrane dryers for compressed gas used in machines have basically only the task of postcondensation prevent downstream pneumatic components are very sensitive to condensate. In many cases, lowering the pressure dew point by 5 Kelvin is sufficient to avoid postcondensation.
  • a corresponding membrane surface is required, which is realized in the membrane filter essentially by the number of hollow fibers with a defined length.
  • pneumatic applications with compressed air usually only a small reduction in the degree of humidity or the dew point at the end user point is sufficient to ensure a trouble-free compressed air application.
  • a small hollow fiber membrane area is needed for the drying of a defined compressed air flow per unit time.
  • a sufficiently large inflow area is required to keep energy losses in the form of pressure losses low.
  • hollow fiber modules have a short length with large module diameters. This results in cost disadvantages, because the costs increase disproportionately with increasing component diameter.
  • adapters for size adaptation are necessary for performance attachments such as compressed air filter.
  • the invention has the task of creating an improved compressed air membrane dryer for compressed gas.
  • a reliable drying should be possible, which works just when a slight reduction in the degree of humidity or the temperature or the pressure dew point, with simple means reliably.
  • the compressed air membrane dryer should be as compact as possible and inexpensive to produce.
  • Another object of the invention is to provide a corresponding method for drying the compressed air.
  • the object is achieved by a compressed air membrane dryer for compressed gas with the features of claim 1 and with the method steps of the independent method claim.
  • the invention is based on the idea of drying only a partial air flow of the total compressed air flow and mixing it with the non-dried second partial air flow. see, so that the total desired degree of dryness is achieved.
  • the first partial air flow to be dried can be dried relatively strongly in order to achieve a correspondingly low humidity of the compressed air flowing out of the outlet channel of the housing after mixing with the second partial air flow.
  • the degree of drying of the partial air flow to be dried thus the degree of dryness of the outflowing dried compressed air is adjustable.
  • the invention has the significant advantage that the required hollow fiber membrane surface can be significantly reduced. As a result, the use of a membrane filter or a hollow fiber module with a small diameter or shorter length is possible. These can be designed to match corresponding compressed air filters. They are advantageously easy to adapt in a modular system.
  • the invention thus makes it possible to significantly reduce the necessary size of the compressed air membrane dryer. This not only saves manufacturing costs, there are also advantages in the installation of the compressed air membrane dryer on site or in a machine.
  • the mixture of the two partial air streams can be constant, adjustable or regulated.
  • a bypass channel which has an input channel with an output channel of the housing head connects.
  • the resulting second partial air flow can be adjusted and regulated according to the invention by a change in diameter of the bypass channel.
  • a control is possible for example via a valve control, in particular depending on the desired pressure dew point of the compressed air.
  • further integrated components and functions such as non-return devices and the like may be provided.
  • the bypass channel is designed as an unlocked channel, in the simplest case as a hole.
  • the bypass channel can also be closed and opened by a valve, which is designed in particular as a check valve. It has proved to be particularly advantageous if this example is spring loaded and then opens when a request for compressed air is pending at the end user.
  • the valve can also be controlled electronically, for example as a function of the pressure dew point.
  • the valve may according to the invention comprise a closure body which is movably guided in a valve housing.
  • a spring element is arranged between the closure body and a rear wall of the valve housing, wherein in the valve housing an opening is provided which forms the bypass channel and which is then released and allows a flow with the drying partial air flow then when the closure body due to differential pressure against a spring force of the spring element in the direction of the rear wall shifts.
  • the differential pressure results from the pressure loss of the volume flow through the membrane filter. As the volume flow increases, the differential pressure also increases, so that the opening on the closing body increases in relation to the spring pressure and regulates an increasing partial flow.
  • the valve housing is arranged as a unit in the bypass channel of the housing of the compressed air membrane dryer.
  • the bypass channel preferably has a maximum diameter which is smaller than the diameter of the input channel. This ensures that the valve housing can be inserted through the inlet channel.
  • the output channel can have a larger Diameter than the valve housing to allow insertion through the output channel.
  • the exit channel opens into an outlet of the housing head through which the dried useful air is supplied to the end use point.
  • the control based on the pressure dew point is based on the idea of using a peculiarity of membrane dryers with regulated or uncontrolled purging air, namely, that the lowering of the pressure dew point has an almost constant, constant value.
  • the pressure dew point at the outlet also changes accordingly. This is also desired in many applications. For others, however, it is important to achieve a certain pressure dew point in the outlet, regardless of the pressure dew point in the inlet. This is often the case, for example, due to normative specifications in the medical field, for example in the generation of breathing air.
  • About the pressure dew point of the dried compressed air at the outlet can be derived directly whether the purging air fed back into the housing is sufficient or whether the drying performance of the membrane dryer is satisfactory.
  • the valve for the bypass of undried compressed air can be regulated.
  • a control valve is still provided in the purge air duct.
  • a pressure dew-point-dependent control of the purge air flow is also possible, which also leads to significant advantages.
  • the pressure dew point of the dried compressed air can be calculated. The values determined are forwarded to the electronic control unit in which the calculation is made.
  • the volume distribution of the partial air flows and / or the degree of drying of the partial air flow to be dried can be regulated accordingly on this basis.
  • the electronic control unit has a control board with a computer processor, electrical connections for power supply, as well as the usual data and signal transmission to the operator.
  • a display allows the display of the current state and the setting of desired states.
  • the input can be made via the display itself (touch screen) or an additional keyboard.
  • an externally arranged input device and / or display can be used according to the invention.
  • the data transmission to the control unit can be done wirelessly or wired.
  • the desired pressure dew point is stored as a setpoint in the control unit in a control based on the pressure dew point. It is also conceivable to store a range of values in which the pressure dew point of the dried compressed air is to fall.
  • the control unit compares the determined or calculated pressure dew point of the dried compressed air with the desired value or the desired value range and regulates the volume of the non-dried second partial air flow and, if necessary. Also the volume of the purge air flow as a function of the result.
  • valve can also be designed with a motor operated valve or with a proportional valve or other variants.
  • the bypass channel can also be opened or closed only partially, ie not over its entire cross section.
  • the valve can also open or close the bypass channel continuously, depending on the volume requirement.
  • the control unit has all the modern interfaces of data communication or can be equipped with it. Measured values (pressure dew point, temperature) can be forwarded as well as service conditions, for example necessary replacement of wearing parts, operating hours or similar. It is also possible to issue an alarm if the setpoint is not or not permanently reached.
  • the process according to the invention comprises the following process steps:
  • FIG. 1 a compressed air membrane dryer according to the invention in section
  • Fig. 2 a detail enlargement of FIG. 1
  • Fig. 3 an inventive valve housing in perspective view
  • FIG. 1 shows a Durckluftmembrantrockner 20 according to the invention in section.
  • This has a housing 22, in which a membrane filter 24, preferably a bundle of hollow-fiber membranes, is arranged, as well as a housing head 26.
  • the housing head 26 also has an outlet channel 32, which opens into an outlet 34 on.
  • a first partial air flow 36 of the incoming total air pressure flow is conducted through the membrane filter 24 and from there to the outlet channel 32 and finally to the outlet 34.
  • a second partial air stream 38 flows through a bypass channel 40 immediately undried into the outlet channel 32.
  • the first partial air stream 36 and the second partial air stream 38 mix with one another and flow out of the outlet 34 as dried useful air.
  • the bypass channel 40 is designed as an opening or channel 42 in the input channel 30 in the embodiment shown.
  • Figure 2 shows an inventive valve housing 44 which is engaged via latching arms 46 in the channel 42.
  • a maximum diameter of the valve housing 44 is less than a minimum diameter of the outlet channel 32, so that the valve housing 44 can also be inserted later through the outlet channel 32 and locked in the channel 42.
  • the valve housing 44 has a closure body 48, which is designed in the illustrated embodiment as a disc whose diameter is greater than the diameter of the channel 42 and then closes when the closure body 48 abuts the opening or on the channel 42.
  • the closure body 48 is spring-loaded in the embodiment shown by a spring element 50, wherein the spring element 50 is supported on a rear wall 52 of the valve housing 44.
  • the spring element 50 causes the closure body 48 is pressed against the input channel 30 and the channel 42 and closes it in the idle state.
  • the valve housing 44 thus represents a kind of check valve, which releases the channel 42 when the pressure difference, which is dependent on the decrease in the useful air, is large enough.
  • FIGS 3 and 4 show the valve housing 44 according to the invention in perspective or in section.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Druckluftmembrantrockner (20) mit einem Gehäuse (22), in dem ein Membranfilter (24), vorzugsweise ein Bündel Hohlfasermembrane, angeordnet ist und einem Gehäusekopf (26) mit einem Eingangskanal (30) durch den ein feuchter Gesamtluftdruckstrom einströmt und einem Ausgangskanal (32), der in einen Auslass (34) mündet, durch den getrocknete Nutzluft ausströmt. Dieser ist dadurch gekennzeichnet, dass ein Bypasskanal (40) vorgesehen ist, der den Eingangskanal (30) mit dem Ausgangskanal (32) verbindet, wobei ein erster Teilluftstrom (36) des Gesamtdruckluftstroms durch das Hohlfasermodul geleitet, in diesem getrocknet und im Ausgangskanal (32) zugeleitet wird, - ein erster Teilluftstrom (36) des Gesamtdruckluftstroms durch den Membranfilter (24) geleitet und getrocknet dem Ausgangskanal (32) zugeleitet wird, wobei sich der erste Teilluftstrom (36) und der zweite Teilluftstrom (38) im Ausgangskanal (32) zu einem getrockneten Nutzluftstrom vermischen, - ein zweiter Teilluftstrom (38) des Gesamtluftstroms durch den Bypasskanal (40) ungetrocknet dem Ausgangskanal (32) zugeleitet wird, wobei sich der erste Teilluftstrom (36) und der zweite Teilluftstrom (38) im Ausgangskanal (32) zu einem getrockneten Nutzluftstrom vermischen.

Description

Druckluftmembrantrockner mit Mischluftregelung
Die Erfindung bezieht sich auf einen Druckluftmembrantrockner für Druckgas, insbesondere Druckluft, in dem ein Membranfilter, vorzugsweise ein Bündel Hohlfasermembranen, angeordnet ist.
Beim Einsatz von Druckluft, beispielsweise in der Industrietechnik oder der Medizintechnik, ist Feuchtigkeit im Leitungsnetz und an den Verbrauchsstellen ein Qualitätsproblem. Eine wichtige Aufgabe ist daher immer die Trocknung der Druckluft. Hierzu werden Membranfilter eingesetzt, die selektiv durchlässig sind für Wasserdampf. In dem Filtergehäuse ist ein Bündel hochselektiver Hohlfasermembranen angeordnet (Membranfasern), durch die feuchte Druckluft strömt. Die feuchte Druckluft ist vorzugsweise gefiltert, damit noch in ihr enthaltene Schmutzpartikel, Ölnebel und Kondensat zurückgehalten werden, also die Hohlfasermembranen nicht verstopfen. Durch die Hohlfasermembranen diffundiert Wasserdampf nach aussen. Am Auslass für getrocknete Druckluft wird ein geringer Teilstrom der Druckluft abgezweigt und nach Expansion als Spülluft benutzt. Die Spülluft wird im Gegenstrom zur Druckluft über die Aussenseite der Hohlfasern geführt. Aufgrund des Unterschiedes in der Wasserdampfkonzentration wird eine ständige Wanderung der Wassermoleküle aus der Druckluft in die Spülluft erreicht. Somit ist der üblicherweise gebräuchliche Begriff Membranfilter zumindest missverständlich, da ein Membranfilter nicht mechanisch, sondern durch Diffusion trennt. Der Einfachheit halber wird dieser Begriff dennoch im Rahmen der Erfindung verwendet.
Dieser Vorgang läuft kontinuierlich ab. Die Spülluft trocknet ständig die eintretende, feuchte Druckluft. Nur Wassermoleküle können die Membranen der Hohlfasern durchdringen. Die Zusammensetzung der getrockneten Druckluft bleibt unverändert. Als Ergebnis hat man reine, trockene Druckluft mit einem niedrigen Drucktaupunkt.
Oftmals haben Druckluftmembrantrockner für Druckgas, die in Maschinen eingesetzt werden, im Grunde genommen nur die Aufgabe, eine Nachkondensation zu verhindern, da nachgeschaltete Pneumatikkomponenten sehr empfindlich auf Kondensat reagieren. Um eine Nachkondensation zu vermeiden, reicht in vielen Fällen bereits eine Absenkung des Drucktaupunktes um 5 Kelvin.
In Abhängigkeit vom gewünschten Trocknungsgrad ist eine entsprechende Membranfläche erforderlich, die bei dem Membranfilter im Wesentlichen durch die Anzahl der Hohlfasern mit definierter Länge realisiert wird. Bei Pneumatikanwendungen mit Druckluft genügt meist eine geringe Absenkung des Feuchtegrads bzw. des Drucktaupunkt an der Endverbrauchsstelle, um eine störungsfreie Druckluftanwendung zu gewährleisten. Somit wird für die Trocknung eines definierten Druckluftstroms pro Zeiteinheit also eine geringe Hohlfasermembranfläche benötigt. Gleichzeitig ist aber eine genügend große Anströmfläche erforderlich, um Energieverluste in Form von Druckverlusten gering zu halten. Entsprechend weisen Hohlfasermodule eine kurze Länge bei großen Moduldurchmessern auf. Daraus ergeben sich Kostennachteile, weil die Kosten mit wachsendem Bauteildurchmesser überproportional ansteigen. Gleichzeitig sind für leistungsgemäße Anbauteile wie Druckluftfilter Adapter zur Größenanpassung notwendig.
Hiervon ausgehend hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, einen verbesserten Druckluftmembrantrockner für Druckgas zu schaffen. Es soll insbesondere eine zuverlässige Trocknung möglich sein, die gerade dann, wenn nur eine geringe Absenkung des Feuchtegrades bzw. der Temperatur oder des Drucktaupunkts benötigt wird, mit einfachen Mitteln zuverlässig funktioniert. Der Druckluftmembrantrockner soll dabei möglichst kompakt aufgebaut und kostengünstig herstellbar sein. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht in der Bereitstellung eines entsprechenden Verfahrens zur Trocknung der Druckluft.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Druckluftmembrantrockner für Druckgas mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie mit den Verfahrensschritten des unabhängigen Verfahrensanspruchs gelöst.
Die Erfindung basiert auf der Idee, nur einen Teilluftstrom des Gesamtdruckluftstroms zu trocknen und mit dem nicht getrockneten zweiten Teilluftstrom zu mi- sehen, so dass insgesamt der gewünschte Trocknungsgrad erreicht wird . Der zu trocknende erste Teilluftstrom kann dabei relativ stark getrocknet werden, um nach Vermischung mit dem zweiten Teilluftstrom eine entsprechend geringe Feuchte der aus dem Auslasskanal des Gehäuses ausströmenden Druckluft zu erreichen. Über den Trocknungsgrad des zu trocknenden Teilluftstroms ist somit der Trocknungsgrad der ausströmenden getrockneten Druckluft regelbar.
Beispielsweise kann es sinnvoll sein, lediglich 30% des ursprünglichen Gesamtdruckluftstroms zu trocknen, während 70% des ursprünglichen Gesamtdruckluftstroms ohne Trocknung durchgeleitet wird . Durch die unterschiedlichen Sättigungsgrade ergibt sich nach der Durchmischung der beiden Teilluftströme ein Drucktaupunkt, der ausreicht, um die Nachkondensation zu verhindern.
Die Erfindung hat den wesentlichen Vorteil, dass die benötigte Hohlfasermembranfläche deutlich reduziert werden kann. Dadurch ist der Einsatz eines Membranfilters bzw. eines Hohlfasermoduls mit geringem Durchmesser oder geringerer Länge möglich . Diese können passend zu entsprechenden Druckluftfiltern ausgelegt werden. Sie sind vorteilhafterweise einfach in einem Baukastensystem adaptierbar.
Die Erfindung ermöglicht es also, die notwendige Baugröße des Druckluftmembrantrockners signifikant zu reduzieren. Dadurch werden nicht nur Herstellungskosten eingespart, auch ergeben sich Vorteile bei der Installation des Druckluftmembrantrockners vor Ort bzw. in einer Maschine.
Die Mischung der beiden Teilluftströme kann konstant, einstellbar oder geregelt erfolgen.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, den zweiten, nicht zu trocknenden Teilluftstrom etwas zu drosseln.
Um die erfindungsgemäße Trennung der beiden Teilluftströme zu erreichen, ist ein Bypasskanal vorgesehen, der einen Eingangskanal mit einem Ausgangskanal des Gehäusekopfs verbindet. Der dadurch entstehende zweite Teilluftstrom kann erfindungsgemäß durch eine Durchmesserveränderung des Bypasskanals eingestellt und geregelt werden. Eine Regelung ist dabei beispielsweise über eine Ventilsteuerung möglich, insbesondere in Abhängigkeit vom gewünschten Drucktaupunkt der Druckluft. Erfindungsgemäß können weitere integrierte Bauteile und Funktionen, wie Rückschlagvorrichtungen und ähnliches vorgesehen sein .
In einer besonders einfachen Ausführungsvariante ist der Bypasskanal als unverschlossener Kanal, im einfachsten Fall als Loch, ausgeführt. Der Bypasskanal kann aber auch durch ein Ventil verschlossen und geöffnet werden, das insbesondere als Rückschlagventil ausgeführt ist. Es hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn dieses beispielsweise federbelastet ist und dann öffnet, wenn eine Druckluftanforderung an der Endverbrauchsstelle ansteht. Wie bereits beschrieben, kann das Ventil aber auch elektronisch regelbar sein, beispielsweise in Abhängigkeit des Drucktaupunkts.
Das Ventil kann erfindungsgemäß einen Verschlusskörper aufweisen, der in einem Ventilgehäuse bewegbar geführt ist. Ein Federelement ist zwischen dem Verschlusskörper und einer Rückwand des Ventilgehäuses angeordnet, wobei im Ventilgehäuse eine Öffnung vorgesehen ist, die den Bypasskanal ausbildet und die dann freigegeben wird und ein Durchströmen mit dem trocknenden Teilluftstrom dann erlaubt, wenn sich der Verschlusskörper aufgrund von Differenzdruck gegen eine Federkraft des Federelements in Richtung der Rückwand verschiebt. Der Differenzdruck ergibt sich durch den Druckverlust des Volumenstromes durch den Membranfilter. Bei steigendem Volumenstrom steigt ebenfalls der Differenzdruck, sodass die Öffnung am Verschlusskörper sich gegen den Federdruck vergrößert und einen zunehmenden Teilstrom regelt.
Das Ventilgehäuse ist als Einheit im Bypasskanal des Gehäuses des Druckluftmembrantrockners angeordnet. Der Bypasskanal weist vorzugsweise einen maximalen Durchmesser auf, der geringer als der Durchmesser des Eingangskanals ist. Hierdurch wird erreicht, dass das Ventilgehäuse durch den Eingangskanal eingeführt werden kann. Alternativ kann der Ausgangskanal einen größeren Durchmesser als das Ventilgehäuse aufweisen, um ein Einführen durch den Ausgangskanal zu ermöglichen.
Der Ausgangskanal mündet in einen Auslass des Gehäusekopfs durch den die getrocknete Nutzluft der Endverbrauchsstelle zugeführt wird . Die Durchmischung der beiden Teilluftströme erfolgt erfindungsgemäß vor dem Auslass, vorzugsweise im Ausgangskanal, kann aber alternativ auch nach dem Anlass erfolgen.
Die Regelung auf Basis des Drucktaupunkts basiert dabei auf der Idee der Nutzung einer Eigenart von Membrantrocknern mit geregelter oder ungeregelter Spülluft, nämlich, dass die Absenkung des Drucktaupunktes einen nahezu gleichbleibenden, konstanten Wert aufweist. Bei sich ändernden Drucktaupunkten im Eintritt eines Membrantrockners ändert sich demnach auch der Drucktaupunkt am Austritt. Dies ist bei vielen Anwendungen auch so gewünscht. Bei anderen jedoch ist es wichtig, einen bestimmten Drucktaupunkt im Austritt zu erzielen, unabhängig vom Drucktaupunkt im Eintritt. Dies ist beispielsweise aufgrund normativer Vorgaben oftmals im medizinischen Bereich, beispielsweise bei der Erzeugung von Atemluft, der Fall. Über den Drucktaupunkt der getrockneten Druckluft am Austritt kann unmittelbar abgeleitet werden, ob die zurück in das Gehäuse geleitete Spülluft ausreicht bzw. ob die Trocknungsleistung des Membrantrockners zufriedenstellend ist.
Somit ist eine optimale Regelung des Volumenstroms des nicht getrockneten zweiten Teilluftstroms durch eine Erfassung des gewünschten Drucktaupunktes möglich. Abhängig vom gewünschten Drucktaupunkt kann erfindungsgemäß das Ventil für den Bypass ungetrockneter Druckluft geregelt werden. Neben einer elektronischen Regeleinheit mit einem Taupunktsensor und einem Temperatursensor ist hierfür weiterhin ein Stellventil im Spülluftkanal vorgesehen.
Unabhängig davon ist außerdem zusätzlich eine drucktaupunktabhängige Regelung des Spülluftstromes möglich, was ebenfalls zu erheblichen Vorteilen führt. Mithilfe der ermittelten Werte des Taupunktsensors, der letztendlich den Feuchtegrad der getrockneten Druckluft bestimmt, und des Temperatursensors kann der Drucktaupunkt der getrockneten Druckluft errechnet werden. Die die ermittelten Werte werden an die elektronische Regeleinheit weitergeleitet, in der die Berechnung vorgenommen wird . Die volumenmäßige Aufteilung der Teilluftströme und/oder der Trocknungsgrad des zu trocknenden Teilluftstroms kann auf dieser Basis entsprechend geregelt werden.
Es ist möglich, zwei getrennte Sensoren, also einen Taupunktsensor und einen Temperatursensor, zu verwenden, vorzugsweise kommt aber ein einziges Sensorelement zum Einsatz, das beide Werte ermitteln kann.
Die elektronische Regeleinheit verfügt über eine Steuerplatine mit einem Rechenprozessor, elektrische Anschlüsse zur Energieeinspeisung, sowie zur üblichen Daten- und Signalübertragung an den Betreiber. Vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise ermöglicht ein Display die Anzeige des Ist-Zustandes sowie die Einstellung gewünschter Zustände. Die Eingabe kann dabei über das Display selbst (Touchscreen) oder eine zusätzliche Tastatur erfolgen. Erfindungsgemäß kann alternativ auch ein extern angeordnetes Eingabegerät und/oder mit Display verwendet werden. Die Datenübertragung zur Regeleinheit kann dabei kabellos oder kabelgebunden erfolgen.
Erfindungsgemäß ist in der Regeleinheit bei einer Regelung auf Basis des Drucktaupunktes der gewünschte Drucktaupunkt als Sollwert gespeichert. Denkbar ist auch die Speicherung eines Wertebereichs, in den der Drucktaupunkt der getrockneten Druckluft fallen soll. Die Regeleinheit vergleicht den ermittelten bzw. errechneten Drucktaupunkt der getrockneten Druckluft mit dem Sollwert oder dem Sollwertbereich und regelt das Volumen des nicht getrockneten zweiten Teilluftstroms und ggfs. Auch das Volumen des Spülluftstroms in Abhängigkeit des Ergebnisses.
Dies kann erfindungsgemäß in Zyklen erfolgen, also mit einer bestimmten Anzahl von Öffnungs- und Schließvorgängen. Ist der Sollwert erreicht, werden keine weiteren Zyklen mehr durchgeführt. Ist der Sollwert auch nach einer Zeitvorgabe nicht erreicht, wird das Ventil dauerhaft geöffnet. Die Zyklen sind variabel definierbar, also mit unterschiedlichen Öffnungs- und Schließzeiten. Ebenso variabel ist die Zeitvorgabe bis zur dauerhaften Ventilbetätigung. Mit diesem Verfahren ist es möglich, ein Ventil in Form eines einfachen Magnetventils mit Ventilkolben zu verwenden. Diese Technik ist sehr einfach, kostengünstig, arbeitet zuverlässig und wartungsarm über lange Betriebszeiten.
Alternativ kann das Ventil auch mit einem motorbetriebenen Ventil oder mit einem Proportionalventil oder anderen Varianten ausgeführt werden. Der Bypass- kanal kann auch nur teilweise, also nicht über seinen gesamten Querschnitt geöffnet oder geschlossen werden. Das Ventil kann den Bypasskanal je nach Volumenbedarf auch kontinuierlich öffnen oder schließen.
Die Regeleinheit verfügt über alle modernen Schnittstellen der Datenkommunikation oder kann damit ausgerüstet werden . Messwerte (Drucktaupunkt, Temperatur) können ebenso weitergeleitet werden wie Servicezustände, beispielsweise notwendiger Ersatz von Verschleißteilen, Betriebsstunden oder ähnliches. Auch kann Alarm ausgegeben werden, wenn der Sollwert nicht oder dauerhaft nicht erreicht wird .
Neben der genannten Temperatur-und Taupunkterfassung sind auch zusätzliche Datenerfassungen mit Sensoren, z. B. für Druck- oder Volumenstrommessung möglich.
Das erfindungsgemäße Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:
- Aufteilen des feuchten Gesamtdruckluftstroms in den ersten Teilluftstrom und den zweiten Teilluftstrom,
- Durchleiten des ersten Teilluftstroms durch einen Membranfilter des
Druckluftmembrantrockners zu einem Ausgangskanal,
- Durchleiten des zweiten Teilluftstroms durch einen Bypasskanal unge- trocknet zum Ausgangskanal,
- Vermischen der beiden Teilluftströme im Ausgangskanal. Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Diese sollen nicht einschränkend zu verstehen sein, sondern zeigen lediglich Prinzipdarstellungen der Erfindung . Es zeigen :
Fig. 1 : einen erfindungsgemäßen Druckluftmembrantrockner im Schnitt, Fig. 2 : eine Ausschnittvergrößerung aus Fig . 1
Fig. 3 : ein erfindungsgemäßes Ventilgehäuse in perspektivischer Darstellung
Fig.4: das Ventilgehäuse aus Fig. 3 im Schnitt
Figur 1 zeigt einen erfindungsgemäßen Durckluftmembrantrockner 20 im Schnitt. Dieser weist ein Gehäuse 22, in dem ein Membranfilter 24, vorzugsweise ein Bündel Hohlfasermembrane, angeordnet ist, sowie einen Gehäusekopf 26 auf.
Durch einen Einlass 28 strömt ein Gesamtluftdruckstrom in einen Eingangskanal 30 in den Gehäusekopf 26 hinein. Der Gehäusekopf 26 weist weiterhin einen Ausgangskanal 32, der in einen Auslass 34 mündet, auf.
Erkennbar ist, dass ein erster Teilluftstrom 36 des einströmenden Gesamtluftdruckstroms durch den Membranfilter 24 und von dort zum Ausgangskanal 32 und schließlich zum Auslass 34 geleitet wird . Ein zweiter Teilluftstrom 38 strömt dagegen durch einen Bypasskanal 40 unmittelbar ungetrocknet in den Ausgangskanal 32. Im Ausgangskanal 32 vermischen sich der erste Teilluftstrom 36 und der zweite Teilluftstrom 38 miteinander und strömen als getrocknete Nutzluft aus dem Auslass 34 aus.
Der Bypasskanal 40 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel als Öffnung oder Kanal 42 im Eingangskanal 30 ausgeführt. Insbesondere Figur 2 zeigt ein erfindungsgemäßes Ventilgehäuse 44, das über Rastarme 46 in den Kanal 42 eingerastet ist. Ein maximaler Durchmesser des Ventilgehäuses 44 ist geringer als ein minimaler Durchmesser des Ausgangskanals 32, sodass das Ventilgehäuse 44 auch im Nachhinein durch den Ausgangskanal 32 eingeführt und im Kanal 42 verrastet werden kann.
Das Ventilgehäuse 44 weist einen Verschlusskörper 48 auf, der im gezeigten Ausführungsbeispiel als Scheibe ausgeführt ist, deren Durchmesser größer als der Durchmesser des Kanals 42 ist und diesen dann verschließt, wenn der Verschlusskörper 48 an der Öffnung bzw. an dem Kanal 42 anliegt.
Der Verschlusskörper 48 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel durch ein Federelement 50 federbelastet, wobei sich das Federelement 50 an einer Rückwand 52 des Ventilgehäuses 44 abstützt. Das Federelement 50 bewirkt, dass der Verschlusskörper 48 gegen den Eingangskanal 30 bzw. den Kanal 42 gedrückt wird und diesen im Ruhezustand verschließt.
Das Ventilgehäuse 44 stellt also eine Art Rückschlagventil dar, welches den Kanal 42 dann freigibt, wenn die Druckdifferenz, die abhängig ist von der Abnahme der Nutzluft, groß genug ist.
Die Figuren 3 und 4 zeigen das erfindungsgemäße Ventilgehäuse 44 in perspektivischer Darstellung bzw. im Schnitt.
Die Erfindung ist nicht auf das gezeigte Ausführungsbeispiel beschränkt, sondern umfasst auch weitere Varianten, die auf Basis der erläuternden Erfindung realisierbar sind . Bezugszeichenliste Druckluftmembrantrockner
Gehäuse
Membranfilter
Gehäusekopf
Einlass
Eingangskanal
Ausgangskanal
Auslass
erster Teilluftstrom
zweiter Teilluftstrom
Bypasskanal
Kanal
Ventilgehäuse
Rastarm
Verschlusskörper
Federelement
Rückwand

Claims

Patentansprüche
1. Druckluftmembrantrockner (20) mit einem Gehäuse (22), in dem ein Membranfilter (24), vorzugsweise ein Bündel Hohlfasermembrane, angeordnet ist und einem Gehäusekopf (26) mit einem Eingangskanal (30) durch den ein feuchter Gesamtluftdruckstrom einströmt und einem Ausgangskanal (32), der in einen Auslass (34) mündet, durch den getrocknete Nutzluft ausströmt,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Bypasskanal (40) vorgesehen ist, der den Eingangskanal (30) mit dem
Ausgangskanal (32) verbindet, wobei
ein erster Teilluftstrom (36) des Gesamtdruckluftstroms durch den Membranfilter (24) geleitet und getrocknet dem Ausgangskanal (32) zugeleitet wird, wobei sich der erste Teilluftstrom (36) und der zweite Teilluftstrom (38) im Ausgangskanal (32) zu einem getrockneten Nutzluftstrom vermischen.
ein zweiter Teilluftstrom (38) des Gesamtluftstroms durch den Bypasskanal (40) ungetrocknet dem Ausgangskanal (32) zugeleitet wird, wobei sich der erste Teilluftstrom (36) und der zweite Teilluftstrom (38) im Ausgangskanal (32) zu einem getrockneten Nutzluftstrom vermischen.
2. Druckluftmembrantrockner (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (40) als unverschlossener Kanal (42) ausgeführt ist.
3. Druckluftmembrantrockner (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Bypasskanal (40) ein Ventil angeordnet ist,
4. Druckluftmembrantrockner (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil als Rückschlagventil ausgeführt ist.
5. Druckluftmembrantrockner (20) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Rückschlagventil federbelastet ausgeführt ist, und in Abhängigkeit von einem sich ergebenden Differenzdruck durch einen Druckverlust eines Volumenstromes durch den Membranfilter (24) regelt, wobei der Differenzdruck bei steigendem Volumenstrom steigt, wodurch der Verschlusskörper (48) den Kanal (30) gegen eine Federkraft des Federelements (50) zunehmend freigibt.
6. Druckluftmembrantrockner (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil regelbar ist.
7. Druckluftmembrantrockner (20) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil in Abhängigkeit vom ermittelten Drucktaupunkt regelbar ist.
8. Druckluftmembrantrockner (20) nach einem der Ansprüche 3-7, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil einen Verschlusskörper (48) aufweist, der in einem Ventilgehäuse (44) bewegbar geführt ist, wobei im Ventilgehäuse (44) eine Öffnung vorgesehen ist, die durch das Ventil verschlossen und freigegeben werden kann wobei das Ventilgehäuse (44) im Bypasskanal (40) angeordnet ist.
9. Druckluftmembrantrockner (20) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (50) zwischen dem Ventilkörper und einer Rückwand des Ventilgehäuses (44) angeordnet ist und die Öffnung dann freigegeben wird, wenn sich der Ventilkörper aufgrund von Differenzdruck gegen eine Federkraft des Federelements (50) in Richtung der Rückwand verschiebt.
10. Druckluftmembrantrockner (20) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Bypasskanal (40) einen maximalen Durchmesser aufweist, der geringer als der Durchmesser des Eingangskanals (30) ist.
11. Verfahren zur Trocknung von Druckluft mit Hilfe eines Druckluftmembrantrockners (20), gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte :
- Aufteilen eines feuchten Gesamtdruckluftstroms in einen ersten Teilluftstrom (36) und einen zweiten Teilluftstrom (38),
- Durchleiten des ersten Teilluftstroms (36) durch ein Membranfilter (24) des Druckluftmembrantrockners (20) zu einem Ausgangskanal (32), - Durchleiten des zweiten Teilluftstroms (38) durch einen Bypasskanal (40) ungetrocknet zum Ausgangskanal (32),
- Vermischen der beiden Teilluftströme (36, 38) im Ausgangskanal (32).
12. Verfahren zur Trocknung von Druckluft, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckluftmembrantrockner (20) gemäß der Ansprüche 1 bis 10 ausgeführt ist.
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