DE19737205A1 - Verfahren zum Betrieb von Kältedrucklufttrocknern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb von Kältedrucklufttrocknern zur Entfeuchtung von Druckluft mittels einer kältemittelbeaufschlagten Wärmetauscher­ einheit, bei dem über eine Temperaturmessung der Kälte­ mittelkreislauf geregelt wird. Ferner betrifft sie einen Kältedrucklufttrockner zur Durchführung eines derartigen Verfahrens.

Mit Hilfe von Kältedrucklufttrocknern läßt sich Druck­ luft, die einen zu hohen Restfeuchtegehalt aufweist, durch eine Abkühlung und einen damit verbundenen Kondensationsvorgang eines Teils des enthaltenen Wasserdampfes trocknen. Da zur Aufrechterhaltung des Kältemittelkreislaufs, durch den die Trocknung der Druckluft herbeigeführt wird, die Zufuhr von Energie erforderlich ist, wird angestrebt, mittels geeigneter regelungstechnischer Maßnahmen den Energieverbrauch derartiger Vorrichtungen zu minimieren. So stellt es eine bekannte Maßnahme dar, über kältetechnische Regelungen oder über eine Temperaturermittlung am Wärmetauscher Energie zu sparen. Bei einem bekannten Verfahren wird beispielsweise mit einer indirekten Speichermasse die Trägheit eines solchen Systems aus­ genutzt, wobei der Temperaturzustand dieser Masse kontrolliert wird und in Abhängigkeit davon der Kälte­ kreislauf zu- oder abgeschaltet wird. Ein Problem dieses bekannten Verfahrens liegt jedoch in der relativ hohen Schalthäufigkeit, mit der der den Kältemittel­ kreislauf auf rechterhaltende Kältemittelverdichter beaufschlagt wird, sowie in möglichen Schwankungen des mit einer derartigen Vorrichtung erzielbaren Druck­ taupunktes, durch den der Restfeuchtegehalt der auf­ bereiteten Druckluft bestimmt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betrieb von Kältedrucklufttrocknern anzugeben, das ein hohes Maß an Energieersparnis bei gleichzeitig hoher Funktionssicherheit ermöglicht. Weiterhin ist es Auf­ gabe der Erfindung, eine Vorrichtung zur Durchführung eines derartigen Verfahrens anzugeben.

Die Erfindung löst die erste Aufgabe durch ein Ver­ fahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patent­ anspruches 1. Durch dieses Verfahren ist sicherge­ stellt, daß die Vorrichtung ständig verfügbar ist und einen gleichbleibend niedrigen Drucktaupunkt von etwa 3°C liefert. Das erfindungsgemäße Verfahren sieht dabei vor, daß eine Abschaltung des Kältemittelverdichters nur dann erfolgt, wenn die Zufuhr von Druckluft über einen längeren Zeitraum ausbleibt und wenn, bedingt durch den Abkühleffekt des sich unmittelbar daran anschließenden Wärmetauschers, die Temperatur im Eintrittsbereich für die Druckluft unter einen vorge­ gebenen Wert absinkt. Wird dagegeben über neu an­ strömende Druckluft dem Eintrittsbereich Wärme zuge­ führt, so wird das System sofort wieder in Betrieb gesetzt. Das gleiche gilt für den Fall, daß sich bei einer zu lange dauernden Stillstandszeit der Wärme­ tauscher aufgrund der Umgebungstemperatur erwärmt. Da sich diese Temperatur auch auf den Eintrittsbereich überträgt, wird auch in diesem Fall die Abschalt­ temperatur überschritten, und der Kältemittelverdichter läuft an und kühlt den Wärmetauscher wieder so weit ab, bis er die für einen sofortigen Einsatz erforderliche Betriebstemperatur erreicht halt. Sobald die Abschalt­ temperatur wieder unterschritten wird, sieht das er­ findungsgemäße Verfahren die erneute Rückkehr in den energiesparenden Stand-By-Zustand vor.

Zur Lösung der weiteren Aufgabe ist ein Kältedruckluft­ trockner mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patent­ anspruches 4 vorgesehen. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Trockners, die insbesondere eine möglichst effiziente und kompakte Bauweise zum Gegen­ stand haben, sind in den weiteren Ansprüchen angegeben.

Der erfindungsgemäße Kältedrucklufttrockner ist ständig verfügbar, liefert einen gleichbleibend niedrigen Drucktaupunkt von etwa 3°C und zeichnet sich durch niedrige Schaltzyklen des Kältemittelverdichters während sogenannter Nullast-Perioden, d. h. Zeiten, zu denen keine Druckluft anfällt, aus. Zugleich ist der Kältedrucklufttrockner nach der Erfindung so ausgelegt, daß er bei Voll- oder Teillast ständig in Betrieb bleibt. Insgesamt ergibt sich dadurch eine optimale Ausnutzung der eingesetzten Energie.

Nachfolgend soll die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Die Figur zeigt dabei in perspek­ tivischer, teilweise gebrochener Darstellung den prinzipiellen Aufbau eines Kältedrucklufttrockners nach der Erfindung, wobei zugleich durch Pfeile die Strömungsrichtungen für die Druckluft, das Kältemittel sowie anfallendes Kondensat eingezeichnet ist.

Im oberen Teil eines geschlossenen Gehäuses 1 ist ein Luft/Luft-Wärmetauscher 2 angeordnet, der über eine Isolierpassage an den Kanten des Gehäuses 1 mit einem darunter befindlichen Kältemittel/Luft-Wärmetauscher 3 verbunden ist. Beide Wärmetauscher 2, 3 bilden einen Kompaktwärmeübertrager, der in Sandwich-Bauweise aus Aluminium bzw. einer Aluminiumlegierung gefertigt ist.

An den Luft/Luft-Wärmetauscher sind ein Druckluft­ eintrittsrohr 4 sowie ein Druckluftaustrittsrohr 5 angeschweißt. Zusätzlich ist am Drucklufteintrittsrohr 4 ein Temperatursensor 7 angeordnet. Zwischen dem Luft/Luft-Wärmetauscher 2 und dem Kältemittel/Luft-Wärme­ tauscher 3 befindet sich ein Sammelraum 8, dem ein Tropfenabscheider 9 vorgeschaltet ist und an dessen Boden sich ein Ablauf 10 für das entstehende Kondensat vorgesehen ist.

Am Tropfenabscheider 9, an den die zu trocknende Druck­ luft auf ihr niedrigstes Temperaturniveau abgekühlt ist, ist ein zweiter Temperatursensor 11 angebracht, der die Taupunkt-Temperatur erfaßt.

Vervollständigt wird die Anordnung durch Ein- und Aus­ trittsstutzen 12, 13 für das den Kältemittel/Luft-Wärme­ tauscher durchströmende Kältemittel, bei dem es sich beispielsweise um einen Fluor-Kohlenwasserstoff handelt, der unter der Bezeichnung R 134 a bekannt ist. In der Figur nicht dargestellt ist ein Verdichter für das Kältemittel sowie eine diesen Verdichter an­ steuernde elektronische Auswerte- und Schalteinheit, die mit den beiden Temperatursensoren 7 und 11 in Verbindung steht und die zugleich einen Leistungsregler für den Kältemittelverdichter umfaßt.

Der Kältedrucklufttrockner ist so ausgelegt, daß der Kältemittelverdichter sowohl bei Vollast als auch bei Teillast im vorgegebenen Temperaturbereich ohne Ab­ schaltung durchläuft. Bei einer Anlage, die beispiels­ weise für eine Kapazität von 100 Kubikmetern Druckluft pro Stunde ausgelegt ist, fließen bei Vollast somit 100 m³/h, die mit einem Drucktaupunkt von etwa 3°C abgegeben wird. Dieser Drucktaupunkt kennzeichnet die­ jenige Temperatur, bei der bei einem vorgegebenen Betriebsdruck der in der Druckluft enthaltene Wasser­ dampf zu kondensieren beginnt, wobei der Anteil des in der Luft enthaltenen Wasserdampfes von der Lufttempera­ tur abhängt. Der Drucktaupunkt ist dabei das Kriterium dafür, wieviel Wasser bei der Expansion der Druckluft und gleichzeitiger Abkühlung auf atmosphärisches Niveau kondensiert.

Im Fall des hier beschriebenen Ausführungsbeispiels bedeutet dies, daß der bei einer Abkühlung von Druck­ luft mit einem Betriebsdruck von 7 bar auf 3°C vor­ liegende Restfeuchtegehalt von 100% bei einer nach­ folgenden Erwärmung dieser Luft auf eine Temperatur von 25°C einer relativen Feuchte von nur noch etwa 26% entspricht.

Wird aufgrund sinkenden Bedarfs die abgegebene Druck­ luftmenge von 100 auf nur noch 50 m³/h reduziert, so läuft die Anlage ohne abzuschalten weiter. Der Kälte­ mittelleistungsregler stellt dabei sicher, daß weiter­ hin der gleiche Drucktaupunkt eingehalten wird. Auch wenn der Druckluftverbrauch vollständig zum Erliegen kommt, läuft die Anlage zunächst noch für eine gewisse Zeit weiter. Hierbei wird der Luft/Luft-Wärmetauscher 3 aufgrund der kompakten Bauweise dieser beiden Einheiten stetig weiter abgekühlt. Diese Abkühlung überträgt sich auch auf den Temperatursensor 7 am Eintrittsrohr 4 für die Druckluft. Sobald dieser Temperatursensor 7 das Unterschreiten der vorgegebenen Abschaltemperatur der Anlage registriert, schaltet die Auswerte- und Schalt­ einheit den Kältemittelverdichter ab. Dieser Abschalt- oder Stand-By-Zustand bleibt so lange aufrechterhalten, bis die Temperatur am Druckluft-Eintrittsrohr 4 einen Wert erreicht hat, der um einige Grad über der Ab­ schalttemperatur liegt, oder bis der zweite, am Tropfenabscheider 9 angeordnete Temperatursensor 11 einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Beides kann entweder durch Wärmeeintrag aus der Umgebung geschehen oder dadurch, daß der Zustrom an warmer Druckluft wieder einsetzt. Die Anlage ist dann sofort wieder­ betriebsbereit.

Der im Bereich des Tropfenabscheiders 9 angeordnete zweite Temperatursensor 11 dient vorrangig zur Über­ wachung des einzuhaltenden Drucktaupunktes und dessen optischer Anzeige auf der Auswerte- und Schalteinheit sowie als Schutz gegen ein Einfrieren der gesamten Anlage bei zu geringen Abkühltemperasturen. Der hierfür vorgesehene Abschaltpunkt liebt im Fall der hier beschriebenen Anordnung bei etwa nahe 0°C; bei seinem Erreichen wird über die Auswerte- und Schalteinheit der Kältemittelverdichter abgeschaltet. Da sich auch in diesem Fall aufgrund der in der Regel höher liegenden Umgebungstemperatur das System allmählich wieder erwärmt, wird bei Erreichen einer vorgegebenen Wider­ einschalttemperatur an diesem zweiten Temperatursensor 1, die ebenfalls um einige Grad höher als die Abschalt­ temperatur liegt, der Kältemittelkreislauf wieder an­ geschaltet. Auf diese Weise stellen die beiden Tempera­ tursensoren 7 und 11 im Zusammenwirken mit der Aus­ werte- und Schalteinheit sicher, daß der Kältemittel­ kreislauf auch in der Nullastphase ständig bei opti­ maler Betriebstemperatur gehalten wird, um bei plötz­ lich wieder einsetzendem Druckluftzustrom sofort die geforderte Entfeuchtungswirkung zu gewährleisten.

Claims (8)

1. Verfahren zum Betrieb von Kältedrucklufttrocknern zur Entfeuchtung von Druckluft mittels einer kältemittelbeaufschlagten Wärmetauschereinheit, bei dem über eine Temperaturmessung der Kältemittel­ kreislauf geregelt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmessung im Eintrittsbereich (4) für die zu trocknende Druckluft erfolgt, wobei eine Abschaltung des Kältemittelkreislaufs dann erfolgt, wenn in diesem Bereich eine Temperaturabsenkung eingetreten ist, die einem längeren Ausbleiben eines Druckluftzustromes entspricht, und ein Wiederanschalten des Kältemittelkreislaufs bei einem Anstieg dieser Temperatur um einen vorgeb­ baren Differenzbetrag erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Temperaturmessung im Bereich des anfallenden Kondensats erfolgt, die ebenfalls zu einem Abschalten des Kältemittelkreislaufs bei Unterschreiten einer vorgegebenen Mindesttemperatur und zu einem Wiederanschalten dieses Kreislaufs bei Erreichen einer oberhalb dieser Mindesttemperatur liegenden Höchsttemperatur führt.

3. Kältedrucklufttrockner zur Durchführung des Ver­ fahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2 mit einer kältemittelbeaufschlagten Wärmetauschereinheit, einem Sammelraum mit Kondensatabscheider und Kondensataustritt, mit Ein- und Austrittsöffnungen für die zu trocknende Druckluft sowie mit einer Auswerte- und Schalteinheit, dadurch gekennzeich­ net, daß im Bereich der Eintrittsöffnung (4) ein Temperatursensor (7) angeordnet ist, der mit der Auswerte- und Schalteinheit verbunden ist.

4. Kältedrucklufttrockner nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Eintrittsöffnung (4) ein Luft/Luft-Wärmetauscher (2) nachgeschaltet ist, der thermisch mit einem diesem nachgeschalteten Kälte­ mittel/Luft-Wärmetauscher (3) gekoppelt ist.

5. Kältedrucklufttrockner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wärmetauscher (2, 3) zu einer Baugruppe zusammengefaßt sind.

6. Kältedrucklufttrockner nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe in Sandwich-Bau­ weise ausgeführt ist, wobei zwischen den beiden Wärmetauschern (2, 3) der Sammelraum (8) für das anfallende Kondensat angeordnet ist.

7. Kältedrucklufttrockner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe aus einem Alu­ miniumwerkstoff besteht.

8. Kältedrucklufttrockner nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter Temperatursensor (11) im Bereich des Kondensat­ abscheiders (9) angeordnet und ebenfalls mit der Auswerte- und Schalteinheit verbunden ist.