DE19737205A1

DE19737205A1 - Dehumidification of cold compressed air

Info

Publication number: DE19737205A1
Application number: DE1997137205
Authority: DE
Inventors: Michael Plonski
Original assignee: Ultratroc Drucklufttechni GmbH
Current assignee: Ultratroc Drucklufttechni GmbH
Priority date: 1997-08-27
Filing date: 1997-08-27
Publication date: 1999-03-04

Abstract

Dehumidification of cold compressed air uses a heat exchanger with a supply of cold fluid medium. The process is regulated by temperature measurement in the heat exchanger. The temperature sensor (4) is positioned in a cold compressed air inlet zone. A coolant circuit is closed when the temperature falls to that which is commensurate with an extended interruption in the supply of cold compressed air. The coolant circuit is opened when the temperature recovers by a predetermined difference. A second temperature measurement is taken in the vicinity where the condensate forms. The coolant circuit is also closed if this temperature falls below a predetermined value, and is opened if the temperature recovers by a predetermined amount.

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.The invention relates to a method for operating Compressed air dryers for dehumidifying compressed air using a refrigerant-loaded heat exchanger unit where a temperature measurement of the cold medium cycle is regulated. It also affects a cold compressed air dryer to carry out a such procedure.

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.With the help of cold compressed air dryers, pressure can be reduced air that has too high a residual moisture content, by cooling and related Condensation process of part of the contained Dry water vapor. Because to maintain the Refrigerant circuit through which the drying of the Compressed air is brought about, the supply of energy is required, the aim is to use suitable control measures energy consumption to minimize such devices. So it poses is a known measure on refrigeration Regulations or via a temperature determination on Heat exchanger to save energy. With a known For example, an indirect method Storage mass the inertia of such a system used, the temperature state of this mass is controlled and depending on the cold circuit is switched on or off. A problem this known method lies in the relative high switching frequency with which the refrigerant circuit on maintaining refrigerant compressors is applied, as well as in possible fluctuations of the pressure achievable with such a device dew point through which the residual moisture content of the prepared compressed air is determined.

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.The object of the invention is a method for operation of refrigerated air dryers to indicate the high Degree of energy saving with high at the same time Functional reliability enables. It is still open surrender of the invention, a device for performing to specify such a method.

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.The invention solves the first object by a ver drive with the characteristic features of the patent Claim 1. This procedure ensures that represents that the device is always available and a consistently low pressure dew point of about 3 ° C delivers. The method according to the invention provides before that shutdown of the refrigerant compressor only occurs when the supply of compressed air is above is absent for a longer period of time and if, conditionally through the cooling effect of the directly on it subsequent heat exchanger, the temperature in the Entry area for the compressed air under a pre given value decreases. Will be given about new flowing compressed air to the entry area heat the system will be back in operation immediately set. The same applies in the event that too long a downtime of the heat exchanger heated due to the ambient temperature. There this temperature also affects the entrance area transmits, the shutdown is also in this case temperature exceeded, and the refrigerant compressor starts up and cools down the heat exchanger again, until he gets the one required for immediate use Operating temperature just reached. As soon as the shutdown temperature falls below, he sees inventive method the return to the energy-saving stand-by state.

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.To solve the further task is a cold compressed air dryer with the characteristic features of the patent claim 4 provided. Advantageous further training of the dryer according to the invention, in particular a the most efficient and compact design possible have stand are specified in the further claims.

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. The cold compressed air dryer according to the invention is permanent available, delivers a consistently low Pressure dew point of about 3 ° C and is characterized by low switching cycles of the refrigerant compressor during so-called no-load periods, i.e. H. Times, too which do not generate compressed air. At the same time it is Compressed air dryer according to the invention designed so that it is always in operation at full or partial load remains. Overall, this results in an optimal one Utilization of the energy used.

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.The invention is based on one in the Drawing shown embodiment closer are explained. The figure shows in perspective tive, partially broken representation of the basic structure of a refrigeration compressed air dryer of the invention, the arrows at the same time Flow directions for the compressed air, the refrigerant as well as any condensate.

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 air / air heat exchanger 2 is arranged in the upper part of a closed housing 1 and is connected via an insulating passage at the edges of the housing 1 to a refrigerant / air heat exchanger 3 located underneath. Both heat exchangers 2 , 3 form a compact heat exchanger which is manufactured in a sandwich construction from aluminum or an aluminum alloy.

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.A compressed air inlet pipe 4 and a compressed air outlet pipe 5 are welded to the air / air heat exchanger. In addition, a temperature sensor 7 is arranged on the compressed air inlet pipe 4 . Between the air / air heat exchanger 2 and the refrigerant / air heat exchanger 3 there is a collecting space 8 , which is preceded by a droplet separator 9 and at the bottom of which there is an outlet 10 for the condensate formed.

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.At the droplet separator 9 , to which the pressure to be dried air has cooled to its lowest temperature level, a second temperature sensor 11 is attached, which detects the dew point temperature.

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.The arrangement is completed by inlet and outlet connections 12 , 13 for the refrigerant flowing through the refrigerant / air-heat exchanger, which is, for example, a fluorocarbon, which is known under the name R 134 a. Not shown in the figure is a compressor for the refrigerant and an electronic evaluation and switching unit controlling this compressor, which is connected to the two temperature sensors 7 and 11 and which at the same time comprises a power controller for the refrigerant compressor.

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.The refrigeration compressed air dryer is designed so that the refrigerant compressor runs through both at full load and at part load in the specified temperature range without switching off. In a system that is designed, for example, for a capacity of 100 cubic meters of compressed air per hour, 100 m ³ / h flow at full load, which is emitted at a pressure dew point of about 3 ° C. This pressure dew point characterizes the temperature at which, at a given operating pressure, the water vapor contained in the compressed air begins to condense, the proportion of the water vapor contained in the air depending on the air temperature. The pressure dew point is the criterion for how much water condenses when the compressed air expands and at the same time cools down to the atmospheric level.

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.In the case of the exemplary embodiment described here this means that when the pressure cools air at an operating pressure of 7 bar to 3 ° C residual moisture content of 100% at a following heating this air to a temperature of 25 ° C of a relative humidity of only about 26% corresponds.

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.If the volume of compressed air delivered is reduced from 100 to just 50 m ³ / h due to falling demand, the system continues to run without being switched off. The refrigerant medium capacity controller ensures that the same pressure dew point is maintained. Even if the compressed air consumption comes to a complete standstill, the system continues to run for a while. Here, the air / air heat exchanger 3 is continuously cooled due to the compact design of these two units. This cooling is also transmitted to the temperature sensor 7 on the inlet pipe 4 for the compressed air. As soon as this temperature sensor 7 registers that the system falls below the specified switch-off temperature, the evaluation and switching unit switches off the refrigerant compressor. This switch-off or stand-by state is maintained until the temperature at the compressed air inlet pipe 4 has reached a value which is a few degrees above the switch-off temperature, or until the second temperature sensor 11 arranged on the droplet separator 9 has a predetermined value Has reached value. Both can be done either by heat input from the environment or by the fact that the inflow of warm compressed air starts again. The system is then immediately ready for operation again.

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.The arranged in the area of the droplet separator 9 second temperature sensor 11 is primarily used to monitor the pressure dew point to be observed and its visual display on the evaluation and switching unit, and as protection against freezing of the entire system at too low cooling temperatures. The switch-off point provided for this purpose in the case of the arrangement described here is around 0 ° C; when it is reached, the refrigerant compressor is switched off via the evaluation and switching unit. Since the system gradually heats up again in this case due to the generally higher ambient temperature, the refrigerant circuit is switched on again when a predetermined switch-on temperature is reached at this second temperature sensor 1 , which is also a few degrees higher than the switch-off temperature . In this way, the two temperature sensors 7 and 11, in cooperation with the evaluation and switching unit, ensure that the refrigerant circuit is kept constantly at an optimum operating temperature even in the no-load phase, so that the required dehumidifying effect immediately occurs when the compressed air flow starts again suddenly guarantee.

Claims

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. 1. A method for operating compressed air dryers for dehumidifying compressed air by means of a refrigerant-loaded heat exchanger unit, in which the refrigerant circuit is regulated by means of a temperature measurement, characterized in that the temperature measurement in the inlet area ( 4 ) for the compressed air to be dried takes place, the refrigerant circuit being switched off then occurs when a temperature drop has occurred in this area, which corresponds to a longer absence of a compressed air inflow, and the refrigerant circuit is switched on again when this temperature rises by a predeterminable difference.

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.2. The method according to claim 1, characterized in that that a second temperature measurement in the area of accumulating condensate takes place, which too shutdown of the refrigerant circuit Falling below a specified minimum temperature and to restart this circuit Reaching one above this minimum temperature lying maximum temperature leads.

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.3. refrigeration compressed air dryer for performing the method according to one of claims 1 or 2 with a refrigerant-loaded heat exchanger unit, a collecting room with condensate separator and condensate outlet, with inlet and outlet openings for the compressed air to be dried and with an evaluation and switching unit, characterized in that A temperature sensor ( 7 ), which is connected to the evaluation and switching unit, is arranged in the area of the inlet opening ( 4 ).

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.4. refrigeration compressed air dryer according to claim 3, characterized in that the inlet opening ( 4 ) is followed by an air / air heat exchanger ( 2 ) which is thermally coupled to a downstream medium / air heat exchanger ( 3 ).

5. Kältedrucklufttrockner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß beide Wärmetauscher (2, 3) zu einer Baugruppe zusammengefaßt sind.5. Cold compressed air dryer according to claim 4, characterized in that both heat exchangers ( 2 , 3 ) are combined to form an assembly.

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. 6. Compressed air dryer according to claim 5, characterized in that the assembly is carried out in sandwich construction, wherein between the two heat exchangers ( 2 , 3 ) the collecting space ( 8 ) for the condensate is arranged.

7. Kältedrucklufttrockner nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Baugruppe aus einem Alu miniumwerkstoff besteht.7. Cold compressed air dryer according to claim 6, characterized characterized in that the assembly from an aluminum minimum material.

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.8. Cold compressed air dryer according to one of claims 3 to 7, characterized in that a second temperature sensor ( 11 ) in the region of the condensate separator ( 9 ) and is also connected to the evaluation and switching unit.