DE3509549A1

DE3509549A1 - Verfahren und einrichtung zum trocknen von guetern in konvektionstrocknern

Info

Publication number: DE3509549A1
Application number: DE19853509549
Authority: DE
Inventors: Michael Dipl.-Ing. DDR 8101 Niederwartha Dörfler; Günter Dipl.-Ing. DDR 8027 Dresden Gärtner; Horst Krüger; Andreas Dr.-Ing. Dr. DDR 8132 Cossebaude Lippold; Peter DDR 7224 Wilsdruff Mickau; Fritz Dipl.-Ing. DDR 8132 Cossebaude Schleuder; Steffen DDR 8224 Wilsdruff Spring
Original assignee: HALLE INGENIEURTECH
Current assignee: HALLE INGENIEURTECH
Priority date: 1984-03-21
Filing date: 1985-03-16
Publication date: 1986-08-21
Also published as: FI851125A0; SE8501382L; HUT37490A; FI851125L; PL252534A1; SE8501382D0; HU192278B

Description

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Verfahren und Einrichtung zum Trocknen von Gütern in Konvektionstrocknern

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Trocknen von Gütern in Konvektionstrocknern und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens* wobei das Trocknungsmittel Luft Kittels einer Entfeuchtungswärmepumpe aufbereitet wird«

Charakteristik der bekannten Lösungen

Es sind Anlagen zur Trocknung unterschiedlicher Güter bekannt« bei denen die Entfeuchtung der gesamten Umluft oder eines Teilluftstromes des Trockners durch eine Entfeuchtungswärmepumpe erfolgt« Bei zweckmäßiger Auslegung des Trockners tritt ein abhängig von der Umgebungstempe ratur mehr oder weniger großer Wärmeüberschuß, resultie rend aus den Antriebsleistungen von Ventilatoren und Kältemittelverdichter, auf« Diese Oberschußwärme muß an die Umgebung abgeführt werden, damit der Temperatursollwert im Trockner nicht überschritten wird« Durch einen außen luftgekühlten Zusatzkondensator im Kältekreislauf wird das bei den bekannten Lösungen realisiert«

Nachteilig ist bei dieser Variante, daß die Überschußwärme nur als sensible und im wesentlichen nicht als latente Wärme nach außen abgeführt wird und somit für den Trocknungsprozeß nutzlos verloren geht«

Die Auewahl des Kältemittels für eine Entfeuchtungswärmepumpe erfolgt nach den überwiegend während eines Trocknungsprogrammes erforderlichen Temperaturen im Trockner· So erweist sich z« B, bei der Holztrocknung R 12 (CCl₂P₂ Dichlordifluormethan) als günstig« da dessen zulässige ProzeBtemperaturen über einen größeren Bereich der Holzfeuchte den Trocknungstemperaturen bei Einsatz einer Entfeuchtungswärmepumpe ausreichen« Außerdem ergibt sich ein angemessener anlagentechnischer Aufwand« Dedoch beispielsweise bei der Trocknung von Holz auf niedrige Endfeuchten sind höhere Temperaturen zum Ende der Trocknung hin zur Verkürzung der Trocknungszeit sinnvoll« Von E, PESSEL ("Einsatz von elektrischen Wärmepumpen für die Holztrocknung - Elektrowärme im technischen Ausbau" (1980) 2, S A86 bis A90) wurde vorgeschlagen, in solchen Fällen das Kältemittel R 114 (C₂Cl₂F₄ Tetrafluordichloräthan) für die Entfeuchtungswärmepumpe einzusetzen. Das erhöht aber einerseits den kältetechnischen Aufwand auf Grund der wesentlich kleineren volumetrischen Kälteleistung des R 114 gegenüber dem R 12, andererseits ist der Einsatz dieses Kältemittels auf Grund der gutspezifischen Eigenschaften über einen großen Bereich der Trocknung gar nicht erforderlich« so daß der apparatetechnische Aufwand nicht in einem sinnvollen Verhältnis zum Nutzen, nämlich Verkürzung der Trocknungszeit, steht« Der Mangel« daß die Überschußwärme nutzlos für den Trocknungsprozeß verloren geht« haftet dieser Variante immer noch an«

Es sind bereits Verfahren und Einrichtung zum Trocknen von Gütern vorgeschlagen worden, mit denen eine Erhöhung

der Trocknungetemperatur über die zulässigen Kälteprozeßtemperaturen hinaus möglich sind· Diesen Stand der Technik ist zunächst gemeinsam« daß sie die auftretende Oberschußwärme nutzen* Außerdem sind hierbei zusätzliehe Heizer angeordnet, die eine große Variabilität der einsetzbaren Trocknungsprogramme garantieren* Mit den technischen Lösungen zum Stand der Technik werden somit Möglichkeiten aufgezeigt« durch gezielte Luftwechsel die Entfeuchtungsleistung unter Ausnutzung der Öberschußwärme und eventuell eines zusätzlichen Heizers dann zu erhöhen« wenn die Entfeuchtungsleistung der Entfeuchtungswärmepumpe kleiner ist als das Feuchtigkeitsdargebot aus dem Gut« Mit den in genannten Wirtschaftspatentanmeldungen enthaltenen Lösungen ist es zwar möglich« höhere Temperaturen im Trockner als es fur den Kältekreislauf zulässig 1st und eine Erhöhung der Entfeuchtungsleistung durch Nutzung der Öberschußwärme im Trockner zu erreichen« indessen erfordern sie einen relativ hohen anlagentechnischen Aufwand« wobei vor allem durch das Lüftungssystem ein erheblicher Energieaufwand zur Aufrechterhaltung der Luftströmung er forderlich ist«

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist es« den Trocknungsprozeß bei Anwendung von Entfeuchtungswärmepumpen mit geringem anlagentechnischen Aufwand energiewirtschaftlich vorteilhaft zu gestalten»

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Darlegung das Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde« ein Verfahren zum Trocknen von Gütern in Konvektionstrocknern und eine Einrichtung zu seiner Durchführung zu schaffen« bei dem/der die Temperatur im Trockner unabhängig von den zulässigen Kälteprozeßtemperaturen der Entfeuchtungswärmepump· ist und/oder eine zur Entfeuchtungswärmepumpe zusätzlich« Entfeuchtung erreicht wird«

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst» daß in Abhängigkeit vom Trocknungsprogramm dem feuchtebeladenen in der Entfeuchtungswärmepumpe zu entfeuchtenden Luftstrom vor dem Verdampfer ein Kühlluftstrom zugeführt und ein entsprechender feuchtebeladener Abluftstrom aus dem Trocknersystem nach außen abgeführt wird« wobei ein Hei« zer dem entfeuchteten Luftstrom und/oder dem Trockner direkt Energie zuführt·

Die Kühl- und Abluftmenge sowie die Energiezuführung durch den Heizer werden in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Trocknungsprogramm und den zulässigen Temperaturen des Kälteprozesses der Entfeuchtungswärmepumpe geregelt«

Die Abfuhr der Oberschußwärme ist aus der Enthalpiedifferenz zwischen Zu- und Abluft gegeben«

Die Auslegung einer Entfeuchtungswärmepumpe für einen Trockner erfolgt zweckmäßigerweise für einen bestimmten Bereich der Trocknungsverlaufskurve bei einer Trocknungstemperatur unterhalb oder gleich der zulässigen

Lufttemperatur vor dem Verdampfer« bei dem die aus dem Gut aufgetrocknete Feuchtigkeitsmenge gleich der am Verdampfer der Entfeuchtungswärmepumpe abgeschiedenen Flüssigkeitsmenge ist« Bei der Trocknung der meisten Guter wird das je nach dem, ob der 1« oder 2» Trocknungsabschnitt zeitlich bzw. von der aufzutrocknenden Flüssigkeitsmenge her überwiegt, in mehr oder weniger großer Entfernung zum Knickpunkt der Trocknungsverlaufskurve liegen. Bei der Trocknung von Holz ist das im allgemeinen der Fasersättigungsbereich_f Diese Tatsache führt im allgemeinen schließlich dazu, daß häufig z« B_# im ersten Trocknungsabschnitt die Entfeuchtungsleistung der Entfeuchtungswärmepumpe zu klein ist, um die gesamte vom Gut abgegebene Feuchtigkeit in der gleichen Zeit abzuscheiden» Dadurch verlängert sich die Trocknungszeit über das trocknungsphysikalisch bedingte Maß hinaus« Diesem Mangel kommt die vorgeschlagene Zuführung trockener und Abführung feuchter Luft entgegen» indem die vorhandene Überschußwärme des Trockners für eine zur Entfeuchtungswärmepumpe zusätzliche Entfeuchtung genutzt wird* Die Regelung der beiden Luftströme erfolgt so, daß die Temperatur im Trockner dem Sollwert entspricht und daß die vom Gut her zulässige Entfeuchtungsleistung nicht überschritten wird« Durch einen zusätzlich angeordneten Heizer kann im Trockner oder im äußeren Luftkreislauf nach dem Kondensator der Entfeuchtungswärmepumpe die Entfeuchtungsleistung dieses Luftwechsels über das durch Oberschußwärme bedingte Maß gesteigert werden. Die Leistungsbemessung dieses Heizers und die Gestaltung des Trocknungsprogrammes bei Einsatz dieses Heizers ergibt sich aus der Minimierung des Energieverbrauches und/oder

der Trocknungszeit«

Wenn der Trocknungszustand des Gutes so weit fortgeschritten ist» daß von dem Gut weniger Feuchtigkeit abgegeben wird als die Entfeuchtungswärmepumpe am Verdampfer abscheiden kann (im allgemeinen im 2« Trocknungsabschnitt bzw« bei Holz unterhalb des Fasersättigungsbereiches)« müßte die Entfeuchtungswärmepumpe im Teillastbereich gefahren werden« Die potentielle Entfeuchtungsleistung ist größer als erforderlich« Die Ausnutzung dieser Entfeuch tungsleistung ist im allgemeinen dann möglich« wenn die Trocknungstemperatur (falls vom Gut her zulässig) gesteigert werden kann« Die mit der Erfindung vorgeschlagene Lösung ermöglicht das ohne Änderungen am Kältekreislauf mit dsm gleichen Kältemittel* wie es im ersten oben genannten Betriebsbereich der Entfeuchtungswärmepumpe energetisch und apparatetechnisch optimal ist« Wird eine höhere als für den Kälteprozeß zulässige Temperatur als Trocknungstemperatur gefordert» wird vor dem Verdampfer so viel kältere» trockenere Luft zuge mischt» daß die Temperatur der Luft vor dem Verdampfer auf eine durch den Kälteprozeß bestimmte Temperatur abgesenkt wird« Die Wärmemenge« die mit dem Abluftstrom an die Umgebung abgegeben wird« wird durch die Überschußwärme und die Heizleistung des bereits genannten Heizers aufgebracht« Die Heizleistung dieses Heizers in Verbindung mit der Differenz zwischen Trocknungstemperatur und zulässiger Temperatur vor dem Verdampfer ist ein Optimierungsproblem des Trocknungsregiemes mit der Zielfunktion minimalen Energieverbrauchs und/oder minimaler

Trocknungszeit·

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Die Anhebung der Trocknungstemperatur ist normalerweise erst im Bereich niedriger Luftfeuchten sinnvoll« Diese Tatsache erlaubt eine Trocknungstemperaturerhöhung mit sinkender Luftfeuchte ohne daß der Energieverbrauch steigt, da die latente Wärmeleistung, die zwangsläufig mit der Abluft nach außen abgeführt werden muß, mit sinkender Luftfeuchte im Trockner abnimmt und somit die gleiche Kühlluftmenge eine größere fühlbare Abkühlung bei gleicher Wärmeleistung ermöglicht«

Eine vorteilhafte Ausbildung der Erfindung stellt die Einbindung eines zusätzlichen Luft/Luft-Wärmeübertragers derart dar, daß die zu entfeuchtende Luft vor der Kühlluf tzumischung durch den gleichen, jedoch entfeuchteten und durch die Kühlluftzumischung abgekühlten (Temperatur niedriger als Trocknungstemperatur) Luftstrom abgekühlt wird* Diese Anordnung ist besonders dann sinnvoll, wenn große Differenzen zwischen Trocknertemperatur und zulässiger Lufttemperatur vor dem Verdampfer erreicht werden sollten« Die Kühlluftzumischung kann so auf das zur Wär meübertragung in diesem Luft/Luft-Wärmeübertrager, bspw» einem Gravitationswärmerohr, erforderliche Mindestmaß beschränkt und somit auch ein Minimum der im Heizer aufzuwendenden Energie erreicht werden« Konstruktiv ist dieser Wärmeübertrager so eingebunden, daß die Wärmeüber tragung in jedem Betriebsfall des Trockners in der o« g« Richtung erfolgt«

Au sf üh runpsbeisp iele

Anhand der beigefügten Zeichnungen sollen zwei Ausführungsbeispiele zur Durchführung des Verfahrens beschrie-

ben werden« In den beigefügten Zeichnungen zeigen:

Fig« 1: den Konvektionstrockner mit Entfeuchtungswärmepumpe und Zu- und Abluftführung;

Fig« 2: den Konvektionstrockner nach Fig« I mit Gravitationswarmerohr«

Ausführunqsbeispiel 1

Gemäß Fig« 1 erzeugen Umluftventilatoren 2 in einem Trockner 1 die für die Trocknung erforderliche Umluft« Die Entfeuchtungswärmepumpenanlage· bestehend aus Ver dämpfer 7, Kondensator 8, Kältemittelverdichter 9 und Expansionsventil IO ist außerhalb eines Trockners 1 angeordnet. Ein Ventilator 11 fördert über die Ansaugöffnung 4 aus dem Trockner 1 und über die Ansaugöffnung 5 Kühlluft über den Verdampfer 7, Kondensator 8 und Heizer 12* Dabei wird im Verdampfer 7 entsprechend dem Luftzustand und der Kälteleistung Feuchtigkeit abgeschieden und die Luft im Kondensator 8 wieder aufgeheizt« Ein dem Kühlluftstrom entsprechender Abluftstrom wird über die Abluftöffnung 13« die im Oberdruckbereich der Umluft- Ventilatoren 2 angeordnet ist, nach außen geführt« Durch diesen Luftwechsel kommt es zum Austausch von feuchter Trocknerluft mit im allgemeinen trockenerer und kälterer Luft und damit zu dem zusätzlichen Entfeuchtungseffekt durch Nutzung der Oberschußwärme und der Heiz- leistung des Heizers 12« Zur Regelung der Kühlluft- und Abluftmenge sind in die Kühlluftleitung 6 und Abluftleitung 14 Regelklappen 15 eingebaut« die über eine

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durch das vorgegebene Trocknungsprogramm angesteuerte Regeleinrichtung 16 betätigt werden· Die Heizleistung des Heizers 12 wird ebenfalls von dem Trocknungsprogramm angesteuert· Durch entsprechende Stellungen der Regelklappen 15 und entsprechende Heizleistung im Heizer 12 können entsprechend höhere Trocknungstemperaturen, als die als Lufttemperaturen vor dem Verdampfer für die Kälteanlage zulassig sind, erreicht werden.

AusfQhruηgsbeispiel 2

Anhand der Fig· 2 soll ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt werden* Die Anordnung der dort gezeigten Einzelheiten entspricht im wesentlichen der nach Fig« 1» Zwischen Ansaugöffnung 4 und der Kühlluftansaugöffnung 5 ist die Verdampferseite und vor dem Hei« zer 12 die Kondensationsseite eines Gravi ta tionswärtrte*· rohres 12 angeordnet« Dadurch wird der aus dem Trockner 1 abgesaugte Luftstrom durch den gleichen Luftstrom gekühlt bzw« der entfeuchtete Luftstrom bis nahe.an die Trocknungstemperatur vorgewärmt« Der Heizer 12 und die Oberschußwärme decken das Wärmedefizit, das sich aus dem Luftwechsel ergibt» Die zur Erreichung höherer Trocknungstemperaturen nach der Anordnung des Ausführungsbeispieles 2 notwendige Heizleistung des Heizers 12 ist wesentlich kkleiner als bei Ausführungsbeispiel 1« Durch die Anwendung des Gravitationswärmerohres 17 ist in jedem Fall gesichert, daß die Wärmeübertragung nur in der genannten Richtung erfolgt« Die Anwendung des Gravitationswärmerohres 17 setzt voraus» daß dessen Rohre senkrecht stehen und dessen Kondensationsseite

geodätisch über der Verdampferseite liegt«

Die dargestellten Lösungen nach Fig« 1 und Fig« 2 sind zwei von möglichen Varianten, mit denen der erfinderische G_rundgedanke realisiert werden kann« So kann z. B« der Heizer 12 ganz oder teilweise der Kondensator einer Umgebungswärme und/oder die Abluft aus der Abluftöffnung 13 nutzenden zeichnerisch nicht dargestellten Wärmepumpe sein« Das Gravitationswärmerohr 17 kann durch einen beliebigen Luft/Luft-Wärmeübertrager, bei dessen Einordnung die geforderten Bedingungen zu beachten sind» ersetzt werden« Außerdem kann der Energieaufwand vor allem zum Anheizen und während einer Betriebsphase des Trockners« wo die Trocknungstemperatur erhöht werden soll« gesenkt werden, wenn der Verdampfer 7 der Entfeuchtungswärmepumpe um einen weiteren mit Umgebungs- und/oder

; Abwärme und/oder Trocknerabluft beaufschlagten kälteprozeßseitig umschaltbaren Verdampfer ergänzt wird* Die Umluftventilatoren 2 können durch ein zentrales Umluftsystem ersetzt werden« Anstatt einer außerhalb des Trockners angeordneten Entfeuchtungswärraepumpe kann diese auch innerhalb des Trockners installiert werden»

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Aufstellung der^verwendeten, Bezuflszeichen

1 - Trockner

2 - Umluftventilatoren

3 - Trockengut

4 - Ansaugöffnung im Trockner

5 - Ansaugöffnung für Kühlluft

6 - Kühlluftleitung

7 - Verdampfer

8 - Kondensator

9 - Kältemittelverdichter

10 - Expansionsventil

11 - Ventilator

12 - Heizer

13 - Abluftöffnung 14 - Abluftleitung

15 - Regelklappen

16 - Regeleinrichtung

17 - Gravitationswärmerohr

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Trocknung von Gütern in Konvektionstrocknern mit Enfeuchtungswärmepumpe, gekennzeichnet dadurch, daß in Abhängigkeit vom Trocknungsprogramm dem feuchtebeladenen, in der Entfeuchtungswärmepumpe zu entfeuchtenden Luftstrom vor dem Verdampfer (7) ein Kühlluftstrom zugeführt und ein entsprechender feuchtebeladener Abluftstrom aus dem Trocknersystem nach außen abgeführt wird und daß durch einen Heizer

(12) dem entfeuchteten Luftstrom und/oder dem Trockner direkt Energie zugeführt wird« wobei die Kühlluft- und Abluftmenge und die Energiezuführung durch den Heizer (12) in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Trocknungsprogramm und den zulässigen Temperaturen des Kälteprozesses der Entfeuchtungswärmepumpe bemessen sind·

Z* Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Heizenergie im Heizer (12) durch eine Wärmepumpe aufgebracht wird, die trocknerexterne Wärmequellen und/oder die Abluft aus der Abluftöffnung (13) des Trockners (1) nutzt,

3· Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Heizenergie im Heizer (12) vor allem zum Anheizen durch die Wärmezufuhr Ober den Kondensator (8) ersetzt ist, wobei die Entfeuchtungswärmepumpe als Heizungswärmepumpe arbeitet, indem vom Verdampfer (7) kälteprozeßseitig auf einen zweiten Verdampfer umgeschaltet wird, der Außenluft und/oder Abwärme

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des Trockners (1) und/oder andere Abwärme als Wärmequelle nutzt,

4# Verfahren nach Anspruch 1 bis 3« gekennzeichnet dadurch« daß der zu entfeuchtende Luftstrom vor der Kühlluftzuführung durch den gleichen entfeuchteten und durch die Kühlluftzuführung abgekühlten Luftstrom gekühlt wird«

5» Verfahren nach Anspruch 1 bis 4# gekennzeichnet dadurch« daß die zu- und abzuführenden Luftmengen in Verbindung mit der zuzuführenden Heizenergie im Heizer (12) entsprechend den Temperatursollwerten im Trockner und der Luft vor dem Verdampfer und der vom Gut her zulässigen Entfeuchtungsleistung geregelt werden«

6«Einrichtung zur Trocknung von Gütern in Konvektions« trocknern mit Enfeuchtungswärmepumpe« gekennzeichnet dadurch« daß in der Luftleitung des Ertfeuchtungsluftführungssystems eine oder mehrere Zuluftöffnungen (5) vor dem Verdampfer (7) in Strömungsrichtung der Luft gesehen und Abluftöffnungen (13) an beliebigen Stellen des gesamten Trocknersystems angeordnet sind, daß ein Heizer (12) nach dem Kondensator (8) positioniert ist« daß die Zu- und Abluftöffnungen Regelklappen (15) aufweisen« daß den Regelklappen eine durch das vorgegebene Trocknungsprogramm angesteuerte Einrichtung (16) zugeordnet ist« die das Offnen und Schließen der Klappen zum Austausch der Luftmengen in Abhängigkeit des Temperatursollwertes

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im Trockner und/oder der Lufttemperatur vor dem Verdampfer und/oder der vom Gut her zulässigen Entfeuchtungeleistung übernimmt und daß die Einrichtung (16) die Heizleistung des Heizers (12) regelt.

7» Einrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet dadurch, daß die Abluftöffnung (13) auf der Druckseite der Umluftventilatoren (2) angeordnet ist,

8» Einrichtung nach Anspruch 6 und 7, gekennzeichnet dadurch» daß das Luftführungssystem mit dem Verdampfer (7) und dem Kondensator (8) der Entfeuchtungswärmepumpe der zu entfeuchtenden Luft innerhalb des Trockners (1) angeordnet ist*

9. Einrichtung nach Anspruch 6 und 7» gekennzeichnet dadurch» daß das Luftführungssystem mit dem Verdampfer (7) und Kondensator (8) der Entfeuchtungswännepumpe außerhalb des Trockners (1) angeordnet ist,

10· Einrichtung nach Anspruch 6 bis 9» gekennzeichnet dadurch« daß der Heizer (12) durch einen Kondensator einer Wärmepumpe ersetzt wird, deren Verdampfer im Abluftstrom der Luftleitung (14) positioniert ist» und/oder wahlweise auch durch Außenluft oder andere Abwärme beaufschlagt ist«

11» Einrichtung nach Anspruch 4 bis 8, gekennzeichnet dadurch, daß ein Luft/Luft-Wärmeübertrager auf der einen Luftseite in der Luftleitung zwischen der An-

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saugöffnung (4) am Trockner und Ansaugöffnung (5) und mit der anderen zwischen Kondensator (8) und Heizer (12) angeordnet ist·

12· Einrichtung nach Anspruch 6 bis 11, gekennzeichnet dadurch, daß zu dem Verdampfer (7) kälteprozeßseitig ein zweiter Verdampfer parallel geschaltet und in der Abluftleitung angeordnet ist« daß diese beiden Verdampfer umschaltbar sind und daß durch geeignete Einrichtungen durch diesen Verdampfer auch Umweltenergie und/oder andere Abwärme nutzbar ist·

- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen -