DE4310100A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen Mediums - Google Patents
Verfahren und Vorrichtung zum Verdichten eines gasförmigen MediumsInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verdichten eines gasförmigen
Mediums, insbesondere Luft, gemäß dem Gattungsbegriff des Anspruches 1.
Für den Anwendungsbereich im Baugewerbe werden häufig mobile
Kompressoranlagen eingesetzt, deren flüssigkeitsgekühltes oder
trockenlaufendes Verdichteraggregat durch die Nutzseite eines
Antriebsaggregates beispielsweise Diesel- oder Elektromotor
angetrieben wird. Die Druckgasqualität muß hinsichtlich ihrer relativen
Feuchte oft als zu naß bezeichnet werden, unabhängig davon, ob die
Feuchtigkeit über das angesaugte Gas direkt oder indirekt über die für
die Kühlung und Schmierung des Verdichters eingespritzte Flüssigkeit
eingebracht wird. Bei Verdichteranlagen für spezielle Anwendungen wird
das Gas nach der Verdichtung zurückgekühlt und das ausfallende Kondensat
in geeigneten Abscheidesystemen, z. B. Zyklonabscheider getrennt und von
dem Druckgas abgeschieden. Das Druckgas hat nach diesem Abscheidevorgang
eine relative Feuchte von 100%, d. h. das Druckgas ist mit
Dampfanteilen gesättigt. Wird das Druckgas ohne weitere Behandlung zu
den Verbrauchsstellen geleitet und kühlt es sich auf diesem Wege
weiter ab, so fällt sofort wieder Kondensat aus. Dieser Kondensatanfall
kann in bestimmten Anwendungsfällen störend sein, beispielsweise beim
Sandstrahlen zur Bausanierung, weil es dadurch zum Verkleben des Sandes
kommt. Das Problem des Anfalls von Kondensat im Bereich der
Verbrauchsstelle tritt aber auch dann auf, wenn das verdichtete Gas vor
Abgabe nicht rückgekühlt wird. Bei herkömmlichen Verdichteranlagen, wie
sie üblicherweise im Baugewerbe genutzt werden, ist in den meisten
Fällen das anfallende Kondensat nicht schädlich, solange es nicht zum
Vereisen kommt. Insbesondere bei Preßluftwerkzeugen führt eine
Vereisung zu einer starken Funktionseinschränkung.
Es sind nun einige Verfahren bekannt, bei denen durch eine nachträgliche
Erwärmung des Gases die relative Feuchte abgesenkt wird. Eine der
Möglichkeiten besteht darin (DE-GM 75 22 395; DE-GM 86 01 519) das
Druckgas mit der thermischen Energie des Abgases einer
Wärmekraftmaschine zu beaufschlagen. Diese Lösung ist konstruktiv sehr
aufwendig und es werden für die das heiße Abgas führende Bauteile
hochwarmfeste Werkstoffe mit guter Korrosionsbeständigkeit benötigt.
Diese Werkstoffe sind sehr teuer und schwer zu verarbeiten. Weiterhin
ist bei diesem Verfahren ein aufwendiges Überwachungssystem notwendig,
welches das Druckgas temperaturmäßig kontrolliert und bei Erreichen
einer kritischen Betriebstemperatur regelungstechnisch in das
Abgassystem und/oder das Druckgassystem eingreifen muß.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Verdichten eines
gasförmigen Mediums, insbesondere Luft, anzugeben, mit dem ein relativ
trocknes Gas erzeugt wird und bei dem auf ein aufwendiges
Überwachungssystem verzichtet werden kann.
Diese Aufgabe wird mit den im kennzeichnenden Teil angegebenen Merkmalen
des Anspruches 1 oder 5 gelöst.
Vorteilhafte Weiterbildungen sowie Vorrichtungen zur Durchführung der
Verfahren sind Bestandteil von Unteransprüchen.
Das vorgeschlagene Verfahren beruht auf der Idee, die thermische Energie
der in einer Verdichteranlage verwendeten Kühlflüssigkeit für die
Erwärmung des gekühlten Druckgases zu verwenden. Diese Kühlflüssigkeiten
können beispielsweise das Schmieröl bzw. die Kühlflüssigkeit der den
Verdichter antreibenden Wärmekraftmaschine sein. Auch die für die
Kühlung und Schmierung eines einspritzgekühlten Verdichters verwendete
Flüssigkeit, beispielsweise Öl oder Wasser kann dafür genutzt werden.
Der Vorteil des Verfahrens ist darin zu sehen, daß die Wärmeübertragung
beim Übergang von einer Flüssigkeit auf das Druckgas relativ einfach und
recht genau bestimmbar ist. Außerdem kann der für die Wärmeübertragung
erforderliche Wärmetauscher einfach und kompakt sein. Vorzugsweise ist
dieser als Rohrbündelwärmetauscher ausgebildet. Die
Temperaturverhältnisse der genutzten Flüssigkeit liegen in einem
günstigen Niveau, so daß im Regelfall keine zusätzlichen Regelungs- und
Überwachungssysteme erforderlich sind. Einzige Ausnahme kann im
ungünstigsten Fall die Verwendung des Schmieröles der Wärmekraftmaschine
sein, da diese bei bis zu etwa 130 Grad Celsius liegen kann. Da die
maximal zulässige Verdichtungsendtemperatur für mit Öl gekühlte
Verdichter in Deutschland bei 100 Grad Celsius liegt, ist ein einfacher
Begrenzungsschalter ausreichend, um auch bei Anlagen mit strenger
Auflage hinsichtlich der maximalen Verdichtungsendtemperatur ein
Überschreiten dieser Maximaltemperatur zu vermeiden.
Bei der Verwendung der thermischen Energie der rückgeführten Kühl- bzw.
Schmierflüssigkeiten bei flüssigkeitsgekühlten Verdichtern zur Erwärmung
des Druckgases wird die Flüssigkeit bereits etwas abgekühlt, so daß in
der Rückkühlleitung weniger Kühlleistung benötigt wird. Dies hat zur
Folge, daß entweder die Kühleinrichtung klein gebaut werden kann oder
bei gleichgroßer Kühlerleistung eine Freigabe des Verdichteraggregates
für höher liegende Umgebungstemperaturen möglich ist.
Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu
sehen, daß durch die Kompaktheit des eingesetzten Wärmetauschers eine
große Freiheit hinsichtlich der Plazierung dieser Vorrichtung in der
Anlage liegt. Nicht vergessen werden soll auch der daraus sich ergebende
Kostenvorteil, da die flüssigkeitsbeaufschlagte Wärmetauscherlösung
kostenmäßig weit unterhalb der bisher bekannten Abgaserwärmung liegt.
In der Zeichnung wird anhand einiger Ausführungsbeispiele das
erfindungsgemäße Verfahren näher erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 in einem Funktionsschaubild eine erste Ausführungsform mit
einem trocken laufenden Verdichteraggregat und einer
Wärmekraftmaschine als Antriebsaggregat
Fig. 2 wie Fig. 1 mit einem flüssigkeitsgekühlten
Verdichteraggregat
Fig. 3 ähnlich Fig. 2, jedoch mit einem in der Rückführleitung
angeordneten Wärmetauscher
Fig. 4 wie Fig. 2, jedoch ohne Nachkühler.
In Fig. 1 ist in einem Funktionsschaubild eine erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Anlage dargestellt. Gemäß dieser Fig. 1 wird das
zu verdichtende Gas, insbesondere Luft, über einen Ansaugfilter 10
gereinigt und über eine Ansaugleitung 11 dem trockenlaufenden
Verdichteraggregat 40′ zugeführt. Als Antrieb des Verdichteraggregates
40′ dient hier eine Wärmekraftmaschine 20, beispielsweise ein
Dieselmotor. Das verdichtete Gas gelangt aus dem Verdichteraggregat 40′
über eine Leitung 12 zum Druckbehälter 50. Dieser Druckbehälter 50 wird
durch ein Sicherheitsventil 51 überwacht. Aus dem Druckbehälter 50
gelangt das verdichtete Gas über ein in der Leitung 71 angeordnetes
Druckhalte-Rückschlagventil 52 zu einem Nachkühler 60, der mit einem
Kondensatabscheider 61 gekoppelt ist. Nach der Kondensatabscheidung
beträgt die relative Feuchte im Druckgas 100%. Um diese Feuchte auf
einen vorgegebenen Wert senken zu können, wird das Druckgas über eine
Leitung 76 durch einen Wärmetauscher 65 geführt, wo es mittels der dem
Wärmetauscher 65 zugeführten thermischen Energie der Wärmekraftmaschine
20 erwärmt wird. Dazu ist die Wärmekraftmaschine 20 über Leitungen 73, 74
mit dem Wärmetauscher 65 verbunden. Diese Leitungen 73, 74 können Teil
des Schmier- und/oder Kühlkreislaufes der Wärmekraftmaschine 20 sein.
Nach der Erwärmung wird das Druckgas über eine Leitung 77 den
Entnahmehähnen 53 zugeführt.
Fig. 2 zeigt in einem gleichen Funktionsschaubild wie Fig. 1 eine
andere Ausführungsform, wobei für gleiche Teile gleiche Bezugszeichen
verwendet worden sind. Das zu verdichtende Gas wird über einen
Ansaugfilter 10 gereinigt und über eine Ansaugleitung 11 einem
flüssigkeitsgekühlten Verdichteraggregat 40 zugeführt. Als Antrieb des
Verdichters 40 wird hier ebenfalls eine Wärmekraftmaschine 20 verwendet.
Das verdichtete Gas-Flüssigkeitsgemisch gelangt aus dem Verdichter 40
über eine Leitung 12 zum Abscheider 55. Der Abscheider 55 wird
druckmäßig durch ein Sicherheitsventil 51 überwacht. Das noch feuchte
Druckgas gelangt über eine Leitung 71 und einem darin angeordneten
Druckhalte-Rückschlagventil 52 zu einem Nachkühler 60, der mit einem
Kondensatabscheider 61 gekoppelt ist. Der weitere Weg des Druckgases
entspricht der in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsform. Die im
Abscheider 55 abgeschiedene Flüssigkeit wird aus dem Flüssigkeitssumpf
über die Leitung 15, 16, 18 dem Verdichter 40 wieder rückgeführt. Die
Rückführung erfolgt über den im Abscheider 55 herrschenden Systemdruck.
In der Rückführleitung 15,16,18 ist ein Filter 41 und ein Öl- oder
Flüssigkeitskühler 44 angeordnet.
In Fig. 3 ist in einem vergleichbaren Funktionsschaubild wie Fig. 2
eine weitere Ausführungsform dargestellt. Im Unterschied zu den in den
Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsformen wird in diesem Beispiel
die thermische Energie der rückgeführten Kühl- und Schmierflüssigkeit
für die Erwärmung des Druckgases genutzt. Dazu ist in der
Rückführleitung 15, 16, 17, 18 ein Wärmetauscher 42 zwischen dem Filter 41
und dem Öl- oder Flüssigkeitskühler 44 angeordnet. Auf der Gasseite ist
dieser Wärmetauscher 42 über Leitungen 76, 77 mit dem Druckgassystem
verbunden. Je nach Auslegung der Anlage kann der Öl- oder
Flüssigkeitskühler 44 gleich groß gewählt werden wie bei der in Fig. 2
dargestellten Ausführungsform oder alternativ auch kleiner, da ein Teil
der erforderlichen Rückkühlung über den in der Rückführleitung 16, 17
angeordneten Wärmetauscher 42 erfolgt. Bei der in Fig. 3 dargestellten
Ausführungsform ist die Art des Antriebsaggregates für den Verdichter 40
frei, da dieses für die Erwärmung des Druckgases nicht genutzt wird. Es
kann wie hier dargestellt ein Elektromotor, aber ebenso alternativ ein
Dieselmotor entsprechend der Darstellung in den Fig. 1 oder 2 sein
bzw. ein anderes Antriebsaggregat.
Fig. 4 zeigt eine weitere Variante der Ausführungsform gemäß Fig. 2.
Im Unterschied dazu ist in der Druckleitung 71 zwischen Druckbehälter 55
und Wärmetauscher 65 kein Nachkühler 60 vorgesehen und das verdichtete
Gas wird vor Abgabe an die Verbrauchsstellen 53 durch die Schmier-
und/oder Kühlflüssigkeit der Wärmekraftmaschine 20
erwärmt.
Claims (7)
1. Verfahren zum Verdichten eines gasförmigen Mediums, insbesondere
Luft, bei dem mittels eines durch die Nutzseite einer
Wärmekraftmaschine angetriebenen Verdichters, angesaugtes Gas von
einem niedrigeren Ausgangsdruck, insbesondere Atmosphärendruck auf
einen vorgegebenen Enddruck verdichtet und vor Abgabe an die
Verbrauchsstellen unter Nutzung der thermischen Energie der
Wärmekraftmaschine mittels eines Wärmetauschers erwärmt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmetauscher mit der thermischen Energie des Schmieröl
und/oder Kühlkreislaufes der Wärmekraftmaschine beaufschlagt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß das verdichtete Gas vor der Erwärmung gekühlt und das
Kondensat abgeschieden wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit
einem Verdichter, der mit der Nutzseite einer Wärmekraftmaschine
und dessen Druckstutzen über eine Leitung mit einem Druckbehälter
und einem nachgeschalteten Wärmetauscher mit den Verbrauchsstellen
und der Wärmetauscher über eine Leitung thermisch mit der
Wärmekraftmaschine verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Verbindungsleitungen (73, 74) zwischen Wärmetauscher (65)
und der Wärmekraftmaschine (20) Teil des Schmier- und/oder
Kühlkreislaufes der Wärmekraftmaschine (20) ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß in der Druckleitung (71, 75, 76) zwischen Druckbehälter (55)
und Wärmetauscher (65) ein Kühler (60) in Verbindung mit einem
Kondensatablaß (61) angeordnet ist.
5. Verfahren zum Verdichten eines gasförmigen Mediums, insbesondere
Luft, bei dem mittels einer durch die Nutzseite eines
Antriebsaggregates angetriebenen flüssigkeitsgekühlten Verdichters,
angesaugtes Gas von einem niedrigeren Ausgangsdruck, insbesondere
Atmosphärendruck auf einen vorgegebenen Enddruck verdichtet und vor
Abgabe an die Verbrauchsstellen erwärmt wird, wobei der Erwärmung
eine Nachkühlung des verdichteten Gases vorgeschaltet ist und die
im Abscheider abgeschiedene Flüssigkeit dem Verdichter rückgeführt
und vor der Einspritzung in den Verdichter gekühlt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das gekühlte verdichtete Gas mit der thermischen Energie der
vom Abscheider rückgeführten Flüssigkeit beaufschlagt wird.
6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 5 mit
einem flüssigkeitsgekühlten Verdichter, der mit der Nutzseite eines
Antriebsaggregates und dessen Druckstutzen über eine Leitung mit
einem Abscheider und der Flüssigkeitssumpf des Abscheiders über
eine Rückführleitung, in der ein Filter und ein Kühler angeordnet
sind, mit dem Verdichter verbunden sind und zwischen Abscheider und
den Verbrauchsstellen ein Kühler sowie ein Kondensatabscheider und
ein Wärmetauscher angeordnet sind,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmetauscher (42) in der Rückführleitung (16, 17) zwischen
Filter (41) und Nachkühler (44) angeordnet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 6,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Wärmetauscher (42, 65) als Rohrbündelwärmetauscher
ausgebildet ist.
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