DE3827005A1 - Compressed air dryer - Google Patents
Compressed air dryerInfo
- Publication number
- DE3827005A1 DE3827005A1 DE19883827005 DE3827005A DE3827005A1 DE 3827005 A1 DE3827005 A1 DE 3827005A1 DE 19883827005 DE19883827005 DE 19883827005 DE 3827005 A DE3827005 A DE 3827005A DE 3827005 A1 DE3827005 A1 DE 3827005A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- heat exchanger
- compressed air
- heat
- cooling
- cooler
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Withdrawn
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 23
- 238000005245 sintering Methods 0.000 claims abstract description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 38
- 238000009833 condensation Methods 0.000 claims description 20
- 230000005494 condensation Effects 0.000 claims description 20
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 15
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 14
- 230000009969 flowable effect Effects 0.000 claims description 10
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 9
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 claims description 6
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 claims description 6
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 5
- 230000036961 partial effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000008187 granular material Substances 0.000 claims description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 241000446313 Lamella Species 0.000 claims description 2
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 2
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 claims description 2
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 2
- 241001676573 Minium Species 0.000 claims 1
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 claims 1
- 210000004243 sweat Anatomy 0.000 claims 1
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 3
- 230000006870 function Effects 0.000 description 3
- 238000011109 contamination Methods 0.000 description 2
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 2
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 2
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 2
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 2
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 2
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 2
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 2
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000007664 blowing Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 230000001143 conditioned effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000007667 floating Methods 0.000 description 1
- 230000036541 health Effects 0.000 description 1
- 238000005338 heat storage Methods 0.000 description 1
- 239000005457 ice water Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 230000007257 malfunction Effects 0.000 description 1
- 230000002503 metabolic effect Effects 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 239000003595 mist Substances 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 238000010079 rubber tapping Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000012808 vapor phase Substances 0.000 description 1
- 238000005406 washing Methods 0.000 description 1
- 230000036642 wellbeing Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D7/00—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall
- F28D7/16—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation
- F28D7/1607—Heat-exchange apparatus having stationary tubular conduit assemblies for both heat-exchange media, the media being in contact with different sides of a conduit wall the conduits being arranged in parallel spaced relation with particular pattern of flow of the heat exchange media, e.g. change of flow direction
-
- 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
-
- 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
- B01D53/265—Drying gases or vapours by refrigeration (condensation)
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
- F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
- F28D21/00—Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
- F28D2021/0019—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
- F28D2021/0038—Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for drying or dehumidifying gases or vapours
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Heat-Exchange Devices With Radiators And Conduit Assemblies (AREA)
Abstract
Description
Ein besonderes Problem der Drucklufttechnik ist die in der Druckluft enthaltene Feuchte in Form von Wasserdampf wie auch die Ölrückstände, die aus dem Kompressor mitgerissen werden. Hoher Wassergehalt in der Druckluft führt im Verteilernetz zu Korrosionsproblemen oder Betriebsstörungen, beispielsweise in Pneumatikmotoren. Das an den Abnahmestellen austretende Öl kann zur Beeinträchtigung der Gesundheit und des Wohlbefindens der Menschen am Arbeitsplatz führen sowie zur Verunreinigung mit Druckluft kontaktierer Werkstücke.A particular problem of compressed air technology is that in the Compressed air contained moisture in the form of water vapor as well the oil residues that are carried away from the compressor. High water content in the compressed air leads to in the distribution network Corrosion problems or malfunctions, for example in Pneumatic motors. The oil escaping at the tapping points can to affect the health and well-being of the Lead people in the workplace as well as pollution Compressed air contact workpieces.
Die über den Kompressor angesaugten, hauptsächlich in der Gas phase vorliegenden Wasseranteile werden daher z.B. durch Kon densationswärmetauscher von der Luft getrennt und durch speziel le Abscheidesysteme abgeführt. Um eine möglichst hohe Abschei dung zu erzielen, wird bei dieser Trocknerbauart im Wärmetau scher mit Kühlmitteltemperaturen weit unterhalb der Taupunkt temperatur gearbeitet. Optimale Ergebnisse werden erzielt, wenn die Luftaustrittstemperatur minimal über dem Nullpunkt liegt, so daß das Einfrieren des Tauwassers gerade vermieden wird.The ones sucked in through the compressor, mainly in the gas phase present water portions are therefore e.g. by con condensation heat exchanger separated from the air and by special le separation systems removed. To get the highest possible separation Achievement is achieved with this type of dryer in the heat rope with coolant temperatures far below the dew point temperature worked. Optimal results are achieved when the air outlet temperature is minimally above zero, so that the freezing of the defrost water is just avoided.
Hinter dem Wärmetauscher wird der Druckluft/Wasserdampf-Misch strom über ein Trennsystem geführt, das beispielsweise durch Umlenklamellen Wasser und Öl von der Luft abscheidet. Diesem Abscheider wird gewöhnlich noch ein mechanisches Feinfilter zur Abscheidung von Öltropfen im Bereich von 10 µm nachgeschaltet. Aus dem Abscheider tritt die Luft bei niedriger Temperatur aus, wobei Restfeuchten von 0,5 g/kg üblich sind. Weiterhin ist es üblich, diese Kaltluft in einen Rekuperator zu leiten, um die aus dem Kompressor gelangende Luft vorzukühlen, wodurch nach dem Stand der Technik ca. 50% der Kühlleistung eingespart wer den können.The compressed air / steam mixture is located behind the heat exchanger current through a separation system, for example by Deflecting lamella separates water and oil from the air. This A mechanical fine filter is usually used for the separator Separation of oil drops in the range of 10 µm downstream. The air exits the separator at a low temperature, residual moisture of 0.5 g / kg is common. Furthermore it is usual to pass this cold air into a recuperator to the Pre-cool air coming out of the compressor, causing after the state of the art saves about 50% of the cooling capacity that can.
Als Wärmetauscher werden in Trocknern der beschriebenen Bauart alle gängigen Systeme wie Gegenstrom-Rohrbündel, koaxial Rohr- in-Rohr-Systeme oder Plattenwärmetauscher angewendet. Es ist be kannt, daß der Wärmeübergangskoeffizient in der Drucklufttrock nung bei solchen Glattrohr-Wärmetauschern unter Nichtberück sichtigung der Kondensationswärme bei ca. 140 W/m2k liegt.Are used as heat exchangers in dryers of the type described all common systems such as counter-current tube bundles, coaxial tube in-pipe systems or plate heat exchangers applied. It's be knows that the heat transfer coefficient in the compressed air dryer with such smooth tube heat exchangers under non-return the condensation heat is around 140 W / m2k.
Dies bedeutet, daß insbesondere bei kleinen Temperaturdifferen zen zwischen Kühlmittel und zu kühlender Druckluft große Wär metauscherflächen erforderlich sind. Insofern steht der Verla gerung großer Leistungsanteile in den Rekuperator der Preis für einen solchen Wärmetauscher entgegen wie die auch dadurch zwangsläufig ansteigenden druckluftseitigen Druckverluste.This means that especially with small temperature differences between the coolant and the compressed air to be cooled Metabolic surfaces are required. In this respect, the Verla of large power shares in the recuperator the price for against such a heat exchanger as that inevitably increasing pressure losses on the compressed air side.
Im Falle des Kühlers ist eine großflächige Auslegung unvermeid lich, da wegen der Vereisungsgefahr eine Wärmetauscheroberflä chentemperatur von 0°C nicht unterschritten werden darf, ande rerseits die Luftaustrittstemperatur zur möglichst vollständi gen Kondensation des Wasserdampfanteils so nahe wie möglich an den Nullpunkt herangeführt werden muß. Nach dem Stand der Tech nik sind Austrittstemperaturen von 0,5-2,0°C üblich, da - wie bereits erwähnt - Restfeuchten über 0,5 g/kg Luft unerwünscht sind. In the case of the cooler, a large-scale design is unavoidable Lich, because of the risk of icing a heat exchanger surface temperature must not fall below 0 ° C, other on the other hand, the air outlet temperature to be as complete as possible condensation of the water vapor content as close as possible the zero point must be brought up. According to the state of the tech Outlet temperatures of 0.5-2.0 ° C are common, because of that already mentioned - residual moisture above 0.5 g / kg air undesirable are.
Dies bedeutet, daß für die Abkühlung von 1°C auf 0,5°C bei spielsweise ca. 7,2 m2 Wärmetauscherfläche konventioneller Bau art benötigt werden, wenn der Druckluftmassenstrom 1 kg/s be trägt.This means that for cooling from 1 ° C to 0.5 ° C for example approx. 7.2 m2 heat exchanger surface of conventional construction are required if the compressed air mass flow is 1 kg / s wearing.
Selbst wenn man die hohen Kosten großer Wärmetauscherflächen beiseite läßt, ist zu beachten, daß große Wärmetauscherflächen zu hohem Druckabfall führen, da eine Kühlaufgabe - den zu küh lenden Massenstrom möglichst nahe an die Kühlmitteltemperatur zu führen - nur durch die Verlängerung der Strömungskanäle zu realisieren ist. Insbesondere in der Drucklufttechnik sind Druckverluste teuer, da bei konstantem Massenstrom die Lei stungsaufnahme des Kompressors zum Quadrat des Druckanstiegs steigt. Substantiell geht es in dieser Anmeldung um die Anwen dung von Wärmetauscher, die wesentlich bessere Wärmeübergangs koeffizienten des Druckluft/Wasserdampf-Mischstroms ermögli chen, mit dem Ziel, größere Rekuperationsleistsanteile und ver kleinerte Wärmetauscherflächen und Druckverluste zu realisieren.Even if the high costs of large heat exchanger surfaces are left aside, it should be noted that large heat exchanger surfaces lead to a high pressure drop, since a cooling task - to bring the mass flow to be cooled as close as possible to the coolant temperature - can only be achieved by extending the flow channels. In compressed air technology in particular, pressure losses are expensive, since with a constant mass flow, the power consumption of the compressor increases to the square of the pressure increase. Substantially, this application is about the application of heat exchangers, which enable much better heat transfer coefficients of the compressed air / water vapor mixed flow, with the aim of realizing larger recuperation efficiency and smaller heat exchanger surfaces and pressure losses.
Die Lösung der zuvor beschriebenen Probleme liegt nach dem Hauptanspruch 1 in der Anwendung poröser, durchströmbarer Bau elemente, vorzugsweise auf der Basis von Aluminiumpulver als sekundäre Bauteile der wärmetauschenden Fläche.The solution to the problems described above lies after Main claim 1 in the application of porous, flowable construction elements, preferably based on aluminum powder secondary components of the heat-exchanging surface.
Bezogen auf die Grenzflächen, die das zu kühlende Medium und das Kühlmedium trennen, lassen sich im Vergleich zu glattwan digen Wärmetauschern wesentlich bessere Wärmeübergangskoeffi zienten erzielen, die je nach Konfiguration 5000 W/m2k und mehr betragen.Relative to the interfaces that the medium to be cooled and the cooling medium can be separated compared to smooth wall heat exchangers significantly better heat transfer coefficient achieve that depending on the configuration 5000 W / m2k and more be.
Neben der gemäß Anspruch 1 offenbarten Anwendung von Wärmetau schern, insbesondere Kondensationsabscheidern mit porösen, durchströmbaren Sekundärbauteilen, vorzugsweise auf der Basis von Aluminiumpulver, werden einige Ausführungsformen gezeigt, die eine günstige Prozeßführung erlauben. So liegt eine Pro blemstellung darin, daß bereits gekühlte Luft bis zum Eintritt in den Rekuperator möglichst nicht mehr mit Bauteilen in Berüh rung kommen sollte, die oberhalb der jeweiligen Taupunkttempe ratur liegen, da dies zu Rückverdunstungen führt und somit zu unnötig hohem Restfeuchtegehalt. Ein weiteres, bisher noch nicht angesprochenes Problem ist die in den Kondensationsabscheidern, also auf der Kühlseite des Rekuperators, und in der im Kühler auftretende Verschmutzung.In addition to the use of heat rope disclosed in claim 1 shear, especially condensation separators with porous, flowable secondary components, preferably based of aluminum powder, some embodiments are shown which allow favorable litigation. That's a pro Blemstellung in that already cooled air up to the entrance in the recuperator if possible no longer with components in touch should come above the respective dew point temperature temperature, as this leads to evaporation and thus to unnecessarily high residual moisture content. Another, not yet The problem addressed is that in the condensation separators, So on the cooling side of the recuperator, and in the cooler occurring pollution.
Die Verschmutzung tritt in Form von über dem Druckluftkompressor angesaugten Staub sowie vercrackten Ölrückständen auf.The pollution occurs in the form of over the air compressor sucked in dust and cracked oil residues.
Konventionell begegnet man der Verschmutzungsgefahr der Wärme tauscherflächen in der Weise, daß möglichst glatte Wärmetau scher-Oberflächen gewählt werden, so daß die Schmutzpartikel eine möglichst geringe Haftbasis vorfinden.Conventionally, there is a risk of heat pollution Exchanger surfaces in such a way that heat accumulation is as smooth as possible shear surfaces are chosen so that the dirt particles find the lowest possible basis of detention.
Sofern bestimmte Randparameter eingehalten werden, tritt die ansonsten zu erwartende Verschmutzung in porösen wärmetauschen den Bauelementen nicht ein. If certain boundary parameters are adhered to, the otherwise expected contamination in porous heat exchangers the components.
Weiterhin wird aufgezeigt, daß sich an anderer Stelle durch ge zielte Einstellung und Aufbau der Kapillargröße und Struktur Abscheide- und Filtervorgänge mittels Metallfilter hervorragend lösen lassen, wobei die mechanische Wirkung gezielt durch ther mische Behandlung optimiert wird.It is also shown that elsewhere by ge aimed adjustment and structure of the capillary size and structure Separation and filtering processes using metal filters are excellent let solve, the mechanical effect targeted by ther mixing treatment is optimized.
Für den Bereich der wärmetauschenden Flächen werden erfindungs gemäß Rekuperatoren und Kühler eingesetzt, die zumindest im druckluftführenden Bereich die Strömungskanäle mit porösen, durchströmbaren Elementen auf der Basis versinterter oder ver klebter Partikel versehen sind. Hierdurch wird eine Optimierung des Verhältnisses der Wärmeübertragungsfläche zur Wärmeleit strecke erzielt. Es ist daher gut wärmeleitendem Ausgangsmate rial den Vorzug zu geben, z.B. Pulver oder Granulat aus Alumi nium.For the area of heat-exchanging surfaces are fiction according to recuperators and coolers used, at least in area carrying compressed air, the flow channels with porous, flowable elements based on sintered or ver glued particles are provided. This is an optimization the ratio of the heat transfer area to the thermal conductivity distance achieved. It is therefore a good heat-conducting starting material to give preference, e.g. Alumi powder or granules nium.
Weiterhin werden die Wärmeübertragungseigenschaften durch kon vektive Querverströmungen, die zu einer ständigen Vermischung des Massenstroms führen, verbessert.Furthermore, the heat transfer properties by kon vective cross-currents that result in constant mixing of the mass flow, improved.
Abb. 1 zeigt den Grundaufbau eines Wärmetauschersystems zur Druckluftbehandlung entsprechend dem 1. Hauptanspruch. Fig. 1 shows the basic structure of a heat exchanger system for compressed air treatment according to the 1st main claim.
Abb. 1 zeigt einen Rekuperationswärmetauscher (1) und ei nen Kühler (2). Die vom Kompressor (3) geförderte Druckluft wird dem oberen Wärmetauscherraum /Verteilraum (4) zugeführt und dort auf die einzelnen Wärmetauscherrohre (5) verteilt. Im Bereich des Wärmetauschers (Länge A) werden die Rohre mit einem porö sen, durchströmbaren Bauteil versehen, das im gut wärmeleiten den Kontakt zur Rohr- bzw. wärmetauschenden Wand steht. Der Kontakt zum umgebenden Gehäuse ist jedoch zu vermeiden, da der Wärmestrom aus der Umgebung auf den ablaufenden wärmetauschenden Prozeß einen negativen Einfluß besitzt. Die Rohrleitungen werden weitergeführt in den Bereich des Kühlers (2), wobei im Bereich der Länge B ebenfalls ein poröses, mit der Rohr- bzw. wärmetau schenden Wand verbundenes Bauteil eingesetzt wird. Die Rohrwan dungen bzw. Wärmeaustauschflächen sind außen ebenfalls mit einem porösen, durchströmbaren Bauelement versehen, welches von einem Kühlmedium durchströmt wird. Das Kühlmedium wird so konditioniert, daß die Austrittstemperatur der Druckluft mög lichst nahe am Nullpunkt liegt. Der Druckluft-Massenstrom ist an diesem Punkt mehrphasig. Die kalte Druckluft sowie das aus kondensierte Wasser und das in Tropfen vorliegende Öl werden nun aus dem unteren Wärmetauscherraum/Sammelraum (6) zu einem Abscheider (7) geführt, der die Phasen trennt und die flüssige Phase (8) ableitet. Die kalte Luft wird in eine Staukammer (9) geleitet und von dort in ein die Wärmetauscherrohre (5) um schließendes, poröses Bauelement (Länge A) geführt. Die kalte Luft kann somit Wärme aus den mit Druckluft durchströmten, ein zelnen Wärmetauscherrohren (5) aufnehmen, wobei die wärmetau schende Strecke A in idealer Weise so ausgelegt werden sollte, daß die Austrittstemperatur der entfeuchteten Luft (10) der Eintrittstemperatur der Druckluft möglichst nahe kommt. Fig. 1 shows a recuperation heat exchanger ( 1 ) and a cooler ( 2 ). The compressed air delivered by the compressor ( 3 ) is fed to the upper heat exchanger space / distribution space ( 4 ) and is distributed there to the individual heat exchanger tubes ( 5 ). In the area of the heat exchanger (length A ), the pipes are provided with a porous, flowable component that is in good heat-conducting contact with the pipe or heat-exchanging wall. However, contact with the surrounding housing should be avoided, since the heat flow from the surroundings has a negative influence on the heat-exchanging process taking place. The pipelines are continued in the area of the cooler ( 2 ), a porous component connected to the pipe or heat exchanger wall also being used in the area of length B. The Rohrwan applications or heat exchange surfaces are also provided on the outside with a porous, flow-through component, which is flowed through by a cooling medium. The cooling medium is conditioned so that the outlet temperature of the compressed air is as close as possible to the zero point. The compressed air mass flow is multi-phase at this point. The cold compressed air as well as the condensed water and the oil present in drops are now led from the lower heat exchanger space / collecting space ( 6 ) to a separator ( 7 ) which separates the phases and drains the liquid phase ( 8 ). The cold air is passed into a storage chamber ( 9 ) and from there into a porous component (length A ) which closes the heat exchanger tubes ( 5 ). The cold air can thus absorb heat from the flow of compressed air, an individual heat exchanger tubes ( 5 ), the heat-exchanging section A should be designed in an ideal manner so that the outlet temperature of the dehumidified air ( 10 ) comes as close as possible to the inlet temperature of the compressed air .
Die Leistungsfähigkeit des Systems im Vergleich zu einem Glatt rohrwärmetauscher soll anhand der Temperaturverlauf-Diagramme in Abb. 2 dargestellt werden.The performance of the system compared to a Glatt tubular heat exchanger should be shown using the temperature curve diagrams in Fig. 2.
In einem Rohrbündelwärmetauscher beschriebener Bauart mit einer mittleren Wärmetauscherfläche von 0,04523 m2 wurden 18 Nm3/h Druckluft entsprechend einem Massenstrom von 6,13 g/s geleitet. Das Kühlmedium war Wasser mit einer Eintrittstemperatur von 0,7°C.Design described in a shell and tube heat exchanger with a average heat exchanger area of 0.04523 m2 was 18 Nm3 / h Compressed air passed according to a mass flow of 6.13 g / s. The cooling medium was water with an inlet temperature of 0.7 ° C.
Die Druckluft-Eintrittstemperatur betrug 28,1°C. Die Länge (B) des porösen Bauteils 30 mm. Die Luftaustrittstemperatur konnte auf 1,4°C abgesenkt werden, das Delta T zwischen der Kühlmittel austrittstemperatur von 0,84°C und der Luftaustrittstemperatur betrug lediglich 0,56 K.The compressed air inlet temperature was 28.1 ° C. The length ( B ) of the porous member 30 mm. The air outlet temperature was reduced to 1.4 ° C, the Delta T between the coolant outlet temperature of 0.84 ° C and the air outlet temperature was only 0.56 K.
Die übertragene Leistung (latent + sensibel) ist 164,8 W. Ein Glattrohrwärmetauscher ansonsten gleicher Geometrie hätte an statt 30 mm, 127 mm lang gebaut werden müssen bzw. die mittlere Wärmetauscherfläche von 0,04523 m2 auf 0,1273 m2 vergrößert werden müssen.The transmitted power (latent + sensitive) is 164.8 W. A Smooth tube heat exchangers would otherwise have the same geometry instead of 30 mm, 127 mm long or the middle one Heat exchanger area increased from 0.04523 m2 to 0.1273 m2 Need to become.
Eine meßbare Differenzdruckerhöhung durch Verschmutzung der Po ren durch vercrackte Ölrückstände oder Staub konnte bei dem ge wählten Durchmesser der Strömungskanäle von 40 mm und einer Länge von 30 mm nach 1000 Betriebsstunden nicht festgestellt werden.A measurable increase in differential pressure due to contamination of the bottom Cracked oil residues or dust could damage the ge chose diameter of the flow channels of 40 mm and one Length of 30 mm not found after 1000 hours of operation will.
Die Druckdifferenz des Wärmetauschers betrug ca. 20 mbar.The pressure difference of the heat exchanger was approximately 20 mbar.
Ausgehend von einer Grundapplikation gemäß Abb. 1 sollen nun einige Ausführungsformen entsprechend der Unteransprüche 2 bis 17 in ihrer Funktion erläutert werden.Starting from a basic application according to Fig. 1, some embodiments according to subclaims 2 to 17 will now be explained in their function.
Wie bei allen anderen Wärmetauschern spielt die Wärmeleitfähig keit des verwendeten Materials eine bedeutende Rolle.As with all other heat exchangers, the thermal conductivity plays material plays an important role.
Gemäß Anspruch 2 wird die Verwendung von Aluminiumpulver, das durch Versinterung zu mechanisch festen, durchströmbaren Kör pern verfügt wurde, als neu beansprucht. Durch die im Sinterpro zeß ausgebildeten Diffusionsbrücken entstehen gut wärmeleitende Brücken zwischen den Partikeln und den Rohrwandungen, sofern diese aus einem Material bestehen, das ähnliche Sintereigen schaften aufweist wie das Aluminium-Pulver bzw. -Granulat.According to claim 2, the use of aluminum powder, the by sintering to mechanically firm, flowable bodies pern was claimed as new. By in the Sinterpro zeß trained diffusion bridges are good heat conductive Bridges between the particles and the pipe walls, if these consist of a material that has similar sintering properties has the same properties as the aluminum powder or granulate.
Gemäß Anspruch 3 kann die Verfügung des Aluminium-Pulvers oder - Granulats auch in Form eines Klebeverfahrens durchgeführt werden. Durch die hierbei zwischen den Partikeln vorliegenden Adhäsionsbrücken verschlechtert sich zwar der Wärmedurchgangs koeffizient um 30-40%, dafür erhält man jedoch glatte Partikel oberflächen sowie einen korrosionsbeständigen Oberflächenschutz. According to claim 3, the availability of aluminum powder or - Granules also carried out in the form of an adhesive process will. Due to the presence between the particles Adhesion bridges deteriorate the heat transfer coefficient by 30-40%, but you get smooth particles surfaces as well as a corrosion-resistant surface protection.
Denkbar sind auch nach beiden Verfügtechniken kombinierte Wärme tauschersysteme.Combined heat is also conceivable according to both disposition techniques exchanger systems.
Der im Luft/Luft-Rekuperator zu realisierende Leistungsanteil des Gesamtsystems verdient besondere Beachtung, da er ausschlag gebend für die Betriebskosten ist. In der konventionellen Tech nik müssen aufgrund der schlechten Wärmeübergangskoeffizienten zwangsläufig sehr große Wärmetauscherflächen eingesetzt werden, um den heute üblichen Rekuperationsanteil von ca. 50% an der Ge samtleistung zu realisieren. Abb. 3 zeigt die Temperatur verläufe über die Strecke der Strömungskanäle im erfindungsge mäßen Rekuperator.The performance share of the overall system to be realized in the air / air recuperator deserves special attention, since it is decisive for the operating costs. In conventional technology, because of the poor heat transfer coefficients, very large heat exchanger surfaces are inevitably used in order to achieve the current recuperation share of approx. 50% of the total output. Fig. 3 shows the temperature profiles over the distance of the flow channels in the recuperator according to the invention.
Gemäß Anspruch 4 wird die erfindungsgemäße Ausführung des Reku perators als schutzbedürftig zur Anmeldung gebracht, da die vor teilhaften Eigenschaften auch unabhängig von der sonstigen Aus rüstung des Gesamtsystems erbracht werden.According to claim 4, the execution of the Reku Perators brought in as vulnerable to registration, because the before partial properties regardless of the other armament of the overall system.
Dem Rekuperator nachgeschaltet wird ein konventioneller Kühler oder ein Kühler gemäß Anspruch 5 oder 6, der die Temperaturdif ferenz zwischen der gewünschten Endtemperatur von 0°C und der Austrittstemperatur des Rekuperators überwinden muß. Bei einer zur Vereinfachung angenommenen vollständigen Rückgewinnung des sensiblen Wärmeanteils durch den Rekuperator könnte die instal lierte Kälteleistung auf eine zur annähernd vollständigen Kon densation des Wasserdampfanteils notwendigen Leistung begrenzt werden.A conventional cooler is connected downstream of the recuperator or a cooler according to claim 5 or 6, which the Temperaturdif reference between the desired final temperature of 0 ° C and the Outlet temperature of the recuperator must overcome. At a to simplify assumed full recovery of the The instal lated cooling capacity to an almost complete con density of the water vapor content necessary power limited will.
Die Temperaturdifferenz zwischen der Druckluft-Eintrittstempe ratur (35°C) und der Druckluft-Austrittstemperatur beträgt le diglich 4 k. Dies bedeutet im Vergleich zum Stand der Technik eine 30%ige Steigerung des Rekuperationsanteils und somit Ver besserung der Wirtschaftlichkeit, ohne das hierfür zusätzliche Wärmetauscherflächen installiert werden müssen bzw. höhere Dif ferenzdrücke in Kauf genommen werden müssen.The temperature difference between the compressed air inlet temperature temperature (35 ° C) and the compressed air outlet temperature is le only 4 k. This means in comparison to the prior art a 30% increase in the recuperation share and thus ver improvement of economy without the additional Heat exchanger surfaces must be installed or higher Dif must be accepted.
Bei in der Drucklufttechnik üblichen Eintrittszuständen von P= 8 bar, 35°C, 100% RFE (x = 6,0 g/kg) entsprechend einer Ein trittsenthalpie von h= 50,4 kJ/kg beträgt der Anteil der sensi belen Wärme (0 → 35°C; h= 37,8 kJ/kg)= 73,8%. Die im Idealfall zu installierende Kühlleistung beträgt somit 36,2 % der jeweiligen Gesamtleistung plus der im Rekuperator verloren gegangenen Temperaturdifferenz zwischen Eintritts- und Aus trittstemperatur. In konventionellen Anlagen beträgt die Aus trittstemperatur ca. 27°C (0 → 27°C; h= 29,4 kJ/kg), ent sprechend einer Deckungsrate von maximal 58,3% durch den Reku perator. With entry conditions of P = 8 bar, 35 ° C, 100% RFE ( x = 6.0 g / kg), which are common in compressed air technology, corresponding to an entry enthalpy of h = 50.4 kJ / kg, the proportion of sensible heat is ( 0 → 35 ° C; h = 37.8 kJ / kg) = 73.8%. Ideally, the cooling capacity to be installed is 36.2% of the total capacity plus the temperature difference between the inlet and outlet temperatures lost in the recuperator. In conventional systems, the outlet temperature is approx. 27 ° C (0 → 27 ° C; h = 29.4 kJ / kg), corresponding to a maximum coverage rate of 58.3% by the recuperator.
Dies bedeutet, daß der dem Rekuperator nachgeschaltete Kühler unabhängig von seiner Bauweise von 41,7% der jeweiligen Gesamt leistung bei Installation des erfindungsgemäßen Rekuperators auf ca. 27% der Gesamtleistung reduziert werden kann.This means that the cooler downstream of the recuperator regardless of its construction of 41.7% of the respective total performance when installing the recuperator according to the invention can be reduced to approx. 27% of the total output.
Die Anwendung einer Ausstattung der druckluftseitigen Strömungs kanäle im Kühler, gemäß Anspruch 1, führt zu einer weiteren Ver kleinerung der Kühlergrenzflächen im Vergleich zur konventionel len Technik, da wie im Rekuperator bei kleinen Temperaturdiffe renzen sehr große Wärmeleistungen = 5000 W/m2k realisiert wer den. Die Ansprüche 7 bis 10 formulieren verschiedene Gestal tungsmöglichkeiten der Wärmetauscher, die für die beschriebenen Funktionen von untergeordneter Bedeutung sind.The application of equipment of the compressed air side flow channels in the cooler, according to claim 1, leads to a further Ver reduction of the cooler interfaces compared to the conventional one len technology, as in the recuperator with small temperature differences limit very high heat outputs = 5000 W / m2k the. Claims 7 to 10 formulate different shapes tion possibilities of the heat exchanger for the described Functions are of minor importance.
Die zu installierende Kälteleistung und somit auch der Verbrauch unter Vollastbedingungen kann durch die zuvor beschriebene Kon figuration um ca. 35% reduziert werden.The cooling capacity to be installed and thus also the consumption under full load conditions can by the previously described Kon figuration can be reduced by approx. 35%.
Hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit verdient es Beachtung, daß der erfindungsgemäße Wärmetauscher bei unveränderten Anström querschnitten eine geringere Gesamtdruckdifferenz aufweist als konventionelle Wärmetauscher. Des weiteren kann bei gegebenem Massenstrom die Anströmfläche fast beliebig vergrößert werden, ohne daß die Wärmeübergangskoeffizienten nicht ein Vielfaches von Glattrohrwärmetauscherflächen aufweisen.In terms of economy, it is worth noting that the heat exchanger according to the invention with unchanged flow cross-sections has a lower total pressure difference than conventional heat exchangers. Furthermore, given a Mass flow the inflow area can be increased almost arbitrarily, without the heat transfer coefficient not being a multiple of smooth tube heat exchanger surfaces.
Durch die zuvor beschriebene Reduktion der installierten Kälte leistung tritt allerdings das Problem auf, daß im Anfahrbetrieb sowie bei Lastwechseln zu größeren Druckluftvolumen die ge wünschten Zustandsgrößen nur zeitverzögert erreicht werden kön nen.Through the previously described reduction in installed cold performance, however, the problem arises that when starting as well as when changing loads to larger compressed air volumes desired state variables can only be achieved with a time delay nen.
Andererseits ist die installierte Kälteleistung bei druckluft seitigen Teillastbetrieb zu groß. Erfindungsgemäß wird dieses Problem gemäß Hauptanspruch 2 durch die Integration eines Wär mespeichers gelöst, der im druckluftseitigen Teillastbetrieb durch die Kältemaschine thermisch entladen wird und hinsicht lich Leistungsabgabe und Wärmekapazität so ausgelegt ist, daß er temporär die Funktion des Rekuperators übernehmen kann.On the other hand, the installed cooling capacity for compressed air side load operation too large. According to the invention Problem according to main claim 2 by the integration of a Wär mespeichers solved, that in the compressed air part load operation is thermally discharged by the chiller and with regard Lich output and heat capacity is designed so that he can temporarily take over the function of the recuperator.
Dies kann gemäß Anspruch 12 in der Weise durchgeführt werden, die in der Folge beschrieben wird.This can be carried out according to claim 12 in such a way which is described below.
Für einen Massenstrom von 1 kg/s Druckluft muß der Speicher wärmetauscher 37,2 kW leisten, die Speicherkapazität beträgt 0,010 kWh. Durch das vom Luftstrom abgeschiedene Wasser steht potentiell ein zur Wärmespeicherung und Übertragung geeignetes Medium zur Verfügung. Hierbei soll in der Folge vereinfachend davon ausgegangen werden, daß nur hinter dem Kühler ausgeschie denes Wasser genutzt werden soll. Die hinter dem Kühler abge schiedene Wassermenge beträgt 1 g/kg. Die Schmelzwärme des Was sers beträgt 0,332 kJ/g. Die minimal notwendige Speichermasse liefert das System in ca. 110 s Voll-Lastbetrieb. For a mass flow of 1 kg / s compressed air, the accumulator perform heat exchanger 37.2 kW, the storage capacity is 0.010 kWh. Because of the water separated from the air flow potentially suitable for heat storage and transmission Medium available. The following is intended to be simplistic be assumed that only shoot out behind the radiator whose water is to be used. Abge behind the radiator Different water volume is 1 g / kg. The heat of fusion of the what sers is 0.332 kJ / g. The minimum necessary storage mass the system delivers in approx. 110 s full load operation.
Geht man davon aus, das Wärmeaustauschrohre entsprechend des Hauptanspruchs 1 von einer Eisspeichermasse in einer sehr dünnen Schicht umhüllt sind, kann der Wärmeübergangskoeffizient des In nenrohres zur Bemessung der zu installierenden Wärmetauscher fläche im Latentspeicher herangezogen werden.Assuming that the heat exchange tubes according to the Main claim 1 of an ice storage mass in a very thin Layer are covered, the heat transfer coefficient of the In tube for dimensioning the heat exchanger to be installed area in the latent memory can be used.
Dieser Wert beträgt beispielhaft 5145 W/mK, wenn das Partikelma terial spratziges Aluminiumpulver eines äquivalenten Porendurch durchmessers von 200 µm ist und eine Anströmgeschwindigkeit von 1,98 m/s vorliegt.This value is, for example, 5145 W / mK if the particle size aluminum powder with an equivalent pore diameter diameter of 200 microns and a flow velocity of 1.98 m / s is present.
Der vorgeschaltete Kühler kann im Anfahrpunkt die einströmende Druckluft bei der zuvor zitierten Leistungsaufteilung (Δ h Kühler=13,2 kJ/kg) auf etwa 27°C vorkühlen, so daß zwischen der Speichertemperatur (Wasser/Eis 0°C) und dem Druck luftstrom eine mittlere Temperaturdifferenz von 13,5 K vor liegt, die wärmetauschende Grenzfläche somit 1,86 m2 betragen muß.The upstream cooler can pre-cool the incoming compressed air at the power distribution quoted above ( Δ h cooler = 13.2 kJ / kg) to approximately 27 ° C, so that air flow between the storage temperature (water / ice 0 ° C) and the pressure there is an average temperature difference of 13.5 K, the heat-exchanging interface must therefore be 1.86 m2.
Konstruktiv kann der zuvor beschriebene Prozeß in der in Abb. 4 dargestellten Weise durchgeführt werden, der gemäß Anspruch 12 als erfindungsgemäß beansprucht wird.The process described above can be carried out constructively in the manner shown in FIG. 4, which is claimed as claimed in claim 12.
Die Druckluft gelangt vom Rekuperator kommend über die Leitung (1) in eine Umlenkkammer (2), in deren Bodenbereich das angesam melte Schwitzwasser über einen Syphon (3) abgeführt wird, der über einen nicht dargestellten Niveauwächter auf oder zu ge schaltet werden kann.Coming from the recuperator, the compressed air arrives via the line ( 1 ) into a deflection chamber ( 2 ), in the bottom area of which the accumulated condensation water is discharged via a siphon ( 3 ), which can be switched on or off via a level monitor (not shown).
Die umgelenkte Druckluft wird in die Kühlrohre (4) geleitet, die an ihrer Außenseite von einem Kühlmedium beaufschlagt werden.The deflected compressed air is fed into the cooling pipes ( 4 ), which are acted upon on the outside by a cooling medium.
Von dort gelangen sie in den Bereich des Speicherwärmetauschers. Am Rohraustritt gelangt der nunmehr zweiphasige Druckluftstrom in eine Kammer (7), die umfänglich mit einem Wasserabscheider (8) versehen ist, der das Schwitzwasser zum Kammerboden ablei tet. Von dort gelangt das Wasser in die die Speicherwärmetau scher umschließenden Kanäle (9).From there they reach the area of the storage heat exchanger. At the pipe outlet, the now two-phase compressed air flow enters a chamber ( 7 ), which is provided with a water separator ( 8 ), which conducts the condensation water to the chamber floor. From there, the water reaches the channels ( 9 ) enclosing the storage heat exchanger.
Sobald druckluftseitig im Teillastbereich gefahren wird, steht kältemaschinenseitig ebenfalls überschüssige Leistung zur Ver fügung. Die überschüssige Leistung soll nun in der Weise ge nutzt werden, das Kältemittel in den äußeren Bereich (10) der Kanäle (9) geführt wird, wobei eine Temperatur unter 0°C ein gestellt wird, so daß das durchströmende Wasser gefriert.As soon as the compressed air side is operated in the partial load range, there is also excess power available on the refrigerator side. The excess power is now to be used in such a way that the refrigerant is guided into the outer region ( 10 ) of the channels ( 9 ), a temperature below 0 ° C. being set so that the water flowing through freezes.
Durch das im Kanalspalt (9) vorliegende Volumen wird die Spei cherkapazität eingestellt, die Kontaktfläche Eis/Wärmetauscher (6) bestimmt die übertragbare Leistung. Leistung und Volumen werden so gewählt, daß bei wiederkehrendem Voll-Last-Betrieb, der mangels Rekuperationsleistung zu erhöhten Temperaturen am Kühleraustritt (4) führt, die fehlende Rekuperatorleistung tem porär durch den Speicher erbracht wird. Diese Leistung wird durch die Schmelzwärme des Wassers aufgebracht, das über den Kanal (10), der das Zulaufrohr (1) vom Rekuperator umschließt, zur Sammelwanne (2) geleitet. Insbesondere bei andauerndem, druckluftseitigem Teillastbetrieb kann je nach gewählter Spei cherkapazität die Kältemaschine bei Unterschreitung der mini malen Speichertemperatur abgeschaltet werden. Due to the volume in the channel gap ( 9 ), the storage capacity is set, the contact surface ice / heat exchanger ( 6 ) determines the transferable power. Power and volume are selected so that with recurring full-load operation, which leads to increased temperatures at the radiator outlet ( 4 ) due to a lack of recuperation, the lack of recuperation is temporarily provided by the memory. This power is applied by the heat of fusion of the water, which is conducted to the collecting trough ( 2 ) via the channel ( 10 ), which surrounds the inlet pipe ( 1 ) from the recuperator. Especially in the case of continuous, compressed air-side partial load operation, depending on the selected storage capacity, the chiller can be switched off when the minimum storage temperature is undershot.
Zur Vergrößerung der Speicherkapazität kann durch Nutzung der mit (11) bezeichneten Räume Sorge getragen werden. Hierbei ist sowohl die Sammlung von Schwitzwasser mit temporärem Einfrieren und Ableitung des Eiswassers über den Kanal 9 und 10 denkbar als auch die Verfüllung dieser Räume (11) mit einem Latentspeicher medium.Care can be taken to increase the storage capacity by using the rooms marked with ( 11 ). Both the collection of condensation water with temporary freezing and drainage of the ice water via channels 9 and 10 is conceivable as well as the filling of these rooms ( 11 ) with a latent storage medium.
Eine weitere als erfindungsgemäß beanspruchten Ausführung ist in einer Ausführung eines Kühlers in Form eines Latentspeichers ge mäß Anspruch 3 zu sehen.Another embodiment as claimed in the invention is shown in an embodiment of a cooler in the form of a latent memory see according to claim 3.
Hierbei wird der in Abb. 4 mit (5) bezeichnete Kühlmittelraum mit einem geeigneten Speichermedium z.B. Wasser verfüllt. Die mit (4) bezeichneten Rohre werden auf eine der Kühl- und Reku peratorleistung genügenden Fläche ausgelegt. Die angeschlossene Kältemaschine wird nur noch in Hinblick auf obere und untere Temperaturgrenzwerte gesteuert, so daß aus längeren Zeiträumen durckluftseitigem Teillastbetriebes automatisch längere Still standzeiten der Kältemaschine resultieren, was zu erheblichen Betriebskostenreduzierungen führen kann.In this case, the coolant chamber designated with (5) in Fig. 4 is filled with a suitable storage medium, for example water. The pipes designated with (4) are designed for an area sufficient for cooling and recuperation. The connected chiller is only controlled with regard to upper and lower temperature limit values, so that longer periods of idle time of the chiller result automatically from longer periods of time on the air-pressure side part-load operation, which can lead to considerable reductions in operating costs.
Ein weiterer Nachteil konventioneller Anlagen ist in der übli chen Trennung der Baueinheit des Wärmetauschersystems und der Abscheidevorrichtung in Form eines mechanischen Filters zu se hen.Another disadvantage of conventional systems is the übli Chen separation of the structural unit of the heat exchanger system and the Separation device in the form of a mechanical filter hen.
Für eine günstige Prozessführung empfiehlt es sich, den Druck luftstrom nach Verlassen der Kühlseite des Rekuperators nicht mehr mit Flächen zu kontaktieren, die Temperaturen oberhalb des Taupunktes aufweisen, da dies dazu führt, daß bereits auskonden siertes Wasser in die Dampfphase zurückgeführt wird. Insofern ist die Strecke vom Kühler zum Abscheider der in dieser Bezie hung kritischste Punkt in konventionellen Systemen.For a favorable process control it is recommended to print airflow after leaving the cooling side of the recuperator to contact more with areas that have temperatures above Have dew point, as this leads to the fact that already condensate water is returned to the vapor phase. To that extent is the distance from the cooler to the separator in this respect hung most critical point in conventional systems.
Abb. 5 zeigt eine Anordung, die den Abscheider vollständig in das Wärmetauschersystem integriert, darüberhinaus einen ge kühlten Abscheider aufweist, was in der Weise realisiert wird, daß der Abscheider in Form eines gut wärmeleitenden Filters aus porös versintertem oder geklebtem Aluminiumpulver besteht und dieses Filter mit dem Kühlkreislauf kontaktiert wird. Fig. 5 shows an arrangement that fully integrates the separator into the heat exchanger system, furthermore has a ge cooled separator, which is realized in such a way that the separator in the form of a good heat-conducting filter consists of porous sintered or glued aluminum powder and this filter with the cooling circuit is contacted.
Über die für den Prozess erkennbaren Vorteile hinaus kann ein solches Filter durch Auswaschen oder Ausblasen der Schmutzpar tikel regeneriert werden.In addition to the advantages recognizable for the process, a such filter by washing or blowing out the dirt par particles are regenerated.
Über eine Staukammer (1) wird der vom Druckluftkompressor kom mende Massenstrom in das System eingeleitet. Vor Einleitung in die Rekuperatorkühlwärmetauscher (2) kann der Massenstrom über ein Grob-Umlenkfilter (3) geleitet werden, das grobe Verschmut zungspartikel zurückhält. Die Rekuperatorkühlrohre führen direkt in den Kühler (4) und in den Speicher (5). Von dort ge langt der nunmehr zweiphasige Massenstrom in eine Umlenkkammer (6), die durch einen Flüssigkeitsabscheider (7) zum Filterein tritt begrenzt ist. The mass flow coming from the compressed air compressor is introduced into the system via a storage chamber ( 1 ). Before being introduced into the recuperator cooling heat exchanger ( 2 ), the mass flow can be passed through a coarse deflection filter ( 3 ), which retains coarse dirt particles. The recuperator cooling pipes lead directly into the cooler ( 4 ) and into the storage tank ( 5 ). From there, the now two-phase mass flow reaches into a deflection chamber ( 6 ) which is limited by a liquid separator ( 7 ) to the Filterein.
Von dort gelangt die vom Wasser weitestgehend getrennte Druck luft in die Filtervorkammer (8) . Das Filter selbst ist als ge schlossener Zylinder aus vorzugsweise porös versintertem Alu minium ausgebildet. Porendurchmesser (Filterfeinheit), Partikel struktur und die durch die Anströmfläche definierte Durchström geschwindigkeit sind auf die Rückhaltung von Ölnebeltropfen aus gelegt. Die Filterwirkung wird in der Weise unterstützt, daß dieses Filter gekühlt wird. Da die Luft an dieser Stelle nur noch geringsten Wasserdampfanteil aufweist, kann die Kühltempe ratur auch unter 0°C liegen.From there, the compressed air, which is largely separated from the water, reaches the filter pre-chamber ( 8 ). The filter itself is designed as a closed cylinder made of preferably porous sintered aluminum. Pore diameter (filter fineness), particle structure and the flow velocity defined by the flow area are designed to retain oil mist drops. The filter effect is supported in such a way that this filter is cooled. Since the air at this point has only the smallest amount of water vapor, the cooling temperature can also be below 0 ° C.
Die Kühlung eines solchen Systems erfolgt vorzugsweise durch einen Flüssigkeitskühler.Such a system is preferably cooled by a liquid cooler.
Der Kühlmitteleintritt erfolgt hierbei im Bereich des Speichers (5), der mit dem gut leitenden Filter in Kontakt steht. Durch den Einsatz eines Latentspeichermediums mit einer Phasenwech seltemperatur von 0°C wird die unerwünschte Unterkühlung der Druckluftwärmetauscher im Speicher zuverlässig unterbunden.The coolant enters here in the area of the accumulator ( 5 ), which is in contact with the highly conductive filter. The use of a latent storage medium with a phase change temperature of 0 ° C reliably prevents the undesired subcooling of the compressed air heat exchanger in the storage.
Von dort wird das Kühlmittel zum Kühler (4) geführt, wobei eine Unterschreitung der Kühlmittelaustrittstemperatur unter 0°C als Indikator zur Abschaltung der Kältemaschine gewählt wird.From there, the coolant is led to the cooler ( 4 ), a drop below the coolant outlet temperature below 0 ° C. being selected as an indicator for switching off the refrigeration machine.
In solchen Abschaltphasen wärmt sich das Filter zwangsläufig auf und zwar auf die Temperatur des Druckluftstroms, so daß sich an der Filterfläche vorliegendes Eis abtauen kann.In such shutdown phases, the filter inevitably warms up on the temperature of the compressed air flow, so that Ice that is present on the filter surface can thaw.
Insbesondere bei Drucklufttrocknern größerer Volumenströme stellt die ungenutzte Ableitung des auskondensierten Wassers ei nen energetischen Verlust dar. Darüber hinaus führt eine weite re Steigerung der Rekuperatorleistung zur möglichen Verkleine rung der zu installierenden Kälteleistung, bezogen auf einen stationären Voll-Lastbetrieb.Especially with compressed air dryers with larger volume flows provides the unused drainage of the condensed water represents an energetic loss re increase the recuperator output to the possible reduction the cooling capacity to be installed, based on a stationary full load operation.
In den Ansprüchen 16 und 17 sind zwei erfindungsgemäße Prozeß führungen als erfindungsgemäß deklariert, die eine annähernd vollständige Rekuperation der Kondensationswärme ermöglichen.In claims 16 and 17 are two processes according to the invention guides declared as according to the invention, the one approximately Allow full recuperation of the heat of condensation.
In Abb. 6 wird eine Konfiguration aufgezeigt, die eine Nutzung innerhalb der Prozeßführung der Druckluftbehandlung zeigt. Fig. 6 shows a configuration that shows a use within the process management of compressed air treatment.
Vor dem Eintritt in den Drucklufttrockner (1) wird die vom Kom pressor (2) kommende Druckluft über einen Wärmetauscher gelei tet, der innen ein poröses, durchströmbares Bauelement, gemäß Anspruch 1 aufweist. An der Außenseite ist ebenfalls ein sol ches poröses Bauteil aufgebracht, um eine möglichst große Ver dunstungsfläche zu erhalten. Dieser als Verrieselungskühler zu bezeichnende Wärmetauscher wird über eine mit Druckluft betrie bene Strahlpumpe (3) abgesaugt. Prior to entering the air dryer (1) coming from the com pressor (2) of compressed air via a heat exchanger tet Gelei, the inside a porous device can be flowed through, according to which claim. 1 Such a porous component is also applied to the outside in order to obtain the largest possible evaporation area. This heat exchanger, which can be called a trickle cooler, is suctioned off by a jet pump ( 3 ) operated with compressed air.
Bei geschlossenem Ventil (4), das die Schwitzwasserwanne des Trockners (1) und einen Zwischenbehälter (5) trennt, kann Schwitzwasser über eine Leitung (6) in den Verdunstungskühler gesaugt werden, der zum Zweck optimaler Verdunstung belüftet werden kann. Die Verdunstungsenthalpie wird hierbei dem Druck luftstrom entzogen. Das dem Strahlverdichter entweichende Ge misch kann abgeblasen werden, da es vornehmlich aus Wasserdampf und Luft besteht.With the valve ( 4 ) closed, which separates the condensation water tub of the dryer ( 1 ) and an intermediate container ( 5 ), condensation water can be drawn into the evaporative cooler via a line ( 6 ), which can be ventilated for the purpose of optimal evaporation. The enthalpy of evaporation is extracted from the air flow pressure. The mixture escaping the jet compressor can be blown off because it mainly consists of water vapor and air.
Durch Öffnen des Ventils (4) wird das in der Zwischenzeit ange sammelte Kondensat Öl-Gemisch in den Sammelbehälter geleitet, über das Ventil (7) kann das an der Oberfläche schwimmende Öl konzentriert in einen dafür bestimmten Behälter (8) abgelassen werden. Während des Füllens sollte die Leitung (6) durch ein Ventil verschlossen werden.By opening the valve ( 4 ), the condensate-oil mixture that has been collected in the meantime is passed into the collection container. Via the valve ( 7 ), the oil floating on the surface can be concentrated and discharged into a designated container ( 8 ). During filling, the line ( 6 ) should be closed by a valve.
Abb. 7 zeigt eine Rekuperationseinrichtung gemäß Anspruch 17, wobei die Kondensationswärme des Schwitzwassers zur Reduk tion der Kondensationstemperatur der Kältemaschine und somit zur Absenkung der Primärenergieleistung für die zu verrichtende Kältearbeit genutzt wird. Fig. 7 shows a recuperation device according to claim 17, wherein the heat of condensation of the condensation water is used to reduce the condensation temperature of the refrigerator and thus to lower the primary energy output for the cooling work to be performed.
Das aus dem Drucklufttrockner (1) gesammelte Kondensat Ölgemisch wird in einen Zwischenbehälter (2) geleitet, der mit einer zuvor beschriebenen Leitung für Ölabsaugung versehen ist. Sobald die Kältemaschine (3) in Betrieb geht, wird das Ventil (4) geöffnet und Wasser über die Leitung (5) dem Kältekondensator (6) zuge führt. Die Verdunstungswärme wird durch die Kondensationswärme des Kältemittels aufgebracht. Hierdurch kann die Kondensations temperatur im Vergleich zur reinen Luftkühlung des Kondensators gesenkt werden und/oder die Luftmenge, mit der der Kondensator beaufschlagt wird, reduziert werden.The oil mixture condensate collected from the compressed air dryer ( 1 ) is fed into an intermediate container ( 2 ) which is provided with a line for oil extraction described above. As soon as the chiller ( 3 ) goes into operation, the valve ( 4 ) is opened and water via the line ( 5 ) leads to the refrigeration condenser ( 6 ). The heat of evaporation is applied by the heat of condensation of the refrigerant. As a result, the condensation temperature can be reduced in comparison to the pure air cooling of the condenser and / or the amount of air with which the condenser is acted on can be reduced.
Claims (17)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19883827005 DE3827005A1 (en) | 1988-08-09 | 1988-08-09 | Compressed air dryer |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19883827005 DE3827005A1 (en) | 1988-08-09 | 1988-08-09 | Compressed air dryer |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3827005A1 true DE3827005A1 (en) | 1990-02-15 |
Family
ID=6360514
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19883827005 Withdrawn DE3827005A1 (en) | 1988-08-09 | 1988-08-09 | Compressed air dryer |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3827005A1 (en) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0509111A1 (en) * | 1991-04-16 | 1992-10-21 | KWW GmbH | Heat exchanger for dehumidification of compressed air and a compressed air drier equipped with same |
| WO1993018843A1 (en) * | 1992-03-17 | 1993-09-30 | Process Scientific Innovations Limited | Method and apparatus for the treatment of gas streams |
| EP0752265A1 (en) * | 1995-07-05 | 1997-01-08 | Andrew A.G. | Dehumidifier system using membrane cartridge |
| DE10311602A1 (en) * | 2003-03-14 | 2004-09-23 | Agt Thermotechnik Gmbh | Heat exchanger for use in drying gas e.g. compressed air, has gas/cooling medium heat exchange unit to cool gas flowing through gas outlet side gaps defined by parallel stainless steel plates |
| EP1923123A3 (en) * | 2006-11-15 | 2008-06-04 | Ingersoll-Rand Company | Energy recovery system and method for a refrigerated dehumidification process |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4199937A (en) * | 1975-03-19 | 1980-04-29 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Heat exchanger and method of making |
| DD150784A1 (en) * | 1980-04-15 | 1981-09-16 | Gerhard Dietze | LIQUID SEPARATORS, ESPECIALLY OIL SEPARATORS FOR ROTATION COMPRESSORS |
| DE3827806C2 (en) * | 1988-08-16 | 1991-02-28 | Trocair Verfahrenstechnik Gmbh, 4670 Luenen, De |
-
1988
- 1988-08-09 DE DE19883827005 patent/DE3827005A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4199937A (en) * | 1975-03-19 | 1980-04-29 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Heat exchanger and method of making |
| DD150784A1 (en) * | 1980-04-15 | 1981-09-16 | Gerhard Dietze | LIQUID SEPARATORS, ESPECIALLY OIL SEPARATORS FOR ROTATION COMPRESSORS |
| DE3827806C2 (en) * | 1988-08-16 | 1991-02-28 | Trocair Verfahrenstechnik Gmbh, 4670 Luenen, De |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0509111A1 (en) * | 1991-04-16 | 1992-10-21 | KWW GmbH | Heat exchanger for dehumidification of compressed air and a compressed air drier equipped with same |
| WO1993018843A1 (en) * | 1992-03-17 | 1993-09-30 | Process Scientific Innovations Limited | Method and apparatus for the treatment of gas streams |
| GB2279587A (en) * | 1992-03-17 | 1995-01-11 | Process Scient Innovations | Method and apparatus for the treatment of gas streams |
| GB2279587B (en) * | 1992-03-17 | 1995-10-25 | Process Scient Innovations | Method and apparatus for the treatment of gas streams |
| US5732766A (en) * | 1992-03-17 | 1998-03-31 | Process Scientific Innovations Limited | Method and apparatus for the treatment of gas streams |
| EP0752265A1 (en) * | 1995-07-05 | 1997-01-08 | Andrew A.G. | Dehumidifier system using membrane cartridge |
| US5681368A (en) * | 1995-07-05 | 1997-10-28 | Andrew Corporation | Dehumidifier system using membrane cartridge |
| DE10311602A1 (en) * | 2003-03-14 | 2004-09-23 | Agt Thermotechnik Gmbh | Heat exchanger for use in drying gas e.g. compressed air, has gas/cooling medium heat exchange unit to cool gas flowing through gas outlet side gaps defined by parallel stainless steel plates |
| EP1923123A3 (en) * | 2006-11-15 | 2008-06-04 | Ingersoll-Rand Company | Energy recovery system and method for a refrigerated dehumidification process |
| US8006503B2 (en) | 2006-11-15 | 2011-08-30 | Ingersoll-Rand Company | Energy recovery system and method for a refrigerated dehumidification process |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69827110T2 (en) | air conditioning | |
| DE112008000519B4 (en) | Unit for ejector refrigeration cycle and refrigeration cycle apparatus using the same | |
| DE112013005932T5 (en) | Heat exchanger and heat pump system. using the same | |
| DE10325605A1 (en) | Heat exchange device | |
| WO2014032649A1 (en) | Cooling arrangement for components disposed in an interior of a switch cabinet | |
| US20140338391A1 (en) | Multi-stage evaporative heat rejection process cycle that facilitates process cooling efficiency, water production, and/or water reclamation for fluid coolers and cooling towers | |
| DE3600075A1 (en) | REFRIGERATOR WITH REFRIGERANT COOLING | |
| EP2177255A1 (en) | Refrigerant type dryer | |
| EP1876402A2 (en) | Heat pump with temperature control unit | |
| EP2377596B1 (en) | Refrigerant type dryer, in particular pressurised air refrigerant type dryer and heat exchanger for a refrigerant type dryer, in particular pressurised air refrigerant type dryer | |
| DE102012024723A1 (en) | Heat exchanger and method for heat transfer | |
| DE29908370U1 (en) | Device for cooling a switch or control cabinet | |
| EP2500676A1 (en) | Heat pump | |
| DE102004035200A1 (en) | Heat exchanger for cooling circuit has choke section for decompressing coolant at defined position of one of first and second distribution containers connected to either end of each pipe | |
| DE3827005A1 (en) | Compressed air dryer | |
| WO2017215847A1 (en) | Cooling device for installing under a ceiling of a room | |
| DE102008043807A1 (en) | refrigeration plant | |
| EP2564142A1 (en) | Heat exchanger arrangement | |
| EP2692416B1 (en) | Refrigerant type dryer | |
| DE102020121275B4 (en) | Heat exchanger of a refrigerant circuit of a vehicle air conditioning system | |
| DE19808011C1 (en) | Drying of compressed air by condensation | |
| DE4342598A1 (en) | Appts. used to dry compress air | |
| DE102005021154B4 (en) | Defrosting system for evaporators of refrigeration systems and heat pumps and a method for operating this | |
| EP3356741B1 (en) | Air-conditioning unit having an air/air plate-type heat exchanger | |
| WO2006018216A1 (en) | Absorption-type refrigerating machine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: KWW GESELLSCHAFT FUER VERFAHRENSTECHNIK MBH, 4000 |
|
| 8101 | Request for examination as to novelty | ||
| 8105 | Search report available | ||
| 8125 | Change of the main classification |
Ipc: B01D 45/00 |
|
| 8139 | Disposal/non-payment of the annual fee | ||
| 8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ALFA LAVAL FLOW GMBH, 40549 DUESSELDORF, DE |