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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vorkühlen einer Anlage zur Bereitung kühler Luft, in der die Luft unter Druck einem Luftdurchgang zugeführt wird und dabei hintereinander einen Entfeuchter, einen Trockner und einen Wärmetauscher durchläuft, und um die Druckluft abzukühlen und Luft niedriger Temperatur zu erhalten, ein verflüssigtes Kältegas einem Gasdurchgang zugeführt wird, der den Wärmetauscher zum Entfeuchter hin durchläuft.
Seit neuerem wird Kaltgas, insbesondere kryogenes Gas, mit Temperaturen von unter-100 C zum Kühlen von Arbeitsoberflächen von Schneiden von Schneidwerkzeugen während des Schneidens von Metall, oder zum Kühlen erkrankter Körperteile von Rheumatikern bei kryogenen Übungen in der medizinischen Behandlung verwendet. Ein solches kryogenes Gas kann leicht mittels kryogene, verflüssigtem Gas, wie flüssigem Stickstoff, erhalten werden, aber es ist ungesund, dieses Gas direkt in einen Arbeitsraum einzulassen.
Aus diesem Grund bedient man sich im allgemeinen eines Verfahrens, bei dem atmosphärische Luft mittels eines verflüssigten Tiefkühlgases, wie flüssigem Stickstoff od. dgl., gekühlt wird und die Luft mit einer bestimmten niederen Temperatur dorthin geleitet wird, wo die Tiefkühlbehandlung durchgeführt wird.
Bei bekannten Anlagen und Verfahren zur Bereitung kühler Luft wird während des Vorkühlens der Anlage Luft normaler Temperatur direkt in den Trockner eingegeben und daher kann die Feuchtigkeit in der Luft nicht ausreichend entfernt werden, so dass diese bekannten Anlagen Nachteile, wie Kondensation von Wasser im Wärmetauscher aufweisen.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die oben genannten Nachteile beim Vorkühlen von Anlagen zur Bereitung von kühler Luft zu beseitigen. Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Vorkühlen von Anlagen für die Bereitung kühler Luft zu schaffen, mittels welchen eine schnelle und reibungslose Vorkühlung eines Trockners erzielt werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Vorkühlen von Anlagen zur Bereitung kühler Luft zu schaffen, bei welchem die Anlage schnell und effizient auf die für die normale Operation zur Kühlung von Luft notwendigen Temperaturen abgekühlt werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Vorkühlen von Anlagen zur Bereitung kühler Luft zu schaffen, mittels denen die Wasserabsorptionskapazität des Trockners verbessert wird, wodurch die Maximalmenge von Luft, die während der normalen Operation bearbeitet werden kann, vergrössert wird.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Vorkühlen von Anlagen zur Bereitung kühler Luft zu schaffen, wobei das Verfahren vorteilhaft im Bereich der Anlage durchgeführt wird, indem die Luft unter niederem Druck zugeführt wird und der Entfeuchtungseffekt im Entfeuchter niedrig ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Vorkühlen von Anlagen zur Bereitung kühler Luft zu schaffen, mittels welchen die Energiekosten der Anlage herabgesetzt werden können.
Die erfindungsgemässe Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Zufuhr von Druckluft abgebrochen wird, dass das verflüssigte Kältegas in den Gasdurchgang eingelassen wird, damit das Gas den Wärmetauscher und dann den Entfeuchter durchläuft, und dass anschliessend das vom Entfeuchter abgegebene Gas in den Luftdurchgang eingelassen wird, wobei das Gas nacheinander den Entfeuchter, den Trockner und den Wärmetauscher durchströmt.
Die Zeichnung zeigt ein Fliessdiagramm eines Ausführungsbeispiels der Erfindung.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnung wird bei einem bekannten Verfahren Luft von einer Luftzufuhreinrichtung --1--, wie einem Gebläse, Kompressor od. dgl., eingesaugt und über ein Ventil --2-- und eine Leitung --3-- in einen Entfeuchter --4--, der auf eine Temperatur nahe bei 0 C, beispielsweise +1 C, abgekühlt ist, bei welcher Feuchtigkeit in der eingesogenen Luft nicht frieren kann, gefördert.
Im Entfeuchter --4-- wird die Feuchtigkeit in der Luft kondensiert und über eine Leitung-5-- und ein Ventil-6-- abgeführt. Die entfeuchtete Luft wird in einen Heizer geführt, welcher dann in Betrieb ist, wenn die Regenerierung durchgeführt wird und fliesst dann über eine Leitung --9-- in einen Trockner-10-, welcher ein Trocknungsmittel, wie Aluminiumgel, Siliciumgel od. dgl. enthält. Im Trockner --10-- wird der Grossteil des Wasseranteils in der Luft entfernt und die getrocknete Luft wird dann über Leitungen --11 und 12-einem Wärmetauscher --13-- zugeführt, dem ein verflüssigtes Tiefkühlgas, wie flüssiger Stick-
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stoff (Siedepunkt-196 C), zugeführt wird.
Im Wärmetauscher --13-- tauscht die eingeführte Luft Wärme mit dem verflüssigten Tiefkühlgas und wird dabei auf eine vorbestimmte niedere Temperatur abgekühlt und fliesst dann über eine Leitung --14-- und ein Ventil --15-- zur gewünschten Auslassstelle. Auf diese Art bilden die Leitungen --3, 7,9, 11,12 und 14--einen Luftdurchgang. Die Bezugszeichen --16 und 17-- bezeichnen Thermometer, die im Luftdurchgang nahe beim Auslass des Entfeuchters --4-- und dem Auslass des Wärmetauschers --13-- angeordnet sind.
Anderseits wird das Tiefkühlmittel zum Kühlen der Luft, beispielsweise verflüssigtes Tiefkühlgas, wie flüssiger Stickstoff, von einem nicht gezeigten Reservoir über Leitungen --18, 19--, Ventile --20-- und Leitungen --21-- in den Wärmetauscher --13-- geführt. Die Menge der Zufuhr des Tiefkühlmittels wird durch das Ventil --20-- kontrolliert, U. zw. in Abhängigkeit von den Angaben des Thermometers --17--, der die Werte der Luft, welche über die Leitung --14-- und das Ventil --15-- der Abgabestelle zugeführt wird, angibt, so dass die Temperatur in einem vorbestimmten Temperaturbereich gehalten wird.
Nachdem der flüssige Stickstoff die Luft im Wärme- tauscher --13-- gekühlt hat und verdampft ist, tritt er über eine Leitung --22-- aus und wird dann über eine Leitung --23-- dem Entfeuchter --4-- zur Kühlung zugeführt. Anschliessend wird das Stickstoffgas über eine Leitung --24-- und ein Ventil --25-- in die Atmosphäre abgegeben.
Derart bilden die Leitungen --19, 21,22, 23 und 24-- einen Gasdurchgang. Es ist notwendig, die Temperatur im Entfeuchter --4--, wie zuvor erwähnt, bei ungefähr +IIC zu halten. Wenn der Durchlass von Stickstoffgas durch die Leitungen --22 und 23-- zu gross wird und die Tendenz entsteht, den Entfeuchter --4-- auf eine Temperatur von unter +10 abzukühlen, kann überschüssiges Stickstoffgas durch Öffnen eines Ventils --27-- über eine Zweigleitung --26-- und eine Sammelleitung --35-- in die Atmosphäre abgegeben werden.
Anderseits, wenn der Durchfluss von Stickstoffgas durch die Leitung --23-- zu gering ist und die Temperatur im Entfeuchter --4-die Tendenz hat, über +1 C anzusteigen, dann wird Stickstoffgas durch Öffnen eines Ventils --29-von der Leitung --28--, die an das nicht gezeigte Reservoir angeschlossen ist, über Umgehungsleitungen, die aus den Leitungen --28, 30-- und aus der Leitung --22-- bestehen, zugeführt.
Auf diese Art wird die Temperatur im Entfeuchter --4-- durch Öffnen oder Schliessen der Ventile - 27 und 29--entsprechend den Angaben des Thermometers --16-- reguliert. Die so bereitete
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--15-- von der Leitung --14-- erhalten werden.
Während der Kühlung der Luft absorbiert der Trockner --10-- Wasserdampf der Luft und weiterer Wasseranteil in der Luft wird kondensiert und in den Luftdurchlässen innerhalb des Wärmetauschers --13-- gefroren. Daher ist eine Regenerationsbehandlung, um im Wasser und im Trockner --10-- und im Wärmetauscher --13-- gesammeltes Eis zu entfernen nach einer bestimmten Betriebsdauer der Anlage notwendig.
Während der Regeneration wird die Zufuhr von flüssigem Stickstoff durch Schliessen der Ventile --29 und 20-- beendet und die Luft, die vom Gebläse-l-durch den Luftdurchlass gefördert wird, wird vom Heizer --8-- erwärmt und dann dem Trockner --10-- zugeführt. Danach strömt die Luft aus der Leitung --11-- und ein Teil davon wird über die Leitung --31-- und das Ventil --32-- in die Atmosphäre abgegeben. Die restliche Luft wird durch die Leitung --12-in die Luftpassage des Wärmetauschers --13-- eingeführt, wo sie die Luftpassage erwärmt und darin gebildetes Eis schmilzt. Das resultierende Wasser wird von der Luft hinausgetragen und über Leitungen --14 und 33--, ein Ventil --34-- und die Leitung --35-- in die Atmosphäre abgegeben.
Nachdem obige Wärmeregeneration beendet ist, kann die Anlage wieder in Betrieb genommen werden. Bei der Bereitung äusserst kühler Luft ist es jedoch notwendig, die Anlage über einen gewissen Zeitraum vorzukühlen. Dazu wird flüssiger Stickstoff durch den Gasdurchlass durchgelassen, der durch den Wärmetauscher --13-- den Entfeuchter --4-- durchfliesst, wobei die Luft, welche mittels der Zufuhreinrichtung-l-und die durch den Luftdurchlass fliesst, gekühlt und durch Öffnen des Ventils --34-- in die Atmosphäre abgegeben.
Nachdem man sich über das Thermometer vergewissert hat, dass die Temperatur der Luft, die durch das Ventil --34-- tritt, bis auf das vorgegebene Mass abgekühlt ist, d. h. dass die Vorkühlung genügend lang durchgeführt wurde, wird die Abgabe von gekühlter Luft durch Schliessen des Ventils --34-- und Öffnen des Ventils --15-- wieder aufgenommen.
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Nun wird die Erfindung an Hand der Zeichnung beschrieben. Nachdem das Gebläse oder der Kompressor-l-abgestellt wurde, wird flüssiger Stickstoff durch Öffnen des Ventils --20-- über die Leitung. --21-- in den Wärmetauscher --13-- eingelassen, wo er zu einem Stickstoffgas niederer Temperatur verdampft, welches über die Leitungen --22 und 23-- zum Entfeuchter --4-zum Abkühlen des Entfeuchters --4-- geführt wird. Dann wird das Stickstoffgas, das aus dem Entfeuchter --4-- über die Leitung --24-- ausgelassen wurde, nicht über das Ventil --25-- in die Atmosphäre abgegeben, sondern in eine Zweigleitung --101-- geführt und dann durch ein Ventil --102--, welches nur während dieser Vorkühlung geöffnet ist, in die Leitung --3--, welche Teil des Luftdurchgangs bildet.
Danach fliesst das Stickstoffgas durch den Luftdurchgang, welcher durch den Entfeuchter --4--, den Trockner --10--, den Wärmetauscher --13-- durchführt, und wird dann durch Öffnen des Ventils --34-- von der Leitung --14-- über die Zweigleitungen --33 und 35-- in die Atmosphäre ausgelassen. Diese Operation wird solange fortgesetzt, bis die Temperatur im Entfeuchter-4-auf +1 C abgesunken ist. Das Stickstoffgas, welches über die Leitung --101-- in den Luftdurchlass eingelassen wird, ist der verdampfte flüssige Stickstoff und enthält wenig Feuchtigkeit, da sein Taupunkt nicht höher als-70 C ist (Wasseranteil 2, 5 ppm). Auf diese Art erfolgt das Vorkühlen reibungslos mit geringer Belastung des Trockners --10-und bringt keine Nachteile, wie die Kondensation von Wasser im Wärmetauscher-13--.
Weiters
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in die Atmosphäre abgegeben, in welchem Fall das Vorkühlen des Trockners --10-- beschleunigt werden kann.
Wie aus der vorhergehenden Beschreibung hervorgeht, kann nach der Erfindung der Nachteil der Anlagen des bekannten Standes der Technik, nämlich dass Wasser im Wärmetauscher während der Vorkühlung kondensiert, eleminiert werden und der Trockner --10-- kann reibungslos vorgekühlt werden. Die Anlage kann nach dem Verfahren der Erfindung schnell und effizient auf die notwendigen Arbeitstemperaturen abgekühlt werden. Es ist besonders vorteilhaft, die Erfindung bei Kühlanlagen anzuwenden, in welchen die Luftzufuhreinrichtung einen geringen Luftdruck von nur einigen zehn Millimetern Wassersäule hat, wie beispielsweise wenn ein Gebläse verwendet wird und daher der Entfeuchtungseffekt im Entfeuchter niedrig ist. Die Erfindung kann weiters Energiekosten sparen, da die Luftzufuhreinrichtung während des Vorkühlens der Anlage abgeschaltet ist.