Anlage zur Trocknung eines Gutes und zur Rückgewinnung der in der Abluft von Trockenanlagen enthaltenen fühlbaren und Verdampfungswärme. Bei den bisher bekannt gewordenen Trock- nungsanlagen entweicht die in der Trocken luft enthaltene fühlbare und Verdampfungs- wärme im wesentlichen unausgenützt. Vor liegende Erfindung bezweckt, diese Wärme für denTrocknungsprozess nutzbar zumachen.
Die Erfindung (Erfinder: Dipl.-Ing. Max Berchtold, Thalwil) besteht darin, dass als Einrichtung zur Wärmerückgewinnung eine Luftexpansionsmaschine und eine Kompres sionsmaschine vorgesehen sind, die mit einem Antriebsmotor gekuppelt sind und durch Rohrleitungen miteinander in Verbindung stehen, dass mindestens ein Teil der Abluft aus dem Trockenraum in der Expansionsma schine entspannt wird, in welcher durch die Entspannung die mitgeführte Feuchtigkeit der Luft kondensiert wird, und dass das Kon densat in einemWasserabscheider ausgeschie den wird, in den zur Beschleunigung der Tropfenbildung Wasser eingespritzt wird,
worauf diese Luft durch eine Leitung nach dem Kompressor gelangt, aus welchem die nun wieder verdichtete Luft durch eine Lei tung nach dem Trockenraum strömt. Dabei kann das eingespritzte Wasser vorgekühlt sein.
Die Luft wird daher nach jedem Durch gang getrocknet und wieder aufgeheizt. Die für die Kompression erforderliche Arbeit wird teilweise durch eine Expansionsmaschine und teilweise durch einen Elektromotor auf gebracht. Da es im allgemeinen nicht gelingt, die Luft im Trockner auf 100% rel. Feuch tigkeit anzureichern, zeigt es sich als vorteil haft, dem Dampf-Luft-Gemisch in einem Wärmeaustauscher soviel Wärme zu entzie hen, bis der Taupunkt erreicht ist. Die so gewonnene Wärme wird dem expandierten Dampf-Luft-Gemisch wieder zugeführt.
Das für die Wärmeübertragung erforderliche Temperaturgefälle steht dank des tieferen Temperaturniveaus der entspannten Luft zur Verfügung. Die der getrockneten Luft auf diese Weise zugeführte Wärme kommt als höhere T'empera'tur der komprimierten Luft zur Geltung; der Trockenprozess wird da durch wesentlich beschleunigt.
Die erfindungsgemässe Anlage arbeitet nach dem Prinzip der Wärmepumpe. Wärme pumpen, speziell für Kühlzwecke und auch für Heizzwecke, sind bekannt. Diese Anlagen arbeiten im allgemeinen mit einem besonderen Kältemittel (Kaltdampf), das als Arbeits medium, das heisst als Wärmeträger benützt wird. Es sind auch bereits Anlagen bekannt, die für Heizzwecke Luft als Arbeitsmedium benützen. Dies hat den Vorteil des @Vegfalles von Wärmeübertragungsflächen.
Die erfindungsgemässe Anlage arbeitet aber im Gegensatz zu den genannten Anlagen mit einem Dampf-Luft-Gemisch, also mit einem Zwei-Stoff-Gemisch. Dabei ist ferner zu be achten, dass sich die Gemischzusammenset zung im Verlaufe des Prozesses ändert. Die im Trockner mit Feuchtigkeit angereicherte Luft gelangt direkt als Arbeitsmedium in die 'VVärmepumpe. Austauscherflächen von den Abmessungen, wie sie heute bei den bekann ten Verfahren mit Rückgewinnung angewen det werden, sind bei der erfindungsgemässen Anlage nicht erforderlich.
In beiliegender Zeichnung sind Ausfüh rungsbeispiele der Anlage veranschaulicht. Es zeigt: Fig. 1 eine schematische Darstellung der Anlage, Fig. 2 dieselbe in Ansicht, Fig. 3 einen Schnitt durch den Trocken raum, Fig. 4 eine Variante der Anlage nach Fig. 1 und 2.
Die schematische Darstellung Fig. 1 und die in Fig. 2 in Ansicht dargestellte Anlage stimmen überein, so dass sich die nachstehende Beschreibung auf beide Figuren bezieht.
Fig. 1 stellt schematisch die Anlage dar. Die Wirkungsweise derselben ist wie folgt: Das zu trocknende Gut gelangt von A nach B durch den Trockner Z. Die relativ trockene Heissluft strömt bei 1 in den Trok- kenraum, wo sie sich mit Dampf anreichert. Bei Punkt ? ist die Luft so stark. gesättigt, dass sie dem Gut keine weitere Feuchtigkeit entziehen kann.
Durch das Ventil 3 wird ein gewisser Prozentsatz der aus dem Trockner kommenden feuchten Luft über den '\ZTärme- austauscher l1'1 ins Freie geleitet und bei Punkt 12 abgeblasen. Der Rest der Abluft strömt nach dem Passieren der Druckregu- lierklappe 4 durch den Wärmeaustauscher WI, <B>wo</B> dem Gemisch Wärme entzogen wird und die relative: Feuchtigkeit auf 100 % steigt.
Vom Austritt 5 des Wärmeaustanschers l1'. strömt das Gemisch in den Eintrittsstutzen 6 der Turbine T, wo das Gemisch unter Ar beitsleistung entspannt wird. Mit fortschrei tender Expansion sinkt der Zustand des Ge misches tiefer unter den dem jeweiligen Druck entsprechenden Taupunkt. Der im Ge- miscb. enthaltene Dampf beginnt zu konden sieren.
Die freiwerdende Verdampfungs- wärme erscheint als fühlbare Wärme des Luft-Dampf-Gemisches. Die Expansion in der Turbine erfolgt so rasch, dass sich grosse Trop fen nicht bilden können. Ans diesem Grunde wird der Turbine nach deren Austrittsstutzen 7 ein Wasserabscheider 8 zugeschaltet, in dem sich die mikroskopischen Nebeltröpfchen zu makroskopischen Tropfen zusammenballen und ausfallen.
Die Tropfenbildung im Wasserabscheider wird durch Einspritzung fein verstäubten Wassers beschleunigt. Die Wasserpumpe 151 fördert Frischwasser in die Zerstäuberdüsen 14. Bei offenem Kondenstvasserablass-Schie- ber 18 fördert die Pumpe 15= das Wasser in das Vorratsreservoir 16, aus dem das über- schiissige Kondensat und Kühlwasser durch den rberlauf 17 abfliesst.
Wird vorzugsweise mögliebst kaltes Wasser verwendet, so kann gleichzeitig mit der Beschleunigung der Tropfenbildung eine Kühlung des Gemisches herbeigeführt werden. Mit zunehmender Ab kühlung reduziert sich die bei 12 abzubla sende feuchte Luft; ebenso sinkt die bei 13 beizumischende Frischluft. Der Grenzfall für die Abkühlung ist dann erreicht, wenn die Abblaseluftmenge und die Frischluftmenge Null werden, das heisst wenn der Luftkreis lauf geschlossen ist.
Durch diese Kühlung wird die Kompres- sorleistung verkleinert; der Nutzeffekt der Anlage vergrössert sich damit. Eine Anreiche rung der feuchten Luft durch die Wasserein spritzung ist nicht zu befürchten, da der Zu stand der gasförmigen Phase ohnehin auf der Taulinie liegt. Durch feinste Verteilung des eingespritzten Wassers wird die Tropfenbil- dung und auch die Abkühlung am wirksam sten.
Im Rohr 9, zwischen Wasserabscheider und Wärmeaustauscher, werden zweckmässig Zwischenböden 9' eingebaut, welche die Luft strömungen mehrfach umlenken und damit eine vollständige Trennung der flüssigen Phase von der gasförmigen herbeiführen. Der Zustand der gasförmigen Phase liegt auf der Taulinie des Druckes im Unterdruckgebiet. Die getrocknete Luft, die noch einen Teil an dampfförmiger Feuchtigkeit aufweist, strömt bei 9" in den Wärmeaustauscher Wie, wo die sem die vorher entzogene Wärmemenge wie der zugeführt wird. Das Gemisch gelangt so dann in den Kompressor K, wo es wieder auf den Aussendruck verdichtet wird.
Damit der Wärmepumpenprozess stationär verläuft, das heisst damit der thermodynamische Kreispro zess geschlossen ist, muss der aus dem Kom pressor austretenden warmen Luft wieder das entsprechende Quantum Frischluft beige mischt werden. Der Ventilator Y fördert die erforderliche Luftmenge durch den Wärme- austauscher W1. Der Wärmeaustauscher W1 wird durch den durch das Ventil 3 ausge- sehiedenen Teil der Abluft beheizt.
Die Frischluft wird durch Ventil 13 der aus dem Kompressor kommenden verdichte ten Luft beigemischt und dieses Gemisch wird bei 1 in den Trockner Z eingeführt. Es ist auch denkbar, die Frischluft erst im Trockner beizumischen, und zwar an einer Stelle, wo die verdichtete Luft bereits durch Anreicherung mit Wasserdampf gekühlt ist. Die Differenzleistung zwischen dem Kom- pressor und der Turbine wird vom Elektro motor DZ aufgebracht.
Im Falle des geschlossenen Luftkreislau fes werden die Ventile 3 und 13, der Wärme- austauscher W1, der Ventilator Y und der Abluftstutzen 12 nicht mehr benötigt. Die Anlage vereinfacht sich dadurch; allerdings muss eine genügende Kühlwassermenge zur Verfügung stehen.
Bei ausgesprochen feuchten Trockengü tern kann unter Umständen die Luft bis zur Sättigung angereichert werden, so dass auch die Wärmeaustauscher W1 und WZ umgan gen werden können. Die Abblaseluft wird dann bei Ventil 3 direkt ins Freie ausgesto ssen. Bei dieser Schaltung wird die abgebla sene Feuchtluft mit Vorteil vor Eintritt in die Turbine durch Frischluft ersetzt. Zu die sem Zwecke ist das Ventil 19 vorgesehen.
Im allgemeinen arbeiten Trockner nach dem Gegenströmprinzip, um einen optimalen Trocknungseffekt zu erzielen. Bei tempera turempfindlichen Trockengütern, bei denen trotz Temperaturbeschränkung hohe Trock- nungsgeschwindigkeiten angestrebt werden, wird vorzugsweise eine Windführung nach Fig. 3 angewendet.
Der Bandtrockner nach Fig. 3 ist speziell für die Trocknung landwirtschaftlicher Pro dukte geeignet. Bei A wird das feuchte Gut aufgegeben. Das nasse, schwere Gut wird im Raum b von unten nach oben von relativ feuchter Luft durchströmt. Eine Feuchtig keitsaufnahme ist wegen der Nässe des Gutes noch möglich. Das nasse Gut ist so schwer, dass es von der Strömung nicht weggetragen wird. Nach dem Durchlaufen des Raumes b-c, in dem das Gut im Gegenstrom ge trocknet wird, wird das Gut mit der relativ trockenen, heissen Luft im Raum d in Berüh rung gebracht.
Bei e ist die intensivste Feuch tigkeitsaufnahme, weil das Trockengut im Raum b-c angewärmt wurde, und deshalb auch die stärkste Abkühlung der Trocken luft, so dass das trockene Gut in B vor zu hohen Temperaturen geschützt wird. Von e nach f laufen Trockengut und Trockenluft im Gleichstrom. Die Feuchtigkeitsaufnahme nimmt ab, da sich die Luft anreichert und abkühlt und das Gut trockener wird. Das leichte, trockene Gut wird durch die Strö mung auf den Transportbändern gehalten.
Der Expansionsdruck wird nach zulässi ger Trocknungstemperatur und nach Trock- nungsdauer festgelegt. Je tiefer der Druck gewählt wird, je kleiner ist die benötigte Luftmenge; je grösser die Stufenzahl der Turbine und des Kompressors wird, um so höher wird der Energieverbrauch und die Temperatur und um so rascher geht der Trocknungsvorgang vor sich.
Verbesserungen des Energieverbrauches sind möglich durch Kombination mehrerer Aggregate, was aber nur für Grossanlagen in Frage kommt. Eine weitere Verbesserungs möglichkeit ist die Trocknung unter Druck, da, dabei sowohl die Abmessungen der Turbo maschinen als auch der Übertragungsflächen erheblich kleiner ausfallen. Bei solchen An lagen reduziert sich die Trockendauer infolge der höheren Temperatur der Trockenluft. Schwierigkeiten bietet allerdings das verlust lose Ein- und Ausschleusen des Trockengutes, da der ganze Trockenraum unter erhöhtem Druck steht. Diese Schwierigkeiten können bei intermittierender Speisung vermieden w erden. Im Falle eines aufgeladenen Trocken raumes eignet sich eine Anlage nach F'ig. 4.
Eine solche Anlage kann, abgesehen vom Wegfall des Austauscheis W1 (Fig. 1) aus den gleichen Elementen wie die in Fig. 1 und beschriebene Anlage gebaut werden. Die Beimischung der Frischluft ist sinngemäss an die Stellen zu verlegen, wo der Drueli: in der Rohrleitung gleich dem Aussendruck ist.
Im Trockenraum herrscht zweckmässig ein Druck von 1,5 bis 2 ata. In der Turbine expandiert das Gemisch auf den Aussendruck, so dass das Ablassventil 2', das Beimischventil 3' und die Druckregulierklappe 4' zwischen dein Wasserabscheider 8' und dem Wärmeaustau- seher hY1 eingebaut werden müssen. Bei die ser Schaltung kann die Kühlung mit dem selben Effekt durch Frischluftbeimischung ersetzt werden.
Die Wassereinspritzung dient lediglich der Tropfenbildung. ,s'1 und @9. stel- len die Schleusen für die Beschickung des Trockenraumes mit Trockengut dar.