WO2004064982A1 - Adsorptionstrockner mit integriertem vorfilter - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a cold-regenerated adsorption dryer, to which contaminated, moist compressed air is supplied via a prefilter and from which it can be dried and fed to a consumer, with at least two chambers filled with a desiccant, which alternate by means of an input and output valve control Adsorption can be switched to regeneration, wherein the chamber switched to regeneration can be relieved of pressure via a blow-out line which starts from the chamber below the desiccant.
  • Cold-regenerated adsorption dryers have been known for a long time (specialist book: "Compressed air treatment with microfilter and adsorption dryer” by Werner Strauß-Zunker, 1st edition January 1996, ISBN 3-00-000388-6, pages 160 to 169; EP 0 123 061 AI)
  • the advantage of such dryers is that they are simple in construction. In contrast to heat-regenerated dryers, they do not require a heating system for the air required for the regeneration.
  • it is disadvantageous that the switching cycles from adsorption to regeneration are comparatively short to improve, in particular to keep the desiccant free of contaminants, such as solid and oil particles or condensate in the compressed air to be dried, but
  • pre-filters and after-filters are provided in a known dryer outside the chambers filled with the drying agent. From time to time, such pre- and post-filters require cleaning or renewal.
  • an adsorption dryer is known (DE 76 17 052 U, which has chambers arranged one above the other in a housing.
  • a mechanical prefilter which extends over the entire cross section of the chamber and the adsorbent above it.
  • Dried air enters the chamber above and from there into the upper chamber, which serves as a compressed air collecting container.
  • the supply of air to be dehumidified is switched off by a compressor, and a backflow takes place regeneration of the adsorbent and cleaning of the mechanical prefilter.
  • the invention has for its object to improve a cold regenerated adsorption dryer of the type mentioned both in terms of its efficiency, to make it as maintenance-free as possible and to give it a compact structure.
  • an air-permeable package made of a composite of fibers, threads and / or wire that extends over the entire cross-section of each chamber is integrated, the desiccant being fixed between the pre-filter and the after-filter.
  • the post-filter ensures that dry solid particles are retained in the dried air. This filter is also cleaned automatically for each regeneration of the chamber by the air flow in the atmosphere for regeneration. By defining the adsorbent between the pre-filter and the post-filter, in particular by pressing, it is prevented that the desiccant, which generally consists of granules, is whirled up and there is an abrasion which impairs the service life and purity of the air.
  • the effectiveness of the adsorption dryer can be further increased in that the thread or wire package, in particular the prefilter, comprises adsorbable material.
  • the thread or wire package is a woven fabric, knitted fabric, knitted fabric or braid.
  • the package should have a porosity that becomes increasingly finer in the direction of air flow during adsorption. This increase can be achieved in a stepless manner, however, if the package is made up of individual layers of different porosity.
  • the cold-regenerated adsorption dryer has two chambers 1, 2 operated in alternating operation, which with one
  • KN / be 030035WO Desiccants 3, 4 are filled.
  • a pre-filter 5, 6 is arranged below the desiccant 1, 2 and extends over the entire cross-section of the chamber 1, 2 and consists of several layers of a knitted fabric, woven fabric, knitted fabric or braid made of wire, which is from below has an increasingly finer porosity upwards.
  • a post-filter 7, 8 is arranged in the chambers 1, 2 above the desiccant 3, 4, which also has a multilayer structure. In this case, too, the pores should become finer from bottom to top.
  • a valve combination of a four-way switch valve 9 and a throttle valve 11 leading to a blow-out nozzle 10 is arranged on the inlet sides of the two chambers 1, 2.
  • air loaded with moisture and impurities such as solid and / or oil particles
  • the air to be cleaned and dehumidified is cleaned of solid, oil and moisture particles as it passes through the pre-filter 5.
  • the desiccant 1 is passed further, the air is dehumidified. If there are still dry solid particles in the then dry air, they are retained by the post-filter 7.
  • the difference between the air laden with moisture and other contaminants and the dehumidified cleaned air is illustrated by thicker or thinner puncturing.
  • a further valve combination is arranged on the outlet sides of the two chambers 1, 2. This consists of two parallel, pairwise opposing check valves 13, 14 and 15, 16 and a connecting line 17 with a throttle valve 18, via the connecting lines 19, 20 arranged between the check valves 13, 14 and 15, 16 of each pair are connected.
  • the cleaned and dehumidified air can reach a consumer via the open check valve 13, in this case via a reservoir 21, and a throttle valve 22.
  • the air can reach the other chamber via the throttle valve 18 and the open check valve 16 2 arrive.
  • the throttle valve 18 thereby divides the dehumidified and cleaned medium into a main stream, which is fed to the reservoir 21, and a partial stream, which is fed to the chamber 2.
  • the partial flow of the cleaned and dehumidified air supplied to the chamber 2 is shown in the drawing by small empty circles.
  • the dehumidified and cleaned air is loaded with moisture as it passes through the desiccant 4, which is made clear graphically by the fact that the circles on the outlet side of the chamber 2 are filled.
  • the air then laden with moisture reaches the blow-out nozzle 6 via a blow-out line 2a.
  • a special feature of the invention is that, in the operating cycle shown, the air to be dehumidified and cleaned has to pass the integrated pre-filter 6 before passing the drying agent 3 and the integrated after-filter 7 after drying. Solid particles are retained on both the pre-filter 5 and the post-filter 7. However, oil droplets and water droplets are also retained on the prefilter 5. In the first phase of the adsorption, the moisture contained in the air is even condensed on the prefilter 5 because this prefilter 5 is cooler than the air to be dehumidified which is supplied under pressure.

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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen kaltregenerierten Adsorptionstrockner für Druckluft mit im Wechsel von Adsorption auf Regeneration umschaltbaren, mit einem Trockenmittel (3, 4) gefüllten Kammern (1, 2). Um den Wirkungsgrad des Adsorptionstrockners bei Wartungsfreundlichkeit und kompaktem Aufbau zu verbessern, sind in den Kammern (1, 2) unterhalb des Trockenmittels (3, 4) Vorfilter (5, 6) und gegebenenfalls oberhalb des Trockenmittels (3, 4) Nachfilter (7, 8) in Form eines luftdurchlässigen Paketes aus Fäden, Drähten oder Fasern angeordnet.

Description

Adsorptionstrockner mit integriertem Vorfilter
Die Erfindung betrifft einen kaltregenerierten Adsorptionstrockner, dem über ein Vorfilter verunreinigte, feuchte Druckluft zu- und von dem sie getrocknet ab- und einem Verbraucher zuführbar ist, mit mindestens zwei mit einem Trockenmittel gefüllten Kammern, die mittels einer ein- und ausgangsseitigen Ventilsteuerung im Wechsel von Adsorption auf Regeneration umschaltbar sind, wobei die jeweils auf Regeneration geschaltete Kammer über eine Ausblasleitung, die von der Kammer unterhalb des Trockenmittels ausgeht, druckentlastbar ist.
Kaltregenerierte Adsorptionstrockner sind seit langem bekannt (Fachbuch: „Druckluftaufbereitung mit Microfilter und Adsorptionstrockner" von Werner Strauß-Zunker, 1. Auflage Januar 1996, ISBN 3-00-000388-6, Seiten 160 bis 169; EP 0 123 061 AI) . Der Vorteil solcher Trockner besteht darin, dass sie im Aufbau einfach sind. Sie benötigen im Gegensatz zu warmregenerierten Trocknern kein Heizsystem für die für die Regeneration benötigte Luft. Nachteilig ist allerdings, dass die Umschaltzyklen von Adsorption auf Regeneration vergleichsweise kurz sind. Um den Wirkungsgrad solcher Adsorptionstrockner zu verbessern, insbesondere um die Belastung des Trockenmittels mit Verunreinigungen, wie Feststoff- und Ölpartikel oder Kondensat in der zu trocknenden Druckluft vom Trockenmittel fernzuhalten, aber
KN/be 030035WO auch um die Reinheit der getrockneten Luft weiter zu verbessern, sind bei einem bekannten Trockner außerhalb der mit dem Trockenmittel gefüllten Kammern Vor- und Nachfilter vorgesehen. Solche Vor- und Nachfilter bedürfen von Zeit zu Zeit der Reinigung oder Erneuerung.
Darüber hinaus ist ein Adsorptionstrockner bekannt (DE 76 17 052 U, der in einem Gehäuse übereinander angeordnete Kammern aufweist. In der unteren Kammer sind ein sich über den gesamten Querschnitt der Kammer erstreckendes mechanisches Vorfilter und darüber das Adsorptionsmittel angeordnet . Aus dieser Behandlungskammer für feuchte Luft gelangt getrocknete Luft in die darüber angeordnete Kammer und von hier in die als Druckluftsammelbehälter dienende obere Kammer. Sobald der Druck im Druckluftsammelbehälter einen oberen Grenzwert erreicht hat, schaltet die Zufuhr von zu entfeuchtender Luft durch einen Verdichter ab, und eine Rückströmung findet statt. Dabei kommt es zu einer Regeneration des Adsorptionsmittels und einer Reinigung des mechanischen Vorfilters .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen kaltregenerierten Adsorptionstrockner der eingangs genannten Art sowohl hinsichtlich seines Wirkungsgrades zu verbessern, ihn möglichst wartungsfrei zu gestalten und ihm einen kompakten Aufbau zu verleihen.
Diese Aufgabe wird bei einem kaltregenerierten Adsorptionstrockner der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass in den Kammern unterhalb des Trockenmittels
KN/be 030035 O als Vorfilter und oberhalb des Trockenmittels als Nachfilter jeweils ein sich über den gesamten Querschnitt jeder Kammer erstreckendes, luftdurchlässiges Paket aus einem Verbund von Fasern, Fäden und/oder Draht integriert ist, wobei das Trockenmittel zwischen dem Vorfilter und dem Nachfilter festgelegt ist.
Durch die Integration des mechanischen Vor- und Nachfilters in jede Kammer und die Festlegung des Trockenmittels zwischen diesen Filtern ergibt sich ein kompakter Aufbau des Adsorptionstrockners. Sein Wirkungsgrad wird bei gleichzeitiger Verminderung der Wartung erhöht, weil der integrierte Vorfilter bei jeder Umschaltung von Adsorption auf Regeneration durch die bei Regeneration im Gegenstrom zur Adsorption hindurchstrδmende Luft gereinigt wird, indem vor allem bei schlagartiger Druckentspannung in der Kammer die abgeschiedenen Partikel mitgerissen werden. Gleichzeitig wird wegen der Druckentspannung die Temperatur in der Kammer und damit auch die des Vorfilters abgesenkt. Diese Temperaturabsenkung hat den Effekt, daß am Beginn der nächsten Adsorptionsphase ein Teil des in der zu entfeuchtenden Druckluft enthaltenen Wasserdampfes schon an dem gekühlten Vorfilter kondensiert. Dadurch wird das Trockenmittel entlastet. Da dieser Effekt nur in einer kurzen Phase unmittelbar nach Umschalten von Regeneration auf Adsorption auftritt, kann er verstärkt werden, wenn möglichst kurze Betriebszyklen gewählt werden, so daß sein Anteil an einem Zyklus größer wird. Der Effekt der Entlastung des Trockenmittels kann allerdings auch für längere Betriebszyklen ausgenutzt werden.
KN/be 030035WO Der Nachfilter sorgt dafür, dass trockene Feststoffpartikel in der getrockneten Luft zurückgehalten werden. Auch dieser Filter wird automatisch bei jeder Druckentlastung der Kammer für die Regeneration durch den Luftstrom in der Atmosphäre gereinigt. Durch die Festlegung des Adsorptionsmittels zwischen dem Vorfilter und dem Nachfilter, insbesondere durch Verpressung, wird verhindert, dass das in der Regel aus Granulat bestehende Trockenmittel aufgewirbelt wird und es zu einem die Standzeit und Reinheit der Luft beeinträchtigenden Abrieb kommt .
Die Wirksamkeit des Adsorptionstrockners kann weiter dadurch gesteigert werden, daß das Fäden- oder Drahtpaket insbesondere des Vorfilters adsorptionsfähiges Material umfaßt .
Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Fäden- oder Drahtpaket ein Gewebe, Gestricke, Gewirke oder Geflecht. Das Paket sollte eine in Strömungsrichtung der Luft bei der Adsorption zunehmend feiner werdende Porosität haben. Diese Zunahme kann stufenlos aber auch dadurch erreicht werden, dass das Paket aus einzelnen Lagen verschiedener Porosität aufgebaut ist.
Im folgenden wird die Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert, die einen kaltregenerierten Adsorptionstrockner in schematischer Darstellung zeigt.
Der kaltregenerierte Adsorptionstrockner weist zwei im Wechselbetrieb betriebene Kammern 1, 2 auf, die mit einem
KN/be 030035WO Trockenmittel 3, 4 gefüllt sind. In jeder Kammer 3, 4 ist unterhalb des Trockenmittels 1, 2 ein sich über den gesamten Querschnitt der Kammer 1, 2 erstreckender Vorfilter 5, 6 angeordnet, der aus mehreren Lagen eines Gewirkes, Gewebes, Gestrickes oder Geflechtes aus Draht besteht, das von unten nach oben eine zunehmend feinere Porosität aufweist. In entsprechender Weise ist in den Kammern 1, 2 oberhalb des Trockenmittels 3, 4 ein Nachfilter 7, 8 angeordnet, das ebenfalls einen mehrlagigen Aufbau hat. Auch in diesem Fall sollten die Poren von unten nach oben feiner werden.
An den Eintrittsseiten der beiden Kammern 1, 2 ist eine Ventilkombination aus einem Vierwegeumschaltventil 9 und einem zu einer Ausblasdüse 10 führenden Drosselventil 11 angeordnet. Je nach Schaltstellung des Umschaltventils 9 wird von einem Gebläse 12 der einen oder anderen Kammer 1, 2 mit Feuchtigkeit und Verunreinigungen, wie Feststoff- und/oder Olpartikel beladene Luft unter Druck zugeführt. In dem in der Zeichnung dargestellten Betriebszyklus ist dies die Kammer 1. Die zu reinigende und zu entfeuchtende Luft wird beim Passieren des Vorfilters 5 von Feststoff-, Öl- und Feuchtigkeitspartikeln gereinigt. Beim weiteren Passieren des Trockenmittels 1 wird die Luft entfeuchtet. Sofern in der dann trockenen Luft noch trockene Feststoffpartikel enthalten sind, werden sie von dem Nachfilter 7 zurückgehalten. In der Zeichnung ist der Unterschied zwischen der mit Feuchtigkeit und anderen Verunreinigungen beladenen Luft und der entfeuchteten gereinigten Luft durch dickere oder dünnere Punktierung verdeutlicht .
KN/be 030035WO An den Austrittsseiten der beiden Kammern 1, 2 ist eine weitere Ventilkombination angeordnet. Diese besteht aus zwei parallel liegenden, paarweise gegensinnig wirkenden Rückschlagventilen 13, 14 bzw. 15, 16 und einer Verbindungsleitung 17 mit einem Drosselventil 18, über die zwischen dem Rückschlagventilen 13, 14 bzw. 15, 16 eines jeden Paares angeordnete Verbindungsleitungen 19, 20 miteinander verbunden sind.
In dem dargestellten Betriebszyklus kann die gereinigte und entfeuchtete Luft über das offene Rückschlagventil 13 zu einem Verbraucher gelangen, in diesem Fall über einen Speicher 21, und ein Drosselventil 22. Außerdem kann die Luft über das Drosselventil 18 und das offene Rückschlagventil 16 zu der anderen Kammer 2 gelangen. Das Drosselventil 18 bewirkt dabei eine Aufteilung des entfeuchteten und gereinigten Mediums in einen Hauptstrom, der dem Speicher 21 zugeführt wird, und einen Teilstrom, der der Kammer 2 zugeführt wird. Der der Kammer 2 zugeführte Teilstrom der gereinigten und entfeuchteten Luft ist in der Zeichnung durch kleine leere Kreise dargestellt. Die entfeuchtete und gereinigte Luft wird beim Passieren des Trockenmittels 4 mit Feuchtigkeit beladen, was graphisch dadurch deutlich gemacht ist, dass die Kreise an der Austrittsseite der Kammer 2 gefüllt sind. Über das Ventil 9 und das Drosselventil 11 gelangt die dann mit Feuchtigkeit beladene Luft über eine Ausblasleitung 2a zu der Ausblasdüse 6.
KN/be 030035 O Eine Besonderheit bei der Erfindung besteht nun darin, dass in dem dargestellten Betriebszyklus die zu entfeuchtende und zu reinigende Luft vor dem Passieren des Trockenmittels 3 das integrierte Vorfilter 6 und nach dem Trocknen das integrierte Nachfilter 7 passiert. Dabei werden Feststoffpartikel sowohl am Vorfilter 5 als auch am Nachfilter 7 zurückgehalten. Am Vorfilter 5 werden allerdings auch Öltröpfchen und Wassertröpfchen zurückgehalten. In der ersten Phase der Adsorption kommt es sogar zu einer Kondensation der in der Luft enthaltenden Feuchtigkeit am Vorfilter 5, weil dieser Vorfilter 5 kühler als die unter Druck zugeführte zu entfeuchtende Luft ist. Dieser Effekt beruht darauf, dass nach dem Umschalten beispielsweise der Kammer 1 von Adsorption auf Regeneration die in der Kammer 1 zunächst unter Druck stehende Luft durch schnelles Öffnen des Umschaltventils 11 zur Ausblasleitung la und zur Ausblasdüse 10 die Luft in der Kammer 1 entspannt wird, was mit einer starken Abkühlung verbunden ist. Da die Luft dabei das Vorfilter 5 umgekehrt durchströmt, kühlt sie dieses ab, so dass es in der nächsten Phase der Adsorption kühler ist als die unter Druck zugeführte, zu entfeuchtende Luft. Es kommt also zu einer Kondensation der feuchten Luft an dem Vorfilter 5. Das bedeutet eine Entlastung des Trockenmittels 3. Ein weiterer Effekt ist mit der schlagartigen Entspannung der Luft in der Kammer 1 infolge der Umschaltung der Kammer 1 von Adsorption auf Regeneration verbunden. Die ausströmende Luft reißt nämlich Schmutzpartikel aus dem Nachfilter 7 und dem Vorfilter 6 mit und befördert sie in die Atmosphäre.
KN/be 030035WO

Claims

P A T E NT A N S P R Ü C H E
1. Kaltregenierter Adsorptionstrockner, dem über ein Vorfilter (5, 6) verunreinigte, feuchte Druckluft zu- und von dem sie getrocknet ab- und einem Verbraucher zuführbar ist, mit mindestens zwei mit einem Trockenmittel (3, 4) gefüllten Kammern (1, 2), die mittels einer ein- und ausgangsseitigen Ventilsteuerung
(9, 13, 14, 15, 16, 18) im Wechsel von Adsorption auf Regeneration umschaltbar sind, wobei die jeweils auf Regeneration geschaltete Kammer (1, 2) über eine Ausblasleitung (la, 2a) , die von unterhalb des Trockenmittels (3, 4) ausgeht, druckentlastbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kammern (1, 2) unterhalb des Trockenmittels (3, 4) als Vorfilter (5, 6) und oberhalb des Trockenmittels (3, 4) als Nachfilter
(7, 8) jeweils ein sich über den gesamten Querschnitt jeder Kammer (1, 2) erstreckendes, luftdurchlässiges Paket aus einem Verbund von Fasern, Fäden und/oder Draht integriert ist, wobei das Trockenmittel zwischen dem Vorfilter (5, 6) und dem Nachfilter (7, 8) festgelegt ist.
2. Adsorptionstrockner nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Trockenmittel zwischen dem Vorfilter (5, 6) und dem Nachfilter (7, 8) verpresst ist .
KN/be 030035WO
3. Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, dass Fäden- oder Drahtpaket ein Gewebe, Gestricke, Gewirke oder Geflecht ist.
4. Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 - 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Paket eine in Strömungsrichtung bei der Adsorption zunehmend feinere Porosität hat.
5. Adsorptionstrockner nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Fäden- oder Drahtpaket (5 - 8) aus mehreren Lagen verschiedener Porosität besteht .
6. Adsorptionstrockner nach einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fäden- oder Drahtpaket (5 - 8) mindestens des Vorfilters (5, 6) ein adsorptionsfähiges Material umfasst.
KN/be 030035WO
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