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Die Erfindung betrifft einen Aufbereitungsbehälter für eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines Fluids sowie eine Kartusche und eine Vorrichtung zur Aufbereitung eines Fluids mit zwei Aufbereitungsbehältern als auch ein Verfahren zur Aufbereitung eines Fluids.
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Vorrichtungen zur Trocknung und Filterung eines Fluids sind in verschiedenen Bauformen bekannt. In einer bevorzugten Ausführungsform sind derartige Vorrichtungen als Sorptionstrockner ausgebildet.
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Sorptionstrockner dienen im Allgemeinen dazu, Feuchtigkeit aus einem Fluid und insbesondere einem komprimierten Fluid, wie z.B. Druckluft, zu entfernen. Bei der Erzeugung von Druckluft saugt ein Kompressor Umgebungsluft an und verdichtet diese. Die Verdichtung der angesaugten Umgebungsluft führt zu einer Feuchtigkeitsübersättigung der komprimierten Luft. Ein Teil dieser Feuchtigkeit kondensiert in einem Nachkühler des Kompressors aus und wird über Abscheidesysteme aus dem Druckluftsystem abgeleitet. Die Abkühlung der Druckluft im Rohrleitungssystem zwischen dem Kompressor und dem Verbraucher hat eine weitere Bildung von Kondensat zur Folge. Dies kann in der nachfolgenden Verwendung der Druckluft zu negativen Begleiterscheinungen führen, die einen hohen Wartungsaufwand oder Qualitätseinbußen begründen können. Anwendungen, die hohe Anforderung an die Reinheit der Druckluft stellen, wie beispielsweise Anwendungen in der Lebensmittelindustrie, der Pharmaindustrie oder in der Halbleitertechnik, erfordern daher häufig zusätzliche Anlagen zur Trocknung der komprimierten Luft, die in der Regel zwischen dem Nachkühler des Kompressors und dem Verbrauchernetz in das Druckluftsystem integriert sind. Diese Trocknungsanlagen dienen dazu, die komprimierte Luft nahezu feuchtigkeitsfrei in das Druckluftsystem einzuspeisen.
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Bekannte Sorptionstrockner weisen in der Regel mindestens zwei Behälter auf, in denen Trockenmittel (Sorbens) - häufig in Form einer Schüttung des granulatförmigen Trockenmittels - angeordnet ist. Häufig kommen adsorptive Trockenmittel zum Einsatz, wobei auch absorptive Trockenmittel verwendet werden können. Die beiden Behälter sind durch Leitungen parallel miteinander und jeweils mit dem Einlass des zu trocknenden Fluids und dem Auslass des getrockneten Fluids verbunden. Der Strömungsweg des Fluids wird über Ventile gesteuert. Die Steuerung der Ventile übernimmt eine Steuereinheit. Die Steuerung der Ventile ist dabei so ausgelegt, dass stets ein Behälter von dem zu trocknenden Fluid durchströmt wird. In diesem wird das Fluid getrocknet, indem die darin enthaltene Feuchtigkeit von dem in dem Behälter enthaltenen Trockenmittel gebunden wird. In dieser Phase befindet sich dieser Behälter somit in einer Sorptions- oder Trockenphase. Während der Sorptionsphase des einen Behälters wird der andere Behälter (in der Regel) in entgegengesetzter Richtung von einem Teil des getrockneten Fluides durchströmt, um das während einer vorherigen Sorptionsphase gesättigte Sorbens zu trocknen, d.h. zu regenerieren. Dieser Behälter befindet sich dabei folglich in der Regenerationsphase. Wenn das Sorbens ohne externe Zufuhr von Wärmeenergie, d.h. lediglich durch einen Teilstrom des vorab getrockneten Fluides getrocknet wird, handelt es sich um eine so genannte kalte Regeneration. Nach einer vorgegebenen, von der Belastung des Sorptionstrockners abhängigen Zeitspanne, ist es erforderlich, die Ventile in den Zu- und Ableitungen so umzusteuern, dass derjenige Behälter, der sich bislang in der Sorptionsphase befand, regeneriert wird und der Behälter, der vorher regeneriert wurde, nunmehr zur Trocknung des Fluides verwendet wird.
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Aus dem Stand der Technik ist zudem die warme Regeneration eines Sorbtionstrockners bekannt. Hierbei wird der sich in der Regenerationsphase befindliche Sorptionsbehälter durch Luft regeneriert, die durch Zufuhr externer Energie aufgeheizt wurde. Bei der Luft kann es sich entweder um einen Teilstrom der getrockneten Druckluft handeln oder es kann z.B. auch Umgebungsluft verwendet werden. Zum Aufheizen der Regenerationsluft im Zusammenhang mit der warmen Regeneration werden regelmäßig elektrische Heizvorrichtungen eingesetzt.
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Weiterhin ist es bekannt, derartigen Sorptionstrocknern oder anderen Trocknungsanlagen weitere mit verschiedenen Adsorptionsmitteln oder Katalysatoren wie z.B. Aktivkohle gefüllte Reinigerstufen nachzuschalten, der weitere unerwünschte Bestandteile des getrockneten Fluides, wie beispielsweise Öldampf, herausfiltert. Dabei werden Adsorptionsmittel, die keine Trockenmittel sind, also keine Feuchtigkeit, insbesondere kein Wasser bzw. Wasserdampf aufnehmen, und Katalysatoren als Mittel zum Reinigen verstanden, weil sie weitere unerwünschte Bestandteile des getrockneten Fluids, insbesondere flüssige, dampfartige oder fluidartige Stoffe aus dem Fluid entfernen können. Hiervon unterschieden werden die im Stand der Technik in derartigen Vorrichtungen auch verwendeten Mittel zum Filtern des Fluids, deren Aufgabe es ist, Feststoffe, insbesondere Partikel aus dem Fluid zu entfernen.
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Vor diesem Hintergrund lag der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Aufbereitungsbehälter zu schaffen, der sich besser regenerieren lässt. Insbesondere soll eine bessere Aufbereitung eines Fluids bzw. eine vielfältigere Behandlung des Fluids ermöglicht werden.
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Diese Aufgabe wird durch den Aufbereitungsbehälter gemäß Anspruch 1 oder 2, die Kartusche gemäß Anspruch 8 und die Vorrichtung zur Aufbereitung eines Fluides gemäß Anspruch 9 gelöst sowie das Verfahren gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung wiedergebeben.
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Die Erfindung geht von dem Grundgedanken aus, zwei Heizer vorzusehen, mit denen unterschiedliche Teile des Aufbereitungsmittels erwärmt werden können und/oder mit denen in unterschiedlichen Bereichen des Aufbereitungsbehälters das Fluid erwärmt werden kann und/oder mit denen in unterschiedlichen Bereichen unterschiedliche Temperaturen eingestellt werden können.
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Bei der aus dem Stand der Technik bekannten warmen Regeneration durchströmt die vor dem Eintritt in den Trockenmittelbehälter durch Zufuhr externer Energie aufgeheizte Regenerationsluft in den Trockenmittelbehälter. Die in den Trockenmittelbehälter einströmende, außerhalb des Trockenmittelbehälters erwärmte Luft erwärmt die Teile des Trockenmittels, die sich im Bereich des Fluideinlasses des Trockenmittelbehälters befinden, stärker, als die Teile des Trockenmittels, die in einem dem Fluideinlass entfernteren Bereich des Trockenmittelbehälters angeordnet sind, da das außerhalb des Trockenmittelbehälters erwärmte Fluid durch das Erwärmen des dem Fluideinlass näheren Teils des Trockenmittels abkühlt.
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Indem mit der Erfindung nun Heizer vorgesehen werden, die das Aufbereitungsmittel im Aufbereitungsbehälter unmittelbar wärmen können, besteht die Möglichkeit eines effizienteren Regenerierens des Aufbereitungsmittels. Ferner besteht die Möglichkeit eines Wärmeeintrags in das Aufbereitungsmittel, ohne einen großen Temperaturgradienten über das durch den Aufbereitungsbehälter strömende Fluid einstellen zu müssen. Schließlich besteht die Möglichkeit, das Fluid in einem von Fluideinlass entfernteren Bereich innerhalb des Aufbereitungsbehälters noch einmal zu erwärmen.
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Unter einem Heizer, mit dem ein Teil des Aufbereitungsmittels erwärmt werden kann, wird in einer ersten Ausführungsform ein Heizer verstanden, der das Aufbereitungsmittel unmittelbar erwärmen kann, beispielsweise, wenn Oberflächenabschnitte des Heizers im unmittelbaren Kontakt mit Oberflächenabschnitten des Aufbereitungsmittels stehen oder wenn der Heizer eine Strahlungsquelle ist und das Aufbereitungsmittel dadurch erwärmt wird, dass die vom Heizer ausgestrahlte Strahlung Elemente des Aufbereitungsmittels anregt. Wird als Heizer ein elektrischer Widerstandsdraht genommen und ist es vorgesehen, dass der Widerstandsdraht während des Betriebs glüht, so kann es auch vorgesehen sein, als Teil des Heizers eine Ummantelung des Widerstandsdrahts vorzusehen, der einen unmittelbaren Kontakt des Aufbereitungsmittels mit dem glühenden Widerstandsdraht verhindert. Der Heizer kann auch das Fluid innerhalb des Aufbereitungsbehälters erwärmen, so dass das Aufbereitungsmittel mittelbar durch das von dem Heizer in dem Aufbereitungsbehälter erwärmte Fluid erwärmt und/oder getrocknet wird.
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Unter einer Aufbereitung eines Fluids wird das Entfernen einer Komponente des Fluids verstanden. Die Aufbereitung kann eine Filterung (Filtration) sein, bei der Stoffe, die einen anderen Aggregatzustand als die übrigen Stoffe des Fluids haben, aus dem Fluid entfernt werden, also bei einem im Wesentlichen gasförmigen Fluid Feststoffpartikel oder Flüssigkeitspartikel aus dem im Wesentlichen gasförmigen Fluid entfernt werden, bzw. bei einem im Wesentlichen flüssigen Fluid Feststoffpartikel aus dem im Wesentlichen flüssigen Fluid entfernt werden. Eine Filterung kann insbesondere im Wege der Koaleszenzfiltration, der Partikelfiltration oder der Prozessfiltration erfolgen. Die Aufbereitung kann eine Reinigung sein, bei der ein Entfernen von gas- oder dampfförmigen Bestandteilen aus Gasen erfolgt. Eine Reinigung kann insbesondere bevorzugt im Wege der Adsorption, Absorption, Katalyse oder Kondensation erfolgen. Die Aufbereitung kann eine Trennung sein, bei der ein Entfernen von flüssigen Bestandteilen aus Flüssigkeiten erfolgt. Eine Trennung kann insbesondere bevorzugt eine Membrantrennung, eine Adsorption, eine Sedimentation oder eine Flockung sein.
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Das Aufbereitungsmittel kann beispielsweise eine Schüttung sein und wird in den Zwischenräumen zwischen den Partikeln der Schüttung Fluid aufweisen. Dieses Fluid kann durch den Heizer erwärmt werden, wenn es sich in dem Aufbereitungsbehälter befindet. Es sind zudem Ausführungsformen denkbar, bei denen der Heizer einen Teil der Partikel eines Aufbereitungsmittels durch unmittelbaren Kontakt erwärmt und einen anderen Teil der Partikel des Aufbereitungsmittels mittelbar durch das Erwärmen des zwischen den Partikeln befindlichen Fluides erwärmt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Aufbereitungsmittel eine Schüttung, insbesondere eine Schüttung von granulatförmigem Trockenmittel. Das Aufbereitungsmittel kann ein adsorptives Aufbereitungsmittel, insbesondere ein adsorptives Trockenmittel sein oder auch ein absorptives Aufbereitungsmittel, insbesondere ein absorptives Trockenmittel oder aber auch eine Mischung aus adsorptivem und absorptivem Aufbereitungsmittel. Ferner kann die Schüttung ergänzend oder alternativ andere Elemente, wie beispielsweise Katalysatoren, wie beispielsweise Aktivkohle beinhalten. Das Aufbereitungsmittel kann ein Koaleszenzmedium sein. In einer bevorzugten Ausführungsform eines als Koaleszenzmediums ausgeführten Aufbereitungsmittels ist zudem eine Drainageschicht vorgesehen. Das Aufbereitungsmittel kann für die Wärmetrocknung geeignet sein. Das Aufbereitungsmittel kann auch für die Kältetrocknung geeignet sein. Das Aufbereitungsmittel kann eine Membran sein, beispielsweise für die Membrantrocknung.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Teil des Aufbereitungsmittels in einer ersten Kartusche und der zweite Teil des Aufbereitungsmittels in einer zweiten Kartusche angeordnet, wobei die erste Kartusche und die zweite Kartusche in dem Aufbereitungsbehälter angeordnet sind. Auch sind Ausführungsformen denkbar, bei denen mehr als zwei, insbesondere bevorzugt mehr als drei, mehr als vier oder mehr als fünf Kartuschen in dem Aufbereitungsbehälter angeordnet werden. Es sind Trockenmittelbehälter bekannt, bei denen zur Vereinfachung des Austauschs des Trockenmittels das Trockenmittel in mehreren Kartuschen angeordnet ist. Dies lässt sich auch bei dem erfindungsgemäßen Aufbereitungsbehälter realisieren. Die Kartuschen werden vorzugsweise übereinander gestapelt in dem Aufbereitungsbehälter angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform weist zumindest eine der beiden Kartuschen eine Einlassöffnung auf, durch die Fluid innerhalb des Aufbereitungsbehälters in die Kartusche einströmen und mit dem in der Kartusche angeordneten Aufbereitungsmittel, insbesondere dem Trockenmittel in Kontakt kommen kann. Die zumindest eine der beiden Kartuschen kann zudem eine Fluidaustrittsöffnung aufweisen, aus der Fluid aus der Kartusche austreten kann. Bei dieser Ausführungsform kann ein erster Heizer im Bereich der Einlassöffnung der Kartusche vorgesehen sein und dort das in die Kartusche einströmende Fluid erwärmen, wodurch auch der Teil des Aufbereitungsmittels erwärmt wird, der sich in der ersten Kartusche befindet, nämlich durch den Kontakt mit dem an der Einlassöffnung der Kartusche erwärmten Fluid. Ergänzend und alternativ kann ein Heizer an der Auslassöffnung der Kartusche vorgesehen sein, mit dem aus der Kartusche ausströmendes Fluid erwärmt werden kann. Hierdurch wird der Teil des Aufbereitungsmittels erwärmt, der in der nächsten, nachgeordneten Kartusche angeordnet ist, nämlich durch den Kontakt mit dem beim Ausströmen aus der ersten Kartusche mittels des dort vorgesehenen Heizers erwärmten Fluides, das danach durch eine Eintrittsöffnung der zweiten Kartusche in die zweite Kartusche einströmt.
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Damit werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung möglich. Beispielsweise ist es in einer ersten Ausführungsform möglich, eine erste Kartusche und eine zweite Kartusche zu verwenden, die jeweils eine Einlassöffnung haben, durch die Fluid in die jeweilige Kartusche einströmen kann, und bei denen im Bereich der jeweiligen Einlassöffnung ein Heizer vorgesehen werden kann, der das durch die Einlassöffnung tretende bzw. das durch die Einlassöffnung getretene Fluid erwärmen kann und damit den in der Kartusche befindlichen Teil des Aufbereitungsmittels erwärmen kann. Das in einer bevorzugten Ausführungsform die Kartuschen nacheinander durchströmende Fluid wird somit jeweils im Bereich der Einlassöffnung der jeweiligen Kartusche erwärmt und erwärmt im Zuge der weiteren Durchströmung der Kartusche dann den jeweiligen in der Kartusche befindlichen Teil des Aufbereitungsmittels. Diese Ausführungsform bietet insbesondere den Vorteil, dass alle Kartuschen gleichartig ausgebildet werden können, was die Herstellung der Kartuschen in Großserie erlaubt und auch die Servicearbeiten vereinfacht, da nicht mehr auf eine besondere Reihenfolge der Kartuschen geachtet werden muss.
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Alternativ ist eine Ausführungsform denkbar, bei der die erste Kartusche eine Einlassöffnung aufweist, durch die Fluid in die Kartusche einströmen kann und die im Bereich der Einlassöffnung einen Heizer aufweist, mit dem der in der ersten Kartusche befindliche Teil des Aufbereitungsmittels dadurch erwärmt werden kann, dass das im Bereich der Einlassöffnung erwärmte Fluid mit dem in der Kartusche befindlichen Teil des Aufbereitungsmittels in Kontakt kommt. Ergänzend weist bei dieser Ausführungsform die erste Kartusche eine Auslassöffnung auf und im Bereich der Auslassöffnung einen Heizer, der das aus der ersten Kartusche ausströmende Fluid erwärmt. Die zweite Kartusche ist ohne eigenen Heizer ausgebildet. Der im Bereich der Auslassöffnung der ersten Kartusche befindliche Heizer erwärmt das Fluid beim Austritt aus der ersten Kartusche. Das so erwärmte Fluid tritt durch die Einlassöffnung der zweiten Kartusche in die Kartusche ein und erwärmt dort den dort befindlichen Teil des Aufbereitungsmittels. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil, dass nur ein Teil der Kartuschen mit den für den Heizer zusätzlichen Elementen, insbesondere auch möglicherweise vorzusehenden Stromanschlüssen ausgebildet sein muss, während der zweite Teil der Kartuschen einfach ausgebildet werden kann und beispielsweise keine besonderen Zuleitungen aufweisen muss.
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In einer alternativen Ausführungsform ist es möglich, zwischen der ersten Kartusche und der zweiten Kartusche einen Strömungsbereich innerhalb des Aufbereitungsbehälters vorzusehen, durch den das aus der ersten Kartusche ausgetretene Fluid strömt, bevor es in die zweite Kartusche eintritt. In dieser Ausführungsform kann ein Heizer vorgesehen sein, der das durch diesen Strömungsbereich strömende Fluid erwärmt und damit den Teil des Aufbereitungsmittels mittelbar erwärmt, der in der diesem Strömungsbereich nachgeordneten Kartusche angeordnet ist, in die das erwärmte Fluid eintritt und dort diesen Teil des Aufbereitungsmittels erwärmt.
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In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Heizer ein Element auf, das innerhalb der Kartusche angeordnet ist, insbesondere bevorzugt ein Element, das mit dem Aufbereitungsmittel in der Kartusche in Kontakt steht, beispielsweise ein Heizdraht, der durch Teile des in der Kartusche befindlichen Aufbereitungsmittels geführt wird. Bei dem Einsatz von Kartuschen sind Ausführungsformen denkbar, bei denen der Heizdraht im Bereich einer Einlass- und/oder einer Auslassöffnung der Kartusche vorgesehen ist. Die Einlassöffnung wird durch Ränder begrenzt sein, die in Strömungsrichtung des Fluides eine gewisse Dicke haben werden, die meist von der Wandstärke der Kartusche abhängt, auch wenn es denkbar ist, zur Verstärkung der Einlass- bzw. Auslassöffnung einen die jeweilige Öffnung umgebenden Wulst vorzusehen, der dicker ist als die sonstige Wandstärke der Kartusche. Der Heizdraht kann in einem Bereich angeordnet sein, der von dem Rand umgeben wird, also im Wesentlichen unmittelbar in der Öffnung. Ebenso ist es denkbar, dass der Heizdraht etwas nach innen in die Kartusche hineinverlegt wird und somit Fluid erwärmt, dass bereits durch die Öffnung hindurchgetreten ist. Ebenso ist es denkbar, dass der Draht etwas nach außen verlagert wird, also Fluid erwärmt, unmittelbar bevor es durch die Öffnung eintritt. Gleiches gilt bei umgekehrter Strömungsrichtung für die Auslassöffnung. Zum Schutze des Heizdrahts werden Ausführungsformen bevorzugt, bei denen der Heizdraht entweder unmittelbar in der Öffnung oder etwas in das Innere der Kartusche verlagert ist. Es sind aber auch Umstände, wie beispielsweise besondere Aufbereitungsmittel, die nicht unmittelbar in den Kontakt mit dem Heizdraht gelangen sollen, denkbar, bei denen der Heizdraht bevorzugt unmittelbar in der Einlassöffnung oder etwas nach außen versetzt angeordnet wird. Ebenso sind Bauformen denkbar, bei denen ein Heizer das Aufbereitungsmittel in der Kartusche unmittelbar erwärmt, beispielsweise durch Infrarotstrahlen oder durch Mikrowellenstrahlen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der erste Heizer und/oder der zweite Heizer ein Heizdraht, ein Infrarotstrahler oder ein Mikrowellensender. In einer bevorzugten Ausführungsform sind alle Heizer des erfindungsgemäßen Aufbereitungsbehälters gleichartig ausgeführt. Das vereinfacht die Konstruktion des erfindungsgemäßen Aufbereitungsbehälters.
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Der Einsatz eines Heizdrahts als erfindungsgemäßer Heizer bietet den Vorteil, dass ein solcher Heizdraht in einer bevorzugten Ausführungsform auch als Durchflussmesser verwendet werden kann. Wird der Heizdraht so angeordnet, dass er von Fluid überströmt wird, so wird der Heizdraht in Abhängigkeit des Volumenstroms des Fluides gekühlt. Dadurch ändert sich der Widerstand des Heizdrahts. Diese Widerstandsänderung des Heizdrahts kann verwendet werden, um Rückschlüsse auf den über den Heizdraht geströmten Volumenstrom zu ziehen.
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Der Heizdraht kann auch dafür verwendet werden, die Betriebsstunden eines Aufbereitungsbehälters, in dem der Heizdraht angeordnet ist, oder die Betriebsstunden einer Kartusche an oder in der der Heizdraht angeordnet ist, zu ermitteln.
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Der Einsatz eines Heizdrahts kann auch dazu eingesetzt werden, den Aufbereitungsbehälter, in dem er eingebaut ist, oder die Kartusche, an oder in der der Heizdraht eingebaut ist, zu identifizieren. Beispielsweise kann anstelle der Identifizierung der jeweiligen Kartusche durch einen RFID-Chip eine Identifizierung der jeweiligen Kartusche dadurch möglich werden, dass dem Heizdraht eine von anderen Heizdrähten unterscheidbare Eigenschaft aufgeprägt wird. Die Individualisierung der einzelnen Kartuschen über den Heizdraht bietet den Vorteil, dass Fehlersignale angezeigt werden können, falls in einem Aufbereitungsbehälter falsche Kartuschen eingebaut werden. Das Arbeitsergebnis der in einem Aufbereitungsbehälter eingebauten Kartuschen hängt häufig von der richtigen Reihenfolge der gegebenenfalls unterschiedliche Arten eines Aufbereitungsmittels enthaltenden Kartuschen ab. Sind die Kartuschen über die besondere Gestaltung und identifizierbare Gestaltung ihres jeweiligen Heizdrahts identifizierbar, so kann durch eine Kontrolleinheit abgefragt werden, ob in dem Aufbereitungsbehälter die richtigen Kartuschen und insbesondere die richtige Reihenfolge von Kartuschen verbaut ist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Aufbereitungsbehälter im Wesentlichen als Zylinder ausgebildet, der an einem Ende ein Fluideinlass, durch den Fluid in den Aufbereitungsbehälter einströmt, und am gegenüberliegenden Ende ein Fluidauslass, aus dem Fluid aus dem Aufbereitungsbehälter ausströmt, aufweist.
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In einer bevorzugten Ausführungsform eines als Zylinder ausgebildeten Aufbereitungsbehälters liegt der zweite Bereich in Längsrichtung des Zylinders hinter dem ersten Bereich und/oder der zweite Bereich liegt in einer Radialrichtung des Zylinders weiter von der Mittenachse des Zylinders entfernt als der erste Bereich. Es sind Anwendungen denkbar, bei denen hintereinander angeordnete Teile des Aufbereitungsmittels durch separate Heizer erwärmt werden sollten. Ergänzend oder alternativ kann es zweckmäßig sein, sicherzustellen, dass radial voneinander beabstandete Teile des Aufbereitungsmittels mit separaten Heizern erwärmt werden. Dies bietet insbesondere dann Vorteile, wenn das den Aufbereitungsbehälter durchströmende Fluid nicht hinreichend gleichmäßig über den Strömungsquerschnitt des Aufbereitungsmittels strömt und somit nur die in einem Kernströmungsbereich liegenden Teile des Aufbereitungsmittels erwärmt werden, während außerhalb dieser Kernströmung liegende Bereiche des Aufbereitungsmittels nur geringfügig oder gar nicht erwärmt werden.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Aufbereitung eines Fluides weist zwei Aufbereitungsbehälter auf, von denen zumindest einer, insbesondere bevorzugt beide Aufbereitungsbehälter ein Aufbereitungsbehälter der erfindungsgemäßen Art sind. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Vorrichtung ein Sorptionstrockner. Insbesondere bevorzugt weist die Vorrichtung als Aufbereitungsmittel eine Schüttung, insbesondere bevorzugt von granulatförmigem Aufbereitungsmittel, insbesondere Trockenmittel auf. Insbesondere bevorzugt ist das Aufbereitungsmittel zumindest zu Teilen in einer auswechselbaren Kartusche angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Aufbereitungsmittel adsorptiv, absorptiv oder besteht aus einer Mischung aus adsorptiven oder absorptiven Aufbereitungsmittel.
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Die erfindungsgemäße Kartusche zum Einsatz in einer Vorrichtung zur Aufbereitung eines Fluides weist ein in der Kartusche angeordnetes Aufbereitungsmittel auf sowie einen Heizer, mit dem das in der Kartusche befindliche Aufbereitungsmittel erwärmt werden kann.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Kartusche in einem Aufbereitungsbehälter gemäß der Erfindung verwendet.
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Das erfindungsgemäße Verfahren zur Aufbereitung eines Fluides mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung sieht vor, dass ein Fluid das in einem erfindungsgemäßen Aufbereitungsbehälter befindliche Aufbereitungsmittel durchströmt und dass während das Fluid das Aufbereitungsmittel durchströmt mit dem ersten Heizer ein in einem ersten Bereich des Aufbereitungsbehälters befindlicher erster Teil des Aufbereitungsmittels erwärmt wird und/oder mit dem ersten Heizer in einem ersten Bereich des Aufbereitungsbehälters das Fluid erwärmt wird und/oder mit einem zweiten Heizer ein in einem zweiten Bereich des Aufbereitungsbehälters befindlicher zweiter Teil des Aufbereitungsmittels erwärmt wird und/oder mit dem zweiten Heizer in einem zweiten Bereich des Aufbereitungsbehälters das Fluid erwärmt wird. Das Fluid ist dabei insbesondere bevorzugt ein Regenerationsfluid, das durch den Aufbereitungsbehälter strömt, nachdem zuvor ein aufzubereitendes, beispielsweise ein zu trocknendes Fluid durch den Aufbereitungsbehälter geströmt ist und dabei das Aufbereitungsmittel beladen hat.
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Erfindungsgemäß wurde aber erkannt, dass das Erwärmen des Aufbereitungsmittels nicht nur bei der Regeneration des Aufbereitungsmittels Vorzüge bieten kann. Ferner kann die zum Erwärmen des Aufbereitungsmittels eingebrachte Energie auch dazu verwendet werden, weitere in dem Aufbereitungsbehälter vorgesehene Elemente zu aktivieren bzw. deren Wirksamkeit zu erhöhen. So ist es beispielsweise denkbar, dass das Aufbereitungsmittel als Schüttung vorgehalten wird und als Teil der Schüttung auch Katalysatoren vorgesehen sind, deren Effektivität durch den Eintrag von Wärme erhöht werden kann. Ergänzend oder alternativ kann es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein, dass das Aufbereitungsmittel danach durch ein anderes Fluid durchströmt wird und während das andere Fluid das Aufbereitungsmittel durchströmt, mit dem ersten Heizer ein in einem ersten Bereich des Aufbereitungsbehälters befindlicher erster Teil des Aufbereitungsmittels erwärmt wird und/oder mit einem zweiten Heizer ein in einem zweiten Bereich des Aufbereitungsbehälters befindlicher zweiter Teil des Aufbereitungsmittels erwärmt wird. Bei dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Wärmeeintrag durch die Heizer insbesondere dazu verwendet, um die Regeneration des Aufbereitungsmittels zu verbessern. Das andere Fluid, das durch das Aufbereitungsmittel geleitet wird, kann ein Teil-Fluidstrom eines Fluides sein, das in einem anderen Aufbereitungsbehälter der Vorrichtung getrocknet wurde. Ergänzend oder alternativ kann das andere Fluid beispielsweise Fluid sein, das der Umgebung der Vorrichtung entnommen wurde oder das einem Fluidvorrat entnommen wurde.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren sind Betriebssituationen denkbar, bei dem nur der eine der beiden vorgesehenen Heizer aktiv ist. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Regeneration des Aufbereitungsmittels in dem Aufbereitungsbehälter in verschiedenen Stufen erfolgt und beispielsweise in einer ersten Regenerationsphase, in der das Aufbereitungsmittel noch sehr mit Feuchtigkeit beladen ist, beide Heizer aktiviert werden, während in einer Endphase der Regeneration nur noch einer der Heizer aktiviert ist.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigenden Zeichnung näher erläutert. Darin zeigt:
- 1 eine schematische Schnittansicht eines Trockenmittelbehälters nach einer ersten Ausführungsform der Erfindung.
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1 zeigt einen erfindungsgemäßen Aufbereitungsbehälter in Form eines Trockenmittelbehälters 1 für eine Vorrichtung zum Trocknen eines Fluides. In dem Trockenmittelbehälter sind fünf Kartuschen 2, 3, 4, 5, 6 angeordnet. In der ersten Kartusche 2 ist ein erster Teil 7 des Trockenmittels angeordnet. In der zweiten Kartusche 3 ist ein zweiter Teil 8 des Trockenmittels angeordnet. In der Kartusche 4 ist ein dritter Teil 9 des Trockenmittels angeordnet. In der Kartusche 5 ist ein vierter Teil 10 des Trockenmittels angeordnet und in der Kartusche 6 ein fünfter Teil 11 des Trockenmittels angeordnet.
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Der Trockenmittelbehälter 1 ist im Wesentlichen zylinderförmig ausgebildet und weist einen Kopfteil 12 mit einem Fluideinlass 13 sowie einen Endteil 14 mit einem Fluidauslass 15 auf. Zum Trocknen durchströmt das zu trocknende Fluid den Trockenmittelbehälter 1 vom Fluideinlass 13 zum Fluidauslass 15. Für die Regeneration des in dem Trockenmittelbehälter 1 befindlichen Trockenmittels kann das zur Regeneration eingesetzte Fluid den Trockenmittelbehälter im Gegenstrom durchströmen, also in den Fluidauslass 15 eintreten und aus dem Fluideinlass 13 austreten.
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Die Kartusche 2 weist einen ersten Heizer in Form eines Heizdrahts 16 auf, der die Kartusche 2 durchquert und in Kontakt mit Partikeln des ersten Teils 7 des Trockenmittels steht, der sich in der Kartusche 2 befindet. Der Heizdraht 16 kann durch unmittelbaren Flächenkontakt mit den mit ihm in Kontakt stehenden Partikeln, des Weiteren durch Wärmestrahlung und ferner durch Erwärmen des durch die Kartusche 2 strömenden Fluidstroms, der dann wiederum die Partikel erwärmt, die er umströmt, den in der Kartusche 2 befindlichen ersten Teil 7 des Trockenmittels erwärmen.
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Die Kartusche 3 weist drei Einlassöffnungen 17 auf, durch die Fluid in die Kartusche 3 einströmen kann. Im Bereich der Einlassöffnungen 17 sind als zweiter Heizer des erfindungsgemäßen Trockenmittelbehälters Heizdrähte 18 vorgesehen. Mit den Heizdrähten 18 kann das durch die Eintrittsöffnungen 17 strömende Fluid erwärmt werden und dadurch der zweite Teil 8 des Trockenmittels, der sich in der Kartusche 3 befindet, nämlich dadurch, dass das durch die Heizdrähte 18 erwärmte Fluid über die Partikel des Trockenmittels in der Kartusche 3 strömt.
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Ergänzend und alternativ zu den Heizdrähten 18 kann in einem Strömungsbereich 19, der zwischen der Kartusche 3 und der Kartusche 4 ausgebildet ist, als weiterer Heizer ein Heizdraht 20 vorgesehen sein. Dieser Heizdraht 20 kann Fluid, das aus den Austrittsöffnungen 21 der Kartusche 4 austritt, erwärmen und dadurch den zweiten Teil 8 des Trockenmittels erwärmen, der sich in der Kartusche 3 befindet, nämlich dadurch, dass das durch den Heizdraht 20 erwärmte Fluid in die Kartusche 3 eintritt und das dort befindliche Trocknungsmittel erwärmt.
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Die Kartusche 5 weist Austrittsöffnungen 22 auf. Im Bereich der Austrittsöffnungen 22 sind Heizdrähte 23 vorgesehen, die das durch die Austrittsöffnungen 22 strömende Fluid erwärmen können. Dadurch können die Heizdrähte 23 den dritten Teil 9 des in dem Trockenmittelbehälter befindlichen Trockenmittels erwärmen, indem das von den Heizdrähten 23 erwärmte Fluid in die Kartusche 4 eintritt und das darin befindliche Trockenmittel erwärmt. Bei der Kartusche 6 sind sowohl in den Einlassöffnungen 27 als auch in den Austrittsöffnungen 24 Heizdrähte 25 bzw. 26 vorgesehen. Mit den Heizdrähten 25 kann der fünfte Teil 11 des in dem Trockenmittelbehälters 1 befindlichen Trockenmittels erwärmt werden, nämlich dadurch, dass das durch die Eintrittsöffnungen 27 strömende Fluid von den Heizdrähten 25 erwärmt wird und durch das Überströmen der in der Kartusche 6 befindlichen Trockenmittels dieses erwärmt. Durch die Heizdrähte 26 kann der vierte Teil 10 des in dem Trockenmittelbehälters 1 befindlichen Trockenmittels erwärmt werden, nämlich dadurch, dass das aus den Austrittsöffnungen 24 austretende Fluid durch die Heizdrähte 26 erwärmt wird und in die Kartusche 5 eintritt und das darin befindliche Trockenmittel erwärmt.
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Die in der 1 dargestellten Kartuschen 2, 3, 4, 5, 6 zeigen mögliche Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Kartusche. Sie sind in der 1 allein zu Veranschaulichungszwecken zusammen dargestellt. Ein erfindungsgemäßer Trockenmittelbehälter wird in einer bevorzugten Ausführungsform nur Kartuschen eines gleichen Typs, also beispielsweise nur Kartuschen der anhand der Kartusche 2 erläuterten Art oder nur Kartuschen der anhand der Kartusche 3 erläuterten Art oder nur Kartuschen mit in einem Strömungsbereich zwischen zwei Kartuschen angeordnetem Heizer (vgl. Kartuschen 3 und 4) oder nur Kartuschen der anhand der Kartusche 5 beschriebenen Art oder nur Kartuschen der anhand der Kartusche 6 beschriebenen Art, aufweisen. Ebenso ist es denkbar, dass ein erfindungsgemäßer Trockenmittelbehälter Kartuschen der anhand der Kartusche 6 erläuterten Art im Wechsel mit Kartuschen, die kein Heizelement aufweisen, aufweist.