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Vorrichtung zum Trocknen von Luft od. dgl.
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Es gibt eine Vielzahl von Fällen, in denen es erforderlich ist, Luft
oder Gase vollkommen zu trocknen. Wo beispielsweise wasserdampfhaltige Luft bei
der Warmbehandlung von Schnellstählen verwendet werden soll, ist es unbedingt erforderlich,
daß die Luft frei von spürbarer Feuchtigkeit ist, da sonst der bei den hohen Temperaturen
auftretende Sauerstoff die zu behandelnden Gegenstände angreifen würde.
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Normalerweise ist es üblich, Luft oder Gase dadurch zu trocknen,
daß man sie durch eine Trockenkammer führt, in der sich ein Trockenmittel befindet,
das dem Gasstrom die Feuchtigkeit entzieht, so daß dieser praktisch getrocknet ist,
bevor er zu seiner Verwendungsstelle, beispielsweise zu einem Härteofen, gelangt.
Auf Grund verschiedener Einflüsse, wie der Strömungsgeschwindigkeit der Luft, dem
Feuchtigkeitsgehalt derselben und der Größe und der Temperatur der Trockenkammer,
erreicht das Trockenmittel nach unterschiedlicher Zeit seinen Sättigungszustand,
bei dem es reaktiviert werden muß, indem man ihm die aufgesaugte Feuchtigkeit wieder
entzieht. Unterläßt man diese Reaktivierung, so ist das Trockenmittel nicht mehr
in der Lage, weitere Feuchtigkeit aus den durchströmenden Gasen aufzunehmen, wodurch
es vollkommen unwirksam wird.
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Es ist ein bekannte Tatsache, daß Trockenmittel bei verhältnismäßig
hohen Temperaturen keine Feuchtigkeit aufnehmen oder halten Deshalb kann das Reaktivieren
durch Erwärmen der Trockenkammer erreicht werden, wodurch die aufgenommene Feuchtigkeit
aus ihm herausgetrieben wird. Die herausgetriebene Feuchtigkeit wird dann durch
einen gesteuerten Gasstrom abgeführt. Nachdem dies geschehen und die Kammer wieder
abgekühlt ist, ist das Trockenmittel wieder voll wirksam, also vollständig reaktiviert.
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Das Problem bei der vorstehend beschriebenen Reaktivierung besteht
darin, daß Trockenmittel grundsätzlich schlechte Wärmeleiter sind. Es hat sich daher
als äußerst schwierig erwiesen, das Trockenmittel innerhalb angemessener Zeit wirksam
und gleichmäßig zu erwärmen. Außerdem muß das Trockenmittel, nachdem es einmal gleichmäßig
erwärmt und von seinem Feuchtigkeitsgehalt befreit worden ist, vor seiner Wiederverwendung
abgekühlt werden. In diesem Falle erweist sich die geringe Wärmeleitfähigkeit als
nachteilig für eine schnelle und wirksame Abkühlung.
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Es ist bereits eine Anlage zum Trocknen und Reinigen von Gasen oder
Flüssigkeiten bekannt, bei der die zu behandelnden und die der Reaktivierung
dienenden
Stoffe nacheinander durch zwei ein Trockenmittel und Heizspiralen aufweisende Trockenkammern
geleitet werden, deren Einlaßöffnungen über ein Zweiwegeventil mit dem Zuleitungsrohr
für die zu trocknende Luft verbunden sind. Bei dieser bekannten Anlage sind die
Heizspiralen rohrförmig ausgebildet, so daß sie einmal zur Erwärmung des Trockenmittels
als Heizwiderstände und zum anderen als Rohrschlangen zum Abkühlen verwendet werden
können.
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Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Trocknen
von Luft od. dgl. zu schaffen, die so ausgebildet ist, daß die-Wiederherstellung
ihrer Wirksamkeit innerhalb einer angemes senen Zeitdauer ohne die Verwendung von
kostspieligen und komplizierten Zusatzgeräten, wie etwa Gebläse, Wärmeaustauscher
od. dgl., möglich ist. Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sollen vor allem der
Aufheiz- und insbesondere der Abkühlvorgang in der bekannten Anlage beschleunigt
werden.
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Weiterhin soll in der vorgeschlagenen Vorrichtung die Trockenkammer
so ausgebildet sein, daß sie sich rasch abkühlen läßt, nachdem; sie beim Reaktivierungsvorgang
erhitzt worden ist.
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Darüber hinaus soll diese Vorrichtung mit neuen und verbesserten
Einrichtungen zum Steuern des Durchflusses von Reinigungsgas durch die Trockenkammer
beim Reaktivieren derselben ausgestattet sein.
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Schließlich soll die vorgeschlagene Vorrichtung in einfacher und
wirtschaftlicher, tArt und Weise her stellbar und leicht zu bedienen; sein und einen
wirksamen Betrieb gewährleisten.
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Zu diesem Zweck wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, an der Einlaßseite;
der Kammern Entlüftungsventile
anzubringen und in den Auslaßrohren
Rückschlagventile, die in Gegenrichtung einen Teil des gesperrten Luftstromes durchlassen,
vorzusehen.
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Zweckmäßigerweise besteht das Rückschlagventil hierbei aus einer
in einer Richtung verschwenkbaren Platte, die eine kleine Öffnung besitzt.
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Obwohl in der nachstehenden Beschreibung der Zeichnung in erster
Linie davon gesprochen wird, daß die Vorrichtung zum Entfernen von Feuchtigkeit
aus wasserdampfhaltiger Luft für Warmbehandlung in Öfen od. dgl. bestimmt ist, kann
sie auch in Fällen verwendet werden, in denen andere Aufgaben zu lösen sind. Beispielsweise
können CO.> und H. O aus Stickstoff entfernt werden, um einen trockenen Stickstoff
zu erzielen.
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In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Vorrichtung gemäß
der Erfindung dargestellt, und zwar zeigt Fig. 1 eine schematische Ansicht der gesamten
Vorrichtung, F i g. 2 einen Längsschnitt in vergrößertem Maßstab durch eine Trockenkammer,
Fig. 3 einen Querschnitt zu F i g. 2, Fig. 4 eine teilweise geschnittene schaubildliche
Ansicht eines Rückschlagventils in vergrößertem Maßstab.
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Die zu trocknende Luft bzw. das Gas strömt durch eine Leitung 10
in eine Leitung 12, an deren gegenüberliegenden Enden zwei gleiche Trockenkammern
14 und 16 angeschlossen sind. In die Leitung 12 ist ein Zweiwegeventil 18 eingebaut,
das den Luftstrom stets nur zu einer der beiden Kammern 14 und 16 leitet. Wenn sich
das Ventil 18 in der durch ausgezogene Linien angedeuteten Lage befindet, wird der
Luftstrom zur Kammer 14 geleitet, und die Leitung der Kammer 16 ist gesperrt. Wenn
sich hingegen das Ventil in der durch gestrichelte Linien angedeuteten Lage befindet,
strömt die Luft zur Kammer 16. An den unteren Enden der Kammern 14 und 16 sind Entlüftungsvorrichtungen
20 und 22, beispielsweise Entlüftungsventile, angeordnet.
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Nach dem Durchströmen der Kammer 14 bzw. 16 wird die Luft durch eine
Leitung 24 in eine Leitung 26 weitergeführt, welche mit einem Sicherheitsventil
28 versehen ist. In die Leitung 24 sind besonders ausgeführte Rückschlagventile
30 in der Nähe der beiden Trockenkammern eingebaut.
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Die Trockenkammer 14 und ebenso natürlich die Kammer 16 besteht aus
einem rechteckigen Gehäuse mit einer Vorderwand 32, einer Rückwand 34, Seitenwänden
36 und 38, einem Deckel40 und einem Boden 42. Um ein schnelles Einfüllen und Entleeren
des in ihr verwendeten Trockenmittels zu ermöglichten. ist der Deckel 40 mit zwei
zu öffnenden Verschlüssen 44 versehen. Um zu gewährleisten, daß die Kammer beim
Gebrauch in ihrer ordnungsgemäßen aufrechten Lage bleibt, sind beispielsweise Konsolen
46 an ihrem unteren Ende vorgesehen.
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Die Kammer 14 weist eine Einlaßöffnung 48 auf, in die die Leitung
12 hineinragt (Fig. 2). Wenn die Kammern in der in Fig. 1 dargestellten Weise aufgestellt
sind, befindet sich die Einlaßöffnung 48 in der inneren Seitenwand 36, während an
die äußere Seitenwand 38 das Entlüftungsventil 20 oder 22 etwa gleichachsig mit
der Leitung 12 angeschlossen ist.
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Dieses Entlüftungsventil wird betätigt, um das Reinigen der Trockenkammer
zu gestatten.
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Die Leitung 12 ist zweckmäßig an ihrem in der Kammer liegenden Ende
geschlossen und mit einer nach abwärts gerichteten Durchflußöffnung 52 versehen,
so daß der Durchfluß der zu trocknenden Luft abwärts gegen den Boden 42 gerichtet
ist, von dem sie nach oben durch das Trockenmittel hindurch zurückgeworfen wird.
Dadurch wird eine bessere Verteilung der Luft bzw. des Gases erzielt.
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In einem geringen Abstand oberhalb der Leitung 12 ist parallel zum
Boden 42 eine siebartige Trennwand 54 vorgesehen, die beispielsweise an Konsolen
56 befestigt ist. Diese Trennwand 54 dient dazu, das Trockenmittel 58, mit dem die
Kammer angefüllt ist, von deren Boden fernzuhalten und gleichzeitig den Durchtritt
der Luft nach oben durch das Trockenmittel zu gestatten. Das Trockenmittel 58 besteht
aus einem Werkstoff, der die Fähigkeit besitzt, gewisse Bestandteile, wie Feuchtigkeit,
aus einem Luft- oder Gasstrom aufzunehmen. Beispiele für Trockenmittel, die üblicherweise
verwendet werden, sind aktivierte Tonerde, Kieselsäuregel und Molekularsiebe. Letztere
sind zu bevorzugen, da sie eine größere Aufnahmefähigkeit besitzen und in der Lage
sind, auch bei höheren Temperaturen Feuchtigkeit aufzunehmen.
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Quer zur Trockenkammer 14 oder 16 ist von der Seitenwand 36 zur Seitenwand
38 eine Mehrzahl von im Abstand senkrecht übereinander angeordneten und miteinander
ausgerichteten Rohren 60 mit offenen Enden vorgesehen, durch die Heizspiralen 62
geführt sind. Auf jedem Rohr 60 ist eine Mehrzahl von Wärmestrahlungsrippen 64 in
beliebiger Weise befestigt, und zwar sind diese Rippen in kurzen Abständen nebeneinander
angebracht und besitzen eine derartige Ausdehnung, daß sie praktisch die gesamte
Breite der Trockenkammern ausfüllen (s. insbesondere F i g. 3). Durch diese besondere
Anordnung ist die Möglichkeit geschaffen, die gesamte Masse des Trockenmittels schnell,
gleichmäßig und wirksam zu erwärmen. Da die Rohre 60 an ihren Enden offen sind,
wird durch Luftzirkulation in ihnen die Möglichkeit geschaffen, das Trockenmittel
schneller abzukühlen, nachdem der Erwärmungsvorgang abgeschlossen ist. Obwohl also
die Rohre 60 mit den offenen Enden an sich eine verhältnismäßig ungünstige Heizvorrichtung
darstellen, hat man doch festgestellt, daß durch die Zufuhr entsprechender Energie
zur Heizspirale 62 genug Wärme erzeugt wird, um das Trockenmittel 58 zu reaktivieren,
insbesondere im Hinblick auf die wirksame Verteilung der Wärme, die durch die Rippen
64 und deren besondere Anordnung erzielt wird. Gleichzeitig entsteht aus der ungünstigen
Wirkung des Heizsystems ein entschiedener Vorteil für das Abkühlen der Kammern,
und dies stellt einen wichtigen Punkt dar, da das Trockenmittel nach seiner Reaktivierung
erst dann wieder wirksam werden kann, wenn es abgekühlt ist. Die Abkühlzeit ist
aber bei den bekannten Vorrichtungen wegen der geringen Wärmeleitfähigkeit des Trockenmittels
erheblich lang. Durch die Möglichkeit, den Kühlvorgang zu beschleunigen, erhält
man eine leistungsfähige Vorrichtung.
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Der Spiegel des Trockenmittels 58 liegt etwas unter den Oberkanten
der oberen Reihe der Strahlungsrippen 64. Dadurch wird gewährleistet, daß das nach
unten durch die Kammern geführte Reinigungsgas etwas vorgewärmt wird, bevor es mit
dem Trockenmittel in Berührung kommt.
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Am oberen Ende der Kammern 14 und 16 ist an der inneren Seitenwand
36 eine Öffnung 66 zur Aufnahme der Leitung 24 vorgesehen. Diese Leitung 24 weist
eine abwärts gerichteten Öffnung 68 am inneren Ende zum Einströmen der nunmehr getrockneten
Luft auf, um diese nach außen durch das Rückschlagventil 30 (F i g. 4) in die Leitung
26 zu führen.
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Das Rückschlagventil 30 ist mit einer schwenkbaren Platte 70 versehen,
die sich öffnet, um den freien Durchfluß in einer Richtung zu gestatten, die jedoch
den Durchfluß in der entgegengesetzten Richtung im wesentlichen verhindert. Die
Platte 70 ist aber mit einer kleinen Öffnung 72 versehen, um einen gesteuerten Durchfluß
in dieser entgegengesetzten Richtung zu gestatten. Somit gestatten die Rückschlagventile
30 in der Leitung 24 einen freien und ungehinderten Durchfluß der getrockneten Luft
aus den Kammern 14 und 16 in die Leitung 24 und einen geringen gesteuerten Durchfluß
von Luft in die Kammern aus der Leitung 24 während des Reaktivierungsvorganges.
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Wenn das Trockenmittel in beiden Kammern 14 und 16 reaktiviert ist,
geht der Betrieb folgendermaßen vor sich: Zunächst sind beide Entlüftungsventile
20 und 22 geschlossen, und das Ventil 18 wird in die in Fig. 1 durch ausgezogene
Linien angedeutete Lage gebracht, worauf die zu trocknende Luft vollständig durch
die Leitung 12 und die Öffnung 52 in die Kammer 14 geleitet wird. Die Luft wird
dann vom Boden 42 aus nach oben durch die siebartige Trennwand 54 hindurch und durch
das Trockenmittel 58 geleitet. Beim Durchtritt der Luft nach oben wird die in ihr
enthaltene Feuchtigkeit durch das Trockenmittel aufgenommen, so daß sie, wenn sie
die Austrittsöffnung 68 in der Leitung 24 erreicht, praktisch frei von Feuchtigkeit
ist. Sie strömt dann außerhalb, er Kammer durch die Leitung 24, das Rückschlagventil
30 und die Leitung 26 zu ihrer Verwendungsstelle.
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Die Kammerl4 ist in dieser Phase des Arbeitsganges gekühlt oder besitzt
mindestens die Temperatur des sie umgebenden Raumes.
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Wenn das Trockenmittel 58 in der Kammer 14 mit Feuchtigkeit gesättigt
ist, wird das Ventil 18 in die durch strichpunktierte Linien angedeutete Lage bewegt,
so daß die eingeführte Luft nur zur Kammer 16 geleitet wird. Gleichzeitig wird das
Entlüftungsventil 20 der Kammer 14 geöffnet, und die Heizspiralen 62 dieser Kammer
werden eingeschaltet.
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Durch das Einschalten der Heizspiralen 62 werden die Rohre 60 und
die betreffenden Strahlungsrippen 64 erwärmt, wodurch das Trockenmittel 58 schnell
und gleichmäßig erwärmt wird. Inzwischen sinkt durch das Öffnen des Entlüftungsventils
20 der Druck in der Kammer 14 ab, wodurch eine kleine Menge der in der Kammer 16
getrockneten Luft in umgekehrter Richtung durch die Kammer 14 strömt, um die Feuchtigkeit
aus derselben herauszurücken, die durch die Erwärmung aus ihrem Trockenmittel abgesondert
worden ist. Da dieser Zufluß von Reinigungsgas zur Kammerl4 durch die Öffnung72
in der Platte 70 des Rückschlagventils 30 dieser Kammer bedingt ist, kann die Geschwindigkeit
dieses Rückstromes leicht durch Verändern der Größe der Öffnung 72 reguliert werden.
Durch die Verwendung dieses besonderen abgeänderten Rückschlagventils wird ein einfaches
und wirkungsvolles Verfahren zum Steuern des Rückstromes von Reinigungsgas ge-
schaffen,
und es entfällt die Notwendigkeit, komplizierte Drosselventile od. dgl. zu verwenden.
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Nachdem die Kammer 14 vollkommen reaktiviert ist, ihr Trockenmittel
also praktisch keine Feuchtigkeit mehr enthält, wird der Heizstrom ausgeschaltet
und das Entlüftungsventil 20 geschlossen. Der Heizstromkreis und die Entlüftungsventile
können auch miteinander gekoppelt werden, so daß die Ventile sich selbsttätig öffnen,
wenn die entsprechenden Heizspiralen 62 eingeschaltet werden, und sich wieder schließen,
wenn letztere ausgeschaltet werden.
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Dies kann in einfacher Weise dadurch geschehen, daß das Öffnen und
Schließen der Ventile durch Elektromagnete hervorgerufen wird, die durch den Heizstromkreis
gesteuert werden. Ebenso können natürlich die Entlüftungsventile einfach von Hand
betätigt werden.
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Sobald das Trockenmittel in der Kammer 14 reaktiviert und das Entlüftungsventil
20 geschlossen ist, tritt der in der Kammer 16 getrocknete Luftstrom vollständig
durch die Leitung 26 aus. Ist nun das Trockenmittel in der Kammer 16 mit Feuchtigkeit
gesättigt, so wird das Ventil 18 in die in F i g. 1 mit ausgezogenen Linien dargestellte
Lage zurückgeschwenkt, so daß der Strom der zu trocknenden Luft wiederum durch die
nunmehr reaktivierte Kammer 14 geleitet wird, während gleichzeitig die Reaktivierung
der Kammer 16 in der oben beschriebenen Weise erfolgt. Man erhält also einen vollständigen
Arbeitszyklus, und es wird von der Vorrichtung stets ein gleichmäßiger Strom getrockneter
Luft abgegeben, da der Reaktivierungsvorgang unter normalen Betriebsbedingungen
wesentlich weniger Zeit beansprucht, als das Trockenmittel zum Erreichen seines
Sättigungsgrades braucht.
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Der Durchfluß des Reinigungsgases durch jede der Kammern während
des Reaktivierens des Trockenmittels erfolgt stets in einer Richtung, die derjenigen
entgegengesetzt ist, in der die zu trocknende Luft strömt. Dies ist wesentlich,
da dadurch gewährleistet wird, daß der obere Teil des Trockenmittels besser gereinigt
und getrocknet wird und daß die feuchte Luft, die anschließend aufwärts durch die
Kammer geleitet wird, mit geringerer Wahrscheinlichkeit noch Feuchtigkeit enthält,
wenn sie aus der Kammer austritt. Bei der durch Gegenströmung erfolgenden Reinigung
des Trockenmittels wird bereits getrocknete Luft oder entsprechendes Gas verwendet,
wodurch eine bessere Reinigung und eine wirksame Reaktivierung erzielt wird. Die
Erzielung einer wirksamen Reaktivierung wird dadurch gefördert, daß das Reinigungsgas
durch die Oberkanten der obersten Rippen 64 vorgewärmt wird, bevor es mit dem Trockenmittel
in Berührung tritt. Diese Umstände haben in Verbindung mit der Verbesserten Heiz-
und Kühlvorrichtung zur Schaffung einer sehr wirksamen Trockenvorrichtung geführt.