DE19945095A1 - Arrangement for compressing and drying atmospheric air comprises a compressor and a membrane dryer with a pressurized air channel and a rinsing air channel connected on the inlet side to the air inlet of the compressor - Google Patents
Arrangement for compressing and drying atmospheric air comprises a compressor and a membrane dryer with a pressurized air channel and a rinsing air channel connected on the inlet side to the air inlet of the compressorInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Verdichtung und Trocknung von atmosphärischer Luft, mit einem über einen Lufteinlaß mit der zu verdichtenden Luft beauf schlagbaren Verdichter, insbesondere wassereingespritz ten Rotationsverdichter, und einem Membrantrockner zur Trocknung der mittels des Verdichters erzeugten Druck luft, wobei der Membrantrockner einen von der Druckluft durchströmten Druckluftkanal und einen von dem Druck luftkanal durch eine für Wasserdampf durchlässige Mem bran getrennten Spülluftkanal aufweist. Die Erfindung betrifft weiter ein entsprechendes Verfahren zur Ver dichtung und Trocknung von atmosphärischer Luft.The invention relates to an arrangement for compression and drying atmospheric air, with an over an air inlet with the air to be compressed beatable compressor, especially water injected rotary compressor, and a membrane dryer for Drying the pressure generated by the compressor air, the membrane dryer one of the compressed air flowed through compressed air channel and one of the pressure air duct through a membrane permeable to water vapor has separate purge air duct. The invention further relates to a corresponding method for ver sealing and drying of atmospheric air.
Membrantrockner für feuchte Druckluft werden einem Ver dichter nachgeschaltet, um Wasserschäden am Druckluft- Leitungsnetz und den angeschlossenen Verbrauchern zu vermeiden. Dabei wird üblicherweise ein expandierter Teilstrom der bereits getrockneten Druckluft als Spül luft abgezweigt, um die von der Hochdruckseite durch die Membran diffundierte Feuchtigkeit aufzunehmen und aus dem Gehäuse des Membrantrockners in die Atmosphäre auszuspülen. Als nachteilig hierbei werden die Spül luftverluste und die entsprechenden Energieverluste der Verdichteranlage angesehen. Um den Spülluftbedarf zu verringern, wurde in der EP 0 903 173 A2 bereits vorge schlagen, den Spülluftbedarf an den Verbrauch anzupas sen, indem ein im Spülluftkanal angeordnetes Wegeventil über eine vom Druckluftkanal abzweigende und von einem als Strömungsfühler wirkenden Absperrventil gesteuerte Steuerleitung betätigt wird.Membrane dryers for moist compressed air are used in a ver connected closer to prevent water damage to the compressed air Line network and the connected consumers avoid. This is usually an expanded one Partial flow of the already dried compressed air as a purge air is diverted to by the high pressure side the membrane absorb diffused moisture and from the housing of the membrane dryer into the atmosphere to rinse out. The disadvantage of this is the flushing air losses and the corresponding energy losses of the Compressor plant viewed. To the purge air requirement too reduce, was already featured in EP 0 903 173 A2 suggest adapting the purge air requirement to the consumption sen by a directional valve arranged in the purge air duct via one branching from the compressed air duct and one controlled shut-off valve acting as a flow sensor Control line is operated.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anord nung und ein Verfahren der eingangs genannten Art da hingehend zu verbessern, daß die genannten Nachteile vermieden werden und ein optimales Betriebsverhalten insbesondere hinsichtlich des Wirkungsgrades und der Verschleißfestigkeit der Verdichteranlage erreicht wird.The invention has for its object an arrangement tion and a method of the type mentioned at the beginning to improve that the disadvantages mentioned can be avoided and optimal operating behavior especially in terms of efficiency and Wear resistance of the compressor system reached becomes.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird die im Patentanspruch 1 bzw. 9 angegebene Merkmalskombination vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.To solve this problem is the in claim 1 or 9 specified combination of features proposed. Advantageous refinements and developments of Invention result from the dependent claims.
Der Kern der Erfindung liegt darin, von dem Verdichter angesaugte atmosphärische Luft zugleich als Spülluft zu nutzen. Dementsprechend wird vorgeschlagen, daß der Spülluftkanal eintrittseitig mit der Atmosphäre und austrittseitig mit dem Lufteinlaß des Verdichters ver bunden ist. Damit wird die Drucklufttrocknung ohne Spülluftverluste und ohne zusätzliche Hilfsenergien er möglicht.The essence of the invention lies in the compressor aspirated atmospheric air at the same time as purge air use. Accordingly, it is proposed that the Purge air duct on the inlet side with the atmosphere and on the outlet side with the air inlet of the compressor is bound. So that the compressed air drying without Purge air losses and without additional auxiliary energy possible.
Vorteilhafterweise umfaßt der Membrantrockner ein Ge häuse und ein darin angeordnetes, die Membran bildendes Hohlfaserbündel, wobei der Druckluftkanal im Inneren der Hohlfasern zwischen einem Drucklufteintritt und ei nem Druckluftaustritt des Gehäuses verläuft, und wobei der Spülluftkanal durch den die Hohlfasern umgebenden, einen Spüllufteintritt und einen Spülluftaustritt auf weisenden Gehäuseraum gebildet ist.The membrane dryer advantageously comprises a Ge housing and an arranged therein, forming the membrane Hollow fiber bundle, with the compressed air duct inside the hollow fibers between a compressed air inlet and egg Nem compressed air outlet of the housing, and wherein the purge air channel through the surrounding, the hollow fibers a purge air inlet and a purge air outlet facing housing space is formed.
Zur Kühlung, Schmierung und Abdichtung des Verdichters ist vorteilhafterweise ein Wasserkreislauf zur Ein spritzung von Wasser in den Verdichter vorgesehen. Hier ist es zur Ausnutzung der Luftfeuchte vor allem hin sichtlich der Beherrschung der Wasserqualität des Ein spritzwassers von zusätzlichem Nutzen, wenn eine Trenneinrichtung zur Abtrennung und Einspeisung von in der Spülluft und/oder Druckluft enthaltenem Wasser und gegebenenfalls zur Einspeisung des abgetrennten Wasser anteils in den Wasserkreislauf vorgesehen ist. Die Trenneinrichtung kann durch einen dem Verdichter nach geordneten, von der Druckluft durchströmbaren Absetzbe hälter und einen in einer Druckluftleitung zwischen dem Absetzbehälter und dem Membrantrockner angeordneten Feinabscheider, insbesondere einen über einen Kondensa tableiter in den Wasserkreislauf mündenden Abscheidezy klon realisiert werden. Im Hinblick auf die Wasserrück gewinnung kann eine weitere Verbesserung dadurch er zielt werden, daß in der Druckluftleitung zweckmäßig vor dem Abscheidezyklon eine Nachkühleinheit zum Aus kondensieren von in der Druckluft enthaltener Feuchtig keit angeordnet ist.For cooling, lubricating and sealing the compressor is advantageously a water cycle for one spraying water into the compressor. Here it is mainly to exploit the humidity visibly mastering the water quality of the one splash water of additional use if one Separation device for separating and feeding in the water containing rinsing air and / or compressed air and if necessary for feeding the separated water share is provided in the water cycle. The Separating device can by the compressor ordered, through which the compressed air can flow container and one in a compressed air line between the Settling tank and the membrane dryer arranged Fine separator, especially one via a condenser separator that opens into the water cycle clone can be realized. In terms of water return extraction can further improve it aims to be useful in the compressed air line an aftercooling unit in front of the separating cyclone condense moisture contained in the compressed air speed is arranged.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Er findung ist eine vorzugsweise physikalisch arbeitende Wasserbehandlungseinrichtung vorgesehen, welche im Ein spritzwasser des Verdichters enthaltene Fremdstoffe feinverteilt in der Schwebe hält, bis sie gegebenen falls mit dem erzielten Flüssigkeitsüberschuß aus dem Kreislauf zur Vermeidung von Ablagerungen entfernt wer den. Zu diesem Zweck ist eine Einrichtung zur Begren zung der in dem Wasserkreislauf des Verdichters zirku lierenden Wassermenge durch Ableitung überschüssigen Einspritzwassers vorgesehen.According to a further preferred embodiment of the Er invention is preferably a physically working one Water treatment device provided, which in the one splashes of foreign matter contained in the compressor finely dispersed until it is given if with the excess liquid obtained from the Circulation to avoid deposits who removed the. For this purpose there is a facility to limit the circulation in the water circuit of the compressor excess water by draining Injection water provided.
Zur verfahrensmäßigen Lösung der eingangs genannten Aufgabe wird vorgeschlagen, daß atmosphärische Luft als Spülluft über den Spülluftkanal mittels des Verdichters angesaugt und verdichtet wird. Dabei kann die durch den Spülluftkanal geleitete Spülluft vollständig oder teil weise dem saugseitigen aus der Atmosphäre entnommenen Ansaugvolumenstrom des Verdichters entsprechen.For a procedural solution to the above Task is proposed that atmospheric air as Purge air via the purge air duct using the compressor is sucked in and compressed. The can by The purge air duct guides the purge air completely or partially as the suction side removed from the atmosphere Suction volume flow of the compressor.
Vorteilhafterweise wird die durch den Spülluftkanal hindurch angesaugte Spülluft im Gegenstrom zu der in nerhalb des Druckluftkanals strömenden Druckluft ge führt.The through the purge air channel is advantageous purge air drawn in in counterflow to the in Compressed air flowing within the compressed air duct leads.
Um die Aufnahmefähigkeit für Feuchtigkeit zu erhöhen, ist es von Vorteil, wenn die angesaugte atmosphärische Luft vor Durchströmung des Spülluftkanals vorzugsweise unter Ausnutzung der in der Verdichteranlage anfallen den Abwärme erwärmt wird.To increase moisture absorption, it is beneficial if the aspirated atmospheric Air preferably before flowing through the purge air duct taking advantage of that in the compressor system the waste heat is heated.
Um die Wassermenge innerhalb der Verdichteranlage wäh rend des Betriebs selbsttätig zu ergänzen und zugleich eine Aufkonzentrierung von Fremdstoffen zu verhindern, ist es vorteilhaft, wenn der in der zu verdichtenden Luft enthaltene Wasseranteil bei der Verdichtung und/oder einer nachgeschalteten Luftrückkühlung und/oder Wasserabscheidung zumindest teilweise von der Druckluft getrennt und als Einspritzwasser in den Was serkreislauf des Verdichters eingespeist wird.Select the amount of water inside the compressor system to be added automatically during operation and at the same time to prevent a concentration of foreign substances, it is advantageous if the to be compressed in the Air contains water during compression and / or a downstream air recooling and / or water separation at least partially from the Compressed air separated and used as injection water in the what circuit of the compressor is fed.
Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung in schematischer Weise dargestellten bevor zugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die einzi ge Figur zeigt ein Blockschaltbild einer Anordnung zur Verdichtung und Trocknung von atmosphärischer Luft.In the following the invention is based on one in the Drawing shown schematically before drafted embodiment explained in more detail. The only one Figure shows a block diagram of an arrangement for Compression and drying of atmospheric air.
Die erfindungsgemäße Anordnung umfaßt eine Verdichter anlage 10 zur Verdichtung atmosphärischer Luft sowie einen Membrantrockner 12 zur Trocknung der erzeugten Druckluft. Die Verdichteranlage 10 besteht im wesentli chen aus einem wassereingespritzten Schraubenverdichter 14, einem Wasserkreislauf 16 zur Zirkulation von Ein spritzwasser durch den Schraubenverdichter 14 und eine dem Schraubenverdichter 14 nachgeordnete Trenneinrich tung 18 zur Rückgewinnung von in der Druckluft mitge führtem Wasser.The arrangement according to the invention comprises a compressor system 10 for compressing atmospheric air and a membrane dryer 12 for drying the compressed air generated. The compressor system 10 consists essentially of a water-injected screw compressor 14 , a water circuit 16 for the circulation of a spray water through the screw compressor 14 and a screw compressor 14 downstream separating device 18 for the recovery of water carried in the compressed air.
Der Membrantrockner 12 weist ein Gehäuse 20 und ein darin angeordnetes Hohl- bzw. Membranfaserbündel 22 auf. Die Hohlfasern 22 sind durch eine für Wasserdampf permeable Membran gebildet und verlaufen parallel zu einander zwischen einem Drucklufteintritt 24 und einem Druckluftaustritt 26 als druckfester Druckluftkanal 28 durch das Gehäuse 20. Der die Hohlfasern 22 umgebende Gehäuseraum ist als Spülluftkanal 30 über einen Spül lufteintritt 32 und ein vorgeordnetes Luftfilter 34 mit der umgebenden Atmosphäre verbunden. An einem Spülluft austritt 36 ist der Spülluftkanal 30 über eine Ansaug leitung 38 und ein darin angeordnetes Ansaugregelven til 40 mit dem Lufteinlaß 42 des Schraubenverdichters 14 verbunden.The membrane dryer 12 has a housing 20 and a hollow or membrane fiber bundle 22 arranged therein. The hollow fibers 22 are formed by a membrane which is permeable to water vapor and run parallel to one another between a compressed air inlet 24 and a compressed air outlet 26 as a pressure-resistant compressed air channel 28 through the housing 20 . The housing space surrounding the hollow fibers 22 is connected as a purge air duct 30 via a purge air inlet 32 and an upstream air filter 34 to the surrounding atmosphere. At a purge air outlet 36 , the purge air duct 30 is connected via a suction line 38 and a suction valve 40 arranged therein to the air inlet 42 of the screw compressor 14 .
Die Trenneinrichtung 18 umfaßt zunächst einen dem Schraubenverdichter 14 ausgangsseitig nachgeschalteten Absetzbehälter 44, in welchem das zusammen mit der Druckluft ausgestoßene Einspritzwasser größtenteils aufgefangen und bodenseitig wieder in den Wasserkreis lauf 16 abgegeben wird. Um Fremdstoffe in dem Ein spritzwasser in der Schwebe zu halten, ist in dem Was serkreislauf eine Wasserbehandlungseinrichtung 46 vor gesehen, welche beispielsweise durch eine physikalisch arbeitende Polarisationseinheit gebildet sein kann, wie sie aus der Trinkwasserbehandlung an sich bekannt ist. Ein in dem Wasserkreislauf 16 angeordneter Wasserrück kühler 48 sorgt für eine Rückkühlung des Einspritzwas sers, bevor es zur Kühlung, Abdichtung und Schmierung erneut in den Schraubenverdichter 14 eingespritzt wird.The separator 18 first comprises a screw compressor 14 on the output side downstream settling tank 44 , in which most of the injection water expelled together with the compressed air is collected and discharged back into the water circuit 16 at the bottom. In order to keep foreign substances in the water in suspension, a water treatment device 46 is seen in the water circuit, which can be formed, for example, by a physically operating polarization unit, as is known per se from drinking water treatment. A arranged in the water circuit 16 water recooler 48 ensures recooling of the water injection before it is injected again into the screw compressor 14 for cooling, sealing and lubrication.
Um zusammen mit der Druckluft über die Druckluftleitung 50 ausgetragenes Einspritzwasser zurück zu gewinnen, weist die Trenneinrichtung 18 einen Abscheidezyklon 52 auf. Diesem ist über ein Rückschlagventil 54 ein Feinstfilter 56, in welchem Partikel und Aerosole aus der Druckluft entfernt werden, nachgeordnet. Der Ab scheidezyklon 52 und das Feinstfilter 56 sind über je weils einen Kondensatableiter 58, 60 und eine Konden satrückleitung 62 mit einer Stelle niedrigeren Drucks des Wasserkreislaufs 16, vorzugsweise mit dem Schrau benverdichter 14 verbunden. Grundsätzlich ist es auch möglich, daß in der Druckluftleitung 50 zweckmäßig vor dem Abscheidezyklon 52 eine (nicht gezeigte) Nachkühl einheit angeordnet ist, um Feuchtigkeit aus der Druck luft auszukondensieren.In order to recover injection water discharged via the compressed air line 50 together with the compressed air, the separating device 18 has a separating cyclone 52 . This is followed by a check valve 54, a fine filter 56 , in which particles and aerosols are removed from the compressed air. From the separating cyclone 52 and the ultra-fine filter 56 are each via a steam trap 58 , 60 and a condensate return line 62 with a point lower pressure of the water circuit 16 , preferably connected to the screw compressor 14 . In principle it is also possible that Nachkühl expedient before the cyclone separator 52 (not shown) in the compressed air line 50 is disposed unit, air to condense moisture from the pressure.
Die mittels der Verdichteranlage 10 erzeugte Druckluft durchströmt den Druckluftkanal 28 des Membrantrockners 12 und gibt dabei dampfförmiges Wasser durch die Mem bran in den auf niedrigerem Druck befindlichen Spül luftkanal 30 ab, so daß am Druckluftaustritt 26 eine stark reduzierte relative Feuchte der bereitgestellten Druckluft vorliegt.The compressed air generated by the compressor system 10 flows through the compressed air duct 28 of the membrane dryer 12 and thereby releases vaporous water through the membrane in the flushing air duct 30 located at a lower pressure, so that a greatly reduced relative humidity of the compressed air provided is present at the compressed air outlet 26 .
Um den Spülluftkanal 30 ohne zusätzlichen Energiebedarf zu entfeuchten, wird die zu verdichtende Luft mittels des Schraubenverdichters 14 aus der Atmosphäre über den Spülluftkanal 30 angesaugt und damit zugleich als Spül luft genutzt. Es versteht sich, daß hierbei der Spül luftkanal 30 von der gesamten Ansaugluftmenge des Schraubenverdichters 14 oder aber von einem günstig ge wählten Teilstrom durchströmt werden kann. Die relative Feuchte der angesaugten Luft läßt sich stets erheblich kleiner als 100% halten, wenn die Abwärme der Verdich teranlage zur Erwärmung der Saugluft ausgenutzt wird. Somit ist die angesaugte Luft beim Eintritt in den Spülluftkanal 30 unter allen Betriebs- und Umgebungsbe dingungen genügend aufnahmefähig für die durch die Hohlfasern 22 hindurchtretende Feuchtigkeit.In order to dehumidify the purge air duct 30 without additional energy consumption, the air to be compressed is drawn in from the atmosphere via the purge air duct 30 by means of the screw compressor 14 and thus simultaneously used as purge air. It is understood that the flushing air duct 30 can be flowed through by the entire intake air quantity of the screw compressor 14 or by a favorably selected partial flow. The relative humidity of the intake air can always be kept considerably less than 100% if the waste heat from the compressor system is used to heat the suction air. Thus, the air sucked in entering the scavenging air duct 30 under all operating conditions and Umgebungsbe sufficiently receptive to the light passing through the hollow fibers 22 moisture.
Die mit der Ansaugluft bzw. Spülluft in den Verdichter gelangende Feuchtigkeit wird durch die Verdichtung und gegebenenfalls einen Zwischen- und/oder Nachkühler aus kondensiert und in den Wasserkreislauf 16 eingespeist. Entsprechend dem Feuchtegehalt der atmosphärischen Luft wird somit eine positive Wasserbilanz erzielt, d. h. die Wassermenge innerhalb des Wasserkreislaufs 16 wird wäh rend des Betriebs fortlaufend ergänzt. Damit läßt sich eine Aufkonzentrierung von Fremdstoffen im Einspritz wasser verhindern, indem diese mittels der Wasserbe handlungseinrichtung 46 so lange in der Schwebe gehal ten werden, bis sie zusammen mit dem Überschußwasser über eine Füllstandsregelung 64 und ein Wasserablaßven til 66 nach außen abgegeben werden. Auf diese Weise stellt sich ein günstiger Beharrungszustand sämtlicher Wasserparameter des Wasserkreislaufs 16 ein.The moisture entering the compressor with the intake air or scavenging air is condensed by the compression and, if appropriate, an intercooler and / or aftercooler and fed into the water circuit 16 . According to the moisture content of the atmospheric air, a positive water balance is thus achieved, ie the amount of water within the water circuit 16 is continuously supplemented during operation. This can prevent a concentration of foreign substances in the injection water by th these are treated by means of the Wasserbe treatment device 46 until they are released together with the excess water via a level control 64 and a Wasserablaßven valve 66 to the outside. In this way, a favorable steady state of all water parameters of the water circuit 16 is established .
Das erfindungsgemäße Trocknungsprinzip ist auch bei an deren Verdichtertypen anwendbar, insbesondere bei trocken laufenden, ölgeschmierten oder öleingespritzten Ver dichtern. Die mit der Spülluft in den Verdichter einge tragene Wassermenge wird bei diesen Verdichtern dampf förmig durch den Verdichtungsprozeß geführt und an Zwi schen- und/oder Nachkühlern auskondensiert und abgelei tet.The drying principle according to the invention is also on their types of compressors can be used, especially when dry running, oil-lubricated or oil-injected Ver poet. The one with the purge air in the compressor The amount of water carried by these compressors becomes steam led through the compression process and to Zwi condensed and / or aftercoolers and abei tet.
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