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Steuereinrichtung für den Spülluftverbrauch bei der
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Regeneration des Adsorptionsmittels in einer Vorrichtung zur Erzeugung
trockener Druckluft Die Erfindung betrifft eine Steuereinrichtung für den Spülluftverbrauch
bei der Regeneration des Adsorptionsmittels in einer Vorrichtung zur Erzeugung trockener
Druckluft, bei welcher die Luftförderung und -verdichtung durch einen Verdichter
erfolgt, der über einen Druckschalter in Abhängigkeit vom Luftdruck in einem Luftvorratsbehälter
- bei stationären Anlagen - an- und abschaltbar und/oder - bei mobilen Anlagen -
über ein druckseitiges Ausblasventil von der Druckleitung trennbar ist und bei welcher
mit dem Abschalten oder Entlasten des Verdichters der Adsorptionsmittelbehälter
entlüftet sowie die Spülluft rückströmend und durch den Adsorptionsmittelbehälter
expandierend ins Freie abgeführt wird.
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Durch die DE-AS 26 23 869 gehört bereits eine Vorrichtung zur Erzeugung
trockener Druckluft zum Stand der Technik, bei welcher die Luftförderung und -verdichtung
durch einen Verdichter erfolgt, der über einen Druckschalter in Abhängigkeit vom
Luftdruck in einen Luftvorratsbehälter an- und abschaltbar oder - bei Dauerbetrieb
- von der Druckleitung zum Luftvorratsbehälter trennbar ist. Bei dieser Vorrichtung
wird mit jedem Abschalten oder Entlasten des Verdichters der Adsorptionsmittelbehälter
entlüftet und dabei die zuvor in einem besonderen Behälter aufgenommene trockene
Druckluft rückströmend als Spülluft in den Adsorptionsmittelbehälter expandiert.
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Hierbei nimmt die Spülluft die am Adsorptionsmittel niedergeschlagene
Feuchtigkeit auf und wird anschließend ins Freie abgeführt.
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Bei dieser bekannten Vorrichtung ist der die als Spülluft dienende
Druckluft aufnehmende Behälter volumensmäßig so groß bemessen, daß die darin nach
jedem Abschalten oder Entlasten des Verdichters gespeicherte Druckluftmenge ausreicht,
um das Adsorptionsmittel auch dann praktisch vollständig zu regenerieren, wenn es
zum Zeitpunkt der Abschaltund oder Entlastens des Verdichters weitestgehend mit
Feuchtigkeit gesättigt ist.
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Nachteilig bei der bekannten Vorrichtung zur Erzeugung trockener Druckluft
ist einerseits, daß sie entweder mit einem relativ großvolumigen Spülluft-Vorratsbehälter
ausgestattet oder aber einem verhältnismäßig klein ausgelegten Spülluft-Vorratsbehälter
ein zusätzlicher Wärmeaustauscher zur Aufheizung der Spülluft zugeordnet werden
muß, damit eine weitestgehende Regeneration des Adsorptionsmittels auch dann gewährleist
bleibt,wenn es beim Abschalten oder Entlasten des Verdichters nahezu vollständig
mit Feuchtigkeit gesättigt ist.Andererseits hat sich aber als nachteilig erwiesen,
daß beim Regenerationsvorgang des Adsorptionsmittels immer die gesamte im Spülluft-Vorratsbehälter
gespeicherte Druckluftmenge verbraucht wird, also auch dann durch den Adsorptionsmittelbehälter
vollständig ins Freie entweicht und zwar auch dann, wenn sie aufgrund eines geringen
Feuchtigkeitsgehaltes im Adsorptionsmittel an sich nur in geringerer Menge benötigt
würde. Hieraus resultiert dann ein beträchtlicher Energieverlust, weil unter Normalbedingungen
während eines Betriebszyklus des Verdichters das -Adsorptionsmittel nur einen weit
unterhalb des Sättigungszustandes liegenden Feuchtigkeitsgehalt erreicht.
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Die Erfindung bezweckt die Vermeidung dieser Nachteile. Es ist ihr
daher das Ziel gesetzt, eine Steuereinrichtung für den Spülluftverbrauch bei der
Regeneration des Adsorptionsmittels in einer Vorrichtung zur Erzeugung trockener
Druckluft zu schaffen die es ermöglicht, die Menge der jeweils verbrauchten Spülluft
auf das unbedingt notwendige Ausmaß zu begrenzen und damit unnötigen Energieverlust
zu vermeiden.
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Die Lösung dieser Aufgabe wird nach der Erfindung im wesentlichen
durch die im Kennzeichnungsteil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale erreicht.
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Dabei ergibt sich der wesentliche Vorteil, daß die zur Regeneration
des Adsorptionsmittels notwendige Druckluftmenge selbsttätig entsprechend dem Feuchtigkeitsgehalt
bzw. dem Trocknungsgrad desselben eingestellt wird.
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Ein besonders einfacher und raumsparender Aufbau der erfindungsgemäßen
Steuereinrichtung läßt sich dabei durch Anwendung der im zweiten Anspruch angegebenen
Maßnahmen verwirklichen.
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Zugleich ergibt sich hierbei der Vorteil, daß die Steuereinrichtung
praktisch verzögerungsfrei arbeitet und nur solange wirksam werden kann, wie der
Verdichter der Vorrichtung zur Erzeugung trockener Druckluft abgeschaltet oder entlastet
ist.
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Nach der Erfindung hat es sich besonders bewährt, die Steuereinrichtung
unter Benutzung der Merkmale des Anspruchs 3 auszulegen und dabei die Maßnahmen
nach Anspruch 4 zu treffen.
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Erfindungsgemäß ist es aber auch möglich, die Steuereinrichtung entweder
nach den Merkmalen des Anspruchs 5 oder denjenigen des Anspruchs 6 auszulegen.
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Eine besonders wesentliche Weiterbildung einer Vorrichtung zur Erzeugung
trockener Druckluft ist auf der Grundlage der im Anspruch 7 angegebenen Merkmale
erreichbar, weil hierdurch der besondere Spülluft-Vorratsbehälter und der diesen
gegebenenfalls zugeordnete Wärmeaustauscher entfallen kann.
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In der Zeichnung ist der Gegenstand der Erfindung in mehreren Ausführungsbeispielen
dargestellt. Hierbei zeigt Fig. 1 in schematischer Darstellung den erfindungswesentlichen
Bereich einer Vorrichtung zur Erzeugung trockener Druckluft mit einer ersten Bauform
der Steuereinrichtung ftir clen SI>ill LuE ttvcrbrauch
Fig. 2
eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung mit einer zweiten Bauform der Steuereinrichtung
für den Spülluftverbrauch, Fig. 3 ebenfalls eine der Fig. 1 entsprechende Darstellung
mit einer dritten Bauform der Steuereinrichtung für den Spülluftverbrauch und Fig.
4 in schematischer Darstellung den erfindungswesentlichen Bereich einer Vorrichtung
zur Erzeugung trockener Druckluft mit einem gegenüber den Fig. 1 bis 3 abgewandelten
Grundaufbau.
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In den Fig. 1 bis 4 ist der einer Vorrichtung zur Erzeugung trockener
Druckluft zugeordneter Adsorber 1 dargestellt, welcher dazu dient, die von einem
Verdichter her durch eine Leitung 2 zugeführte Druckluft zu trocknen. Dabei weist
der Adsorber 1 einen druckfesten Behälter 3 auf, der in zwei hintereinander liegende
Räume 4 und 5 unterteilt ist, von denen der vordere Raum 4 einen Abscheider bildet,
während der hintere Raum mit Adsorptionsmittel 6, beispielsweise Silicagel oder
Tonerde, gefüllt ist. An den hinteren Raum 5 des Behälters 3 schließt sich eine
Leitung 7 an, durch die die getrocknete Druckluft einem Druckluft-Vorratsbehälter
zugeführt wird. In dieser Leitung 7 ist dabei ein Rückhalteventil 8 eingebaut, welches
verhindert, daß im Druckluft-Vorratsbehälter aufgenommene trockene Druckluft bei
Abschaltung des Verdichters in den Behälter 3 zurückströmt.
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Mit dem vorderen, als Abscheider wirkenden Raum 4 des Behälters 3
steht über eine Leitung 9 unter Zwischenschaltung eines Absperrventils 10 ein Magnetventil
11 in Verbindung, dessen Auslaßseite über einen Schalldämpfer 12 ins Freie mündet
und welches über eine elektrische Schalteinrichtung 13 wahlweise geöffnet und geschlossen
werden kann.
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Die elektrische Schalteinrichtung 13 ist dabei einerseits so ausgelegt,
daß sie das Magnetventil 11 geschlossen hält,
solange der Verdichter
angeschaltet ist, während sie das Magnetventil 11 öffnet, sobald der Verdichter
abgeschaltet wird. Andererseits steht die elektrische Schalteinrichtung mit einem
Stromkreis 14 in Verbindung, der nur wirksam werden kann, während der Verdichter
abgeschaltet oder entlastet ist.
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Das An- und Abschalten bzw. Be- und Entlasten des Verdichters erfolgt
dabei über einen Druckschalter, der auf den Luftdruck im Druckluft-Vorratsbehälter
anspricht, derart, daß er beim Unterscheiden eines vorbestimmten Drucknieveaus den
Verdichter anschaltet bzw. belastet, während er beim Uberschreiten eines anderen
Druckniveaus das Abschalten bzw. Entlasten des Verdichters bewirkt.
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Die Verbindung zwischen dem Stromkreis 14 und der elektrischen Schalteinrichtung
13 kann beispielsweise durch einen Schaltkontakt 15 hergestellt und unterbrochen
werden, dessen Schaltstellung vom An- und Abschalten bzw. Be- und Entlasten des
Verdichters bestimmt wird, dergestalt, daß er bei angeschaltetem bzw. belastetem
Verdichter geöffnet und bei abgeschaltetem bzw. entlastetem Verdichter geschlossen
ist.
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Wesentlicher Bestandteil des Stromkreises 14 ist eine Meßstrecke 16,
die innerhalb des Adsorptionsmittels 6 wirksam ist und auf dessen Feuchtigkeitsgehalt
bzw. Trocknungsgrad anspricht. Das heißt, die Meßstrecke 16 bleibt unwirksam, solange
das Adsorptionsmittel 6 trocken ist, sie spricht jedoch an, sobald ein bestimmter,
unterer Feuchtigkeitsgrad des Adsorptionsmittels 6 überschritten wird.
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Die Meßstrecke 16 bildet dabei mit dem Stromkreis 14 und der elektrischen
Schalteinrichtung 13 eine Steuereinrichtung für die Begrenzung des Verbrauchs von
Spülluft, welche für die Regeneration des Adsorptionsmittels 6 benötigt wird.
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Bei den in den Fig.1 bis 3 gezeigten Ausführungsbeispielen einer Vorrichtung
zur Erzeugung trockener Druckluft wird die Spülluft vom Verdichter durch den Adsorber
1 über eine Leitung 17
und ein Rückschlagventil 18 in einem Spülluft-Vorratsbehälter
19 gefördert, und zwar wird sie auf das gleiche Druckniveau gebracht, welches die
trockene Druckluft im Druckluft-Vorratsbehälter hat.
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Nach dem Abschalten bzw. Entlasten des Verdichters strömt dann die
im Spülluft-Vorratsbehälter 19 gespeicherte Spülluft über das Entspannungsventil
20 in den Adsorber 1 zurück und nimmt die Feuchtigkeit aus dem im Raum 5 desselben
befindlichen Adsorptionsmittel 6 auf, bevor sie durch den als Abscheider dienenden
Raum 4 des Adsorbers 1 und das geöffnete Magnetventil 11 ins Freie gelangt.
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Mit sinkendem Feuchtigkeitsgehalt bzw. steigendem Trocknungsgrad des
Adsorptionsmittels 6 verändert sich auch der Zustand der Meßstrecke 16 und zwar
in der Weise, daß diese beim Erreichen eines bestimmten Trocknungsgrades im Adsorptionsmittel
6 über den Stromkreis 14 die elektrische Schalteinrichtung 13 im Schließsinne für
das Magnetventil 11 betätigt. Durch das Schließen des Magnetventils 11 wird dann
der Spülluftverbrauch unterbrochen und demzufolge auf das unbedingt notwendige Maß
begrenzt.
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Wenn anschließend, nach entsprechendem Druckabfall im Druckluft-Vorratsbehälter,
der Verdichter wieder angeschaltet bzw.
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belastet wird, füllt sich auch der Spülluft-Vorratsbehälter 19 wieder
bis zu dem vorbestimmten Druckniveau auf. Während des Verdichterbetriebs bzw. bei
belastetem Verdichter ist dabei der Schaltkontakt 15 im Stromkreis 14 geöffnet,
so daß die Meßstrecke 16 auf die elektrische Schalteinrichtung 13 keinen Einfluß
nehmen kann, und zwar auch dann nicht, wenn der Feuchtigkeitsgehalt im Adsorptionsmittel
6 wieder über die vorgegebene untere Grenze ansteigt bzw. der Trocknungsgrad desselben
sich entsprechend verringert und demzufolge die Meßstrecke 16 wieder in einen Schaltzustand
gelangt, der über die elektrische Schalteinrichtung 13 das öffnen des Magnetventils
11 bewirken würde.
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Die Benutzung der beschriebenen Steuereinrichtung für den Spülluftverbrauch
bei der Regeneration des Adsorptionsmittels in einer Vorrichtung zur Erzeugung trockener
Druckluft nach den Fig. 1 bis 3 hat den Vorteil, daß einerseits Spülluft aus dem
Spülluft-Vorratsbehälter 19 immer nur in der für den Regenerationsvorgang unbedingt
notwendigen Menge entnommen wird und daß andererseits durch den Verdichter auch
nur die jeweils verbrauchte Spülluftmenge in den Spülluft-Vorratsbehälter 19 nachgefördert
werden muß. Infolgedessen kann auch der Druckluft-Vorratsbehälter wieder schneller
und unter Energieeinsparung aufgefüllt werden.
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Bei der in Fig. 1 dargestellten Steuereinrichtung besteht das die
Meßstrecke 16 bildende und über den Stromkreis 14 mit der elektrischen Schalteinrichtung
13 verbundene, feuchtigkeitsempfindliche elektrische Schaltungselement aus einem
ohmschen Widerstand, wobei dieser vorzugsweise als stabförmiger Körper aus einem
solchen Widerstandsmaterial geformt ist, das eine dem Adsorptionsmittel 6 entsprechende
Hygroskopität hat. Dieser ohmsche Widerstand läßt sich dabei problemlos in das Adsorptionsmittel
6 einbetten.
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Beim Ausführungsbeispiel der Steuereinrichtung für den Spülluftverbrauch
nach Fig. 2 wird die Meßstrecke zwischen zwei mit bestimmbarem Abstand voneinander
in das Adsorptionsmaterial 6 eingebetteten Elektroden 21 gebildet, während beim
Ausführungsbeispiel nach Fig. 3 die Meßstrecke 8 zwischen einer in das Adsorptionsmittel
6 eingebetteten Elektrode 22 und dem Mantel des Behälters 3 aufgebaut ist.
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In Fig. 4 ist ein Aufbau für eine Vorrichtung zur Erzeugung trockener
Druckluft dargestellt, welcher sich von demjenigen nach den Fig. 1 bis 3 dadurch
unterscheidet, daß er ohne besonderen Spülluft-Vorratsbehälter 19 arbeitet.
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Um in diesem Falle eine Regeneration des Adsorptionsmittels 6 durch
Rückspülen des Adsorbers 1 mit trockener Druckluft zu
ermöglichen,
ist in die zum Druckluft-Vorratsbehälter führende Leitung 7 ein das Rückhalteventil
8 umgehendes Entspannungsventil 23 eingebaut.Durch dieses Entspannungsventil 23
kann während des einerseits durch das Abschalten bzw. Entlasten des Verdichters
bewirkten und andererseits durch das entsprechende Ansprechen der Meßstrecke 16
begrenzten Öffnungszustandes des Magnetventiles 11 Druckluft, unmittelbar aus dem
Druckluft-Vorratsbehälter rückströmend, als Spülluft durch das Adsorptionsmittel
6 gedrückt werden und dessen Regeneration herbeiführen, bevor sie durch das geöffnete
Magnetventil 11 ins Freie gelangt.
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Bei diesem Aufbau einer Vorrichtung zur Erzeugung trockener Druckluft
ergibt sich der Vorteil, daß der besondere Spülluft-Vorratsbehälter 19 eingespart
wird.
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Abschließend sei noch erwähnt, daß in die Umgehung des Rückhalteventils
8 beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 4 an Stelle des Entspannungsventils 23 auch
ein Magnetventil eingebaut werden kann, welches unmittelbar durch die aus der Meßstrecke
16 und dem Stromkreis 14 bestehende Steuereinrichtung beeinflußt wird.
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Es kann hierdurch eine weitere Verminderung der jeweils benötigten
Spülluftmenge erreicht werden, weil der Rückströmvorgang der Spülluft schon vor
und nicht erst hinter dem Behälter 3 unterbrochen wird, demzufolge eine rückströmende
Auffüllung desselben nicht stattfindet.
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Ein e#ntsprechendes, unmittelbar von der aus Meßstrecke 16 und Stromkreis
14 bestehenden Steuereinrichtung beeinflußtes Magnetventil läßt sich gegebenenfalls
aber auch an Stelle des Entspannungsventils 20 in die Leitung 17 zwischen dem Spülluft-Vorratsbehälter
19 und dem Behälter 3 bei den Ausführungsbeispielen nach den Fig. 1 bis 3 einbauen.
Auch hier tritt dann der Effekt ein, daß eine rückströmende Auffüllung des Behälters
3 nicht mehr auftreten kann, nachdem dieses Magnetventil geschlossen worden ist.
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Zur Erläuterung sei noch erwähnt, daß bei stationär betriebenen Verdichteranlagen
der Verdichterantrieb in Abhängigkeit vom Füllgrad des Luftvorratsbehälters an-
und abgeschaltet wird.
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Im Gegensatz hierzu wird bei mobilen Verdichteranlagen, wie sie z.B.
bei Bahnen, Bussen und Lastkraftwagen, für Bremsanlagen benötigt werden, der Verdichter
mit dem Fahrzeugmotor fest gekuppelt und bleibt deshalb während des Fahrzeugbetriebes
dauernd eingeschaltet. Die Förderung in den Luftvorratsbehälter wird in diesem Falle
durch ein besonderes Ausblasventil in der Druckleitung hinter dem Verdichter gesteuert.
Bei Erreichen des Betriebs druckes im Luftvorratsbehälter wird dabei das Ausblasventil
geöffnet und der Verdichter druckseitig entlastet.