DE60003713T2

DE60003713T2 - Verfahren und vorrichtung zur reinigung von luft in einer anlage mit komprimierter luft

Info

Publication number: DE60003713T2
Application number: DE60003713T
Authority: DE
Inventors: Mats Olsson; Mats-Orjan Pogen
Original assignee: Haldex Brake Products AB
Current assignee: Haldex Brake Products AB
Priority date: 1999-10-14
Filing date: 2000-10-12
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2020-10-13
Also published as: WO2001026783A1; US20020194991A1; JP2003511638A; CN1187111C; DE60003713D1; AU1068201A; BR0014705A; KR100625509B1; SE9903692L; EP1229991A1; CN1376087A; KR20020059614A; ATE244049T1; JP4652649B2; CA2384007A1; SE9903692D0; US6723154B2; EP1229991B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Reinigung von Luft in einer Druckluftanlage. Sie bezieht sich auch auf eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Hintergrund der Erfindung
Ein Kompressor liefert Luft zu der Druckluftanlage. Diese Luft wird üblicherweise durch einen Lufttrockner geleitet, wo die Luft mittels Trockenmittel oder Molekularsieb getrocknet wird.
Die von dem Kompressor kommende Luft ist jedoch eine Mischung aus Gas, festen Teilchen und flüssigen Teilchen. Die Mischung wird ein Aerosol genannt. Die Größe der Teilchen kann üblicherweise im Bereich von 0,001–15 μm liegen. Die Teilchen können größere Klumpen bilden, so genannte Agglomerate. Größere flüssige Teilchen können mechanisch festgehalten werden.
Einige der Teilchen sind bereits in der Luft, welche in den Kompressor geleitet wird, wohingegen andere im Kompressor hinzugefügt werden, besonders wenn es einer vom Kolben-Typ ist (wo der Luft Schmieröl hinzugefügt wird).
Der Molekularsieb besitzt die Aufgabe, Feuchtigkeit aufzunehmen, und wird zyklisch regeneriert, um diese Feuchtigkeit zu entfernen. Es ist jedoch bekannt, dass jede andere Substanz, welche durch die Luft dort hinein eingeleitet wird, schädlich für seine Funktion ist, so dass es in zeitlichen Abschnitten ausgewechselt werden muss. Außerdem wird die Luft, welche das Molekularsieb verlässt, Substanzen enthalten, welche Probleme und Schäden in der Druckluftanlage verursachen kann, und dieses Problem steigt mit dem Alter des Molekularsiebs.
US 4,770,678 befasst sich mit dem Entfernen von Feuchtigkeit und einer Vielfalt anderer Verunreinigungen von Erdgas. Die Lösung umfasst, zwischen zwei Filtern, eine Vielfalt unterschiedlicher Adsorptionsmaterialien entsprechend den zu entfernenden Verunreinigungen, unter anderen Kiesel- und Molekularsieb.
WO 99/47240 beschreibt ein Luftreinigungssystem für Druckluft, welches in der Lage ist, typische Luftverunreinigungen zu entfernen, welche Probleme bei der Anwendung der Druckluft bewirken könnten oder welche Schaden des Trockenmittels bewirken könnten. Die Druckluft strömt zuerst durch einen Vorfilter und dann durch zwei Trockenmittel unterschiedlicher Qualität, wobei das erste Trockenmittel für die Adsorption von zu Wasser unterschiedlichen Molekülen, beispielsweise Öl, und das Zweite zur Adsorption von Wasser ist.
Die Erfindung
Die Hauptaufgabe der Erfindung ist die Reinigung der Luft zu verbessern, welche zu der Druckluftanlage geleitet wird.
Dies wird gemäß der Erfindung durch das nacheinander Durchleiten der Luft durch die folgenden Medien erreicht:

– einen Vorfilter,
– Kieselgel,
– ein Molekularsieb und
– einen Feinfilter, wie in Ansprüchen 1 und 4 definiert.

Das Verfahren gemäß der Erfindung ist vorzugsweise in Druckluftanlagen für Fahrzeuganwendungen zu verwenden, speziell für schwere Straßenfahrzeuge, aber andere Verwendungen sind ebenso möglich.
Die Zeichnung
Die Erfindung wird nachstehend unter gewissen Bezugnahmen auf die beigefügte Zeichnung weiter beschrieben werden, welche eine Schnittansicht durch einen Lufttrocknereinsatz für Fahrzeuglufttrockner zeigt.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Ein in der Zeichnung gezeigter Einsatz ist hauptsächlich zur herkömmlichen Anordnung in einem Lufttrockner für eine Druckluftanlage in einem schweren Straßenfahrzeug gedacht. Der Einsatz als solcher, der Lufttrockner und die Druckluftanlage sind üblich und bilden an sich keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
Der in der Zeichnung gezeigt Einsatz wird nur sehr kurz beschrieben. Er besitzt ein zylindrisches Gehäuse 1, beispielsweise aus Plastikmaterial hergestellt. Wie jedem Fachmann wohl bekannt ist, muss dieses Einsatzgehäuse 1 auf einem Basiselement (nicht gezeigt) und in einem Kanister (nicht gezeigt) des Lufttrockners angeordnet werden.
Der zylindrische Einsatz ist in zwei Räume – einen zylindrischen Innenraum und einen ringförmigen Außenraum – durch eine zylindrische Trennwand 2 geteilt. Der Innenraum kann ein Volumen besitzen, welches der Hälfte dessen des Außenraums entspricht, wobei andere Größenverhältnisse möglich sind.
In dem Basiselement des Lufttrockners sind Vorkehrung getroffen, um Luft in dem unteren Bereich in die zwei Räume rein und aus den zwei Räumen raus, aber auch in dem oberen Bereich des Einsatzes zwischen die zwei Räume zu lassen.
Druckfedern 3 sind jeweils zwischen einem oberen Ende des Gehäuses 1 und beweglichen Abdeckungen 4 und 5 in dem Außen- bzw. dem Innenraum angebracht. Der Zweck dieser Federn ist, den Inhalt der Räume unter bestimmtem Druck zu halten.
In dem vorliegenden Fall wird zu trocknende Luft in den Einsatz am unteren Ende des Außenraums eingelassen und tritt aus dem Einsatz am unteren Ende des Innenraums aus.
Während dieses Weges durch den Einsatz wird die Luft in diesem Falle durch die folgenden Reinigungs- und Trocknungsmaterialien strömen, was nachstehend weiter beschrieben werden soll:

– ein Vorfilter 6, welcher größere Teilchen, Wasser und Flüssigkeiten vom Durchtritt abhalten soll,
– Kieselgel mit großen Poren 7; dies wird den Durchtritt größerer Kohlenstoffverbindungen und anderer chemischer Verbindungen vermeiden und wird Wasser in flüssiger Form aufnehmen; auch das Molekularsieb (siehe nachstehend) wird gegen chemische Zersetzung geschützt werden,
– Kieselgel mit feinen Poren 8; dies wird den Durchtritt kleinerer Kohlenstoffverbindungen verhindern und wird Wasser in Dampfform aufnehmen; auch das Molekularsieb wird davor geschützt, freiem Wasser ausgesetzt zu sein,
– Trockenmittel oder Molekularsieb 9; entfernt die verbleibende Feuchtigkeit aus der Luft und senkt den Taupunkt maximal ab,
– ein Feinfilter 10, welcher kleine Teilchen aufnimmt, welche in früheren Teilen des Lufttrockners erzeugt werden.

Die zu dem Lufttrockner gelieferte Luft tritt aus einem Kompressor aus. Luft aus Kompressoren, speziell Kolbenkompressoren, ist eine Mischung aus Gas, festen Teilchen und/oder flüssigen Teilchen. Solch eine Mischung wird ein Aerosol genannt.
Die Größe der Teilchen kann typischerweise aber nicht ausschließlich zwischen 0,001 μm und 15 μm variieren. Die Teilchen können in größeren Klumpen zusammengeballt sein.
Die Teilchenkonzentration variiert mit der Teilchengröße und scheint bei einem Maximum von 0,4 μm Teilchen zu liegen. Die höchste bestimmte Teilchenanzahl ist 140.000.000 Teilchen/m³ Luft.
Die Mehrheit der Teilchen sind Kohlenstoffverbindungen, aber es gibt unter anderem auch Schwefel- und Stickstoffteilchen. Zusammen mit Wasser bilden diese Substanzen unterschiedliche chemische Verbindungen, so wie Salpetersäure, schwefelige Säure, Stickstoffverbindungen und eine Anzahl von Kohlenstoffverbindungen. Auch unterschiedliche Arten von Esterverbindungen werden gebildet.
Die Verschmutzungen (die chemischen Verbindungen) greifen das Molekularsieb in dem Einsatz und auch Einzel teile an, welche aus Gummi oder Plastikmaterial in der Druckluftanlage des Fahrzeugs hergestellt sind.
Die Verschmutzungen verstopfen das Molekularsieb und seine Fähigkeit, Feuchtigkeit zu adsorbieren, wird verringert oder gänzlich unmöglich gemacht. Das Molekularsieb wird auch in seine Bestandteile aufgelöst, so dass Staub gebildet wird. Der Staub verstopft wiederum Filter und kann auch die Druckluftanlage erreichen, wo er große und kostspielige Schäden verursachen kann. Verstopfte Filter werden den Druckverlust über das Molekularsieb erhöhen und die Regenerierung schwächen. Das Ergebnis wird eine verkürzte Lebensdauer für sowohl den Molekularsieb wie auch andere Komponenten sein.
Wenn Polymermaterialien den unterschiedlichen chemischen Verbindungen ausgesetzt werden, können sich ihre Eigenschaften drastisch ändern. Die Materialien können sich auflösen, aufquellen, schrumpfen oder sich anderweitig verändern. Das führt zu Undichtigkeit, erhöhter Reibung und teilweiser oder kompletter Fehlfunktion.
Der Vorfilter 6
Der Zweck dieses Filters ist, den direkten Durchtritt großer Teilchen (Agglomerate), freien Wassers und anderer auftretender Flüssigkeiten/Substanzen durch den Filter und das in Kontakt kommen mit dem nachfolgendem Molekularsieb zu verhindern. Ein derzeitig verwendeter Filter besitzt nur begrenzte Effizienz für Teilchen kleiner als 5 μm, aber man arbeitet weiter daran, einen Filter mit Auswirkung auch auf kleinere Teilchen zu entwickeln. Tests haben eine Effizienz von 50% für 5 μm Teilchen gezeigt.
Kieselgel 7 und 8
Kieselgel ist eine poröse, körnige, amorphe Form von Kieselsäure oder Kieselerde und wird durch chemische Reaktion zwischen Schwefelsäure und Natriumsilikat (99,7 Gewichts% SiO₂) synthetisch hergestellt.
Die wichtigen Eigenschaften von Kieselgel sind, dass es chemisch inert, ungiftig und druckfest ist und eine hohe Adsorptionsfähigkeit auf hochpolare Flüssigkeiten, wie zum Beispiel Alkoholen, Estern, Aldehyden, Ketonen und organischen Säuren, besitzt. Kieselgels treten mit Porengrößen von 20–140 Å auf.
Es ist nicht angemessen nur Kieselgel als Trockenmittel zu verwenden, wenn eine gute Trocknungsfähigkeit aufrecht erhalten werden soll. Kieselgel mit feinen Poren besitzt eine relativ gute Wasseradsorptionsfähigkeit, jedoch werden bestimmte Arten komplett aufgelöst, wenn sie freiem Wasser ausgesetzt werden. Andererseits besitzt Kieselgel mit großen Poren einen Sperreffekt, was heißt, dass es ziemlich viel Feuchtigkeit adsorbieren kann und eine relativ hohe Beständigkeit gegen freies Wasser besitzt, wohingegen die Taupunktunterdrückung sehr gering ist. Kieselgel mit großen Poren besitzt theoretisch die Fähigkeit Kohlenwasserstoffverbindungen der Größe C6 und größer zu adsorbieren, wohingegen Kieselgel mit feinen Poren solche Verbindungen der Größe C4-C8 absorbieren kann.
Es fällt schwer, eine exakte Grenze zwischen Kieselgels mit großen und kleinen Poren zu ziehen, jedoch war die Porengröße des Kieselgels mit großen Poren, welches in Praxistests verwendet wurde, 120–130 Å.
Ausgeführte Tests zeigen, dass die Verwendung von Kieselgel mit großen Poren die Anzahl von Kohlenwasser stoffverbindungen verringern kann, die mit der Größe C8-C17 mit etwa 80% und mit der Größe C6-C7 mit etwa 35% den Molekularsieb erreichen, wohingegen Kohlenwasserstoffverbindungen mit Größe geringer als C6 ihn praktisch ohne Reduzierung durchlaufen können.
Tests werden derzeit ausgeführt, um den Effekt von Kieselgel mit feinen Poren zu beurteilen.
Molekularsieb 9
Das verwendete Trockenmittelmaterial oder Molekularsieb kann Zeolit^® sein (jedoch sind Alternativen möglich). Es ist ein kristallines, hoch poröses Material aus Silizium-, Aluminium- und Sauerstoffatomen in Kombination mit Natrium-, Kalium- oder Kalziumionen. Die verwendete Art ist Na₁₂[(AlO₂)₁₂(SiO₂)₁₂]27H₂O. Die Porengröße ist 4 Å und ihre große Fähigkeit ist, Feuchtigkeit zu absorbieren. Die Hauptnachteile eines Molekularsiebs sind, dass es sich durch mechanischen Einfluss in freiem Wasser auflösen kann und dass es durch Kohlenwasserstoffverbindungen chemisch zerstört wird und durch Öle und ähnliches verstopft.
Feinfilter 10
Die Aufgabe des Feinfilters ist, sich um in dem Molekularsieb erzeugte oder vorhandene Teilchen zu kümmern und somit deren Voranschreiten zur Druckluftanlage zu verhindern. Er kann anhand mehreren Materialarten hergestellt werden. In der Praxis wird ein Polyesterfilter verwendet. Wahlweise können Filter aus Polypropylen, Wolle und Viskose verwendet werden. Die Filter können eine Effizienz von mindestens etwa 30% für 0,4 μm Teilchen bei den in dem Einsatz vorkommenden Strömungsraten besitzen.
Modifikationen innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche sind möglich. Beispielsweise kann das Kieselgel mit feinen Poren 8 einen Sammeleffekt für Kohlenstoffverbindungen der Größe C4-C6 auch besitzen, wenn es nach dem Molekularsieb 9 angeordnet wird.

Claims

Ein Verfahren zur Reinigung von Luft in einer Druckluftanlage, wobei die Luft nacheinander durch folgende Medien fließt: einen Vorfilter (6), welcher bezweckt, das Durchlaufen von größeren Partikeln, freiem Wasser und Flüssigkeiten/Substanzen zu verhindern, welcher eine gute Effizienz für größere Partikel, wie zum Beispiel größer als 5 Üm, aber eine begrenzte Effizienz für kleinere Partikel besitzt, Kieselgel (7, 8) mit großen Poren (7) mit einer typischen Porengröße von 120–130 Å, um das Durchlaufen größerer Kohlenstoffverbindungen und anderer chemischer Verbindungen zu verhindern und um Wasser in flüssiger Form aufzunehmen, und mit feinen Poren (8), um das Durchlaufen kleinerer Kohlenstoffverbindungen zu verhindern und Wasser in Dampfform aufzunehmen, ein Molekularsieb (9), und einen Feinfilter (10), welcher bezweckt, in vorhergehenden Medien erzeugte Partikel aufzunehmen, und welcher mittels Polyester oder alternativ mittels Polypropylen, Wolle und Viskose hergestellt wird und eine typische Effizienz von mindestens 30% für 0,4 Üm Partikel besitzt.
Ein Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Molekularsieb (9) in an sich bekannter Weise Zeolit^â ist.
Ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftanlage für Fahrzeuganwendungen verwendet wird.
Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens wie in einem der vorhergehenden Ansprüche definiert, welche einen Einsatz mit einem zylindrischen Gehäuse (1) besitzt, welches mit einer zylindrischen Trennwand (2) ausgestattet ist, welche das Gehäuse in einen ringförmigen Außenraum und einen zylindrischen Innenraum aufteilt, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorfilter (6) und das Kieselgel (7, 8) im Außenraum und das Molekularsieb (9) und der Feinfilter (10) im Innenraum angeordnet sind