CH623749A5 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Erzeugung konditionierter Druckluft für elektrische Schaltzwecke, insbesondere für Hochspannungs-Schaltanlagen, bei dem atmosphärische Luft in einem Kompressor verdichtet und in einer nachgeordneten Sorptionstrocknung die Luftfeuchtigkeit entzogen wird, wobei ein Teil der getrockneten Luft zur Regenerierung des Trockenmittels verwendet wird, und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

In elektrischen Schaltanlagen wird Druckluft hauptsächlich zur Lichtbogenlöschung in Druckluftschaltern und zur mechanischen Betätigung von Schaltgeräten wie Leistungsschalter, Trenner usw. benutzt. Damit die Schaltgeräte einwandfrei funktionieren, muss die Versorgung der Schaltanlage mit sauberer und trockener Luft sichergestellt sein.

Es ist ein Verfahren zur Drucklufterzeugung bekanntgeworden, bei dem die in der atmosphärischen Luft enthaltene Feuchtigkeit durch Verdichten und anschliessendes Abkühlen ausgeschieden wird. Das sich dabei ansammelnde Kondensat, welches teilweise mit dem Schmieröl emulgiert, wird über den einzelnen Verdichterstufen nachgeordnete Entlastungsventile während der Betriebspausen oder nach einer gewissen Laufzeit abgelassen. Weiterhin ist es notwendig, den Speicherbehälter für die Druckluft, der dem Verdichter unmittelbar nachgeschaltet ist, ebenfalls mit einer Entwässerungseinrichtung zu versehen. Das in dem Speicherbehälter anfallende Kondensat muss manuell oder über eine aufwendige Automatik von Zeit 5 zu Zeit abgelassen werden. Der vorgenannte Drucklufterzeuger mit Wasserabscheider und Entlastungseinrichtungen erfordert eine aufwendige Technik, die sehr wartungsintensiv ist: Schmutzbildung durch Verharzung der Wasser-Öl-Emulsion, Korrosionsbeanspruchung der Ventile und der Dichtungen io sowie Säuberung der Wasserabscheider von verkokten Bestandteilen des Schmieröls. Erfahrungsgemäss entfallen etwa 50% der Störungen an Drucklufterzeugern auf die Entlastungseinrichtung. Um ein Gefrieren des Kondensats zu verhindern, ist eine Heizungseinrichtung notwendig. 15 Weiterhin ist ein Verfahren zur Erzeugung und Trocknung von Druckluft bekannt, indem die Druckluft auf der Hochdruckseite unterkühlt wird, wodurch auf der Verbraucherseite die Luft sehr trocken ist. Die Einrichtung wird von dem anfallenden Kondensat über spezielle Wasserabscheider, die mit 20 elektrischen oder pneumatischen Entlastungsventilen versehen sind, entlastet. Dieses Verfahren verursacht mit steigendem Verdichterdruck hohe Betriebskosten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein wesentlich vereinfachtes Verfahren zur Erzeugung und Konditionierung 25 von Druckluft und eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass die angesaugte Luft in einem ersten Trocknungsvorgang vor Eintritt in den Kompressor vorgetrocknet wird, dass die Tem-30 peratur der Luft während des Verdichtens und Abkühlens über dem Taupunkt gehalten wird, und dass vor einem zweiten Trocknungsvorgang die Luft aufgeheizt und in diesem Trocknungsvorgang die restliche Feuchtigkeit entzogen wird, so dass die gesamte Luftfeuchtigkeit in der Dampfphase ausgeschieden 35 wird.

Um den Trocknungsvorgang noch zu verbessern, kann man ihn in mehrere Trocknungsstufen unterteilen, von denen eine erste Trocknungsstufe dem Verdichtungsvorgang vorgeschaltet ist, weitere Trocknungsstufen dem Verdichtungsvorgang zwi-40 schengeschaltet sind und gegebenenfalls eine letzte Trocknungsstufe der letzteren Verdichterstufe nachgeschaltet ist. Diese Verfahrensschritte werden dann so durchgeführt, wenn der Verdichter mehrere Verdichterstufen aufweist.

Das gegebenenfalls innerhalb der Luft befindliche Öl, das 45 in Form von Öltröpfchen vorkommen kann, wird während des Verfahrensablaufes beim Aufheizen der Luft vor dem zweiten Trocknungsvorgang vergast und dann in dieser Form der Luft entzogen.

Die Einrichtung, mit der das erfindungsgemässe Verfahren so durchgeführt werden kann, ist so aufgebaut, dass sie ein zylindrisches Innengehäuse und ein mantelförmig um dasselbe angeordnetes Aussengehäuse aufweist, von denen das Aussengehäuse zur Vortrocknung und das Innengehäuse zur Nachtrocknung dient, dass das Innengehäuse an seinen beiden Enden mit 55 einer Abschlussplatte versehen ist, dass sich an eine Abschlussplatte ein weiteres Gehäuse als Desorptionsvolumen anschliesst, welches über eine Blende sowie ein Rückschlagventil mit dem Innengehäuse verbunden ist, dass durch die andere Abschlussplatte ein zylindrischer Hohlkörper zur Aufnahme 60 eines elektrischen Heizstabes in das Innengehäuse konzentrisch hineinragt, und dass ein einseitig verschlossenes Rohr so über den Hohlkörper gestülpt ist, dass zwischen beiden ein Ringspalt entsteht, dass der Ringspalt in zwei Hälften abgeteilt ist, so dass die Druckluft vor der Nachtrocknung zur intensiven 65 Aufheizung am Heizstab entlanggeleitet wird.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass das Verfahren bei guter Effizienz mit einem weitaus geringeren technischen Aufwand gegenüber den

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bekannten Verfahren auskommt, da die Luftfeuchtigkeit in der Dampfphase aus der Druckluft ausgeschieden wird. Es erübrigen sich somit die bei den bekannten Verfahren notwendigen Wasserabscheider und Entlastungseinrichtungen sowie Sammelbehälter für Kondensat- oder Entwässerungsrohrsysteme, die bei allen bekannten Verfahren notwendig sind. Damit kann die Druckluftanlage zur Anwendung des Verfahrens bedeutend kleiner gebaut werden. Durch den weitgehenden Entzug der Feuchtigkeit aus der Luft vor dem Eintritt in die erste Verdichterstufe des Kompressors wird eine Verseifung bzw. vorzeitige Alterung des Öls vermieden. Die einzelnen Verdichterstufen können mit erheblich verminderter Kompression -bei verkürzter Laufzeit — arbeiten. Der Verdichter ist nicht mehr korrosionsgefährdet. Die Wartungsarbeiten werden auf ein Minimum beschränkt. Insgesamt ist zu erkennen, dass das Verfahren nach der Erfindung in seiner Anwendung sehr kostengünstig ist.

In Fällen, wo Druckluft mit einer bestimmten relativen Feuchte erforderlich ist, dies kann z. B. in Schaltanlagen bei Schaltgeräten mit einzelnen Teilen aus Plast der Fall sein, wird der trockenen Druckluft bis zum gewünschten Grade wieder feuchte Luft zugesetzt. Es hat sich herausgestellt, dass dies einfacher ist, als der Entzug der Luftfeuchtigkeit aus der Druckluft bis auf einen bestimmten Grad relativer Feuchte.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Drucklufterzeugungsanlage mit Trocknungseinrichtung,

Fig. 2 eine Drucklufterzeugungsanlage mit einer Trocknungseinrichtung, die eine zweistufige Vortrocknung aufweist,

Fig. 3 eine Trocknungseinrichtung in einer weiteren Ausführung.

Eine Drucklufterzeugungsanlage zur Anwendung des Verfahrens wird in Fig. 1 gezeigt. Sie setzt sich im wesentlichen aus einem Verdichter 101 (Kompressor), der über einen elektrischen Motor 139 angetrieben wird, und einer Trocknungseinrichtung 102 zusammen. Die Trocknungseinrichtung besteht aus einer zylinderförmigen Aussenkammer 103, in die als Innenkammer 104 ein weiterer Hohlzylinder konzentrisch eingesetzt ist. Beide Kammern sind an ihren Enden mit Abschlussplatten 105 und 106 verschweisst. Weiterhin ist die Innenkammer über eine Zwischenwand in ein Desorptionsvolu-men 107 und eine Heizkammer 108 aufgeteilt, in die ein durch die Grundplatte 106 geführter elektrischer Heizstab 109 hineinragt, um welchen zur Führung des Druckluftstromes unmittelbar am Heizstab entlang eine Leitvorrichtung 110 angeordnet ist. Diese besteht aus einem ersten Rohr 111, das über den Heizstab 110 geschoben mit seinem konisch erweiterten Ende auf der Grundplatte 106 befestigt ist, während ein zweites an einem Ende verschlossenes Rohr 112 konzentrisch über das erste Rohr 111 gestülpt ist mit Abstand an seinen beiden Enden gegenüber Rohr 111, so dass eine Hin- und Rückströmung der Druckluft am Heizstab 109 entlang ermöglicht ist.

Aussenkammer 103 und Innenkammer 104 sind mit Silica-gel gefüllt.

Die Drucklufterzeugungsanlage funktioniert wie folgt:

Über einen zweistufigen Verdichter 101 wird atmosphärische Luft angesaugt, die dabei durch ein Luftfilter 113 in die Aussenkammer 103 eintritt. Hier wird ihr in einem ersten Trocknungsvorgang durch das Silicagel der grösste Teil der Luftfeuchtigkeit entzogen. Über eine Verbindungsleitung 114 gelangt die Luft in die erste Verdichterstufe des Kompressors, wird vorverdichtet, in einem Kühler 115 abgekühlt und einer zweiten Verdichterstufe zur Endverdichtung zugeführt. Von hier aus gelangt die Druckluft zur Nachtrocknung über die Leitung 116, 122 in die Innenkammer 104, wo sie zunächst in die Leitvorrichtung 110 des elektrischen Heizstabes 109 eintritt, durch diese am Heizstab mehrmals entlanggeführt und dabei intensiv aufgeheizt wird, wobei die restliche Feuchtigkeit verdampft und eventuell in der Druckluft vorhandene Öltröpfchen vergast und beim anschliessenden Durchgang durch die Silicagel-Füllung des Innengehäuses der Druckluft entzogen werden. Die Druckluft strömt nun über ein Rückschlagventil 117 in das Desorptionsvolumen 107 und wird von hier aus über eine Leitung 118, in der ein Sicherheitsventil 119, ein Absperrhahn 120 und ein Rückschlagventil 121 angeordnet sind, direkt einem Hochspannungsschalter 141 zugeführt. Für die Entlüftung des Desorptionsvolumens ist ein Entlüftungsventil 124 vorgesehen.

Zur Regeneration der Trocknungseinrichtung, d.h. zur Entfernung der sich in der Silicagel-Füllung angesammelten Luftfeuchtigkeit, wird eine im Desorptionsvolumen 107 zurückbehaltene Trockenluftmenge während der Betriebspause des Kompressors in entgegengesetzter Richtung wie folgt durch die Trocknungseinrichtung geschickt: Zunächst wird zu Beginn der Betriebspause von der Ansteuerung des Kompressors das elektromagnetische Ventil 120 betätigt, welches die Verbindungsleitung 121, 122 zwischen der Heizkammer 108 und der Aussenkammer 103 freigibt. Nun setzt eine langsame, über eine Blende 123 eingestellte Rückströmung trockener Luft aus dem Desorptionsvolumen 107 ein. Sie nimmt dabei ihren Weg durch die Heizkammer 108 und die Leitvorrichtung 110 über die Verbindungsleitung 122, 121 in die Aussenkammer 103 und tritt von hier über das Luftfilter 113 ins Freie. Die dabei von der Trockenluft aufgenommene Feuchtigkeit wird an die Atmosphäre abgegeben. Die Trocknungseinrichtung ist damit wieder betriebsbereit. Bei der in Fig. 2 dargestellten Trocknungseinrichtung besteht der erste Trocknungsvorgang aus einer ersten und zweiten Trocknungsstufe, wobei der Aussenkammer 103, Fig. 1, noch eine weitere Trocknungskammer 125 mit einer Silicagel-Füllung vorgeordnet ist, welche nun das Luftfilter 114 aufweist. Der Kompressor 140 besteht aus drei Verdichterstufen. Die atmosphärische Luft wird jetzt zuerst über die Trocknungskammer 125 angesaugt, vorgetrocknet und über die Leitung 126 auf die ersten beiden Verdichterstufen gegeben. Nach der zweiten Verdichterstufe gelangt die Druckluft über die Leitung 127 zur weiteren Trocknung in die Kammer 128 und über die Leitung 129 auf die dritte Verdichterstufe. Der weitere Trocknungsvorgang verläuft wieder so, wie bereits oben beschrieben. Zum Unterschied zu Fig. 1 wird die Druckluft nach dem Trocknen nicht direkt in den Hochspannungsschalter geleitet, sondern über eine Leitung 130 und ein darin befindliches Rückschlagventil 131 in einen Speicherbehälter 132, aus dem dann der Druckluftschalter 133 über die Leitung 134 und das darin angeordnete Reduzierventil 135 sowie das Sicherheitsventil 136 mit Druckluft versorgt wird. Der Speicherbehälter 132 weist noch ein Sicherheitsventil 137 und ein Kontaktmanometer 138 auf, über das bei Druckabfall unter Nenndruck der Kompressor angesteuert wird.

Zur Regeneration der in Fig. 2 dargestellten Trocknungseinrichtung wird gleichzeitig zum Magnetventil 120 auch das Magnetventil 218 betätigt.

In Fig. 3 ist im Längsschnitt eine weitere Ausführung einer Trocknungseinrichtung dargestellt. Die Trocknungseinrichtung weist ein zylindrisches Innengehäuse 201 auf, um das mantelförmig ein Aussengehäuse 202 angeordnet ist. Das Innengehäuse ist an seinen beiden Enden mit einer Abschlussplatte 203, 204 versehen. An die Abschlussplatte 203 ist als Desorptionsvolumen ein weiteres zylindrisches Gehäuse 205 angesetzt, das eine Öffnung 206 in seiner Stirnfläche 207 aufweist für den Durchtritt der Druckluft in einen Druckluftspeicher. Das Innengehäuse 201 ist über eine Blende 208 sowie ein Rückschlagventil 209 mit dem Desorptionsvolumen verbunden. Zu beiden Seiten der Blende ist eine Sinterpatrone 213

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als Filter angeordnet. Durch die Abschlussplatte 204 ragt ein zylindrischer Hohlkörper 210 zur Aufnahme eines Heizstabes 217 konzentrisch in das Innengehäuse 201 hinein. Uber den Hohlkörper 210 ist ein einseitig verschlossenes Rohr 211 so gestülpt, dass zwischen beiden ein Ringspalt 212 entsteht. Der Ringspalt ist in axialer Richtung in zwei Hälften abgeteilt, so dass die Druckluft vor der Nachtrocknung zur intensiven Aufheizung am Heizstab entlanggeleitet wird.

Der Trocknungsvorgang verläuft so, dass atmosphärische Luft zur Vortrocknung über ein Ansaugfilter 214 durch das mit Silicagel gefüllte Aussengehäuse geleitet wird und über den Stutzen 215 in den Verdichter gelangt. Nach dem Verdichten tritt die Druckluft durch einen Kanal 216 in der Abschlussplatte 204 in das Innengehäuse 201, wobei sie zunächst den Ringspalt 212 passiert durch den sie zur intensiven Auf-s heizung an dem Heizstab 217 entlanggeleitet wird, indem die Druckluft in der einen Hälfte des hälftig geteilten Ringspaltes nach oben und in der anderen Hälfte wieder nach unten strömt und dann das mit Silicagel gefüllte Innengehäuse durchströmt, wobei ihr die restliche Luftfeuchtigkeit entzogen wird. Der io weitere Weg der Druckluft zum Schaltgerät verläuft so, wie oben beschrieben.

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2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

623 749 PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zur Erzeugung konditionierter Druckluft für elektrische Schaltzwecke, insbesondere für Hochspannungs-Schaltanlagen, bei dem atmosphärische Luft in einem Kompressor verdichtet und in einer nachgeordneten Sorptionstrocknung die Luftfeuchtigkeit entzogen wird, wobei ein Teil der getrockneten Luft zur Regenerierung des Trockenmittels verwendet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die angesaugte Luft in einem ersten Trocknungsvorgang vor Eintritt in den Kompressor vorgetrocknet wird, dass die Temperatur der Luft während des Verdichtens und Abkühlens über dem Taupunkt gehalten wird, und dass vor einem zweiten Trocknungsvorgang die Luft aufgeheizt und in diesem Trocknungsvorgang die restliche Feuchtigkeit entzogen wird, so dass die gesamte Luftfeuchtigkeit in der Dampfphase ausgeschieden wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trocknung in mehreren Trocknungsstufen erfolgt, von denen eine erste Trocknungsstufe dem Verdichtungsvorgang vorgeschaltet ist, und dass weitere Trocknungsstufen dem Verdichtungsvorgang zwischengeschaltet sind.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Druckluft vorhandene Öltröpfchen derselben in der Gasphase entzogen werden.

4. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Trocknungseinrichtung ein zylindrisches Innengehäuse (201) und ein mantelförmig um dasselbe angeordnetes Aussenge-häuse (202) aufweist, von denen das Aussengehäuse zur Vortrocknung und das Innengehäuse zur Nachtrocknung dient,

dass das Innengehäuse an seinen beiden Enden mit einer Abschlussplatte (203, 204) versehen ist, dass sich an eine Abschlussplatte ein weiteres Gehäuse (205) als Desorptionsvolu-men anschliesst, welches über eine Blende (208) sowie ein Rückschlagventil (209) mit dem Innengehäuse verbunden ist, dass durch die andere Abschlussplatte ein zylindrischer Hohlkörper (210) zur Aufnahme eines elektrischen Heizstabes in das Innengehäuse konzentrisch hineinragt, und dass ein einseitig verschlossenes Rohr (211) so über den Hohlkörper gestülpt ist, dass zwischen beiden ein Ringspalt (212) entsteht, dass der Ringspalt in zwei Hälften abgeteilt ist, so dass die Druckluft vor der Nachtrocknung zur intensiven Aufheizung am Heizstab entlanggeleitet wird.