Aufgrund des Kompressionsprozesses enthält Druckluft immer Feuchtigkeit. Diese kann beispielsweise in chemi- schen Anwendungen eine gewünschte Reaktion ungünstig be- einflussen, sie führt aber auch zu Schäden an pneumati- schen Werkzeugen. Des weiteren führt Feuchtigkeit gerade in einem weitverzweigten Druckluftrohrleitungsnetz, das teilweise auch Freiluftleitungssysteme beinhaltet, beson- ders in kalten Wintermonaten durch eingefrorenes Konden- sat zu Störungen. Anlagenstillstände oder Qualitätsein- brüche innerhalb der Produktion und erhebliche Folge- kosten sind dann die unangenehmen und teuren Auswirkun- gen, die es zu vermeiden gilt.

Aus diesen Gründen werden Kältetrockner in ca. 95% aller Druckluftanlagen in der Industrie, in Betrieben und Werkstätten installiert sein. Diese Kältetrockner trock- nen (entfeuchten) die aus Verdichtungsprozessen Schrau- benverdichter, Kolbenverdichter etc. kommende Druckluft.

Diese bekannten Kältetrockner bestehen aus einem Luft/Luft-Wärmetauscher mit Druckluftzuleitung und Druck- luftableitung, einem Luft/Kältemittel-Wärmetauscher mit entsprechendem Kühlkreislauf, einem Kondensatabscheider mit Kondensatableiter, sowie entsprechenden Bedien-und Steuerungseinheiten. Die in den Kältetrockner eintretende Feuchte und ca. 35°C warme Druckluft wird in Luft/Luft- Wärmetauscher durch die im Gegenstrom austretende ca. 2°C kalte Druckluft auf ca. 16°C vorgekühlt. Im Luft/Kältemittel-Wärmetauscher erfolgt dann die eigentli-

che Abkühlung und Entfeuchtung der Druckluft auf die vor- eingestellte Abkühltemperatur von ca. 3°C. Das anfallende Kondensat wird dann abgeschieden und aus dem Kältetrock- ner abgeleitet. Für eine gleichbleibende gute Qualität der Druckluft soll die Abkühltemperatur möglichst kon- stant gehalten werden.

Der Kühlkreislauf ist bei ca. 95% der hergestellten Kältetrockner für den Dauerbetrieb ausgelegt. Bei 5% der Anlagen wird mittels einer aus Quarzsand bestehenden Speichermasse um den Luft/Kältemittel-Wärmetauscher ver- sucht, überschüssige Kälteenergie zu speichern und mit einem intermittierenden Betrieb dann elektrische Energie einzusparen. Mit den thermodynamischen Berechnungen für die Speichermasse und der Kälte-bzw. Wärmeleitung sind nur geringfügige Einsparpotentiale erreichbar, da auch eine gleichbleibende Abkühltemperatur gesichert werden muß. Aber gerade wenn beim Stillstand der Kühlanlage und dem Ausnützen der gespeicherten Kälteenergie wieder Druckluft durch den Kältetrockner strömt, kann die Druck- luft nur unzureichend gekühlt und demzufolge nur eine steigende Abkühltemperatur erreicht werden. Der sich mit einer entsprechenden Temperaturdifferenz wieder ein- stellende Kühlkreislauf muß dann die höhere Austrittstem- peratur wieder auf die eingestellte Austrittstemperatur reduzieren.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Druckluftkältetrockner bereitzustellen, der weniger Energie verbraucht als herkömmliche Drucklufttrockner und dennoch eine konstante Austrittstemperatur der Druckluft gewährleistet.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1.

Durch die Zwischenschaltung einer Binäreiserzeugungs- vorrichtung zwischen Kältemaschine und zu kühlender Druckluft kann Kälte quasi"auf Vorrat"erzeugt werden.

Durch die Verwendung von flüssigem Binäreis anstelle von festem Eis lassen sich die Probleme beim Wärmetausch von gasförmig auf fest vermeiden und es lassen sich aus dem Bereich der Kältetrockner und Drucklufttechnik bekannten Verfahrenstechniken mit Rohrleitungen etc. verwenden. Da sich das Eis in Rohrleitungen pumpen läßt kann für den Wärmetausch zwischen Binäreis und der zu kühlenden Druck- luft ein herkömmlicher Luft/Kältemittel-Wärmetauscher verwendet werden, wie sie in diesem Bereich üblicherweise verwendet werden. Obwohl hier, wie im folgenden zur besseren Verständlichkeit des Sachverhalts der Begriff Luft/Kältemittel-Wärmetauscher verwendet wird, sei darauf hingewiesen, daß allgemein ein Luft/Flüssigkeit-Wärme- tauscher darunter zu verstehen ist.

Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Binäreiserzeugungsvorrichtung ein Binäreisspeicher nachgeschaltet, so daß Binäreis auf Vor- rat erzeugt werden kann und eine gleichbleibende Qualität und Temperatur der Druckluft gewährleistet werden kann.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind der Luft/Kältemittel-Wärmetauscher zur thermischen Kopplung der zu kühlenden Druckluft und des flüssigen Binäreis und der Luft/Luft-Wärmetauscher zum Gegenstromwärmetausch zwischen der zugeführten warmen und feuchten Druckluft und der abgeführten kalten, trocknen Druckluft baulich ineinander integriert. Auch hier lassen sich Standardbauteile verwenden, wie sie z. B. von der Firma Alfa Laval (Schweden) vertrieben werden.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird die Zufuhr von frischem Binäreis aus dem Eisspeicher oder

direkt aus der Binäreiserzeugungsvorrichtung nach Art ei- ner Heizungsregelung mittels eines drei-Wege-Mischventils geregelt.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind eine Mehrzahl von Luft/Luft-Wärmetauscher und/oder Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher parallel geschal- tet. Damit lassen sich mit standardisierten Komponenten eine Vielzahl von Leistungsstufen aufbauen.

Durch den Einsatz von Binäreis gegebenenfalls mit einem Eisspeicher können Einsparpotentiale bei der zu in- stallierenden elektrischen Energie von ca. 50% erreicht werden. Neben der Reduzierung von umweltschädigenden Käl- temitteln im Kühlkreislauf, was einen um ca. 50% geringe- ren TEWI-Wert bedeutet, besteht auch die Möglichkeit, das umweltfreundliche Mittel wie Ammoniak und andere Kohlen- wasserstoffe eingesetzt werden können. Da die Binäreistechnik durch den Eisspeicher von den Druckluft führenden Rohrleitungen des eigentlichen Kältetrockners getrennt ist, besteht keine Gefahr einer Konterminierung der Druckluft.

Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist ihre Wartungs- freundlichkeit. Im Servicefall kann die komplette Binäreiserzugungsvorrichtung vor Ort ausgetauscht werden.

Dadurch, daß die Binäreiserzeugungsvorrichtung und gege- benenfalls der Eisspeicher quasi in einem herkömmlichen Druckluftkältetrockner eingebaut werden können, kann die Wartung von Technikern für herkömmliche Kälteanlagen durchgeführt werden.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Er- findung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen anhand der Zeichnung.

Es zeigt : Fig. 1 ein Blockschaltbild einer ersten beispiel- haften Ausführungsform der Erfindung, Fig. 2 ein Blockschaltbild einer zweiten Ausfüh- rungsform der Erfindung, Fig. 3 ein Blockschaltbild einer dritten Ausfüh- rungsform der Erfindung, Fig. 4 ein Blockschaltbild einer vierten Ausfüh- rungsform der Erfindung, und Fig. 5 ein Blockschaltbild einer fünften Ausfüh- rungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt eine ersten Ausführungsform der Erfin- dung mit einer Druckluftzuleitung 2, einer Druckluftab- leitung 4, einem Luft/Luft-Wärmetauscher 6, einer Konden- satabscheidevorrichtung 8, einer Binäreiserzeugungsvor- richtung 10, einem Luft/Kältemittel-Wärmetauscher 12 und einer Kältemaschine 14. Die über die Druckluftzuleitung 2 in den Kältetrockner eintretende feuchte und ca. 35°C warme Druckluft wird im Luft/Luft-Wärmetauscher 6 durch die im Gegenstrom über die Druckluftableitung 4 austre- tende 3°C kalte Druckluft auf ca. 16°C vorgekühlt. Die vorgekühlte Druckluft wird über eine erste Druckluftlei- tung 16 dem Luft/Kältemittel-Wärmetauscher 12 zugeführt.

Im Luft/Kältemittel-Wärmetauscher 12 erfolgt dann die ei- gentliche Abkühlung und Entfeuchtung der Druckluft auf der vorgestellten Abkühltemperatur von z. B. 3°C. Die ab- gekühlte und nun Konendensat enthaltende Druckluft wird über eine zweite Druckluftleitung 18 der Kondensatab- scheidevorrichtung 8 zugeführt. Die trockene und kalte

Druckluft wird dann über eine dritte Druckluftleitung 20 dem Luft/Luft-Wärmetauscher zugeführt und dort erwärmt und über die Druckluftableitung 4 an den Verbraucher ab- gegeben. Das anfallende Kondensat wird über die Konden- satabscheidevorrichtung 8 abgeschieden und aus dem Kälte- trockner abgeleitet.

Das in der Binäreiserzeugungsvorrichtung 10 erzeugte flüssige Binäreis wird über eine Flüssigkeitsleitung 22 dem Luft/Kältemittel-Wärmetauscher 12 zugeführt und be- wirkt die gewünschte Abkühlung der Druckluft. Die Rück- führung des Binäreises in die Binäreiserzeugungsvorrich- tung 10 erfolgt über eine zweite Flüssigkeitsleitung 24.

Der Antrieb der Binäreiserzeugungsvorrichtung 10 erfolgt über eine herkömmliche Kältemaschine 14, wie sie übli- cherweise in Kältetrocknern verwendet wird, z. B. einem Kolbenverdichter etc. Als Binäreiserzeugungsvorrichtung werden vorzugsweise Anlagen der Firma Integral Energie- technik GmbH verwendet.

Durch den Einsatz der Binäreistechnik bzw. der Binär- eiserzeugungsvorrichtung 10 kann die geforderte Abkühl- temperatur auch im intermetierenden Betrieb aufrechter- halten und damit auch die Qualität der zu erzeugenden Druckluft aufrechterhalten werden. Durch die Binäreiser- zeugungsvorrichtung 10 wird ein fließfähiger und zweifa- siger Kälteträger mit einer maximalen Temperatur von-1°C erzeugt. Die Schmelzenthalpie, die das Binäreis aufweist, nimmt die in der Druckluft vorhandene Energie (Kühllast) auf. Da das Binäreis erst eine Temperaturerhöhung er- fährt, wenn die Schmelzendeltalpie nicht mehr ausreichend für die Kühllast ist, kann die Binäreiserzeugung in einem energiesparenden intermittierenden Betrieb arbeiten.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfin- dung, die sich von der ersten Ausführungsform lediglich

dadurch unterscheidet, daß der Binäreiserzeugungsvorrich- tung 10 ein Eisspeicher 26 nachgeschaltet ist, wobei der Luft/Kältemittel-Wärmetsucher 12 baulich in den Eisspei- cher integriert ist. Das in der Binäreiserzeugungsvor- richtung 10 erzeugte flüssige Binäreis wird über die er- ste Flüssigkeitsleitung 22 in den Eisspeicher 26 gepumpt.

Die Rückführung erfolgt über die zweite Flüssigkeitslei- tung 24.

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfin- dung, die sich von der ersten Ausführungsform dadurch un- terscheidet, daß der Luft/Luft-Wärmetauscher 6 und der Luft/Kältemittel-Wärmetauscher 12 baulich in eine Wärme- tauschereinrichtung 28 integriert ist. Auf diese Weise wird zum einen eine sehr kompakte Anlage erreicht und zum anderen können für die Wärmetauschereinrichtung 28 her- kömmliche Komponenten verwendet werden. Zusätzlich kann zwischen Binäreiserzeugungsvorrichtung 10 und Wärme- tauschereinrichtung 28 ein Eisspeicher gemäß der zweiten Ausführungsform geschaltet werden.

Fig. 4 zeigt einen vierte Ausführungsform der Erfin- dung, die sich von der Ausführungsform nach Fig. 2 da- durch unterscheidet, daß die Zufuhr von flüssigem Binär- eis aus dem Eisspeicher 26 über einen Regelkreis 30 mit einem Drei-Wege-Mischventil 32 erfolgt. Binäreiserugungs- vorrichtung 10 und Eisspeicher 26 sind baulich inte- griert. Das flüssige Binäreis aus dem Eisspeicher 26 wird über eine dritte Flüssigkeitsleitung 34 und eine Pumpe 36 dem Dreiwege-Mischventil 32 zugeführt. In dem Dreiwege- Mischventil 32 wird das frische Binäreis je nach Bedarf dem über die erste Flüssigkeitsleitung 22 und eine vierte Flüssigkeitsleitung 38 zirkulierenden Binäreis zugefügt.

Die Steuerung des gesamten Druckluftkältetrockners und insbesondere des Dreiwege-Mischventils 32 erfolgt über eine Steuereinrichtung 40. Auf diese Weise wird die Zu-

fuhr von frischem Binäreis zu dem Luft/Kältemittel-Wärme- tauscher 12 in analoger Weise zu einer herkömmlichen Hausheizungsanlage geregelt. Eine derartige Steuerein- richtung ist natürlich auch bei den vorhergehend be- schriebenen Ausführungsformen vorhanden, jedoch ist diese nicht bildlich dargestellt.

Fig. 5 zeigt schließlich eine fünfte Ausführungsform der Erfindung, die sich von der Ausführungsform nach Fig. l dadurch unterscheidet, daß zwei Luft/Luft-Wärmetauscher 6-1 und 6-2 parallel geschaltet sind. Ebenso umfaßt diese Ausführungsform zwei Kondensatabscheidevorrichtungen 8-1 und 8-2. Auf diese Weise lassen sich größere Anlagen aus standardisierten Komponenten zusammenstellen.

Bezugszeichenliste : 2 Druckluftzuleitung 4 Druckluftableitung 6 Luft/Luft-Wärmetauscher 8 Kondensatabscheidevorrichtung 10 Binäreiserzeugungsvorrichtung 12 Luft/Kaltemittel-Warmetauscher, Luft/Flüssigkeit-Wärmetauscher (mit Flüssig- keit : Binäreis) 14 Kältemaschine 16 erste Druckluftleitung 18 zweite Druckluftleitung 20 dritte Druckluftleitung 22 erste Flüssigkeitsleitung 24 zweite Flüssigkeitsleitung 26 Eisspeicher 28 Wärmetauschereinrichtung 30 Binäreis-Regelkreis 32 Dreiwege-Mischventil 34 dritte Flüssigkeitsleitung 36 Pumpe 38 vierte Flüssigkeitsleitung 40 Steuereinrichtung