Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Regenerieren von internen Wasserkreisläufen einer Kompressorenanlage zur Erzeugung von Druckluft, welche im wesentlichen wenigstens eine durch eingespritztes Wasser gekühlte und geschmierte Kompressorenstufe umfassen. Jede Kompressorenstufe hat wenigstens einen Wasserkühler, Wasserfilter, Luftansaugfilter und Luft-/Wasserabscheider. Weiter bezieht sich die Erfindung auf Anwendungen des Verfahrens.

Hier und im Folgenden umfasst der Begriff Druckluft nicht nur komprimierte Luft, sondern komprimierte Gase ganz allgemein, z. B. Sauerstoff (O ₂ ), Stickstoff (N ₂ ) und/oder Kohlendioxid (CO ₂ ).

Es sind Kompressorenanlagen bekannt, in welchen Wasser, vorzugsweise Leitungswasser, als Schmier- und Kühlmittel eingesetzt wird. Die Wasserein- spritzung in den Verdichterraum des Kompressors, in welchem durch den Verdichtungsvorgang Wärme erzeugt wird, dient gleichzeitig dem Kühlen einerseits und dem Schmieren und Abdichten der Rotoren untereinander und zum Gehäuse andrerseits. Kompressoren mit Wassereinspritzkühlung haben im Vergleich zu Kompressoren mit anderen Schmier- und Kühlmitteln, beispielsweise Ölen, einen höheren Wirkungsgrad. Durch die Verwendung von Wasser kann eine Kondensataufbereitung und eine Ölentsorgung vermieden werden, was ökonomische und ökologische Vorteile mit sich bringt.

Die Einspritzung von Wasser in Kompressoren bringt jedoch nicht nur Vorteile, sondern zieht ohne besondere Massnahmen auch Nachteile mit sich. Bei der Verwendung üblicher Materialien können, bedingt durch das Luft-/ Wassergemisch, Korrosionsschäden auftreten. Dies macht den Einsatz von korrosionsbe-

ständigen Materialien, wie rostfreien Stählen, Keramiken oder Kompositwerkstoffen, erforderlich.

Weiter hat der Einsatz von Wasser den Nachteil, dass sich in internen Kreis- laufen Mikroorganismen, beispielsweise Bakterien und/oder Keime, bilden, welche in der Regel rasch wachsen und/oder sich vermehren. Diese negativen Einwirkungen werden während des normalen Kompressorbetriebs durch hohe und schnelle Druckänderungen in den Wasserkreisläufen weitgehend verhindert oder vermindert. Schliesslich begünstigt Wasser in einem Kreislauf die Agglomeration von Feststoffpartikeln.

Trotz der Anordnung von Filtern im Wasserkreislauf eines Kompressors mit periodischen Stillständen können das Wachstum und die Vermehrung der Mikroorganismen und die Anreicherung von agglomerierenden Feststoffpartikeln nicht verhindert werden, was mit fortlaufender Betriebsdauer zu einem ständig zunehmenden Verschmutzungsgrad des Wassers führt.

Das Wasser muss deshalb in verhäitnismässig kurzen Zeitintervallen ausgewechselt werden, was zu Betriebsunterbrüchen führt und einen rationellen Be- trieb behindert.

Den Anteil an Mikroorganismen erhöhende Kompressorstillstände können nicht vermieden werden, sie treten auch bei rationeller Betriebsweise auf, beispielsweise,

- im Ein- und Zweischichtbetrieb, im Stand by-Betrieb wenigstens eines Kompressors in einer Kompressorenanlage mit mehr als einem Kompressor,

- im Zeitintervall zwischen dem Abschalten eines Kompressors nach dem Erreichen eines bestimmten Endrucks und dessen Anlaufen nach dem Erreichen eines unteren Enddrucks, oder

- während längeren Stillstandsphasen, beispielsweise an Wochenenden, während den Betriebsferien, produktionsbedingten Abschaltungen und Revisionsarbeiten.

In den Wasserkreisläufen von wassereingespritzten Kompressoren bilden sich bei Betriebstemperaturen oberhalb von etwa 45 ⁰ C Kaikabscheidungen. Trotz des Zuschusses von Reinstwasser und gefilterter Aussenluft können stets Kalziumionen und Feststoffpartikel eindringen, und durch Ablagerungen, insbesondere Kalkablagerungen, die Beweglichkeit von funktionellen Bauteilen, bei- spielsweise Ventillagem und Rotoren, oder unbewegliche Bauteile, beispielsweise Dichtungen oder Kühler, beeinträchtigen und zu deren vorzeitigem Ersatz oder Reparaturen führen.

Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche das Wachstum und die Vermehrung der Mikroorganismen verhindern, zur Zertrümmerung von Feststoffpartikeln und zum Abtrag der Ablagerungen in den Wasserkreisläufen führen.

In Bezug auf das Verfahren wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch ge- löst, dass wenigstens ein elektronisch gesteuerter Ultraschallsender Ultraschallwellen in Wasseransammlungen in der Kompressorenanlage aussendet. Vorteilhafte und weiterbildende Ausführungsformen des Verfahrens sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.

Die von den Ultraschallsendern abgestrahlten Ultraschallwellen erzeugen im Wasser kleinste Vakuumbläschen, die sofort wieder implodieren, was mit Zug- und Druckphase bezeichnet wird. Dadurch entstehen hohe lokale Temperaturen. Bei einer Ultraschallfrequenz von etwa 25 kHz können kurzzeitig Temperaturen von mehr als 5000 "C und Drücke bis etwa 500 bar entstehen, was ge- waltige lokale Kräfte freimacht. Diese hohen und schnellen Druckänderungen im Wasserkreislauf von Kompressoren vermögen Mikroorganismen, wie erwähnt insbesondere Bakterien und Keime, zu töten. Die den Ultraschallwellen

innewohnende Energie vermag auch Feststoffpartike! zu zertrümmern und Ablagerungen in den Wasserkreisläufen abzutragen, wodurch ein potentieller vorzeitiger Verschleiss der Kompressorenstufe, aller Funktionsteile und Leitungen verhindert wird, also die Lebensdauer der Kompressorenanlage insgesamt er- höht wird.

Die Ultraschallwellen werden in gleichen oder unterschiedlichen Zeitabständen ausgesendet, beispielsweise elektronisch gesteuert nach einer gespeicherten Sollkurve. Entsprechend können die Ultraschallwellen während gleichen oder unterschiedlichen Zeitintervallen ausgesendet werden, ebenfalls programmgesteuert.

Das Aussenden von Ultraschallwellen bewirkt auch eine optimal Entgasung des in den geschlossenen Kreisläufen geführten Wassers, insbesondere im Luft-/ Wasserabscheider. Optimal entgastes Wasser

- erhöht den Wirkungsgrad des Kompressors,

- führt dem Kompressor keine bereits verdichtete Druckluft über die Wassereinspritzung zurück, - kühlt das rezyklierte Wasser im Wasserkühler auf eine tiefere Temperatur ab,

- lässt die Wasserzuführung zu wassergeschmierten Gleitlagern des Kompressors blasenfrei und macht sie betriebssicherer.

Während des Betriebs werden in den Kompressoren ultraschallähnliche Druckwellen erzeugt, die einen vergleichbaren Effekt haben können. Der Ultraschallsender kann während des Betriebs zusätzlich Ultraschallwellen aussenden. Es ist jedoch von besonderer Bedeutung, dass während eines kürzeren oder längeren Stillstands eines Kompressors Ultraschallwellen ausgesandt werden, ins- besondere in Wasseransammlungen des betroffenen Wasserkreislaufs.

In allgemein üblicher physikalischer Sprache werden Schwingungen mit Fre-

quenzen oberhalb 18 kHz als Ultraschall bezeichnet. Diese Frequenzen werden vom menschlichen Ohr in der Regel nicht mehr oder nur als störendes Geräusch wahrgenommen. Die vorliegend von den Ultraschallsendern abgestrahlten Ultraschallwellen haben vorzugsweise eine Frequenz von 20 bis 35 kHz, insbesondere 23 bis 25 kHz.

Die Ultraschallwellen werden wie bereits erwähnt vorzugsweise in Bereiche mit Wasseransammlungen ausgesendet. Dies ist insbesondere in einem Luft-/ Wasserabscheider, in einem Zyklonabscheider mit einem Wassersumpf, in einem Wasserkühler, in Wasserfiltern, in einem Druckluftbehälter mit abgeschiedenem Wasser und/oder in Rohrleitungen für Wasser ganz allgemein der Fall. Selbstverständlich können in einer Kompressorenanlage von diesen erwähnten Anlageteilen oder Konstruktionselementen je nach Komplexität einzelne oder mehrere angeordnet sein. In einer Kompressorstation mit mehreren Kompressorenanlagen können alle, eine Gruppe oder eine einzelne Kompressorenanlage stillgelegt werden. Die Erzeugung von Ultraschallwellen erfolgt durchgehend in allen Kompressorenanlagen oder jeweils nur in betreffenden stillstehenden Kompressorenanlagen.

Je grösser die Amplitude der Ultraschallwellen ist, desto kräftigere Druckstösse werden erzeugt, insbesondere im niedrigen Frequenzbereich. Agglomerate aus Mikroorganismen und allenfalls Sekreten, schwimmende und auf den Oberflächen angelagerte Feststoffpartikel und Ablagerungen werden durch starke Ultraschallwellen aufgebrochen und zertrümmert und vom Wasserkreislauf mit- getragen, bis ruhigere Wasseransammlungen erreicht sind, wo sie allenfalls weiter zertrümmert werden. Im Luft-/ Wasserabscheider oder Zyklonabscheider sedimentieren die getöteten Mikroorganismen und zertrümmerten Feststoffpartikel. Dort wird der gebildete Sumpf periodisch abgelassen und wenn notwendig durch frisches Reinstwasser ersetzt.

Nach einer Variante des Verfahrens kann der Wirkungsgrad der Ultraschallwellen noch erhöht werden, wenn sie in mit an sich bekannten chemischen Zu-

Sätzen versetztes Wasser ausgesendet werden.

in Bezug auf die Kompressorenanlage zur Durchführung des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in den Kompressorstufen, in Luft-/ Wasserabscheidem, in Zyklonabscheidem, in Druckluftbehältem, in Wasserkühlern, in Filtern und/oder in Rohrleitungen Ultraschallsender angeordnet sind. Spezielle und weiterführende Ausbildungsformen der Kompressorenanlage sind Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen.

In komplexen Fällen kann die Kompressorenanlage auch mehr als eine Kompressorenstufe, mehr als einen Luft-/ Wasserabscheider und/oder mehr als einen Druckluftbehälter umfassen.

Die Anzahl der erfindungsgemäss eingesetzten Ultraschallsender, deren Akti- vierungsintensität und Aktivierungszeit hängen ab von der Grosse der Anlage und der Anzahl, Lage und Volumen der Wasseransammlungen in den Anlageteilen, welche sich insbesondere bei einem kürzeren oder längeren Stillstand bilden. Weiter spielt die Anzahl, die Bauform und die Leistung der eingesetzten Kompressorenstufen eine erhebliche Rolle.

Die ölfreien Kompressorenstυfen liefern saubere, qualitativ hochwertige ölfreie Druckluft für unterschiedlichste heikle Industriezweige. Auch dort, wo Druckluft oder wie erwähnt andere komprimierte Gase direkt mit Personen, Tieren oder den herzustellenden Produkten in Berührung kommen, ist dies von wesentlicher Bedeutung. Mit der erfindungsgemässen Vorrichtung kann das Verfahren insbesondere in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie, in der Pharmazie, dem Gesundheitswesen, der Elektrotechnik und der Textilindustrie angewendet werden.

Die Erfindung wird anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen, welche auch Gegenstand von abhängigen Patentansprüchen sind, näher erläutert. Es zeigen schematisch:

- Fig. 1 eine Kompressorenanlage und

- Fig. 2 eine Variante von Fig. 1 mit einem zusätzlichen Zyklonabscheider

In einer Kompressorenanlage 1 ist eine Kompressorstufe 2 mit einem Antriebsmotor M oberhalb eines Luft-/ Wasserabscheiders 3 angeordnet. Sowohl die Kompressorstufe 2, auch Verdichter oder Verdichterstufe genannt, als auch ein zylinderförmig ausgebildete Luft-/ Wasserabscheider 3 sind vorliegend horizontal angeordnet, beide können jedoch auch vertikal angeordnet sein. Der Luft-/ Wasserabscheider 3 kann auch eine andere als eine zylindrische Form haben.

Die vom Antriebsmotor M angetriebene Kompressorstufe 2 saugt zu verdichtende Aussenluft 13 durch einen Ansaugfilter 4 an. Gleichzeitig wird Wasser 20 aus dem Luft-Λ/Vasserabscheider 3 über eine Leitung 6 mit einem Wasserfilter 14 und einem Wasserkühler 7 in die Kompressorstufe 2 eingespritzt. Der Wasserkühler 7 ist als Wärmeaustauscher ausgebildet, über Leitungen 8, 9 wird normales Leitungswasser als Kühlmedium zu- bzw. abgeführt. Über eine weitere Leitung 10 mit einer Wasserpumpe 25 und einem Wasserfeinfilter 26 wird den wassergeschmierten Lagern der Kompressorstufe 2 Wasser 20 aus dem Luft-/Wasserabscheider 3 zugeführt, wobei sich die Leitung 10 kurz vor der Kompressorstufe 2 in zwei Leitungen 27 und 28 aufteilt.

Ein Gemisch aus verdichteter Luft 13 und Wasser 20 wird über eine Leitung 5 von der Kompressorstufe 2 in den LufWWasserabscheider 3 gedrückt und dort getrennt. Die verdichtete Luft 46 wird über eine Leitung 12 mit einem Mindestdruck-Rückschlagventil 11 wenigstens einem Druckluftbehälter 40 zugeführt.

Im Luft-/ Wasserabscheider 3 werden die Feststoffpartikel 18, eingeschlossen die zerstörten Mikroorganismen, gesammelt und sedimentieren, der gebildete Sumpf wird periodisch über ein Ventil 22 abgelassen.

Das belastete, abgelassene Wasser 20 wird bei ungenügendem Wasserniveau 21 durch über Leitungen 24, 33 zugeführtes Reinstwasser ersetzt. Dieses wird erzeugt, indem Leitungswasser 39 über ein Ventil 32 in eine Umkehr-Osmoseeinheit 31 geleitet wird, welche den Druck zur Umkehr eines an sich bekannten natürlichen Osmoseprozesses nutzt. Die Umkehr-Osmoseeinheit 31 umfasst eine osmotische Membrane, die nur die Trägerflüssigkeit durchläset und die gelösten Stoffe zurückhält. Die Membrane muss derart ausgelegt sein, dass sie den Druck des Leitungswassers 39 aushält. Wenn der Druck des Leitungswassers 39 grösser ist als das osmotische Gefälle, werden die Verunreinigungs- moleküle zurückgehalten, während das Reinstwasser die Membrane passiert. Damit der Umkehrosmoseprozess aufrechterhalten werden kann, müssen die Verunreinigungsmoleküle laufend oder periodisch abgeführt und entsorgt werden.

Die Zufuhr von Reinstwasser zum Luft-/ Wasserabscheider 3 wird über eine die Leitung 33 mit einem Ventil 38 und über eine Leitung 24 mit einem Ventil 37 dosiert. Zwischen den beiden Einmündungen der Leitungen 24, 33 kann nach einer nicht dargestellten Variante eine wasserdurchlässige Trennwand im Luft- /Wasserabscheider 3 angeordnet sein, wodurch die zwei Wasserbehälterberei- che A, B teilweise getrennt sind.

Eine Regelung des Niveaus 21 des Wassers 20 im Luft-/ Wasserabscheider 3 erfolgt über einen Wasserstandssensor 30 für das Minimum und einem weiteren Wasserstandsensor 29 für das maximale Niveau.

Während des Betriebs der Kompressorenanlage 1 wird Luftfeuchtigkeit der über den Ansaugfilter 4 angesaugten Aussenluft zum Wasserkreislauf hinzugefügt. Erreicht das Wassemiveau 21 den oberen Wasserstandssensor 29, öffnet das Ventil 22 zum Ablauf von belastetem Wasser 20 mit Sedimenten und schliesst zeitgesteuert wieder. Kann der Wasserbedarf nicht durch Kondens- wasser der angesaugten Aussenluft 13 gedeckt werden, wird Reinstwasser über Leitung 33 und/oder 24 zugeführt.

Vorliegend sind auf der linken Hälfte des Luft-/ Wasserabscheiders 3 Uitra- schallsender 41 , 42 angeordnet. Die stimseitig angeordneten Ultraschallsender 41 tauchen in das Wasser 20 ein, die unterhalb des Luft-/ Wasserabscheiders 3 angeordneten Ultraschallsender 42 können verkürzt ausgebildet sein. Im Bereich der Ultraschallsender 41,42 werden im Wasser Luftblasen 19 gebildet, welche sofort wieder in sich zusammenfallen und so die Mikroorganismen und Feststoffpartikei 18 im Wasser 20 zerstörenden, rasch wechselnden Druckdifferenzen und lokalen Temperaturanstiege bewirken. Die dadurch erzeugten Strömungen im Wasser 20 bewirken, dass die zertrümmerten Feststoffpartikel 18, eingeschlossen die zerstörten Mikroorganismen, auf die rechte, ruhigere Hälfte des Luft-/ Wasserabscheiders 3 gelangen, dort sedimentieren und in der untersten Schicht des Wassers 20 einen Sumpf bilden können, der wie erwähnt durch das Öffnen des Ventils 22 periodisch abgelassen und entsorgt wird.

Selbstverständlich können die Ultraschallsender 41, 42 nach anderen Ausführungsformen des Luft-/ Wasserabscheiders 3 in beliebiger Anordnung platziert sein. In der Kompressorstufe 2, im Druckluftbehälter 40, in den Wasserfiltern 14, 26 im Wasserkühler 7 und an exponierten Stellen der Leitungen 6, 10 im Wasserkreislauf mit Tendenz zur Bildung von Wasseransammlungen bei einem Stillstand der Kompressorstufe 2 sind ebenfalls entsprechende Ultraschallsender 41 , 42 angeordnet, welche nur angedeutet sind.

Alle Ultraschallsender 41 ,42 sind elektrisch mit einem Steuergerät 43 verbun- den. Das Steuergerät 43 aktiviert die Ultraschallsender 41,42 individuell, insbesondere während Stillständen der Kompressorstufe 2. Eine elektrische Steuerung 34 ist mit allen Ventilen der Kompressorenanlage 1 verbunden und steuert diese individuell, ebenfalls das Steuergerät 43. Für einen Notbetrieb können die Ventile auch manuell bedient werden.

In der Ausführungsform nach Fig. 2 mit vertikal angeordneter Kompressorstufe 2 dient der an sich unveränderte, horizontale LufWWasserabscheider 3 gemäss

Fig. 1 als Wasserreservoir mit über dem Wassemiveau 21 liegender Aussenluft 13. Diese wird im Betrieb der Kompressorenanlage 1 von der Kompressorstufe 2 über die Leitung 5 mit einem Ansaugfilter 4 angesaugt und verdichtet. Ein Gemisch aus verdichteter Luft 46 und Wasser 20 wird über eine Leitung 45 von der Kompressorstufe 2 in einen Zyklonabscheider 44 gedrückt und dort getrennt. Die verdichtete Luft 46 wird über die Leitung 12 mit dem Mindestdruck- Rückschlagventil 11 zum Druckluftbehälter 40 geführt. Nicht dargestellt kann die Druckluft 46 auch direkt vom Mindestdruck-Rückschlagventil 11 zu einem Verbraucher geführt werden.

Im Zyklonabscheider 44 ist ein Schwimmventil 15 zur Regelung des Niveaus 21 des Wassers 20 angeordnet. Die Leitung 6 führt Wasser über den Wasserfilter 14 zur Kompressorstufe 2. Eine Düse 17 zum Ablassen von belastetem Wasser 20 aus dem Zyklonabscheider 44 wird vom Niveauregler 15 gesteuert, die Frischwasserzufuhr erfolgt über das Wasserreservoir, welches über eine Wasserleitung 33 mit Reinstwasser aus der Umkehr-Osmoseeinheit 31 versorgt wird. Der Zyklonabscheider ist mit wenigstens einem Ultraschallsender 42 ausgerüstet.

Um ein Bakterienwachstum während längerer Stillstandsphasen weiter zu reduzieren oder ganz zu unterbinden kann der Druck in der Kompressorenanlage 1 und damit im gesamten Wasserkreislauf bis zum Mindestdruck-Rückschlagventil 11 entlastet werden. Das Wasser 20 fließt rückwärts durch die Kompressorstufe 2 über Leitung 5 in den LufWWasserabscheider 3. Sämtliche Kompo- nenten, die höher als der Luft-Λ/Vasserabscheider 3 angeordnet sind, werden dabei unter Einwirkung der Schwerkraft entwässert. Über eine Leitung 36 wird nach dem öffnen von Ventil 35 Druckluft aus dem Druckluftbehälter 40 und aus dem Druckluftnetz nach dem Mindestdruck-Rückschlagventil 11 der Kompressorstufe 2 zugeführt. Diese vorliegend von einem Druck von 8 bar auf Normal- druck entspannte zugeführte Druckluft hat in der Regel eine relative Luftfeuchtigkeit von weniger als etwa 15%. Diese trockene Spülluft drückt das im Wasserkreislauf verbliebene Wasser in den Luft-/Wasserabscheider 3 oder in den

Zyklonabscheider 44 und trocknet zum größten Teil die Kompressorstufe 2 und die Leitungen. Wenn der Kompressorenanlage 1 noch ein nicht dargestellter Trockner nachgeschaltet ist, kann die Leitung 36 ebenso nach dem Trockner angeschlossen werden, so steht noch trockenere Spülluft zur Verfügung. Es ist bekannt, dass sich im Wasser entwickelte Mikroorganismen in trockener Atmosphäre nicht überleben.

Das in einem Luft-/Wasserabscheider 3 einer Kompressorenanlage 1 behandelte Wasser kann über eine weitere, in Fig. 1 und 2 nicht dargestellte Leitung einem anderen, beliebigen Verwendungszweck zugeführt werden, wenn es von der Kompressorstufe 2 nicht oder nur teilweise verbraucht wird. Bei entsprechender Dimensionierung kann durch Beschallung mit Ultraschallwellen von Brauchwasser/Trinkwasser erreicht werden, dass insbesondere Mikroorganismen, wie Bakterien, Viren, Keime, gänzlich oder zum grössten Teil abgetötet werden. Damit wird verhindert, dass Menschen und/oder Tiere, die das Wasser benutzen, sich infizieren und allenfalls erkranken.