<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze voor het drogen van een gekomprimeerd gas en inrichting om deze werkwijze te verwezenlijken.
Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het drogen van een gekomprimeerd gas, alsmede op een inrichting, meer speciaal een gasdroger, om deze werkwijze te verwezenlijken.
In de eerste plaats is zij bedoeld voor het drogen van gekomprimeerde lucht, doch in het algemeen kan zij ook voor het drogen van andere gekomprimeerde gassen worden aangewend.
Kompressorinstallaties leveren gekomprimeerde lucht tot bijvoorbeeld 25 bar. Deze gekomprimeerde lucht heeft meestal een hoog watergehalte. Dit water kan nadelig zijn voor het leidingnetwerk en voor de toepassing waarvoor de gekomprimeerde lucht gebruikt wordt. Daarom dient deze lucht dan ook gedroogd te worden. Zulke droging gebeurt door de gekomprimeerde lucht af te koelen tot ongeveer 2 oc, waardoor het water kondenseert en kan afgevoerd worden.
Meer speciaal heeft zij betreKking op een werkwijze van het type waarbij het gekomprimeerd gas wordt afgekoeld om het erin aanwezige vocht te kondenseren en af te scheiden en waarbij deze koeling minstens gedeeltelijk door middel van een tweefazig koelfluidum gebeurt.
Het is bekend dat in bestaande gasdrogers de
EMI1.1
-e koelen gas en bet tweefazig warmtewisseling tussen het te koelen gas en het tweefazigkoelfluïdum o. a. gerealiseerd wordt door middel van een platen-buis warmtewisselaar of een buis-buis
EMI1.2
b4j warmtewisselaar waarbij het
<Desc/Clms Page number 2>
door een buis stroomt.
De reden waarom voor een koeling door middel van een tweefazig koelfluidum nooit afgeweken is van de klassieke buis bestaat erin dat steeds verondersteld werd dat om een goede warmteoverdracht in een tweefasig fluïdum te bekomen, dus hoge warmteoverdrachtscoëfficiënten te bereiken, verhoudingsgewijs zeer hoge Re-getallen (Reynoldsgetallen) dienen te worden gerespekteerd, wat alleen door middel van een gekromde buis of dergelijke en niet door middel van een plaatvormig doorstromingskanaal voor het tweefazig fluïdum kan worden gerealiseerd.
Deze bekende platen-buis en buis-buis warmtewisselaars hebben verschillende nadelen, onder andere dat de produktiekost hiervan relatief hoog is en dat zij een relatief groot volume innemen in verhouding tot hun koelvermogen.
De huidige uitvinding beoogt dan ook een werkwijze en inrichting voor het drogen van een gekomprimeerd gas waarbij de voornoemde nadelen worden uitgesloten.
Volgens de uitvinding wordt hierbij afgeweken van de voornoemde gedachtengang dat de koeling door middel van het tweefazig koelfluïdum dient te gebeuren in een platen-buis of buis-buis warmtewisselaar. Hierbij baseert men zieh op het feit dat, zoals uitgewezen door onderzoek, bij verdamping of kondensate de warmteoverdrachtscoëfficiënt vooral bepaald wordt door het verdampings-of kondensatieproces, en de konvektieve bijdrage tot de warmteoverdrachtscoëfficiënt slechts weinig rol speelt, tenzij bij zeer hoge Re-getallen.
Uitvindingsgewijs kan het verdampend tweefazig koelfluidum dan door een platenwarmtewisselaar gestuurd, zonder gevaar voor lage warmteoverdrachtscoëfficiënten die normaal, volgens de
<Desc/Clms Page number 3>
gangbare theorie, bij de lage Re-getallen in een tussen platen gedefinieerd doorstromingskanaal zouden optreden.
Bijgevolg voorziet de uitvinding dan ook in een werkwijze voor het drogen van een gekomprimeerd gas, waarbij het gekomprimeerd gas wordt afgekoeld om het erin aanwezige vocht te kondenseren en af te scheiden en waarbij deze koeling minstens gedeeltelijk door middel van een tweefazig koelfluidum gebeurt, daardoor gekenmerkt dat de koeling met het tweefazig koelfluïdum in een platenwarmtewisselaar plaatsvindt.
De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor het drogen van een gas, welke een koelinrichting bevat om het gas af te koelen zodat minstens een gedeelte van het erin aanwezige vocht wordt gekondenseerd en kan worden afgescheiden, waarbij de voornoemde koelinrichting minstens een warmtewisselaar bevat die in een koeling door middel van een tweefazig koelfluïdurn voorziet, daardoor gekenmerkt dat deze warmtewisselaar een platenwarmtewisselaar is.
Met het inzicht de kenmerken volgens de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna als voorbeelden zonder enig beperkend karakter enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin : figuur 1 een bekende inrichting voor het drogen van gas weergeeft ; figuren 2 en 3 doorsneden weergeven volgens lijnen
11-11 en 111-111 in figuur 1i figuur 4 een gedeelte van een warmtewisselaar uit nog een bekende inrichting weergeeft ; figuur 5 een inrichting volgens de uitvinding weergeeft ;
<Desc/Clms Page number 4>
figuur 6 een doorsnede weergeeft volgens lijn VI-VI in figuur 5 ; figuur 7 een praktische uitvoeringsvorm weergeeft van een warmtewisselaar die in de gasdroger van de uitvinding kan worden aangewend ; figuur 8 een doorsnede weergeeft volgens lijn
VIII-VIII in figuur 7.
In figuren 1 tot 3 is een bekende inrichting 1 voor het drogen van gas weergegeven, welke een koelinrichting 2 bevat om het gas af te koelen zodat minstens een gedeelte van het erin aanwezige vocht wordt gekondenseerd en kan worden afgescheiden, waarbij deze koelinrichting 2 minstens een warmtewisselaar 3 bevat die in een koeling door middel van een tweefazig koelfluidum voorziet.
Zoals in de inleiding is uiteengezet, wordt tot op heden voor de warmtewisselaar 3, waar warmteuitwisseling plaatsvindt tussen een hoofdzakelijk éénfazig fluidum, in dit geval het te drogen gas, en een tweefazig koelfluidum, zoals een verdampend koelmiddel, uitsluitend gebruik gemaakt van platen-buis of buis-buis warmtewisselaars. In het voorbeeld van figuren 1 tot 3 is een platen-buis warmtewisselaar 3 afgebeeld. Zoals aangeduid met pijlen A wordt het te drogen gas hierbij door een kanalisatie 4 geleid, welke volledig door platen 5 tot 8 begrensd is, terwijl het koelfluidum zoals aangeduid met pijl B, door een buis 9 geleid wordt, bijvoorbeeld in de vorm van een serpentine, welke gelegen is tegen de kanalisatie 4.
De voornoemde kanalisatie 4 kan zoals weergegeven in figuur 1 bestaan uit twee delen 10 en 11, waartussen de voornoemde buis 9 is aangebracht. De delen 10 en 11 kunnen beide een doorsnede vertonen zoals afgebeeld in figuur 2.
<Desc/Clms Page number 5>
Het koelt fluidum in de buis 9 kan worden gekoeld en worden rondgepompt door middel van een koelgroep 12.
Door de koeling in de warmtewisselaar 3 wordt het vocht in het te drogen gas gekondenseerd, zodanig dat het gevormde kondensaat K kan worden afgescheiden in een vloeistofafscheider 13, zoals schematisch is aangeduid in figuur 1.
Zoals weergegeven in figuren 1 tot 3 is het ook bekend dat in een voorkoeling kan worden voorzien door middel van een tweede warmtewisselaar 14, waarbij als koelmiddel het gedroogde gas, dat na de afscheiding van het kondensaat K wordt bekomen, wordt aangewend. Aangezien de warmtewisselaar 14 voorziet in een koeling tussen twee éénfazige flulda kon hiertoe volgens de gangbare theorie wel gebruik gemaakt worden van een platenwarmtewisselaar.
Figuur 4 geeft een bekende variante weer van de voornoemde warmtewisselaar 3, waarbij deze bestaat uit een buis-buis warmtewisselaar, welke ook de in de inleiding genoemde nadelen vertoont.
Zoals weergegeven in figuren 5 en 6 voorziet de huidige
EMI5.1
uitvinding een inrichting 15 voor het drogen van een u gekomprimeerd gas, van het type dat een koelinrichting 16 bevat om het gas af te koelen zodat minstens een gedeelte van het erin aanwezige vocht wordt gekondenseerd en kan worden afgescheiden, waarbij de voornoemde koelinrichting
EMI5.2
16 een warmtewisselaar 17 bevat die in een koeling 6 door middel van een tweefazig koelfluidum voorziet, met als kenmerk dat de warmtewisselaar 17 een platenwarmtewisselaar is, met andere woorden waarbij zowel het te drogen gas als het tweefazig koelfluidum doorheen kanalisaties, respek-
<Desc/Clms Page number 6>
tievelijk 18 en 19 worden geleid die volledig begrensd zijn door plaatwanden, in dit geval platen 20 tot 23.
De kanalisatie 18 kan zoals weergegeven in figuur 5 bestaan uit twee delen 24 en 25, waartussen de kanalisatie 19 is aangebracht. De delen 24 en 25 kunnen dezelfde doorsnede vertonen als het voornoemde deel 10 dat is afgebeeld in figuur 2.
Zoals weergegeven in figuren 5 en 6 wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een platenwarmtewisselaar die voorzien is van lamellen 26 in de kanalisatie 18 voor het te drogen gas en/of in de kanalisatie 19 voor het koelfluïdum. Bij voorkeur zijn beide kanalisaties 18 en 19 met zulke lamellen 26 uitgerust.
Het koelfluidum wordt via een kringloop 27 rondgepompt en gekoeld door middel van een koelgroep 28. De toevoer en afvoer van het koelfluïdum gebeurt via een ingang 29 en een uitgang 30, die bijvoorbeeld aangebracht zijn zoals afgebeeld in figuur 6.
De kanalisaties 18 en 19 van de warmtewisselaar 17 zijn bij voorkeur in meestroom geschakeld.
Zoals weergegeven in figuren 5 en 6 kan in een voorkoeling worden voorzien, bijvoorbeeld door middel van een tweede warmtewisselaar 31. A. LS koelmiddel kan het gedroogde gas, dat na de afscheiding van het kondensaat K in een vloeistofafscheider 32 wordt bekomen, worden aangewend. Hiertoe is de uitgang 33 van de kanalisatie 18 zoals schematisch aangeduid met de leiding 34 aangesloten op de ingang 35 van het koelgedeelte van de warmtewisselaar 31.
<Desc/Clms Page number 7>
De tweede warmtewisselaar 31 bestaat bij voorkeur ook uit een platenwarmtewisselaar. Hij werkt bij voorkeur volgens het tegenstroomprincipe.
Konstruktief kan hij analoog zijn opgebouwd als de warmtewisselaar 17, met andere woorden bestaan uit een kanalisatie 36 voor het te drogen gas, gevormd uit twee delen 37 en 38 en een kanalisatie 39 voor het als koelmiddel funktionerende gedroogde gas, die zieh tussen de delen 37 en 38 uitstrekt.
Zoals nog is weergegeven in figuur 5 zijn de twee warmtewisselaars 17 en 31 bij voorkeur konstruktief in elkaars verlengde gelegen, en wel zodanig dat de kanalisaties voor het te drogen gas, enerzijds 36 en anderzijds 18, een doorlopend geheel vormen.
De werking van de inrichting 15 kan eenvoudig uit de figuren 5 en 6 worden afgeleid. Zij wordt hierna beschreven voor het drogen van lucht.
De gekomprimeerde lucht stroomt eerst doorheen de warmtewisselaar 31, namelijk de lucht-lucht platenwarmtewisselaar, en wordt door de gedroogde lucht welke in tegenstroom C stroomt, afgekoeld tot bijvoorbeeld 20 C. Vervolgens stroomt de gekomprimeerde lucht in de kanalisatie 18 van de warmtewisselaar 17, waar zij door middel van het tweefazig koelfluidum, dat door de kanalisatie 19 stroomt, in meestroom verder wordt afgekoeld tot bijvoorbeeld 2 C. Het hierbij gekondenseerde water wordt vervolgens afgevoerd in de waterafscheider 32 en de gedroogde lucht wordt teruggevoerd naar de warmtewisselaar 31 om daar als koelmiddel te worden aangewend.
Volgens een bijzondere uitvoeringsvorm zal voor de warmtewisselaars, in de eerste plaats de warmtewisselaar 17, en eventueel ook de warmtewisselaar 31, gebruik worden
<Desc/Clms Page number 8>
gemaakt van een platenwarmtewisselaar met offset geplaatste lamellen, met andere woorden reeksen van parallelle zieh in de langsrichting uitstrekkende lamellen 26 die geplaatst zijn zoals afgebeeld in figuren 7 en 8. De lamellen 26 kunnen hierbij gevormd zijn uit gegolfde plaatvormige elementen, met rechthoekige golfvorm, die tussen de platen 20-21 en/of 21-22 en/of 22-23 zijn aangebracht. Het gebruik van zulke offset geplaatste lamellen 26 biedt het voordeel dat turbulentie wordt gegenereerd, en dus ook hogere Re-getallen, wat leidt tot betere warmteoverdrachtscoëfficiënten.
De inrichting 15 van de uitvinding biedt het voordeel dat, tegen de gangbare theorie in, een merkelijk betere warmteoverdracht plaatsvindt. Testen hebben uitgewezen dat de warmtewisselaar 17 van de uitvinding voor eenzelfde koelend vermogen meer dan 30 % kleiner kan worden gemaakt dan een plaat-buis warmtewisselaar 3.
Samengevat bestaan de voordelen van de uitvinding erin dat het produktieproces merkelijk goedkoper is, wat leidt tot een daling van de kostprijs van de warmtewisselaar en de ganse gasdroger ; dat de warmtewisselaar kleiner kan worden uitgevoerd, wat ook tot een daling van de kostprijs leidt ; en dat, aangezien de warmtewisselaar 17 de grootte van de gasdroger bepaalt, deze laatste ook kleiner en goedkoper kan worden gerealiseerd.
De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeelden beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch dergelijke werkwijze en inrichting voor het drogen van een gekomprimeerd gas kunnen volgens verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.
<Desc / Clms Page number 1>
Method for drying a compressed gas and device for realizing this method.
The present invention relates to a method for drying a compressed gas, as well as to a device, more specifically a gas dryer, to implement this method.
In the first place it is intended for drying compressed air, but in general it can also be used for drying other compressed gases.
Compressor installations provide compressed air up to, for example, 25 bar. This compressed air usually has a high water content. This water can be detrimental to the pipe network and to the application for which the compressed air is used. Therefore, this air should also be dried. Such drying is done by cooling the compressed air to about 2 oC, allowing the water to condense and be discharged.
More specifically, it relates to a method of the type in which the compressed gas is cooled to condense and separate the moisture contained therein and in which this cooling is carried out at least in part by means of a two-phase cooling fluid.
It is known that in existing gas dryers the
EMI1.1
-e cooling gas and the two-phase heat exchange between the gas to be cooled and the two-phase cooling fluid o. a. is realized by means of a plate-tube heat exchanger or a tube-tube
EMI1.2
b4j heat exchanger where the
<Desc / Clms Page number 2>
flows through a tube.
The reason why for a cooling by means of a two-phase cooling fluid has never deviated from the classic tube is that it has always been assumed that in order to obtain a good heat transfer in a two-phase fluid, therefore, to achieve high heat transfer coefficients, comparatively very high Re numbers ( Reynolds numbers) must be observed, which can only be realized by means of a curved tube or the like and not by means of a plate-shaped flow-through for the biphasic fluid.
These known plate-tube and tube-tube heat exchangers have various drawbacks, inter alia that the production cost thereof is relatively high and that they occupy a relatively large volume in relation to their cooling capacity.
The present invention therefore contemplates a method and apparatus for drying a compressed gas in which the above-mentioned drawbacks are excluded.
According to the invention it is hereby deviated from the aforementioned train of thought that the cooling by means of the two-phase cooling fluid must take place in a plate-tube or tube-tube heat exchanger. It is based on the fact that, as has been shown by research, the heat transfer coefficient in evaporation or condensation is mainly determined by the evaporation or condensation process, and the convective contribution to the heat transfer coefficient plays only little role, unless at very high Re numbers.
Inventively, the evaporative biphasic cooling fluid can then pass through a plate heat exchanger, without the danger of low heat transfer coefficients normally, according to the
<Desc / Clms Page number 3>
current theory, at the low Re numbers in a flow channel defined between plates would occur.
Accordingly, the invention therefore provides a method for drying a compressed gas, wherein the compressed gas is cooled to condense and separate the moisture contained therein and wherein this cooling is carried out at least in part by means of a two-phase cooling fluid, characterized in that that the cooling with the biphasic cooling fluid takes place in a plate heat exchanger.
The invention also relates to a device for drying a gas, which contains a cooling device for cooling the gas, so that at least part of the moisture contained therein is condensed and can be separated, the aforementioned cooling device comprising at least one heat exchanger provides cooling by means of a two-phase cooling fluid, characterized in that this heat exchanger is a plate heat exchanger.
With the insight to better demonstrate the features according to the invention, some preferred embodiments are described below as examples without any limitation, with reference to the accompanying drawings, in which: figure 1 shows a known apparatus for drying gas; figures 2 and 3 show cross-sections according to lines
11-11 and 111-111 in figure 1i figure 4 represent a part of a heat exchanger from another known device; figure 5 represents a device according to the invention;
<Desc / Clms Page number 4>
figure 6 represents a section according to line VI-VI in figure 5; figure 7 shows a practical embodiment of a heat exchanger which can be used in the gas dryer of the invention; figure 8 represents a section according to line
VIII-VIII in figure 7.
Figures 1 to 3 show a known device 1 for drying gas, which contains a cooling device 2 for cooling the gas so that at least a part of the moisture contained therein is condensed and can be separated, this cooling device 2 being at least one contains heat exchanger 3 which provides cooling by means of a two-phase cooling fluid.
As explained in the introduction, to date the heat exchanger 3, where heat exchange takes place between a mainly monophasic fluid, in this case the gas to be dried, and a two-phase cooling fluid, such as an evaporative coolant, only uses plate tube or tube-tube heat exchangers. In the example of Figures 1 to 3, a plate-tube heat exchanger 3 is shown. As indicated by arrows A, the gas to be dried is here passed through a channel 4, which is completely bounded by plates 5 to 8, while the cooling fluid as indicated by arrow B is passed through a tube 9, for example in the form of a serpentine , which is against the channelization 4.
As shown in figure 1, the aforementioned channelization 4 can consist of two parts 10 and 11, between which the aforementioned tube 9 is arranged. Parts 10 and 11 can both have a cross section as shown in figure 2.
<Desc / Clms Page number 5>
The cooling fluid in the tube 9 can be cooled and circulated by means of a cooling group 12.
By cooling in the heat exchanger 3, the moisture in the gas to be dried is condensed, such that the condensate K formed can be separated in a liquid separator 13, as schematically indicated in Figure 1.
As shown in Figures 1 to 3, it is also known that pre-cooling can be provided by means of a second heat exchanger 14, in which the dried gas obtained after the separation of the condensate K is used as the coolant. Since the heat exchanger 14 provides cooling between two single-phase fluids, a plate heat exchanger could be used for this purpose according to current theory.
Figure 4 shows a known variant of the aforementioned heat exchanger 3, which consists of a tube-tube heat exchanger, which also has the drawbacks mentioned in the introduction.
As shown in Figures 5 and 6, the present provides
EMI5.1
invention a device 15 for drying a compressed gas, of the type comprising a cooling device 16 for cooling the gas so that at least a part of the moisture contained therein is condensed and can be separated, said cooling device
EMI5.2
16 contains a heat exchanger 17 which provides a cooling 6 by means of a two-phase cooling fluid, characterized in that the heat exchanger 17 is a plate heat exchanger, in other words in which both the gas to be dried and the two-phase cooling fluid pass through channels, respectively
<Desc / Clms Page number 6>
18 and 19 are led completely bounded by sheet walls, in this case sheets 20 to 23.
As shown in Figure 5, the channel 18 can consist of two parts 24 and 25, between which the channel 19 is arranged. The parts 24 and 25 can have the same cross-section as the aforementioned part 10 shown in figure 2.
As shown in Figures 5 and 6, use is preferably made of a plate heat exchanger provided with fins 26 in the duct 18 for the gas to be dried and / or in the duct 19 for the cooling fluid. Both channels 18 and 19 are preferably equipped with such slats 26.
The cooling fluid is circulated through a circuit 27 and cooled by means of a cooling group 28. The cooling fluid is supplied and discharged via an inlet 29 and an outlet 30, which are arranged, for example, as shown in figure 6.
The ducts 18 and 19 of the heat exchanger 17 are preferably connected in co-current.
As shown in Figures 5 and 6, pre-cooling can be provided, for example by means of a second heat exchanger 31. A. LS coolant, the dried gas obtained after the separation of the condensate K in a liquid separator 32 can be used. For this purpose, the outlet 33 of the ducting 18, as schematically indicated with the line 34, is connected to the inlet 35 of the cooling section of the heat exchanger 31.
<Desc / Clms Page number 7>
The second heat exchanger 31 preferably also consists of a plate heat exchanger. It preferably works according to the counterflow principle.
Constructively it can be constructed analogously to the heat exchanger 17, in other words consist of a duct 36 for the gas to be dried, formed of two parts 37 and 38 and a duct 39 for the dried gas functioning as a coolant, which is between the parts 37 and 38 extends.
As is still shown in Figure 5, the two heat exchangers 17 and 31 are preferably structurally aligned, such that the ducts for the gas to be dried, on the one hand 36 and on the other hand 18, form a continuous whole.
The operation of the device 15 can be easily deduced from Figures 5 and 6. It is described below for air drying.
The compressed air first flows through the heat exchanger 31, namely the air-to-air plate heat exchanger, and is cooled by the dried air flowing in countercurrent C to, for example, 20 C. Then, the compressed air flows into the duct 18 of the heat exchanger 17, where it is further cooled in co-current to, for example, 2 C by means of the biphasic cooling fluid, which flows through the channel 19, The water condensed in this way is then discharged into the water separator 32 and the dried air is returned to the heat exchanger 31 for cooling there to be used.
According to a special embodiment, the heat exchangers, in the first place the heat exchanger 17, and possibly also the heat exchanger 31, will be used.
<Desc / Clms Page number 8>
made of a plate heat exchanger with offset slats, in other words series of parallel longitudinally extending slats 26 positioned as shown in Figures 7 and 8. The slats 26 can be formed of corrugated plate elements, of rectangular waveform, which between plates 20-21 and / or 21-22 and / or 22-23. The use of such offset slats 26 offers the advantage of generating turbulence, and thus higher Re numbers, leading to better heat transfer coefficients.
The device 15 of the invention offers the advantage that, contrary to current theory, a markedly better heat transfer takes place. Tests have shown that the heat exchanger 17 of the invention can be made more than 30% smaller than a plate-tube heat exchanger 3 for the same cooling capacity.
In summary, the advantages of the invention are that the production process is considerably cheaper, which leads to a decrease in the cost of the heat exchanger and the entire gas dryer; that the heat exchanger can be made smaller, which also leads to a decrease in cost price; and that since the heat exchanger 17 determines the size of the gas dryer, the latter can also be realized smaller and cheaper.
The present invention is by no means limited to the embodiments described as examples and shown in the figures, but such a method and device for drying a compressed gas can be realized in different variants without departing from the scope of the invention.