BE1019056A3 - Werkwijze voor het koeldrogen van een gas. - Google Patents

Abstract

Werkwijze voor het koeldrogen van gas, waarbij gas doorheen het secundair gedeelte van een eerste warmtewisselaar (2) wordt geleid en het primaire gedeelte van die warmtewisselaar (2) die verdamper vormt van een koelcircuit (3) met een koelmiddel, welk koelcircuit (3) een compressor (4) omvat, een tweede warmtewisselaar (5) met een primair gedeelte dat de condensor is van het koelcircuit (3) en een secundair gedeelte waardoorheen en medium stroomt voor het koelen van het koelmiddel, daardoor gekenmerkt dat deze werkwijze de stap omvat van het voornoemde koelcircuit zodanig aan te sturen dat het koelmiddel bij het binnentreden van de condensor een temperatuur bezit die voldoende hoog is om het voornoemde medium te kunnen verwarmen tot een temperatuur van minimaal 60°C.

Description

Werkwijze voor het koeldrogen van een gas.

De huidige uitvinding heeft betrekking op een werkwijze -voor het koeldrogen van een gas.

Meer speciaal, is de uitvinding bedoeld voor het koeldrogen van een gas, of een mengsel van gassen zoals lucht, dat waterdamp bevat, waarbij dit gas gekoeld wordt door het doorheen het secundair gedeelte van een eerste warmtewisselaar voor het condenseren van waterdamp uit het gas te leiden, waarbij het primaire gedeelte van de eerste warmtewisselaar de verdamper is van een koelcircuit, voorzien van een koelmiddel, welk koelcircuit verder een compressor omvat en een tweede warmtewisselaar met een primair gedeelte dat de condensor is van het koelcircuit en een secundair gedeelte waardoorheen een medium stroomt voor het koelen van het koelmiddel in de condensor en een expansiemiddel tussen de uitgang van de condensor en de ingang van de voornoemde verdamper.

Het koeldrogen is, zoals bekend, gebaseerd op het principe dat door verlaging van de gastemperatuur het vocht uit het gas condenseert, waarna het condenswater in een vloeistofafschelder afgescheiden wordt en waarna het gas opnieuw opgewarmd wordt waardoor dit gas' niét langer verzadigd is.

De gastemperatuur wordt verlaagd doordat het gas via een eerste' warmtewisselaar in contact staat met het koelmiddel van het koelcircuit. Het gas wordt bij voorkeur zo sterk mogelijk afgekoeld door het koelmiddel.

Het koelmiddel in het primair gedeelte van de eerste warmtewisselaar warmt op naarmate het verder doorheen de eerste warmtewisselaar stroomt.

Na het verlaten van de eerste warmtewisselaar wordt het koelmiddel op een hogere druk en temperatuur gebracht door middel van de compressor. Op die manier kan het koelmiddel de opgenomen energie weer kwijt door het koelmiddel op deze hogere temperatuur Th via. een tweede ..warmtewisselaar.....in contact te brengen met een koeler medium.

Nadat het koelmiddel de tweede warmtewisselaar verlaten heeft, wordt het koelmiddel geëxpandeerd door middel van een expansiemiddel. Tijdens expansie daalt de temperatuur van het koelmiddel tot een temperatuur Tc waarna het koelmiddel aangewend kan worden voor het doorlopen van èen nieuwe koelcyclus.

Perslucht die bijvoorbeeld door een compressor aangeleverd wordt, is in de meeste gevallen verzadigd met waterdamp of bezit, met andere woorden, een relatieve vochtigheid van 100%. Dit betekent dat bij een temperatuursdaling tot onder het zogenaamde dauwpunt condensatie optreedt. Door het condenswater zal corrosie in leidingen en gereedschappen ontstaan en kunnen de apparaten vroegtijdige slijtage vertonen.

Vandaar dat perslucht gedroogd wordt, hetgeen op voornoemde manier door kóeldrogen kan geschieden. Ook andere lucht dan perslucht of andere gassen kunnen op deze manier gedroogd ... worden.

Bij het koeldrogen van perslucht bezit de gedroogde perslucht een temperatuur gelijk aan enkele graden Celsius boven nul. De temperatuur van de gedroogde perslucht is immers beperkt wegens bevriezingsgevaar van het condensaat.

Het koelmiddel bezit hierbij een temperatuur Tc typisch tussen 0°C en -5°C bij het doorstromen van de eerste warmtewisselaar.

Traditioneel wordt het koelmiddel na het doorstromen van de eerste warmtewisselaar door de compressor in temperatuur verhoogd tot een temperatuur Th enkele graden boven de inlaattemperatuur van het medium aangewend voor het koelen van het koelmiddel. Het koelmiddel wordt gekoeld in een tweede warmtewisselaar door bijvoorbeeld water van een rivier of dergelijke als medium doorheen het secundair gedeelte van de tweede warmtewisselaar te sturen.

De inlaattemperatuur van voornoemd medium bedraagt typisch 20 à 40 graden Celsius.

Het rendement of de "coëfficiënt of performance" (COP) van een koelcyclus kan uitgedrukt worden door de volgende formule : COP = hoeveelheid afgevoerde warmte / geleverde arbeid door de compressor.

Voor een Carnot cyclus wordt dit:

Het is duidelijk dat het rendement van de koelcyclus afneemt naarmate de temperatuur Th van het koelmiddel toeneemt.

De compressieverhouding wordt om evidente redenen zo beperkt mogelijk gehouden, maar de temperatuur van het koelmiddel bij het binnentreden van de condensor moet wel voldoende hoog zijn opdat het koelmiddel warmte „kan. uitwisselen in de tweede warmtewisselaar.

Een nadeel hierbij is dat de warmte die vrijkomt door condensatie van het gas en de elektrische energie, nodig voor het uitvoeren van de compressie van het koelmiddel, verloren zijn gezien de temperatuur van het medium aan de uitlaat van de tweede warmtewisselaar veel te laag'is om' nuttig te kunnen worden aangewend.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan één of meer van de voornoemde en/of andere nadelen een oplossing te bieden, doordat zij voorziet in een werkwijze voor het koeldrogen van een gas dat waterdamp bevat, waarbij dit gas gekoeld wordt door het doorheen het secundair gedeelte van een eerste warmtewisselaar te leiden voor het condenseren van waterdamp uit het gas, waarbij het primaire gedeelte van de eerste warmtewisselaar de verdamper is van een koelcircuit, voorzien van een koelmiddel, welk koelcircuit verder een compressor omvat en een tweede warmtewisselaar met een primair gedeelte dat de condensor is van het koelcircuit en een secundair gedeelte waardoorheen een medium stroomt voor het koelen van het koelmiddel in de condensor en een expansiemiddel tussen de uitgang van de condensor en de ingang van de voornoemde verdamper, waarbij deze werkwijze de stap omvat van het voornoemde koelcircuit zodanig aan te sturen dat het koelmiddel bij het binnentreden van de condensor een temperatuur bezit die voldoende hoog is om het voornoemde medium te kunnen verwarmen tot een temperatuur van minimaal 60°C, waarbij op deze manier energie . kan worden gerecupereerd die in de eerste warmtewisselaar en de compressor opgenomen wordt door het koelmiddel.

Een voordeel van een werkwijze volgens de uitvinding is dat het medium, dat aangewend wordt voor het koelen van het koelmiddel, tot een hogere temperatuur opgewarmd wordt in vergelijking met de bestaande werkwijzen voor het koeldrogen van een gas.

Energie, die door het koelmiddel opgenomen wordt tijdens... . het doorstromen van de eerste warmtewisselaar en de compressor, wordt in de tweede warmtewisselaar afgestaan aan voornoemd medium.

Doordat het voornoemde medium sterk opgewarmd wordt, kan dit medium, nadat dit de tweede warmtewisselaar verlaten heeft, nuttig aangewend worden. Zulk ' medium kan bijvoorbeeld aangewend worden voor het verwarmen van lokalen of dergelijke.

Het is duidelijk dat op deze manier een deel van de energie die in de eerste warmtewisselaar en de compressor opgenomen wordt door het koelmiddel, gerecupereerd kan worden.

Bij voorkeur bezit het medium, bijvoorbeeld water, voor het koelen van het koelmiddel, bij een aanvangstemperatuur van dit medium gelijk aan 20°C, een temperatuur van minimaal 60°C bij het verlaten van de tweede warmtewisselaar.

In het algemeen kan gesteld worden dat voornoemd „medium vanaf een temperatuur gelijk aan 60°C nuttig aangewend kan worden.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm wordt de temperatuur van het koelmiddel bij het binnentreden van de condensor bepaald door het regelen van het compressortoerental. Voornoemde regeling Van ” het compressortoerental wordt bij voorkeur uitgevoerd op basis van de gewenste uitlaattemperatuur van het medium aangewend voor het koelen van het koelmiddel.

Met het inzicht de kenmerken van de huidige uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende werkwijze volgens de uitvinding weergegeven, met verwijzing naar de enige bijgaande figuur die een inrichting weergeeft voor het toepassen van een werkwijze volgens de uitvinding voor het koeldrogen.

In deze figuur is een inrichting 1 voor het koeldrogen van een gas weergegeven, welke inrichting 1 in hoofdzaak is voorzien van een eerste warmtewisselaar 2 waarvan het primaire gedeelte de verdamper vormt van een koelcircuit 3 waarin achtereenvolgens ook een compressor 4, een tweede warmtewisselaar 5 en een expansieventiel 6 zijn opgesteld. Het primaire gedeelte van de voornoemde tweede warmtewisselaar 5 vormt hierbij de condensor van het koelcircuit 3.

Het koelcircuit 3 is gevuld met een koelmiddel waarvan de stromingszin door de pijl A weergegeven is.

Het secundaire gedeelte van de eerste warmtewisselaar 2 maakt deel uit van een leiding 7 voor het drogen van een vochtig gas of mengsel van gassen, in dit geval lucht, waarvan de stromingszin wordt weergegeven door de pijl B.

Het secundair gedeelte van de tweede warmtewisselaar 5 maakt deel uit van een leiding 8 waardoorheen een medium stroomt, welk medium aangewend wordt voor het koelen van het koelmiddel. De stroomzin van voornoemd medium wordt aangeduid door de pijl C.

De leiding 7 waardoorheen de te drogen lucht stroomt, is stroomafwaarts van de eerste warmtewisselaar 2 voorzien van een vloeistofafscheider 9.

Voornoemde leiding 7 kan, voor ze de eerste warmtewisselaar 2 bereikt, zich met een gedeelte doorheen een voorkoeler of recuperatiewarmtewisselaar 10 uitstrekken en vervolgens, na de vloeistofafscheider 9, zich opnieuw doorheen de recuperatiewarmtewisselaar 10 uitstrekken, in parallelstroom of tegenstroom met voornoemd gedeelte.

De uitgang van de voornoemde leiding 7 kan bijvoorbeeld aangesloten worden op een niet in de figuren weergegeven persluchtnet waarop bijvoorbeeld persluchtverbruikers zijn aangesloten, zoals werktuigen aangedreven door perslucht.

De compressor 4 wordt in dit geval aangedreven door een elektrische motor 11.

De verbeterde werkwijze volgens de uitvinding is zeer eenvoudig en als volgt.

De te drogen lucht wordt doorheen de eerste warmtewisselaar 2 gevoerd, bijvoorbeeld in tegenstroom met het koelmiddel in de verdamper van het koelcircuit 3.

In deze eerste warmtewisselaar 2 wordt de vochtige lucht afgekoeld, waardoor condensaat gevormd wordt dat in de vloeistofafscheider 9 afgescheiden wordt.

De koude lucht die na deze vloeistofafscheider 9 in absolute termen minder vocht bevat, maar toch een relatieve vochtigheid van 100% bezit, wordt in de recuperatiewarmtewisselaar 10 opgewarmd, waardoor de relatieve vochtigheid daalt, terwijl de verse te drogen lucht in de recuperatiewarmtewisselaar 10 reeds gedeeltelijk afgekoeld wordt alvorens aan de eerste warmtewisselaar 2 toegevoegd te worden.

De lucht aan de uitgang van de recuperatiewarmtewisselaar 10 is dus droger dan aan de ingang · van de eerste · warmtewisselaar 2.

Tijdens het doorstromen van de eerste warmtewisselaar 2 onttrekt het koelmiddel latente en voelbare warmte van de vochtige lucht.

Vervolgens wordt het koelmiddel door de compressor 4 op een hogere druk en temperatuur Th gebracht, waarna dit koelmiddel doorheen de tweede warmtewisselaar 5 gevoerd wordt.

Kenmerkend voor de werkwijze volgens de uitvinding is dat het koelmiddel . bij het binnentreden., van , de. tweede . warmtewisselaar 5 bij voorkeur een temperatuur van minimaal 70°C bezit.

Bij het doorstromen van de tweede warmtewisselaar 5 wisselt het koelmiddel warmte uit met het medium dat doorheen het secundair gedeelte van de tweede warmtewisselaar 5 stroomt, waardoor het koelmiddel afkoelt en het voórnoemd medium opwarmt.

Nadat het koelmiddel de tweede warmtewisselaar 5 doorstroomd heeft, wordt dit koelmiddel met behulp van het ... expansieventiel 6 geëxpandeerd, waardoor de druk en de temperatuur van het koelmiddel afnemen. .....

Het koelmiddel is vervolgens klaar om een nieuwe koelcyclus te doorlopen, waarbij het koelmiddel een temperatuur Tc bezit bij het binnentreden van de eerste warmtewisselaar 2, ook wel verdamper van het koelcircuit 3 genaamd.

De werkwijze volgens de uitvinding wordt bij voorkeur gekenmerkt doordat het koelmiddel bij het binnentreden van voornoemde verdamper een temperatuur van maximaal 10°C bezit.

Het voorgaande impliceert dat het koelmiddel bij het doorstromen van het koelcircuit 3 bij -voorkeur een temperatuursverschil ziet van minimaal 60°C.

Zulk groot temperatuursverschil is uitzonderlijk vermits, zoals uiteengezet in de inleiding, een groot temperatuursverschil van het koelmiddel over het algemeen nefast is voor het rendement van de koelcyclus.

Het belangrijkste voordeel van een werkwijze volgens de uitvinding is dat het medium dat doorheen het secundair gedeelte van de tweede warmtewisselaar 5 stroomt, aanzienlijk meer opgewarmd kan worden in vergelijking met - de bestaande werkwijzen.

Voornoemd medium kan hierdoor verder nuttig aangewend worden, bijvoorbeeld voor het opwarmen van lokalen of dergelijke. Op deze manier kan een deel van de condenswarmte en van de geleverde arbeid van de compressor 4 gerecupereerd worden. Dit in tegenstelling met de reeds bekende werkwijzen voor het koeldrogen van een gas waarbij de condenswarmte en/of een gedeelte van de geleverde arbeid van de compressor 4 verloren gaan.

In het algemeen kan gesteld worden dat voornoemd medium een temperatuur van minimum 60°C moet bezitten om potentieel nuttig te kunnen worden beschouwd. Vandaar dat, volgens éen voorkeurdragend kenmerk van de uitvinding, het medium, bij een aanvangstemperatuur gelijk aan 20°G, een temperatuur -bezit van minimaal 60 °C bij het verlaten van de tweede warmtewisselaar 5.

Idealiter wenst men het te drogen gas, of in dit geval de te drogen lucht, zo sterk mogelijk af te koelen door het doorheen de eerste warmtewisselaar 2 te voeren. De temperatuur van de te drogen lucht kan niet onbeperkt verlaagd worden gezien het bevriezingsgevaar van het condensaat. Typisch bezit de lucht bij het verlaten van de eerste warmtewisselaar 2 een temperatuur gelijk aan enkele graden boven nul.

Een inrichting 1 voor het toepassen van een werkwijze volgens de uitvinding maakt, bij voorkeur, gebruik van een hogedrukcompressor 4 met een drukverhouding die bij voorkeur wordt bepaald in functie van het gekozen koelmiddel. De compressor 4 moet hierbij voldoende zwaar uitgevoerd worden om grote drukverschillen aan te kunnen en dus de vereiste grote temperatuursverschillen te kunnen genereren.

Zulke hogedrukcompressor 4 wordt zodanig gedimensioneerd dat het koelmiddel bij het binnentreden van de condensor 5 de voornoemde minimale temperatuur van 70°C bereikt.

De druk aan de uitlaatzijde van de hogedrukcompressor 4 is volgens de uitvinding gelijk aan of hoger dan 45.105 Pa.

Afhankelijk van de gewenste verhitting van het medium door de gebruiker, kunnen de compressieverhouding, het type koelmiddel en andere parameters van het koelcircuit 3 geoptimaliseerd worden teneinde aan de ingang van de condensor nog hogere temperaturen van het koelmiddel te bereiken dan 70°C teneinde bijvoorbeeld water als medium te kunnen opwarmen tot 60, 70, 80 of zelfs 90°C.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en aan de hand van de figuur geïllustreerde werkwijze, doch een werkwijze volgens de uitvinding kan volgens velerlei varianten verwezenlijkt worden, zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (10)

1. Werkwijze voor het koeldrogen van een gas, waarbij dit gas gekoeld wordt door het doorheen het secundair gedeelte van een eerste warmtewisselaar (2) te leiden voor het condenseren van waterdamp uit het gas, waarbij het primaire gedeelte van de eerste warmtewisselaar (2) de verdamper is van een koelcircuit (3), voorzien van een koelmiddel, welk -koelcircuit (3) verder een compressor (4) omvat en een tweede warmtewisselaar (5) met een primair gedeelte dat de condensor is van het koelcircuit (3) en een secundair gedeelte waardoorheen een medium stroomt voor het koelen van het koelmiddel in de condensor en een expansiemiddel (6) tussen de uitgang van de condensor en de ingang van de voornoemde verdamper, daardoor gekenmerkt dat deze werkwijze de stap omvat van het voornoemde koelcircuit zodanig aan te sturen dat het koelmiddel bij het binnentreden van de condensor een temperatuur bezit die voldoende hoog is om het voornoémde medium te kunnen verwarmen tot een temperatuur van minimaal 60°C, waarbij op deze manier energie, kan worden gerecupereerd, die in. de eerste warmtewisselaar (2) en de compressor (4) opgenomen wordt door het koelmiddel.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat het koelmiddel bij het binnentreden van de condensor een temperatuur bezit van minimaal 7 0 °C om het voornoemde medium te kunnen verwarmen.

3. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het koelmiddel bij het binnentreden van de verdamper een temperatuur bezit van maximaal 10°C.

4. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het koelmiddel bij het doorstromen van het koelcircuit (3) een temperatuursverschil ziet van minimaal 60°C.

5. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat het gas bij het verlaten van de eerste warmtewisselaar (2) een temperatuur bezit van twee à drie graden Celsius boven nul.

6. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de compressor (4) een hoge druk compressor is met een drukverhouding.bepaald in functie van het gekozen koelmiddel en die er voor zorgt dat de temperatuur van het koelmiddel bij het binnentreden van de condensor de voornoemde minimale temperatuur van 70°C bereikt.

7. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat 'de druk aan de uitlaat van de compressor (4) gelijk is aan of groter is dan 45.105 Pa.

8. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat CO2 of freon als koelmiddel gebruikt wordt.

9. Werkwijze volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de temperatuur van het koelmiddel bij het binnentreden van de condensor wordt bepaald door een regeling van het compressortoerental.

10. Werkwijze volgens conclusie 9, daardoor-gekenmerkt dat voornoemde regeling wordt uitgevoerd op basis van de gewenste uitlaattemperatuur van het medium aangewend voor het koelen van het koelmiddel.