BE1019581A3 - Inrichting en werkijze voor het koeldrogen van een gas. - Google Patents

Abstract

Inrichting voor het koeldrogen van een gas die bestaat uit een gesloten koelcircuit (2) met een compressor (3) en verder achtereenvolgens in de stromingsrichting (M) van het medium een condensor (5), een expansiemiddel (7) gevolgd door een verdamper (8), die het primair gedeelte uitmaakt van een warmtewisselaar (9) met een secundair gedeelte (10) waar doorheen het te drogen gas wordt geleid en waarbij in het koelcircuit (2) een bypassleiding (17) is voorzien die afsluitbaar is door middel van een bypassklep (18) met een klepelement (23) en een daarop inwerkent drukgevoelig elemen (30) dat via een regeldrukleiding (38) is blootgesteld aan een plaatselijke regeldruk in het koelcircuit (2), waarbij de regeldrukleiding (38) stroomopwaarts van de uitgang van verdamper (8) is aangesloten op het gesloten koelcircuit (2).

Description

Inrichting en werkwijze voor het koeldrogen van een gas.

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

Het koeldrogen wordt bijvoorbeeld toegepast bij compressoren die een warm samengeperst gas leveren dat vaak verzadigd is met water.

Dit samengeperst gas dient eerst gedroogd te worden alvorens het aan een pneumatisch net wordt geleverd omdat het vocht in het gas schadelijk kan zijn voor de onderdelen en werktuigen in het pneumatisch net aangezien vocht kan leiden tot corrosie of tot ophoping van water in de werktuigen die daarop niet voorzien zijn.

Koeldrogen is gebaseerd op het principe dat door het koelen van gas vocht uit het met water verzadigde of deels verzadigde gas wordt geëvacueerd doordat het vocht condenseert en als condenswater wordt afgevoerd, waarna het gas opnieuw opgewarmd wordt waardoor het niet langer verzadigd is en dus droger wordt.

Voor het koeldrogen wordt gebruik gemaakt van een inrichting die hoofdzakelijk bestaat uit een gesloten koelcircuit dat een koelmedium bevat dat door een compressor kan worden rondgestuurd in het circuit en dat verder achtereenvolgens in de stromingsrichting van het medium een condensor bevat die aansluit op een uitlaat van de compressor; een expansiemiddel gevolgd door een verdamper die aansluit op een inlaat van voornoemde compressor, waarbij de verdamper het primair gedeelte uitmaakt van een warmtewisselaar met een secundair gedeelte waar doorheen het te drogen gas wordt geleid.

Door verdamping van het koelmedium in de verdamper of dus in het primair gedeelte van de warmtewisselaar wordt, zoals bekend, warmte onttrokken aan het te drogen gas dat door het secundaire gedeelte stroomt, waardoor dit te drogen gas wordt afgekoeld en, na afscheiding van het gevormde condensaat, opnieuw wordt opgewarmd.

Zulke inrichting is berekend op een nominale belasting voor het drogen van een nominaal gasdebiet.

In onbelaste toestand, met andere woorden, wanneer er geen te drogen gas doorheen de warmtewisselaar stroomt, is de koelcapaciteit van het koelcircuit te groot, waardoor er aanvriezen kan ontstaan in of achter de verdamper, wat absoluut vermeden moet worden.

Bovendien wordt dan ook het medium in het koelcircuit voortdurend rondgepompt zonder dat de koelcapaciteit van het koelcircuit nuttig wordt gebruikt voor het drogen van gas, waardoor veel energie verloren gaat.

Een bekende oplossing hiervoor is om in het gesloten koelcircuit een bypassleiding te voorzien met daarin een bypassklep die, enerzijds, gesloten is wanneer de inrichting belast is of met andere woorden wanneer een debiet te drogen gas doorheen de warmtewisselaar stroomt en, anderzijds, open is wanneer de inrichting onbelast is of er dus met andere woorden geen te drogen gas doorheen de warmtewisselaar stroomt.

In belaste situaties heeft de bypassleiding dus geen effect aangezien ze dan gesloten is en ten gevolge daarvan het koelcircuit op volle capaciteit werkt aangezien het volledige debiet koelmedium dat door de compressor wordt samengedrukt ook doorheen de condensor en het expansiemiddel wordt geleid die samen zorgen voor een sterke koeling van het koelmedium en aangezien ook dit volledig debiet koud koelmedium doorheen de verdamper in de warmtewisselaar stroomt voor het koelen van het te drogen gas.

In onbelaste toestand daarentegen zorgt de openstaande klep ervoor dat de compressor wordt overbrugd en dat, ten gevolge daarvan, minstens een deel van het door de compressor samengeperst medium niet doorheen de condensor en het expansiemiddel stroomt en dit deel van het medium dus ook niet wordt afgekoeld door expansie waardoor in de verdamper dus ook veel minder gekoeld wordt en er dus in of stroomafwaarts van de verdamper veel minder kans op aanvriezen is.

Stroomafwaarts en stroomopwaarts worden beschouwd in de stromingszin van het koelmedium in het gesloten koelcircuit.

Als bypassklep die de voornoemde functies kan vervullen, is het bekend om een type van klep toe te passen dat bekend is onder de benaming 'hot gas bypass' (HGBP), welk type klep meer bepaald een drukgestuurde bypassklep is met een klepelement dat onder invloed van een verend element in een gesloten positie wordt gehouden om de bypassleiding af te sluiten en dat tevens voorzien is van een drukgevoelig element dat inwerkt op het voornoemde klepelement en dat, wanneer het onderworpen wordt aan een voldoende drukdaling, de klep tegen de veerkracht in kan openen.

Bij de bekende inrichtingen wordt het drukgevoelig element blootgesteld aan een regeldruk die via een interne regeldrukleiding plaatselijk in het circuit wordt afgetakt op een plaats stroomafwaarts van de verdamper, meer bepaald op de plaats waar de bypassleiding uitmondt in het koelcircuit.

Wanneer dergelijke inrichting van een onbelaste naar een belaste toestand overgaat doordat er plots een hoeveelheid te drogen gas doorheen de warmtewisselaar wordt gestuurd, neemt de temperatuur in de verdamper toe door een warmteoverdracht van het te drogen gas naar het koudere medium in de verdamper, waardoor meer medium wordt verdampt in de verdamper, wat op zich de druk in de verdamper en ook stroomafwaarts van de verdamper doet toenemen, welke druktoename wordt gevoeld door de bypassklep die hierdoor zal sluiten wanneer de druktoename voldoende is.

Een kenmerk van de regelkarakteristiek van een HGBP-klep is een gegeven drukverschil van de regeldruk tussen onbelaste en belaste toestand, wat in het geval van de bekende inrichtingen, bij belasting resulteert in een relatief hoge druk van het koelmedium aan de uitgang van de verdamper en dus ook in de verdamper waar de druk nog hoger is ten gevolge van de wrijvingsverliezen die optreden wanneer er koelmedium doorheen de verdamper stroomt.

Aangezien het koelmedium in het gesloten koelcircuit zich in een twee-fasen gebied bevindt, bestaat er een eenduidig verband tussen druk en temperatuur van het medium, impliceert de hogere druk in de verdamper ook een hogere temperatuur in de verdamper.

Dit leidt tot het nadeel dat het te drogen gas niet optimaal wordt gekoeld voor het drogen door de verdamper, wat resulteert in een hoger drukdauwpunt van het gas aan de uitgang van het secundair gedeelte van de warmtewisselaar, waarbij aan deze uitgang gestreefd wordt naar een zo laag mogelijke temperatuur (de laagste temperatuur van het te drogen gas wordt ook wel de LAT of 'Lowest Air Temperture' genoemd - hoewel de term LAT ook wel wordt gebruikt voor andere gassen dan lucht) en overeenstemmend drukdauwpunt van het gas voor een goede droging.

De huidige uitvinding heeft tot doel aan één of meerdere van de voornoemde en/of andere nadelen een oplossing te bieden, doordat zij voorziet in een inrichting voor het koeldrogen van een gas die hoofdzakelijk bestaat uit een gesloten koelcircuit dat een koelmedium bevat dat door een compressor kan worden rondgestuurd in het koelcircuit en dat verder achtereenvolgens in de stromingsrichting van het medium een condensor bevat die aansluit op de uitlaat van de compressor; een expansiemiddel gevolgd door een verdamper die aansluit op de ingang van voornoemde compressor, waarbij de verdamper het primair gedeelte uitmaakt van een warmtewisselaar met een secundair gedeelte waar doorheen het te drogen gas wordt geleid en waarbij in het koelcircuit een bypassleiding is voorzien die afsluitbaar is door middel van een bypassklep met een klepelement dat onder invloed van een veerkrachtig element in een gesloten positie wordt gehouden en met een drukgevoelig element dat inwerkt op het klepelement en dat via een regeldrukleiding is blootgesteld aan een plaatselijke regeldruk in het circuit waar de regeldrukleiding op het circuit is aangesloten, waarbij de regeldrukleiding stroomopwaarts van de uitgang van de verdamper is aangesloten op het gesloten koelcircuit.

Door de regeldrukleiding aan te sluiten op een plaats van het koelcircuit stroomopwaarts van de uitgang van de verdamper, bijvoorbeeld in de verdamper of stroomopwaarts van de verdamper, in plaats van stroomafwaarts zoals bij de bekende inrichtingen, en dit in een voor de rest identieke inrichting, bekomt men een aantal belangrijke voordelen.

Een voordeel is dat bij belasting van de koeldroger de druk en temperatuur van het koelmedium in de verdamper en aan de uitgang daarvan lager zijn dan bij een klassieke aansluiting stroomafwaarts, waardoor het te drogen gas dieper gekoeld kan worden tot een lager drukdauwpunt en hierdoor meer vloeistof uit het te drogen gas door condensatie verwijderd kan worden, met een betere droging tot gevolg.

Een daaraan verbonden voordeel is dat voor het drogen van een gegeven debiet gas met een zekere gewenste laagste gas-temperatuur (LAT) aan de uitgang van het secundaire gedeelte van de warmtewisselaar, een kleinere compactere warmtewisselaar volstaat, of dat vertrekkende van een gegeven warmtewisselaar hetzelfde debiet tot een lagere LAT kan worden afgekoeld.

Een ander voordeel is dat het drukdauwpunt slechts in geringe mate stijgt bij de overgang van onbelast naar belast en dat bij een wisselende belasting het drukdauwpunt minder varieert en dus constanter is.

In een voorkeurdragende uitvoeringsvorm kan in het koelcircuit een bijkomende restrictor worden voorzien stroomopwaarts van de verdamper, meer speciaal tussen de verdamper en de plaats stroomopwaarts van de verdamper waar de regeldrukleiding aansluit op het koelcircuit.

Dit heeft als voordelig effect dat de gemiddelde druk in de verdamper en aan de uitgang van de verdamper in belaste toestand nog meer zal dalen en dichter komt bij de druk in onbelaste toestand waardoor de voornoemde voordelen nog versterkt worden.

De uitvinding heeft ook betrekking op een werkwijze voor het koeldrogen van een gas door middel van een inrichting die hoofdzakelijk bestaat uit een gesloten koelcircuit dat een koelmedium bevat dat door een compressor wordt rondgestuurd in het koelcircuit en dat verder achtereenvolgens in de stromingsrichting van het medium een condensor bevat die aansluit op de uitlaat van de compressor; een expansiemiddel gevolgd door een verdamper die aansluit op de ingang van voornoemde compressor, waarbij de verdamper het primair gedeelte uitmaakt van een warmtewisselaar met een secundair gedeelte waar doorheen het te drogen gas wordt geleid en waarbij in het koelcircuit een bypassleiding is voorzien die afsluitbaar is door middel van een bypassklep met een klepelement dat onder invloed van een veerkrachtig element in een gesloten positie wordt gehouden, waarbij, bij belasting van de inrichting, de bypassklep wordt geopend tegen de veerdruk van het veerkrachtig element in wanneer de druk in het gesloten koelcircuit op een plaats stroomopwaarts van de uitgang van de verdamper groter is dan een ingestelde waarde.

Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen, is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter, een voorkeurdragende uitvoeringsvorm beschreven van een inrichting volgens de uitvinding voor het koeldrogen van een gas en van een daarbij toegepaste werkwijze, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin: figuur 1 schematisch een inrichting voor het koeldrogen van het bekende type weergeeft in vol belaste toestand; figuur 2 op grotere schaal het gedeelte weergeeft dat in figuur 1 door pijl F2 is aangeduid; figuur 3 het drukverloop weergeeft van het medium in de verdamper van figuur 1; figuur 4 de inrichting van figuur 1 weergeeft in onbelaste toestand; figuur 5 schematisch een inrichting weergeeft volgens de uitvinding; figuur 6 het drukverloop weergeeft van het medium in de verdamper van figuur 5; figuur 7 een variante toont van een inrichting volgens de uitvinding; figuur 8 het drukverloop weergeeft van het medium in de verdamper van figuur 7; figuur 9 een.variante toont van een inrichting volgens de uitvinding; en figuur 10 het drukverloop weergeeft van het medium in de verdamper van figuur 9.

De in figuur 1 weergegeven bekende inrichting 1 voor het koeldrogen van gassen bevat een koelcircuit 2 dat een koelmedium bevat dat door een compressor 3 kan worden rondgestuurd in het circuit door aandrijving door middel van een motor 4 of dergelijke, bij voorkeur, doch niet noodzakelijk, een motor met een constant toerental.

De stromingsrichting van het medium in het circuit is aangegeven door de pijlen M. Stroomopwaarts en stroomafwaarts worden gedefinieerd in functie van deze stromingsrichting M.

Verder bevat het koelcircuit 2 achtereenvolgens in de stromingsrichting van het medium een condensor 5 die aansluit op een uitlaat van de compressor 3 en die bijvoorbeeld gekoeld wordt door middel van een ventilator 6; een expansiemiddel 7, bijvoorbeeld in de vorm van een expansieventiel; een verdamper 8 die aansluit op een inlaat van de voornoemde compressor 3 en die deel uitmaakt van een warmtewisselaar 9 met een primair gedeelte dat door de verdamper 8 wordt gevormd en een secundair gedeelte waar het te drogen gas via een aanvoerleiding 11 wordt doorheen gestuurd in de richting van de pijlen L om door de verdamper 8 gekoeld te worden.

Het in de warmtewisselaar 9 gekoelde gas wordt via een afvoerleiding 12 eerst doorheen een vloeistofafschelder 13 gestuurd en nadien doorheen een warmtewisselaar 14 om het gekoelde gas opnieuw op te warmen.

Deze warmtewisselaar 14 maakt in dit geval gebruik van de recuperatiewarmte die vervat zit in het aangevoerde te drogen gas en bestaat daartoe uit een primair gedeelte 15 dat is opgenomen in voornoemde aanvoerleiding 11 en een secundair gedeelte 16 dat is opgenomen in de afvoerleiding 12.

De aanwezigheid van de vloeistof af scheider 13 en van de warmtewisselaar 14 is niet noodzakelijk en kan voor bepaalde toepassingen waar de gedroogde lucht nog gedeeltelijk of volledig met water verzadigd kan zijn achterwege gelaten worden.

Het koelcircuit 2 is verder voorzien van een bypassleiding 17 die op het koelcircuit 2 aansluit ter overbrugging van de compressor 3 en dat hiertoe is voorzien tussen de inlaat en de uitlaat van de compressor 3.

De bypassleiding 17 is afsluitbaar door middel van een bypassklep 18 die voorzien is tussen een eerste gedeelte 17A van de bypassleiding 17 dat op het koelcircuit 2 aansluit langs de uitlaatzijde van de compressor 3, en een tweede gedeelte 17B dat op het koelcircuit 2 aansluit langs de inlaatzijde van de compressor 3, meer bepaald stroomafwaarts van de verdamper 8.

De bypassklep 18 is voorzien van een doorstroomkanaal 19 met een ingang 20 die aansluit op het eerste gedeelte 17A van de bypassleiding 17 en een uitgang 21 die aansluit op het tweede gedeelte 17B van de bypassleiding 17.

Zoals meer in detail is weergegeven in figuur 2, is de ingang 20 gescheiden van de uitgang 21 door een doorgang 22 die afsluitbaar is door middel van een klepelement 23.

De bypassklep 18 bevat verder een gesloten drukkamer 24 die van het doorstroomkanaal 19 gescheiden is door een scheidingswand 25 met een wanddoorgang 26.

Het klepelement 23 is voorzien van een klepsteel 27 die zich doorheen de voornoemde wanddoorgang 26 gedeeltelijk uitstrekt tot in de drukkamer 24 en die op zijn uiteinde is voorzien van een veerschotel 28 voor een veer 29 die is samengedrukt tussen de voornoemde scheidingswand 25 en de veerschotel 28 en die het klepelement 23 in een gesloten toestand houdt.

De drukkamer 24 is voorzien van een drukgevoelig element, bijvoorbeeld in de vorm van een membraan 30, dat de drukkamer 24 afsluit en dat in contact is met voornoemde veerschotel 28.

Het voornoemde membraan 30 vormt een scheiding tussen de voornoemde drukkamer 24 en een tweede drukkamer 31 die via een capillair 32 in verbinding staat met een zogeheten bulb 33. Gezien deze bulb 33 verder van geen belang is voor de uitvinding zal de rol ervan ook niet verder worden uiteengezet.

De bypassklep 18 is tevens voorzien van een, in dit geval, inwendige regeldrukleiding 34 via welke de drukkamer 24 in verbinding staat met de uitgang 21 om via het gedeelte 17B van de bypassleiding 17 de druk te voelen die in het koelcircuit 2 aanwezig is stroomafwaarts van de verdamper 8. Het spreekt voor zich dat de regeldrukleiding 34 tevens kan zijn uitgevoerd in de vorm van een uitwendige leiding.

De werking van de hiervoor beschreven bekende inrichting 1 wordt in belaste toestand uitgelegd aan de hand van de figuren 1 en 2 waarin de bypassleiding 17 door de bypassklep 18 afgesloten is.

De motor 4 drijft de compressor aan die het medium in koelcircuit doet circuleren in de richting van de pijlen M.

Het gecomprimeerde gasvormig medium wordt vervolgens afgekoeld in de condensor 5, waardoor het van de gasfase overgaat in een vloeibare fase.

Het medium ondergaat vervolgens een expansie door het expansiemiddel 7, waardoor de temperatuur van het medium drastisch daalt.

Dit afgekoelde medium stroomt vervolgens door de verdamper 8 waar het in warmtecontact komt met het te drogen gas dat door het secundaire gedeelte 10 stroomt van de warmtewisselaar 9 waarvan de verdamper 8 het primair gedeelte vormt.

Hierdoor wordt het te drogen gas afgekoeld dat doorgaans verzadigd is in waterdamp, waardoor het vocht in het gas gaat condenseren tot druppels die via de vloeistofafscheider 13 kunnen worden afgevoerd.

Door het koude gas na de vloeistofafscheider 13 opnieuw op te warmen in de warmtewisselaar 14 gaat de relatieve vochtigheid dalen en wordt het gas dus droger.

In de verdamper 8 wordt het medium dat in een vloeistoffase binnenkomt, verdampt door de warmteoverdracht van het te drogen gas aan het medium. De richting van de warmteoverdracht in de warmtewisselaars wordt aangegeven door pijlen W.

Het gas dat de verdamper 8 verlaat, wordt opnieuw aangezogen door de compressor 3 en verder rondgepompt in het koelcircuit 2, zodat het medium aan een volgende koelcyclus kan beginnen.

Door de verdamping van het medium in de verdamper 8 stijgt de druk in de verdamper evenals stroomafwaarts van de verdamper 8 en dus ook in de drukkamer 24 die via het gedeelte 17B van de bypassleiding in verbinding staat met het koelcircuit 2. Door de relatief hoge druk in de drukkamer 24 wordt het membraan 30 in die zin belast dat zij de werking van de veer 29 op het klepelement 23 versterkt of minder tegenwerkt.

Hierdoor wordt de doorgang 22 door het klepelement 23 gesloten gehouden in belaste omstandigheden en stroomt er dus geen medium door de bypassleiding, waardoor het volledige debiet dat door de compressor 3 wordt samengeperst ook door de condensor 5, het expansiemiddel 7 en de verdamper 8 stroomt.

Doordat dit volledige debiet doorheen de verdamper 8 stroomt, is er over de verdamper 8 ook een relatief grote drukval te wijten aan de wrijvingsverliezen van de stroming.

Het verloop van de gemiddelde druk tijdens het traject van het medium doorheen de verdamper 8 in het koelcircuit 2 tussen een punt A dat, zoals weergegeven in figuur 1, aan de ingang van de verdamper 8 is gesitueerd, gaande over een punt B in de verdamper 8 tot een punt C aan de uitgang van de verdamper 8, is weergegeven als curve 35 in figuur 3, waarbij het drukverschil tussen A en C te wijten is aan de voornoemde drukval in de verdamper 8.

Wanneer de belasting nu plots wegvalt en er dus geen te drogen gas meer doorheen de warmtewisselaar 9 stroomt, zoals schematisch is weergegeven in figuur 4, dan is er plots ook geen warmtetoevoer meer naar het medium in de verdamper 8.

De verdamping van het medium valt dan ook deels stil, waardoor de druk in de verdamper afneemt en dus ook de druk in de drukkamer 24, welke druk in feite een onderdruk is die het membraan 30 naar binnen trekt in de drukkamer 24. Wanneer de onderdruk voldoende laag is, wordt door de sterke aanzuigkracht op het membraan 30 de kracht van de veer 29 overwonnen en wordt het klepelement 23 van de doorgang 22 weggeduwd, waardoor deze opent.

De bypassleiding 17 is nu open, waardoor een deel van het door de compressor 3 samengeperst debiet rechtstreeks opnieuw door de compressor 3 wordt aangezogen zonder langs de condensor 5, het expansieventiel 7 en de verdamper 8 te stromen, terwijl het overblijvend debiet nog steeds doorheen het volledige koelcircuit 2 stroomt.

Het drukverloop tussen de punten A en C in onbelaste toestand is weergegeven als curve 36 in figuur 3 waarop ook reeds de curve 35 in belaste toestand is weergegeven.

De curve 35 in belaste toestand ligt volledig boven de curve 36 in onbelaste toestand, wat te wijten is aan de drukverhoging die bij belasting in de verdamper 8 optreedt ten gevolge van de warmteoverdracht van het te drogen gas aan het medium in de verdamper 8 en aan het feit dat de klep een bepaald drukverschil Apref nodig heeft om te kunnen ingrijpen op de drukstijging.

Het drukverloop volgens de curve 35 in belaste toestand verloopt overigens steiler dan voor de curve 36 in onbelaste toestand, wat het gevolg is van hogere ladingsverliezen in de verdamper 8 wegens het feit dat in belaste toestand het volledige debiet door de verdamper 8 stroomt, terwijl in onbelaste toestand slechts een deel van dit debiet door de verdamper 8 stroomt gezien het andere deel via de bypassleiding 17 wordt omgeleid.

Het is een kenmerk van de bypassklep 18 dat het drukverschil tussen onbelaste en belaste toestand in het punt waar de regeldruk wordt afgetakt de constantè waarde Apref benadert. Deze waarde Apref is afhankelijk van verschillende factoren zoals de drukverliezen, de relatieve capaciteit van de compressor, de expansie en dergelijke. Om een bepaald vermogen te kunnen bypassen is een bepaald klepstand-verschil nodig. Een bepaald klepstand-verschil heeft steeds een vast drukverschil nodig: dit is Apref.

Deze Apref is in figuur 3 af te lezen in het punt C aangezien de regeldruk in het geval van de bekende inrichting wordt afgetakt stroomafwaarts van de verdamper 8.

In figuur 3 is tevens de zogenaamde vrieslijn 37 schematisch weergegeven die weerspiegelt bij welke drukken er een risico bestaat van aanvriezen.

De inrichting wordt doorgaans zo ingesteld dat de curve 36 in onbelaste toestand zich net boven deze horizontale vrieslijn 37 bevindt.

In belaste toestand ligt de curve 35 ver boven de vrieslijn, wat resulteert in een weinig efficiënte koeling bij relatief hoge temperaturen in de verdamper en dus een weinig efficiënte droging.

De uitvinding wordt hierna toegelicht aan de hand van de inrichting van figuur 5 die van de bekende inrichting van figuur 1 verschilt in het feit dat de drukkamer 24 van de bypassklep 18 via een externe regeldrukleiding 38 verbonden is met het koelcircuit 2 in een punt A stroomopwaarts van de verdamper 8 in plaats van in een punt stroomafwaarts van de verdamper 8.

De inrichting 1 volgens de uitvinding wordt, net zoals dit het geval was bij de klassieke inrichting van figuur 1, zodanig afgeregeld dat in onbelaste toestand de curve van het drukverloop in de verdamper 8 net boven de vrieslijn 37 is gesitueerd.

Dit drukverloop in onbelaste toestand wordt voor de inrichting van figuur 5 weergegeven in figuur 6 als curve 39, waarbij deze curve 39, gezien voornoemde regeling, samenvalt met de curve 36 van de klassieke inrichting.

Bij overgang van onbelaste naar belaste toestand zal het effect van de aansluiting van de externe regeldrukleiding 38 in punt A stroomopwaarts van de verdamper 8 zichtbaar worden, aangezien nu het voornoemde kenmerkend drukverschil Apref van de bypassklep 18 zich zal manifesteren in het punt A en niet meer in het punt C zoals dit het geval was in figuur 3. Dit bepaalt dus de druk in het punt A bij belasting.

Het verder verloop van druk in de verdamper 8 bij belasting wordt voornamelijk bepaald door de ladingsverliezen te wijten aan de stroming van medium doorheen de verdamper 8.

De drukval tussen A en C zal in belaste toestand gelijk zijn aan de drukval tussen A en C in figuur 3 voor een koelcircuit 2 met eenzelfde debiet.

Dit resulteert in curve 40 bij belasting die in figuur 6 is weergegeven naast de overeenstemmende curve 35 onder belasting voor een klassieke inrichting.

Een voordeel van de uitvinding is dan ook dat de curve 39 in het geval van de uitvinding in belaste toestand gezakt is ten opzichte van de curve 35 voor een vergelijkbare klassieke situatie en dus dichter bij de voornoemde horizontale vrieslijn 37 komt te liggen, waardoor het medium de te drogen lucht dieper kan koelen, wat resulteert in een betere droging.

Uit figuur 6 is af te leiden dat door toepassing van de uitvinding de curve 39 in onbelaste toestand en de curve 40 in belaste toestand dichter bij elkaar komen, wat er op wijst dat er minder druk- en temperatuurverschillen optreden tussen een belaste en een onbelaste toestand, met een constanter drukdauwpunt van de gedroogde lucht tot gunstig gevolg.

De tweede drukkamer 31, de capillair 32 en de bulb 33 zijn niet strikt nodig voor de uitvinding en kunnen dus weggelaten worden zoals in figuur 5, alhoewel ze ook aanwezig kunnen zijn aangezien zij de uitvinding ook niet storen.

Alternatief ten opzichte van de uitvoeringsvorm van figuur 5 kan de drukregelleiding 38 ook op het gesloten koelcircuit 2 zijn aangesloten op een plaats in de verdamper 8, dit wil zeggen op een plaats in de ingang of op een plaats tussen de ingang en de uitgang van de verdamper 8. Het gunstig effect van de uitvinding zal dan des te groter zijn dat de plaats waar de drukregelleiding 38 ook op het gesloten koelcircuit 2 is aangesloten verder stroomopwaarts van de uitgang van de verdamper 8 is gesitueerd.

Wat van belang is om het gunstig effect van de uitvinding te bekomen, is dat de drukregelleiding 38 op het gesloten koelcircuit 2 is aangesloten op een plaats stroomopwaarts van de uitgang van de verdamper 8 en op een afstand van deze uitgang en bij voorkeur stroomopwaarts van de verdamper 8 is gesitueerd.

In figuur 7 wordt een variante getoond van een inrichting volgens de uitvinding die van de inrichting van figuur 5 verschilt in het feit dat in het koelcircuit 2 een restrictor 41 is voorzien stroomopwaarts van de verdamper 8, meer bepaald tussen de ingang A van de verdamper 8 en het punt R waar de externe regeldrukleiding 38 op het koelcircuit 2 is aangesloten.

Het resultaat van dergelijke restrictor 40 wordt duidelijk aan de hand van figuur 8 die het drukverloop toont tussen de punten R en C als curve 42 in belaste toestand en curve 43 in onbelaste toestand.

De invloed van de restrictor 40, zowel in belaste, als in onbelaste toestand, is zichtbaar als een sterke drukval tussen R en A die sterker is in belaste toestand dan in onbelaste toestand, aangezien in belaste toestand het volledige debiet samengeperst medium door de restrictor 40 stroomt terwijl in onbelaste toestand slechts een deel hiervan.

De drukval in de verdamper 8, met andere woorden tussen de punten A en C, is vergelijkbaar met de situatie van figuur 6 zonder restrictor 40.

De afstand tussen de curven 42 en 43 wordt ditmaal bepaald door het drukverschil Apref dat door de bypassklep 18 wordt gerealiseerd in het punt R waar de regeldrukleiding 38 op het koelcircuit 2 is aangesloten.

Het is duidelijk uit figuur 8 dat, dankzij de restrictor 40, de curven 42 en 43 nog dichter bij elkaar liggen dan de curven 39 en 40 van figuur 6 voor een situatie zonder restrictor 40 en de curve 42 nog dichter bij de vrieslijn 37 is gesitueerd waardoor in belaste toestand nog dieper gekoeld kan worden.

Door een gepaste keuze van de restrictor 40 kan men ervoor zorgen dat in het punt C aan de uitgang van de verdamper 8 de curven 42 en 43 samenvallen waardoor er aan de uitgang van de verdamper 8 dus geen verschil is tussen een belaste en een onbelaste situatie of kan men er zelfs voor zorgen dat in dit punt de curve 42 onder de curve 4 3 ligt en de belaste toestand toelaat te koelen tot een situatie tegen het aanvriezen aan.

In figuur 9 is nog een andere variant weergegeven van de uitvinding die eveneens voordelen biedt ten opzichte van de bekende inrichtingen zoals geschetst in figuur 1.

De inrichting van figuur 9 is analoog aan deze van figuur 7, met dit verschil dat de bypassleiding 17 niet enkel de compressor 3 overbrugt, doch ook de verdamper 8 zodat door de verdamper 8 steeds hetzelfde debiet stroomt, ongeacht de bypassklep 18 een belaste of een onbelaste toestand detecteert.

De drukval in de verdamper 8 zal dezelfde zijn in belaste en onbelaste toestand, wat wordt geïllustreerd in figuur 10 met de curven 44 en 45 respectievelijk voor een belaste en een onbelaste toestand.

Hieruit blijkt het gunstig effect van de restrictor 40 die beide curven dichter bij elkaar brengt ten opzichte van bestaande situaties.

Het is duidelijk dat in alle gevallen de bypassklep 18 eventueel regelbaar is, bijvoorbeeld door instelling van de veerkracht.

De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeeld beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch een inrichting en werkwijze volgens de uitvinding voor het koeldrogen kunnen in .allerlei varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims (18)

1.- Inrichting voor het koeldrogen van een gas die hoofdzakelijk bestaat uit een gesloten koelcircuit (2) dat een koelmedium bevat dat door een compressor (3) kan worden rondgestuurd in het koelcircuit (2) en dat verder achtereenvolgens in de stromingsrichting (M) van het medium een condensor (5) bevat die aansluit op de uit laat van de compressor (3); een expansiemiddel (7) gevolgd door een verdamper (8) die aansluit op de ingang van voornoemde compressor (3), waarbij de verdamper (8) het primair gedeelte uitmaakt van een warmtewisselaar (9) met een secundair gedeelte (10) waar doorheen het te drogen gas wordt geleid en waarbij in het koelcircuit (2) een bypassleiding (17) is voorzien die afsluitbaar is door middel van een bypassklep (18) met een klepelement (23) dat onder invloed van een veerkrachtig element in een gesloten positie wordt gehouden en met een drukgevoelig element (30) dat inwerkt op het klepelement (23) en dat via een regeldrukleiding (38) is blootgesteld aan een plaatselijke regeldruk in het koelcircuit (2) waar de regeldrukleiding (38) op het koelcircuit (2) is aangesloten, daardoor gekenmerkt dat de regeldrukleiding (38) stroomopwaarts van de uitgang van verdamper (8) is aangesloten op het gesloten koelcircuit (2).

2.- Inrichting volgens conclusie 1, daardoor gekenmerkt dat de regeldrukleiding (38) stroomopwaarts van de verdamper (8) is aangesloten op het gesloten koelcircuit (2).

3, - Inrichting volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de bypassleiding (17) aan één uiteinde aansluit op het koelcircuit (2) op een plaats gelegen tussen de uitlaat van de compressor (3) en de condensor (5) en aan het andere uiteinde aansluit op een plaats van het koelcircuit (2) gelegen tussen de uitgang van de verdamper (8) en de inlaat van de compressor (3).

4. Inrichting volgens conclusie 1 of 2, daardoor gekenmerkt dat de bypassleiding (17) aan één uiteinde aansluit op het koelcircuit (2) op een plaats gelegen tussen de uitlaat van de compressor (3)en de condensor (5), en aan het andere uiteinde aansluit op een plaats van het koelcircuit (2) gelegen tussen het expansiemiddel (7) en de ingang van de verdamper (8).

5·- Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de bypassklep zodanig is dat het klepelement (23) bij belasting tegen de veerdruk in wordt geopend vanaf een ingestelde waarde van de voornoemde regeldruk en dat deze waarde instelbaar is.

6·“ Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat in het koelcircuit (2) tussen het expansiemiddel (7) en de ingang van de verdamper (8) een restrictor (40) is voorzien.

7.- Inrichting volgens conclusie 6, daardoor gekenmerkt dat de restrictor (40) zodanig wordt gekozen dat in belaste toestand de druk van het koelmedium in het koelcircuit (2) aan de uitgang van de verdamper (8) ongeveer gelijk is aan de druk van het koelmedium aan de uitgang van de verdamper (8) voor een onbelaste toestand.

8. Inrichting volgens conclusie 6 of 7, daardoor gekenmerkt dat de restrictor (40) zodanig wordt gekozen dat in belaste toestand de druk van het koelmedium in het koelcircuit (2) aan de uitgang van de verdamper (8) gelijk is aan of lager is dan de druk van het koelmedium aan de uitgang van de verdamper (8) voor een onbelaste toestand.

9. Inrichting volgens één van conclusies 6 tot 8, daardoor gekenmerkt dat de restrictor (40) zodanig wordt gekozen dat in belaste toestand de druk van het koelmedium in het koelcircuit (2) aan de uitgang van de verdamper (8) zodanig is gekozen dat de overeenstemmende temperatuur van het medium aan de uitgang van de verdamper (8) gelijk is aan of ongeveer gelijk is aan 0°C.

10. Inrichting volgens één van voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de toegepaste bypassklep (18) een zogenaamde HGBP-klep (Hot Gas Bypass) is met een externe regeldrukleiding (38).

11. Inrichting volgens conclusie 10, daardoor gekenmerkt dat de bypassklep (18) voorzien is van een doorstroomkanaal (19) met een afsluitbare doorgang (26) en van een gesloten drukkamer (24) die via de voornoemde regeldrukleiding (38) is verbonden met het koelcircuit (2) en dat het drukgevoelig element (30) een membraan is dat een opening van de drukkamer (24) afsluit en dat gesitueerd is tegenover een scheidingswand (25) tussen het doorstroomkanaal (19) en de drukkamer (24), waarbij het klepelement (23) voorzien is om de voornoemde doorgang (26) af te sluiten en voorzien is van een klepsteel (27) die zich gedeeltelijk via een wanddoorgang (26) in de voornoemde scheidingswand (25) uitstrekt tot in de drukkamer (24) en die op zijn in de drukkamer (24) gesitueerde uiteinde voorzien is van een veerschotel (28) voor een veer (29) die is samengedrukt tussen de voornoemde scheidingswand (25) en de veerschotel (28) en die het klepelement (23) in een gesloten toestand houdt en de veerschotel (28) in contact houdt met het drukgevoelig element (30).

12. Inrichting volgens conclusie 10, daardoor gekenmerkt dat de toegepaste bypassklep (18) een zogenaamde HGBP-klep (Hot Gas Bypass) is zonder temperatuurgevoelige bulb (33).

13. Inrichting volgens één van de voorgaande conclusies, daardoor gekenmerkt dat de compressor (3) voorzien is van een aandrijving met een constant toerental.

14. Werkwijze voor het koeldrogen van een gas door middel van een inrichting die hoofdzakelijk bestaat uit een gesloten koelcircuit (2) dat een koelmedium bevat dat door een compressor (3) wordt rondgestuurd in het koelcircuit (2) en dat verder achtereenvolgens in de stromingsrichting (M) van het medium een condensor (5) bevat die aansluit op de uitlaat van de compressor (3); een expansiemiddel (7) gevolgd door een verdamper (8) die aansluit op de ingang van voornoemde compressor (3), waarbij de verdamper (8) het primair gedeelte uitmaakt van een warmtewisselaar (9) met een secundair gedeelte (10) waar doorheen het te drogen gas wordt geleid en waarbij in het koelcircuit (2) een bypassleiding (17) is voorzien die afsluitbaar is door middel van een bypassklep (18) met een klepelement (23) dat onder invloed van een veerkrachtig element in een gesloten positie wordt gehouden, daardoor gekenmerkt dat, bij belasting van de inrichting, de bypassklep wordt geopend tegen de veerdruk van het veerkrachtig element in wanneer de druk in het gesloten koelcircuit (2) op een plaats stroomopwaarts van de uitgang van de verdamper (8) groter is dan een ingestélde waarde.

15. Werkwijze volgens conclusie 14, daardoor gekenmerkt dat de bypassklep wordt geopend tegen de veerdruk van het veerkrachtig element in wanneer de druk in het gesloten koelcircuit (2) op een plaats stroomopwaarts van de verdamper (8) groter is dan een ingestelde waarde.

16. Werkwijze volgens conclusie 14 of 15, daardoor gekenmerkt dat in het koelcircuit (2) tussen het expansiemiddel (7) en de ingang van de verdamper (8) een restrictor (40) wordt voorzien die zodanig wordt gekozen dat in belaste toestand de druk van het koelmedium in het koelcircuit (2) aan de uitgang van de verdamper (8) ongeveer gelijk is aan de druk van het koelmedium aan de uitgang van de verdamper (8) voor een onbelaste toestand.

17. Inrichting volgens conclusie 16, daardoor gekenmerkt dat de restrictor (40) zodanig wordt gekozen dat in belaste toestand de druk van het koelmedium in het koelcircuit (2) aan de uitgang van de verdamper (8) gelijk is aan of lager is dan de druk van het koelmedium aan de uitgang van de verdamper (8) voor een onbelaste toestand.

18.- Inrichting volgens conclusie 16 of 17, daardoor gekenmerkt dat de restrictor (40) zodanig wordt gekozen dat in belaste toestand de druk van het koelmedium in het koelcircuit (2) aan de uitgang van de verdamper (8) zodanig is gekozen dat de overeenstemmende temperatuur van het medium aan de uitgang van de verdamper (8) gelijk is aan of ongeveer gelijk is aan 0°C.