DE4313210A1 - Nachkühler für einen Verdichter für niedrige Temperaturen - Google Patents

Nachkühler für einen Verdichter für niedrige Temperaturen

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Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Nachkühler für Fluidverdichter und insbesondere auf Mechanismen, die das Kühlen eines Kühlkerns eines Nachkühlers regulieren, um dadurch den Nachkühler daran zu hindern, ein Arbeitsfluid zu überkühlen, wenn der Nachkühler in Perioden kalter Umgebungstemperaturen benutzt wird. Ein Nachkühler ist ein Wärmetauscher zum Kühlen eines komprimierten Arbeitsfluids, wie beispielsweise Luft, das aus einem Ver­ dichter austritt. Der Nachkühler kühlt das Arbeitsfluid auf eine vorbestimmte Temperatur, um das Arbeitsfluid während seiner Verwendung mit einer anderen Einrichtung weniger aggres­ siv zu machen oder seine zerstörende Wirkung zu vermindern.
Es gibt mehrere bekannte Vorrichtungen, die die Fluidströmung durch den Nachkühler auf­ grund der Meßergebnisse eines Thermostaten begrenzen. Ein Beispiel einer solchen Vorrich­ tung ist in US-Patent 3 354 945 offenbart. Bei diesen Systemen wird ein Teil des Kühlfluids, das von einem Kühlgebläse auf den Kühlkern des Nachkühlers aufgebracht wird, blockiert, wodurch die Wirksamkeit des Kühlers vermindert wird. Bei diesen Systemen arbeitet das Kühlgebläse kontinuierlich mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit, wobei die gleiche En­ ergiemenge verbraucht wird und wobei infolgedessen der gleiche Betrag an Verschleiß des Kühlgebläses auftritt, als wenn das Kühlgebläse mit voller Geschwindigkeit arbeitet.
Aus dem Vorstehenden ergeben sich Nachteile der vorhandenen Kühlsysteme für Nachkühler. Es ist ersichtlich, daß es vorteilhaft wäre, eine Lösung zur Beseitigung solcher Nachteile zu finden. Eine solche Lösung wird durch die im folgenden beschriebene Erfindung gegeben.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird das gestellte Ziel erreicht durch eine Vorrichtung mit einem Nachkühler, durch den ein Arbeitsfluid hindurchgeht. Ein Kühlgebläse bringt ein Kühlfluid an dem Nachkühler zur Wirkung. Ein Motor mit veränderbarer Geschwindigkeit ist zur Drehung mit dem Kühlgebläse gekuppelt. Ein Temperaturfühler, der in Verbindung mit dem Arbeitsfluid angeordnet ist, ist nach dem oder stromabwärts von dem Nachkühler an­ geordnet. Ein Steuerorgan steuert den Betrieb des Motors mit veränderbarer Geschwindigkeit auf der Grundlage der auf den Temperaturfühler wirkenden Temperatur.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung.
Die Figur stellt eine schematische Ansicht eines Ausführungsbeispiels einer Kühlungssteuer­ anordnung für einen Nachkühler für ein verdichtetes Arbeitsfluid dar.
Die Figur veranschaulicht einen Fluidverdichter 10, der ein Arbeitsfluid, wie Luft, ein ande­ res Gas oder eine Flüssigkeit, unter Druck zu einem Vorratsbehälter 14 liefert. Ein Rück­ schlagventil 12 begrenzt den Durchgang von dem Vorratsbehälter 14 zurück zu dem Verdich­ ter 10. In dieser Beschreibung wird der Ausdruck "Verdichter" so verwendet, daß darunter al­ le Arten von Verdichtern, Pumpen oder anderen Fluid-Verdrängungsmaschinen zu verstehen sind.
Eine Serviceleitung 16, die ein handbetätigtes Ventil 18, wie beispielsweise ein Einlaßkugel­ ventil 18, aufweist, steht in Fluidverbindung mit dem Vorratsbehälter 14. Das Einlaßkugel­ ventil 18 steuert die Lieferung des Arbeitsfluids von dem Vorratsbehälter 14. Ein Sieb oder Filter 20 entfernt Verunreinigungen aus dem Arbeitsfluid, das durch die Serviceleitung 16 hindurchgeht. Ein Sicherheitsventil 21 ist in die Serviceleitung 16 eingesetzt für den Fall, daß der Druck einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet, der oft nur einen Bruchteil desjeni­ gen Drucks beträgt, den die Serviceleitung 16 oder die damit verbundenen Elemente aushal­ ten können.
Die Serviceleitung 16 teilt sich in eine erste Leitung 22 und eine zweite Leitung 24. Die erste Leitung 22 liefert das Arbeitsfluid an einen Nachkühler 26, einen Wasserabscheider 28, einen Sensor 30 eines Fluidsteuersystems 32, ein oder mehrere Tropfenfilter (Koaleszenzfilter) und ein Auslaß-Rückschlagventil 36.
Der Nachkühler 26 weist einen Wärmetauscher auf, der die Temperatur des Arbeitsfluids so vermindert, daß der Wasserabscheider 28 wirksam Kondensat aus dem Arbeitsfluid entfernen kann. Ein Kühlgebläse 38 fördert Kühlluft über eine Fläche 40 des Nachkühlers 26. Nach­ kühler, die in einer speziellen Anordnung verwendete Wärmetauscher sind, werden beurteilt nach dem maximalen Luftstrom, der auf eine bestimmte Temperatur oberhalb der Umgebungs-Lufttemperatur heruntergekühlt werden kann. Dieses Temperaturdifferential ist in der Technik als Annäherungstemperatur (approach temperature) bekannt. Die Temperatur der von dem Nachkühler abströmenden Luft ist eine Funktion von zwei Variablen: Der Umgebungs-Lufttemperatur und der Temperatur des Arbeitsfluids in der Serviceleitung 16 vor dem Nachkühler 26. Unter der Annahme, daß die Temperatur des Arbeitsfluids in der Serviceleitung vor dem Nachkühler im wesentlichen konstant bleibt (was normalerweise eine genaue Annahme ist, da dieses Arbeitsfluid typischerweise kurz vorher aus einem Auslaß des Kompressors ausgetreten ist), wird eine Veränderung in der Umgebungs-Lufttemperatur eine gleiche oder entsprechende Veränderung der Temperatur zur Folge haben, die am Auslaß des Nachkühlers 26 auftritt.
Wenn der Nachkühler 26 und der Verdichter 10 in einer kalten Umgebung verwendet werden, beispielsweise zur Herstellung von künstlichem Schnee, kann die Temperatur des Arbeitsflu­ ids in der Serviceleitung hinter dem Nachkühler so weit vermindert werden, daß Feuchtigkeit in dem Arbeitsfluid tatsächlich gefrieren kann. Dieses Phänomen kann an jeder Stelle nach dem oder stromabwärts von dem Nachkühler 26 auftreten, aber es ist besonders zu erwarten in dem Wasserabscheider 28 und in Teilen der Serviceleitung, die von dem Nachkühler ent­ fernt liegen. Schließlich kann Eis den Fluiddurchgang des Arbeitsfluids in der Serviceleitung 16 von dem Nachkühler 26 zu dem Auslaß-Rückschlagventil 36, einschließlich der damit verbundenen Elemente, blockieren. Dies hat einen beträchtlichen Verschleiß und einen mög­ lichen vorzeitigen Ausfall der Serviceleitung und der damit verbundenen Elemente zur Folge.
Die zweite Leitung 24 der Serviceleitung führt Arbeitsfluid von der Serviceleitung 16 durch ein Filter 50, einen Regler 52, eine Schmiervorrichtung 54 und einen Ventilabschnitt 56 des Fluidsteuersystems 32 zu einem Gebläsemotor 58 mit veränderlicher Geschwindigkeit. Der Gebläsemotor 58 ist zur Rotation mit dem Kühlgebläse 38 gekoppelt und bestimmt direkt dessen Winkelgeschwindigkeit. Allgemein gesagt, je schneller das Kühlgebläse 38 arbeitet, desto mehr Kühlfluid wird auf die Fläche 40 des Nachkühlers 26 aufgebracht und desto grö­ ßer sind die Kühlwirkungen, die daraus an dem Nachkühler 26 resultieren. Das Umgekehrte gilt allgemein, wenn die Geschwindigkeit des Kühlgebläses vermindert wird.
Das Fluidsteuersystem 32 weist einen Sensor 30 und ein Ventil 56 auf. Das Fluidsteuersystem kann ein handelsübliches Temperatursteuerventil sein, das typischerweise bei Wasserheizun­ gen und Wärmetauschern verwendet wird. Ein Beispiel eines Temperatursteuerventils, das verwendet werden kann, ist ein Temperatursteuerventil Sterlco R-150-F (Sterlco ist ein Wa­ renzeichen von Sterlco, Inc., Milwaukee, Wisconsin, USA). Der Sensor 30 kann in einem Teil der ersten Leitung 22, stromabwärts von dem Nachkühler 26, angeordnet sein, bei­ spielsweise auch in dem Wasserabscheider 28 oder an einer anderen Stelle, wo eine Verei­ sung auftreten kann.
Wenn die auf den Sensor 30 des Fluidsteuersystems 32 wirkende Temperatur über einen vor­ bestimmten Temperaturbereich abfällt, reagiert das Ventil 56 durch schrittweises Schließen. Je mehr das Ventil 56 geschlossen wird, desto weniger Fluid fließt zu einem Teil der zweiten Leitung 24, der mit dem Gebläsemotor 58 in Verbindung steht. Wenn weniger Fluid zu dem Gebläsemotor fließt, der typischerweise ein Standard-Luftmotor ist, nimmt die Winkelge­ schwindigkeit des Gebläsemotors 58 und des Gebläses 38 schrittweise ab. Der spezielle vor­ bestimmte, oben beschriebene Temperaturbereich kann durch die Bedienungsperson einge­ stellt werden, abhängig von der Art und Größe des verwendeten Verdichters, von den Tem­ peraturbereichen, in denen der Verdichter üblicherweise verwendet wird, von den zugehöri­ gen Elementen, die zusammen mit dem Verdichter verwendet werden, und von der Länge der Serviceleitung 22, wobei auch andere Überlegungen berücksichtigt werden können.
Die Betriebsweise des dargestellten Ausführungsbeispiels ist wie folgt: Wenn die Temperatur hoch genug ist, die an dem Sensor 30 auftritt, so daß ein Einfrieren in der ersten Leitung 22 stromabwärts von dem Nachkühler kaum auftreten kann, bleibt das Ventil 56 des Fluidsteuer­ systems 32 offen, und der Gebläsemotor 58 arbeitet mit voller Geschwindigkeit, entsprechend dem Druck des Arbeitsfluids in der zweiten Leitung 24. Wenn die Umgebungstemperatur ab­ sinkt, was ein Absinken der Temperatur des Arbeitsfluids in der ersten Leitung stromabwärts von dem Nachkühler 26 auf einen vorbestimmten Temperaturbereich des Sensors 30 zur Fol­ ge hat, schließt das Ventil 56 schrittweise, was eine Verminderung der Geschwindigkeit des Gebläsemotors 58 und des Gebläses 30 zur Folge hat. Der vorbestimmte Temperaturbereich kann so eingestellt werden, daß er zu der speziellen Verdichteranwendung paßt.
Wenn die Umgebungstemperatur abnimmt, resultiert auf diese Weise ein größerer Teil der Wärmeentfernung des Nachkühlers 26 von der auf den Nachkühler aufgebrachten Umge­ bungstemperatur, und ein kleinerer Teil der Wärmeentfernung resultiert von der Kühlwir­ kung, die dadurch erzeugt wird, daß das Kühlfluid von dem Kühlgebläse 38 abgegeben wird.
Das in der Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel hat gegenüber Nachkühler- Anordnungen nach dem Stand der Technik die Vorteile, daß die Winkelgeschwindigkeit des Gebläsemotors mit der Temperatur abnimmt, was auch einen verminderten Verschleiß des Gebläsemotors 58 und einen verminderten Energieverbrauch durch diesen zur Folge hat.

Claims (14)

1. Vorrichtung mit einem Nachkühler (26), durch den ein erstes Fluid hindurchgeht,
  • - mit einem Kühlgebläse (38) zum Aufbringen eines Kühlfluids auf den Nachküh­ ler (26),
  • - mit einem Motor (58) mit veränderbarer Geschwindigkeit, der zur Drehung mit dem Kühlgebläse (38) gekuppelt ist,
  • - mit einem Temperaturfühler (30) in Verbindung mit dem ersten Fluid stromab­ wärts von dem Nachkühler (26), und
  • - mit einer Steuereinrichtung (32) zum Steuern des Betriebs des Motors (58) mit veränderbarer Geschwindigkeit aufgrund des Temperaturfühlers (30).
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Motor (58) mit veränderbarer Geschwindig­ keit ein durch das erste Fluid angetriebener Motor ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das erste Fluid Luft ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Steuereinrichtung (32) aufweist
  • - eine Steuerleitung (24), die das erste Fluid stromaufwärts von dem Nachkühler (26) mit dem Motor (58) mit veränderbarer Geschwindigkeit in Fluidverbindung bringt, und
  • - ein Ventil (56) mit variabler Öffnung, das innerhalb der Steuerleitung (24) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der eine Abnahme der durch den Temperaturfühler (30) abgefühlten Temperatur innerhalb bestimmter Temperaturbereiche ein Schließen des Ventils (56) mit veränderbarer Öffnung bewirkt.
6. Vorrichtung mit einem Verdichter (10), der komprimiertes Arbeitsfluid zu einer Aus­ laßöffnung führt,
  • - mit einem Nachkühler (26), durch den wenigstens ein Teil des Fluids aus der Auslaßöffnung hindurchgeht,
  • - mit einem Kühlgebläse (38) zum Aufbringen eines Kühlfluids auf den Nachküh­ ler (26),
  • - mit einem Motor (58) mit veränderbarer Geschwindigkeit, der zur Drehung mit dem Kühlgebläse (38) gekoppelt ist,
  • - mit einem Temperaturfühler (30), der in Verbindung mit der Auslaßöffnung stromabwärts von dem Nachkühler (26) steht, und
  • - mit einer Steuereinrichtung (32) zum Steuern des Betriebs des Motors (58) mit veränderbarer Geschwindigkeit auf der Grundlage des Temperaturfühlers (30).
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der die Steuereinrichtung (32) aufweist
  • - eine Steuerleitung (24), die die Auslaßöffnung stromaufwärts von dem Nachküh­ ler (26) mit dem Motor (58) mit veränderbarer Geschwindigkeit in Fluidverbin­ dung bringt, und
  • - ein Ventil (56) mit veränderbarer Öffnung, das innerhalb der Steuerleitung (24) angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kühlgebläse (38) benachbart zu dem Nachkühler (26) angeordnet ist.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor (58) durch Einwirkung des Arbeitsfluids gesteuert ist.
10. Verfahren zum Steuern der Fluidströmung zu einem Nachkühler (26), gekennzeichnet durch folgende Schritte:
  • - Leiten eines ersten Fluids durch den Nachkühler (26),
  • - Fühlen der Temperatur des ersten Fluids, das durch den Nachkühler (26) hin­ durchgegangen ist,
  • - Betreiben eines Gebläses (38) mit variabler Winkelgeschwindigkeit, um ein Kühlfluid auf den Nachkühler (26) aufzubringen, und
  • - Steuern der Winkelgeschwindigkeit des Gebläses (38) aufgrund der abgefühlten Temperatur.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine niedrigere Temperatur eine geringere Winkelgeschwindigkeit bewirkt.
12. Fluidsystem zum Zuführen von komprimiertem Arbeitsfluid zu einem Gerät, wobei das komprimierte Arbeitsfluid dem Fluidsystem durch einen Verdichter (10) zugeführt wird, mit einer Vorrichtung zum Verhindern der Bildung von gefrorenem Kondensat innerhalb des Fluidsystems, wobei die Vorrichtung gekennzeichnet ist durch
  • - einen Nachkühler (26), der zur Aufnahme eines Teils des komprimierten Ar­ beitsfluids von dem Verdichter (10) ausgelegt ist,
  • - ein Gebläse (38) zum Leiten eines Kühlfluids über den Nachkühler (26),
  • - einen Motor (58) mit veränderbarer Geschwindigkeit, der zur Drehung mit dem Gebläse (38) gekuppelt ist, um das Gebläse mit einer vorbestimmten Geschwin­ digkeit anzutreiben, wobei der Motor (58) durch Arbeitsfluid angetrieben ist, das nicht durch den Nachkühler (26) aufgenommen wird,
  • - einen Fühler (30), der die Temperatur des Arbeitsfluids mißt, das stromabwärts von dem Nachkühler (26) strömt, und
  • - Einrichtungen zum Regulieren der Strömung des Arbeitsfluids zu dem Motor (58) mit veränderbarer Geschwindigkeit in Abhängigkeit von der durch den Fühler (30) gemessenen Temperatur, um dadurch die Geschwindigkeit des Motors (58) bei einer vorbestimmten Temperatur zu steuern, und wobei im Betrieb die Vor­ richtung zur Verhinderung der Bildung von gefrorenem Kondensat innerhalb des Fluidsystems arbeitet.
13. Vorrichtung zum Verhindern der Bildung von gefrorenem Kondensat in einem Fluid­ system, gekennzeichnet durch
  • - einen Verdichter (10), der ein komprimiertes Fluid dem Fluidsystem zuleitet,
  • - einen Nachkühler (26), der einen Teil des komprimierten Arbeitsfluids aufneh­ men kann,
  • - eine Einrichtung zum Leiten eines Kühlfluids über den Nachkühler (26),
  • - einen Motor (58) mit veränderbarer Geschwindigkeit, der zur Drehung mit der Einrichtung zum Leiten des Kühlfluids gekuppelt ist, um die Leiteinrichtung für das Kühlfluid mit einer vorbestimmten Geschwindigkeit anzutreiben, wobei der Motor (58) durch Arbeitsfluid angetrieben ist, das nicht durch den Nachkühler (26) aufgenommen wird,
  • - einen Fühler (30), der die Temperatur des Arbeitsfluids mißt, das stromabwärts von dem Nachkühler (26) strömt,
  • - ein Ventil (56) mit veränderbarer Öffnung zum Regeln der Strömung des Ar­ beitsfluids zu dem Motor (58) mit veränderbarer Geschwindigkeit in Abhängig­ keit von der durch den Fühler (30) gemessenen Temperatur, um dadurch die Ge­ schwindigkeit des Motors (58) bei einer vorbestimmten Temperatur zu steuern, wobei während des Betriebs die Vorrichtung so arbeitet, daß die Bildung von ge­ frorenem Kondensat innerhalb des Fluidsystems bei vorbestimmten Umgebungs­ bedingungen verhindert ist.
14. Verfahren zum Verhindern der Bildung von gefrorenem Kondensat in einem Fluidsy­ stem, das in fluidaufnehmender Beziehung zu einem Verdichter (10) steht, der das Flu­ idsystem mit einem komprimierten Arbeitsfluid versorgt, wobei das Verfahren folgende Schritte aufweist:
  • - Leiten eines Teiles des Arbeitsfluids, das von dem Verdichter (10) geliefert wird, durch einen Nachkühler (26),
  • - Betreiben eines Gebläses (38) mit einer vorbestimmten Winkelgeschwindigkeit, um Luft über den Nachkühler (26) zu leiten,
  • - Antreiben des Gebläses (38) mit einem Fluidmotor (58) mit veränderbarer Ge­ schwindigkeit, der durch Arbeitsfluid angetrieben wird, das nicht durch den Nachkühler (26) hindurchgeht,
  • - Messen der Temperatur des Arbeitsfluids, das stromabwärts von dem Nachkühler (26) strömt,
  • - Verändern der Strömung des Arbeitsfluids zu dem Fluidmotor (58) mit veränder­ barer Geschwindigkeit, um dadurch die Winkelgeschwindigkeit des Gebläses aufgrund der gemessenen Temperatur zu steuern.
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