EA044064B1 - DRYING SYSTEM - Google Patents
DRYING SYSTEM Download PDFInfo
- Publication number
- EA044064B1 EA044064B1 EA202290859 EA044064B1 EA 044064 B1 EA044064 B1 EA 044064B1 EA 202290859 EA202290859 EA 202290859 EA 044064 B1 EA044064 B1 EA 044064B1
- Authority
- EA
- Eurasian Patent Office
- Prior art keywords
- fluid
- cooling
- temperature
- heat exchanger
- air
- Prior art date
Links
- 238000001035 drying Methods 0.000 title claims description 67
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 104
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 94
- 239000012809 cooling fluid Substances 0.000 claims description 83
- 230000008929 regeneration Effects 0.000 claims description 76
- 238000011069 regeneration method Methods 0.000 claims description 76
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 47
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 claims description 27
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 26
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims description 14
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims description 6
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 5
- 238000007791 dehumidification Methods 0.000 claims description 5
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims description 3
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 3
- 230000000712 assembly Effects 0.000 claims 2
- 238000000429 assembly Methods 0.000 claims 2
- 239000003570 air Substances 0.000 description 137
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 4
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 4
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 2
- 239000002274 desiccant Substances 0.000 description 2
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000012080 ambient air Substances 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000000994 depressogenic effect Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004513 sizing Methods 0.000 description 1
Description
Область техники, к которой относится изобретениеField of technology to which the invention relates
Данное изобретение относится к осушительной системе и способу эксплуатации осушительной системы.This invention relates to a drying system and a method for operating a drying system.
Уровень техникиState of the art
Для отделения и удаления влаги из воздуха используют осушители, такие как сорбционные осушители и конденсационные осушители. Сорбционный осушитель в типичных случаях содержит осушающий элемент в форме колеса или ротора, содержащий осушающий материал, эффективно притягивающий и задерживающий пары воды. Ротор с осушающим материалом может быть разделен на две секции технологическую секцию и регенерирующую секцию. Поток воздуха, подлежащий осушению, т.е. технологический воздух, будет проходить через технологическую секцию ротора с осушающим материалом, осушающий материал в роторе извлекает влагу из технологического воздуха, так что последний может покидать ротор в виде осушенного воздуха. Осушающий материал попутно регенерируется еще одним потоком воздуха, который протекает через регенерационную секцию, а ротор с осушающим материалом все это время может медленно вращаться вокруг своей собственной оси. Посредством одновременного осушения технологического воздуха и регенерации осушающего материала осушитель можно эксплуатировать непрерывно. В документе US 2007/056307 раскрыт пример осушителя, имеющего колесо с осушающим материалом.Dryers such as sorption dehumidifiers and condensation dehumidifiers are used to separate and remove moisture from the air. A sorption dryer typically contains a drying element in the form of a wheel or rotor containing a drying material that effectively attracts and retains water vapor. The rotor with the drying material can be divided into two sections - a process section and a regenerating section. The air flow to be dehumidified, i.e. The process air will pass through the process section of the rotor with the drying material, the drying material in the rotor extracts moisture from the process air so that the latter can leave the rotor as dried air. The drying material is simultaneously regenerated by another air stream that flows through the regeneration section, and the rotor with the drying material can slowly rotate around its own axis all this time. By simultaneously dehumidifying the process air and regenerating the drying material, the dryer can be operated continuously. US 2007/056307 discloses an example of a dryer having a wheel containing drying material.
Для того чтобы процесс регенерации был эффективным, поток воздуха, используемый для регенерации осушающего материала в роторе, должен иметь относительно высокую температуру, а в типичных случаях нужно нагревать его. Может оказаться выгодным охлаждение технологического воздуха перед входом осушителя, чтобы удалить влагу благодаря охлаждению. Тепло, отбираемое из потока технологического воздуха во время охлаждения, может быть передано регенерационному потоку воздуха за счет наличия теплового насоса в осушительной системе. Пример этого показан в документе US 2005/0050906 A1, где речь идет об охлаждении технологического воздуха испарителем теплового насоса перед входом осушителя и нагревании регенерационного воздуха конденсатором теплового насоса.For the regeneration process to be effective, the air stream used to regenerate the drying material in the rotor must be at a relatively high temperature, and in typical cases it must be heated. It may be advantageous to cool the process air before entering the dryer to remove moisture through cooling. Heat removed from the process air stream during cooling can be transferred to the regeneration air stream through the presence of a heat pump in the dryer system. An example of this is shown in US 2005/0050906 A1, which deals with the cooling of process air by a heat pump evaporator before entering the dryer and the heating of regeneration air by a heat pump condenser.
По экономическим причинам и для учета климатических аспектов, существует постоянная заинтересованность в минимизации энергозатратности процесса осушения и в получении стабильной работы осушительного блока.For economic reasons and to take into account climatic aspects, there is a constant interest in minimizing the energy consumption of the drying process and in obtaining stable operation of the drying unit.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
Целью данного изобретения является разработка энергоэффективной осушительной системы, которая обеспечивает стабильное и надежное осушение технологического воздуха.The purpose of this invention is to develop an energy efficient dehumidification system that provides stable and reliable dehumidification of process air.
Осушительная система согласно изобретению содержит сорбционный осушитель; контур технологического воздуха, выполненный с возможностью проводить поток технологического воздуха через осушающий материал в осушителе; контур регенерационного воздуха, выполненный с возможностью проводить поток регенерационного воздуха через осушающий материал в осушителе; и тепловой насос, содержащий испаритель и конденсатор. Система дополнительно содержит промежуточный контур текучей среды с охлаждающей текучей средой (С), выполненный с возможностью охлаждения технологического воздуха в теплообменнике перед входом технологического воздуха в осушитель, причем упомянутый промежуточный контур текучей среды содержит насос текучей среды и основной трубопровод, выполненный с возможностью проводить охлаждающую текучую среду (С) через теплообменник, охлаждающий технологический воздух и через испаритель теплового насоса, и при этом промежуточный контур текучей среды дополнительно содержит систему управления потоком, выполненную с возможностью управления потоком охлаждающей текучей среды (С) в промежуточном контуре текучей среды для получения значения (Т1) параметра, зависящего от температуры охлаждающей текучей среды, в промежуточном контуре текучей среды выше по потоку от теплообменника, охлаждающего технологический воздух, которое соответствует некоторому заданному уставочному значению (Т1уст) параметра, зависящего от температуры охлаждающей текучей среды. Система управления потоком промежуточного контура текучей среды предпочтительно может содержать блок (CU) управления, выполненный с возможностью управления потоком охлаждающей текучей среды в промежуточном контуре текучей среды посредством управления насосом текучей среды и/или одним или несколькими клапанами управления текучей средой, расположенными в промежуточном контуре текучей среды. Промежуточный контур текучей среды предпочтительно содержит байпасный трубопровод, позволяющий части охлаждающей текучей среды (С) обходить теплообменник, охлаждающий технологический воздух.The drying system according to the invention contains a sorption dryer; a process air circuit configured to conduct a flow of process air through the drying material in the dryer; a regeneration air circuit configured to conduct a flow of regeneration air through the drying material in the dryer; and a heat pump containing an evaporator and a condenser. The system further comprises an intermediate fluid circuit with a cooling fluid (C) configured to cool process air in the heat exchanger before the process air enters the dryer, said intermediate fluid circuit comprising a fluid pump and a main pipeline configured to conduct cooling fluid medium (C) through a heat exchanger, cooling process air and through the heat pump evaporator, and wherein the intermediate fluid loop further comprises a flow control system configured to control the flow of cooling fluid (C) in the intermediate fluid loop to obtain a value (T1 ) a parameter dependent on the temperature of the cooling fluid in the intermediate fluid circuit upstream of the heat exchanger cooling the process air, which corresponds to a certain set point value (T1 set ) of the parameter dependent on the temperature of the cooling fluid. The intermediate fluid loop flow control system may preferably comprise a control unit (CU) configured to control the flow of cooling fluid in the intermediate fluid loop by controlling a fluid pump and/or one or more fluid control valves located in the intermediate fluid loop. environment. The intermediate fluid circuit preferably includes a bypass conduit allowing a portion of the cooling fluid (C) to bypass the heat exchanger cooling the process air.
Параметр, зависящий от значения температуры охлаждающей текучей среды, предпочтительно представляет собой температуру охлаждающей текучей среды, а заданное уставочное значение (Т1уст) для температуры охлаждающей текучей среды предпочтительно задают равным некоторой температуре ниже 10°С, предпочтительнее ниже 5°С, наиболее предпочтительно ниже 0,5°С. Теплообменнику, охлаждающему технологический воздух, преимущественно придают размеры, позволяющие охлаждать технологический воздух на входе технологического воздуха осушителя до некоторого заданного постоянного значения (Т2) температуры входящего воздуха, причем упомянутое значение (Т2) температуры входящего воздуха предпочтительно ниже 10°С.The parameter depending on the temperature value of the cooling fluid is preferably the temperature of the cooling fluid, and the set value (T1 set ) for the temperature of the cooling fluid is preferably set to a temperature below 10°C, preferably below 5°C, most preferably below 0.5°C. The heat exchanger cooling the process air is preferably sized to cool the process air at the process air inlet of the dryer to a certain predetermined constant value (T2) of the incoming air temperature, said value (T2) of the incoming air temperature being preferably below 10°C.
- 1 044064- 1 044064
Контур регенерационного воздуха предпочтительно соединен с конденсатором теплового насоса выше по потоку от осушителя. Промежуточный контур текучей среды предпочтительно содержит теплообменник, расположенный выше по потоку от испарителя теплового насоса, для охлаждения регенерационного воздуха ниже по потоку от осушителя. Контур регенерационного воздуха может содержать электрический нагреватель выше по потоку от осушителя, выполненный с возможностью необязательного нагревания регенерационного воздуха, если потребуется.The regeneration air loop is preferably connected to the heat pump condenser upstream of the dryer. The intermediate fluid circuit preferably includes a heat exchanger located upstream of the heat pump evaporator to cool the regeneration air downstream of the dryer. The regeneration air loop may include an electrical heater upstream of the dryer, configured to optionally heat the regeneration air if required.
Система управления потоком преимущественно выполнена с возможностью управления потоком охлаждающей жидкости в промежуточном контуре текучей среды таким образом, что тепло, отбираемое из технологического воздуха в теплообменнике, охлаждающем технологический воздух, и из регенерационного воздуха в теплообменнике регенерационного воздуха, по существу, соответствует теплу, которое требуется передать регенерационному воздуху в конденсаторе теплового насоса, чтобы достичь некоторой заданной температуры (Т3) на входе регенерационного воздуха осушителя.The flow control system is advantageously configured to control the flow of coolant in the intermediate fluid loop such that the heat removed from the process air in the process air cooling heat exchanger and from the regeneration air in the regeneration air heat exchanger substantially matches the heat that is required transfer to the regeneration air in the heat pump condenser to achieve a certain set temperature (T3) at the regeneration air inlet of the dryer.
Данное изобретение также относится к способу эксплуатации вышеупомянутой осушительной системы, включающему в себя этапы, на которых:The present invention also relates to a method of operating the above-mentioned drying system, including the steps of:
a) определяют фактическое значение (Т1) параметра, зависящего от температуры охлаждающей текучей среды выше по потоку от теплообменника, охлаждающего технологический воздух; иa) determine the actual value (T1) of a parameter depending on the temperature of the cooling fluid upstream of the heat exchanger cooling the process air; And
b) если фактическое значение (Т1) параметра, зависящего от температуры охлаждающей текучей среды, отклоняется от заданного уставочного значения (Т1уст) параметра, зависящего от температуры охлаждающей текучей среды, регулируют поток охлаждающей текучей среды (С) в промежуточном контуре 8 текучей среды путем регулирования пропускной способности насоса 11 текучей среды и/или одного или нескольких клапанов управления текучей средой, расположенных в промежуточном контуре текучей среды; иb) if the actual value (T1) of the cooling fluid temperature-dependent parameter deviates from the predetermined set value (T1 set ) of the cooling fluid temperature-dependent parameter, adjust the flow of the cooling fluid (C) in the intermediate fluid circuit 8 by regulating the capacity of the fluid pump 11 and/or one or more fluid control valves located in the intermediate fluid circuit; And
с) повторяют этапы а) и b) до тех пор, пока не достигается Т1=Т1уст.c) repeat steps a) and b) until T1=T1 mouth is reached.
Данное изобретение также относится к компьютерной программе, предназначенной для эксплуатации вышеупомянутой осушительной системы и содержащей команды, которые при исполнении их по меньшей мере на одном процессоре вызывают осуществление вышеупомянутого способа упомянутым по меньшей мер, одним процессором. Данное изобретение также относится к машиночитаемому носителю информации, несущему компьютерную программу для эксплуатации осушительной системы.The present invention also relates to a computer program for operating the above-mentioned drying system and containing instructions which, when executed on at least one processor, cause the above-mentioned method to be carried out by the at least one processor. The present invention also relates to a computer readable storage medium carrying a computer program for operating a drying system.
Краткое описание чертежейBrief description of drawings
Предлагаемая осушительная система описывается здесь со ссылками на чертежи, при этом:The proposed drying system is described here with reference to the drawings, wherein:
на фиг. 1 изображен первый пример осушительной системы, содержащей промежуточный контур текучей среды, который используется для управления температурой охлаждающей текучей среды выше по потоку от входа теплообменника, охлаждающего технологический воздух;in fig. 1 depicts a first example of a drying system comprising an intermediate fluid circuit that is used to control the temperature of a cooling fluid upstream of a heat exchanger inlet cooling process air;
на фиг. 2 изображен второй пример осушительной системы, в которой охлаждающая текучая среда промежуточного контура текучей среды собирает тепло с выхода регенерационного воздуха ниже по потоку от осушительного блока;in fig. 2 illustrates a second example of a drying system in which the intermediate circuit cooling fluid collects heat from the regeneration air outlet downstream of the drying unit;
на фиг. 3 изображен третий пример осушительной системы, в которой промежуточный контур текучей среды выполнен с возможностью обеспечить отдельный поток охлаждающей текучей среды через выход теплообменника, охлаждающего регенерационный воздух;in fig. 3 depicts a third example of a drying system in which the intermediate fluid loop is configured to provide a separate flow of cooling fluid through the outlet of the heat exchanger cooling the regeneration air;
на фиг. 4 представлена схематическая иллюстрация способа эксплуатации осушительной системы.in fig. 4 is a schematic illustration of a method for operating the drying system.
Подробное описаниеDetailed description
Предлагаемая осушительная система описывается здесь со ссылками на прилагаемые чертежи, где изображены примеры установок, соответствующих изобретению.The proposed drying system is described here with reference to the accompanying drawings, which show examples of installations in accordance with the invention.
Как показано на фиг. 1, осушительная система 1 согласно изобретению содержит сорбционный осушитель 2, контур 3 технологического воздуха, выполненный с возможностью проводить поток технологического воздуха через осушающий материал в осушителе, и контур 4 регенерационного воздуха, выполненный с возможностью проводить поток регенерационного воздуха через осушающий материал в осушителе. Система также содержит тепловой насос 5, содержащий испаритель 6 и конденсатор 7, посредством которого можно передавать тепло между потоками в пределах системы. Осушительная система дополнительно содержит промежуточный контур 8 текучей среды с циркулирующей текучей средой (которая здесь именуется охлаждающей текучей средой (С)), выполненный с возможностью охлаждения технологического воздуха в теплообменнике 9 перед входом технологического воздуха в осушитель. Охлаждая поток технологического воздуха выше по потоку от осушителя, можно снизить влагосодержание уже перед попаданием в осушительный блок, вследствие чего требуется меньше энергии для процесса осушения в осушителе.As shown in FIG. 1, the drying system 1 according to the invention comprises a sorption dryer 2, a process air circuit 3 configured to conduct a process air flow through a drying material in the dryer, and a regeneration air circuit 4 configured to conduct a regeneration air flow through a drying material in the dryer. The system also includes a heat pump 5 containing an evaporator 6 and a condenser 7, through which heat can be transferred between streams within the system. The dryer system further includes an intermediate fluid circuit 8 with a circulating fluid (herein referred to as cooling fluid (C)) configured to cool the process air in the heat exchanger 9 before the process air enters the dryer. By cooling the process air stream upstream of the dryer, the moisture content can be reduced before it enters the dryer unit, resulting in less energy required for the drying process in the dryer.
Промежуточный контур текучей среды также содержит насос 11 текучей среды и основной трубопровод 8а, выполненный с возможностью проводить охлаждающую текучую среду (С) через теплообменник 9, охлаждающий технологический воздух и через испаритель 6 теплового насоса. В основном трубопроводе 8а можно с удобством расположить клапан 12 управления текучей средой. Промежуточный контур текучей среды также содержит систему 10 управления потоком, выполненную с возможностью управления потоком охлаждающей текучей среды (С) в промежуточном контуре текучей среды для получения значения (Т1) параметра, зависящего от температуры охлаждающей текучей среды, в промеThe intermediate fluid circuit also includes a fluid pump 11 and a main pipeline 8a configured to conduct the cooling fluid (C) through the heat exchanger 9, the cooling process air and through the evaporator 6 of the heat pump. In the main pipeline 8a, a fluid control valve 12 can be conveniently located. The intermediate fluid loop also includes a flow control system 10 configured to control the flow of a cooling fluid (C) in the intermediate fluid loop to obtain a value (T1) of a parameter dependent on the temperature of the cooling fluid in the intermediate fluid loop.
- 2 044064 жуточном контуре текучей среды выше по потоку от теплообменника, охлаждающего технологический воздух, которое соответствует некоторому заданному уставочному значению (Т1уст) параметра, зависящего от температуры охлаждающей текучей среды. Посредством промежуточного контура текучей среды технологический воздух охлаждается не непосредственно испарителем теплового насоса, а косвенно с помощью охлаждающей текучей среды (С), и система управления потоком обеспечивает управление температурой охлаждающей текучей среды, попадающей в теплообменник, охлаждающий технологический воздух. Таким образом, появляется возможность гарантировать, что температура охлаждающей текучей среды сохраняется на некотором управляемом уровне, вследствие чего можно избежать риска образования инея в теплообменнике, охлаждающем технологический воздух. Избежать образования инея в теплообменнике важно потому, что это может привести к образованию льда, что может замедлить поток воздуха через теплообменник и ухудшить теплопередачу, а также затруднить управление системой.- 2 044064 a fluid circuit upstream of the heat exchanger cooling the process air, which corresponds to a certain set point value (T1 set ) of a parameter depending on the temperature of the cooling fluid. By means of the intermediate fluid loop, the process air is not cooled directly by the heat pump evaporator, but indirectly by the cooling fluid (C), and the flow control system controls the temperature of the cooling fluid entering the heat exchanger cooling the process air. In this way, it is possible to ensure that the temperature of the cooling fluid is maintained at some controlled level, whereby the risk of frost formation in the heat exchanger cooling the process air can be avoided. Avoiding frost in the heat exchanger is important because it can cause ice to form, which can slow air flow through the heat exchanger and impair heat transfer, as well as make the system more difficult to control.
Параметр, подлежащий измерению и управлению посредством системы управления потоком, может быть любым параметром текучей среды, изменяющимся с температурой текучей среды, таким, как температура, плотность, вязкость и т.д., причем температура текучей среды предпочтительна, поскольку является параметром, который удобно измерять. Для упрощения понимания параметр, зависящий от значения температуры охлаждающей текучей среды, именуется в нижеследующем тексте температурой охлаждающей текучей среды, хотя может быть любым параметром, зависящим от температуры.The parameter to be measured and controlled by the flow control system may be any fluid parameter that changes with the temperature of the fluid, such as temperature, density, viscosity, etc., the fluid temperature being preferred because it is a parameter that is convenient to measure. For ease of understanding, the parameter dependent on the temperature value of the cooling fluid is referred to in the following text as the temperature of the cooling fluid, although it can be any parameter dependent on temperature.
Заданное уставочное значение (Т1уст) для температуры охлаждающей текучей среды предпочтительно устанавливают равным температуре ниже 10°С, предпочтительнее ниже 5°С, наиболее предпочтительно ниже 0,5°С. Чем ниже температура охлаждающей текучей среды, тем эффективнее охлаждение технологического воздуха в теплообменнике, охлаждающем технологический воздух. В зависимости от конструкции теплообменника, охлаждающего технологический воздух, самая низкая величина заданного уставочного значения (Т1уст) для температуры охлаждающей текучей среды может быть близкой к 0 или ниже 0°С. Температура охлаждающей текучей среды несколько выше 0°С, например, такая как 0,1°С, позволяет использовать более простые противоточные теплообменники, тогда как температура охлаждающей текучей среды ниже 0°С может потребовать более сложной конструкции теплообменника. Охлаждающая текучая среда промежуточного контура текучей среды является жидкостью и остается в жидком состоянии всегда, а подходящей является вода, необязательно содержащая некоторое количество добавки, понижающей температуру замерзания. Предпочтительно употреблять термин охлаждающая текучая среда, поскольку это вещество используют для охлаждения поступающего технологического воздуха выше по потоку от входа технологического воздуха осушителя, но в испарителе теплового насоса это вещество действует как нагревающая текучая среда.The set point value (T1 set ) for the temperature of the cooling fluid is preferably set to a temperature below 10°C, more preferably below 5°C, most preferably below 0.5°C. The lower the temperature of the cooling fluid, the more efficient the cooling of the process air in the heat exchanger cooling the process air. Depending on the design of the heat exchanger cooling the process air, the lowest set point value (T1 set ) for the cooling fluid temperature may be close to 0 or below 0°C. A cooling fluid temperature slightly above 0°C, such as 0.1°C, allows for the use of simpler counterflow heat exchangers, whereas a cooling fluid temperature below 0°C may require a more complex heat exchanger design. The intermediate circuit cooling fluid is liquid and remains liquid at all times, and water is suitable, optionally containing some freezing point depressant. It is preferable to use the term cooling fluid because it is used to cool the incoming process air upstream of the dryer process air inlet, but in a heat pump evaporator it acts as a heating fluid.
Теплообменнику 9, охлаждающему технологический воздух, преимущественно придают размеры, позволяющие охлаждать технологический воздух выше по потоку от входа технологического воздуха осушителя до некоторого заданного постоянного значения (Т2) температуры входящего воздуха. Это означает придание теплообменнику таких размеров, что, безотносительно свойств технологического воздуха, попадающего в теплообменник 9, охлаждающий технологический воздух, температура (Т2) технологического воздуха ниже по потоку от теплообменника будет всегда одинаковой. Вследствие этого теплообменник 9, охлаждающий технологический воздух, может иметь несколько избыточные размеры в некоторые моменты времени. Предварительно определенная постоянная температура технологического воздуха, попадающего в осушительный блок, может улучшить процесс осушения, поскольку осушительный блок можно оптимизировать для входа технологического воздуха, обладающего определенными предсказуемыми свойствами, а работа в процессе осушения будет стабильной. Значение (Т2) температуры технологического воздуха выше по потоку от осушительного блока будет зависеть от заданного уставочного значения (Т1уст) для температуры охлаждающей текучей среды выше по потоку от теплообменника 9, охлаждающего технологический воздух, а предпочтительно как можно более низкой, предпочтительно ниже 10°С, а подходящая составит выше 0°С. Измерение параметров, зависящих от температуры в потоке текучей среды, оказывается стабильным и надежным по сравнению с измерением аналогичных параметров в потоке воздуха, и поэтому управление осушительной системой на основе температуры (Т1) охлаждающей текучей среды выше по потоку от теплообменника 9, охлаждающего технологический воздух, приводит к стабильной работе системы.The heat exchanger 9, which cools the process air, is preferably sized to allow the process air to be cooled upstream from the dryer process air inlet to a certain predetermined constant value (T2) of the inlet air temperature. This means sizing the heat exchanger such that, regardless of the properties of the process air entering heat exchanger 9 cooling the process air, the temperature (T2) of the process air downstream of the heat exchanger will always be the same. As a result, the heat exchanger 9, which cools the process air, may have slightly excessive dimensions at some points in time. A predetermined constant temperature of the process air entering the dryer unit can improve the dehumidification process because the dryer unit can be optimized for process air input having certain predictable properties and the operation of the dehumidification process will be stable. The value (T2) of the process air temperature upstream of the drying unit will depend on the setpoint value (T1set) for the temperature of the cooling fluid upstream of the heat exchanger 9 cooling the process air, and preferably as low as possible, preferably below 10°C , and a suitable one will be above 0°C. The measurement of temperature-dependent parameters in the fluid stream appears to be stable and reliable compared to the measurement of similar parameters in the air stream, and therefore control of the drying system based on the temperature (T1) of the cooling fluid upstream of the heat exchanger 9 cooling the process air leads to stable operation of the system.
Свойства технологического воздуха, попадающего в осушительную систему, такие как влажность и температура, могут существенно изменяться время от времени. В частности, если технологическим воздухом является окружающий воздух, взятый снаружи помещения, эти свойства могут существенно изменяться из-за сезонных изменений и времени суток, а это может оказаться значимым, в частности, в определенных географических регионах. Однако, если технологический воздух также берут из некоторого ограниченного пространства, такого как промышленное здание, упомянутые свойства могут изменяться в зависимости от различных обстоятельств, таких как работы, проводимые в здании, и изменения погоды снаружи здания. Следовательно, чтобы получить постоянную температуру технологического воздуха выше по потоку от осушителя, теплообменнику 9, охлаждающему технологический воздух, нужно будет придать размеры, соответствующие конкретным обстоятельствам того места, где воплощают систему.The properties of the process air entering the dryer system, such as humidity and temperature, may vary significantly from time to time. In particular, if the process air is ambient air taken from outside the premises, these properties may vary significantly due to seasonal changes and time of day, and this may be significant, particularly in certain geographic regions. However, if the process air is also taken from some confined space, such as an industrial building, these properties may vary depending on various circumstances, such as work carried out in the building and changes in weather outside the building. Therefore, in order to obtain a constant temperature of the process air upstream of the dryer, the heat exchanger 9 cooling the process air will need to be sized to suit the particular circumstances of the location where the system is implemented.
Температурой (Т1) охлаждающей текучей среды выше по потоку от теплообменника 9, охлаждаюThe temperature (T1) of the cooling fluid upstream from the heat exchanger 9, I cool
- 3 044064 щего технологический воздух, управляют путем регулирования потока охлаждающей текучей среды в промежуточном контуре текучей среды. Чтобы достичь этого, система управления потоком промежуточного контура текучей среды соответственно содержит блок (CU) управления, выполненный с возможностью управления потоком охлаждающей текучей среды в промежуточном контуре 8 текучей среды путем управления насосом 11 текучей среды и/или одним или несколькими клапанами 12, 13 управления текучей средой, расположенными в промежуточном контуре текучей среды. Насос текучей среды может соответственно иметь частотно-регулируемый привод, позволяющий управлять пропускной способностью насоса, и/или один или несколько клапанов управления текучей средой можно открывать или закрывать по потребности, чтобы получить охлаждающий поток, необходимый для поддержания температуры (Т1) охлаждающей текучей среды на уровне уставочного значения (Т1уст). Управление потоком охлаждающей текучей среды в основном трубопроводе 8а является косвенным и осуществляется, по меньшей мере частично, на основе потребности в холодопроизводительности в теплообменнике 9, охлаждающем технологический воздух. Если температура (Т1) охлаждающей текучей среды выше по потоку от теплообменника 9, охлаждающего технологический воздух, превышает уставочное значение (Т1уст), это будет обнаружено блоком (CU) управления, который подействует на насос текучей среды и/или один или несколько клапанов управления текучей средой, уменьшая поток в основном трубопроводе 8а до тех пор, пока температура (Т1) охлаждающей текучей среды не вернется к уставочному значению (Т1уст), и наоборот, если температура (Т1) падает ниже уставочного значения (Т1уст), поток в основном трубопроводе 8а увеличится.- 3 044064 The process air is controlled by regulating the flow of cooling fluid in the intermediate fluid circuit. To achieve this, the intermediate fluid loop flow control system suitably comprises a control unit (CU) configured to control the flow of cooling fluid in the intermediate fluid loop 8 by controlling a fluid pump 11 and/or one or more control valves 12, 13 fluid located in the intermediate fluid circuit. The fluid pump may suitably have a variable frequency drive to control pump capacity, and/or one or more fluid control valves may be opened or closed as required to produce the cooling flow required to maintain the temperature (T1) of the cooling fluid at level of the set value (T1 set ). Control of the flow of cooling fluid in the main conduit 8a is indirect and is carried out, at least in part, based on the demand for cooling capacity in the heat exchanger 9 cooling the process air. If the temperature (T1) of the cooling fluid upstream of the heat exchanger 9 cooling the process air exceeds the set value (T1set), this will be detected by the control unit (CU), which will act on the fluid pump and/or one or more fluid control valves. environment, reducing the flow in the main pipeline 8a until the temperature (T1) of the cooling fluid returns to the set value (T1 set ), and vice versa, if the temperature (T1) falls below the set value (T1 set ), the flow in the main pipeline 8a will increase.
Промежуточный контур текучей среды предпочтительно может содержать байпасный трубопровод 8b, соответственно оснащенный клапаном (13) управления текучей средой, что позволяет некоторой части охлаждающей текучей среды (С) обойти теплообменник 9, охлаждающий технологический воздух. Это увеличивает универсальность осушительной системы, поскольку отдельным потоком охлаждающей текучей среды в основном трубопроводе 8а промежуточного контура текучей среды можно управлять как путем регулирования пропускной способности насоса 11 и/или клапана 12 управления текучей средой в основном трубопроводе, так и путем пропускания некоторой части потока охлаждающей текучей среды в обход теплообменника 9 через байпасный трубопровод 8b, например, за счет открывания клапана 13 управления текучей средой. Конечно, клапаны 12, 13 управления текучей средой в основном трубопроводе и байпасном трубопроводе можно заменить трехходовым клапаном, если это желательно.The intermediate fluid circuit may preferably comprise a bypass line 8b, suitably equipped with a fluid control valve (13), which allows some of the cooling fluid (C) to bypass the heat exchanger 9 cooling the process air. This increases the versatility of the drying system since the individual flow of cooling fluid in the main intermediate circuit fluid line 8a can be controlled either by adjusting the capacity of the pump 11 and/or fluid control valve 12 in the main line or by allowing some portion of the cooling fluid flow to pass through. medium bypassing the heat exchanger 9 through the bypass line 8b, for example, by opening the fluid control valve 13. Of course, the fluid control valves 12, 13 in the main pipeline and bypass pipeline can be replaced with a three-way valve if desired.
Как упоминалось выше, осушительная система содержит контур 4 регенерационного воздуха, выполненный с возможностью проводить поток регенерационного воздуха через осушающий материал в осушителе 2. Осушитель может быть узлом любого типа, пригодным для осушения технологического воздуха посредством осушающего материала и регенерационного воздуха. Например, сорбционный осушитель 2 может соответственно содержать осушающий элемент в форме ротора, удерживающего осушающий материал, например, силикагель, который эффективен в притяжении и задержании паров воды. Ротор с осушающим материалом может быть разделен на две секции - осушительную секцию и регенерирующую секцию. Технологический воздух 3, подлежащий осушению, будет проходить через осушительную секцию ротора с осушающим материалом, при этом осушающий материал, присутствующий в роторе, извлекает влагу из технологического воздуха таким образом, что тот может покидать ротор как высушенный воздух 3b. В то же самое время влагонесущий осушающий материал регенерируется в регенерационной секции, где влага передается в поток 4b регенерационного воздуха, который протекает через регенерационную секцию, и все это время ротор с осушающим материалом медленно вращается. Посредством мгновенного осушения технологического воздуха и регенерации осушающего материала осушитель 2 можно эксплуатировать непрерывно. Можно предусмотреть и другие конфигурации осушителя, например, содержащие несколько роторов, удерживающих осушающий материал, роторов, имеющих больше двух секций, и/или такие, в которых один или оба потока - технологического воздуха и регенерационного воздуха - разделяются на несколько потоков воздуха в пределах осушителя. Осушитель необязательно должен быть единственным технологическим узлом, а может предусматривать несколько этапов или секций, последовательных или параллельных.As mentioned above, the dryer system includes a regeneration air circuit 4 configured to conduct a flow of regeneration air through the drying material in the dryer 2. The dryer can be any type of unit suitable for drying process air through the drying material and regeneration air. For example, the sorption dryer 2 may suitably comprise a drying element in the form of a rotor holding a drying material, for example silica gel, which is effective in attracting and retaining water vapor. The rotor with drying material can be divided into two sections - a drying section and a regenerating section. The process air 3 to be dried will pass through the drying section of the rotor with the drying material, wherein the drying material present in the rotor removes moisture from the process air so that it can leave the rotor as dried air 3b. At the same time, the moisture-bearing desiccant material is regenerated in the regeneration section, where the moisture is transferred to the regeneration air stream 4b, which flows through the regeneration section, all the while the rotor with the desiccant material is slowly rotating. By instantly dehumidifying the process air and regenerating the drying material, the dryer 2 can be operated continuously. Other dryer configurations can be envisaged, such as those containing multiple rotors holding the drying material, rotors having more than two sections, and/or those in which one or both of the process air and regeneration air streams are divided into multiple air streams within the dryer . The dryer does not necessarily have to be a single technological unit, but may include several stages or sections, sequential or parallel.
Чтобы процесс регенерации стал эффективным, поток воздуха, используемый для регенерации осушающего материала в роторе, должен иметь относительно высокую температуру, а в типичных случаях его надо нагревать. В осушительной системе согласно данному изобретению контур 4 регенерационного воздуха может предпочтительно быть соединен с конденсатором 7 теплового насоса выше по потоку от осушителя. Это означает, что тепло, отбираемое из охлаждающей текучей среды (С) в испарителе 6 теплового насоса, может быть передано входящему регенерационному воздуху 4а через контур 16 хладагента теплового насоса и конденсатора, т.е. тепло, отбираемое из технологического воздуха 3 в теплообменнике 9, охлаждающем воздух, можно использовать для нагревания входящего регенерационного воздуха 4а посредством промежуточного контура 8 текучей среды и контура 16 хладагента теплового насоса 5. В контуре 4 регенерационного воздуха выше по потоку от осушителя может содержаться электрический нагреватель 15, выполненный с возможностью необязательного нагревания входящего регенерационного воздуха 4а при необходимости.For the regeneration process to be effective, the air stream used to regenerate the drying material in the rotor must be at a relatively high temperature, and in typical cases it must be heated. In the dryer system according to the present invention, the regeneration air circuit 4 may preferably be connected to a heat pump condenser 7 upstream of the dryer. This means that the heat withdrawn from the cooling fluid (C) in the heat pump evaporator 6 can be transferred to the incoming regeneration air 4a through the heat pump refrigerant circuit 16 and the condenser, i.e. the heat removed from the process air 3 in the air-cooling heat exchanger 9 can be used to heat the incoming regeneration air 4a via the intermediate fluid circuit 8 and the refrigerant circuit 16 of the heat pump 5. The regeneration air circuit 4 upstream of the dryer may contain an electrical heater 15, configured to optionally heat the incoming regeneration air 4a if necessary.
- 4 044064- 4 044064
Когда регенерационный воздух покидает выход 4b осушительного блока, он имеет более высокое влагосодержание и более низкую температуру, чем на входе 4а осушительного блока. Выходящий регенерационный воздух можно высвобождать в окружающую среду, а поскольку он в типичных случаях может иметь температуру существенно выше, чем окружающая температура, может оказаться выгодной рекуперация, по меньшей мере, некоторого тепла в процесс. Поэтому в потоке выходящего регенерационного воздуха соответственно расположен теплообменник 14, обеспечивающий рекуперацию сохраняемого здесь тепла. Теплообменник 14 предпочтительно включен в состав промежуточного контура 8 текучей среды и тогда предпочтительно расположен в промежуточном контуре 8 текучей среды выше по потоку от испарителя 6 теплового насоса с тем, чтобы охлаждать регенерационный воздух 4b ниже по потоку от осушителя, тем самым отбирая тепло из потока 4b регенерационного воздуха. Когда температура регенерационного воздуха уменьшается во время охлаждения в теплообменнике 14, влагосодержание в потоке воздуха уменьшается из-за конденсации и, если это желательно, выходящий регенерационный воздух 4b может быть возвращен в контур 4 регенерационного воздуха, необязательно после дальнейшего удаления влаги в качестве входящего регенерационного воздуха 4а, так что контур 4 регенерационного воздуха оказывается замкнутым контуром.When the regeneration air leaves the dryer unit outlet 4b, it has a higher moisture content and a lower temperature than the dryer unit inlet 4a. The effluent regeneration air may be released into the environment, and since it may typically be at a temperature substantially higher than the ambient temperature, it may be advantageous to recover at least some heat into the process. Therefore, a heat exchanger 14 is located in the flow of outgoing regeneration air, providing recovery of the heat stored here. Heat exchanger 14 is preferably included in the intermediate fluid loop 8 and is then preferably located in the intermediate fluid loop 8 upstream of the heat pump evaporator 6 so as to cool the regeneration air 4b downstream of the dryer, thereby removing heat from stream 4b regeneration air. As the temperature of the regeneration air decreases during cooling in heat exchanger 14, the moisture content in the air stream is reduced due to condensation and, if desired, the outgoing regeneration air 4b can be returned to the regeneration air circuit 4, optionally after further removal of moisture as incoming regeneration air. 4a, so that the regeneration air circuit 4 turns out to be a closed circuit.
Таким образом, тепло, отбираемое из регенерационного воздуха 4b в теплообменнике 14, можно использовать для нагревания входящего регенерационного воздуха 4а посредством теплового насоса 5. В теплообменнике 14 тепло регенерационного воздуха соответственно передается охлаждающей текучей среде, которая предпочтительно может быть охлаждающей текучей средой (С) промежуточного контура текучей среды, как упоминалось выше, или ее частичным потоком, как показано на фиг. 2.Thus, the heat withdrawn from the regeneration air 4b in the heat exchanger 14 can be used to heat the incoming regeneration air 4a via the heat pump 5. In the heat exchanger 14, the heat of the regeneration air is accordingly transferred to a cooling fluid, which may preferably be an intermediate cooling fluid (C). a fluid circuit, as mentioned above, or a partial flow thereof, as shown in FIG. 2.
Следовательно, с помощью контура 4 регенерационного воздуха, соединенного с конденсатором 7 теплового насоса выше по потоку от осушительного блока, оказывается возможной передача тепла из выходящего регенерационного воздуха 4b через промежуточный контур 8 текучей среды и контур 16 хладагента во входящий регенерационный воздух 4а.Therefore, by means of the regeneration air circuit 4 connected to the heat pump condenser 7 upstream of the drying unit, it is possible to transfer heat from the outgoing regeneration air 4b through the intermediate fluid circuit 8 and the refrigerant circuit 16 to the incoming regeneration air 4a.
Как описано выше, теплообменник 14 выходящего регенерационного воздуха может оказаться особенно полезным в ситуациях, где тепло, передаваемое в теплообменнике 9, охлаждающем технологический воздух, т.е. из входящего технологического воздуха 3 в текучую среду (С) промежуточного контура текучей среды, не удовлетворяет энергетической потребности испарителя 6 теплового насоса, необходимую для достаточного нагревания входящего регенерационного воздуха 4 в конденсаторе 7 теплового насоса. Такие ситуации могут возникать, например, когда температура 3 технологического воздуха, попадающего в теплообменник 9, охлаждающий технологический воздух, оказывается низкой или когда выходящий технологический воздух 3) должен быть особо сухим (например, имеющим точку росы ниже -20°С), что может оказаться характерным в определенных промышленных процессах. Тогда теплообменник 14 выходящего регенерационного воздуха может обеспечивать дополнительное нагревание охлаждающей текучей среды (С) в промежуточном контуре текучей среды, поскольку температура (Т6) выходящего регенерационного воздуха в типичных случаях существенно выше, чем температура (Т4) охлаждающей текучей среды (С), покидающей теплообменник 9, охлаждающий технологический воздух.As described above, the exhaust regeneration air heat exchanger 14 may be particularly useful in situations where the heat transferred in the heat exchanger 9 cooling the process air, i.e. from the incoming process air 3 into the fluid (C) of the intermediate fluid circuit does not satisfy the energy demand of the heat pump evaporator 6 necessary to sufficiently heat the incoming regeneration air 4 in the heat pump condenser 7. Such situations may arise, for example, when the temperature 3 of the process air entering the process air cooling heat exchanger 9 is low or when the exiting process air 3) must be particularly dry (for example, having a dew point below -20°C), which may be characteristic of certain industrial processes. The exiting regeneration air heat exchanger 14 can then provide additional heating of the cooling fluid (C) in the intermediate fluid loop since the temperature (T6) of the exiting regeneration air is typically substantially higher than the temperature (T4) of the cooling fluid (C) leaving the heat exchanger 9, cooling process air.
Когда в осушительной системе располагают теплообменник 14 выходящего регенерационного воздуха, вышеупомянутый байпасный трубопровод 8b дает возможность проводить частичный поток холодной охлаждающей текучей среды (С) ниже по потоку от испарителя 6 непосредственно в теплообменник 14 регенерационного воздуха, вследствие чего разность температур между температурой (Т5) охлаждающей текучей среды (С) и температурой (Т6) регенерационного воздуха, попадающего в теплообменник 14, станет большей. Промежуточный контур текучей среды может быть расположен таким образом, что можно будет провести отдельный поток охлаждающей текучей среды (С) между теплообменником 14 и испарителем 6 теплового насоса для передачи тепла из регенерационного воздуха 4b в контур 16 хладагента теплового насоса. Это может быть получено, например, за счет расположения байпасного трубопровода 8b таким образом, что он станет проводить холодную охлаждающую текучую среду (С) непосредственно из испарителя 6 в теплообменник 14 выходящего регенерационного воздуха, как показано на фиг. 3, вследствие этого достигается максимальная разность температур между температурой (Т6) выходящего регенерационного воздуха и температурой (Т5) охлаждающей текучей среды. Если клапан 13 управления текучей средой закрыт, так что байпасный трубопровод 8b не используется, температура (Т4) охлаждающей текучей среды после теплообменника 9, охлаждающего технологический воздух, окажется такой же, как температура (Т5) охлаждающей текучей среды перед теплообменником 14 выходящего регенерационного воздуха.When the exhaust regeneration air heat exchanger 14 is positioned in the drying system, the above-mentioned bypass line 8b allows a partial flow of cold cooling fluid (C) downstream of the evaporator 6 directly to the regeneration air heat exchanger 14, resulting in a temperature difference between the cooling fluid temperature (T5) fluid (C) and temperature (T6) of the regeneration air entering the heat exchanger 14 will become greater. The intermediate fluid circuit may be positioned such that a separate cooling fluid flow (C) can be conducted between the heat exchanger 14 and the heat pump evaporator 6 to transfer heat from the regeneration air 4b to the heat pump refrigerant circuit 16. This can be achieved, for example, by positioning the bypass line 8b such that it conducts the cold cooling fluid (C) directly from the evaporator 6 to the exhaust regeneration air heat exchanger 14, as shown in FIG. 3, as a result, a maximum temperature difference is achieved between the temperature (T6) of the outlet regeneration air and the temperature (T5) of the cooling fluid. If the fluid control valve 13 is closed so that the bypass line 8b is not used, the temperature (T4) of the cooling fluid after the process air cooling heat exchanger 9 will be the same as the temperature (T5) of the cooling fluid before the leaving regeneration air heat exchanger 14.
Чтобы обеспечить независимое управление потоком в байпасном трубопроводе 8b, в этой части промежуточного контура текучей среды можно предусмотреть второй насос 18 текучей среды, а дополнительные соединения трубопроводов и клапанов 13, 17 можно скомпоновать так, что потоки основного трубопровода 8а и байпасного трубопровода 8b можно будет объединить, если это желательно, что придает осушительной системе повышенную универсальность.To provide independent control of the flow in the bypass line 8b, a second fluid pump 18 can be provided in this part of the intermediate fluid circuit, and additional pipe connections and valves 13, 17 can be arranged so that the flows of the main line 8a and the bypass line 8b can be combined , if desired, giving the dryer system increased versatility.
В данной области техники доступны различные компоновки тепловых насосов, а их компоненты, такие как испаритель и конденсатор, выбирают в соответствии с выбранной наладкой для промежуточного контура текучей среды. Таким образом, могут оказаться подходящими разные конструкции испари-Various heat pump arrangements are available in the art, and their components, such as the evaporator and condenser, are selected in accordance with the selected intermediate fluid circuit setup. Thus, different evaporation designs may be suitable.
Claims (11)
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE1951038-7 | 2019-09-13 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EA044064B1 true EA044064B1 (en) | 2023-07-20 |
Family
ID=
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9574782B2 (en) | Dehumidification system | |
US20100192605A1 (en) | Humidity control system using desiccant device | |
US10724750B2 (en) | Cooling dryer for compressed air and corresponding method | |
JP5268401B2 (en) | Heat pump dryer | |
RU2506986C1 (en) | Device and method for gas drying | |
CN111373201B (en) | Dehumidification system and method | |
US9950294B2 (en) | Method and device for cool-drying a gas using a heat exchanger with closed cooling circuit | |
RU177549U1 (en) | Thermoelectric compressed gas dryer | |
US20220307710A1 (en) | Dehumidification system | |
US10578348B2 (en) | System and method for reducing moisture in a refrigerated room | |
CA2722405A1 (en) | High efficiency desiccant dehumidifier system | |
EA044064B1 (en) | DRYING SYSTEM | |
US9914092B2 (en) | Method and device for cool drying a gas | |
KR102538185B1 (en) | cooling dehumidifier | |
US20210148587A1 (en) | Dehumidifiier cascade system and process | |
CA3099356A1 (en) | Dehumidifiier cascade system and process | |
JP2643427B2 (en) | Refrigerator refrigerant control device |