KR101059176B1 - 개선된 냉각 건조 장치 - Google Patents

Abstract

열교환기(2)를 포함하며, 열교환기(2)의 제1 부분은 모터(5)에 의해 구동되는 압축기(6), 이 모터(5)를 위한 제어 장치(16), 최저 공기 온도(LAT)에 대한 측정 수단, 주위 온도(Tamb)에 대한 측정 수단 및 유량계(19)를 포함하는 냉각 회로(4)의 기화기이며, 이 제어 장치(16)는 적어도 기체 유동이 미리 설정된 값을 넘는 경우에만 냉각 회로(4)가 작동되는 제1 사용자 모드와 냉각 회로(4)를 제어함으로써 최저 공기 온도(LAT)가 특정 범위 내에서 유지되는 제2 사용자 모드에서 작동개시되는 것인 냉각 건조 장치.

Description

개선된 냉각 건조 장치{IMPROVED DEVICE FOR COOL DRYING}

본 발명은 개선된 냉각 건조 장치에 대한 발명이다.

구체적으로, 본 발명은 열교환기를 포함하는 냉각 건조 장치로서, 열교환기의 제1 부분이 모터에 의해 구동되는 압축기, 응축기, 응축기의 출구와 기화기의 입구 사이의 팽창 수단, 상기 모터를 제어하는 제어 장치 및 제어 장치에 연결된 측정 수단을 포함하는 냉각 회로의 기화기이고, 열교환기의 제2 부분이 건조되는 기체를 위한 파이프의 일부이며, 이 파이프에는 열교환기의 제2 부분의 출구에 액체 분리기가 위치되어 있는 것인 냉각 건조 장치에 관한 발명이다.

예컨대 압축기에 의해 제공되는 압축 공기는 대부분의 경우 수증기로 포화되며, 다시 말해 상대 습도가 100%이다. 이는 소위 이슬점 아래로 온도가 내려가는 경우, 응축이 일어난다는 것을 뜻한다. 응축된 물은 파이프와 공구에 부식을 일으키고, 설비가 영구적으로 마모될 수 있다.

이것이 압축 공기가 건조되는 이유이며, 건조는 전술한 냉각 건조 장치에 의해 이루어질 수 있다. 또한, 다른 기체가 이러한 장치에 의해 건조될 수 있다.

냉각 건조는 기화기 내의 공기 또는 기체의 온도를 낮춤으로써, 공기 또는 기체 내의 습기가 응축되고, 그 후 응축된 물은 액체 분리기에서 분리되며, 그 후 공기 또는 기체는 다시 가열되어, 이러한 공기 또는 기체가 더 이상 포화되지 않도록 하는 원리에 기초한다.

공기 이외의 어떠한 다른 기체에라도 똑같은 방식이 적용되며, 후술하는 설명에 있어 공기에 대해 언급하는 경우마다, 똑같은 방식이 또한 공기 이외의 어떠한 다른 기체에라도 적용된다.

냉각 건조 장치는 이미 알려진 바 있으며, 전술한 측정 수단은 기화기 압력 또는 기화기 온도를 측정하는 수단으로 이루어지고, 냉각 회로는 상기 측정 수단으로부터의 측정된 값에 기초하여 작동개시(switch on)되거나 작동종료(switch off)된다.

압축 공기의 분리(take-off)가 기록되는 경우, 냉각 회로가 개시되며, 압축 공기의 분리가 다시 멈추자마자, 마찬가지로 냉각 회로가 다시 종료된다.

이러한 알려진 장치의 결점은 열교환기가, 냉각 회로가 작동종료되고 난 후, 더 이상의 냉각이 없기 때문에 뜨거워진다는 것이다.

그 후, 압축 공기는 열교환기가 뜨거워지는 그 시간 동안 다시 분리되고, 온도와 이슬점 피크(peak)가 제공된 압축 공기에서 순간적으로 발생할 수 있는데, 이는 열교환기에서 건조되는 기체가 충분히 냉각되지 않은 후 상기 건조되는 기체 내의 물을 최대 용량으로 응축하게 하기 때문이다.

마찬가지로, 예컨대 물과 프로필렌 글리콜의 혼합 형태인 축열체(thermal mass)가 마련된, 압축 공기를 냉각하는 냉각 건조 장치가 알려져 있다.

이러한 알려진 장치에서, 냉각 회로는 전술한 축열체를 냉각하는 데에만 이용되어, 축열체가 특정 온도에 도달하자마자 이 냉각 회로의 압축기가 작동종료되도록 하며, 이로 인해 에너지가 절약될 수 있다.

이러한 알려진 장치의 결점은 전술한 축열체의 존재로 인해 냉각 회로가 매우 무겁고 상당한 크기를 가져야 한다는 것이다.

이러한 알려진 장치의 또 다른 결점은 저장소 및/또는 추가 열교환기와 같은 추가적인 부분으로 인해, 냉각 회로의 구축이 상대적으로 비용이 많이 들고 복잡하며 그 조립에 매우 많은 시간이 소비된다는 것이다.

본 발명은 전술한 결점과 그 외의 결점 중 하나 또는 다수를 제거하는데 목적이 있다.

이러한 목적을 위해, 본 발명은 전술한 유형의 냉각 건조 장치로서, 전술한 측정 수단은 적어도 건조되는 기체의 최저 공기 온도를 측정하는 수단, 주위 온도를 측정하는 수단 및 건조되는 기체를 위한 전술한 파이프 내의 유량계를 포함하며, 전술한 제어 장치는 적어도 두 개의 사용자 모드 즉, 전술한 파이프를 통한 건조되는 기체의 측정된 흐름이 미리 설정된 값을 넘는 경우에만 냉각 회로가 작동되고, 최저 공기 온도가 미리 설정된 최소값으로 떨어지는 경우 냉각 회로가 작동종료되며, 최저 공기 온도가 특정 경계값(top value)에 도달할 때까지 작동종료된 상태에 머무는 제1 사용자 모드와, 냉각 회로를 제어함으로써 측정된 최저 공기 온도가 주위 온도의 함수인 특정 범위 내에서 유지되는 제2 사용자 모드에서 작동될 수 있는 냉각 건조 장치에 관한 발명이다.

최저 공기 온도 또는 LAT는 본 명세서에서 냉각 건조 중에 발생하고, 열교환기의 제2 부분의 건조되는 공기에 대한 출구에서 이론적으로 도달되는, 건조되는 공기의 최저 온도를 의미한다. LAT는 언제나 공기의 이슬점에 대한 훌륭한 징표가 되는데, 양쪽 사이에 연관이 있기 때문이다.

이러한 장치의 이점은 열교환기의 온도가 언제나 제한된다는 것인데, 측정된 LAT 또는 이슬점이 너무 높아지면 냉각 회로가 다시 개시되어, 이에 따라 피크가 방지되기 때문이다.

제1 사용자 모드의 LAT에 대한 전술한 경계값 및 제2 사용자 모드의 LAT에 대한 전술한 범위가 원하는 대로 조절될 수 있기 때문에, 이슬점은 냉각 건조 장치를 흐르는 압축 공기 네트워크 내의 부식 또는 응축을 방지할 정도로 충분히 낮은 모든 주위 온도로 보장될 수 있다.

본 발명에 따른 이러한 장치의 또 다른 이점은 별도의 축열체가 필요하지 않고, 매우 간단한 방식으로 에너지가 절약될 수 있다는 것이며, 이는 냉각 회로가 어느 기한, 예컨대 압축 공기의 소비가 없어서 건조될 필요가 있는 압축 공기가 없을 때에는 작동종료되기 때문이다.

또 다른 이점은, 전술한 유량계로 인해, 예컨대 부하가 없는 경우에 냉각 회로를 작동종료시키는 것이 가능하고, 그 결과 더 많은 에너지가 절약될 수 있다는 것이다.

본 발명의 특징을 더 자세히 설명하기 위해, 본 발명에 따른 개선된 냉각 건조 장치의 바람직한 실시예가 첨부 도면을 참조하여 예시적으로 주어진다.

도 1은 본 발명에 따른 개선된 냉각 건조 장치를 도시하는 도면.

도 2는 본 발명에 따른 장치의 제1 사용자 모드에 대해, 최소 및 경계 LAT값의 가능한 경로를 주위 온도의 함수로써 도시하는 도면.

도 3은 본 발명에 따른 장치의 제2 사용자 모드에 대해, LAT 범위의 가능한 경로를 주위 온도의 함수로써 도시하는 도면.

도 4는 도 1에 따른 장치의 변형례를 도시하는 도면.

도 5는 도 3에 따른 경로의 변형례를 도시하는 도면.

도 1은 주로 열교환기(2)로 구성되는 냉각 건조 장치로서, 열교환기(2)의 제1 부분이 냉각 회로(4)의 기화기(3)를 형성하며, 냉각 회로(4)에는 또한 모터(5)에 의해 구동되는 압축기(6), 응축기(7) 및 팽창 수단(8)이 구비되어 있는 냉각 건조 장치를 도시한다.

이러한 냉각 회로는 예컨대, 프레온 R410a과 같은 냉각액으로 채워져 있으며, 냉각액의 스트림 방향이 화살표(9)에 의해 지시되어 있다.

열교환기(2)의 제2 부분은 건조되는 습윤 공기를 위한 파이프(10)의 일부이며, 습윤 공기의 스트림 방향이 화살표(11)에 의해 지시되어 있다.

열교환기(2) 다음에는 즉, 그 출구에는 액체 분리기(12)가 파이프(10) 내에 배치되어 있다.

이러한 파이프(10)는, 열교환기(2)에 도달하기 전에, 부분적으로 예냉기 또는 회수 열교환기(13)를 통해 연장할 수 있고, 그 후 액체 분리기(12)를 지나 회수 열교환기(13)를 통해 다시 연장할 수 있으며, 이는 전술한 부분에 대해 병류(parallel flow) 또는 역류(counter flow) 식으로 이루어질 수 있다.

예컨대, 전술한 파이프(10)의 출구는 압축 공기 네트워크(도시되지 않음)에 연결될 수 있는데, 압축 공기 네트워크에는 예컨대 압축 공기에 의해 구동되는 공구와 같은 압축 공기 소비 장치가 연결되어 있다.

열교환기(2)는 액체/공기 열교환기이며, 액체/공기 열교환기인 적절한 회수 열교환기(13)와 함께 전체를 형성하도록 설계될 수 있다.

이러한 경우에 팽창 수단(8)은 응축기(7)의 출구와 기화기(3)의 입구 사이에 마련된 열동식 밸브 형태로 이루어질 수 있으며, 그 열동식 요소는 파이프(14)에 의해, 냉각 회로(4) 상에서, 기화기(3)의 출구 즉, 기화기(3)와 응축기(6) 사이에 마련된 벌브(bulb)(15)에 알려진 방식으로 연결될 수 있다.

전술한 팽창 수단(8)이 매우 다양한 방식으로 구현될 수 있다는 것이 명확하며, 예컨대 기화기(3)의 원위 단부 상에 배치되거나 기화기(3) 다음에 배치되는 온도계에 연결된, 전자 밸브의 형태로 구현될 수 있다.

몇몇의 작은 냉각 건조기(1)에서, 팽창 수단(8)은 모세관으로 대체될 수 있다.

압축기(6)의 예로는, 예컨대 나선형 압축기와 같은, 동일한 회전 속도에서 실질적으로 동일한 체적 유량을 전달하는 체적 압축기(volumetric compressor)를 들 수 있으며, 이러한 경우 모터(5)는 제어 장치(16)에 연결된 전기 모터이다.

본 발명에 따른, 후술하는 두 개 이상의 사용자 모드 사이에서 작동될 수 있는 전술한 제어 장치(16)는, 예컨대 PLC 형태로 이루어질 수 있고, 또한 적어도 본 발명에 따른 건조되는 공기의 최저 공기 온도(LAT)에 대한 측정 수단(17), 주위 온도(Tamb)에 대한 측정 수단(18) 및 유량계(19)의 형태로 이루어진 측정 수단에 본 발명에 따라 연결된다.

전술한 LAT에 대한 측정 수단(17)은 바람직하게는 건조되는 공기의 최저 공기 온도가 실제로 기대될 수 있는 부분에 마련되며, 이러한 경우 그러한 부분은 열교환기(2)의 제2 부분 바로 다음이며 바람직하게는 액체 분리기(12)의 앞이다.

본 발명에 따라, LAT를 측정하는 측정 수단(17)이 이슬점을 측정하는 측정 수단에 의해 대체되는 것이 배제되지 않으며, 이슬점을 측정하는 측정 수단은 전술한 열교환기(2)의 제2 부분의 출구 근처에 바람직하게 마련된다. 그 결과, LAT를 측정하는 측정 수단(17)이 앞으로 언급될 때마다, 또한 이슬점을 측정하는 측정 수단이 본 발명에 따라 적용될 수 있다.

전술한 주위 온도(Tamb)에 대한 측정 수단(18)은 바람직하게는 장치(1)에 의해 건조된 공기를 이용하는 압축 공기 네트워크에 배치되며, 구체적으로 이러한 압축 공기의 최종 소비 장치 근처, 예컨대 이러한 건조된 압축 공기에 의해 구동되는 도구 근처에 배치된다.

선택적으로, 또한 주위 온도에 대한 측정 수단(18)은 다른 장소에 마련될 수 있다. 건조되는 압축 공기가 예컨대 압축기로부터 나오는 경우에, 전술한 주위 온도에 대한 측정 수단(18)이 이러한 압축기의 입구에 배치되는 것이 양호한 것으로 밝혀졌다.

본 발명에 따르면, 또한 측정 수단(18)이 냉각 건조 장치(1) 상에 마련될 수 있지만, 언제나 평균 주위 온도를 측정할 수 있도록 배치되어야 한다.

전술한 유량계(19)는 건조되는 가스를 위한 전술한 파이프(10)에 마련되며, 이 경우에는 회수 열교환기(13)의 다음에 마련된다. 이러한 유량계(19)가 파이프(10)의 어느 곳에라도 마련될 수 있다는 것이 명백하다.

이 경우, 유량계는 센서의 형태로 이루어지며, 유량계는 미리 설정된 기체 유량이 파이프(10)를 통해 흐르자마자 출력 신호를 방출하지만, 그 후로는 파이프(10)를 통한 상기 기체 흐름의 양을 측정하지 않는다.

본 발명에 따른 장치(1)의 또 다른 실시예에서, 물론 파이프(10)를 통한 기체 흐름의 양을 측정하는 유량계(19)를 이용하여, 이것이 냉각 회로(4)를 제어하는데 고려될 수 있도록 하는 것이 배제되지 않는다.

본 발명에 따른 개선된 냉각 건조 장치(1)의 작동은 다음과 같이 매우 간단하게 이루어진다.

건조되는 공기가 예컨대, 냉각 회로(4)의 기화기(3)의 냉각 유체에 대해 역류 식으로, 파이프(10)를 통해 공급되고 그에 따라 열교환기(2)를 통해 공급된다.

이러한 열교환기(2)에서, 습윤 공기는 냉각되며, 그에 따라 액체 분리기(12)에서 분리되는 응축액이 형성된다.

상기 액체 분리기(12) 뒤에서 절대량으로는 적은 습기를 함유하지만, 여전히 상대 습도는 100%인 찬 공기가 회수 열교환기에서 가열되고, 그에 따라 상대 습도가 바람직하게는 50%보다 작게 감소되는데, 건조되는 청정 공기는 열교환기(2)에 공급되기 전에 회수 열교환기(13)에서 이미 부분적으로 냉각되어 있다.

따라서, 회수 열교환기(13)의 출구에서의 공기는 열교환기(2)의 입구에서 보다 더 건조하다.

냉각 회로(4)의 작동은 이미 그와 같이 알려진 바 있으며, 다음과 같다.

응축기(7)에서, 압축기(6)에서의 압축에 의해 가열된 기체 상태의 냉각 유체가 액체가 될 때까지 냉각된다. 열을 주위로 방출하기 위해, 예컨대 물 또는 공기와 같은 냉각 매체가 예를 들어 이용될 수 있다.

팽창 수단(8)에 의해, 액체 냉각 유체는 일정한 증기압으로 팽창하고, 이는 물론 온도 강하를 유발한다.

열동식 팽창 밸브(8) 및 벌브(15)를 알려진 방식으로 이용함으로써, 보통 기화기(3) 뒤에서 과열이 일어나서, 압축기(6)에 들어가는 냉각 유체의 위험성이 없도록 하며, 그 결과 냉각 회로(4)에는 액체 분리기가 있을 필요가 없다.

본 발명에 따르면, 건조되는 기체의 LAT는 바람직하게는 특정 한계 내에서 유지되어, 한편으로는 너무 낮은 LAT로 인한 기화기(3)의 동결을 방지하고, 다른 한편으로는 응축을 위한 공기의 충분한 냉각을 확실하게 한다.

제어 장치(16)의 제1 사용자 모드가 선택되는 경우, 냉각 회로(4)는 건조되는 기체의 LAT가 미리 설정된 최소값(A)으로 떨어질 때마다 작동종료되는데, 이는 도 2에 도시되어 있고, 이 경우 미리 설정된 최소값은 일정하며 바람직하게는 1℃이지만 반드시 1℃이어야 하는 것은 아니다.

또한, LAT에 대한 전술한 설정된 최소값(A)은 본 발명에 따른 또 다른 경로를 가질 수 있지만, 주위 온도의 모든 값에서 충분히 높아서 냉각 회로(4) 내의 냉각 매체의 동결을 방지할 수 있어야 한다.

그 후 LAT가 특정 경계값(B)에 도달하는 경우, 냉각 회로(4)는 전술한 모터(5)가 다시 작동됨에 따라 전술한 제어 장치(16)에 의해 다시 개시된다.

이러한 경우, 제어 장치(16)에는 주위 온도(Tamb)의 함수로서의 알고리즘이 마련되며 이는 LAT의 상기 경계값(B)을 계산하는데 이용된다.

도 2의 예에서, 곡선(B)은 주위 온도가 특정한 제1 값(Ta)보다 작은 경우 일정한 경로를 가지며, 주위 온도가 상기 제1 값(Ta)보다 큰 경우에는 선형 상승 경로를 갖는다.

또한, 전술한 경계값(B)이 예컨대 계단 함수 또는 일정한 값의 형태와 같은 다수의 다른 경로를 가질 수 있다는 것이 명백하다. 따라서, 본 발명에 따르면 이러한 경계값(B)이 반드시 측정된 주위 온도(Tamb)의 함수로서 계산되어야 하는 것은 아니다.

본 발명에 따르면, 제어 장치(16)는 또한 상기 제1 사용자 모드에서의 전술한 유량계(19)의 측정을 고려하여, 전술한 파이프(10)를 통한 건조되는 기체의 측정된 흐름이 설정된 값을 넘는 경우에만 냉각 회로(4)가 작동되도록 한다.

이러한 방식에서, 냉각 건조 장치(1)에 부하가 없는 경우나 제한된 범위의 부하만이 있는 경우 냉각 회로(4)가 작동상태로 머무르는 것이 방지되며, 이는 에너지를 절약하는데 도움이 된다.

반드시 필요한 것은 아니지만 바람직하게는, 전술한 제어 장치(16)는 표시 수단(도시되지 않음)에 연결되며, 이 표시 수단은 건조되는 기체의 측정된 LAT가 특정 신호값(C) 아래로 떨어지는 경우 지시해주며, LED, 점멸등, 확성기 또는 그 밖의 표시 수단이나 이러한 수단들의 조합 형태로 이루어질 수 있다.

그러한 경우에, 바람직하게는 제어 장치(16)에 또한 전술한 신호값(C)을 계산하기 위한 주위 온도(Tamb)의 함수인 알고리즘이 마련된다.

도 2는 전술한 신호값(C)의 가능한 경로를 도시하며, 이 경우에 신호값(C)은 주위 온도(Tamb)의 특정한 제2 값(Tb)까지 일정하며, 예컨대 주위 온도(Tamb) 하에 언제나 일정한 값에 머무는 상기 값(Tb)을 넘어서는, 거의 선형인 상승 경로를 갖는다. 본 발명에 따른 곡선(C)이 또다른 경로를 또한 가질 수 있다는 것이 명백하다.

제어 장치(16)의 제2 사용자 모드에서, 냉각 회로(4)는 전술한 압축기(6)의 구동 모터(5)를 작동개시시키고 작동종료시킴으로써 제어되어, 건조되는 기체의 LAT가 특정 범위에서 언제나 유지되도록 하는데, 이 경우에는 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 미리 설정된 최소 한계값(D) 및 최대 한계값(E) 사이에서 유지되며, 이들은 측정된 주위 온도(Tamb)의 함수인 알고리즘에 의해 계산된다.

주어진 예에서, 이 경우의 최소 한계값(D)은 계단 함수에 따라 진행하는데, 주위 온도(Tamb)가 제1 설정값(Tc) 아래에 머무는 경우 거의 일정하며, 이 경우에는 약 3℃이고, 기화기(3)의 동결을 방지하도록 한다.

주위 온도(Tamb)가 전술한 제1 설정값(Tc)보다 높은 제2 설정값(Td)을 넘어 머무른 다면, 전술한 최소 한계값(D)의 계단 함수는 이 경우에 마찬가지로 일정할 것이다.

전술한 제1 설정값(Tc)과 제2 설정값(Td) 사이에서, 전술한 최소 한계값(D)의 알고리즘의 계단 함수는, 이 경우에는 선형이지만 반드시 선형이어야 하는 것은 아닌, 상승 경로를 갖으며, 또한 바람직하게는 주위 온도(Tamb)와 이 계산된 최소 한계값(D) 사이의 차이가 일정하다.

이러한 경우에, 최대 한계값(E)의 알고리즘은 계단 함수에 의해 또한 형성될 수 있으며, 이 계단 함수는 주위 온도(Tamb)의 각각의 값에서 전술한 최소 한계값(D)의 계단 함수보다 더 큰 값을 갖으며, 주위 온도(Tamb)가 제1 설정값(Te)보다 작은 경우 일정하다.

이러한 제1 설정값(Te)을 넘어 제2 설정값(Tf)까지, 이 경우의 최대 한계값(E)의 곡선은 선형 상승 경로를 갖는다.

이러한 제2 설정값(Tf)와 마찬가지로, 전술한 최대 한계값(E)의 알고리즘의 계단 함수는 제3 설정값(Tg)까지 일정한 경로를 갖으며, 그 위에서 최대 한계값(E)은 다시 선형 상승 경로를 갖는다.

이러한 경우에, 최대 한계값(E)에 대한 전술한 제3 설정값(Tg)은 최소 한계값(D)에 대한 제1 설정값(Tc)과 동일하다. 그렇지만, 본 발명에 따라 이러한 것이 반드시 요구되는 것은 결코 아니다.

전술한 최대 한계값의 목적은 LAT가 너무 높아지는 것을 방지하는 것이며, 그 결과 공기는 충분히 냉각되지 않을 것이고, 그 결과 공기를 건조할 수 있기 위해 충분하지 않은 습기가 응축될 것이다.

바람직하게, 본 발명에 따르면, 냉각 건조를 위한 장치(1)기 작동하는 동안에, 측정 수단(17)에 의해 측정된 LAT의 측정값은 전술한 장치(16)에 의해 전술한 최소 한계값(D) 및 최대 한계값(E)과 계속하여 비교되거나, 예컨대 특정 주파수 같은 정기적이거나 비정기적인 특정 간격을 두고 비교될 것이다.

건조되는 기체의 LAT가 일시적으로 최소 한계값(D) 아래로 떨어지는 경우, 전술한 제어 장치(16)는, 냉각 회로(4)의 압축기(6)를 구동하는 모터(5)를 작동종료시킴으로써, 냉각 회로(4)를 작동종료시켜서, 전술한 기화기(3) 내의 온도가 상승하며 LAT가 또한 다시 상승하도록 할 것이다.

측정된 LAT가 최대 한계값(E)을 넘어 상승하는 경우, 냉각 회로(4)는 이러한 냉각 회로(4)의 압축기(6)를 구동하는 모터(5)가 다시 작동개시됨에 따라 다시 작동개시될 것이며, 그 결과 기화기(3) 내의 온도가 떨어질 것이고 또한 LAT가 다시 떨어질 것이다.

냉각 회로(4)는 냉각 회로(4)가 필요한 경우에만 작동개시되므로, 본 발명에 따른 냉각 건조 방법은 에너지를 절약하는데 도움이 될 것이다.

기한 내에 냉각 회로(4)를 다시 작동개시시킴으로써, 열교환기(2)가 가열되지 않아서, 예컨대 정지 후에, 압축 공기 공급이 다시 이루어지는 경우 압축 공기가 다시 분리되는 온도 및 이슬점 피크가 존재하지 않도록 된다.

필요한 경우, 필수적인 것은 아니지만, 전술한 파이프(10)를 통과하는 건조되는 공기의 흐름이, 유량계(19)에 의해 관찰할 때, 미리 설정된 값보다 작은 경우 냉각 회로(4)는 이러한 제2 사용자 모드에서 작동종료될 수 있지만, 본 발명에 따라 부하가 없는 경우 및/또는 부하가 부분적인 경우에 냉각 회로(4)가 작동상태로 머무는 것도 또한 가능하다.

도 4는 본 발명에 따른 장치(1)의 또 다른 실시예를 도시하며, 이 실시예에서 바이패스 파이프(20)가 전술한 냉동 압축기(6)에 걸쳐 냉각 회로(4)에 마련되며, 통상적인 바이패스 밸브(21)에 바이패스(20) 내의 압력이 특정값 아래로 떨어지자마자 스프링에 의해 밀려서 개방되는 밸브 몸체가 마련된다. 스프링이 상기 밸브 몸체를 밀어서 개방하는 반대 압력과, 이에 따른 전술한 압력은 조절 가능하다.

상기 바이패스 밸브(21)에 연결되어, 즉 바이패스 밸브(21)와 냉각 압축기(6)의 출구 사이에, 예컨대 전자기 밸브로 이루어지는 또다른 개방/폐쇄 밸브(22)가 배치될 수 있다.

이러한 개방/폐쇄 밸브(22)는 전기 와이즈(electrical wize)(23)를 통해 제어 장치(16)에 연결되며 상기 제어 장치에 의해 제어된다.

제어 장치(16)는 이 경우, 와이즈(24)를 통해, 기화기(3)의 입구에서 이에 따라 이 기화기(3)와 팽창 수단(8)의 사이에서, 예컨대 냉각 회로(4) 내의 열전대인 기화기 온도를 측정하는 측정 수단(25)에 연결된다. 여기서 기화기 온도는 기화기(3) 바로 앞 또는 바로 뒤에서의 냉각 회로(4) 내의 냉각 유체의 온도를 의미한다.

또한, 도 4에 도시된 장치에는 모터(5)의 회전 속도를 조절하는 수단(26)이 마련되며, 이 수단(26)은 전술한 제어 장치(16)에 연결되고, 이 경우 주파수 변성기로서 이루어진다.

전술한 응축기(7)와 대향하여 이 경우 응축기를 냉각하는 팬(27)이 마련되며, 또한 전술한 제어 장치(16)에 연결된다.

본 발명에 따른 장치(1)의 이러한 변형례의 작동은 매우 간단하며 다음과 같다.

장치(1)의 이러한 실시예에서 제1 사용자 모드의 작동은 앞선 실시예의 작동과 실질적으로 동일하며, 이 경우에도 물론 건조되는 기체의 LAT는 기한 내에 냉각 회로(4)를 작동종료시킴으로써 도 2의 최소값(A) 아래로 언제나 유지된다.

또한, 냉동 압축기(6)의 구동 모터(5)는 측정 수단(17)에 의해 측정된 LAT가 경계 한계값(B)에 도달하자마자 다시 작동개시되며, 경계 한계값(B)은 예컨대 주위 온도의 함수인 알고리즘에 의해 제어 장치(16)에 의해 계산될 수 있다.

또한, 유량계(19)는 이러한 경우에 냉각 회로에 부하가 없는 경우 또는 제한된 부분적인 부하가 있는 경우 냉각 회로(4)가 에너지를 절약하기 위해 작동종료되는 것을 확실히 한다.

전술한 냉동 압축기(6)에 걸친 바이패스(10)의 존재로 인해, 추가적인 제어가 가능하게 된다.

측정 수단(25)에 의해 측정된 기화기 온도는 이러한 경우에 지시값 즉, 제어 장치(16)가 실제로 측정된 기화기 온도를 이르게 하려는 설정 값을 갖으며, 지시값은 필요한 LAT보다 몇 도 정도 낮게 설정된다.

바이패스(20)가 개방될 것인지 개방되지 않을 것인지 여부는 제어 장치(16)에 의해 제어되는 개방/폐쇄 밸브(22)에 의해 처음으로 결정된다.

기화기 온도가 전술한 지시값보다 상당히 낮은 경우, 예컨대 지시값보다 1.5℃ 이상 벗어나는 경우, 개방/폐쇄 밸브(22)는 제어 장치(16)에 의해 개방된다.

일단 개방/폐쇄 밸브(22)가 바이패스를 개방하면, 바이패스(20)가 실제로 개방되는 때를 결정하는 것은 바이패스 밸브(21)이다.

이러한 바이패스 밸브(21)는 그 출구에서의 즉, 압축기(6)의 입구측 상의 바이패스(20) 내부의 기화기 온도가 특정한 값 아래로 떨어지자마자 바이패스(20)를 더 이상 닫지 않을 것이며, 그 결과 압축기(6)의 뜨거운 기체는 바이패스(20)를 통해 흐를 수 있고 기화기 압력은 더 이상 떨어지지 않을 것이다.

이러한 바이패스 밸브(21) 및 스프링이 더 이상 바이패스 밸브(21)를 닫히게 하지 않는 설정 압력은, 바이패스 밸브(21)가 냉각 회로(4)의 미미한 작동 조건 하에서 닫히지만 상기 바이패스 밸브(21)가 부분적인 부하가 있는 경우와 부하가 없는 경우에는 개방되도록 선택되어, 기화기 압력이 최소로 유지되게 하고, 기화기(3)를 지난 냉각 유체의, 기화기 압력에 결부된, 기화기 온도가 기화기(3) 내의 얼음 생성을 방지하기 위해 적어도 0℃에 달하도록 한다.

바이패스를 개방하여 LAT가 다시 상승하게 할 수 있다.

측정 수단(25)에 의해 측정된 기화기 온도가 전술한 지시값에 다시 충분히, 예컨대 0.5℃ 보다 작게 근접하면, 개방/폐쇄 밸브(22)는 다시 닫힌다.

본 발명에 따른 냉각 건조 장치(1)의 이러한 실시예의 제2 사용자 모드에서, 도 5에 도시된 바와 같이 최저 공기 온도(LAT)는 곡선(F)으로 도시되고 예컨대 주위 온도의 함수인 알고리즘을 기초로 계산될 수 있는 바람직한 LAT값에 대해 조절되면서 특정 범위 내에서 유지된다.

이 경우에, 전술한 곡선은 주위 온도의 제1 설정값(Th)까지 일정한 값을 갖고 더 높은 주위 온도에서 선형으로 상승할 것이지만, 기화기(3)의 동결을 방지하고 또한 응축액의 형성과 분리를 가능하게 하는 어떠한 다른 경로라도 가질 수 있음은 물론이다.

제어 장치(16)는 건조되는 기체의 측정된 최저 공기 온도(LAT)를 연속적으로, 또는 정기적이거나 비정기적인 간격을 두고 필요한 LAT값과 비교하며, 그 후 전술한 주파수 변성기에 의해 전술한 모터(5)의 회전 속도를 조절하여, 실제 LAT를 계산된 LAT에 대해 조절할 것이다.

최저 공기 온도를 상승시키기 위해, 모터(5)의 회전 속도는 주파수 변성기에 의해 감속되어야 하고, 최저 공기 온도의 감소는 모터(5)와 그에 따른 냉동 압축기(6)의 회전 속도를 올림으로써 얻어질 수 있다.

한편으로는 바이패스 밸브(21)와 개방/폐쇄 밸브(22)가 구비되고, 다른 한편으로는 회전 속도 조절 압축기(6)가 구비되는 바이패스(20)로 인해, 모터(4)가 멈춰지고 다시 개시되는 횟수가 현저하게 감소될 뿐만 아니라, 현저히 개선된 동적 거동이 얻어진다.

장치(1)의 이러한 실시예에서, 또한 전술한 응축기(7)를 냉각하는 팬(27)은 예컨대, 응축기 온도의 측정을 기초로 제어 장치(16)에 의해 제어될 수 있으며, 그 결과 이러한 온도는 최대한 낮고 일정하게 유지될 수 있다.

자연적으로, 전술한 팬은 예컨대, 열교환기(2)의 제2 부분을 통해 흐르는 건조되는 기체의 흐름의 함수와 같은 다른 기준들을 기초로 작동개시되고 작동종료될 수 있다.

본 발명에 따른 장치(1)의 전술한 각각의 실시예에서, 제어 장치(16)는 제1 또는 제2 사용자 모드에서 냉동 압축기(6)가 개시될 때마다, 특정 시간 간격 동안 작동상태로 유지되어야 하도록 이루어지는 것이 바람직하며, 여기서 시간 간격은 모터(5)와 냉각 압축기(6)의 특징에 의존한다. 시간당 모터(5)가 개시되는 횟수는 모터의 과부하를 방지하기 위해 바람직하게 제한된다.

본 발명에 따른 장치(1)의 바람직한 실시예에서, 모터(5)가 개시될 때마다, 예컨대 30초의 특정 시간 간격 동안의 주파수는 일정하게, 바람직하게는 약 50Hz로 유지된다.

본 발명에 따른 장치가, 모터(5)의 회전 속도 조절이 바이패스(20) 및 제어된 팬(27)과 결합되는 실시예에 제한되는 것은 아니지만, 본 발명에 따른 장치(1)는 이러한 특징들 중 단지 하나 또는 양쪽 모두를 가질 수 있다는 것이 명백하다.

습윤 공기 대신에, 수증기를 포함하는 공기 외의 다른 기체가 동일한 장치에 의해 동일한 방식으로 건조될 수 있다. 이 때 LAT는 최저 기체 온도이다.

본 발명은 예시로서 주어지고 관련된 도면에 도시된 실시예에 제한되는 것이 결코 아니다. 반대로, 본 발명에 따른 개선된 냉각 건조 장치(1)는 본 발명의 범 위 내에 여전히 포함되는 다수의 변형예에 따른 모든 형상과 치수로 구현될 수 있다.

Claims (25)

1. 열교환기(2)를 포함하며, 상기 열교환기(2)의 제1 부분은 냉각회로(4)의 기화기(3)이고, 이 냉각회로(4)는 모터(5)에 의해 구동되는 압축기(6), 응축기(7), 상기 응축기(7)의 출구와 상기 기화기(3)의 입구 사이에 위치하는 팽창 수단(8), 상기 모터(5)를 제어하는 제어 장치(16) 및 상기 제어 장치(16)에 연결된 측정 수단을 더 포함하고, 상기 열교환기(2)의 제2 부분은 건조되는 기체를 위한 파이프(10)의 일부이며, 열교환기(2)의 제2 부분의 출구에서 상기 파이프(10)에 액체 분리기(12)가 배치되는 것인 냉각 건조 장치에 있어서,

   상기 측정 수단은 적어도 건조되는 기체의 최저 공기 온도(LAT)에 대한 측정 수단(17), 주위 온도(Tamb)에 대한 측정 수단(18) 및 상기 건조되는 기체를 위한 파이프(10)에서의 유량계(19)로 이루어지는 것이며, 상기 제어 장치(16)는 적어도 두 개의 사용자 모드로 작동될 수 있으며, 상기 적어도 두 개의 사용자 모드는 제1 사용자 모드와 제2 사용자 모드를 포함하고,

   상기 제1 사용자 모드에서는, 상기 파이프(10)를 통한 건조되는 기체의 측정된 흐름이 미리 설정된 값을 넘는 경우에서만 냉각 회로(4)가 작동되며, 최저 공기 온도(LAT)가 미리 설정된 최소값(A)으로 떨어지는 경우마다 냉각 회로(4)가 작동종료되고, 최저 공기 온도(LAT)가 특정 경계값(B)에 도달할 때까지 작동종료 상태에 머물며,

   상기 제2 사용자 모드에서는, 냉각 회로(4)를 제어함으로써, 주위 온도(Tamb)의 함수인 특정 범위 내로 측정된 최저 공기 온도(LAT)가 유지되는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제어 장치(16)는 제1 사용자 모드에서, 상기 미리 설정된 최소값(A)이 일정값이도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제어 장치(16)는 제1 사용자 모드에서, 상기 미리 설정된 최소값(A)이 1℃와 동일하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제어 장치(16)에는 주위 온도(Tamb)의 함수로서의 알고리즘이 마련되며, 상기 알고리즘을 기초로 제1 사용자 모드에서 최저 공기 온도(LAT)의 상기 경계값(B)이 계산되는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
5. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제어 장치(16)는 측정된 최저 공기 온도(LAT)가 특정 신호값(C) 아래로 떨어지는 경우를 지시해주는 표시 수단에 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
6. 청구항 5에 있어서, 상기 표시 수단은 LED, 점멸등, 확성기 또는 이들의 조합 형태로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
7. 청구항 5에 있어서, 상기 제어 장치(16)에는 상기 신호값(C)를 계산하기 위한 측정된 주위 온도(Tamb)의 함수로서의 알고리즘이 마련되는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
8. 청구항 7에 있어서, 상기 신호값(C)을 계산하는 상기 알고리즘은 주위 온도(Tamb)의 특정 설정값(Tb)까지 일정하고 더 높은 주위 온도(Tamb)에서 선형인 상승 경로를 갖는 함수에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
9. 청구항 8에 있어서, 상기 선형 상승 함수 경로를 따르는 신호값(C)은 주위 온도(Tamb)보다 일정한 값만큼 낮은 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
10. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제어 장치(16)는, 제2 사용자 모드에서, 냉각 회로(4)가 상기 모터(5)를 작동개시시키거나 작동종료시킴으로써 제어되어, 건조되는 기체의 최저 공기 온도(LAT)가 미리 설정된 최소 한계값(D) 및 최대 한계값(E) 사이에서 유지되도록 이루어지며, 상기 제어 장치(16)에는 상기 한계값들(D, E)을 계산하기 위한 측정된 주위 온도(Tamb)의 함수로서의 알고리즘이 마련되는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 제어 장치(16)는, 제2 사용자 모드에서, 건조되는 기체의 특정의 미리 설정된 최소 흐름이 열교환기(2)의 제2 부분을 통해 흐르는 경우에만 냉각 회로(4)가 작동되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장 치.
12. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제어 장치(16)에 연결되며 모터(5)의 회전 속도를 조절하는 수단(26)이 마련되는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
13. 청구항 12에 있어서, 상기 모터(5)의 회전 속도를 조절하는 수단(26)은 주파수 변성기로 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
14. 청구항 12에 있어서, 상기 제어 장치(16)에는 필요한 최저 공기 온도(LAT)를 계산하기 위한 주위 온도(Tamb)의 함수로서의 알고리즘이 마련되고, 상기 제어 장치(16)는, 제2 사용자 모드에서, 계산된 LAT로 실제 LAT를 조절하기 위해, LAT를 측정하고, 이 측정된 LAT값과 상기 필요한 LAT값을 비교하며, 후속하여 상기 모터(5)의 회전 속도를 조절함으로써 냉각 회로(4)가 제어되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
15. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제어 장치(16)에 연결되며 상기 응축기(7)를 냉각하는 팬(27)이 마련되는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
16. 청구항 15에 있어서, 상기 측정 수단은 응축기 온도에 대한 측정 수단을 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
17. 청구항 15에 있어서, 상기 제어 장치(16)는 열교환기(2)의 제2 부분을 통해 흐르는 건조되는 기체 흐름의 함수 또는 응축기 온도의 함수로서 상기 팬(27)을 제어하도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
18. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 압축기(6)는 바이패스 밸브(21)와 개방/폐쇄 밸브(22)를 구비하는 바이패스(20)에 의해 브리지되는(bridged) 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
19. 청구항 18에 있어서, 상기 개방/폐쇄 밸브(22)는 상기 제어 장치(16)에 연결되는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
20. 청구항 18에 있어서, 상기 제어 장치(16)는, 기화기 온도가 지시값보다 낮은 경우 상기 개방/폐쇄 밸브(22)가 개방되고, 상기 지시값에 다시 도달하는 경우 상기 개방/폐쇄 밸브(22)가 다시 폐쇄되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
21. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 최저 공기 온도(LAT)에 대한 측정 수단(17)은 열교환기(2)의 제2 부분 다음에서 상기 건조되는 기체를 위한 파이프(10)에 마련되는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
22. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제어 장치(16)는 모터(5)가 개시될 때마다 특정 시간 간격 동안 작동상태로 머물도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
23. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제어 장치(16)는 모터(5)가 개시되는 시간당 횟수가 제한되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
24. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 제어 장치(16)는 모터(5)가 개시될 때마다, 특정 시간 간격 동안의 주파수가 일정하게 유지되도록 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.
25. 청구항 24에 있어서, 상기 특정 시간 간격 동안의 주파수는 50Hz로 일정하게 유지되는 것을 특징으로 하는 냉각 건조 장치.

Images