KR101579346B1

KR101579346B1 - 가스를 냉각 건조시키는 방법 및 장치

Info

Publication number: KR101579346B1
Application number: KR1020127024485A
Authority: KR
Inventors: 프리츠 코르넬리스 에이 발투스
Original assignee: 아틀라스 캅코 에어파워, 남로체 벤누트삽
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2011-02-21
Publication date: 2015-12-21
Also published as: US10561980B2; KR20120120510A; EP2539046B1; BE1019199A3; ES2624645T3; WO2011116434A1; JP5893569B2; CN102883793B; US20120312051A1; CN102883793A; JP2013520300A; EP2539046A1

Abstract

증발기(3)를 갖는 냉각 요소와, 증발기 온도를 결정하는 수단 및 최저 가스 온도를 측정하는 수단에 의해 가스를 냉각 건조시키는 방법을 개시하며, 이 방법은, 증발기 온도 및 최저 가스 온도에 기초하여 냉각 회로의 부하를 결정하는 단계; 이 부하를 고려하여 공급되는 가스를 설정 최저 가스 온도로 냉각시키는 데에 필요한 증발기 온도에 대한 원하는 값을 계산하는 단계; 및 이 원하는 값에 증발기 온도가 동일하게 되도록 압축기(4)의 속도를 제어하는 단계를 포함한다.

Description

가스를 냉각 건조시키는 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR COOL DRYING A GAS}

본 발명은 가스를 냉각 건조시키는 방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은, 가스를 열교환기의 이차 부분을 통해 안내함으로써 가스로부터 수증기를 응축시키는 가스의 냉각 건조 방법에 관한 것으로, 열교환기의 일차 부분이 냉각 회로의 증발기를 형성하고, 이 냉각 회로는 냉각 회로에서 냉각제를 순환시키는 속도 제어형 압축기, 응축기 및 팽창 수단을 포함하며, 증발기 온도(T_evaporator) 및/또는 증발기 압력(P_evaporator)을 결정하는 수단 및 최저 가스 온도(LAT)를 측정하는 수단이 적용되어 있는 것인 가스의 냉각 건조 방법에 관한 것이다.

공지되어 있는 바와 같이, 냉각 건조는 가스의 온도를 하강시킴으로써 가스로부터 수분을 응축시킨 후에, 응축된 물을 액체 분리기에서 분리하고, 이어서 가스를 다시 가열하여 가스가 더 이상 포화되지 않도록 하는 원리에 기초하고 있다.

예를 들면, 압축기에 의해 공급되는 압축 공기는 대부분의 경우에 수증기로 포화되어 있는데, 다시 말해 100%의 상대 습도를 갖는다. 이는 온도가 소위 이슬점 아래로 떨어지는 경우에 응축이 발생함을 의미한다. 이러한 응축된 물로 인해, 파이프 및 기계에 부식이 발생할 수 있고 그러한 장비에 조기 마모를 야기할 수 있다.

이것이 압축 공기를 건조시키는 이유이며, 그러한 건조는 전술한 바와 같은 방식으로 냉각 건조에 의해 이루어질 수 있다. 기타 가스들도 역시 그러한 식으로 건조될 수 있다.

압축 공기를 건조시키는 경우, 열교환기 내의 공기는 응축수가 얼어버릴 만큼 너무 많이 냉각시키면 안 된다. 통상적으로, 건조 압축 공기는 주위 온도보다 20℃ 낮은 온도를 갖지만 결코 영상 2℃ 내지 3℃보다 낮지 않다. 이를 위해, 증발기 내의 냉각제의 온도는 15℃ 내지 -5℃로 유지된다.

응축수의 동결을 방지하기 위해, 공지되어 있는 바와 같이 압축기 속도를 측정된 최저 가스 온도(LAT)에 따라 제어한다. LAT는 상기한 열 교환기의 이차 부분을 통해 안내되는 건조될 가스에서 발생하는 최저 온도이다.

예를 들어, 공급되는 가스 흐름의 저하로 인해, LAT가 감소하고 응축수가 동결될 조짐을 보이는 경우, 압축기의 속도는 LAT가 다시 증가하도록 감소된다. 따라서, 응축수의 동결이 방지된다.

예를 들어, 공급되는 가스 흐름의 상승으로 인해, LAT가 증가하는 경우, 압축기의 속도가 증가하여 증발기의 온도를 떨어뜨리고 LAT도 역시 떨어뜨린다.

LAT에 기초한 제어의 단점은 증발기의 온도가 너무 낮아질 수 있어 증발기에서 동결이 발생할 수 있다는 점이다.

증발기 압력, 다시 말해 증발기 내의 압력에 기초한 제어도 역시 공지되어 있다. 이러한 경우에, 압축기 속도는 증발기 압력이 소정 범위 내에 유지되도록 제어된다.

그러한 제어의 단점은, 냉각 회로의 낮은 부하에서 또는 예를 들면 공급되는 가스의 낮은 유량에서는 응축수가 동결될 수 있다는 점이다.

본 발명의 목적은 상기한 단점 및/또는 기타 단점 중 하나 이상에 대한 해법을 제공하는 것이다.

이를 위해, 가스를 열교환기의 이차 부분을 통해 안내함으로써 가스로부터 수증기를 응축시키는 가스의 냉각 건조 방법으로서, 열교환기의 일차 부분이 냉각 회로의 증발기를 형성하고, 이 냉각 회로는 냉각 회로에서 냉각제를 순환시키는 속도 제어형 압축기, 응축기 및 팽창 수단을 포함하며, 증발기 온도(T_evaporator) 및/또는 증발기 압력(P_evaporator)을 결정하는 수단 및 최저 가스 온도(LAT) 또는 이슬점을 측정하는 측정 수단이 적용되어 있는 것인 가스의 냉각 건조 방법을 제공하는데, 이 가스의 냉각 건조 방법은 냉각 건조 중에,

- 한편으로는 증발기 온도(T_evaporator) 및/또는 증발기 압력(P_evaporator)에 기초하여 다른 한편으로는 최저 가스 온도(LAT)에 기초하여 냉각 회로의 부하를 결정하는 단계;

- 상기한 부하를 고려하여, 열교환기의 이차 부분의 출구에서의 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 공급되는 가스를 냉각시키는 데에 필요한 증발기 온도 또는 증발기 압력에 대한 원하는 값을 계산하는 단계; 및

- 증발기 온도 또는 증발기 압력에 대한 상기한 원하는 값에 증발기 온도 또는 증발기 압력이 동일하거나 실질적으로 동일하게 되도록 압축기의 속도를 제어하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따르면, 소정 유량으로 공급되는 가스를 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 냉각시키는 데에 필요한 증발기 온도 또는 증발기 압력에 대한 원하는 값을 계산한다.

상기한 흐름에서 파라미터(양, 습도, 압력, 온도 등등)가 변하는 경우, 본 발명에 따른 방법에서는 계산된 원하는 값도 역시 공급되는 가스의 변경된 유량을 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 냉각시키는 데에 필요한 증발기 온도 또는 증발기 압력을 위해 변경된다.

이러한 식으로, 냉각 회로의 부하와는 별개로, 가스를 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 냉각하여, 응축수가 동결될 수 없도록 할 수 있다.

이는 또한, 증발기 온도 또는 증발기 압력이 엄격하게 요구되는 것보다 낮게 유지되지 않기 때문에 어떠한 에너지도 불필요하게 소모되는 일이 없음을 의미한다.

실제로, 소정의 설정 최저 가스 온도(LATSP)에서, 증발기 온도의 원하는 값 또는 증발기 압력의 원하는 값이 냉각 회로의 부하가 감소함에 따라, 다시 말해 공급되는 가스의 흐름이 감소함에 따라 증가한다는 것은 명백하다. 이러한 식으로, 본 발명에 따른 방법은 소정 가스 유량을 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 냉각시키는 데에 최소한의 에너지를 이용한다.

본 발명에 따른 방법의 다른 이점은, 냉각 회로의 부하를 단지 두 가지의 측정치, 바람직하게는 최저 가스 온도(LAT) 및 증발기 압력(P_evaporator)의 측정치에 기초하여 결정한다는 점이다. 유량, 온도, 압력, 상대 습도, 자유수(free water) 등과 같은 외부 데이터는 냉각 회로를 부하에 부합하도록 하는 데에 필요로 하지 않는다.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 냉각 회로는 최소 허용 가능 증발기 온도보다 높은 증발기 온도로 항시 작동한다.

그 이점은 증발기 온도가 최소 허용값보다 낮아질 수 없기 때문에 어떠한 환경 하에서도 증발기에서 동결이 발생할 수 없다는 점이다.

증발기의 소정 포인트에서 온도와 압력 간에 명백한 연결 관계가 존재하며, 이에 따라 증발기 온도에 기초한 제어 대신에 증발기 압력에 기초한 제어가 가능하다는 점은 알려져 있다.

본 발명은 또한 가스의 냉각 건조 장치에 관한 것으로, 이 장치는 열교환기를 포함하고, 이 열교환기의 일차 부분이 냉각 회로의 증발기를 형성하며, 냉각 회로에는 속도 제어형 압축기, 응축기, 및 팽창 수단이 순차적으로 마련되며, 상기한 열교환기는 건조될 가스를 공급하도록 파이프가 연결되어 있는 이차 부분을 구비하며, 상기한 열교환기의 이차 부분의 하류측에는 응축수를 제거하도록 액체 분리기가 마련되며, 상기한 장치는 증발기 압력(P_evaporator) 및 최저 가스 온도(LAT)를 측정하는 수단을 구비하며, 이들 수단은 제어 유닛에 연결되고, 이 제어 유닛은 또한 상기한 압축기에 연결되어 최저 가스 온도 및 증발기 압력(P_evaporator)의 측정치에 기초하여 압축기의 회전 속도를 제어한다.

이러한 본 발명에 따른 장치의 이점은 본 발명에 따른 방법에 관한 이점과 유사하다.

본 발명의 따른 장치의 바람직한 실시예에 따르면, 상기한 제어 유닛은, 상기한 최저 가스 온도 및 측정된 증발기 압력(P_evaporator)에 기초하여 냉각 회로의 부하를 결정하며, 이 부하를 고려하여 열교환기의 이차 부분의 출구에서의 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 공급되는 가스를 냉각시키는 데에 필요한 증발기 압력(P_evaporator)에 대한 원하는 값(p_w)을 계산하며, 그리고 증발기 압력에 대한 상기한 원하는 값(p_w)에 증발기 압력(P_evaporator)이 동일하거나 실질적으로 동일하게 되도록 압축기의 속도를 제어하는 알고리즘을 구비한다.

본 발명의 특징을 보다 양호하게 제시하고자, 이하에서 첨부 도면을 참조하여 가스를 냉각 건조시키는 본 발명에 따른 방법을 한정하고자 하는 것이 아니라 예로서 설명한다.
도 1은 가스를 냉각 건조시키는 본 발명에 따른 방법에 이용될 수 있는 장치의 블록도를 도시하고,
도 2는 공급되는 가스의 소정 흐름을 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 냉각시키기 위해 본 발명에 따른 방법에 의해 계산되는 증발기 온도 및 증발기 압력에 대한 원하는 값을 도시하며,
도 3은 증발기 압력에 대한 원하는 값(p_w)을 결정하는 제어 알고리즘의 블록도를 도시하고,
도 4는 압축기의 속도를 제어하는 제어 알고리즘을 도시한다.

도 1에 개략적으로 도시한 냉각 건조 장치(1)는 열교환기(2)를 포함하며, 그 일차 부분이 냉각 회로의 증발기(3)를 형성하고 이 냉각 회로에는 또한 압축기(4), 응축기(5) 및 팽창 수단(6)이 순차적으로 존재한다.

냉각 회로는 냉각제, 예를 들면 R404a로 채워지며, 그 유동 방향이 화살표 K로 도시되어 있다.

열교환기(2)의 이차 부분은 파이프(7)를 통해 액체 분리기(8)에 연결된다.

파이프(7)의 일부분이 열교환기(2)에 도달하기 전에는 예비 냉각기 또는 복열식 열교환기(9)를 부분적으로 통과하게 되고, 액체 분리기(8) 후에 복열식 열교환기(9)를 다시 통과하여 상기한 일부분에 대해 향류(countercurrent)식으로 흐르도록 된다.

게다가, 냉각 건조 장치(1)에는 최저 가스 온도(LAT)를 측정하는 측정 수단이 마련되며, 본 예의 경우에, 그 측정 수단은 열교환기(2)의 이차 부분의 레벨에 배치된 제1 측정 요소(10)의 형태로 이루어진다. 냉각 건조 장치(1)는 또한 증발기 온도(T_evaporator) 및/또는 증발기 압력(P_evaporator)을 측정하는 측정 수단을 포함하는데, 본 예의 경우에는 증발기 압력(P_evaporator)을 측정하도록 냉각 회로의 저압측에 배치된 제2 측정 요소(11) 형태로 마련된다.

다시 말해, 제2 측정 요소(11)는 상기한 팽창 수단(6)으로부터 하류측에서 상기한 증발기로부터 바로 상류에 배치된다.

압축기(4)는 제어 유닛(12)에 연결되고, 이 제어 유닛에는 제1 및 제2 측정 요소(10, 11)도 연결된다.

본 발명에 따른 방법은 매우 간단하며 아래와 같다.

건조될 가스 또는 가스 혼합물, 본 예의 경우에는 압축 공기를 열교환기(2)를 통해 안내하고, 바람직하게는 냉각 회로의 증발기(3)에서 냉각제와는 반대 방향으로 흐르게 한다.

상기한 열교환기(2)에서, 공급되는 습윤 공기가 냉각되어 응축수가 형성되며, 이 응축수는 후에 액체 분리기(8)에서 분리된다.

액체 분리기(8) 후에 수분을 덜 함유하지만 그럼에도 100%의 상대 습도를 갖는 냉각 공기는 상대 습도를 예를 들면 50%로 떨어뜨리도록 복열식 열교환기(9)서 가열되는 한편, 건조될 공급 공기는 열교환기(2)로 보내지기 전에 복열식 열교환기(9)에서 부분적으로 미리 냉각된다.

따라서, 열교환기(2)의 이차 부분의 출구에서의 공기는 열교환기(2)의 이차 부분의 입구에서보다 건조한 상태이다.

응축수의 동결을 방지하기 위해, 공급되는 압축 공기는 열교환기(2)에서 2℃ 내지 3℃보다 낮게 냉각되지 않을 수 있다.

본 발명에 따른 방법에서는, 증발기 온도에 대한 원하는 값(T_w) 또는 증발기 압력에 대한 원하는 값(p_w)을 계산하고, 증발기 온도(T_evaporator) 또는 증발기 압력(P_evaporator)이 증발기 온도에 대한 원하는 값(T_w) 또는 증발기 압력에 대한 원하는 값(p_w)에 동일하거나 실질적으로 동일하도록 압축기(4)의 회전 속도(n)를 제어함으로써 공급되는 압축 공기를 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 냉각시킨다.

설정 최저 가스 온도(LATSP)가 높을수록, 대응하는 계산된 원하는 값도 높아진다. 압축 공기를 냉각 건조시키는 경우, 최저 가스 온도(LATSP)는 통상 주위 온도보다 20℃ 낮은 값으로 설정되며, 바람직하게는 최저 가스 온도(LATSP)가 2℃ 내지 3℃보다 낮게 설정될 수 없도록 제한된다.

따라서, 본 발명에 따른 방법이 냉각 회로의 부하(C)를 고려하여 증발기(3)에서의 온도 또는 압력에 대한 상기한 원하는 값(T_w 또는 p_w)을 계산한다는 점이 가장 중요하다.

냉각 회로의 부하(C)는 한편으로는 최저 가스 온도(LAT)의 측정된 값에 기초하여, 다른 한편으로는 증발기 온도(P_evaporator) 및/또는 증발기 온도(T_evaporator)에 기초하여 결정된다. 본 예의 경우, 제1 및 제2 측정 요소(10, 11)에 의해 각각 측정된 최저 가스 온도(LAT) 및 증발기 압력(P_evaporator)에 기초한다.

앞서 설명한 바와 같이, 원하는 값(p_w)은 최저 가스 온도(LATSP)가 높게 설정되는 만큼 상승된다. 이 경우, 최저 가스 온도와 증발기 압력 간에 선형적 관계를 취한다. 상기한 선형적 관계의 기울기는 냉각기의 종류에 의존하며, 수학적으로 기울기(R)로 표현된다.

본 예의 경우와 같이 증발기 압력(P_evaporator)을 측정하는 경우, 부하는 이하의 수학식에 따라 값(C)을 계산함으로써 결정된다.

C = [Dl * Ln (P_evaporator) - D2 ] - [R * LAT] + A - B

여기서, 값 D1 및 D2는 냉각 회로에서 이용되는 냉각제에 좌우되는 상수이다.

값 A는 최소 허용 가능 증발기 온도 또는 압력(B)에 이르게 되는 이슬점이다.

일정한 증발기 온도(T_evaporator)에서, 값(C)은 부하가 떨어지는 만큼 상승한다. 실제로, 공급되는 압축 공기의 유량의 감소 시에, LAT가 떨어져 C를 증가시킨다. 이러한 역의 관계가 부하의 증가에 대해 적용되어, LAT를 상승시키고 C를 떨어뜨린다.

본 예의 경우에, 3℃의 이슬점(A)에서 -5℃의 최소 허용 증발기 온도에 도달한다.

값(C)을 계산함으로써 부하가 결정된 후에, 증발기 온도에 대한 원하는 값(T_w)이 계산될 수 있고, 이로부터 증발기 압력에 대한 값(p_w)을 구할 수 있으며, 증발기 온도에 대한 그러한 원하는 값(T_w)은 설정 최저 가스 온도(LATSP)에 기초하여 이하의 수학식에 의해 계산된다.

T_w = R * LATSP - A + B + C.

상기한 수학식은 측정된 최저 가스 온도(LAT)가 A보다 높은 경우, 즉 본 예에서는 3℃보다 높은 경우에 적용된다.

다른 모든 경우에 있어서는 증발기 온도에 대한 원하는 값(T_w)은 이하의 수학식에 따라 계산된다.

T_w = B/A * LATSP.

본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 냉각 회로는 B보다 높은, 즉 본 예에서는 -5℃보다 높은 증발기 온도(T_evaporator)로 항시 작동한다.

상기한 수학식은 다수의 곡선을 도시하고 있는 도 2에 그래프로 도시되어 있는데, 그 곡선들은 본 예에 있어서 최저 가스 온도(LAT)와 증발기 온도(T_evaporator) 간의 관계를 보여주고 있다.

최상측 곡선은 냉각 회로의 최저 허용 가능 부하, 다시 말해 C가 최대값(Cmax)을 갖는 경우에 상응한다. 부하가 최대이어서 최소 C값(Cmin)에 상응한다면, 최하측 곡선이 이용된다.

최상측 곡선과 최하측 곡선 사이의 곡선들은 냉각 회로의 최저 부하와 최대 부하 사이에서 달라질 수 있는 부하에 대해 계산되었다.

소정 포인트에서 증발기의 온도와 압력 간의 관계가 주어지면, 증발기 압력에 대한 원하는 값(p_w)을 증발기 온도에 대해 계산된 원하는 값(T_w)으로부터 구할 수 있다. 증발기 온도의 원하는 값(T_w)에 기초하여 증발기 압력의 원하는 값(p_w)을 결정하는 데에 이하의 수학식이 이용될 수 있다.

p_w = D3 * e^{(D4 * Tw)}

여기서, D3 및 D4는 냉각제에 의해 좌우되는 상수값이다.

통상적으로, 상기한 상수(D1, D2, D3, D4)에는 냉각제에 대한 온도/압력 곡선으로부터 결정되는 아래의 표에서 제시하는 바와 같은 값이 부여되지만, 본 발명이 그와 같은 것으로 제한되지 않는다는 점은 말할 필요도 없을 것이다.

	D1	D2	D3	D4
R404a	27.462	43.793	4.9288	0.0363
R410a	28.658	55.216	6.869	0.0348

이 예의 제1 열의 값은 R404a가 냉각제로서 이용되는 경우에 상수(D1 내지 D4)에 적용되는 반면, 제2 열은 R410a가 냉각제로서 이용되는 경우에 상수(D1 내지 D4)를 위한 예시적인 값을 포함하고 있다.

결과적으로, 압축기(4)의 제어 유닛(12)은 증발기 압력에 대한 원하는 값에 기초하여 압축기의 속도를 제어한다.

도 2는 공급되는 가스를 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 냉각시키는 데에 필요한 증발기 온도에 대한 원하는 값(T_w)이 부하에 따라 변화함을 보여주고 있다. 동일한 사항이 증발기 압력에 대한 원하는 값(p_w)에도 적용된다.

최상측 곡선 상의 점 X의 좌표로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 냉각 회로의 최소 부하에서, 공급되는 가스를 12℃의 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 냉각시키기 위해서 증발기 온도에 대해 11℃의 원하는 값(T_w)이 계산된다.

한편, 냉각 회로의 최대 부하에서는 최하측 곡선 상에 위치한 점 Y의 좌표로부터 확인할 수 있는 바와 같이 본 예의 경우에 공급되는 가스를 12℃의 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 냉각시키기 위해서 증발기 온도에 대해 3℃의 원하는 값(T_w)이 계산된다.

본 예의 경우에 최소 허용 가능 증발기 온도(B)는 -5℃에 상응하도록 설정된다.

따라서, 도 2의 최하측 곡선은 증발기 온도에 대해 -5℃미만의 원하는 값(T_w)이 어떠한 환경하에서도 계산될 수 없도록 그 하부측에서 제한되어 있다.

이러한 식으로, 열교환기에서의 동결이 방지된다.

증발기 온도(T_evaporator)가 측정되는 경우(이는 본 발명에 있어서 배제되지 않음), 부하는 이하의 수학식에 따라 결정된다.

C = T_evaporator - [R * LAT] + A - B

여기서, LAT = 측정된 최저 가스 온도,

A = 최소 허용 가능 증발기 온도(B)에 이르게 되는 이슬점,

R = 측정된 최저 가스 온도가 A보다 높은 경우에 최저 가스 온도(LAT)와 증발기 온도(T_evaporator) 간의 선형적 관계를 특징짓는 기울기.

값(C)에 의해 반영되는 부하는 바람직하게는 시간 간격(TC)을 갖고 계산된다. 시간 간격(TC) 후에, 평균 온도의 스냅샷(snapshot)이 취해진다. 여기서, 평균 온도는 병렬 및/또는 직렬로 연결된 하나 이상의 부분 열교환기들로 이루어질 수 있는 열교환기(2)의 평균 온도를 의미한다.

시간 간격(TC) 동안에 C에 대해 구해진 값은 시간 간격(TC)에 대해 냉각 회로 및 이에 따른 건조기를 제어하는 데에 이용된다. 시간 간격(TC)의 만료 후에, 값(C)을 다시 계산하고 이어서 새로운 증발기 압력 설정값이 뒤따르게 하는 등으로 이루지게 된다.

시간 간격(TC)이 작을수록 변화하는 부하에 대한 응답이 빨라진다.

도 3은 본 예에서 증발기 압력에 대한 원하는 값(p_w)을 결정하기 위해 제어 유닛(12)에서 이용되는 알고리즘을 도시하는 것으로, 그 알고리즘에서는 냉각 회로의 부하가 고려되고 있다. 이 경우, 부하는 도 3에서 p_v로 나타낸 측정된 증발기 압력 및 측정된 최저 가스 온도(LAT)에 기초하여 결정된다.

도 4는 본 예에서 증발기 압력에 대해 소정의 원하는 값(p_w)이 결정된 후에 압축기(4)의 회전 속도(n)를 제어하기 위해 제어 유닛(12)에서 이용되는 제어도를 도시하고 있다.

이 제어도에서는 도 3에 따라 계산된 증발기 압력에 대한 원하는 값(p_w)을 증발기 압력의 측정값(p_v)과 비교한다. 이 제어 알고리즘에서는 계속해서 증발기 압력(p_v)과 원하는 값(p_w) 간의 차를 구한다. 이러한 차는 적분기(13)에 의해 적분되거나 및/또는 증폭기(14)에 의해 증폭된다.

이어서, 제어 유닛(12)은 상기한 원하는 값(p_w)과 증발기 압력의 측정된 값(p_v) 간의 차에 따라 압축기(4)의 회전 속도(n)를 제어한다.

본 발명을 예로서 설명하고 도면에 도시한 가스의 냉각 건조 방법 및 이 방법을 적용한 장치에 결코 제한되는 것이 아니라, 그러한 방법 및 장치는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 모든 종류의 변형예로 구현될 수 있다.

Claims

가스를 열교환기(2)의 이차 부분을 통해 안내함으로써 가스로부터 수증기를 응축시키는 가스의 냉각 건조 방법으로서:
상기 열교환기(2)의 일차 부분이 냉각 회로의 증발기(3)를 형성하고, 상기 냉각 회로는 냉각 회로에서 냉각제를 순환시키는 속도 제어형 압축기(4), 응축기(5), 및 팽창 수단(6)을 포함하며, 증발기 온도(T_evaporator) 및 증발기 압력(P_evaporator) 중 하나 이상을 결정하는 수단 및 최저 가스 온도(LAT) 또는 이슬점을 측정하는 측정 수단이 적용되어 있는 것인 가스의 냉각 건조 방법에 있어서, 냉각 건조 중에,
- 한편으로는 증발기 온도(T_evaporator) 및 증발기 압력(P_evaporator) 중 하나 이상에 기초하여 다른 한편으로는 최저 가스 온도(LAT)에 기초하여 냉각 회로의 부하를 결정하는 단계;
- 상기 부하를 고려하여, 열교환기(2)의 이차 부분의 출구에서의 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 공급되는 가스를 냉각시키는 데에 필요한 증발기 온도 또는 증발기 압력에 대한 원하는 값을 계산하는 단계; 및
- 증발기 온도 또는 증발기 압력에 대한 상기 원하는 값에 증발기 온도 또는 증발기 압력이 동일하게 되도록 압축기(4)의 속도를 제어하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스의 냉각 건조 방법.
제1항에 있어서, 증발기 압력(P_evaporator)을 측정하고 냉각 회로의 부하(C)를 결정하는 단계를 포함하며, 이 부하는,
LAT = 측정된 최저 가스 온도;
A = 최소 허용 가능 증발기 온도(B)에 이르게 되는 이슬점;
R = 측정된 최저 가스 온도가 A보다 높은 경우에 최저 가스 온도와 증발기 온도 간의 선형적 관계를 특징짓는 기울기; 및
D1, D2 = 냉각제에 좌우되는 상수값
이라고 할 때에,
C = [Dl * Ln (P_evaporator) - D2 ] - [R * LAT] + A - B
에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 가스의 냉각 건조 방법.
제1항에 있어서, 증발기 온도(T_evaporator)를 측정하고 부하(C)를 계산하는 단계를 포함하며, 이 부하는,
LAT = 측정된 최저 가스 온도;
A = 최소 허용 가능 증발기 온도(B)에 이르게 되는 이슬점;
R = 측정된 최저 가스 온도가 A보다 높은 경우에 최저 가스 온도와 증발기 온도 간의 선형적 관계를 특징짓는 기울기
라 할 때에,
C = T_evaporator - [ R * LAT ] + A - B
예 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 가스의 냉각 건조 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서, 부하를 반영하는 값(C)은 시간 간격(TC)으로 계산되는 것을 특징으로 하는 가스의 냉각 건조 방법.
제1항에 있어서, 측정된 LAT가 A보다 작거나 A와 동일한 경우에, 가스를 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 냉각시키기 위한 증발기 온도에 대한 원하는 값(T_w)은,
A = 최소 허용 가능 증발기 온도(B)에 이르게 되는 이슬점이라 할 때에,
T_w = B/A * LATSP
에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 가스의 냉각 건조 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서, 측정된 LAT가 A보다 크거나 A와 동일한 경우에, 가스를 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 냉각시키기 위한 증발기 온도에 대한 원하는 값(T_w)은,
T_w = R * LATSP - A + B + C
에 따라 계산되는 것을 특징으로 하는 가스의 냉각 건조 방법.
제5항에 있어서, 가스를 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 냉각시키기 위한 증발기 압력에 대한 원하는 값(p_w)은 증발기 온도에 대한 계산된 원하는 값(Tw)에 기초하여,
p_w = D3 * e^{(D4 * Tw)}
에 따라 결정되며, 여기서 D3 및 D4는 냉각제에 좌우되는 상수값을 나타내는 것을 특징으로 하는 가스의 냉각 건조 방법.
제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉각 회로는 항시 B보다 높은 증발기 온도로 작동하는 것을 특징으로 하는 가스의 냉각 건조 방법.
제2항 또는 제3항에 있어서, 공기를 냉각 건조시키는 경우, 이슬점(A)은 3℃이고, 최저 허용 가능 증발기 온도(B)는 -5℃인 것을 특징으로 하는 가스의 냉각 건조 방법.
제1항에 있어서,
- 증발기 압력(P_evaporator)을 측정하는 단계;
- 상기 부하를 고려하여, 열교환기(2)의 이차 부분의 출구에서의 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 공급되는 가스를 냉각시키는 데에 필요한 증발기 압력에 대한 원하는 값(p_w)을 계산하는 단계; 및
- 증발기 압력에 대한 상기 원하는 값(p_w)에 증발기 압력(P_evaporator)이 동일하게 되도록 압축기(4)의 속도를 제어하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스의 냉각 건조 방법.
가스를 냉각 건조시키는 장치로서:
열교환기(2)를 포함하고, 이 열교환기의 일차 부분이 냉각 회로의 증발기(3)를 형성하며, 이 냉각 회로에는 속도 제어형 압축기(4), 응축기(5), 및 팽창 수단(6)이 순차적으로 마련되며, 상기 열교환기(2)는 건조될 가스를 공급하도록 파이프가 연결되어 있는 이차 부분을 구비하며, 상기 열교환기(2)의 이차 부분의 하류측에는 응축수를 제거하도록 액체 분리기(8)가 마련되는 것인 가스의 냉각 건조 장치에 있어서,
상기 가스의 냉각 건조 장치(1)는, 증발기 압력(P_evaporator) 및 최저 가스 온도(LAT)를 측정하는 수단(11, 10)을 구비하며, 이들 수단은 제어 유닛(12)에 연결되고, 이 제어 유닛은 또한 상기 압축기(4)에 연결되어 최저 가스 온도(LAT) 및 증발기 압력(P_evaporator)의 측정치에 기초하여 압축기의 회전 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 가스의 냉각 건조 장치.
제11항에 있어서, 상기 제어 유닛(12)은, 상기 최저 가스 온도(LAT) 및 측정된 증발기 압력(P_evaporator)에 기초하여 냉각 회로의 부하를 결정하며, 이 부하를 고려하여 열교환기(2)의 이차 부분의 출구에서의 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 공급되는 가스를 냉각시키는 데에 필요한 증발기 압력(P_evaporator)에 대한 원하는 값(p_w)을 계산하며, 그리고 증발기 압력에 대한 상기 원하는 값(p_w)에 증발기 압력(P_evaporator)이 동일하게 되도록 압축기(4)의 회전 속도를 제어하는 알고리즘을 구비하는 것을 특징으로 하는 가스의 냉각 건조 장치.
제6항에 있어서, 가스를 설정 최저 가스 온도(LATSP)로 냉각시키기 위한 증발기 압력에 대한 원하는 값(p_w)은 증발기 온도에 대한 계산된 원하는 값(Tw)에 기초하여,
p_w = D3 * e^{(D4 * Tw)}
에 따라 결정되며, 여기서 D3 및 D4는 냉각제에 좌우되는 상수값을 나타내는 것을 특징으로 하는 가스의 냉각 건조 방법.