NO340463B1 - Forbedret fremgangsmåte for kjøletørking - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører en forbedret fremgangsmåte for kjøletørking (cool drying).

Spesielt vedrører den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte for kjøletørking av gass, spesielt luft, som inneholder vanndamp, idet denne gassen blir ledet gjennom den sekundære delen av en varmeveksler hvis primære del er fordamperen til en kjølekrets som også innbefatter en kompressor som blir drevet av en motor; en kondensator; et ekspansjonsmiddel mellom utløpet av kondensatoren og innløpet til ovennevnte fordamper.

Slikk fremgangsmåter blir blant annet benyttet for tørking av trykkluft.

Trykkluft som for eksempel blir tilført ved hjelp av en kompressor er i de fleste tilfeller mettet med vanndamp, eller, med andre ord, har en relativ fuktighet på 100%. Dette betyr at i tilfelle et temperaturfall under det som kalles duggpunktet vil det skje kondensering. Det kondenserte vannet gir opphav til korrosjon i rør og verktøy, og anlegg kan slites ut for tidlig.

Dette er hvorfor trykkluft blir tørket, som kan bli gjort på ovennevnte måte ved hjelp av kjøletørking. Også annen luft enn trykkluft eller andre gasser kan bli tørket på denne måten.

Kjøletørking er basert på prinsippet at ved senking av luft- eller gasstemperaturen i fordamperen vil fuktighet i luften eller gassen kondensere, hvoretter det kondenserte vannet blir utskilt i en væskeseparator og hvoretter luften eller gassen blir varmet opp igjen, slik at denne luften eller gassen ikke lenger vil være mettet.

Det samme gjelder en hvilken som helst annen gass enn luft, og hver gang vi heretter henviser til luft gjelder det samme også en hvilken som helst annen gass enn luft.

En fremgangsmåte for kjøletørking er allerede kjent, hvor kjølekretsen blir slått på aller av på grunnlag av målinger av fordampertrykket eller fordampertemperaturen.

Hvis et hopp (take-off) av trykkluft blir registrert, blir kjølekretsen startet, og så snart hoppet av trykkluft stopper igjen blir kjølekretsen også stoppet igjen.

En ulempe med en slik kjent fremgangsmåte er at varmeveksleren, etter at kjølekretsen er blitt slått av, vil varmes opp ettersom det ikke er noe kjøling mer.

Når trykkluft deretter blir startet opp igjen mens varmeveksleren fremdeles er relativt varm, kan temperatur- og duggpunkttopper umiddelbart oppstå i den tilførte trykkluften, siden gassen som skal tørkes i varmeveksleren ikke er tilstrekkelig avkjølt til å få vannet i gassen til å bli tørkekondensert ved maksimum kapasitet.

En fremgangsmåte for kjøletørking er også kjent, hvor kjølekretsen alltid forblir operativ, også når det ikke er noe hopp av trykkluft.

En hovedulempe med en slik fremgangsmåte er at den krever en betraktelig energimengde, ettersom kjølekretsen kontinuerlig forblir operativ, også ved tomgangskj øring.

En fremgangsmåte for kjøletørking er også kjent hvor det blir gjort bruk av en termisk mase. Med en slik kjent fremgangsmåte blir det gjort bruk av en mellomleddstermisk masse, for eksempel i form av en blanding av vann og propylenglykol, for kjøling av trykkluften.

Siden kjølekretsen bare blir benyttet for kjøling av ovennevnte termiske masse, kan kompressoren i denne kjølekretsen bli slått av så snart den termiske massen har nådd en viss temperatur, slik at energi kan spares.

En ulempe med en slik kjent fremgangsmåte er at kjølekretsen, grunnet tilstedeværelsen av ovennevnte termiske masse, må være svært tung og stor.

En annen ulempe med en slik kjent fremgangsmåte er at, grunnet tilleggsdeler slik som et reservoar og/eller en ytterligere varmeveksler, blir konstruksjonen til kjølekretsen relativt kostbar og komplisert, og sammenstilling av denne svært tidkrevende.

EP 1103296 beskriver en fremgangsmåte for å kjøletørke gass, spesielt luft som inneholder vanndamp, hvor denne gassen ledes gjennom den sekundære delen av en varmeveksler hvilken primærdel er fordamperen til en kjølekrets som også omfatter en kompressor som drives av en motor; en kondenser; et ekspansjonsmiddel mellom utløpet til kondensatoren og innløpet til ovennevnte fordamper, hvori den omfatter, i det minste når ingen gass som skal tørkes tilføres, å måle temperaturen til gassen som skal tørkes er den laveste når den kjøletørkes, og til å skru kjølekretsen på og av basert på denne målingen for å alltid opprettholde den laveste gasstemperaturen mellom en forhåndsbestemt minimum og maksimum terskelverdi. Når det ikke tilføres noen gass, beskriver EP 1103296 at disse terskelverdiene er faste. Når gass som skal tørkes tilføres beskriver EP 1103296 å regulere motorhastigheten og tilveiebringe en styrbar ved å omløpe kompressoren til kjølekretsen, istedenfor å skru motoren til kompressoren til kjølekretsen på og av.

Den foreliggende oppfinnelse søker å lindre en eller flere av de ovennevnte og andre ulemper.

For dette tilveiebringer den foreliggende oppfinnelse en fremgangsmåte ifølge krav 1.

Med den laveste lufttemperatur eller LAT menes her den laveste temperatur for luften som skal tørkes som oppstår under kjøletørking, og som i prinsippet nås ved utløpet for gassen som skal tørkes fra den sekundære delen av varmeveksleren. LAT gir alltid en god indikasjon på byggpunktet til luften, siden det er en forbindelse mellom begge.

En fordel med en slik fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen er at ingen ekstra termisk masse kreves, og at energi kan bli spart på en svært enkel måte, siden kjøle-kretsen blir slått av i tide, for eksempel når ingen trykkluft må tørkes siden det ikke er noe forbruk av trykkluft.

En annen fordel med en slik fremgangsmåte er at temperaturen til varmeveksleren alltid er begrenset, siden kjølekretsen blir startet igjen når den målte LAT eller duggpunktet blir for høyt, og at topper således unngås.

Siden de forhåndsbestemte terskelverdier blir regnet ut på grunnlag av en algoritme som er en funksjon av den målte omgivelsestemperatur, blir et duggpunkt sikret ved enhver omgivelsestemperatur som er tilstrekkelig lav til å unngå korrosjon eller kondensat i trykkluftnettverket som følger etter anordningen for kjøletørking.

For bedre å forklare de kjennetegnende trekk ved den foreliggende oppfinnelse blir den følgende foretrukne fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen gitt bare som et eksempel, med henvisning til de medfølgende tegninger, der: figur 1 viser en anordning for anvendelse av en fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen for kjøletørking, og

figur 2 skjematisk viser forløpet for terskelverdiene som en funksjon av omgivelsestemperaturen.

Figur 1 viser en anordning 1 for kjøletørking som hovedsakelig består av en varmeveksler 2 hvis primære del danner fordamperen 3 til en kjølekrets 4 i hvilken det etter-følgende også er oppstilt en kompressor 6, en kondensator 7 og en ekspansjonsventil 8 drevet av en motor 5.

Denne kjølekretsen er fylt med kjølefluid, for eksempel fireon R404a, hvis strømnings-retning er representert med pilen 9.

Den sekundære delen av varmeveksleren 2 er en del av røret 10 for fuktig luft som skal tørkes hvis strømningsretning er vist med pilen 11.

Etter varmeveksleren 2, dvs. ved dens utløp, er det oppstilt en væskeseparator 12 i røret 10.

Dette røret 10 kan, før varmeveksleren 2 nås, strekke seg delvis gjennom en forhånds-kjøler eller rekuperativ varmeveksler 13, og så, etter væskeseparatoren 12, strekke seg gjennom den rekuperative varmeveksleren 13 igjen, i parallell strømning eller mot-strømning i forhold til ovennevnte del.

Utløpet til det ovennevnte røret 10 kan for eksempel være koplet til et trykkluftnettverk som ikke er vist i figurene, og som forbrukere av trykkluft er koplet til, for eksempel verktøy som blir drevet av trykkluft.

Varmeveksleren 2 er en væske/luftvarmeveksler, og kan være konstruert slik at den danner en helhet med den eventuelle rekuperative varmeveksleren 13 som er en luft/luftvarmeveksler.

Ekspansjonsventilen 8 er i dette tilfellet laget i form av en termostatventil hvis termostatelement er koplet på kjent måte ved hjelp av et rør 14 til en kolbe 15 tilveiebrakt i utløpet av fordamperen 3, med andre ord mellom fordamperen 3 og kompressoren 6, på kjølekretsen 4 og fylt med det samme kjølemedium.

Det er klart at ovennevnte ekspansjonsventil 8 kan bli realisert på mange ulike måter, slik som for eksempel i form av en elektronisk ventil som er koplet til en temperatur-måler anordnet på den fjerne enden av fordamperen 3 eller etter den.

I noen små kjøletørkere 1 kan ekspansjons ventilen 8 bli erstattet av et kapillærrør.

Kompressoren 6 er for eksempel en volumetrisk kompressor som, ved samme rotasjonshastighet, leverer praktisk talt den samme volumstrøm, for eksempel en spiralkompressor, mens motoren 5 er en elektrisk motor i dette tilfellet, som er koplet til en styringsinnretning 14.

Den ovennevnte styringsinnretningen 14, som kan realiseres for eksempel i form av en PLC, er også koplet til måleinnretninger 16 for LAT og til måleinnretningen 17 for omgivelsestemperaturen.

De ovennevnte måleinnretninger 16 for LAT er fortrinnsvis tilveiebrakt på det punkt hvor den laveste lufttemperatur faktisk kan forventes, som i dette tilfellet er rett etter den sekundære delen av varmeveksleren 2 og fortrinnsvis før væskeseparatoren 12.

I henhold til oppfinnelsen er det ikke utelukket at måleinnretningene 16 for måling av LAT erstattes av måleinnretninger for måling av duggpunktet, som fortrinnsvis er tilveiebrakt nær utløpet av den sekundære delen av ovennevnte varmeveksler 2. Hver gang måleinnretninger 16 for måling av LAT er nevnt heretter, kan også måleinnretninger for måling av duggpunktet bli benyttet i henhold til oppfinnelsen.

De ovennevnte måleinnretninger 17 for måling av omgivelsestemperaturen er fortrinnsvis anordnet i trykkluftnettverket som gjør bruk av luften tørket ved hjelp av anordningen 1, spesielt i høyde med sluttbrukerne av denne trykkluften, for eksempel nær verk-tøyene som blir drevet av denne tørkede trykkluften.

Alternativt kan måleinnretningene 17 også være tilveiebrakt på andre steder. I tilfelle trykkluften som skal tørkes kommer for eksempel fra en kompressor, viser det seg at en god plassering av de ovennevnte måleinnretninger 17 for omgivelsestemperaturen er ved innløpet av en slik kompressor.

Den forbedrede fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen er svært enkel og som følger.

Luften som skal tørkes blir styrt gjennom røret 10 og således gjennom varmeveksleren 2, for eksempel motstrøms i forhold til kjølefluidet i fordamperen 3 til kjølekretsen 4.

I denne varmeveksleren 2 blir den fuktige luften kjølt, som et resultat av hvilket kondensat blir dannet, som blir utskilt i væskeseparatoren 12.

Den kalde luften, som inneholder mindre fuktighet i absolutte termer etter væskeseparatoren 12, men som fremdeles har en relativ fuktighet lik 100%, blir varmet opp i den rekuperative varmeveksleren 13, som et resultat av hvilket den relative fuktigheten faller til fortrinnsvis mindre enn 50%, mens den friske luften som skal tørkes allerede er delvis avkjølt i den rekuperative varmeveksleren 13 før den blir tilført til varmeveksleren 2.

Luften ved utløpet av den rekuperative varmeveksleren 13 er således tørrere enn ved innløpet til varmeveksleren 2.

LAT blir fortrinnsvis bibeholdt innenfor visse grenser for, for det første å forhindre en for lav LAT, og for det andre å sikre at luften fremdeles blir tilstrekkelig avkjølt til å tillate kondensering.

For dette kan kjølekretsen 4 i henhold til oppfinnelsen bli slått på og av på grunnlag av målinger av LAT og omgivelsestemperaturen, for eksempel ved å slå på og av driv-motoren 5 for kompressoren 6 til denne kjølekretsen 4.

På denne måten kan man sikre at LAT eller duggpunktet alltid ligger mellom en forhåndsbestemt minimumsterskelverdi A og en maksimumsterskelverdi B.

Denne reguleringen blir, i henhold til oppfinnelsen, ikke bare benyttet ved tørking av luften, men også under periodene hvor ingen luft som skal tørkes blir tilført og kjølekretsen 4 i teorien kan bli slått av, slik tilfellet er med de kjente kjøletørkere.

Spesielt blir fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen i det minste benyttet når ingen gass som skal tørkes blir tilført, og ved behov også når gass som skal tørkes blir tilført. For dette blir temperaturen eller duggpunktet målt i nærheten av det sted hvor temperaturen til gassen som skal tørkes er lavest ved kjøletørking, og fortrinnsvis umiddelbart etter den sekundære delen av varmeveksleren 2.

Fortrinnsvis blir en eller begge av ovennevnte terskelverdier A og/eller B regnet ut på grunnlag av en algoritme som er en funksjon av den målte omgivelsestemperatur Tamb.

Figur 2 viser skjematisk en mulig forbindelse mellom omgivelsestemperaturen Tamb og ovennevnte minimums- og maksimumsterskelverdier A, B, respektivt.

Slik det er vist, blir algoritmen til minimumsterkselverdien A fortrinnsvis dannet av en steppfunksjon som, når omgivelsestemperaturen er mindre enn en første satt verdi Ta, er konstant, og i dette tilfellet beløper seg til praktisk talt 4°C, for å forhindre frysing av fordamperen 3.

Når omgivelsestemperaturen Tamb er høyere enn en andre satt verdi Tb, som er høyere enn ovennevnte første satte verdi Ta, idet den ovennevnte steppfunksjonen være konstant så vel i dette tilfellet.

Mellom de ovennevnte satte verdiene Ta og Tb har den ovennevnte steppfunksjonen til algoritmen for minimumsterskelverdien A et stigende forløp som i dette tilfellet, men ikke nødvendigvis, er lineært, og som også fortrinnsvis er slik at differansen mellom omgivelsestemperaturen og den utregnede minimumsterskelverdien A er konstant og fortrinnsvis beløper seg til minst 10°C.

I dette tilfellet dannes algoritmen for maksimumsterskelverdien B også av en steppfunksjon som har en større verdi enn steppfunksjonen til ovennevnte minimumsterskelverdi A ved enhver verdi for omgivelsestemperaturen Tamb, og som, når omgivelsestemperaturen Tamb er mindre enn en første satt verdi Tc, er konstant.

Den første satte verdien Tc til steppfunksjonen til maksimumsterskelverdien B sammenfaller i dette tilfellet med ovennevnte første satte verdi Ta til steppfunksjonen for minimumsterskelverdien A, men dette kreves ikke i henhold til oppfinnelsen.

Så snart en omgivelsestemperatur Tamb er høyere enn en andre satt verdi Td, vil ovennevnte steppfunksjon for maksimumsterskelverdien B være konstant også i dette tilfellet, men den kan også ha et annet forløp i henhold til oppfinnelsen.

Mellom de ovennevnte satte verdier Tc og Td har ovennevnte steppfunksjon for algoritmen til maksimumsterskelverdien B også et stigende forløp, som i dette tilfellet, men ikke nødvendigvis, er lineært, og som fortrinnsvis også er slik at dens forløp er brattere enn forløpet for ovennevnte stigende funksjon for minimumsterskelverdien A.

Formålet med ovennevnte maksimumsterskelverdi B består i å unngå at LAT blir for høy, som et resultat av hvilket luften ikke ville bli tilstrekkelig kjølt, og som et resultat av hvilket ikke nok fuktighet ville kondensere for å være i stand til å tørke luften.

Fortrinnsvis, i henhold til oppfinnelsen, er det slik at mens anordningen 1 for kjøle-tørking er i operasjon, blir den målte verdien for LAT kontinuerlig sammenliknet av ovennevnte styringsmiddel 14 eller sammenliknet i visse, enten regelmessige eller uregelmessige, intervaller med ovennevnte minimumsterskelverdi A og maksimumsterskelverdi B.

Når LAT midlertidig faller under minimumsterskelverdien A vil ovennevnte styringsinnretning 14 slå av kjølekretsen 4 ved å slå av motoren 5 som driver kompressoren 6 til denne kjølekretsen 4, slik at temperaturen i ovennevnte varmeveksler 7 stiger, og at LAT også vil stige igjen.

Når den målte LAT stiger over maksimumsterskelverdien B blir kjølekretsen 4 slått på igjen, ettersom motoren 5 som driver kompressoren 6 til denne kjølekretsen 4 blir slått på igjen, som et resultat av hvilket temperaturen i fordamperen 3 faller, og at LAT også faller igjen.

Siden kjølekretsen 4 bare blir slått på når dette kreves vil en fremgangsmåte for kjøle-tørking i henhold til oppfinnelsen hjelpe til å spare energi.

Ved å slå kjølekretsen 4 på igjen i rett tid, sikrer man også at varmeveksleren 2 ikke varmes opp, slik at når trykklufttilførselen blir belastet igjen, for eksempel etter et avbrudd, kan det ikke bli noen temperatur- og duggpunkttopper i trykkluften som blir tatt av.

Arbeidet til kjølekretsen 4 er allerede kjent som sådan, og det er som følger:

I kondensatoren 7 blir kjølefluid i gassform som blir varmet opp ved hjelp av kompre-sjon i kompressoren 6 avkjølt inntil det blir flytende. For å lede ut varmen til miljøet kan det for eksempel gjøres bruk av en vifte eller et kjølemedium, som ikke er vist i figuren, slik som for eksempel svann.

Takket være ekspansjonsventilen 8 ekspanderer det flytende kjølefluidet til et konstant fordampertrykk, som selvfølgelig medfører et temperaturfall.

Ved å anvende en termostatekspansjonsventil 8 vil det alltid være overheting etter fordamperen 3, slik at det ikke er noen fare for at kjølefluid kommer inn i kompressoren 6, og, som en konsekvens, er det ikke noe behov for en væskeseparator i kjølekretsen 4.

Nevnte overheting blir målt på den kjente måten ved å avlede temperaturen målt av kolben 14 fra fordampertemperaturen, i dette tilfellet målt etter fordamperen 3. Denne differansen blir sammenliknet med en satt verdi ved hjelp av ekspansjonsventilen 8, og i tilfelle en differanse vil ekspansjonsventilen 8 justere seg ved å åpne eller lukke.

I henhold til oppfinnelsen er det ikke utelukket at en vifte tar seg av varmeavledningen fra kondensatoren 7, ved også å startes og stoppes av ovennevnte styringsmiddel 14, som en funksjon av målingene av omgivelsestemperaturen Tamb og LAT eller duggpunktet, slik at energi kan bli spart også her.

Fortrinnsvis blir, etter at den ovennevnte kjølekretsen 4 er blitt slått av, et visst minimums tidsintervall tatt i betraktning før kjølekretsen 4 kan bli startet igjen. Det unngås således at ovennevnte motor 5, som for eksempel kan realiseres som en elektrisk motor, vil bli overbelastet grunnet varmeakkumulering i viklingene.

I stedet for fuktig luft kan annen gass enn luft som inneholder vanndamp bli tørket på samme måte og med den samme anordningen. LAT er da den laveste gasstemperaturen.

Den foreliggende oppfinnelse er på ingen måte begrenset til fremgangsmåten beskrevet som et eksempel; motsatt kan en slik forbedret fremgangsmåte i henhold til oppfinnelsen for kjøletørking bli realisert på mange ulike måter og allikevel forbli innenfor omfanget av oppfinnelsen.

Claims (8)

1. Fremgangsmåte for kjøletørking av gass, spesielt luft som inneholder vanndamp, hvor denne gassen blir ledet gjennom den sekundære delen av en varmeveksler (2) hvis primære del er fordamperen (3) til en kjølekrets (4) som også innbefatter en kompressor (6) som blir drevet av en motor (5); en kondensator (7); et ekspansjonsmiddel (8) mellom utløpet av kondensatoren (7) og innløpet til ovennevnte fordamper (3),karakterisert vedat den består i å måle omgivelsestemperaturen (Tamb), i det minste når ingen gass som skal tørkes blir tilført, så vel som temperaturen eller duggpunktet i nærheten av stedet hvor temperaturen til gassen som skal tørkes er den laveste ved kjøletørking, og å slå kjølekretsen (4) på og av på grunnlag av disse målingene for alltid å bibeholde den laveste gasstemperaturen (LAT) eller duggpunktet mellom en forhåndsbestemt minimums- og maksimumsterskelverdi (A, B, respektivt), og hvor en eller begge de ovennevnte forhåndsbestemte terskelverdier (A og B) blir regnet ut på grunnlag av en algoritme som er en funksjon av den målte omgivelsestemperaturen (Tamb), algoritmen til minimumsterskelverdien (A) som en funksjon av omgivelsestemperaturen er dannet av en steppfunksjon med en konstant verdi når den målte omgivelsestemperatur (Tamb) er mindre enn en første satt verdi (Ta); en høyere konstant verdi for en omgivelsestemperatur (Tamb) større enn en andre satt verdi (Tb) som er større enn ovennevnte første sett verdi (Ta); og en stigende funksjon mellom disse satte verdier (Ta og Tb), algoritmen til maksimumsterskelverdien (B) som en funksjon av omgivelsestemperaturen (Tamb) er dannet av en steppfunksjon med en konstant verdi når den målte omgivelsestemperaturen (Tamb) er mindre enn en første satte verdi (Tc); en høyere konstant verdi for en omgivelsestemperatur (Tamb) er større enn en andre satte verdi (Td) som er større enn den første satte verdien (Tc); og en stigende funksjon mellom disse satte verdier (Tc og Td), forløpet for ovennevnte stigende funksjon for maksimumsterskelverdien (B) er brattere enn forløpet for ovennevnte stigende funksjon for minimumsterskelverdien (A).

2. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat gassen som skal tørkes kommer fra en kompressor og at omgivelsestemperaturen (Tamb) blir målt når innløpet til denne kompressoren.

3. Fremgangsmåte i henhold til krav 1 eller 2,karakterisertv e d at den laveste gasstemperaturen (LAT) eller duggpunktet til gassen som skal tørkes blir målt nær utløpet av den andre delen av ovennevnte varmeveksler (2).

4. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat ovennevnte stigende funksjon for minimumsterskelverdien (A) er lineær.

5. Fremgangsmåte i henhold til krav 4,karakterisert vedat ovennevnte lineært stigende funksjon for minimumsterskelverdien (A) er slik at differansen mellom den målte omgivelsestemperaturen (Tamb) og denne utregnede minimumsterskelverdien (A) er konstant.

6. Fremgangsmåte i henhold til krav 5,karakterisert vedat mellom ovennevnte satte verdier (Ta og Tb), er differansen mellom omgivelsestemperaturen (Tamb) og den utregnede minimumsterskelverdien (A) minst 10° Celsius.

7. Fremgangsmåte i henhold til krav 1,karakterisert vedat ovennevnte stigende funksjon for maksimumsterskelverdien (B) er lineær.

8. Fremgangsmåte i henhold til et hvilket som helst av de foregående krav,karakterisert vedat, fortrinnsvis etter ovennevnte kjølekrets (4) er blitt slått av, blir et visst minimums tidsintervall tatt i betraktning før den kan bli startet igjen.