SE508282C2 - Kylsystem för luft och sätt att driva ett sådant system - Google Patents

Description

20 25 30 508 282 z Kylsystem med luft i ett kretslopp har liten kylkapacitet ijäniförelse med konventionella kyl- system, vilket är huvudskälet till att dessa har kommit till liten användning. För vissa applika- tioner, där konventionella kylsystem på grund av omgivningsskäl och andra orsaker ej är lämp- liga kan ett kylsystem med luft i ett kretslopp vara ett fördelaktigt alternativ. Den låga verk- ningsgraden hos ett sådant system gör det emellertid önskvärt med förbättringar i detta av- seende för att göra kylsystemet med luft i ett kretslopp mera konkurrenskrañigt, både för kylapplikationer, exempelvis luftkonditionering, och för applikationer med värmepump. Ända- målet med föreliggande uppfinning är därför att förbättra verkningsgraden hos ett kylsystem för luñ i ett kretslopp.

Detta har emåtts därigenom att ett kylsystem av det i ingressen till kravet 1 angivna slaget innefattar de kännetecken, som anges i kännetecknande delen av detta krav och att sättet för att driva ett sådant system innefattar kärmetecknen angivna i den kännetecknande delen av kravet 5.

Vid ett system av detta slag som används för luftkonditionering kommer en stor del av kyl- effekten for kylning av den komprimerade luñen innan denna når expandern att ha konsumerats for kondensationen av vattenånga innehållen i den från omgivningen inkommande luften. Som ett typiskt exempel kan nämnas att när inkommande luften har en temperatur av 40°C och en fuktighet av 70% och den kylande luften som lärnnar expandem har en tempe- ratur av 3°C och är mättad energin för kylningen av den komprimerade lufien kommer att uppgå till cirka 35 kJ/kg luft och energin för kondensering av vattenångan i luñen kommer att uppgå till cirka 80 kJ/kg luñ. Större delen av kyleiïekten blir således konsumerad för konden- seringen av vattnet i luften.

Genom anordnandet av den regenerativa torkaren i ledningama mellan kompressom och expandem kommer en stor del av effekten använd för kondensationen att sparas och kyl- systemets verkningsgrad att ökas avsevärt. Denna typ av torkare är känd för torkning av atmosfarisk eller komprimerad luft och utgör ingen del av uppfinningen.

I en föredragen utföringsform av uppfinningen sker både komprimeringen och expansionen i roterande skruvmaskiner varigenom ett särskilt etïektivt system ernås genom den höga volymetriska kapaciteten hos sådana maskiner. 10 15 20 25 30 3 508 282 Det är fördelaktigt att arrangera torkaren så, att vattnet adsorberas i två steg och att anordna värmeväxlama för kylning av luften före och efter varje steg och en lämplig torkare är av typen roterande torkare.

Dessa och andra fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen anges i beroendekraven.

Uppfinningen skall närmare förklaras i följande detaljerade beskrivning av en föredragen ut- föringsform av uppfinningen och med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka fig. 1 är ett blockschema visande fiinktionen hos ett kylsystem enligt uppfinningen och fig. 2 är en schematisk sektion efter linjen II-II i fig, 1.

Figur 1 visar schematiskt systemet enligt uppfinningen vid en applikation för producering av kall, torr luft för luftkonditionering. En roterande skruvkompressor l mottager atmosfarisk luft genom en inloppsledning 8 och avger den komprimerade luften till en utloppsledning 9 vid ett förhöjt tryck, vanligen cirka 3 bar och med en på grund av kompressionen förhöjd temperatur.

Luften strömmar därefter genom ledningar 9-15 till en roterande skruvexpander 2, i vilken luften expanderar till ett tryck omedelbart över kompressoms inloppstryck och avgår från expandem 2 till en leveransledning 16.

Mellan kompressor 1 och expandem 2 är medel anordnade för kylning av luften och för avlägsnande av vatten så att luften som når expandem 2 kommer att ha obetydligt högre temperatur än vid kompressoms inlopp. Efter expansionen kommer temperaturen hos luften att bli avsevärt lägre och kan användas för kylningsändamål. Medlen för kylning och vatten- avskiljning består av en första 3, en andra 4 och en tredje 5 värmeväxlare, som kyler luften, en vattenavskiljare 6 ansluten till den första värmeväxlaren 3 och en regenerativ torkare 7.

Den heta lufien från kompressom 1 strömmar genom ledningen 9, en regenereringssektion A hos torkaren 7 och ledningen 10 till en första värmeväxlare 3, i vilken luften kyles.

En vattenavskiljare 6 är ansluten till den första väimeväxlaren 3 för avlägsnande av vatten i luften, vilket vatten har kondenserats genom kylningen i värmeväxlaren 3. Därefter strömmar luften genom ledningen ll till en andra sektion B hos torkaren 7, i vilken torkarens vattenadsorberande organ adsorberar vattenånga fi-ån luften och därigenom minskar dess fuktighet. Luften som avgår från den andra sektionen B hos torkaren 7 passerar sedan en andra 10 15 20 25 30 508 282 4 värrneväxlare 4 for ytterligare sänkning av luñtemperaturen och leds därefter genom ledningen 13 till en tredje sektion C hos torkaren 7, där ytterligare ånga kan adsorberas genom kylningen i värmeväxlaren 4. När luften har lämnat sektionen C hos torkaren 7 strömmar den via en tredje värmeväxlare 5 for ytterligare kylning till expandern 2. Genom torkningen av luñen i sektionerna B och C hos torkaren är fuktigheten mycket låg hos luñen som når expandem och representerar en daggtemperatur av cirka -20°C. Lufiens temperaturfall under expansionen kommer därfor inte att kondensera något vatten och luften kan levereras for kylning utan risk for kondensering på avlämnarsidan.

Den regenerativa torkaren 7 är av roterande typ driven av en elektrisk motor 17 omkring en axel 21 med en hastighet av 5-10 varv per minut. Ett väsentligen cylindrislct rotororgan 18 är kapabelt att adsorbera vatten och roteras av motorn 17 i ett hus 19, som tätande samverkar med rotom 18, vilket hus 19 är forsett med öppningar anslutna till luftledningar. Torkare av denna typ är tillgängliga på marknaden. Rotororganet hos en sådan torkare är vanligen upp- byggt av glasfiberforstärkt papper i ett vaxkakemönster, som är impregnerat med kiselgel som aktivt material.

Figur 2 visar schematiskt torkaren 7 sedd eñer linjen Il-II i fig. 1. Var och en av de tre suv. ~ formade sektionerna A, B, C är avgränsad av ett tätningselement (en visat) anbragt pà how' och i kontakt med en ände av rotororganet längs en sluten kurva, vilka slutna kurvor rcpr vw' teras av de skuggade ytoma på ritningen. I det tre sektionema är anslutningarna till ledningarna 9, 12 och 13 markerade av ändvyer av pilsymboler illustrerande inlopp respektive utlopp Det torde noteras att anslutningarna av ledningama 9, 12 och 13 till sektionema A, B, C befinner sig ovanfor ritningsplanet och mynnar i motsvarande skuggade utrymmen riktade mot rotor- organet, så att luften tillfors helt till varje sektion.

När rotororganet 18 roteras kommer varje del därav att passera de tre sektionema A, B, C begränsade av tätningselementen på vardera änden av rotom 18, och varje sektion kommuni- cerar med ett inlopp på ena sidan och ett utlopp på motsatta sidan. I sektionen B kommer rotororganet 18 att adsorbera ånga från lufien som passerar från ledningen 11 till ledningen 12 och i sektionen C ånga från lufien passerande från ledningen 13 till ledningen 14, vilken ånga kondenserar när den adsorberas rotororganet. När rotororganet med det kondenserade vattnet når sektion A kommer det i kontakt med den heta komprimerade luften från kompressom, som har låg fuktighet, så att det adsorberade vattnet kommer att forångas och strömma med luflen 10 5 508 282 genom ledningen 10 till den kylande vänneväxlaren 3. Huvuddelen av denna vattenånga och vattenångan i den inkommande lvuñen kondenseras genom kylningen och avlägsnas genom vattenavskiljaren 6. Rotororganet regenereras därigenom när det passerar sektion A och kommer därigenom att kunna adsorbera vatten när det når fi-am till sektionen B och sektionen C nästa gång.

Genom användningen av den regenerativa värmeväxlaren i kylsystemet for luft i ett kretslopp har den erforderliga kyleffekten för kylning av den komprimerade luflen fore expansionen reducerats till mindre än en tredjedel till priset av en i det närmaste fórsumbara effekten for drivning av torkaren.

Claims (1)

1. 0 15 20 25 30 35 508 282 6 Patentkrav: Kylsystem for luft i ett kretslopp omfattande - kompressororgan (1) for komprimering av lufi, - expanderorgan (2) for expandering av nämnda komprimerade lufi, - ledningsorgan (9-15) for ledning av nämnda komprimerade luft från nämnda kompressororgan (1) till nämnda expanderorgan (2), - värmeväxlarorgan (3, 4, 5) i värmeväxlande förhållande med nämnda lednings- organ (9-15) for avlägsnande av värme från nämnda komprimerade luft, vilka värmeväxlarorgan (3, 4, 5) innefattar en första värmeväxlare (3 ), och vattenavskiljarorgan (6) avskiljande vatten från nämnda komprimerade luft, varvid nämnda ledningsorgan är försett med en regeneragtiv torkare (7), som innefattar ett vattenadsorberande organ (18) och ett växlingsorgan (17) som är anordnat att åstadkomma kontakt mellan nämnda komprimerade luft och åtminstone en del av nämnda vattenadsorberande organ (18) vid åtminstone två ställen (A, B, C) hos nämnda ledningsorgan (9-15), nämligen ett forsta ställe (A) beläget uppströms nämnda forsta värmeväxlare (3) och nämnda vattenavskiljarorgan (6) och ett andra ställe (B) beläget nedströms nämnda forsta värmeväxlare (3) och nämnda vattenavskiljarorgan (6), k ä n n e t e c k n a t d ä r a v, att nämnda värmeväxlarorgan (3, 4, 5) ytterligare innefattar en andra (4) och en tredje värrneväxlare (5) nedströms nämnda andra ställe (B) och att nämnda växlingsorgan ( 17) åstadkommer kontakt mellan nämnda komprimerade lufi och nämnda adsorberande organ (18) vid ett tredje ställe (C) beläget nedströms nämnda andra (4) värmeväxlare men uppströms nämnda tredje (5) värmeväxlare. Kylsystem enligt krav 1, varvid åtminstone ett av nämnda kompressororgan (1) och nämnda expanderorgan (2) innefattar en roterande skruvrnaskin. Kylsystem enligt krav 1 eller 2, varvid nämnda tmrkare (7) är av roterande typ, nämnda växlingsorgan (17) är ett roterande drivorgan, nämnda vattenadsorberande organ (18) bildar ett väsentligen cylindriskt organ genom vilket den komprimerade lufien passerar, vilket organ roterar i ett hus (19) som bildar åtminstone två separata sektorformade sektioner med en sektion i vart och ett av nämnda ställen (A, B, C). 10 15 20 508 282 Sätt att driva ett kylsystem for lufi i ett kretslopp av en typ innefattande - kompressororgan (1) for komprimering av luft, - expanderorgan (2) for expandering av nämnda komprimerade luft, - ledningsorgan (9-15) for ledning av nämnda komprimerade luft från nänmda kompressororgan (1) till nämnda expanderorgan (2), - värmeväxlarorgan (3, 4, 5) i värmeväxlande förhållande med nämnda lednings- organ (9-15) for avlägsnande av värme från nämnda komprimerade lufi, vilka värmeväxlarorgan (3, 4, 5) innefattar en forsta värmeväxlare (3 ), och - vattenavskiljarorgan (6) avskiljande vatten från nämnda komprimerade luñ, varvid nämnda komprimerade luft torkas regenejativt genom att altemativt bringas i kontakt med åtminstone en del av vattenadsorberande organ (18) vid åtminstone två ställen (A, B, C) nämligen ett forsta ställe (A) innan nämnda komprimerade lufl har nått nämnda forsta värrneväxlare (3) och nämnda vattenavskiljarorgan (6), och ett andra ställe (B) eñer det nämnda komprimerade luft har lämnat nämnda forsta vänne- växlare (3) och nämnda vattenavskiljarorgan (6), k ä n n e t e c k n at d ä r a v, att efier nämnda forsta värmeväxlare (3) och nämnda vattenavskiljande organ (6) den komprimerade luften leds genom en andra (4) och en tredje värmeväxlare (5) nedströms nämnda andra ställe (B) och att den komprimerade lufien bringas i kontakt med nämnda adsorberande organ (18) vid ett tredje ställe (C) beläget nedströms nämnda andra (4) värmeväxlare men uppströms nämnda tredje (5) värmeväxlare.