<Desc/Clms Page number 1>
Werkwijze en inrichting voor het koeldrogen.
Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het koeldrogen van gas dat waterdamp bevat, in het bijzonder lucht, waarbij dit gas door het secundaire gedeelte geleid wordt van een warmtewisselaar waarvan het primaire gedeelte de verdamper is van een koelcircuit dat tevens een compressor bevat, die aangedreven wordt door een elektrische motor, een condensor, een expansiemiddel tussen de uitgang van de condensor en de ingang van de verdamper, en waarbij de verdampertemperatuur of-druk gemeten wordt en voornoemd koelcircuit bestuurd wordt in functie van de gemeten verdampertemperatuur of-druk.
Dergelijke werkwijzen worden onder meer gebruikt om perslucht te drogen.
Perslucht die door een compressor wordt afgeleverd, is in de meeste gevallen verzadigd met waterdamp of bezit met andere woorden een relatieve vochtigheid van 100%. Dit betekent dat bij de geringste temperatuursdaling condensatie optreedt. Door het condenswater zal corrosie in leidingen en gereedschappen ontstaan en zullen de apparaten vroegtijdige slijtage vertonen.
Vandaar dat de perslucht gedroogd wordt, hetgeen op voornoemde manier door koeldrogen kan geschieden. Ook andere lucht dan perslucht of andere gassen kunnen op deze manier worden gedroogd.
Het koeldrogen is gebaseerd op het principe dat door
<Desc/Clms Page number 2>
verlaging van de temperatuur vocht uit de lucht of het gas condenseert waarna het condenswater in de vioeistofafscheider afgescheiden wordt en waarna de lucht of het gas opnieuw opgewarmd wordt waardoor deze lucht of dit gas niet langer verzadigd is. De warmte wordt in de verdamper afgevoerd door het koelcircuit.
Hetzelfde geldt voor ander gas dan lucht en telkens hierna naar lucht wordt verwezen, geldt hetzelfde ook voor ander gas dan lucht.
In de praktijk bestaat er een ISO norm die vastlegt welk het dauwpunt en de corresponderende laagste luchttemperatuur kan zijn bij referentie voorwaarden.
Om te vermijden dat de laagste luchttempertuur kleiner wordt dan 0 C. en dus de verdamper dichtvriest is een noodzakelijke voorwaarde dat de verdampertemperatuur hoger is dan 0 C.
Hiertoe wordt aan de ingang van de verdamper de temperatuur gemeten of, aangezien er voor een bepaalde koelvloeistof in het koelcircuit een vast verband is tussen de verdampertemperatuur en de verdamperdruk, wordt voor of na de verdamper de druk gemeten.
Het koelcircuit wordt dan zo bestuurd dat de verdampertemperatuur of verdamperdruk de gewenste waarde bezit en bijvoorbeeld de verdamperdruk overeenkomt met een temperatuur die enkele graden onder de vereiste laagste luchttemperatuur of LAT gelegen is maar toch niet onder 0 C gelegen is.
<Desc/Clms Page number 3>
Bij bekende werkwijzen voor het koeldrogen, wordt de met een constante frequentie aangedreven motor van de compressor van het koelcircuit in en uitgeschakeld in functie van de verdampertemperatuur. Indien deze verdamperdruk te laag daalt, wordt deze motor gestopt.
Komt de verdamperdruk vervolgens te hoog omdat het expansieventiel nog open is, dan wordt de motor opnieuw gestart.
Een dergelijke regeling laat toe dat als de belasting lager wordt dan de koelcapaciteit, de compressor afgeschakeld wordt, waardoor het energieverbruik daalt.
Het overschot aan koelcapaciteit wordt opgeslagen in een thermische massa. Deze regeling is evenwel zeer nadelig aangezien bij kleine belasting de compressor continu aanen uitgeschakeld wordt, terwijl ook de verdamperdruk en de dauwpunten sterk schommelen. Daarenboven moet de koeldroger vrij groot geconstrueerd worden.
Een andere mogelijkheid om de verdamperdruk te regelen, zou erin bestaan de verdamper groot genoeg te kiezen en door middel van een bypass hete gassen aan de uitgang van de compressor terug te voeren naar de ingang van de compressor.
Deze manier van regelen, biedt het nadeel dat, aangezien de compressormotor continu in werking is, ook bij geen of lage belasting het energieverbruik gelijk is aan het energieverbruik bij nominale beslasting daar de hoge en lage druk in het koelcircuit continu constant gehouden worden.
<Desc/Clms Page number 4>
De uitvinding heeft een werkwijze voor het koeldrogen als doel die voornoemde en andere nadelen niet vertoont en waarmee op een eenvoudige manier, zonder drukschommelingen in het koelcircuit en zonder grote slijtage van de compressor en zijn motor, een energiebesparing kan worden verkregen.
Dit doel wordt volgens de uitvinding verwezenlijkt doordat het toerental van de motor geregeld wordt in functie van de gemeten verdampertemperatuur of-druk zodanig dat de koelcapaciteit aangepast wordt aan de belasting maar zonder dat ijsvorming in de verdamper ontstaat.
In plaats van de motor in of uit te schakelen, wordt zijn snelheid aangepast. Door het verhogen van het toerental van de motor kan er meer massadebiet koelvloeistof rondgepompt worden en kan dus meer koelvermogen geleverd worden.
Bij voorkeur wordt het toerental van de motor geregeld door de frequentie van de voedingsstroom te wijzigen.
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding wordt de omgevingstemperatuur gemeten en wordt het toerental van de motor geregeld rekening houdend met de gemeten omgevingstemperatuur.
Bij hoge omgevingstemperaturen, waarbij de lucht of het gas ook relatief warm is en een meer vocht kan bevatten dan wanneer hij of het koud is, is het koelen ervan tot 3 C in de warmtewisselaar niet nodig om droge lucht te verkrijgen. Voornoemde koeldrogers vertonen dus een te
<Desc/Clms Page number 5>
hoog energieverbruik en vergen relatief grote en dure componenten om het koelvermogen te leveren. Door rekening te houden met deze omgevingstemperatuur kan het vereiste koelvermogen lager gehouden worden zodanig dat de koeldroger minder groot kan vervaardigd worden.
Bij voorkeur wordt het toerental van de motor van de compressor zodanig geregeld dat de laagste lucht-of gastemperatuur aan de uitgang van de verdamper 200C lager gelegen is dan de gemeten omgevingstemperatuur zonder evenwel onder 3 C te dalen.
Aangenomen wordt dat wanneer de uitgaande lucht of het uitgaande gas een relatieve vochtigheid van 50% bezit er geen gevaar meer is voor corrosie in leidingen en apparaten en door de voornoemde besturingsinrichting wordt gewaarborgd dat deze relatieve vochtigheid niet hoger is dan 50%.
De uitvinding heeft ook betrekking op een inrichting voor het koeldrogen of een koeldroger die bijzonder geschikt is voor het toepassen van de hiervoor beschreven werkwijze.
De uitvinding heeft in het bijzonder betrekking op een inrichting voor het koeldrogen, die een warmtewisselaar bezit waarvan het primaire gedeelte de verdamper is van een koelcircuit dat tevens een compressor bevat die aangedreven wordt door een elektrische motor, een condensor, een expansiemiddel tussen de uitgang van de condensor en de ingang van de verdamper, een besturingsinrichting om voornoemde motor te besturen en daaraan gekoppelde meetmiddelen om de verdampertemperatuur
<Desc/Clms Page number 6>
of-druk te meten, terwijl het secundaire gedeelte van de warmtewisselaar deel uitmaakt van een leiding voor het te drogen gas en aan de uitgang van deze warmtewisselaar in deze leiding een vloeistofafscheider opgesteld is,
waarbij de inrichting middelen bevat om het toerental van de motor te regelen terwijl de besturingsinrichting deze middelen bestuurt in functie van de door de meetmiddelen gemeten verdampertemperatuur of-druk.
Bij voorkeur bestaan de middelen om het toerental van de motor te regelen uit een frequentieomvormer.
In een bijzondere uitvoeringsvorm van de uitvinding bevat de koeldroger middelen om de omgevingstemperatuur te meten die eveneens aan de besturingsinrichting gekoppeld zijn en is deze besturingsinrichting zodanig dat ze de snelheid van de motor regelt zowel in functie van de door de meetmiddelen gemeten verdampertemperatuur of-druk als in functie van de door de middelen om de omgevingstemperatuur te meten gemeten temperatuur.
Met het inzicht de kenmerken van de uitvinding beter aan te tonen is hierna, als voorbeeld zonder enig beperkend karakter een voorkeurdragende uitvoeringsvorm van een koeldroger volgens de uitvinding beschreven met verwijzing naar de bijgaande tekening waarin een blokschema van een inrichting voor het koeldrogen volgens de uitvinding wordt weergegeven.
De inrichting voor het koeldrogen schematisch weergegeven in de figuur bevat in hoofdzaak een warmtewisselaar 1 waarvan het primaire gedeelte de verdamper 2 vormt van een
<Desc/Clms Page number 7>
koelcircuit 3 waarin achtereenvolgens ook een door een elektrische motor 4 aangedreven compressor 5, een condensor 6 en een expansieventiel 7 opgesteld zijn.
Dit koelcircuit is gevuld met koelfluldum, bijvoorbeeld freon 404a, waarvan de stromingszin door de pijl 8 is weergegeven.
Het secundaire gedeelte van de warmtewisselaar 1 maakt deel uit van de leiding 9 voor te drogen vochtige lucht waarvan de stromingszin door de pijl 10 aangeduid is.
Na de warmtewisselaar 1 en dus aan zijn uitgang is in de leiding 9 een vloeistofafscheider 11 opgesteld.
Eventueel kan deze leiding 9, voor ze de warmtewisselaar 1 bereikt, zieh met een gedeelte doorheen een voorkoeler of recuperatiewarmtewisselaar 12 uitstrekken en vervolgens, na de vloeistofafscheider 11, zich opnieuw doorheen de recuperatiewarmtewisselaar 12 uitstrekken, in tegenstroom met voornoemd gedeelte.
De warmtewisselaar 1 is een vloeistof-lucht warmtewisselaar en kan constructief een geheel vormen met de eventuele recuperatiewarmtewisselaar 12 die een luchtlucht warmtewisselaar is.
Het expansieventiel 7 is een thermostatisch ventiel waarvan het thermostatisch element door een koperen geleiding 13 gekoppeld is aan een kolfje of "bulb" 14 die aan de uitgang van de verdamper 2 op het koelcircuit 3 aangebracht is en gevuld is met hetzelfde koelmedium.
<Desc/Clms Page number 8>
In een niet in de figuur weergegeven variante is dit expansieventiel evenwel een elektronisch ventiel dat gekoppeld is aan een temperatuurmeter die op het uiteinde van de verdamper 2 of erna opgesteld is.
Bij kleine koeldrogers kan het expansieventiel 7 vervangen zijn door een capillair.
De compressor 5 is een volumetrische compressor die bij een zelfde toerental praktisch een zelfde volumedebiet levert, bijvoorbeeld een spiraalcompressor, terwijl de motor 4 een elektrische motor is waarvan het toerental door verandering van frequentie regelbaar is.
Deze motor 4 is dan ook gekoppeld aan een frequentieomvormer 15 die bestuurd wordt door een door een ingebouwde PID-regelaar 16 gevormde besturingsinrichting.
De frequentieomvormer 15 kan bijvoorbeeld de frequentie regelen tussen 0 en 400 Hz en vormt middelen om het toerental van de motor 4 te regelen.
De PID-regelaar 16 is in een eerste uitvoeringsvorm via een leiding 17 verbonden met meetmiddelen 18 om de verdamperdruk te meten, bijvoorbeeld een druktransmittor met een drukbereik van-l tot 12 bar die de druk omzet in een elektrisch signaal, in het bijzonder een stroom, die aan de ingang of de uitgang van de verdamper 2 is opgesteld, zoals in streeplijn in de figuur is weergegeven.
In een tweede uitvoeringsvorm is de PID-regelaar 16 via
<Desc/Clms Page number 9>
een leiding 19 verbonden met meetmiddelen 20 om de verdampertemperatuur te meten, bijvoorbeeld een thermokoppel in het koelcircuit 3, aan de ingang van de verdamper 2 en dus tussen deze verdamper 2 en het expansieventiel 7.
Er is immers voor een gegeven koelfluidum een vast verband tussen de verdampertemperatuur en de verdamperdruk. Hoe hoger de temperatuur, hoe hoger de druk. Dit verband is strikt genomen niet lineair, maar in het werkingsgebied, dit is tusen OOC en 25 C, is de afwijking van een lineaire in de praktijk te verwaarlozen.
In beide uitvoeringsvormen is de PID-regelaar 16 via een leiding 21 verbonden met middelen 22 om de omgevingstemperatuur te meten en die deze temperatuur omzetten in een elektrisch signaal, in het bijzonder een stroom.
De werking van de koeldroger is als volgt : De te drogen lucht wordt doorheen de leiding 9 en dus doorheen de warmtewisselaar 1 gevoerd, in tegenstroom met het koelflu dum in de verdamper 2 van het koelcircuit 3.
In deze warmtewisselaar 1 wordt de vochtige lucht afgekoeld waardoor condens gevormd wordt dat in de vloeistofafscheider 11 afgescheiden wordt.
De koude lucht die na deze vloeistofafscheider 11 minder vocht bevat maar toch een relatieve vochtigheid van 100% bezit, wordt in de recuperatiewarmtewisselaar 12
<Desc/Clms Page number 10>
opgewarmd, waardoor de relatieve vochtigheid daalt tot ongeveer 50%, terwijl de verse te drogen lucht in deze warmtewisselaar 12 reeds gedeeltelijk afgekoeld wordt alvorens aan de warmtewisselaar 1 toegevoegd te worden.
De lucht aan de uitgang van de recuperatiewisselaar 12 is dus droger dan aan de ingang van de warmtewisselaar 1.
Om het bevriezen van de verdamper 2 te vermijden, wordt de lucht in de warmtewisselaar 1 niet onder de 3 C, dit is de LAT bij lage omgevingstemperaturen, gekoeld.
Bij hogere omgevingstemperatuur mag de LAT hoger liggen en wordt gekoeld tot een LAT die 200C lager is dan de omgevingstemperatuur, en dus in elk geval niet lager dan 3 C.
Ligt de LAT te hoog dan wordt niet voldoende gekoeld en dus niet voldoende vocht gecondenseerd opdat de lucht voldoende gedroogd zou zijn.
Deze LAT ligt 2 tot 30C boven de werkelijke verdampertempertuur die door de meetmiddelen 20 wordt gemeten.
Aan voornoemde voorwaarden van LAT wordt voldaan door met behulp van de PID-regelaar 16 en de erdoor bestuurde frequentieomvormer 15 het toerental van de motor 4 te regelen in functie van de door de meetmiddelen 20 gemeten verdampertemperatuur, in de ene uitvoeringsvorm, of de door de meetmiddelen 18 gemeten verdamperdruk, in de andere uitvoeringsvorm.
<Desc/Clms Page number 11>
Het koelvermogen is gelijk aan het massadebiet koelfluidum dat in het koelcircuit 3 circuleert, vermenigvuldigd met het enthalpieverschil van de lucht voor en na de warmtewisselaar 1. Door verhoging van het toerental van de motor 4 kan de compressor 5 meer massadebiet rondpompen en kan dus bij hetzelfde enthalpieverschil meer vermogen geleverd worden.
Het massadebiet is het volumedebiet van de compressor 5 vermenigvuldigd met de dichtheid van het koelfluidum in de aanzuigtoestand die zelf afhankelijk is van de verdampertemperatuur en de oververhitting.
De PID-regelaar 16 stelt de gemeten temperatuur of druk bij door het toerental aan te passen zodat deze temperatuur enkele graden lager ligt dan voornoemde LAT, maar toch hoger dan OOC, respectievelijk de verdamperdruk bereikt wordt die overeenkomt met een temperatuur die enkele graden onder de LAT gelegen is en bijvoorbeeld gelijk is aan 1 C, waarbij voor freon R404a de verdamperdruk dan ongeveer 5, 2 bar effectief bedraagt.
Op deze manier wordt het koelvermogen aangepast aan de belasting.
Doordat door de middelen 22 ook de omgevingstemperatuur gemeten wordt, kan de eraan gekoppelde PID-regelaar 16 met deze temperatuur rekening houden.
Met behulp van de PID-regelaar 16 en de erdoor bestuurde frequentieomvormer 15 wordt het toerental van de motor 4 dan zo geregeld dat, zolang de omgevingstemperatuur laag is, en meer bepaald lager dan 23 C, aan voornoemde voorwaarde wordt voldaan en dus de LAT aan de uitgang van
<Desc/Clms Page number 12>
de verdamper 2 ongeveer 3 C bedraagt, maar bij hogere omgevingstemperatuur deze LAT 20 C lager is dan de door de
EMI12.1
r middelen 21 gemeten omgevingstemperatuur.
De verdamperdruk heeft een setpunt dat enkele graden lager ligt dan de gewenste LAT. De temperatuur verkregen door van de omgevingstemperatuur ongeveer 22 C af te trekken, kan als setpunt van de PID-regelaar 16 ingesteld worden.
Eventueel kan een minimum en een maximum setpunt in de PID-regelaar 16 vastgelegd worden, waarbij het minimum 1 C is. Bij het instellen van de PID-regelaar 16 kan dit setpunt bijvoorbeeld via een bedieningspaneel of via een analoge ingang aangepast worden.
De frequentie wordt bijvoorbeeld geregeld tussen 30 en 75 Hz.
De maximum belasting van de koeldrooginrichting is relatief klein, aangezien bij hogere omgevingstemperaturen de LAT hoger mag zijn dan 3 C, waardoor het koelvermogen daalt en dus de componenten goedkoper kunnen zijn en koelfluidum bespaard wordt.
In de condensor 6 wordt het in de compressor 5 door de compressie opgewarmde gasvormige koelfluidum afgekoeld tot in vloeibare vorm en om de warmte af te voeren naar de omgeving kan gebruik gemaakt worden van een ventilator of van koelwater.
Bij te hoge druk in de condensor 6 wordt de motor 4 automatisch uitgeschakeld.
<Desc/Clms Page number 13>
Na de condensor 6 kan het vloeibare koelfluidum eventueel in een vat opgevangen worden en/of verder gekoeld worden door een bijkomende warmtewisselaar.
Door het expansieventiel 7 wordt het vloeibare koelfluidum geexpandeerd tot een constante verdamperdruk, hetgeen uiteraard een temperatuursdaling met zich meebrengt Het expansieventiel 7 regelt enkel de oververhitting in de verdamper 2 en zorgt ervoor dat de verdamper 2 steeds optimaal benut is, maar kan niet gebruikt worden om de verdamperdruk of-temperatuur te besturen.
Door toepassing van een thermostatisch expansieventiel 7 is er altijd een oververhitting na de verdamper 2, waardoor er geen gevaar is voor koelvloeistof in de compressor 5 en een vloeistofafscheider in het koelcircuit 3 overbodig is en de hoeveelheid koelfluidum beperkt is.
Deze oververhitting wordt gemeten door de temperatuur gemeten door de bulb 14 af te trekken van de verdampertemperatuur gemeten, hetzij voor de verdamper 2 (interne egalisatie), hetzij na de verdamper (externe egalisatie). Dit verschil wordt door het expansieventiel 7 vergeleken met een ingestelde waarde en, bij afwijking, zal het expansieventiel 7 dit corrigeren door te openen of te sluiten.
De mate van oververhitting heeft een invloed op de LAT, maar er mag aangenomen worden dat door het expansieventiel 7 deze oververhitting nagenoeg constant gehouden wordt.
<Desc/Clms Page number 14>
Indien nodig kan door bijvoorbeeld een soort meester-slaaf regelkring met deze invloed van de oververhitting rekening gehouden worden. De slaaf-regelkring is de hiervoor beschreven regeling met de PID-regelaar 16, terwijl de meester-regelkring het setpunt van de verdamperdruk oftemperatuur zou kunnen bijregelen in functie van de werkelijke LAT en dus bijvoorbeeld het setpunt zou kunnen verlagen indien de LAT te hoog blijft omdat de oververhitting na de verdamper 2 te hoog is.
Alhoewel de verdamperdruk of-temperatuur door verandering van het toerental geregeld wordt, kan, voor het geval de belasting nul is, toch de mogelijkheid voorzien worden om de motor 4 volledig uit te schakelen, bijvoorbeeld door een thermostaatvoeler in de warmtewisselaar 1 te plaatsen die, als de temperatuur in de verdamper 2 toch nul graden wordt, de motor 4 uitschakelt en hem opnieuw start wanneer de temperatuur tot 3 C gestegen is.
De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven en in de hieraan toegevoegde tekening weergegeven uitvoeringsvormen, doch dergelijke werkwijze en inrichting voor het koeldrogen, kan in verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.
In het bijzonder kan de besturingsinrichting in plaats van een PID-regelaar 16 een andere regelaar bevatten, bijvoorbeeld een PI of P regelaar. Alhoewel het de voorkeur verdient ook met de omgevingstemperatuur rekening te houden onder meer om het vermogen van de inrichting te beperken, kan in een eenvoudiger uitvoering de regeling
<Desc/Clms Page number 15>
van het toerental van de motor 4 enkel in functie van de verdampertemperatuur of-druk gebeuren.
In plaats van vochtige lucht kan op dezelfde manier en met dezelfde inrichting ander gas dat waterdamp bevat dan lucht gedroogd worden. De LAT is dan de laagste gastemperatuur.
<Desc / Clms Page number 1>
Method and device for cooling drying.
This invention relates to a method of cooling drying gas containing water vapor, in particular air, wherein this gas is passed through the secondary part of a heat exchanger, the primary part of which is the evaporator of a cooling circuit which also contains a compressor, which is driven by an electric motor, a condenser, an expansion means between the condenser outlet and the evaporator inlet, the evaporator temperature or pressure being measured and the said refrigeration circuit being controlled in function of the evaporator temperature or pressure measured.
Such methods are used, inter alia, to dry compressed air.
Compressed air delivered by a compressor is in most cases saturated with water vapor or, in other words, it has a relative humidity of 100%. This means that condensation occurs at the slightest temperature drop. The condensation will cause corrosion in pipes and tools and the devices will show premature wear.
Hence, the compressed air is dried, which can be done by cooling in the aforementioned manner. Air other than compressed air or other gases can also be dried in this way.
Refrigeration drying is based on the principle that
<Desc / Clms Page number 2>
lowering the temperature condenses moisture from the air or gas, after which the condensation water in the liquid separator is separated and after which the air or gas is reheated so that this air or gas is no longer saturated. The heat in the evaporator is dissipated by the refrigeration circuit.
The same applies to gas other than air and whenever reference is made to air hereinafter, the same also applies to gas other than air.
In practice, there is an ISO standard that determines what the dew point and the corresponding lowest air temperature can be at reference conditions.
In order to prevent the lowest air temperature from falling below 0 ° C and thus freezing the evaporator, it is a necessary condition that the evaporator temperature is higher than 0 ° C.
For this purpose, the temperature is measured at the inlet of the evaporator or, since there is a fixed relationship between the evaporator temperature and the evaporator pressure for a particular refrigerant in the refrigerant circuit, the pressure is measured before or after the evaporator.
The cooling circuit is then controlled in such a way that the evaporator temperature or evaporator pressure has the desired value and, for example, the evaporator pressure corresponds to a temperature that is a few degrees below the required lowest air temperature or LAT, but is nevertheless not below 0 ° C.
<Desc / Clms Page number 3>
In known methods of refrigeration drying, the constant-frequency motor of the refrigeration circuit compressor is turned on and off in function of the evaporator temperature. If this evaporator pressure drops too low, this motor is stopped.
If the evaporator pressure then becomes too high because the expansion valve is still open, the engine will be restarted.
Such control allows if the load falls below the cooling capacity, the compressor is turned off, reducing energy consumption.
The surplus of cooling capacity is stored in a thermal mass. However, this control is very disadvantageous since the compressor is switched on and off continuously at a small load, while the evaporator pressure and dew points also fluctuate greatly. In addition, the refrigeration dryer must be constructed quite large.
Another possibility to control the evaporator pressure would be to select the evaporator large enough and return hot gases at the compressor outlet to the compressor inlet by means of a bypass.
This control method has the disadvantage that, since the compressor motor is in continuous operation, even with no or low load, the energy consumption is equal to the energy consumption at nominal load, since the high and low pressures in the refrigeration circuit are continuously kept constant.
<Desc / Clms Page number 4>
The object of the invention is a method of refrigeration drying which does not have the aforementioned and other disadvantages and with which energy savings can be obtained in a simple manner, without pressure fluctuations in the cooling circuit and without great wear of the compressor and its motor.
This object is achieved according to the invention in that the speed of the motor is controlled in function of the measured evaporator temperature or pressure such that the cooling capacity is adapted to the load, but without ice forming in the evaporator.
Instead of turning the engine on or off, its speed is adjusted. By increasing the speed of the engine, more mass flow of coolant can be pumped around and thus more cooling power can be supplied.
Preferably, the speed of the motor is controlled by changing the frequency of the supply current.
In a special embodiment of the invention, the ambient temperature is measured and the speed of the motor is regulated taking into account the measured ambient temperature.
At high ambient temperatures, where the air or gas is also relatively warm and may contain more moisture than when it is cold, cooling it to 3 ° C in the heat exchanger is not necessary to obtain dry air. The aforementioned refrigeration dryers thus show too much
<Desc / Clms Page number 5>
high energy consumption and require relatively large and expensive components to provide cooling power. By taking this ambient temperature into account, the required cooling capacity can be kept lower in such a way that the cooling dryer can be manufactured less large.
Preferably, the speed of the motor of the compressor is controlled such that the lowest air or gas temperature at the outlet of the evaporator is 200C lower than the measured ambient temperature without, however, falling below 3C.
It is assumed that when the outgoing air or the outgoing gas has a relative humidity of 50%, there is no longer a risk of corrosion in pipes and equipment and the aforementioned control device ensures that this relative humidity does not exceed 50%.
The invention also relates to an apparatus for refrigeration drying or a refrigeration dryer which is particularly suitable for applying the above-described method.
The invention relates in particular to a device for refrigeration drying, which has a heat exchanger, the primary part of which is the evaporator of a cooling circuit which also contains a compressor driven by an electric motor, a condenser, an expansion medium between the output of the condenser and the evaporator inlet, a control device for controlling said motor and associated measuring means for measuring the evaporator temperature
<Desc / Clms Page number 6>
or pressure, while the secondary part of the heat exchanger forms part of a pipe for the gas to be dried and a liquid separator is arranged in this pipe at the outlet of this heat exchanger,
the device comprising means for controlling the speed of the motor, while the control device controls these means in function of the evaporator temperature or pressure measured by the measuring means.
Preferably, the means for controlling the speed of the motor consist of a frequency converter.
In a special embodiment of the invention, the refrigeration dryer comprises means for measuring the ambient temperature which are also coupled to the control device and this control device is such that it controls the speed of the motor both in function of the evaporator temperature or pressure measured by the measuring means and in function of the temperature measured by the means for measuring the ambient temperature.
With the insight to better demonstrate the features of the invention, a preferred embodiment of a refrigeration dryer according to the invention is described below, by way of example without any limiting character, with reference to the accompanying drawing, in which a block diagram of a refrigeration drying device according to the invention is shown. displayed.
The refrigeration drying device shown schematically in the figure mainly comprises a heat exchanger 1, the primary part of which forms the evaporator 2 of a
<Desc / Clms Page number 7>
cooling circuit 3 in which a compressor 5 driven by an electric motor 4, a condenser 6 and an expansion valve 7 are successively arranged.
This cooling circuit is filled with cooling fluid, for example freon 404a, the flow sense of which is indicated by arrow 8.
The secondary part of the heat exchanger 1 forms part of the conduit 9 for moist air to be dried, the flow direction of which is indicated by the arrow 10.
After the heat exchanger 1 and thus at its outlet, a liquid separator 11 is arranged in the line 9.
Optionally, before it reaches the heat exchanger 1, this conduit 9 may extend in part through a pre-cooler or recuperation heat exchanger 12 and then, after the liquid separator 11, extend through the recuperation heat exchanger 12 again, in countercurrent with said portion.
The heat exchanger 1 is a liquid-air heat exchanger and can constructively form a whole with the optional recovery heat exchanger 12, which is an air-air heat exchanger.
The expansion valve 7 is a thermostatic valve, the thermostatic element of which is coupled by a copper conductor 13 to a bulb or "bulb" 14 which is arranged at the outlet of the evaporator 2 on the cooling circuit 3 and is filled with the same cooling medium.
<Desc / Clms Page number 8>
However, in a variant not shown in the figure, this expansion valve is an electronic valve which is coupled to a temperature meter which is arranged on the end of the evaporator 2 or after it.
With small refrigeration dryers, the expansion valve 7 can be replaced by a capillary.
The compressor 5 is a volumetric compressor which at the same speed delivers practically the same volume flow rate, for example a spiral compressor, while the motor 4 is an electric motor whose speed is adjustable by changing the frequency.
This motor 4 is therefore coupled to a frequency converter 15 which is controlled by a control device formed by a built-in PID controller 16.
For example, the frequency converter 15 can control the frequency between 0 and 400 Hz and forms means for controlling the speed of the motor 4.
In a first embodiment, the PID controller 16 is connected via a line 17 to measuring means 18 to measure the evaporator pressure, for example a pressure transmitter with a pressure range of -1 to 12 bar which converts the pressure into an electrical signal, in particular a current which is arranged at the inlet or the outlet of the evaporator 2, as shown in dashed line in the figure.
In a second embodiment, the PID controller 16 is via
<Desc / Clms Page number 9>
a conduit 19 connected to measuring means 20 for measuring the evaporator temperature, for example a thermocouple in the cooling circuit 3, at the inlet of the evaporator 2 and thus between this evaporator 2 and the expansion valve 7.
After all, for a given cooling fluid there is a fixed relationship between the evaporator temperature and the evaporator pressure. The higher the temperature, the higher the pressure. Strictly speaking, this relationship is not linear, but in the scope, which is between OOC and 25 C, the deviation from a linear is negligible in practice.
In both embodiments, the PID controller 16 is connected via a line 21 to means 22 for measuring the ambient temperature and converting this temperature into an electrical signal, in particular a current.
The operation of the refrigeration dryer is as follows: The air to be dried is passed through the pipe 9 and thus through the heat exchanger 1, in countercurrent with the refrigerant fluid in the evaporator 2 of the refrigeration circuit 3.
The moist air is cooled in this heat exchanger 1, so that condensation is formed which is separated in the liquid separator 11.
The cold air, which after this liquid separator 11 contains less moisture but still has a relative humidity of 100%, is placed in the recovery heat exchanger 12
<Desc / Clms Page number 10>
heated, causing the relative humidity to drop to about 50%, while the fresh air to be dried in this heat exchanger 12 is already partially cooled before being added to the heat exchanger 1.
The air at the outlet of the heat exchanger 12 is therefore drier than at the inlet of the heat exchanger 1.
To avoid freezing evaporator 2, the air in heat exchanger 1 is not cooled below 3 C, this is the LAT at low ambient temperatures.
At higher ambient temperature, the LAT may be higher and it is cooled to a LAT that is 200C lower than the ambient temperature, and therefore in any case not lower than 3 C.
If the LAT is too high, it will not be cooled sufficiently and therefore not enough moisture will be condensed for the air to dry sufficiently.
This LAT is 2 to 30C above the actual evaporator temperature measured by the measuring means 20.
The aforementioned conditions of LAT are met by controlling the speed of the motor 4 with the aid of the PID controller 16 and the frequency converter 15 controlled by it, in function of the evaporator temperature measured by the measuring means 20, in one embodiment, or the measuring means 18 measured evaporator pressure, in the other embodiment.
<Desc / Clms Page number 11>
The cooling capacity is equal to the mass flow of cooling fluid circulating in the cooling circuit 3 multiplied by the enthalpy difference of the air before and after the heat exchanger 1. By increasing the speed of the motor 4, the compressor 5 can pump more mass flow and thus at the same enthalpy difference more power to be delivered.
The mass flow rate is the volume flow rate of the compressor 5 multiplied by the density of the cooling fluid in the suction state, which itself depends on the evaporator temperature and superheat.
The PID controller 16 adjusts the measured temperature or pressure by adjusting the speed so that this temperature is a few degrees lower than the aforementioned LAT, yet higher than OOC, respectively the evaporator pressure is reached corresponding to a temperature a few degrees below the LAT and is, for example, equal to 1 C, where for freon R404a the evaporator pressure is then approximately 5.2 bar effective.
In this way, the cooling capacity is adapted to the load.
Since the ambient temperature is also measured by means 22, the associated PID controller 16 can take this temperature into account.
With the aid of the PID controller 16 and the frequency converter 15 controlled by it, the speed of the motor 4 is then regulated in such a way that, as long as the ambient temperature is low, and in particular lower than 23 C, the aforementioned condition is met and thus the LAT the exit from
<Desc / Clms Page number 12>
the evaporator 2 is about 3 C, but at a higher ambient temperature this LAT 20 C is lower than the temperature measured by the
EMI12.1
r means 21 measured ambient temperature.
The evaporator pressure has a set point a few degrees lower than the desired LAT. The temperature obtained by subtracting about 22 ° C from the ambient temperature can be set as the set point of the PID controller 16.
Optionally, a minimum and a maximum set point can be set in the PID controller 16, the minimum being 1 C. When setting the PID controller 16, this set point can be adjusted, for example, via a control panel or via an analog input.
For example, the frequency is controlled between 30 and 75 Hz.
The maximum load on the refrigeration dryer is relatively small, since at higher ambient temperatures the LAT may be higher than 3 ° C, which reduces the cooling capacity and thus allows the components to be cheaper and cooling fluid to be saved.
In the condenser 6, the gaseous cooling fluid heated by the compression in the compressor 5 is cooled to a liquid form, and a fan or cooling water can be used to dissipate the heat to the environment.
If the pressure in condenser 6 is too high, the motor 4 switches off automatically.
<Desc / Clms Page number 13>
After the condenser 6, the liquid cooling fluid can optionally be collected in a vessel and / or further cooled by an additional heat exchanger.
The expansion valve 7 expands the liquid cooling fluid to a constant evaporator pressure, which naturally entails a drop in temperature. The expansion valve 7 only controls the superheat in evaporator 2 and ensures that evaporator 2 is always used optimally, but cannot be used to control the evaporator pressure or temperature.
By using a thermostatic expansion valve 7, there is always an overheating after the evaporator 2, as a result of which there is no danger of cooling liquid in the compressor 5 and a liquid separator in the cooling circuit 3 is unnecessary and the amount of cooling fluid is limited.
This superheat is measured by subtracting the temperature measured by the bulb 14 from the evaporator temperature measured either before the evaporator 2 (internal equalization) or after the evaporator (external equalization). This difference is compared by the expansion valve 7 with a set value and, in case of deviation, the expansion valve 7 will correct this by opening or closing.
The degree of superheat has an influence on the LAT, but it can be assumed that the superheat valve 7 keeps this superheat almost constant.
<Desc / Clms Page number 14>
If necessary, this influence of overheating can be taken into account by, for example, a kind of master-slave control circuit. The slave control circuit is the previously described control with the PID controller 16, while the master control circuit could adjust the set point of the evaporator pressure or temperature in function of the actual LAT and thus, for example, reduce the set point if the LAT remains too high because the superheat after the evaporator 2 is too high.
Although the evaporator pressure or temperature is controlled by changing the speed, in case the load is zero, the possibility can still be provided to switch off the motor 4 completely, for example by placing a thermostat sensor in the heat exchanger 1 which, if the temperature in evaporator 2 nevertheless becomes zero degrees, switch off the motor 4 and restart it when the temperature has risen to 3 ° C.
The invention is in no way limited to the embodiments described above and shown in the appended drawing, but such a method and device for cooling drying can be realized in different variants without departing from the scope of the invention.
In particular, instead of a PID controller 16, the controller may contain another controller, for example a PI or P controller. Although it is preferable to also take the ambient temperature into account, among other things, in order to limit the power of the device, in a simpler embodiment the control can
<Desc / Clms Page number 15>
of the speed of the motor 4 only in function of the evaporator temperature or pressure.
Instead of moist air, in the same way and with the same device, other gas containing water vapor than air can be dried. The LAT is then the lowest gas temperature.