УСТРОЙСТВО И СПОСОБ ДЛЯ ОСУШКИ ГАЗА ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 2014 года по МПК B01D53/26 

Изобретение относится к устройству и способу для осушки газа охлаждением.

Осушка охлаждением применяется, например, для компрессоров, которые подают нагретый сжатый газ, часто насыщенный водой.

Сжатый в компрессоре газ перед подачей в пневматическое оборудование, прежде всего, должен быть осушен, поскольку содержащаяся в газе влага может быть вредной для единиц оборудования и инструментов, входящих в состав пневматического оборудования, так как влага может привести к коррозии или накапливанию воды в пневмоинструментах, которые не рассчитаны на использование в таких условиях.

Осушка охлаждением основана на том принципе, что при охлаждении газа, который насыщен или частично насыщен водой, из него удаляется влага, поскольку она конденсируется, и сконденсированная вода удаляется, после чего газ вновь нагревают, при этом газ больше не насыщается влагой и, таким образом, остается осушенным.

Для осушки охлаждением используют устройство, которое состоит, главным образом, из замкнутого контура охлаждения, содержащего хладагент, который может циркулировать по замкнутому контуру с помощью компрессора, и который, кроме того, содержит расположенные последовательно в направлении течения хладагента конденсатор, соединенный с выходом компрессора, а также средство расширения потока, за которым размещен испаритель, подсоединенный к входу вышеупомянутого компрессора, при этом испаритель образует первую (основную) часть теплообменника, содержащего также вторую часть, через которую направляют осушаемый газ.

В результате испарения хладагента в испарителе, или, таким образом, в первой части теплообменника, как известно, из осушаемого газа, проходящего также через вторую часть, отводится теплота, и в результате этот осушаемый газ охлаждается и после удаления образовавшегося конденсата вновь нагревается.

Такое устройство рассчитано на работу при номинальной нагрузке для осушки газа с расчетным расходом.

В режиме без нагрузки, другими словами, когда осушаемый газ через теплообменник не проходит, холодопроизводительность контура охлаждения слишком высокая, так что в испарителе или после испарителя может происходить намораживание, которое непременно должно быть предотвращено.

Кроме того, находящийся в контуре охлаждения хладагент непрерывно циркулирует по контуру, при этом охлаждающая способность контура охлаждения полезно, т.е. для осушки газа, не используется, в результате чего теряется большое количество подведенной энергии.

Известное решение этой проблемы заключается в использовании в замкнутом контуре охлаждения перепускного клапана, который, закрыт в одном случае, если устройство нагружено, или другими словами, когда осушаемый газ проходит через теплообменник и, открыт в другом случае, когда устройство не нагружено и, следовательно, осушаемый газ через теплообменник не проходит.

В режимах с нагрузкой обводной трубопровод, таким образом, не используется, поскольку в этом случае он закрыт, и в результате контур охлаждения работает с полной холодопроизводительностью, так как весь поток хладагента, который сжимается компрессором, направляется также через конденсатор и средство расширения, которые вместе обеспечивают значительное охлаждение хладагента, и поскольку этот полный расход холодного хладагента проходит также через испаритель теплообменника для охлаждения осушаемого газа.

С другой стороны, в режиме без нагрузки открытый клапан обеспечивает байпасирование компрессора, и в результате этого, по меньшей мере, часть хладагента, сжатого в компрессоре, через конденсатор и средство расширения потока не проходит, и, следовательно, эта часть хладагента не охлаждается за счет расширения. Поэтому в испарителе охлаждение происходит в меньшей степени, и, таким образом, существует много меньшая опасность намораживания в испарителе или ниже по потоку от испарителя.

Здесь ниже по потоку или выше по потоку считается в направлении течения хладагента в замкнутом контуре циркуляции хладагента.

В качестве перепускного клапана, который может выполнять вышеуказанные функции, как известно, используется тип клапана, известный под названием «байпас горячего газа» (HGBP), и, в частности, такой тип клапана является перепускным клапаном, управляемым давлением и содержащим рабочий элемент клапана, который удерживается в закрытом положении под действием пружинного элемента с тем, чтобы перекрывать обводной трубопровод. Кроме того, клапан снабжен элементом, чувствительным к давлению, который оказывает воздействие на вышеупомянутый рабочий элемент клапана и под действием достаточного перепада давления может открыть клапан, преодолевая силу упругости пружины.

В известных устройствах на чувствительный к давлению элемент действует управляющее давление, отбор которого производится через внутреннюю трубку управляющего давления из точки, находящейся в контуре ниже по потоку от испарителя, более конкретно, в том месте, где обводной трубопровод введен в контур охлаждения.

Когда в таком устройстве происходит переход от режима без нагрузки к режиму с нагрузкой вследствие быстрого начала движения осушаемого газа через теплообменник, температура в испарителе возрастает за счет передачи теплоты от осушаемого газа к более холодному хладагенту в испарителе, при этом в испарителе испаряется большее количество хладагента, что повышает давление в испарителе и, кроме того, ниже по потоку от испарителя. Это повышение давления воспринимается перепускным клапаном, который будет закрываться, если повышение давления будет достаточным.

Особенностью регулировочной характеристики клапана HGBP является заданное различие управляющего давления между режимом без нагрузки и режимом с нагрузкой, что в известных устройствах в режиме с нагрузкой приводит к относительно высокому давлению хладагента на выходе испарителя. В самом испарителе давление еще выше, так как при прохождении хладагента через испаритель имеют место гидравлические потери трения.

Поскольку хладагент в замкнутом контуре охлаждения находится в области двухфазного состояния, существует совершенно определенное соотношение между давлением и температурой хладагента: более высокое давление в испарителе означает также более высокую температуру в испарителе.

Связанный с этим недостаток заключается в том, что осушаемый газ не охлаждается в испарителе оптимально для осушки, и в результате на выходе из вспомогательной части теплообменника достигается более высокая температура точки росы под давлением. В этой связи задача заключается в достижении на этом выходе наиболее низкой возможной температуры (наиболее низкая температура осушаемого газа называется также LAT или «самая низкая температура воздуха», хотя термин LAT используется также для газов, отличающихся от воздуха) и соответствующей точки росы под давлением газа для эффективной осушки.

Задача настоящего изобретения заключается в устранении одного или более из вышеупомянутых и/или других недостатков за счет использования устройства для осушки газа охлаждением, которое состоит, главным образом, из замкнутого контура охлаждения, содержащего хладагент, который может циркулировать по контуру с помощью компрессора, и, кроме того, устройство содержит последовательно расположенные по ходу движения хладагента конденсатор, соединенный с выходом компрессора, и средство расширения, за которым размещен испаритель, соединенный с входом вышеупомянутого компрессора, при этом испаритель образует первую (основную) часть теплообменника, содержащего также вторую часть, через которую направляют осушаемый газ; в замкнутом контуре охлаждения имеется обводной трубопровод, который может быть перекрыт с помощью перепускного клапана, содержащего рабочий элемент клапана, удерживаемый в закрытом положении под действием пружинного элемента, и чувствительный к давлению элемент, который воздействует на рабочий элемент клапана и на который через трубку управляющего давления воздействует локальное управляющее давление в контуре, действующее в точке подсоединения трубки управляющего давления к контуру; указанная трубка управляющего давления подключена к замкнутому контуру охлаждения выше по ходу движения потока от выхода испарителя.

За счет подсоединения трубки управляющего давления в точке контура охлаждения, находящейся выше по потоку от выхода испарителя, например в испарителе или выше по потоку от испарителя, вместо ее подключения, как в известных устройствах, ниже по потоку, в предлагаемом устройстве, которое в остальном является идентичным, достигается ряд важных преимуществ.

Одно из преимуществ заключается в том, что при функционировании устройства для осушки охлаждением в режиме с нагрузкой давление и температура хладагента в испарителе и на его выходе меньше, чем при известном подключении трубки управляющего давления ниже по потоку, и поэтому осушаемый газ может быть охлажден более интенсивно до температуры точки росы под давлением, и из осушаемого газа за счет конденсации может быть удалено большее количество жидкости с достижением в результате более эффективной осушки газа.

Связанное с этим преимущество заключается в том, что для осушки газа с заданным расходом и определенной желаемой самой низкой температурой воздуха (LAT) на выходе из второй части теплообменника может быть достаточным теплообменник с меньшими размерами и более компактный, или при заданных размерах теплообменника газ при одинаковом расходе может быть охлажден до более низкой LAT.

Другое преимущество заключается в том, что в процессе перехода от режима без нагрузки к режиму с нагрузкой температура точки росы под давлением увеличивается лишь незначительно, и в случае изменения нагрузки точка росы под давлением изменяется в меньшей степени и, таким образом, остается в большей степени постоянной.

В предпочтительном варианте осуществления в контуре охлаждения выше по потоку от испарителя может быть установлен дополнительный дроссельный вентиль, в частности, между испарителем и точкой, находящейся выше по потоку от испарителя, где к контуру охлаждения подсоединена трубка управляющего давления.

Это создает выгодный эффект, который проявляется в том, что среднее давление в испарителе и на выходе из испарителя в режиме с нагрузкой будет возрастать еще больше и приблизится к давлению в ненагруженном состоянии так, что вышеуказанные преимущества увеличиваются.

Изобретение относится также к способу осушки газа охлаждением с использованием устройства, которое состоит, главным образом, из замкнутого контура циркуляции, содержащего охладитель, циркулирующий в контуре охлаждения с помощью компрессора, и, кроме того, последовательно размещенные в направлении движения хладагента конденсатор, соединенный с выходом компрессора, и средство расширения, за которым расположен испаритель, соединенный с входом вышеупомянутого компрессора, при этом испаритель образует первую часть теплообменника, содержащего также вторую часть, через которую направляется осушаемый газ, и, кроме того, в контуре охлаждения имеется обводной трубопровод, который может быть перекрыт с помощью перепускного клапана, содержащего рабочий элемент, который удерживается в закрытом положении под действием пружинного элемента, в котором при переходе устройства в режим с нагрузкой перепускной клапан открывается, преодолевая упругую силу пружины пружинного элемента, если давление в замкнутом контуре охлаждения, в точке выше по потоку от выхода испарителя, превышает заданную величину давления.

С целью лучшей иллюстрации характерных особенностей изобретения предпочтительные варианты выполнения устройства согласно изобретению для осушки газа охлаждением и способа, осуществляемого в этом устройстве, описаны далее с помощью примера, не ограничивающего изобретение, со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

на фиг.1 схематически показано устройство для осушки охлаждением известного типа в режиме с полной нагрузкой;

на фиг.2 - участок схемы известного устройства, показанный на фиг.1 стрелкой F2, в увеличенном масштабе;

на фиг.3 - кривая изменения давления хладагента в испарителе, показанном на фиг.1;

на фиг.4 - устройство, показанное на фиг.1, в режиме без нагрузки;

на фиг.5 схематически показано устройство согласно изобретению;

на фиг.6 - кривая изменения давления хладагента в испарителе, показанном на фиг.5;

на фиг.7 показано устройство согласно варианту осуществления изобретения;

на фиг.8 - кривая изменения давления хладагента в испарителе, показанном на фиг.7;

на фиг.9 показано устройство согласно другому варианту осуществления изобретения;

на фиг.10 - кривая изменения давления хладагента в испарителе, показанном на фиг.9.

Известное устройство 1 для осушки газов охлаждением, схематически показанное на фиг.1, содержит контур 2 охлаждения, заполненный хладагентом, который может циркулировать по контуру с помощью компрессора 3, приводимого в действие электродвигателем 4 или подобным приводом, который предпочтительно, но не обязательно, является двигателем с постоянным числом оборотов. Направление движения хладагента в контуре показано стрелками М. Точки выше по потоку и ниже по потоку определяются в соответствии с указанным направлением М движения потока. Кроме того, контур 2 охлаждения содержит последовательно расположенные в направлении течения хладагента конденсатор 5, соединенный с выходом компрессора 3 и охлаждаемый, например, с помощью вентилятора 6; средство расширения 7, например, в виде расширительного клапана; испаритель 8, соединенный с входом вышеупомянутого компрессора 3 и образующий часть теплообменника 9, содержащего образованную испарителем 8 первую часть и вторую часть, через которую осушаемый газ нагнетается из подводящего трубопровода 11 в направлении, показанном стрелками L, для охлаждения с помощью испарителя 8.

Газ, охлажденный в теплообменнике 8, сначала прокачивается через сепаратор 13 для отделения жидкости, далее проходит через выпускной трубопровод 12 и затем через теплообменник 14 для того, чтобы охлажденный газ вновь нагрелся. В этом случае в теплообменнике 14 производится рекуперация теплоты, содержащейся в подаваемом газе, подлежащем осушке. Для осуществления рекуперации теплоты теплообменник 14 содержит первую часть 15, которая соединена с вышеупомянутым подающим трубопроводом 11, и вторую часть, которая соединена с выходным трубопроводом 12.

Сепаратор 13 для отделения жидкости и теплообменник 14 не являются необходимыми и могут быть исключены для определенных случаев применения, в которых осушенный воздух, тем не менее, частично или полностью насыщается водой.

Контур 2 охлаждения, кроме того, снабжен обводным трубопроводом 17, присоединенным к контуру 2 охлаждения для того, чтобы направить поток в обход компрессора 3, и проходящим с этой целью между входом и выходом компрессора 3.

Обводной трубопровод 17 может быть перекрыт с помощью перепускного клапана 18, который установлен между первым участком 17А обводного трубопровода 17, соединенного с контуром 2 охлаждения с выходной стороны компрессора 3, и вторым участком 17 В, соединенным с контуром 2 охлаждения ближе к входной стороне компрессора 3, более конкретно, ниже по потоку от испарителя 8.

Перепускной клапан 18 содержит проточный канал 19 с входом 20, соединенным с первым участком 17A обводного трубопровода 17, и выходом 21, соединенным со вторым участком 17B обводного трубопровода 17.

Как более детально показано на фиг.2, вход 20 отделен от выхода 21 проходным отверстием 22, которое может быть перекрыто с помощью рабочего элемента 23 клапана. Перепускной клапан 18, кроме того, содержит отдельную камеру 24 давления, которая отделена от указанного проточного канала 19 разделительной перегородкой 25 с отверстием 26 в этой перегородке.

Рабочий элемент 23 клапана содержит шток 27, который частично проходит через вышеупомянутое отверстие 26 в перегородке, ведущее в камеру 24 давления. Конец штока выполнен с опорным элементом 28 для пружины 29, которая сжата между вышеупомянутой разделительной перегородкой 25 и опорным элементом 28 и удерживает рабочий элемент 23 клапана в закрытом положении.

Камера 24 давления содержит чувствительный к давлению элемент, например, в виде мембраны 30, которая закрывает камеру 24 давления и контактирует с вышеуказанным опорным элементом 28 для пружины.

Вышеупомянутая мембрана 30 образует разделительную перегородку между вышеупомянутой камерой 24 давления и второй камерой 31 давления, которая посредством капиллярной трубки 32 соединена с «термобаллоном». Поскольку этот термобаллон 33 в дальнейшем не является существенным для настоящего изобретения, его роль далее не будет пояснена.

Перепускной клапан 18, в рассматриваемом известном случае, снабжен также внутренней трубкой 34 управляющего давления, посредством которой камера 24 давления соединена с выходом 21 проточного канала для того, чтобы воспринимать, посредством участка 17 В обводного трубопровода 17, давление в контуре 2 охлаждения ниже по потоку от испарителя 8. Очевидно, что трубка 34 управляющего давления может быть также выполнена в виде внешней трубки.

Работа известного устройства 1, описанного выше, иллюстрируется в режиме с нагрузкой на фиг.1 и фиг.2, на которых обводной трубопровод 17 перекрыт перепускным клапаном 18. Электродвигатель приводит в действие компрессор, который обеспечивает циркуляцию хладагента в контуре охлаждения в направлении, показанном стрелками М. Сжатый газообразный хладагент после этого охлаждается в конденсаторе 5 так, что изменяет фазовое состояние с переходом из газообразной фазы в жидкую фазу. Затем хладагент подвергается расширению с помощью средства 7 расширения, при этом температура хладагента резко понижается.

Охлажденный хладагент затем проходит через испаритель 8, где входит в тепловой контакт с осушаемым газом, проходящим через вторую часть 10 теплообменника 9, первая часть которого образована испарителем.

В результате осушаемый газ охлаждается и насыщается водяным паром, при этом влага, содержащаяся в газе, конденсируется с образованием капель, которые могут быть удалены с помощью сепаратора 13 для отделения жидкости.

При нагревании холодного газа в теплообменнике 14 после сепаратора 13 для отделения жидкости, относительная влажность падает и газ, таким образом, становится осушенным.

В испарителе 8 хладагент, который поступает в жидкой фазе, испаряется за счет передачи теплоты хладагенту от осушаемого газа. Направление передачи теплоты в теплообменниках показано стрелками W.

Газ, который выходит из испарителя 8, вновь всасывается компрессором 3 и далее циркулирует в контуре 2 охлаждения так, что хладагентом может быть начат следующий цикл охлаждения.

В результате испарения хладагента в испарителе 8 давление в испарителе, а также ниже по потоку от испарителя 8 увеличивается, и, следовательно, увеличивается также и в камере 24 давления, которая соединена с контуром 2 охлаждения посредством участка 17 В обводного трубопровода. Благодаря относительно высокому давлению в камере 24 давления мембрана 30 нагружается в том смысле, что она усиливает воздействие пружины 29 на рабочий элемент 23 клапана или в меньшей степени препятствует этому воздействию.

В результате в режимах с нагрузкой проходное отверстие 22 остается закрытым рабочим элементом 23 клапана, и никакая часть потока хладагента не проходит через обводной трубопровод. В результате весь поток, сжатый в компрессоре 3, проходит также через конденсатор 5, средство 7 расширения и испаритель 8.

Поскольку весь поток проходит через испаритель 8, то в испарителе 8 создается относительно большой перепад давления, обусловленный гидравлическими потерями трения при движении потока.

Изменение среднего давления вдоль пути движения хладагента через испаритель 8 в контуре 2 охлаждения от точки A, которая, как показано на фиг.1, находится на входе в испаритель 8, с прохождением через точку B в испарителе 8 и до точки С на выходе испарителя 8, показано кривой 35 на фиг.3, при этом разность давления между A и C обусловлена вышеупомянутым перепадом давления в испарителе 8.

Если нагрузка внезапно снимается и осушаемый газ больше не проходит через теплообменник 9, схематически показанный на фиг.4, передача теплоты к хладагенту в испарителе не происходит.

Испарение хладагента, таким образом, частично прекращается, и поэтому давление в испарителе уменьшается. Следовательно, уменьшается давление также в камере 24 давления, и это давление фактически является разрежением, которое втягивает мембрану в направлении внутрь камеры 24 давления. Когда это разрежение является достаточно большим, сила упругости пружины 29 преодолевается сильным втягивающим усилием, действующим на мембрану 30, рабочий элемент 23 клапана отходит от проходного отверстия 22, и отверстие открывается.

При этом открывается обводной трубопровод 17 так, что часть потока, сжатого в компрессоре, вновь всасывается непосредственно компрессором без прохождения через конденсатор 5, расширительный клапан 7 и испаритель 8, в то время как остальной поток по-прежнему проходит через весь контур 2 охлаждения.

Кривая изменения давления между точками A и C в режиме без нагрузки показана в виде кривой 36 на фиг.3, на которой кривая 35 показана уже для режима с нагрузкой.

Кривая 35 для режима с нагрузкой проходит на этой фигуре полностью над кривой режима без нагрузки, что обусловлено ростом давления, который происходит в испарителе 8 в режиме с нагрузкой в результате передачи теплоты от осушаемого газа хладагенту в испарителе 8, и вследствие того, что для функционирования клапана в соответствии с ростом давления необходим определенный перепад давления Δp_ref.

Кривая давления в режиме с нагрузкой, показанная в виде кривой 35, имеет, кроме того, больший наклон, чем кривая 36 для режима без нагрузки. Это является результатом больших потерь при действии нагрузки в испарителе 8 из-за того, что в режиме с нагрузкой весь расход проходит через испаритель 8, в то время как в режиме без нагрузки через испаритель 8 проходит только часть этого расхода, а другая часть расхода отводится через обводной трубопровод 17.

Для перепускного клапана 18 характерно, что разность давлений между режимами с нагрузкой и без нагрузки в точке, в которой производится отвод для управляющего давления, приближается к постоянной величине Δp_ref. Эта величина Δp_ref зависит от различных факторов, таких как потери давления, относительная производительность компрессора, степень расширения и тому подобное. Для того чтобы можно было осуществить перепуск определенного количества энергии необходимо определенное различие положений клапана. Определенное различие положений клапана всегда требует фиксированной разности давлений, а именно, Δp_ref.

Эта величина Δp_ref может быть считана из фиг.3 в точке С, так как управляющее давление в случае известного устройства снижается в направлении вниз по потоку от испарителя 8.

На фиг.3, кроме того, схематически представлена «линия намораживания» 37, которая показывает, при каком давлении существует опасность намораживания.

Устройство обычно настраивают таким образом, что кривая 36 в режиме без нагрузки проходит как раз над этой горизонтальной «линией намораживания» 37.

В режиме с нагрузкой кривая 35 находится далеко от линии намораживания, что приводит к неэффективному охлаждению при относительно низких температурах в испарителе, и, следовательно, неэффективной осушке газа.

Ниже изобретение поясняется на основе устройства, представленного на фиг.5, которое отличается от известного устройства на фиг.1 тем, что камера 24 давления перепускного клапана 18 соединена посредством внешней трубки 38 управляющего давления с контуром 2 охлаждения в точке А выше по потоку от испарителя 8 вместо используемого ранее соединения в точке ниже по потоку от испарителя 8.

Устройство 1 в соответствии с изобретением, как и в случае известного устройства на фиг.1, настроено так, что в режиме без нагрузки кривая давления в испарителе 8 находится как раз над линией 37 намораживания.

Кривая давления в режиме без нагрузки приведена на фиг.6 в виде кривой 39 для устройства, показанного на фиг.5, при этом кривая 39, заданная вышеупомянутой настройкой устройства, совпадает с кривой 36 известного устройства.

В случае изменения с переходом от режима без нагрузки к режиму с нагрузкой эффект, достигаемый за счет соединения внешней трубки 38 управляющего давления в точке A выше по потоку от испарителя 8, может быть виден, поскольку теперь вышеупомянутый характерный перепад давления Δp_ref для перепускного клапана 18 будет находиться в точке A вместо точки C, как было в случае фиг.3. Это определяет, таким образом, величину давления в точке A в случае работы устройства без нагрузки.

Дополнительное изменение давления в испарителе 8 в режиме с нагрузкой определяется, главным образом, потерями при включении нагрузки вследствие прохождения хладагента через испаритель 8.

Перепад давления между точками A и C в режиме с нагрузкой будет равен перепаду давления между A и C на фиг.3 для контура охлаждения в известном устройстве при таком же расходе.

В результате получена кривая 40 для режима с нагрузкой, которая отображена на фиг.6 рядом с кривой 35 при действии нагрузки для известного устройства. Преимущество изобретения заключается в том, что кривая 39 в случае изобретения в режиме с нагрузкой находится ниже кривой 35, полученной в подобной ситуации для известного устройства, и, таким образом, она находится ближе к вышеупомянутой горизонтальной кривой 37 намораживания. Следовательно, хладагент может охлаждать осушаемый воздух более интенсивно, что приводит к лучшей осушке.

Из фиг.6 можно установить, что благодаря применению изобретения кривая 39 и кривая 40 для режима с нагрузкой находятся ближе друг к другу, что указывает на меньшие разности давления и температуры, имеющие место между режимами с нагрузкой и без нагрузки, при этом с более постоянной температурой точки росы под давлением осушаемого газа, что является положительным результатом.

Вторая камера 31 давления, капиллярная трубка 32 и термобаллон 33 не являются строго необходимыми для настоящего изобретения и поэтому могут быть исключены, что и сделано на фиг.5, хотя они все-таки могут быть использованы, поскольку не противоречат изобретению.

В качестве альтернативы варианту осуществления изобретения, представленному на фиг.5, трубка 38 управляющего давления может быть также подсоединена к замкнутому контуру 2 охлаждения в определенной точке в испарителе 8, что означает, в определенной точке во входе испарителя или между входом и выходом испарителя 8. Положительный эффект изобретения будет, таким образом, тем больше, чем выше по потоку от выхода испарителя 8 находится точка, в которой трубка 38 управляющего давления подсоединена к замкнутому контуру 2 охлаждения.

Для получения положительного эффекта изобретения важно, чтобы трубка 38 управляющего давления была подсоединена к замкнутому контуру 2 охлаждения в определенной точке выше по потоку от выхода испарителя 8 и на определенном расстоянии от этого выхода, предпочтительно выше по потоку от испарителя 8.

На фиг.7 представлен вариант устройства, соответствующего настоящему изобретению, который отличается от устройства на фиг.5 тем, что в контуре 2 охлаждения используется дроссель 40, установленный выше по потоку от испарителя 8, в частности между входом A испарителя 8 и точкой R, в которой внешняя трубка 38 управляющего давления подсоединена к контуру 2 охлаждения. Результат использования этого дросселя 40 ясно отражен на фиг.8, на которой представлены кривые изменения давления между точками R и C в режиме с нагрузкой (кривая 42) и в режиме без нагрузки (кривая 43).

Эффект использования дросселя 40 как при работе устройства с нагрузкой, так и без нагрузки проявляется на фигуре как резкое падение давления между точками R и A, которое в режиме работы устройства с нагрузкой больше, чем в режиме без нагрузки, поскольку в режиме с нагрузкой через компрессор 40 проходит весь поток сжатого хладагента, в время как при отсутствии нагрузки - только его часть.

Перепад давления в испарителе 8, другими словами, между точками A и C, подобен перепаду в ситуации на фиг.6 без использования дросселя 40.

Расстояние между кривыми 42 и 43 в этом случае определяется перепадом давления Δp_ref, который реализуется с помощью перепускного клапана 18 в точке R, в которой трубка 38 управляющего давления подсоединена к контуру 2 охлаждения.

Из фиг.8 следует, что благодаря дросселю 40 кривые 42 и 43 расположены еще ближе друг к другу, чем кривые 39 и 40 на фиг.6 для ситуации без использования дросселя 40, и кривая 42 еще ближе к линии 37 намораживания так, что в режиме с нагрузкой охлаждение может быть еще более глубоким.

За счет подходящего выбора дросселя 40 можно обеспечить совпадение кривых 42 и 43 в точке С на выходе из испарителя 8 и, таким образом, на выходе испарителя 8 не будет различия между режимами с нагрузкой и без нагрузки, или даже можно обеспечить, чтобы в этой точке кривая 42 проходила ниже кривой 43, и в режиме с нагрузкой охлаждение производилось до условий, близких к намораживанию.

На фиг.9 представлен другой вариант изобретения, который также позволяет получить преимущества по сравнению с известными устройствами, соответствующими иллюстрируемому на фиг.1.

Устройство на фиг.9 аналогично представленному на фиг.7. Отличие заключается в том, что обводной трубопровод 17 байпасирует не только компрессор 3, но также и испаритель 8 так, что через испаритель 8 всегда проходит один и тот же поток, независимо от того, будет ли перепускной клапан регистрировать режим с нагрузкой или режим без нагрузки.

Перепад давления в испарителе в режимах с нагрузкой или без нагрузки будет одинаковым, как это иллюстрируется на фиг.10 с помощью кривых 44 и 45 для режимов с нагрузкой или без нагрузки соответственно.

Это показывает полезный эффект использования дросселя 40, за счет действия которого обе кривые находятся ближе друг к другу по сравнению с существующими решениями. Понятно, что во всех случаях перепускной клапан 18 перенастраивают, если это необходимо, например, путем регулирования усилия, создаваемого пружиной.

Настоящее изобретение не ограничивается вариантами осуществления, описанными выше в качестве примеров и показанными на фигурах. Устройство и способ для осушки охлаждением в соответствии с изобретением могут быть осуществлены во всех видах их вариантов без выхода за пределы объема изобретения.

Изобретение относится к устройству и способу для осушки газа охлаждением. Устройство состоит из замкнутого контура охлаждения, содержащего хладагент, циркулирующий в контуре с помощью компрессора, и последовательно расположенные в направлении движения потока хладагента конденсатор, соединенный с выходом компрессора, и средство расширения, за которым размещен испаритель, соединенный с входом компрессора, при этом испаритель образует первую часть теплообменника, содержащего также вторую часть, через которую направляют осушаемый газ, кроме того, в контуре охлаждения имеется обводной трубопровод, который может быть перекрыт перепускным клапаном с помощью рабочего элемента клапана, который удерживается в закрытом положении под действием усилия пружинного элемента, и с помощью чувствительного к давлению элемента, который воздействует на рабочий элемент клапана, и посредством трубки управляющего давления подвержен воздействию локального управляющего давления в контуре охлаждения, причем трубка управляющего давления подключена к контуру охлаждения и подсоединена к замкнутому контуру охлаждения выше по ходу движения потока от выхода испарителя. При работе устройства в режиме с нагрузкой перепускной клапан открывается, преодолевая действие силы упругости пружинного элемента, если давление в контуре охлаждения в точке выше по ходу движения потока от выхода испарителя превышает предварительно заданную величину. Изобретение обеспечивает эффективную осушку газа. 2 н. и 16 з. п. ф - лы, 10 ил.

1. Устройство для осушки газа охлаждением, состоящее, главным образом, из замкнутого контура (2) охлаждения, содержащего хладагент, который может циркулировать в контуре (2) охлаждения с помощью компрессора (3), и, дополнительно, последовательно расположенные в направлении движения потока (М) хладагента конденсатор (5), соединенный с выходом компрессора (3), и средство (7) расширения, за которым размещен испаритель (8), соединенный с входом вышеупомянутого компрессора (3), при этом указанный испаритель (8) образует первую часть теплообменника (9), содержащего также вторую часть (10), через которую направляют осушаемый газ, и, кроме того, в контуре (2) охлаждения имеется обводной трубопровод (17), который может быть перекрыт перепускным клапаном (18) с помощью рабочего элемента (23) клапана, который удерживается в закрытом положении под действием усилия пружинного элемента, и с помощью чувствительного к давлению элемента (30), который воздействует на рабочий элемент (23) клапана и посредством трубки (38) управляющего давления подвержен воздействию локального управляющего давления в контуре (2) охлаждения, причем трубка (38) управляющего давления подключена к контуру (2) охлаждения, отличающееся тем, что трубка (38) управляющего давления подсоединена к замкнутому контуру (2) охлаждения выше по ходу движения потока от выхода испарителя (8).

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что трубка (38) управляющего давления подсоединена к замкнутому контуру (2) охлаждения выше по потоку от испарителя (8).

3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что один конец обводного трубопровода (17) присоединен к контуру (2) охлаждения в точке, находящейся между выходом компрессора (3) и конденсатором (5), а другой конец присоединен к точке контура (2) охлаждения между выходом испарителя (8) и входом компрессора (3).

4. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что один конец обводного трубопровода (17) присоединен к контуру (2) охлаждения в точке, находящейся между выходом компрессора (3) и конденсатором (5), а другой конец присоединен к точке контура (2) охлаждения между средством (7) расширения и входом компрессора (3).

5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перепускной клапан выполнен так, что в режиме с нагрузкой рабочий элемент (23) клапана открывается, преодолевая создаваемую пружиной силу упругости, которая является предварительно заданной величиной в зависимости от вышеупомянутого управляющего давления, и эта величина является регулируемой.

6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в контуре (2) охлаждения используется дроссель (40), установленный между средством (7) расширения и выходом испарителя (8).

7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что дроссель (40) выбран таким, что в режиме с нагрузкой давление хладагента в контуре (2) охлаждения на выходе из испарителя (8) приблизительно равно давлению хладагента в контуре (2) охлаждения на выходе из испарителя (8) в режиме без нагрузки.

8. Устройство по п.6 или 7, отличающееся тем, что дроссель (40) выбран таким, что в режиме с нагрузкой давление хладагента в контуре (2) охлаждения на выходе из испарителя (8) меньше или равно давлению хладагента на выходе из испарителя (8) в режиме без нагрузки.

9. Устройство по п.6, отличающееся тем, что дроссель (40) выбран таким, чтобы в режиме с нагрузкой на выходе из испарителя (8) в контуре (2) охлаждения обеспечить давление хладагента, которому соответствовала бы температура хладагента на выходе из испарителя, (8) равная или приблизительно равная 0°С.

10. Устройство по п.1, отличающееся тем, что используемый перепускной клапан (18) представляет собой клапан HGBP (байпас горячего газа) с внешней трубкой (38) управляющего давления.

11. Устройство по п.10, отличающееся тем, что перепускной клапан (18) содержит проточный канал (19) с закрываемым отверстием (26) и отдельную камеру (24) давления, которая соединена посредством вышеупомянутой трубки (38) управляющего давления с контуром (2) охлаждения, а чувствительный к давлению элемент (30) представляет собой мембрану, которая перекрывает просвет камеры (24) давления и расположена напротив разделительной перегородки (25), размещенной между проточным каналом (19) и камерой (24) давления, при этом рабочий элемент (23) клапана перекрывает вышеупомянутое отверстие (26) и содержит шток (27) клапана, который проходит частично через указанное отверстие (26) в вышеупомянутой разделительной перегородке, ведущее в камеру (24) давления, причем указанный рабочий элемент на конце, расположенном в камере (24) давления, снабжен опорным элементом (28) для пружины, которая в сжатом положении находится между вышеупомянутыми разделительной перегородкой (25) и опорным элементом (28) для пружины и удерживает рабочий элемент (23) клапана в закрытом положении, а опорный элемент (28) для пружины в контакте с чувствительным к давлению элементом (30).

12. Устройство по п.10, отличающееся тем, что используемый перепускной клапан (18) представляет собой клапан HGBP (байпас горячего газа) без термочувствительного баллона (33).

13. Устройство по п.1, отличающееся тем, что компрессор (3) снабжен приводом, функционирующим с постоянным числом оборотов.

14. Способ осушки газа охлаждением с использованием устройства, которое состоит, главным образом, из замкнутого контура (2) охлаждения, содержащего хладагент, который может циркулировать в контуре (2) охлаждения с помощью компрессора (3), и, дополнительно, содержащего в направлении движения потока (М) хладагента последовательно расположенные конденсатор (5), соединенный с выходом компрессора (3), и средство (7) расширения, за которым размещен испаритель (8), соединенный с входом вышеупомянутого компрессора (3), при этом указанный испаритель (8) образует первую часть теплообменника (9), содержащего также вторую часть (10), через которую направляют осушаемый газ, и в контуре (2) охлаждения имеется обводной трубопровод (17), который может быть перекрыт посредством перепускного клапана (18) с помощью рабочего элемента (23) клапана, который удерживается в закрытом положении под действием усилия пружинного элемента, отличающийся тем, что при работе устройства в режиме с нагрузкой перепускной клапан открывается, преодолевая действие силы упругости пружинного элемента, если давление в замкнутом контуре (2) охлаждения в точке выше по ходу движения потока от выхода испарителя (8) превышает предварительно заданную величину.

15. Способ по п.14, отличающийся тем, что перепускной клапан открывается, преодолевая действие силы упругости пружинного элемента, если давление в замкнутом контуре (2) охлаждения в точке выше по ходу движения потока от испарителя (8) превышает предварительно заданную величину.

16. Способ по п.14, отличающийся тем, что в контуре (2) охлаждения между средством (7) для расширения и входом в испаритель (8) размещают дроссель (40), который выбирают таким, чтобы в режиме с нагрузкой давление хладагента в контуре (2) охлаждения на выходе из испарителя (8) было приблизительно равным давлению хладагента в контуре (2) охлаждения на выходе из испарителя (8) в режиме без нагрузки.

17. Способ по п.16, отличающийся тем, что дроссель (40) выбирают таким, чтобы в режиме с нагрузкой давление хладагента в контуре (2) охлаждения на выходе из испарителя (8) было меньше или равно давлению хладагента на выходе из испарителя (8) в режиме без нагрузки.

18. Способ по п.16 или 17, отличающийся тем, что дроссель (40) выбирают таким, чтобы в режиме с нагрузкой на выходе из испарителя (8) в контуре (2) охлаждения обеспечить давление хладагента, которому соответствовала бы температура хладагента на выходе из испарителя (8), равная или приблизительно равная 0°С.