Dispositivo y procedimiento de secado en frío de un gas.

Dispositivo para secado en frío de un gas que consiste principalmente en un circuito cerrado de enfriamiento

(2) que contiene un refrigerante que puede hacerse circular en el circuito de enfriamiento (2) por un compresor (3), y que además en la dirección del flujo (M) del refrigerante sucesivamente comprende un condensador (5) conectado a la salida del compresor (3); medios de expansión (7) seguidos de un evaporador (8) conectado a la entrada del compresor (3) antes mencionado, en donde el evaporador (8) constituye la parte primaria de un intercambiador de calor (9) con una parte secundaria (10) a través de la cual se guía el gas a secar y en donde hay un tubo de derivación (17) en el circuito de enfriamiento (2) que puede cerrarse por medio de una válvula de derivación (18) con un elemento de válvula (23) que se mantiene en posición cerrada bajo la influencia de un elemento de resorte y con un elemento sensible a la presión (30) que actúa sobre el elemento de válvula (23), y el cual, mediante un tubo de presión de control (38) está expuesto a la presión de control local en el circuito de enfriamiento (2) caracterizado porque el tubo de presión de control (38) está conectado al circuito cerrado de enfriamiento (2) aguas arriba de la salida del evaporador (8).

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/BE2011/000062.

Solicitante: ATLAS COPCO AIRPOWER, NAAMLOZE VENNOOTSCHAP.

Nacionalidad solicitante: Bélgica.

Dirección: BOOMSESTEENWEG 957 2610 WILRIJK BELGICA.

Inventor/es: GEERTS,BART.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > PROCEDIMIENTOS O APARATOS FISICOS O QUIMICOS EN GENERAL > SEPARACION (separación de sólidos por vía húmeda... > Separación de gases o de vapores; Recuperación... > B01D53/26 (Secado de gases o vapores)

PDF original: ES-2525640_T3.pdf

 

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Dispositivo y procedimiento de secado en frío de un gas.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo y procedimiento de secado en frío de un gas

[1] La presente invención se refiere a un dispositivo y procedimiento de secado en frío de un gas.

[2] El secado en frío se emplea, por ejemplo, en compresores que suministran un gas comprimido caliente que a menudo está saturado de agua.

[3] Este gas comprimido primero ha de ser secado antes de poder ser suministrado a una red neumática porque la humedad en el gas puede ser perjudicial para los componentes y herramientas en la red neumática puesto que la humedad puede llevar a corrosión o acumulación de agua en herramientas que no están diseñadas a tal efecto.

[4] El secado en frío está basado en el principio de que al enfriar un gas que está saturado o parcialmente saturado con agua, la humedad es eliminada del gas al condensarse la humedad y extraer el agua condensada, tras lo cual se vuelve a calentar el gas que ya no está saturado y por tanto está más seco.

[5] Para el secado en frío se usa un dispositivo que principalmente consiste en un circuito cerrado de enfriamiento que contiene un refrigerante que puede hacerse circular en el dispositivo por un compresor y el cual además contiene, sucesivamente en las dirección del flujo del refrigerante, un condensador conectado a una salida del compresor; medios de expansión seguidos de un evaporador conectado a una entrada del compresor antes mencionado en donde el evaporador forma la parte primaria de un intercambiador de calor con una parte secundaria a través de la cual se guía el gas a secar.

[6] Como resultado de la evaporación del refrigerante en el evaporador, o por consiguiente la parte primaria del intercambiador de calor, como es conocido, el calor extraído del gas a secar que fluye a través de la parte secundaria, en donde se enfría este gas a secar y, tras la evacuación del condensado formado, se vuelve a calentar.

[7] Un dispositivo tal está diseñado para una carga nominal para secar un flujo de gas normal.

[8] En el estado descargado, en otras palabras, cuando no fluye ningún gas a secar a través del ¡ntercambiador de calor, la capacidad de refrigeración del circuito de enfriamiento es demasiado alta, de manera que puede congelarse en o después del evaporador, lo cual ha de evitarse a toda costa.

[9] Además el refrigerante en el circuito de enfriamiento es continuamente bombeado sin que se use de forma útil la capacidad de refrigeración del circuito de enfriamiento para secar el gas, de manera que se pierde mucha energía.

[1] Una solución conocida a esto es proporcionar un tubo de derivación en el circuito cerrado de enfriamiento con una válvula de derivación en él, la cual, por una parte está cerrada cuando el dispositivo está cargada, o en otras palabras cuando un gas a secar fluye a través del intercambiador de calor y, por otra parte está abierto cuando el dispositivo está descargado y por consiguiente no fluye ningún gas a secar a través del intercambiador de calor.

[11] En situaciones de carga el tubo de derivación por consiguiente no tiene efecto cuando está cerrado, y como resultado de esto el circuito de enfriamiento funciona a plena capacidad cuando todo el flujo del refrigerante que es comprimido por el compresor también es guiado a través del condensador y los medios de expansión, los cuales conjuntamente garantizan un considerable enfriamiento del refrigerante, y como este flujo íntegro de refrigerante frío también fluye a través del evaporador en el intercambiador de calor para enfriar el gas a secar.

[12] Por otra parte, en estado descargado la válvula abierta garantiza que se bordee el compresor y que, como resultado de esto, al menos una parte del refrigerante comprimido por el compresor no fluya a través del condensador y los medios de expansión y esta parte del refrigerante por consiguiente no sea refrigerada por expansión de manera que haya mucha menos refrigeración en el evaporador y por consiguiente haya mucho menos riesgo de congelación en el evaporador o aguas abajo del mismo.

[13] Aguas abajo y aguas arriba se consideran en la dirección del flujo de refrigerante en el circuito cerrado de enfriamiento.

[14] Para una válvula de derivación que pueda cumplir con las funciones antes mencionadas, es conocido el uso de un tipo de válvula conocida por el nombre de bypass de gas caliente (HGBP), y más específicamente este tipo de válvula es una válvula de derivación controlada por presión con un elemento de válvula que se mantiene en posición cerrada bajo la influencia de un elemento de resorte para cerrar el tubo de derivación, y el cual también está provisto con un elemento sensible a la presión que actúa en el elemento de válvula antes mencionado, y el cual, cuando está sujeto a suficiente caída de presión, puede abrir la válvula contra la fuerza elástica.

[15] En los dispositivos conocidos, el elemento sensible a la presión está expuesto a una presión de control que se desvía localmente desde un punto aguas abajo del evaporador por medio de un tubo Interno de presión de control en el circuito, más específicamente en el punto donde el tubo de derivación conduce al circuito de enfriamiento.

[16] Cuando un dispositivo así cambia de un estado descargado a un estado cargado a través de una cantidad de gas a secar conducido repentinamente a través del intercambiador de calor, la temperatura en el evaporador aumenta debido a la transferencia de calor desde el gas a secar al refrigerante más frío en el evaporador, de manera que se evapore más refrigerante en el evaporador, lo cual por sí mismo aumenta la presión en el evaporador y también aguas abajo del evaporador, y este aumento de presión lo nota la válvula de derivación, la cual de este modo se cerrará cuando el aumento de presión sea suficiente.

[17] Una característica del control típica de una válvula HGBP es una diferencia de presión dada de la presión de control entre el estado cargado y descargado, la cual en dispositivos conocidos en un estado cargado resulta en una presión relativamente alta del refrigerante en la salida del evaporador, y por consiguiente también en el evaporador donde la presión es incluso mayor como resultado de las pérdidas de fricción que tienen lugar cuando el refrigerante fluye a través del evaporador.

[18] Como el refrigerante en el circuito cerrado de enfriamiento está en una región de dos fases, hay una relación inequívoca entre la presión y la temperatura del refrigerante: una mayor presión en el evaporador también implica una mayor temperatura en el evaporador.

[19] Esto conduce a la desventaja de que el gas a secar no es enfriado de forma óptima para secado en el evaporador, lo cual resulta en un mayor punto de rocío a presión del gas en la salida de la parte secundaria del ¡ntercamblador de calor, mientras que en esta salida el objetivo es la menor temperatura posible (a la menor temperatura del gas a secar también se le llama LAT o 'Lowest Air Temperature'-aunque el término LAT también se usa para otros gases además del aire) y el correspondiente punto de rocío a presión del gas para secarlo bien.

[2] El objeto de la presente invención es proporcionar una solución a una o más de las desventajas antes mencionadas y/u otras desventajas proporcionando un dispositivo para secado en frío de un gas que consiste principalmente en un circuito cerrado de enfriamiento que contiene un refrigerante que puede hacerse circular en el circuito de enfriamiento por un compresor, y que además en la dirección del flujo del refrigerante sucesivamente comprende un condensador conectado a la salida del compresor; medios de expansión seguidos de un evaporador conectado a la entrada del compresor antes mencionado, en donde el evaporador constituye la... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Dispositivo para secado en frío de un gas que consiste principalmente en un circuito cerrado de enfriamiento (2) que contiene un refrigerante que puede hacerse circular en el circuito de enfriamiento (2) por un compresor (3), y que además en la dirección del flujo (M) del refrigerante sucesivamente comprende un condensador (5) conectado a la salida del compresor (3); medios de expansión (7) seguidos de un evaporador (8) conectado a la entrada del compresor (3) antes mencionado, en donde el evaporador (8) constituye la parte primaria de un intercambiador de calor (9) con una parte secundaria (1) a través de la cual se guía el gas a secar y en donde hay un tubo de derivación (17) en el circuito de enfriamiento (2) que puede cerrarse por medio de una válvula de derivación (18) con un elemento de válvula (23) que se mantiene en posición cerrada bajo la influencia de un elemento de resorte y con un elemento sensible a la presión (3) que actúa sobre el elemento de válvula (23), y el cual, mediante un tubo de presión de control (38) está expuesto a la presión de control local en el circuito de enfriamiento (2) caracterizado porque el tubo de presión de control (38) está conectado al circuito cerrado de enfriamiento (2) aguas arriba de la salida del evaporador (8).

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque el tubo de presión de control (38) está conectado al circuito cerrado de enfriamiento (2) aguas arriba del evaporador (8).

3. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque un extremo del tubo de derivación (17) está conectado al circuito de enfriamiento (2) en un punto situado entre la salida del compresor (3) y el condensador (5) y el otro extremo está conectado a un punto del circuito de enfriamiento (2) situado entre la salida del evaporador (8) y la entrada del compresor (3).

4. Dispositivo según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque un extremo del tubo de derivación (17) está conectado al circuito de enfriamiento (2) en un punto situado entre la salida del compresor (3) y el condensador (5) y el otro extremo está conectado a un punto del circuito de enfriamiento (2) situado entre los medios de expansión (7) y la entrada del compresor (8).

5. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la válvula de derivación es de tal manera que al cargarla se abre el elemento de válvula (23) contra la fuerza del resorte a partir de un valor de consigna de la presión de control antes mencionada y porque esta válvula es ajustable.

6. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque hay un estrangulador (4) en el circuito de enfriamiento (2) entre los medios de expansión (7) y la entrada del evaporador (8).

7. Dispositivo según la reivindicación 6, caracterizado porque el estrangulador (4) es elegido de manera que en estado cargado la presión del refrigerante en el circuito de enfriamiento (2) en la salida del evaporador (8) sea aproximadamente igual a la presión del refrigerante en la salida del evaporador (8) en un estado descargado.

8. Dispositivo según la reivindicación 6 o 7, caracterizado porque el estrangulador (4) es elegido de manera que en estado cargado la presión del refrigerante en el circuito de enfriamiento (2) en la salida del evaporador (8) sea menor o igual a la presión del refrigerante en la salida del evaporador (8) en un estado descargado.

9. Dispositivo según la reivindicación 6 a 8, caracterizado porque el estrangulador (4) es elegido de manera que en estado cargado la presión del refrigerante en el circuito de enfriamiento (2) en la salida del evaporador (8) es elegida de manera que la correspondiente temperatura del refrigerante en la salida del evaporador (8) sea igual o aproximadamente igual a °C.

1. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la válvula de derivación (18) usada es una válvula 'HGBP' (bypass de gas callente) con un tubo externo de presión de control (38).

11. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la válvula de derivación (18) tiene un canal de flujo (19) con un pasaje cerrable (26) y una cámara de presión cerrada (24) que está conectada por medio del tubo de presión de control (38) antes mencionado al circuito de enfriamiento (2), y que el elemento sensible a la presión (3) es una membrana que cierra una abertura de la cámara de presión (24) y la cual está situada en oposición a la pared separadora (25) entre el canal de flujo (19) y la cámara de presión (24), por lo que el elemento de válvula (23) está equipado para cerrar el pasaje (26) antes mencionado y tiene un vástago de válvula (27) que se extiende parcialmente por medio de un paso de pared (26) en la pared separadora (25) antes mencionada a la cámara de presión (24), y el cual en el extremo situado en la cámara de presión (24) tiene un asiento de resorte (28) para un resorte (29) que es comprimido entre la pared separadora (25) antes mencionada y el asiento de resorte (28) que mantiene el elemento de válvula (23) en una posición cerrada y el asiento de resorte (28) en contacto con el elemento sensible a la presión (3).

12. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado porque la válvula de derivación (18) usada es una válvula 'HGBP' (bypass de gas caliente) sin bulbo sensible a la temperatura (33).

13. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el compresor (3) está equipado con un motor con una velocidad constante.

14. Procedimiento para secado en frío de un gas mediante un dispositivo que consiste principalmente en un circuito

cerrado de enfriamiento (2) que contiene un refrigerante que puede hacerse circular en el circuito de enfriamiento (2) por un compresor (3), y que además en la dirección del flujo (M) del refrigerante sucesivamente contiene un condensador (5) conectado a la salida del compresor (3); medios de expansión (7) seguidos de un evaporador (8) conectado a la entrada del compresor (3) antes mencionado, en donde el evaporador (8) constituye la parte primaria 1 de un intercambiador de calor (9) con una parte secundaria (1) a través de la cual se gula el gas a secar y en donde hay un tubo de derivación (18) en el circuito de enfriamiento (2) que puede cerrarse por medio de una válvula de derivación (18) con un elemento de válvula (23) que se mantiene en posición cerrada bajo la influencia de un elemento de resorte, caracterizado porque cuando el dispositivo está cargado la válvula de derivación es abierta contra la fuerza elástica del elemento de resorte cuando la presión en el circuito cerrado de enfriamiento (2), en un 15 punto aguas arriba de la salida del evaporador (8) es mayor que un valor de consigna.

15. Procedimiento según la reivindicación 14, caracterizado porque la válvula de derivación es abierta contra la fuerza elástica del elemento de resorte cuando la presión en el circuito cerrado de enfriamiento (2), en un punto aguas arriba del evaporador (8) es mayor que un valor de consigna.