BE1008176A6

BE1008176A6 - Werkwijze voor het drogen van een gekomprimeerd gas en inrichting om deze werkwijze te verwezenlijken.

Info

Publication number: BE1008176A6
Application number: BE9400250A
Authority: BE
Original assignee: Atlas Copco Airpower Nv
Priority date: 1994-03-07
Filing date: 1994-03-07
Publication date: 1996-02-06

Abstract

Werkwijze voor het drogen van een gekomprimeerd gas, waarbij het gekomprimeerd gas wordt afgekoeld om het erin aanwezige vocht te kondenseren en af te scheiden en waarbij deze koeling minstens gedeeltelijk door middel van een tweefazig koelfluïdum gebeurt, daardoor gekenmerkt dat de koeling met het tweefazig koelfluïdum in een platenwarmtewisselaar (17) plaatsvindt.

Description


   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Werkwijze voor het drogen van een gekomprimeerd gas en inrichting om deze werkwijze te verwezenlijken. 



  Deze uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het drogen van een gekomprimeerd gas, alsmede op een inrichting, meer speciaal een gasdroger, om deze werkwijze te verwezenlijken. 



  In de eerste plaats is zij bedoeld voor het drogen van gekomprimeerde lucht, doch in het algemeen kan zij ook voor het drogen van andere gekomprimeerde gassen worden aangewend. 



  Kompressorinstallaties leveren gekomprimeerde lucht tot bijvoorbeeld 25 bar. Deze gekomprimeerde lucht heeft meestal een hoog watergehalte. Dit water kan nadelig zijn voor het leidingnetwerk en voor de toepassing waarvoor de gekomprimeerde lucht gebruikt wordt. Daarom dient deze lucht dan ook gedroogd te worden. Zulke droging gebeurt door de gekomprimeerde lucht af te koelen tot ongeveer 2   oc,   waardoor het water kondenseert en kan afgevoerd worden. 



  Meer speciaal heeft zij   betreKking   op een werkwijze van het type waarbij het gekomprimeerd gas wordt afgekoeld om het erin aanwezige vocht te kondenseren en af te scheiden en waarbij deze koeling minstens gedeeltelijk door middel van een tweefazig   koelfluidum   gebeurt. 



  Het is bekend dat in bestaande gasdrogers de 
 EMI1.1 
 -e koelen gas en bet tweefazig warmtewisseling tussen    het te koelen gas en het tweefazigkoelfluïdum   o. a. gerealiseerd wordt door middel van een platen-buis warmtewisselaar of een buis-buis 
 EMI1.2 
 b4j warmtewisselaar waarbij het 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 door een buis stroomt.

   De reden waarom voor een koeling door middel van een tweefazig koelfluidum nooit afgeweken is van de klassieke buis bestaat erin dat steeds verondersteld werd dat om een goede warmteoverdracht in een tweefasig fluïdum te bekomen, dus hoge   warmteoverdrachtscoëfficiënten   te bereiken, verhoudingsgewijs zeer hoge Re-getallen (Reynoldsgetallen) dienen te worden gerespekteerd, wat alleen door middel van een gekromde buis of dergelijke en niet door middel van een plaatvormig doorstromingskanaal voor het tweefazig fluïdum kan worden gerealiseerd. 



  Deze bekende platen-buis en buis-buis warmtewisselaars hebben verschillende nadelen, onder andere dat de produktiekost hiervan relatief hoog is en dat zij een relatief groot volume innemen in verhouding tot hun koelvermogen. 



  De huidige uitvinding beoogt dan ook een werkwijze en inrichting voor het drogen van een gekomprimeerd gas waarbij de voornoemde nadelen worden uitgesloten. 



  Volgens de uitvinding wordt hierbij afgeweken van de voornoemde gedachtengang dat de koeling door middel van het tweefazig koelfluïdum dient te gebeuren in een platen-buis of buis-buis warmtewisselaar. Hierbij baseert men zieh op het feit dat, zoals uitgewezen door onderzoek, bij verdamping of kondensate de   warmteoverdrachtscoëfficiënt   vooral bepaald wordt door het verdampings-of kondensatieproces, en de konvektieve bijdrage tot de   warmteoverdrachtscoëfficiënt   slechts weinig rol speelt, tenzij bij zeer hoge Re-getallen.

   Uitvindingsgewijs kan het verdampend tweefazig koelfluidum dan door een platenwarmtewisselaar gestuurd, zonder gevaar voor lage   warmteoverdrachtscoëfficiënten   die normaal, volgens de 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 gangbare theorie, bij de lage Re-getallen in een tussen platen gedefinieerd doorstromingskanaal zouden optreden. 



  Bijgevolg voorziet de uitvinding dan ook in een werkwijze voor het drogen van een gekomprimeerd gas, waarbij het gekomprimeerd gas wordt afgekoeld om het erin aanwezige vocht te kondenseren en af te scheiden en waarbij deze koeling minstens gedeeltelijk door middel van een tweefazig koelfluidum gebeurt, daardoor gekenmerkt dat de koeling met het tweefazig   koelfluïdum in   een platenwarmtewisselaar plaatsvindt. 



  De uitvinding heeft eveneens betrekking op een inrichting voor het drogen van een gas, welke een koelinrichting bevat om het gas af te koelen zodat minstens een gedeelte van het erin aanwezige vocht wordt gekondenseerd en kan worden afgescheiden, waarbij de voornoemde koelinrichting minstens een warmtewisselaar bevat die in een koeling door middel van een tweefazig   koelfluïdurn   voorziet, daardoor gekenmerkt dat deze warmtewisselaar een platenwarmtewisselaar is. 



  Met het inzicht de kenmerken volgens de uitvinding beter aan te tonen, zijn hierna als voorbeelden zonder enig beperkend karakter enkele voorkeurdragende uitvoeringsvormen beschreven, met verwijzing naar de bijgaande tekeningen, waarin : figuur 1 een bekende inrichting voor het drogen van gas weergeeft ; figuren 2 en 3 doorsneden weergeven volgens lijnen
11-11 en 111-111 in figuur   1i   figuur 4 een gedeelte van een warmtewisselaar uit nog een bekende inrichting weergeeft ; figuur 5 een inrichting volgens de uitvinding weergeeft ; 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 figuur 6 een doorsnede weergeeft volgens lijn VI-VI in figuur 5 ; figuur 7 een praktische uitvoeringsvorm weergeeft van een warmtewisselaar die in de gasdroger van de uitvinding kan worden aangewend ; figuur 8 een doorsnede weergeeft volgens lijn
VIII-VIII in figuur 7. 



  In figuren 1 tot 3 is een bekende inrichting 1 voor het drogen van gas weergegeven, welke een koelinrichting 2 bevat om het gas af te koelen zodat minstens een gedeelte van het erin aanwezige vocht wordt gekondenseerd en kan worden afgescheiden, waarbij deze koelinrichting 2 minstens   een   warmtewisselaar 3 bevat die in een koeling door middel van een tweefazig koelfluidum voorziet. 



  Zoals in de inleiding is uiteengezet, wordt tot op heden voor de warmtewisselaar 3, waar warmteuitwisseling plaatsvindt tussen een hoofdzakelijk éénfazig fluidum, in dit geval het te drogen gas, en een tweefazig koelfluidum, zoals een verdampend koelmiddel, uitsluitend gebruik gemaakt van platen-buis of buis-buis warmtewisselaars. In het voorbeeld van figuren 1 tot 3 is een platen-buis warmtewisselaar 3 afgebeeld. Zoals aangeduid met pijlen A wordt het te drogen gas hierbij door een kanalisatie 4 geleid, welke volledig door platen 5 tot 8 begrensd is, terwijl het koelfluidum zoals aangeduid met pijl B, door een buis 9 geleid wordt, bijvoorbeeld in de vorm van een serpentine, welke gelegen is tegen de kanalisatie 4. 



  De voornoemde kanalisatie 4 kan zoals weergegeven in figuur 1 bestaan uit twee delen 10 en 11, waartussen de voornoemde buis 9 is aangebracht. De delen 10 en 11 kunnen beide een doorsnede vertonen zoals afgebeeld in figuur 2. 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 Het   koelt fluidum   in de buis 9 kan worden gekoeld en worden rondgepompt door middel van een koelgroep 12. 



  Door de koeling in de warmtewisselaar 3 wordt het vocht in het te drogen gas gekondenseerd, zodanig dat het gevormde kondensaat K kan worden afgescheiden in een vloeistofafscheider 13, zoals schematisch is aangeduid in figuur 1. 



  Zoals weergegeven in figuren 1 tot 3 is het ook bekend dat in een voorkoeling kan worden voorzien door middel van een tweede warmtewisselaar 14, waarbij als koelmiddel het gedroogde gas, dat na de afscheiding van het kondensaat K wordt bekomen, wordt aangewend. Aangezien de warmtewisselaar 14 voorziet in een koeling tussen twee éénfazige flulda kon hiertoe volgens de gangbare theorie wel gebruik gemaakt worden van een platenwarmtewisselaar. 



  Figuur 4 geeft een bekende variante weer van de voornoemde warmtewisselaar 3, waarbij deze bestaat uit een buis-buis warmtewisselaar, welke ook de in de inleiding genoemde nadelen vertoont. 



  Zoals weergegeven in figuren 5 en 6 voorziet de huidige 
 EMI5.1 
 uitvinding een inrichting 15 voor het drogen van een u gekomprimeerd gas, van het type dat een koelinrichting 16 bevat om het gas af te koelen zodat minstens een gedeelte van het erin aanwezige vocht wordt gekondenseerd en kan worden afgescheiden, waarbij de voornoemde koelinrichting 
 EMI5.2 
 16 een warmtewisselaar 17 bevat die in een koeling 6 door middel van een tweefazig koelfluidum voorziet, met als kenmerk dat de warmtewisselaar 17 een platenwarmtewisselaar is, met andere woorden waarbij zowel het te drogen gas als het tweefazig   koelfluidum   doorheen kanalisaties, respek- 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 tievelijk 18 en 19 worden geleid die volledig begrensd zijn door plaatwanden, in dit geval platen 20 tot 23. 



  De kanalisatie 18 kan zoals weergegeven in figuur 5 bestaan uit twee delen 24 en   25,   waartussen de kanalisatie 19 is aangebracht. De delen 24 en 25 kunnen dezelfde doorsnede vertonen als het voornoemde deel 10 dat is afgebeeld in figuur 2. 



  Zoals weergegeven in figuren 5 en 6 wordt bij voorkeur gebruik gemaakt van een platenwarmtewisselaar die voorzien is van lamellen 26 in de kanalisatie 18 voor het te drogen gas en/of in de kanalisatie 19 voor het   koelfluïdum.   Bij voorkeur zijn beide kanalisaties 18 en 19 met zulke lamellen 26 uitgerust. 



  Het koelfluidum wordt via een kringloop 27 rondgepompt en gekoeld door middel van een koelgroep 28. De toevoer en afvoer van het koelfluïdum gebeurt via een ingang 29 en een uitgang 30, die bijvoorbeeld aangebracht zijn zoals afgebeeld in figuur 6. 



  De kanalisaties 18 en   19   van de warmtewisselaar 17 zijn bij voorkeur in meestroom geschakeld. 



  Zoals weergegeven in figuren 5 en 6 kan in een voorkoeling worden voorzien, bijvoorbeeld door middel van een tweede warmtewisselaar   31. A. LS   koelmiddel kan het gedroogde gas, dat na de afscheiding van het kondensaat K in een vloeistofafscheider 32 wordt bekomen, worden aangewend. Hiertoe is de uitgang 33 van de kanalisatie 18 zoals schematisch aangeduid met de leiding 34 aangesloten op de ingang 35 van het koelgedeelte van de warmtewisselaar 31. 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 De tweede warmtewisselaar 31 bestaat bij voorkeur ook uit een platenwarmtewisselaar. Hij werkt bij voorkeur volgens het tegenstroomprincipe.

   Konstruktief kan hij analoog zijn opgebouwd als de warmtewisselaar 17, met andere woorden bestaan uit een kanalisatie 36 voor het te drogen gas, gevormd uit twee delen 37 en 38 en een kanalisatie 39 voor het als koelmiddel funktionerende gedroogde gas, die zieh tussen de delen 37 en 38 uitstrekt. 



  Zoals nog is weergegeven in figuur 5 zijn de twee warmtewisselaars 17 en 31 bij voorkeur konstruktief in elkaars verlengde gelegen, en wel zodanig dat de kanalisaties voor het te drogen gas, enerzijds 36 en anderzijds 18,   een   doorlopend geheel vormen. 



  De werking van de inrichting 15 kan eenvoudig uit de figuren 5 en 6 worden afgeleid. Zij wordt hierna beschreven voor het drogen van lucht. 



  De gekomprimeerde lucht stroomt eerst doorheen de warmtewisselaar 31, namelijk de lucht-lucht platenwarmtewisselaar, en wordt door de gedroogde lucht welke in tegenstroom   C   stroomt, afgekoeld tot bijvoorbeeld 20    C.   Vervolgens stroomt de gekomprimeerde lucht in de kanalisatie 18 van de warmtewisselaar 17, waar zij door middel van het tweefazig koelfluidum, dat door de kanalisatie 19 stroomt, in meestroom verder wordt afgekoeld tot   bijvoorbeeld   2    C.   Het hierbij gekondenseerde water wordt vervolgens afgevoerd in de waterafscheider 32 en de gedroogde lucht wordt   teruggevoerd   naar de warmtewisselaar 31 om daar als koelmiddel te worden aangewend. 



  Volgens een bijzondere uitvoeringsvorm zal voor de warmtewisselaars, in de eerste plaats de warmtewisselaar 17, en eventueel ook de warmtewisselaar 31, gebruik worden 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 gemaakt van een platenwarmtewisselaar met offset geplaatste lamellen, met andere woorden reeksen van parallelle zieh in de langsrichting uitstrekkende lamellen 26 die geplaatst zijn zoals afgebeeld in figuren 7 en 8. De lamellen 26 kunnen hierbij gevormd zijn uit gegolfde plaatvormige elementen, met rechthoekige golfvorm, die tussen de platen 20-21 en/of 21-22 en/of 22-23 zijn aangebracht. Het gebruik van zulke offset geplaatste lamellen 26 biedt het voordeel dat turbulentie wordt gegenereerd, en dus ook hogere Re-getallen, wat leidt tot betere warmteoverdrachtscoëfficiënten. 



  De inrichting 15 van de uitvinding biedt het voordeel dat, tegen de gangbare theorie in, een merkelijk betere warmteoverdracht plaatsvindt. Testen hebben uitgewezen dat de warmtewisselaar 17 van de uitvinding voor eenzelfde koelend vermogen meer dan 30 % kleiner kan worden gemaakt dan een plaat-buis warmtewisselaar 3. 



  Samengevat bestaan de voordelen van de uitvinding erin dat het produktieproces merkelijk goedkoper is, wat leidt tot een daling van de kostprijs van de warmtewisselaar en de ganse gasdroger ; dat de warmtewisselaar kleiner kan worden uitgevoerd, wat ook tot een daling van de kostprijs leidt ; en dat, aangezien de warmtewisselaar 17 de grootte van de gasdroger bepaalt, deze laatste ook kleiner en goedkoper kan worden gerealiseerd. 



  De huidige uitvinding is geenszins beperkt tot de als voorbeelden beschreven en in de figuren weergegeven uitvoeringsvormen, doch dergelijke werkwijze en inrichting voor het drogen van een gekomprimeerd gas kunnen volgens verschillende varianten worden verwezenlijkt zonder buiten het kader van de uitvinding te treden.

Claims

Konklusies.

1.-Werkwijze voor het drogen van een gekomprimeerd gas, waarbij het gekomprimeerd gas wordt afgekoeld om het erin aanwezige vocht te kondenseren en af te scheiden en waarbij deze koeling minstens gedeeltelijk door middel van een tweefazig koelfluidum gebeurt, daardoor gekenmerkt dat de koeling met het tweefazig koelfluidum in een platenwarmtewisselaar (17) plaatsvindt.

2.-Inrichting voor het drogen van een gas, welke een koelinrichting (16) bevat om het gas af te koelen zodat minstens een gedeelte van het erin aanwezige vocht wordt gekondenseerd en kan worden afgescheiden, waarbij de voornoemde koelinrichting (16) minstens een warmtewisselaar (17) bevat die in een koeling door middel van een tweefazig koelfluïdum voorziet, daardoor gekenmerkt dat deze warmtewisselaar (17) een platenwarmtewisselaar is.

3.-Inrichting volgens konklusie 2, daardoor gekenmerkt dat de platenwarmtewisselaar (17) van lamellen (26) is voorzien.

4.-Inrichting volgens konklusie 3, daardoor gekenmerkt dat in de voornoemde platenwisselaar (17) zowel de kanalisatie (18) voor het te drogen gas als de kanalisatie (19) voor het tweefazig koelfluidum van lamellen (26) zijn voorzien.

5.-Inrichting volgens konklusie 3 of 4, daardoor gekenmerkt dat zij is voorzien van reeksen van parallelle zieh in de langsrichting uitstrekkend en offset geplaatste lamellen (26).

6.-Inrichting volgens een der konklusies 3,4 of 5, daardoor gekenmerkt dat de lamellen (26) gevormd zijn uit <Desc/Clms Page number 10> gegolfde plaatvormige elementen die tussen de platen van de platenwarmtewisselaar (17) zijn aangebracht.

7.-Inrichting volgens een der konklusies 2 tot 6, daardoor gekenmerkt dat de kanalisaties (18, 19) van de voornoemde warmtewisselaar (17), respektievelijk voor het te koelen gas en het tweefazig koelfluïdum, in meestroomrichting zijn geplaatst. EMI10.1

8.-Inrichting volgens een der konklusies 2 tot 7, gekenmerkt dat de voornoemde warmtewisselaar (17) is voorzien van een kanalisatie (18) voor het te koelen gas die uit twee delen (24, 25) bestaat en dat hij een kanalisatie (19) vertoont voor het tweefazig koelfluidum, welke zieh tussen de voornoemde twee delen (24,25) uitstrekt.

9.-Inrichting volgens een der konklusies 2 tot 8, daardoor gekenmerkt dat de koelinrichting (16) een tweede warmtewisselaar (31), tevens een platenwarmtewisselaar, bevat, die in een voorkoeling van het te drogen gas voorziet, waarbij het gekoelde gas uit de eerste warmtewisselaar (17) als koelmiddel in tegenstroom door de tweede warmtewisselaar (31) wordt gevoerd.

10.-Inrichting volgens konklusie 9, daardoor gekenmerkt dat de twee platenwarmtewisselaars konstruktief in elkaars verlengde zijn gelegen, waarbij de twee kanalisaties (18,36) voor het te drogen gas, respektievelijk in de eerste en tweede warmtewisselaar (17, 31), een doorlopend geheel vormen.