(57)【要約】  熱交換器(2)を有する冷却乾燥のための装置であって、該熱交換器の第一の部分が、冷却回路(4)の気化器(3)であり、該冷却回路が、さらに、モーター(5)によって駆動される圧縮機(6)、前記モーター(5)を制御するための制御器(16)、および最低空気温度(LAT)を測定する手段(17)、周囲温度(Tamb)を測定する手段(18)、および流量計(19)をも有し、ここで、前記制御器(16)に、少なくとも、気体の流量が所定値を超えた場合にのみ冷却回路(4)が作動させられる第一のユーザーモードと、冷却回路(4)を制御することにより、最低空気温度(LAT)がある範囲内に保たれる第二のユーザーモードとにおいてスイッチを入れることができる。【選択図】図1
2009505813.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器(2)を有する冷却乾燥のための装置であって、
該熱交換器の第一の部分が、冷却回路(4)の気化器(3)であり、該冷却回路が、さらに、モーター(5)によって駆動される圧縮機(6)、凝縮器(7)、圧縮機(1)の出口と気化器(3)の入口との間の膨張手段(8)、前記モーター(5)を制御するための制御器(16)、および該制御器に接続された測定手段をも有し、熱交換器(2)の第二の部分が、乾燥すべき気体のための管(10)の一部であり、ここで、この管(10)において、熱交換器(2)の前記第二の部分の出口に、液体分離器(12)が配置されているような装置において、
前記測定手段が、少なくとも、乾燥すべき気体の最低空気温度(LAT)を測定する手段(17)、周囲温度(Tamb)を測定する手段(18)、および乾燥すべき気体のための前記管(10)の流量計(19)から成り、
また、前記制御器(16)に、少なくとも二つのユーザーモードでスイッチを入れることができ、ここで、第一のユーザーモードにおいては、冷却回路(4)が、前記管(10)を通る乾燥すべき気体の測定流量が所定値を超えた場合にのみ作動させられ、また冷却回路(4)が、最低空気温度(LAT)が所定の最小値(A)まで低下するたびにスイッチが切られ、最低空気温度(LAT)がある最大値(B)に達するまで、スイッチが切られた状態に保たれ、さらに、第二のユーザーモードにおいては、冷却回路(4)を制御することにより、測定最低空気温度(LAT)が、周囲温度(Tamb)の関数である特定の範囲内に保たれること、
を特徴とする冷却乾燥のための装置。
【請求項２】
当該制御器(16)が、第一のユーザーモードにおいて、当該所定最小値(A)が一定であるように制御することを特徴とする請求項1に記載の装置。
【請求項３】
当該制御器(16)が、第一のユーザーモードにおいて、当該所定最小値(A)が事実上1℃に等しいように制御することを特徴とする請求項1または2に記載の装置。
【請求項４】
当該制御器(16)が、周囲温度(Tamb)の関数としてのアルゴリズムを備えており、該アルゴリズムにもとづいて、第一のユーザーモードにおいて、最低空気温度(LAT)の当該最大値(B)が計算されることを特徴とする請求項1から3の中のいずれか一つに記載の装置。
【請求項５】
当該制御器(16)が、測定最低空気温度(LAT)がある信号値(C)を下回ったことを示す信号送出手段に接続されていることを特徴とする請求項1から4の中のいずれか一つに記載の装置。
【請求項６】
当該信号送出手段が、LED、点滅灯、スピーカー、もしくは他のなんらかの信号送出手段、またはこれらの組合せの形に作られることを特徴とする請求項5に記載の装置。
【請求項７】
当該制御器(16)が、当該信号値(C)を計算するために測定周囲温度(Tamb)の関数としてのアルゴリズムを備えていることを特徴とする請求項5または6に記載の装置。
【請求項８】
当該信号値(C)を計算するための当該アルゴリズムが、一つの関数から成り、該関数が、周囲温度(Tamb)のある設定値(Tb)までは一定であり、それよりも高い周囲温度(Tamb)ではほぼ線形に増加する傾きを有するようなものであることを特徴とする請求項5から7の中のいずれか一つに記載の装置。
【請求項９】
当該信号値(C)の線形増加関数の傾きが周囲温度(Tamb)の範囲内では一定値となるようにされることを特徴とする請求項8に記載の装置。
【請求項１０】
当該制御器(16)が、第二のユーザーモードにおいて、冷却回路(4)が当該モーター(5)のオン・オフによって制御され、乾燥すべき気体の最低空気温度(LAT)が所定の最小限界値と最大限界値(それぞれ、D、E)の間に維持されるように制御し、また、前記限界値(DとE)の計算のために制御器(16)に測定周囲温度(Tamb)の関数としてのアルゴリズムが備えられることを特徴とする請求項1から9の中のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１１】
制御器(16)が、第二のユーザーモードにおいて、冷却回路(4)が、乾燥すべき気体のある所定の最小流量が熱交換器(2)の第二の部分を通過した場合にのみ、作動するように、制御することを特徴とする請求項10に記載の装置。
【請求項１２】
当該制御器(16)に接続されている、モーター(5)の回転速度を調節するための手段(26)を備えていることを特徴とする請求項1から9の中のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１３】
モーター(5)の回転速度を調節するための当該手段(26)が周波数変換器から成ることを特徴とする請求項12に記載の装置。
【請求項１４】
当該制御器(16)が、必要な最低空気温度を計算するために、周囲温度(Tamb)の関数としてのアルゴリズムを備え、また、前記制御器(16)が、第二のユーザーモードにおいて、冷却回路(4)が、LAT値を測定してこの測定LAT値を必要LAT値と比較し、そのあと当該モーター(5)の回転速度を調節して実際のLATが計算LATとなるように調節することによって制御されるように、制御することを特徴とする請求項12または13に記載の装置。
【請求項１５】
当該凝縮器(7)を冷却するためのファン(27)を備え、またこのファン(27)が当該制御器(16)に接続されていることを特徴とする請求項1から14の中のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１６】
当該測定手段がさらに凝縮器温度の測定手段を有することを特徴とする請求項15に記載の装置。
【請求項１７】
当該制御器(16)が、当該ファン(27)が、熱交換機(2)の第二の部分を通過する乾燥すべき気体の流量の関数として、かつ/または凝縮器温度の関数として、制御されるように、制御することを特徴とする請求項15または16に記載の装置。
【請求項１８】
当該圧縮機(6)が、バイパス弁(21)および開放/遮断弁(22)を有するバイパス(20)によって迂回されることを特徴とする請求項1から17の中のいずれか一つに記載の装置。
【請求項１９】
当該開放/遮断弁(22)が前記制御器(16)に接続されていることを特徴とする請求項18に記載の装置。
【請求項２０】
当該制御器(16)が、当該開放/遮断弁(22)が、気化器温度が目標値よりもかなり低いときに開放され、この設定点にふたたび近づくとふたたび閉じるように、制御することを特徴とする請求項１から19の中のいずれか一つに記載の装置。
【請求項２１】
最低空気温度(LAT)のための当該測定手段(17)が、乾燥すべき気体のための当該管(10)に、熱交換器(2)の第二の部分の後に、備えられることを特徴とする請求項1から20の中のいずれか一つに記載の装置。
【請求項２２】
制御器(16)が、モーター(5)が始動するたびに、特定の時間間隔にわたって作動したままになるように制御することを特徴とする請求項1から21の中のいずれか一つに記載の装置。
【請求項２３】
制御器(16)が、モーター(5)が始動する一時間あたりの回数が制限されるように、制御することを特徴とする請求項1から22の中のいずれか一つに記載の装置。
【請求項２４】
当該制御器(16)が、モーター(5)が始動するたびに、特定の時間間隔中の周波数が一定、好ましくは約50 Hzに保たれるように、制御することを特徴とする請求項1から23の中のいずれか一つに記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却乾燥のための改良された装置に関する。
【０００２】
本発明は、特に、熱交換器を有する冷却乾燥(cool drying)のための装置であって、該熱交換器の第一の部分が、冷却回路の気化器であり、該冷却回路が、さらに、モーターによって駆動される圧縮機、凝縮器、前記圧縮機の出口と前記気化器の入口との間の膨張手段、前記モーターを制御するための制御器、および該制御器に接続された測定手段をも有し、前記熱交換器の第二の部分が、乾燥すべき気体のための管の一部であり、ここで、この管において、前記熱交換器の前記第二の部分の出口に、液体分離器が配置されているような装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
たとえば圧縮機によって供給される圧縮空気は、たいていの場合、水蒸気で飽和している。言い換えると、相対湿度100%を有している。これは、温度がいわゆる露点よりも低くなると、凝縮が起こるということを意味する。凝縮水は、管および工具の腐食を引き起こし、また機器の早すぎる磨耗が起こりうる。
【０００４】
そのため、圧縮空気は乾燥され、これは、冷却乾燥のための前記装置で実施することができる。また、この種の装置では、その他の気体も乾燥することができる。
【０００５】
冷却乾燥は、気化器内の空気または気体温度を下げることにより、空気または気体中の水分が凝縮し、そのあと凝縮水を液体分離器で分離してから、空気または気体を再加熱し、この空気または気体が不飽和であるようにする、という原理にもとづいている。
【０００６】
同じことは、空気でない任意の他の気体にも適用でき、以下で空気に関して述べることは、空気でない任意の他の気体にも当てはまる。
【０００７】
冷却乾燥のための装置はすでに公知であり、そのような装置では、前記測定手段は、気化器の圧力または気化器の温度を測定する手段として作られ、このとき、冷却回路は、前記測定手段からやってくる測定値にもとづいてオン・オフされる。
【０００８】
圧縮空気の排出が記録されると、冷却回路が始動し、圧縮空気の排出がふたたび停止されると、ただちに冷却回路もふたたび停止される。
【０００９】
そのような公知の装置の欠点は、冷却回路のスイッチが切られると、冷却がなされないために、熱交換器が昇温するということである。
【００１０】
このあと、熱交換器が昇温している間に、圧縮空気がふたたび排出されると、供給される圧縮空気において、熱交換器の乾燥すべき空気が十分には冷却されていないため、瞬間的に温度と露点との最大値に達し得て、乾燥すべき前記気体中の水が最大の能力で凝縮する。
【００１１】
圧縮空気を冷却するための熱媒体(thermal mass)たとえば水とプロピレングリコールとの混合物を有する冷却乾燥のための装置も公知である。
【００１２】
そのような公知の装置の場合、冷却回路は前記熱媒体を冷却するためにのみ使用され、したがって、この冷却回路の圧縮機は、熱媒体がある温度に達したらただちにスイッチを切ることができ、したがってエネルギーを節約することができる。
【００１３】
そのような公知の装置の欠点は、冷却回路を、前記熱媒体の存在により、非常に重くかつ大きく作らなければならない、ということである。
【００１４】
そのような公知の装置のもう一つの欠点は、追加要素たとえば溜めおよび/または追加熱交換器により、冷却回路の構造が割合に高価で複雑になり、その組み立てに非常に時間がかかる、ということである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は前記その他の欠点の一つまたはいくつかを克服することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
そのために、本発明は、
前記タイプの冷却乾燥のための装置であって、
前記測定手段が、少なくとも、乾燥すべき気体の最低空気温度を測定する手段、周囲温度を測定する手段、および乾燥すべき気体のための前記管の流量計から成り、
また、前記制御器に、少なくとも二つのユーザーモードでスイッチを入れることができ、ここで、第一のユーザーモードにおいては、冷却回路が、前記管を通る乾燥すべき気体の測定流量が所定値を超えた場合にのみ作動させられ、また冷却回路が、最低空気温度が所定の最小値まで低下するたびにスイッチが切られ、最低空気温度がある最大値に達するまで、スイッチが切られた状態に保たれ、さらに、第二のユーザーモードにおいては、冷却回路を制御することにより、測定最低空気温度が、周囲温度の関数である特定の範囲内に保たれること、
を特徴とする冷却乾燥のための装置、
に関する。
【００１７】
ここで、最低空気温度またはLATという言葉が意味するのは、冷却乾燥時に発生する、乾燥すべき空気の最低温度のことであり、この温度は、原理的には、熱交換器の第二の部分の、乾燥すべき気体の出口で生じる。LATは、いつでも空気の露点の良い指標となる。両者の間には関係があるからである。
【発明の効果】
【００１８】
前記装置の一つの利点は、熱交換器の温度が常に制限されているということである。というのは、冷却回路が、測定LATまたは露点が高くなりすぎると、再始動し、したがって最大値に達するのが避けられるからである。
【００１９】
第一のユーザーモードにおけるLATの前記最大値と第二のユーザーモードにおけるLATの前記範囲とは、必要に応じて調節できるので、すべての周囲温度において、露点を、冷却乾燥のための装置につながる圧縮空気ネットワークにおける腐食または凝縮液の発生を避けるのに十分な低さとすることが保証できる。
【００２０】
本発明による前記装置のもう一つの利点は、熱媒体の使用が必要でなく、エネルギーを非常に簡単なやり方で節約できる、ということである。というのは、冷却回路のスイッチが、適当なときに、たとえば圧縮空気の消費がなくて圧縮空気の乾燥が必要でないときに、切られるからである。
【００２１】
もう一つの利点は、前記流量計の存在により、冷却回路のスイッチを、たとえばゼロ負荷のとき、切ることができ、したがってさらにエネルギーが節約できる、ということである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の特徴をさらに十分に説明するために、本発明による冷却乾燥のための改良された装置の好ましい実施形態を、添付の図面に即して、説明する。この実施形態は単なる例である。
【００２３】
図1は、冷却乾燥のための装置1であり、この装置は、主として、熱交換器2から成り、該熱交換機の第一の部分は、冷却回路4の気化器3から成り、この冷却回路には、続いて、モーター5によって駆動される圧縮機6、凝縮器7、および膨張手段8も取りつけられている。
【００２４】
この冷却回路には、冷却剤たとえばフレオンR410aが満たされ、その流れの向きを矢印9で示す。
【００２５】
熱交換器2の第二の部分は、乾燥すべき湿った空気のための管10の一部であり、この空気の流れの向きを矢印11で示す。
【００２６】
管10には、熱交換器2のあと、すなわちその出口に、液体分離器12が配置されている。
【００２７】
この管は、熱交換器2に到達する前に、一部が、予備冷却器または伝熱式熱交換器(recuperation heat exchanger)13を通過して延びるようにすることができ、そのあと、液体分離器12を過ぎ、ふたたび伝熱式熱交換器13を通過して延びている。このとき、その向きは、前記一部に対して、平行流または対向流となっている。
【００２８】
前記管10の出口は、たとえば、圧縮空気ネットワークに接続することができる。このネットワークは図には示さないが、このネットワークには、圧縮空気消費物が、たとえば圧縮空気によって駆動される工具が接続される。
【００２９】
熱交換器2は、液体/空気熱交換器であり、全体として、空気/空気熱交換器である使用可能な伝熱式熱交換器13を有するような構造とすることができる。
【００３０】
この場合、膨張手段8は、凝縮器7の出口と気化器3の入口との間に備えられた温度調整弁の形のものであり、その温度調節要素は、公知のやり方で、管14によって気化器3の出口にある測温体15に接続されている。言い換えると、冷却回路4の気化器3と圧縮機6との間に接続されている。
【００３１】
明らかに、前記膨張手段8は多くのやり方で具体化することができ、たとえば、気化器3の一端またはそのあとに配置された温度計に接続された電子弁(electronic valve)の形のものとすることができる。
【００３２】
ある種の小さな冷却乾燥機1の場合、膨張手段8を毛細管で置き換えることができる。
【００３３】
圧縮機6は、たとえば体積圧縮機(volumetric compressor)であり、この圧縮機は、一定回転速度で、事実上同じ体積流を送り出すような、たとえば渦巻き(spiral)圧縮機である。一方、モーター5は、電動機であり、この場合、制御器16に接続している。
【００３４】
前記制御器16は、本発明においては、以下で詳細に説明する少なくとも二つのユーザーモードの間で切り換えることができ、たとえばプログラマブルロジックコントローラ(PLC)の形のものとすることができ、また本発明においては、この制御器は、測定手段にも接続される。この測定手段は、本発明においては、少なくとも、乾燥すべき気体の最低空気温度(LAT)のための測定手段17、周囲温度Tambのための測定手段18、および流量計19から成る形のものである。
【００３５】
LATのための前記測定手段17は、好ましくは、乾燥すべき空気の最低温度が実際に予想されうる場所に備えられ、その場所は、この場合、熱交換器2の第二の部分の直後、好ましくは液体分離器12の前である。
【００３６】
本発明においては、LATを測定するための測定手段17を露点を測定するための測定手段によって置き換えることは排除されない。このとき、露点を測定するための測定手段は、好ましくは、前記熱交換器2の第二の部分の出口近くに備えられる。したがって、本発明においては、以下でLATを測定するための測定手段17に関して述べることは、露点を測定するための手段にも適用することができる。
【００３７】
周囲温度(Tamb)のための前記測定手段18は、好ましくは、装置1によって乾燥された空気を使用する圧縮空気ネットワークに配置され、特に、この圧縮空気の末端ユーザーの近く、たとえばこの乾燥圧縮空気によって駆動される工具の近くに配置される。
【００３８】
あるいは、周囲温度のための測定手段18を、他の場所に備えることもできる。乾燥すべき圧縮空気がたとえば圧縮機からやってくる場合、周囲温度のための前記測定手段18の良い位置は、その圧縮機の入口であるということがわかっている。
【００３９】
本発明においては、測定手段18は、冷却乾燥のための装置1上に備えることもできるが、この手段は、常に、平均周囲温度が測定できるように配置しなければならない。
【００４０】
前記流量計19は、乾燥すべき気体のための前記管10に備えられ、ここでは、伝熱式熱交換器13のあとに備えられている。明らかに、この流量計19は、管10のどこにでも備えることができる。
【００４１】
この場合、流量計19は、センサーの形に作られており、所定の気体流量が管10を通って流れると、ただちに出力信号を送り出すが、管10を通る前記気体流量の大きさを決定するものではない。
【００４２】
本発明の装置1のもう一つの実施形態においては、当然のことながら、管10を通る気体流量の大きさを測定する流量計19の使用は排除されない。この測定値は、冷却回路4の制御において考慮することができる。
【００４３】
冷却乾燥のための本発明の改良された装置1の動作は、非常に簡単であり、下記のようである。
【００４４】
乾燥すべき空気は、管10を通って、したがって熱交換器2を通って、たとえば冷却回路4の気化器3内の冷却剤に対して対向流となるように、送られる。
【００４５】
この熱交換器2においては、湿った空気が冷却され、したがって凝縮液が生じ、これは液体分離器12で分離される。
【００４６】
前記液体分離器のあと、冷却空気は、絶対量としては少量の水分しか含まないが、それでも相対湿度は100%である。この空気は、伝熱式熱交換器13で加熱され、相対湿度が好ましくは50%よりも小とされ、その一方で、乾燥すべき新しい空気が、熱交換器2に供給される前に、伝熱式熱交換器13で前もってある程度冷却される。
【００４７】
このようにして、伝熱式熱交換器13の出口における空気は、熱交換器2の入口におけるよりも乾燥していることになる。
【００４８】
冷却回路4の動作そのものは公知であり、下記のようである。
【００４９】
圧縮機6での圧縮により加熱された気相冷却剤は、凝縮器7において冷却され、液体となる。環境への熱放出のために、たとえば、冷却媒体たとえば水または空気を使用することができる。
【００５０】
膨張手段8の存在により、液体冷却剤が一定の気化器圧力まで膨張し、これはもちろん温度低下をもたらす。
【００５１】
公知のやり方で温度調節膨張弁8および測温体15を備えることにより、通常、気化器3のあとでは過熱が起こり、したがって冷却剤が圧縮機6内に入る危険性がなく、そのため、普通は冷却回路4に液体分離器を備える必要がない。
【００５２】
本発明においては、乾燥すべき気体のLATは、好ましくはある限界範囲内に維持され、低すぎるLATによる気化器3の凍結が防止されるが、それにもかかわらず確実に空気が十分に冷却されて、凝縮が起こりうるようにされる。
【００５３】
制御器16の第一のユーザーモードが選択されている場合、冷却回路4は、図2に示す所定最小値Aまで乾燥すべき気体のLATが低下するたびに、スイッチが切られる。ここでは、Aは一定であり、好ましくは、1℃であるが、これには限定されない。
【００５４】
本発明において、LATの前記設定最小値Aは、別様の変化をするようにもできるが、どのような周囲温度においても、冷却回路4の冷却剤の凍結を避けるのに十分な高さでなければならない。
【００５５】
このとき、LATがある最大値Bに達した場合、冷却回路4は、前記制御器16によって前記モーター5が再始動して、再始動される。
【００５６】
この場合、制御器16は、周囲温度Tambの関数としてのアルゴリズムを備えており、このアルゴリズムにより、LATの前記最大値Bが計算される。
【００５７】
図2の例において、曲線Bは、周囲温度のある第一の値Ta以下では一定であるが、前記第一の値Taよりも上では線形に増加する傾きを有する。
【００５８】
明らかに、前記最大値Bは多くの他の傾きを有することもでき、たとえば階段関数または一定値の形の傾きを有することもできる。すなわち、本発明においては、この最大値Bを測定周囲温度Tambの関数として計算する必要はない。
【００５９】
本発明においては、制御器16は、前記第一のユーザーモードにおいて、前記流量計19の測定値をも考慮し、冷却回路4は、前記管10を通る乾燥すべき気体の測定流量が設定値を超えたときにのみ、作動させられるようになっている。
【００６０】
このやり方では、冷却回路4は、冷却乾燥のための装置1が無負荷であるか、または少しの負荷しかかかっていないときに、動作したままになるのが避けられ、これはエネルギー節約の役に立つ。
【００６１】
必要というわけではないが、好ましくは、前記制御器16を、送信手段(図示せず)に接続する。該手段は、乾燥すべき気体の測定LATがある信号値Cよりも小さくなったときを示すものであり、LED、点滅灯、スピーカー、もしくはその他の送信手段、またはこれらの組合せの形に作ることができる。
【００６２】
その場合、制御器16は、好ましくは、前記信号値Cを計算するための、周囲温度Tambの関数であるアルゴリズムをも備える。
【００６３】
図2は、前記信号値Cの可能な変化を示し、この場合、この信号値Cは、周囲温度Tambのある第二の値Tbまで一定であり、この信号値Cは、前記第二の値Tbよりも高温では、大体線形に増加する傾きを有し、この傾きは、たとえば周囲温度Tambの範囲内では一定値となる。明らかに、本発明における曲線Cは、別の傾きを有することもできる。
【００６４】
制御器16の第二のユーザーモードにおいては、冷却回路4は、圧縮機6の前記駆動モーター5のオン・オフによって制御され、乾燥すべき気体のLATが常に一定の範囲内に保たれるようになっており、ここでは、図3に示すように、それぞれ所定の最小限界値Dと最大限界値Eとの間に保たれるようになっている。これらの値は、測定周囲温度Tambの関数であるアルゴリズムによって計算される。
【００６５】
ここに示す例では、この場合の最小限界値Dは、階段関数の形に変化し、この関数は、周囲温度Tambが第一の設定値Tcよりも低いときに、大体一定(この場合、大体3℃)であり、気化器3の凍結が防がれるようになっている。
【００６６】
周囲温度Tambが、前記第一の設定値Tcよりも高い第二の設定値Tdよりも高くなると、最小限界値Dの前記階段関数は、この場合にも一定になる。
【００６７】
前記設定値TcとTdとの間では、最小限界値Dのアルゴリズムの前記階段関数は、増加する傾きを有し、この場合、線形増加であるが、それは必要というわけではない。また、好ましくは、周囲温度Tambとこの計算された最小限界値Dとの差が一定であるように変化する。
【００６８】
この場合、最大限界値Eのアルゴリズムも階段関数から成り、この関数は、周囲温度Tambの各値において、前記最小限界値Dの階段関数よりも大きな値を有し、また、周囲温度が第一の設定値Teよりも小さい場合には、一定である。
【００６９】
この第一の設定値Teよりも高く、第二の設定値Tfよりも低い範囲では、この場合の最大限界値Eの曲線は、線形に増加する傾きを有する。
【００７０】
前記最大限界値Eのアルゴリズムの前記階段関数は、この第二の設定値Tfから第三の設定値Tgまでは一定であり、これよりも高温では、最大限界値Eはふたたび線形に増加する傾きを有する。
【００７１】
この場合、最大限界値Eに対する前記第三の設定値Tgは、最小限界値Dに対する第一の設定値Tcに等しい。しかし、明らかに、これは本発明において必要なことではない。
【００７２】
前記最大限界値Eの目的は、LATが高くなりすぎて、空気が十分に冷却されなくなることと、十分な水分が凝縮せずに空気を乾燥することができなくなることとを避けることである。
【００７３】
本発明においては、好ましくは、冷却乾燥のための装置1が作動している間、測定手段17によって測定されたLATの測定値が、前記制御器16によって、連続的に前記最小限界値Dおよび最大限界値Eと比較されるか、または規則的または不規則な時間間隔たとえばある特定頻度で、この比較が行われる。
【００７４】
乾燥すべき気体のLATが一時的に最小限界値Dよりも低くなった場合には、前記制御器16が、冷却回路4の圧縮機6を駆動するモーター5のスイッチを切ることにより、冷却回路4をオフにし、前記気化器3内の温度が上昇して、LATも再び増加するようにする。
【００７５】
測定LATが最大限界値Eよりも高くなると、この冷却回路4の圧縮機6を駆動するモーター5のスイッチがふたたび入り、冷却回路4はふたたびオンに切り換えられ、その結果、気化器3内の温度が低下し、したがってまたLATも再び減少する。
【００７６】
冷却回路4は、必要な場合だけしかスイッチが入らないので、本発明の冷却乾燥のための方法は、エネルギーの節約に有効である。
【００７７】
適当な時点で冷却回路4がふたたびオンに切り換えられることにより、熱交換器2の過熱を避けることができ、したがって、圧縮空気の供給が、たとえば停止後に再開されたとき、排出される圧縮空気の温度と露点は最大値には達しえない。
【００７８】
必要であるならば、必ずというわけではないが、冷却回路4は、流量計19によって測定された前記管10を通る乾燥すべき気体の流量が所定値よりも小さい場合、この第二のユーザーモードにおいてオフに切り換えることができるが、本発明においては、冷却回路4は、ゼロ負荷および/または部分負荷の場合に、作動したままにすることもできる。
【００７９】
図4は、本発明の装置1の別の実施形態を示す。この実施形態では、バイパス20が、前記冷却圧縮機6を迂回するように、冷却回路4に備えられ、このバイパスには、通常のバイパス弁21が備えられ、該弁は、バイパス20内の圧力がある値よりも低くなるとただちに、ばねによって押されて開放される弁体(valve body)を備えている。ばねが前記弁体を押して開放する逆圧すなわち前記圧力は調節することができる。
【００８０】
前記バイパス弁21と直列に、すなわち該弁と冷却圧縮機6の出口との間に、もう一つの開放/遮断弁22が配置され、この弁22はたとえば電磁弁から成る。
【００８１】
この開放/遮断弁22は、導線23によって制御器16に接続され、該制御器によって制御される。
【００８２】
制御器16は、この場合、導線24によって、気化器温度を測定するための測定手段25に接続されている。測定手段25は、たとえば冷却回路4に備えられた熱電対であり、気化器3の入口、したがってこの気化器3と膨張手段8との間に配置されている。ここで、気化器温度という言葉は、気化器3の直前または直後の冷却回路4内の冷却剤の温度を意味する。
【００８３】
図4に示す装置は、また、モーター5の回転速度を調節するための手段26を備えており、この手段は、前記制御器16に接続されており、この場合、周波数変換器の形に作られている。
【００８４】
この場合、前記凝縮器7に対向して、該凝縮器を冷却するためのファン27が備えられ、このファンも前記制御器16に接続されている。
【００８５】
本発明の装置1のこのような変形の動作は、非常に簡単であり、下記のようである。
【００８６】
装置1のこの実施形態の第一のユーザーモードにおける動作は、事実上最初に述べた実施形態の動作と同じであり、この場合にも、乾燥すべき気体のLATは、常に、適当な時点で冷却回路4をオフに切り換えることにより、図2の最小値Aよりも高く保たれる。
【００８７】
冷却圧縮機6の駆動モーター5は、この場合も、測定手段17によって測定されるLATが最大限界値Bに到達するとただちに、ふたたびスイッチが入れられる。この値は、制御器16が、たとえば、周囲温度の関数であるアルゴリズムによって、計算することができる。
【００８８】
流量計19は、この場合も、ゼロ負荷または小さな部分負荷の場合に、確実に冷却回路4がオフに切り換えられて、エネルギーが節約されるようにする。
【００８９】
冷却圧縮機6を迂回する前記バイパス20の存在により、追加の制御が可能になる。
【００９０】
この場合、測定手段25によって測定される気化器温度は、目標値(directional value)を有する。目標値というのは、制御器16が実測される気化器温度を一致させようとする設定値であり、所望のLATよりも2、3℃低く設定される。
【００９１】
バイパス20を開放するかしないかは、最初、制御器16によって制御される開放/遮断弁22によって決定される。
【００９２】
気化器温度が前記目標値よりもかなり低い場合、たとえば1.5℃よりも大きくずれている場合、開放/遮断弁22が制御器16によって開放される。
【００９３】
開放/遮断弁22がバイパスを開放したとき、バイパス20をいつ実際に開放するかを決めるのは、バイパス弁21である。
【００９４】
このバイパス弁21は、出口における気化器温度、すなわち圧縮機6の入口側のバイパス20内部の温度が、ある値を下回ったならば、バイパス20を閉鎖せず、その結果、圧縮機6の高温気体がバイパス20を通って流れることができ、気化器圧力はそれ以上低下しない。
【００９５】
このバイパス弁21と、ばねがこの弁を閉鎖したままにしない設定圧とは、バイパス弁21が冷却回路4の通常の動作状態下では閉鎖されるが、前記バイパス弁21が部分またはゼロ負荷の場合には開放されるように、選択され、気化器圧力が、最小値に維持され、冷却剤の気化器圧力に関係する気化器温度が、気化器3のあとで、少なくとも0℃に達し、したがって気化器3で氷が発生しないようにされる。
【００９６】
バイパスを開放すると、LATを再び増加させることができる。
【００９７】
測定手段25によって測定される気化器温度が、前記目標値に十分近づくと、たとえば差が0.5℃よりも小さくなると、開放/遮断弁22がふたたび閉鎖される。
【００９８】
図5に示す、本発明による冷却乾燥のための装置1のこの実施形態の第二のユーザーモードにおいては、最低空気温度LATがある特定の範囲内に維持される。この温度は、曲線Fによって示される所望のLAT値に調節されるためである。また、この温度は、たとえば、周囲温度の関数であるアルゴリズムにもとづいて計算することができる。
【００９９】
この場合、前記曲線は、周囲温度Tambの第一の設定値Thまでは一定で、これよりも高い周囲温度では、線形に増加する。しかし、当然のことながら、この曲線は、気化器3の凍結を防ぎ、しかも凝縮液の生成と分離が可能であるならば、任意の傾きを有することが可能である。
【０１００】
制御器16は、乾燥すべき気体の測定最低空気温度LATを、連続的に、または規則的もしくは不規則な時間間隔で、所望のLAT値と比較し、そのあと、前記周波数変換器によって前記モーター5の回転速度を調節し、実際のLATが計算LATに一致するように調節する。
【０１０１】
最低空気温度を上昇させるためには、モーター5の回転速度を周波数変換器によって小さくしなければならず、一方、最低空気温度の低下は、モーター5の回転速度の増大、したがって冷却圧縮機6の回転速度の増大によって、得ることができる。
【０１０２】
バイパス弁21および開放/遮断弁22を備えたバイパス20の存在、および回転速度が調節される圧縮機6の存在により、モーター4が停止され、再始動される回数が大幅に減少するばかりでなく、大きく改良された動的挙動が得られる。
【０１０３】
装置1のこの実施形態においては、凝縮器7を冷却するための前記ファン27は、たとえば凝縮器温度の測定値にもとづいて、制御器16によって制御することができ、これにより、この温度を、可能な限り低く、また一定に保つことができる。
【０１０４】
当然のことながら、前記ファンは、他の基準にもとづいて、たとえば熱交換器2の第二の部分を流れる乾燥すべき気体の流量の関数として、オン・オフすることができる。
【０１０５】
本発明の装置1のそれぞれの前記実施形態において、制御器16は、好ましくは、冷却圧縮機6が第一または第二のユーザーモードで始動するたびに、ある時間間隔の間、動作したままでなければならないように、制御する。この時間間隔は、モーター5と冷却圧縮機6の特性に応じて変えられる。モーター5が始動する1時間当たりの回数は、好ましくは、モーター5の過負荷が避けられるように、制限される。
【０１０６】
本発明の装置1の好ましい実施形態においては、モーター5は、始動するといつでも、ある時間間隔たとえば30秒の間、周波数が一定たとえば約50 Hzに保たれる。
【０１０７】
明らかに、本発明の装置は、モーター5の回転速度調節が、バイパス20および制御されるファン27と組み合わされる実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の装置は、これらの特徴のうち一つだけまたは両方を有することができる。
【０１０８】
湿った空気の代わりに、水蒸気を含む空気ではない他の気体を、同じ装置、同じやり方で乾燥することができる。その場合、LATは最低気体温度である。
【０１０９】
本発明は、添付の図面に示し、上で例として説明した実施形態のみに限定されるものではない。逆に、本発明のそのような、冷却乾燥のための改良された装置1は、本発明の範囲を逸脱することなく、あらゆる種類の形状と寸法で、また多くの変形を加えて、具体化することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１０】
【図１】本発明による冷却乾燥のための改良された装置を示す図である。
【図２】本発明の装置の第一のユーザーモードにおける、最小および最大LAT値の、周囲温度の関数としての可能な傾きを示す図である。
【図３】本発明の装置の第二のユーザーモードにおける、周囲温度の関数としてのLAT範囲の可能な変化を示す図である。
【図４】図1の装置の変形を示す図である。
【図５】図3に示すグラフの変形を示す図である。
【符号の説明】
【０１１１】
1  冷却乾燥のための装置
2  熱交換器
3  気化器
4  冷却回路
5  モーター
6  圧縮機
7  凝縮器
8  膨張手段
9  冷却剤の流れの向きを示す矢印
10  湿った空気のための管
11  空気の流れの向きを示す矢印
12  液体分離器
13  伝熱式熱交換器
14  管
15  測温体
16  制御器
17  最低空気温度測定手段
18  周囲温度測定手段
19  流量計
20  バイパス
21  バイパス弁
22  開放/遮断弁
23  導線
24  導線
25  気化器温度測定手段
26  モーター5の回転速度調節手段
27  ファン
LAT  最低空気温度
Tamb  周囲温度
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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