BR112013011714B1

BR112013011714B1 - Dispositivo e método para secar gás a frio

Info

Publication number: BR112013011714B1
Application number: BR112013011714-1A
Authority: BR
Inventors: Geerts Bart
Original assignee: Atlas Copco Airpower, Naamloze Vennootschap
Priority date: 2010-11-16
Filing date: 2011-10-31
Publication date: 2020-05-12
Also published as: AU2011331923A1; EP2640493B2; TW201233968A; EP2640493B1; CA2815058C; PL2640493T5; RU2013127321A; AU2011331923B2; WO2012065235A8; DK2640493T4; RU2536982C1; US20130291572A1; ES2525640T5; BR112013011714A2; WO2012065235A1; CN103209753B; ES2525640T3; PL2640493T3; PT2640493E; BE1019581A3

Abstract

dispositivo e método para secar gás a frio dispositivo para secar gás a frio que consiste de um circuito de refrigeração fechado (2) com um compressor (3) e que na direção do fluxo (m) do líquido de refrigeração compreende, sucessivamente, um condensador (5), meios de expansão (7), seguidos por um evaporador (8), que constitui a parte principal de um permutador de calor (9), com uma parte secundária (10) através da qual o gás a ser seco é guiado, e em que existe um tubo de derivação (17) no circuito de refrigeração (2) que pode ser fechado através de uma válvula de derivação (18) com um elemento válvula (23) e um elemento sensível à pressão (30) que atua no mesmo, que está exposto a uma pressão de controle local no circuito de refrigeração (2), onde o tubo de pressão de controle (38) está ligado ao circuito de refrigeração fechado (2) a montante da saída do evaporador (8).

Description

DISPOSITIVO E MÉTODO PARA SECAR GÁS A FRIO [001] A presente invenção relaciona-se com um dispositivo e método para secar gás a frio.

[002] A secagem a frio é aplicada, por exemplo, em compressores que fornecem um gás comprimido quente que está habitualmente saturado com água.

[003] Este gás comprimido, em primeiro lugar, tem de ser seco antes de poder ser fornecido a uma rede pneumática, pois a umidade do gás pode ser prejudicial para os componentes e ferramentas na rede pneumática, pois a umidade pode levar à corrosão ou à acumulação de água nas ferramentas que não são concebidas para esse efeito.

[004] A secagem a frio tem como base o princípio de que ao arrefecer um gás que está saturado ou parcialmente saturado com água, a umidade é removida do gás à medida que a umidade condensa, e a água condensada é removida, após o que o gás é novamente aquecido sendo que já não está saturado e está, deste modo, mais seco.

[005] Para a secagem a frio é usado um dispositivo que consiste, principalmente, de um circuito de secagem fechado que contém um líquido de refrigeração que pode ser circulado em um circuito por um compressor e que contém ainda, sucessivamente na direção do fluxo do líquido de refrigeração, um condensador ligado a uma saída do compressor; um meio de expansão seguido por um evaporador ligado a uma entrada do compressor acima mencionado, em que o evaporador forma a parte principal do permutador de calor com uma parte secundária, através da qual o gás a ser seco é guiado.

[006] Como resultado da evaporação do líquido de

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2/19 refrigeração no evaporador, ou deste modo, a parte principal do permutador de calor, como é conhecido, o calor é extraído do gás a ser seco que flui através da parte secundária onde este gás a ser seco é arrefecido e, após evacuação do condensado formado, é novamente aquecido.

[007] Tal dispositivo é concebido para uma carga nominal para secar um fluxo de gás normal.

[008] No estado não carregado, por outras palavras,

quando não	existe gás	a ser seco a fluir	no	permutador	de
calor, a	capacidade	de arrefecimento	do	circuito	de
refrigeração é muito	elevada, de modo	que	pode ocorrer
congelação	no ou após o evaporador,	o	que deve	ser

absolutamente evitado.

[009] Além disso, o líquido de refrigeração no circuito de refrigeração é continuamente bombeado sem a capacidade de arrefecimento do circuito de refrigeração ser utilizada de forma útil para secar o gás, de modo que é perdida muita energia.

[010] Uma solução conhecida é providenciar um tubo de derivação no circuito de refrigeração fechado com uma válvula de derivação no mesmo, a qual, por um lado, está fechada quando o dispositivo está carregado, ou por outras palavras, quando um gás a ser seco flui através do permutador de calor e, por outro lado, está aberta quando o dispositivo não está carregado e, deste modo, não flui gás a ser seco através do permutador de calor.

[011] Em situações com carga, o tubo de derivação não surte, deste modo, efeito pois está fechado, e como resultado disto, o circuito de refrigeração opera em capacidade total pois todo o fluxo do circuito de refrigeração que é

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3/19 comprimido pelo compressor é também guiado através do condensador e os meios de expansão, que em conjunto garantem um arrefecimento considerável do líquido de refrigeração, e este fluxo total de líquido de refrigeração frio também flui através do evaporador no permutador de calor para arrefecer o gás a ser seco.

[012] Por outro lado, no estado sem carga, a válvula aberta garante que o compressor é contornado e que, como resultado disto, pelo menos uma parte do líquido de refrigeração comprimido pelo compressor não flui através do condensador e dos meios de expansão, e esta parte do líquido de refrigeração não é, assim, arrefecida por expansão, de tal modo que existe muito menos arrefecimento no evaporador e assim existe muito menos risco de congelação no ou a jusante do evaporador.

[013] A jusante e a montante são considerados na direção do fluxo do líquido de refrigeração no circuito de refrigeração fechado.

[014] Para uma válvula de derivação que possa cumprir as funções acima mencionadas, é conhecido usar um tipo de válvula que é conhecida pelo nome de válvula de derivação de gás quente (em inglês, hot gas bypass-HGBP), e mais especificamente, este tipo de válvula é uma válvula de derivação controlada por pressão com um elemento válvula que é mantido em uma posição fechada sob a influência de um elemento mola para fechar o tubo de derivação, e o qual é também provido com um elemento sensível em termos de pressão que atua no elemento válvula acima mencionado, e o qual, quando é sujeito a uma descida de pressão suficiente, pode abrir a válvula contra a força da mola.

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4/19 [015] Em dispositivos conhecidos, o elemento sensível à pressão é exposto a uma pressão de controle que é extraída localmente a partir de um ponto a jusante do evaporador, através de um tubo de pressão de controle interno no circuito, mais especificamente no ponto onde o tubo de derivação leva ao circuito de refrigeração.

[016] Quando tal dispositivo muda de um estado não carregado para um estado carregado através de uma quantidade de gás a ser seco, sendo rapidamente conduzido através do permutador de calor, a temperatura no evaporador aumenta devido à transferência de calor do gás a ser seco para o líquido de refrigeração mais frio no evaporador, de tal modo que evapora mais líquido de refrigeração no evaporador, o que por si só aumenta a pressão no evaporador e também a jusante do evaporador, e este aumento de pressão é sentido pela válvula de derivação, a qual irá fechar quando o aumento de pressão for suficiente.

[017] Um aspeto da característica de controle de uma válvula HGBP é uma dada diferença de pressão da pressão de controle entre o estado não carregado e carregado, que em dispositivos conhecidos em um estado carregado resulta em uma pressão relativamente elevada do líquido de refrigeração na saída do evaporador, e assim também no evaporador onde a pressão é ainda mais elevada como resultado das perdas de fricção que ocorrem quando o líquido de refrigeração flui através do evaporador.

[018] Como o líquido de refrigeração no circuito fechado está em uma região de duas fases, existe uma relação inequívoca entre a pressão e a temperatura do líquido de refrigeração: uma pressão mais elevada no evaporador também

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5/19 implica uma temperatura mais elevada no evaporador.

[019] Isto resulta na desvantagem de que o gás a ser seco não é arrefecido de forma ótima para secagem através do evaporador, o que resulta em um ponto de condensação de pressão mais elevado do gás na saída da parte secundária do permutador de calor, onde nesta saída o objetivo é a temperatura mais baixa possível (a temperatura mais baixa do gás a ser seco é também denominada LAT ou Temperatura Mais Baixa do Ar, apesar do termo LAT ser usado também para gases que não o ar) e a pressão do ponto de condensação correspondente para uma boa secagem.

[020] O objetivo da presente invenção é providenciar uma solução para uma ou mais das desvantagens acima mencionadas, e/ou outras, ao providenciar um dispositivo para arrefecer um gás a seco que consiste, principalmente, de um circuito de refrigeração fechado que contém um líquido de refrigeração que pode ser circulado no circuito de refrigeração por um compressor, e o qual na direção do fluxo do líquido de refrigeração compreende, sucessivamente, um condensador ligado à saída do compressor; um meio de expansão seguido por um evaporador ligado à entrada do compressor acima mencionado, em que o evaporador constitui a parte principal de um permutador de calor com uma parte secundária, através da qual o gás a ser seco é guiado, e em que existe um tubo de derivação no circuito de refrigeração que pode ser fechado através de uma válvula de derivação com um elemento válvula que é mantido em uma posição fechada sob influência de um elemento mola e com um elemento sensível à pressão que atua no elemento válvula, e o qual, através de um tubo de controle de pressão, é exposto a uma pressão de controle local no

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6/19 circuito onde o tubo de pressão de controle está ligado ao circuito, onde o tubo de pressão de controle está ligado ao circuito de refrigeração fechado a montante da saída do evaporador.

[021] Ao ligar o tubo de controle de pressão em um ponto do circuito de refrigeração, a montante da saída do evaporador, por exemplo, no evaporador ou a montante do evaporador, em vez de a jusante como nos dispositivos conhecidos, e isto em um dispositivo que é, de outro modo, idêntico, são obtidas várias vantagens importantes.

[022] Uma vantagem é que quando o secador a frio é carregado, a pressão e temperatura do líquido de refrigeração no evaporador e na sua saída são menores do que com uma ligação convencional a jusante, de tal modo que o gás a ser seco pode ser arrefecido mais intensivamente até um ponto de condensação de menor pressão e, deste modo, pode ser extraído mais líquido do gás a ser seco através de condensação, tendo como resultado uma melhor secagem.

[023] Uma vantagem disto é que para secar um determinado fluxo de gás com uma determinada temperatura mais baixa do ar (LAT) desejada, na saída da parte secundária do permutador de calor, é suficiente um permutador mais compacto e pequeno, ou que com um determinado permutador de calor, o mesmo fluxo pode ser arrefecido até uma LAT inferior.

[024] Outra vantagem é que a pressão do ponto de condensação só aumenta ligeiramente durante a transição do estado sem carga para o estado em carga, e que no caso de uma carga variada, a pressão do ponto de condensação varia menos e é, deste modo, mais constante.

[025] Em uma forma de realização preferida, pode ser

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7/19 colocado um restritor adicional no circuito de refrigeração a montante do evaporador, mais especificamente entre o evaporador e o ponto a montante do evaporador onde o tubo de pressão de controle está ligado ao circuito de refrigeração.

[026] Isto tem o efeito benéfico de que a pressão média no evaporador e na saída do evaporador no estado em carga irá diminuir ainda mais e aproximar-se da pressão no estado sem carga, de tal modo que as vantagens acima mencionadas sejam aumentadas.

[027] A invenção também se relaciona com um método para secar um gás a frio através de um dispositivo que consiste, principalmente, de um circuito de refrigeração fechado que contém um líquido de refrigeração que é circulado no circuito de refrigeração por um compressor e, o qual, compreende ainda sucessivamente na direção do fluxo do líquido de refrigeração, um condensador ligado à saída do compressor; meios de expansão seguidos por um evaporador ligado à entrada do compressor acima mencionado, onde o evaporador constitui a parte principal de um permutador de calor com uma parte secundária, através da qual o gás a ser seco é guiado, e em que existe um tubo de derivação no circuito de refrigeração que pode ser fechado através de uma válvula de derivação com um elemento válvula que é mantido em uma posição fechada sob a influência de um elemento mola, sendo que quando o dispositivo é carregado, a válvula de derivação é aberta com a força da mola do elemento mola quando a pressão no circuito de refrigeração fechado, em um ponto a montante da saída do evaporador, é mais elevada do que o valor definido.

[028] Com a intenção de melhor mostrar as características da invenção, uma forma de realização

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8/19 preferida do dispositivo, de acordo com a invenção, para secar a frio um gás e um método aplicado com o mesmo, é descrita de seguida, através de exemplo, sem qualquer natureza limitativa, com referência aos desenhos em anexo, nos quais:

a figura 1 mostra, esquematicamente, um dispositivo

para secar a frio do tipo

conhecido, no estado totalmente

carregado;

a figura 2 mostra a secção designada na figura 1 pela seta F2 em escala maior;

a figura 3 mostra a curva de pressão do líquido de refrigeração no evaporador da figura 1;

a figura 4 mostra o dispositivo da figura 1 no estado sem carga;

a figura 5 representa,

esquematicamente, um dispositivo

de acordo com a invenção;

a figura 6 mostra a	curva de pressão do líquido de
refrigeração no evaporador	da figura 5;

a figura 7 representa uma variante de um dispositivo de acordo com a invenção;

a figura 8 mostra a curva de pressão do líquido de refrigeração no evaporador da figura 7;

a figura 9 representa uma variante de um dispositivo de acordo com a invenção; e a figura 10 mostra a curva de pressão do líquido de refrigeração no evaporador da figura 9.

[029] O dispositivo conhecido 1 para secar a frio gases, mostrado na figura 1, compreende um circuito de refrigeração

2 que contém um líquido

de refrigeração que pode ser

circulado no circuito através de um compressor 3 acionado através de um motor 4 ou semelhante, preferencialmente, mas não necessariamente, um motor com uma velocidade constante.

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9/19 [030] A direção do fluxo do líquido de refrigeração no circuito é indicado pelas setas M. Os termos a montante e a jusante são definidos de acordo com esta direção do fluxo M.

[031] Além disso, o circuito de refrigeração 2 contém, sucessivamente na direção do fluxo do líquido de refrigeração, um condensador 5 ligado a uma saída do compressor 3, e o qual é, por exemplo, arrefecido através de uma ventoinha 6; meios de expansão 7, por exemplo, na forma de uma válvula de expansão; um evaporador 8 ligado a uma entrada do compressor 3 acima mencionado, e o qual faz parte de um permutador de calor 9 com uma parte principal que é formada pelo evaporador 8 e uma parte secundária através da qual o gás a ser seco é levado na direção das setas L através do tubo de fornecimento 11, de modo a ser arrefecido pelo evaporador 8.

[032] O gás arrefecido no permutador de calor 8 é, em primeiro lugar, levado por um separador de líquidos 13 através de um tubo de saída 12 e, de seguida, através de um permutador de calor 14 para aquecer novamente o gás arrefecido.

[033] Neste caso, este permutador de calor 14 utiliza o calor de recuperação contido no gás fornecido a ser seco, e para este fim, consiste de uma parte principal 15 que é incorporada no tubo de fornecimento 11 acima mencionado e uma parte secundária 16 que é incorporada no tubo de saída 12.

[034] A presença do separador de líquido 13 e do permutador de calor 14 não é necessária e pode ser omitida para certas aplicações, nas quais o ar seco está ainda parcial ou totalmente saturado com água.

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10/19 [035] O circuito de refrigeração 2 é ainda equipado com um tubo de derivação 17 ligado ao circuito de refrigeração 2, de modo a contornar o compressor 3, e que para este efeito, é colocado entre a entrada e a saída do compressor 3 .

[036] O tubo de derivação 17 pode ser fechado através de uma válvula de derivação 18 que é colocada entre a primeira secção 17A do tubo de derivação 17 ligada ao circuito de refrigeração 2 no lado da saída do compressor 3, e uma segunda secção 17B ligada ao circuito de refrigeração 2 ao longo do lado da entrada do compressor 3, mais especificamente a jusante do evaporador 8.

[037] A válvula de derivação 18 é equipada com um canal de passagem 19, com uma entrada 20 ligada à primeira secção 17A do tubo de derivação 17 e uma saída 21 ligada à segunda secção 17B do tubo de derivação 17.

[038] Como mostrado com mais pormenor na figura 2, a entrada 20 é separada da saída 21 por uma passagem 22 que pode ser fechada através de um elemento válvula 23.

[039] A válvula de derivação 18 compreende ainda uma câmara de pressão fechada 24 que é separada do canal de passagem 19 por uma parede de separação 25 com uma passagem de parede 26.

[040] O elemento válvula 23 tem uma haste da válvula 27 que se estende parcialmente através da passagem de parede 26 acima mencionada para a câmara de pressão 24, e que na sua extremidade tem um assento de mola 28 para uma mola 29 que é comprimida entre a parede de separação 26 acima mencionada e um assento de mola 28, e o qual mantém o elemento válvula 23 em um estado fechado.

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11/19 [041] A câmara de pressão 24 tem um elemento sensível à pressão, por exemplo, na forma de uma membrana 30 que fecha a câmara de pressão 24, e a qual está em contato com o assento da mola 28 acima mencionado.

[042] A membrana 30 acima mencionada forma uma separação entre a câmara de pressão 24 acima mencionada e uma segunda câmara de pressão 31 que está ligada a uma ampola 33 através de um tubo capilar 32. Como esta ampola 33 não tem importância para a invenção, a sua função não será explicada com mais pormenor.

[043] A válvula de derivação 18 também tem, neste caso, um tubo de pressão de controle interno 34 através do qual a câmara de pressão 24 é ligada à saída 21 de modo a avaliar, através da secção 17B do tubo de derivação 17, a pressão no circuito de refrigeração 2 a jusante do evaporador 8. Não será necessário dizer que o tubo de pressão de controle 34 também pode ser concebido na forma de um tubo externo.

[044] O funcionamento do dispositivo 1 conhecido, acima descrito, é ilustrado no estado carregado com base nas figuras 1 e 2, nas quais o tubo de derivação 17 é fechado pela válvula de derivação 18.

[045] O motor 4 aciona o compressor que circula o líquido de refrigeração no circuito de refrigeração na direção das setas M.

[046] O líquido de refrigeração gasoso comprimido é então arrefecido no condensador 5, de tal modo que muda da fase gasosa para a fase líquida.

[047] O líquido de refrigeração expande depois através dos meios de expansão 7, de tal modo que a temperatura do líquido de refrigeração diminui drasticamente.

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12/19 [048] Este líquido de refrigeração arrefecido flui através do evaporador 8 onde entra em contato térmico com o gás a ser seco que flui através da parte secundária 10 do permutador de calor 9, cuja parte principal é constituída pelo evaporador.

[049] Como resultado, o gás a ser seco é arrefecido e está geralmente saturado com vapor de água, em que a umidade no gás condensa em gotículas que podem ser removidas através do separador de líquido 13.

[050] Ao aquecer o gás frio após o separador de líquido 13 no permutador de calor 14, a umidade relativa diminui e o gás torna-se, deste modo, mais seco.

[051] No evaporador 8, o líquido de refrigeração que entra na fase líquida evapora devido à transferência de calor do gás a ser seco para o líquido de refrigeração. A direção da transferência de calor nos permutadores de calor é indicada pelas setas W.

[052] O gás que sai do evaporador 8 é novamente sugado pelo compressor 3 e é ainda bombeado através do circuito de refrigeração 2, de modo a que o líquido de refrigeração possa iniciar o próximo ciclo de refrigeração.

[053] Como resultado da evaporação do líquido de refrigeração no evaporador 8, a pressão no evaporador, bem como a jusante do evaporador 8, aumenta, e deste modo também na câmara de pressão 24, a qual está ligada ao circuito de refrigeração 2 através da secção 17B do tubo de derivação. Devido à relativa alta pressão na câmara de pressão 24, a membrana 30 está carregada no sentido que reforça ou contraria menos a ação da mola 29 no elemento válvula 23.

[054] Como resultado, a passagem 22 é mantida fechada em

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13/19 condições de carga pelo elemento válvula 23 e nenhum líquido de refrigeração flui pelo tubo de derivação, de tal modo que todo o fluxo que é comprimido pelo compressor 3 também flui através do condensador 5, os meios de expansão 7 e o evaporador 8.

[055] Devido ao fato de todo este fluxo fluir através do evaporador 8, existe também uma diminuição relativamente elevada de pressão no evaporador 8 devido a perdas de fricção do fluxo.

[056] A alteração da pressão média ao longo do trajeto do líquido de refrigeração através do evaporador 8 no circuito de refrigeração 2 entre um ponto A, o qual, como mostrado na figura 1, está situado na entrada do evaporador 8, através de um ponto B no evaporador 8, até um ponto C na saída do evaporador 8, é mostrada como curva 35 na figura 3, em que a diferença de pressão entre A e C deve-se à quebra de pressão acima mencionada no evaporador 8.

[057] Quando a carga é subitamente removida e mais nenhum gás a ser seco flui através do permutador de calor 9, como esquematicamente mostrado na figura 4, então não existe mais fornecimento de calor para o líquido de refrigeração no evaporador 8.

[058] Então, a evaporação do líquido de refrigeração para parcialmente, de tal modo que a pressão no evaporador diminui e também assim a pressão na câmara de pressão 24, e esta pressão é de fato uma baixa pressão que puxa a membrana 30 para dentro da câmara de pressão 24. Quando a baixa pressão é suficientemente baixa, a força da mola 29 é superada pela forte força de sucção na membrana 30 e o elemento válvula 23 da passagem 22 é afastado de tal modo

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14/19 que abre.

[059] O tubo de derivação 17 está agora aberto, de tal modo que uma parte do fluxo comprimido pelo compressor 3 é imediatamente sugada novamente pelo compressor 3 sem fluir através do condensador 5, válvula de expansão 7 e o evaporador 8, enquanto o fluxo remanescente ainda flui através de todo o circuito de refrigeração 2.

[060] A curva de pressão entre os pontos A e C no estado não carregado é mostrada como curva 36 na figura 3, na qual a curva 35 do estado carregado já foi mostrada.

[061] A curva 35 do estado carregado está situada completamente acima da curva 36 do estado não carregado, o que se deve ao aumento de pressão que ocorre no evaporador 8 quando carregado como resultado da transferência de calor a partir do gás a ser seco para o líquido de refrigeração no evaporador 8, e devido ao fato de que a válvula necessita de uma determinada diferença de pressão Dpref para ser capaz de atuar sobre o aumento de pressão.

[062] A curva de pressão de acordo com a curva 35 no estado carregado é também mais acentuada do que a curva 36 no estado não carregado, o que é o resultado de maiores perdas de carga no evaporador 8 devido ao fato de que no estado carregado, todo o fluxo flui através do evaporador 8, enquanto no estado não carregado apenas uma parte deste fluxo flui através do evaporador 8, uma vez que a outra parte é desviada através do tubo de derivação 17.

[063] É uma característica da válvula de derivação 18 que a diferença de pressão entre o estado não carregado e carregado no ponto onde a pressão de controle é extraída aproxima-se do valor constante Dpref. Este valor Dpref

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15/19 depende de vários factores tais como as quebras de pressão, a capacidade relativa do compressor, a expansão e similar. Para ser capaz de contornar uma determinada energia, é necessária uma determinada diferença de posição de válvula. Uma determinada diferença de posição da válvula sempre requer uma diferença de pressão fixa: esta é Qpref.

[064] Esta Dpref pode ser lida a partir da figura 3 no ponto C, como a pressão de controle no caso do dispositivo conhecido estar ligado a jusante do evaporador 8.

[065] A Figura 3 também mostra esquematicamente a linha de congelação 37, a qual mostra em qual pressão existe um risco de congelação.

[066] O dispositivo é geralmente definido para que a curva 36 no estado não carregado esteja mesmo acima desta linha de congelação horizontal 37.

[067] No estado carregado, a curva 35 está situada bem acima da linha de congelação, a qual resulta na refrigeração ineficiente com temperaturas relativamente altas no evaporador, e por conseguinte, secagem ineficiente.

[068] A invenção é explicada doravante com base no dispositivo da figura 5 que difere do dispositivo conhecido da figura 1, no fato de que a câmara de pressão 24 da válvula de derivação 18 está ligada via um tubo de pressão de controle externo 38 ao circuito de refrigeração 2 em um ponto A a montante do evaporador 8, em vez de um ponto a jusante do evaporador 8.

[069] O dispositivo 1 de acordo com a invenção, como é o caso com o dispositivo convencional da figura 1, é definido de tal modo que no estado não carregado, a curva de pressão no evaporador 8 está logo acima da linha de congelação 37.

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16/19 [070] Esta curva de pressão no estado não carregado é mostrada na figura 6 para o dispositivo da figura 5 como curva 39, em que esta curva 39, tendo em conta a definição acima mencionada, coincide com a curva 36 do dispositivo convencional.

[071] No caso de alterar do estado não carregado para o estado carregado, pode ser visto o efeito da ligação do tubo de pressão de controle externo 38 no ponto A, a montante do evaporador 8, uma vez que agora a diferença de pressão característica Dpref, acima mencionada na válvula de derivação 18, estará no ponto A em vez de no ponto C, tal como era o caso na figura 3. Deste modo, isto determina a pressão no ponto A quando carregado.

[072] A alteração adicional de pressão no evaporador 8 quando carregado é primordialmente determinada pelas perdas de carga devido ao fluxo do líquido de refrigeração através do evaporador 8.

[073] A quebra de pressão entre A e C no estado carregado será igual à quebra de pressão entre A e C na figura 3 para um circuito de refrigeração com o mesmo fluxo.

[074] Isto resulta na curva 40 quando carregado, a qual é mostrada na figura 6 próximo da curva correspondente 35, sob uma carga para um dispositivo convencional.

[075] Uma vantagem da invenção é que a curva 39 no caso da invenção no estado carregado é menor relativamente à curva 35 para uma situação convencional similar, e está, deste modo, mais perto da linha de congelação horizontal 37 acima mencionada, de tal modo que o líquido de refrigeração pode refrigerar o ar a ser seco de forma mais intensiva, o que resulta em uma melhor secagem.

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17/19 [076] Pode ser derivado da figura 6 que devido à aplicação da invenção, a curva 39 no estado não carregado e a curva 40 no estado carregado estão mais próximas, o que indica diferenças de temperatura e baixa pressão que ocorrem entre um estado carregado e não carregado, com um ponto de condensação de pressão mais constante do ar seco, enquanto resultado favorável.

[077] A segunda câmara de pressão 31, o tubo capilar 32 e a ampola 33 não são estritamente necessários para a invenção e podem, deste modo, ser omitidos, como mostrado na figura 5, apesar de que podem estar presentes uma vez que não interferem com a invenção.

[078] Alternativamente com respeito à forma de realização da figura 5, o tubo de controle de pressão 38 pode também ser ligado ao circuito de refrigeração fechado 2 em um ponto no evaporador 8, o que significa em um ponto, na entrada ou em um ponto entre a entrada e a saída do evaporador 8. O efeito favorável da invenção será então o melhor uma vez que o ponto onde o tubo de controle de pressão 38 está ligado ao circuito de refrigeração fechado 2 está localizado mais a montante da saída do evaporador 8.

[079] Aquilo que é importante para obter o efeito favorável da invenção é que o tubo de controle de pressão 38 esteja ligado ao circuito de refrigeração fechado 2, em um ponto a montante da saída do evaporador 8 e a uma distância desta saída, e preferencialmente a montante do evaporador 8.

[080] Uma variante de um dispositivo de acordo com a invenção é mostrada na figura 7, a qual difere do dispositivo da figura 5 em que existe um restritor 41 no circuito de refrigeração 2 a montante do evaporador 8, mais

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18/19 especificamente entre a entrada A do evaporador 8 e o ponto R onde o tubo de pressão de controle externo 38 está ligado ao circuito de refrigeração 2.

[081] O resultado de tal restritor 40 é claramente mostrado com base na figura 8, a qual mostra a curva de pressão entre os pontos R e C como curva 42 no estado carregado e curva 43 no estado não carregado.

[082] O efeito do restritor 40, no estado carregado e não carregado, pode ser visto como uma quebra de pressão acentuada entre R e A que é maior no estado carregado do que no estado não carregado, uma vez que no estado carregado todo o fluxo do líquido de refrigeração comprimido flui através do restritor 40, enquanto no estado não carregado é apenas uma parte do mesmo.

[083] A quebra de pressão em todo o evaporador 8, ou por outras palavras, entre os pontos A e C, é semelhante à situação da figura 6 sem o restritor 40.

[084] A distância entre as curvas 42 e 43 é determinada, desta vez, pela diferença de pressão Qpref que é realizada

pela válvula	de derivação	18	no ponto	R onde o tubo	de
pressão de	controle 38	está	ligado	ao circuito	de
refrigeração	2.
[085] É	claro a partir	da	figura	8 que, graças	ao

restritor 40, as curvas 42 e 43 estão ainda mais juntas do que as curvas 39 e 40 da figura 6 para uma situação sem o restritor 40, e a curva 42 está ainda mais próxima da linha de congelação 37, de tal modo que no estado carregado a refrigeração pode ser ainda mais acentuada.

[086] Através de uma escolha adequada do restritor 40, pode ser assegurado que no ponto C na saída do evaporador 8,

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19/19 as curvas 42 e 43 coincidem, de tal modo que na saída do evaporador 8 não existe diferença entre uma situação de carregado e não carregado, ou pode mesmo assegurar que neste ponto a curva 42 está abaixo da curva 43, e o estado carregado permite o arrefecimento até uma situação próxima da congelação.

[087] A figura 9 mostra outra variante da invenção que também apresenta vantagens relativamente aos dispositivos conhecidos como definidos na figura 1.

[088] O dispositivo da figura 9 é análogo ao da figura 7, com a diferença de que o tubo de derivação 17 não só contorna o compressor 3, mas também o evaporador 8 para que o mesmo fluxo sempre flua através do evaporador 8, não obstante se a válvula de derivação 18 detecta um estado carregado ou não carregado.

[089] A quebra de pressão no evaporador será a mesma no estado carregado e não carregado, a qual é ilustrada na figura 10 com as curvas 44 e 45, respectivamente, para um estado carregado e não carregado.

[090] Isto mostra o efeito favorável do restritor 40 que aproxima ambas as curvas em comparação com as situações existentes.

[091] É claro que em todos os casos, a válvula de derivação 18 é ajustável se for necessário, por exemplo, ao ajustar a força da mola.

[092] A presente invenção não é de todo limitada às formas de realização descritas como um exemplo e mostradas nos desenhos, mas um dispositivo e método para secagem a frio, de acordo com a invenção, podem ser concebidos em todos os tipos de variantes, sem sair do âmbito da invenção.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Dispositivo para secar gás a frio que consiste, principalmente, de um circuito de refrigeração fechado (2) que contém um líquido de refrigeração que pode ser circulado no circuito de refrigeração (2) através de um compressor (3), e o qual na direção do fluxo (M) do líquido de refrigeração compreende, sucessivamente, um condensador (5) ligado à saída do compressor (3) ; um meio de expansão (7) seguido por um evaporador (8) ligado à entrada do compressor (3) acima mencionado, em que o evaporador (8) constitui a parte principal de um permutador de calor (9) com uma parte secundária (10) através da qual o gás a ser seco é guiado, e em que existe um tubo de derivação (17) no circuito de refrigeração (2) que pode ser fechado através de uma válvula de derivação (18) com um elemento válvula (23) que é mantido em uma posição fechada sob influência de um elemento mola e com um elemento sensível à pressão (30) que atua no elemento válvula (23), e o qual, através de um tubo de pressão de controle (38), é exposto a uma pressão de controle local no circuito de refrigeração (2) onde o tubo de pressão de controle (38) está ligado ao circuito de refrigeração (2), em que uma extremidade do tubo de derivação (17) está ligada ao circuito de refrigeração (2) em um ponto localizado entre a saída do compressor (3) e o condensador (5), e a outra extremidade está ligada a um ponto do circuito de refrigeração (2) localizado entre a saída do evaporador (8) e a entrada do compressor (3), o dispositivo caracterizado pelo fato de que o tubo de pressão de controle (38) está ligado ao circuito de refrigeração (2) fechado a montante da saída do evaporador (8) em um ponto no evaporador (8) ou a

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2/5 montante do evaporador (8) entre o meio de expansão (7) e o evaporador (8).

2. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a válvula de derivação é de tal modo que quando carregado, o elemento válvula (23) é aberto contra a força da mola a partir de um valor definido da pressão de controle acima mencionada e que este valor é ajustável.
3. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que existe um restritor (40) no circuito de refrigeração (2) entre os meios de expansão (7) e a entrada do evaporador (8).
4. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o restritor (40) é escolhido de tal modo que, no estado carregado, a pressão do líquido de refrigeração no circuito de refrigeração (2), na saída do evaporador (8), é aproximadamente igual à pressão do líquido de refrigeração na saída do evaporador (8) em um estado não carregado.
5. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado pelo fato de que o restritor (40) é escolhido de tal modo que, no estado carregado, a pressão do líquido de refrigeração no circuito de refrigeração (2), na saída do evaporador (8), é menor ou igual à pressão do líquido de refrigeração na saída do evaporador (8) em um estado não carregado.
6. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 3 a 5, caracterizado pelo fato de que o restritor (40) é escolhido de tal modo que, no estado carregado, a pressão do líquido de refrigeração no circuito

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3/5 de refrigeração (2), na saída do evaporador (8), é escolhida de tal modo que a temperatura correspondente do líquido de refrigeração na saída do evaporador (8) é igual ou aproximadamente igual a 0 °C.
7. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizado pelo fato de que a válvula de derivação (18) usada é uma válvula HGBP (Hot Gas Bypass) com um tubo de pressão de controle externo (38).
8. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a válvula de derivação (18) possui um canal de passagem (19) com uma passagem passível de ser fechada (26) e uma câmara de pressão fechada (24) que é ligada através do tubo de pressão de controle (38) acima mencionado, ao circuito de refrigeração (2), e que o elemento sensível à pressão (30) é uma membrana que fecha uma abertura da câmara de pressão (24) e que está localizada no lado oposto de uma parede separadora (25) entre o canal de passagem (19) e a câmara de pressão (24), em que o elemento válvula (23) está equipado para fechar a passagem (26) acima mencionada e possui uma haste de válvula (27) que se estende parcialmente através de uma passagem de parede (26), na parede separadora (25) acima mencionada, na câmara de pressão (24), e a qual na extremidade localizada na câmara de pressão (24) possui um assento de mola (28) para uma mola (29) que é comprimida entre a parede separadora (25) e o assento de mola (28) acima mencionados, e que mantém o elemento válvula (23) em uma posição fechada e o assento de mola (28) em contato com o elemento sensível à pressão (30).
9. Dispositivo, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a válvula de derivação (18)

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usada é uma válvula “ HGBP” (Hot Gas Bypass) sem ampola sensível à temperatura (33) . 10. Dispositivo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizado pelo fato de que o

compressor (3) está equipado com um impulsionador com uma velocidade constante. 11. Método para secar gás a frio através de um dispositivo conforme definido em qualquer uma das

reivindicações 1 a 10, o método caracterizado pelo fato de que quando o dispositivo está carregado, a válvula de derivação é aberta contra a força da mola do elemento mola quando a pressão no circuito de refrigeração fechado (2), em uma ponto a montante da saída do evaporador (8), é mais elevada do que o valor definido.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a válvula de derivação é aberta contra a força da mola do elemento mola quando a pressão no circuito de refrigeração fechado (2), em um ponto a montante do evaporador (8), é mais elevada do que um valor definido.
13. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, caracterizado pelo fato de que existe um restritor (40) no circuito de refrigeração (2) entre os meios de expansão (7) e a entrada do evaporador (8), que é escolhido de tal modo que, no estado carregado, a pressão do líquido de refrigeração no circuito de refrigeração (2), na saída do evaporador (8), é aproximadamente igual à pressão do líquido de refrigeração na saída do evaporador (8), em um estado não carregado.
14. Método, de acordo com a reivindicação 13,

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5/5 caracterizado pelo fato de que o restritor (40) é escolhido de tal modo que, no estado carregado, a pressão do líquido de refrigeração no circuito de refrigeração (2), na saída do evaporador (8), é menor ou igual à pressão do líquido de refrigeração na saída do evaporador (8), em um estado não carregado.
15. Método, de acordo com a reivindicação 13 ou 14, caracterizado pelo fato de que o restritor (40) é escolhido de tal modo que, no estado carregado, a pressão do líquido de refrigeração no circuito de refrigeração (2), na saída do evaporador (8), é escolhida de tal modo que a temperatura correspondente do líquido de refrigeração na saída do evaporador (8) é igual ou aproximadamente igual a 0 °C