ES2839402T3 - Aparato para secar un gas - Google Patents

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Abstract

Aparato (100) para secar un gas, que comprende: un circuito de secado (1) para dicho gas, que comprende: un primer (11) y un segundo (12) intercambiador de calor; un separador de condensados (13); un primer circuito de refrigeración (2) dentro del cual fluye un fluido de trabajo y que comprende: un tanque de almacenamiento (21) para dicho fluido de trabajo; una bomba de circulación (22) para dicho fluido de trabajo; un colector de entrada (23) y un colector de salida (24) para, respectivamente, introducir el fluido de trabajo en dicho segundo intercambiador (12) y recibir el fluido de trabajo que sale de dicho segundo intercambiador (12) después de que se haya producido un intercambio térmico con el gas a secar; un segundo circuito de refrigeración (3) dentro del cual circula un fluido refrigerante y que comprende sucesivamente un compresor (31), un condensador (32), una unidad de estrangulamiento (33) y un evaporador (34), caracterizado porque dicho evaporador (34) está alojado dentro de dicho tanque de almacenamiento (21) para la refrigeración de dicho fluido de trabajo.

Description

DESCRIPCIÓN
Aparato para secar un gas
La presente invención se refiere a un aparato para secar un gas, por ejemplo destinado a disminuir el contenido de humedad en un flujo de aire comprimido húmedo y/u otro gas comprimido húmedo, del tipo que comprende un circuito de secado para el gas a tratar y un circuito de refrigeración para un fluido de trabajo intermedio.
En el campo de los sistemas técnicos para el tratamiento de gases comprimidos, se sabe que se utilizan unidades formadas por un secador asociado a un circuito de refrigeración que efectúa una disminución de la temperatura del fluido a tratar.
Este intercambio de calor se utiliza para llevar el fluido a tratar a un estado cercano al punto de rocío y eliminar el componente húmedo por medio de un separador de condensado.
El documento KR20130083502A revela que un secador de refrigeración para enfriar y secar un objeto mediante el control preciso de la temperatura de un refrigerante secundario. El documento WO2012126680 A1 revela un secador de gas comprimido.
Una de las principales dificultades asociadas a este tipo de sistema se refiere a las limitadas posibilidades de ajuste de los parámetros operativos.
Es evidente que es deseable, principalmente con el fin de optimizar el consumo de energía, utilizar diferentes parámetros operativos a medida que cambian las condiciones de trabajo.
En particular, dependiendo de la temperatura externa será necesario proporcionar un intercambio de calor diferente para que el fluido a tratar llegue al separador de condensados a una temperatura cercana a la del punto de rocío, o en cualquier caso ajustado como se desee.
Sin embargo, el ajuste del circuito de refrigeración, que suele estar formado por un compresor, un condensador, una unidad de estrangulamiento y un evaporador colocados en secuencia, resulta complejo en muchos casos.
La respuesta del circuito de refrigeración y la capacidad de ajuste de los parámetros operativos de los compresores no permite seguir de manera óptima el cambio de carga necesario para efectuar el secado del flujo de aire entrante.
Esto se debe principalmente al hecho de que los compresores de los circuitos de refrigeración están destinados a funcionar a su carga nominal, y típicamente el cambio de carga se lleva a cabo simplemente interrumpiendo el funcionamiento del compresor.
Es evidente que de esta manera se puede obtener un cambio abrupto en la carga térmica, pero no un ajuste gradual, y este hecho hace necesario adoptar un enfoque térmico bastante flexible.
Una posible solución a este problema se describe en la patente US 5228504, que sugiere el uso de arena, u otra masa térmica con características similares, para mejorar la eficiencia y el control del intercambio de calor.
La presencia de esta masa térmica permite almacenar una cierta cantidad de energía térmica, para ser utilizada durante las etapas en que se interrumpe el funcionamiento del compresor.
Sin embargo, está claro que esta solución requiere una construcción específica del intercambiador de calor y, por lo tanto, no es completamente versátil para todos los tipos de sistemas.
El problema técnico que aborda la presente invención es el de proporcionar un aparato de secado de gas que esté estructural y funcionalmente diseñado para hacer posible la superación de las desventajas mencionadas anteriormente con referencia al estado de la técnica.
Este problema es resuelto por el aparato según la reivindicación 1.
La presente invención ofrece algunas ventajas significativas. La principal ventaja radica en que el aparato según la presente invención permite mejorar la gestión de la energía, optimizando el intercambio de calor que tiene lugar entre el aire y/u otros gases a secar y el fluido de refrigeración.
Por lo tanto, es posible operar con un enfoque térmico particularmente preciso. Además, la invención es particularmente versátil en el sentido de que el aparato se presta a la utilización de componentes ya adoptados en aplicaciones conocidas, y por lo tanto sin ningún diseño específico de componentes que de otra manera ya están disponibles.
Otras ventajas, características y modos de utilización de la presente invención se pondrán de manifiesto en la siguiente descripción detallada de una serie de formas de realización, dada a modo de ejemplo no limitativo. Se hará referencia a las figuras de los dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es una vista en perspectiva de un aparato para secar un gas según la presente invención, del cual se han retirado algunos paneles protectores;
La figura 2 es una vista en perspectiva más lejana del aparato para secar un gas de la figura 1, del que se han extraído algunos elementos para ilustrar los componentes internos de un tanque de almacenamiento, un detalle del aparato según la presente invención;
La figura 3 es una vista en perspectiva de un circuito de refrigeración, un detalle del aparato según la presente invención, y del tanque de almacenamiento de la figura 2, del que se han eliminado elementos adicionales para permitir una mayor claridad en la descripción;
La figura 4 es una vista en perspectiva seccional del tanque de almacenamiento de la figura 3; y
La figura 5 es un diagrama funcional del aparato para secar un gas según la presente invención.
Con referencia inicial a la figura 1, un aparato para secar un gas se indica esquemáticamente como un todo por el número 100.
Según una forma de realización preferente, el aparato tiene la forma de un paralelepípedo y comprende una entrada 101 para el gas a tratar y una salida 102 para el gas tratado. Preferentemente, la entrada y la salida se crean por medio de un tubo con bridas que permite conectarlas a un sistema de distribución de aire.
De nuevo según una forma de realización preferente, la entrada 101 y la salida 102 están dispuestas adyacentes entre sí en una porción de extremo del aparato 100. El aparato 100 comprende además un circuito de secado 1 para secar el gas introducido a través de la entrada 101 que preferentemente se extiende en dicha porción de extremo, por debajo de la entrada 101 y la salida 102.
El circuito de secado 1 comprende un primer intercambiador de calor 11 y un segundo intercambiador de calor 12 creados de tal manera que baje la temperatura del gas a tratar y preferentemente lo lleve a un estado cercano al punto de rocío.
A la salida del segundo intercambiador 12, el gas se envía a un separador de condensados 13, en el que la humedad condensada se separa en agua y el contenido de humedad presente en dicho separador se reduce, por tanto, de manera conocida.
Según una forma de realización preferente, antes de llegar a la salida 102, el gas se hace pasar por el primer intercambiador 11, preferentemente en dirección contraria al flujo de aire comprimido entrante, de tal manera que se aproveche su (baja) temperatura para efectuar un primer intercambio de calor con el flujo de gas entrante. En otras palabras, se produce un pre-enfriamiento del gas de entrada, así como una recuperación de energía con post­ calentamiento para el gas seco de salida, que en las aplicaciones típicas se entrega al usuario a una temperatura cercana a la temperatura ambiente.
En el segundo intercambiador 12, por otra parte, hay un intercambio de calor del gas con un fluido de trabajo de un primer circuito de refrigeración 2, de una manera que se ilustrará con mayor detalle a continuación.
Según una forma de realización preferente, el circuito de secado de gas tiene un desarrollo vertical, con el primer y el segundo intercambiador en línea con cada uno. A la salida del segundo intercambiador 12 el circuito invierte su curso, de tal manera que se dirige hacia arriba en dirección a la salida 102. En otras palabras, el circuito de secado tiene un desarrollo esencialmente en forma de U.
De esta manera, la acción de la gravedad puede ser utilizada ventajosamente para recoger la fracción húmeda presente en el gas y separada por el separador 13. También en este caso es preferible que el circuito de secado comprenda una serie adicional de primeros y segundos intercambiadores y separador de condensados, indicados en las figuras respectivamente con los números 11', 12' y 13'. Sin embargo, es evidente que también se pueden proporcionar series adicionales de intercambiadores y separador de condensados, repitiendo así el concepto antes descrito.
Las dos series de intercambiadores y separador están dispuestos en paralelo entre sí. Para ello, el circuito de secado 1 comprende además un divisor 14, que divide el flujo de gas procedente de la entrada 101 y lo dirige respectivamente hacia los intercambiadores 11 y 11'. Además, el circuito 1 comprende un colector 15, que recibe el flujo de gas procedente de los separadores 13 y 13' y que sale de los intercambiadores 11 y 11', para dirigirlo hacia la salida 102.
En cualquier caso, se hará referencia a continuación a una única serie de intercambiadores y separador de condensados, entendiéndose que las mismas características se aplican también a la serie adicional en paralelo, a menos que se especifique lo contrario.
Como se ha mencionado anteriormente, el aparato 100 comprende además un primer circuito de refrigeración 2 para un fluido de trabajo, destinado a efectuar un intercambio de calor con el gas del segundo intercambiador 12.
El primer circuito de refrigeración comprende un tanque de almacenamiento 21 para el fluido de trabajo, una bomba de circulación 22 para el fluido de trabajo, un colector de entrada 23 y un colector de salida 24 que conectan el circuito de refrigeración 2 al segundo intercambiador 12. Preferentemente, el primer colector 23 está creado de tal manera que introduce el fluido de trabajo en el segundo intercambiador 12, mientras que el segundo colector 24 recibe el fluido de trabajo que sale del segundo intercambiador 12 una vez que se ha producido un intercambio de calor con el gas a secar.
La bomba 22 permite que el fluido de trabajo circule dentro del segundo intercambiador 12, para obtener el intercambio de calor requerido.
El uso de la bomba 22 es particularmente ventajoso ya que permite ajustar el flujo del fluido de trabajo y por lo tanto también el intercambio de calor efectuado en el segundo intercambiador 12.
El uso del tanque de almacenamiento 21 también permite disponer de una cantidad suficiente de fluido frío para seguir los cambios de carga necesarios según el flujo de gas entrante y las condiciones termodinámicas de dicho gas entrante.
Además, según una forma de realización preferente, el fluido de trabajo utilizado es agua, agua glicolada o agua glicolada junto con un fluido capaz de cambiar de fase, lo que es particularmente ventajoso porque facilita la conversión del aparato 100 en modular.
A este respecto, cabe señalar que el aparato puede subdividirse ventajosamente en módulos: un primer módulo definido por el circuito de secado 1, y un segundo módulo definido por el circuito de refrigeración 2, o más generalmente por el tanque de almacenamiento 21, y por un segundo circuito de refrigeración 3, que se describirá más adelante con más detalle. Esta característica permite, por tanto, una instalación más flexible que cumple con las limitaciones de instalación presentes en las instalaciones reales.
También hay que señalar que en este caso, el uso de dichos fluidos en lugar de un fluido refrigerante tradicional no requiere ninguna tubería de alta presión. Esto también permite que el agua glicolada, u otro fluido de trabajo utilizado, sea introducido en el tanque simplemente por medio de una tubería de alimentación 35.
Como se mencionó anteriormente, el aparato según la presente invención comprende además un segundo circuito de refrigeración 3 que funciona con un fluido refrigerante, esencialmente formado por un circuito de refrigeración.
En particular, el circuito de refrigeración 3, ilustrado en detalle en la figura 2, comprende sucesivamente un compresor 31, un condensador 32, una unidad de estrangulamiento 33 y un evaporador 34. En la forma de realización ilustrada en las figuras, hay un par de compresores 31.
Como se puede ver en las figuras 2 y 3, el evaporador 34 está alojado en el interior del tanque de almacenamiento 21 de tal manera que la evaporación del fluido refrigerante resulta directamente en el enfriamiento del fluido de trabajo presente en el tanque 21.
Esta disposición permite que el aparato, según la presente invención, realice el ajuste del intercambio de calor en el intercambiador 12, y por lo tanto en el circuito de secado 1, independientemente de los parámetros operativos del circuito de refrigeración 3.
Así, el compresor puede funcionar siempre en condiciones óptimas, interrumpiendo cíclicamente el funcionamiento cuando el fluido presente en el tanque ha alcanzado la temperatura necesaria para efectuar el secado del gas comprimido.
El fluido de trabajo presente en el interior del tanque define, por lo tanto, una masa térmica que puede ser utilizada ventajosamente en el proceso de secado del gas.
El evaporador 34 se ilustra con mayor detalle en la figura 4, junto con el tanque 21 en el que está alojado.
El evaporador 34 está formado preferentemente por un haz de tubos 340, dentro del cual fluye el fluido refrigerante, alojado dentro de una carcasa en forma de caja 341 que, a su vez, está alojada dentro del tanque 21. Una forma de realización alternativa, no ilustrada en las figuras, puede ser representada por un bloque con aletas.
En una forma de realización, el tanque 21 comprende una abertura de entrada 211 y una abertura de salida 212 para el fluido de trabajo que intercambia calor con el fluido de refrigeración. Según una forma de realización preferente, la abertura de entrada 211 y la abertura de salida 212 se crean en la misma porción de extremo del tanque 21 y se comunican entre sí a través de la carcasa en forma de caja 341.
De esta manera, el fluido de trabajo que entra en el tanque 21 se hace fluir dentro de la carcasa en forma de caja 341, pasando a través del haz de tubos 340, y luego se vuelve hacia la abertura de salida 212 a través de un espacio de aire definido entre la carcasa en forma de caja y la pared del tanque.
Así, la capacidad de enfriamiento del haz de tubos y el volumen del tanque pueden ser explotados de manera óptima.
Según una forma de realización preferente, la unidad de estrangulamiento 33 comprende una válvula de expansión termostática 331, que controla el flujo del fluido de refrigeración que entra en el evaporador 34, y preferentemente una pluralidad de tubos capilares 330, conectados a la válvula de expansión 331 del circuito de refrigeración mediante un colector 332 y extendiéndose hacia los respectivos paquetes del haz de tubos 330.
Según una forma de realización preferente, la válvula de expansión 331 está situada en la proximidad del tanque 21 y, preferentemente, los tubos capilares 330 dentro del mismo.
En términos más generales, es preferible que la unidad de estrangulamiento 33 esté alojada cerca del tanque 21, permitiendo así una óptima disposición de los componentes.
Refiriéndonos una vez más a la figura 2, según una forma de realización preferente el condensador 32 también está formado por un intercambiador con un haz de tubos y se extiende preferentemente en dirección vertical a lo largo de una pared del aparato 100.
Para obtener una adecuada eliminación del calor, el aparato 100 también incluye ventiladores 36.
Además, el segundo circuito de refrigeración 3, y por lo tanto también el condensador 32, está preferentemente separado por una pared 37 del circuito de secado 1.
De manera más general, la pared 37 permite separar el primer módulo, es decir, el definido por el circuito de secado 1, del segundo módulo, es decir, el definido por el primer y segundo circuito de refrigeración 2, 3.
Por lo tanto, la invención resuelve así el problema propuesto, a la vez que proporciona numerosas ventajas, entre ellas la posibilidad de obtener un ajuste del intercambio de calor que se produce en el intercambiador de calor de acuerdo con la carga requerida y, al mismo tiempo, mantener el compresor y los demás elementos del circuito de refrigeración funcionando en condiciones óptimas.
Al mismo tiempo, el aparato según la presente invención también tiene un alto grado de modularidad en el sentido de que el circuito de secado y los circuitos de refrigeración pueden estar integrados en una sola estructura, como en la presente forma de realización, o separados el uno del otro.
El uso de un circuito de refrigeración de baja presión también facilita el uso de longitudes relativamente largas de tuberías.
Por lo tanto, es posible utilizar un primer conjunto de alojamiento para el circuito de secado 1 y un segundo conjunto de alojamiento para el depósito 21 y el segundo circuito de refrigeración 3. Estas unidades pueden, por lo tanto, conectarse fácilmente por medio de tuberías, por las razones expuestas anteriormente, lo que permite colocar las dos unidades a distancia una de la otra.

Claims (10)

REIVINDICACIONES
1. Aparato (100) para secar un gas, que comprende:
un circuito de secado (1) para dicho gas, que comprende:
un primer (11) y un segundo (12) intercambiador de calor;
un separador de condensados (13);
un primer circuito de refrigeración (2) dentro del cual fluye un fluido de trabajo y que comprende:
un tanque de almacenamiento (21) para dicho fluido de trabajo;
una bomba de circulación (22) para dicho fluido de trabajo;
un colector de entrada (23) y un colector de salida (24) para, respectivamente, introducir el fluido de trabajo en dicho segundo intercambiador (12) y recibir el fluido de trabajo que sale de dicho segundo intercambiador (12) después de que se haya producido un intercambio térmico con el gas a secar; un segundo circuito de refrigeración (3) dentro del cual circula un fluido refrigerante y que comprende sucesivamente un compresor (31), un condensador (32), una unidad de estrangulamiento (33) y un evaporador (34), caracterizado porque dicho evaporador (34) está alojado dentro de dicho tanque de almacenamiento (21) para la refrigeración de dicho fluido de trabajo.
2. Aparato (100) para secar un gas según la reivindicación 1, en el que dicho evaporador (34) está formado por un haz de tubos (340), dentro del cual fluye el fluido refrigerante, alojado dentro de una carcasa en forma de caja (341) que, a su vez, está alojada dentro del tanque de almacenamiento (21)
3. Aparato (100) según la reivindicación 2, en el que dicho tanque de almacenamiento (21) comprende además una abertura de entrada (211) y una abertura de salida (212) para el fluido de trabajo de dicho primer circuito de refrigeración (2), estando dicha abertura de entrada (211) y dicha abertura de salida (212) comunicadas entre sí a través de la carcasa en forma de caja (341), de esta manera, el fluido de trabajo que entra en el tanque (21) se hace fluir dentro de la carcasa en forma de caja (341), pasando a través del haz de tubos (340), y luego a girar hacia la abertura de salida (212) a través de un espacio de aire definido entre la carcasa en forma de caja y la pared del tanque.
4. Aparato (100) según la reivindicación 3, en el que dicha abertura de entrada (211) y dicha abertura de salida (212) se crean en la misma porción de extremo del tanque (21).
5. Aparato (100) según una de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho fluido de trabajo de dicho primer circuito de refrigeración (2) comprende agua glicolada.
6. Aparato (100) según una de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho circuito de secado (1) está ubicado en una porción de extremo del aparato (100).
7. Aparato (100) según la reivindicación 6, en el que dicho circuito de secado (1) comprende una entrada (101) y una salida (102) y se desarrolla esencialmente en vertical, estando dicho primer (11) y dicho segundo (12) intercambiador alineados entre sí, invirtiendo dicho circuito de secado (1) su curso a la salida del segundo intercambiador (12), de manera que se dirija hacia arriba en dirección a dicha salida (102).
8. Aparato (100) según una de las reivindicaciones precedentes, que comprende además un tabique que divide dicho condensador (32) de dicho tanque (21).
9. Aparato (100) según una de las reivindicaciones anteriores, en el que dicha unidad de estrangulamiento (33) está alojado en las proximidades de dicho tanque (21).
10. Aparato (100) según una de las reivindicaciones precedentes, que comprende un primer conjunto de alojamiento interno en el que está alojado al menos dicho circuito de secado (1) y una segunda asamblea de alojamiento en la que está alojado al menos dicho tanque de almacenamiento (21) y dicho segundo circuito de refrigeración (3), estando dicho segundo conjunto de alojamiento colocado o que puede ser colocado en una posición remota con respecto a dicho primer conjunto de alojamiento.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023057678A1 (es) * 2021-10-08 2023-04-13 Jose Antonio Mata Vasco Dispositivo mecánico secador refrigerado

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WO2023057678A1 (es) * 2021-10-08 2023-04-13 Jose Antonio Mata Vasco Dispositivo mecánico secador refrigerado

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