ITPD20070002A1 - COMPRESSED AIR DRYER - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
La presente invenzione ha per oggetto un essiccatore d'aria compressa del tipo includente le caratteristiche menzionate nel preambolo della rivendicazione principale. The present invention relates to a compressed air dryer of the type including the characteristics mentioned in the preamble of the main claim.
Nell'ambito tecnico degli impianti di trattamento dell'aria compressa sono noti essiccatori a refrigerazione in cui l'aria compressa viene posta a contatto con scambiatori di calore raffreddati in modo da separare per condensazione l'aria secca dal vapore acqueo. Tali essiccatori di norma comprendono un dispositivo per lo scarico dell'acqua condensata. In the technical field of compressed air treatment plants, refrigeration dryers are known in which the compressed air is placed in contact with cooled heat exchangers so as to separate the dry air from the water vapor by condensation. Such dryers usually include a device for draining condensed water.
Usualmente sono impiegati essiccatori a semplice espansione diretta oppure dotati di un accumulatore di calore a massa termica. Usually, dryers with simple direct expansion or with a thermal mass heat accumulator are used.
In un essiccatore d'aria ad espansione diretta il circuito frigorifero è regolato mediante una valvola posta tra mandata e aspirazione del compressore. Variando l'apertura di tale valvola, è possibile ricircolare, by-passando condensatore ed evaporatore, parte della portata di fluido refrigerante compresso in uscita dal compressore, regolandola in funzione della portata e/o temperatura dell'aria da essiccare. In a direct expansion air dryer, the refrigerant circuit is regulated by a valve located between the compressor delivery and suction. By varying the opening of this valve, it is possible to recirculate, by-passing the condenser and evaporator, part of the compressed refrigerant fluid flow from the compressor, adjusting it according to the flow rate and / or temperature of the air to be dried.
Il principale inconveniente di tale soluzione è rappresentato dal basso rendimento di questa metodologia di regolazione che comporta un elevato consumo energetico anche quando la portata d'aria richiesta in uscita dall'essiccatore è bassa. Infatti, in tutte le condizioni di funzionamento, il circuito frigorifero rimane comunque acceso, funzionando ad un regime costante e indipendente dalle effettive esigenze di carico termico operativo. The main drawback of this solution is represented by the low efficiency of this regulation method which involves a high energy consumption even when the required air flow rate from the dryer is low. In fact, in all operating conditions, the refrigeration circuit remains on anyway, operating at a constant rate independent of the actual operating thermal load requirements.
Negli essiccatori d'aria a massa termica questo inconveniente è parzialmente ovviato tramite una massa capace di accumulare calore in cui le frigorie in eccesso rispetto al consumo istantaneo vengono temporaneamente accumulate per uso futuro. In thermal mass air dryers this drawback is partially obviated by a mass capable of accumulating heat in which the frigories in excess of the instantaneous consumption are temporarily accumulated for future use.
In questo modo si ha un netto miglioramento del rendimento dell'impianto ed una pari diminuzione dei consumi energetici. In this way there is a clear improvement in the efficiency of the system and an equal decrease in energy consumption.
Principale inconveniente di tale soluzione è rappresentato dal fatto che, tipicamente, la massa termica è confinata all'interno di una camera, in contatto termico con l'aria da essiccare, la quale determina un considerevole aumento delle dimensioni complessive dell'essiccatore. The main drawback of this solution is represented by the fact that, typically, the thermal mass is confined inside a chamber, in thermal contact with the air to be dried, which causes a considerable increase in the overall dimensions of the dryer.
Lo scopo principale della presente invenzione è quello di mettere a disposizione un essiccatore per aria compressa strutturalmente e funzionalmente concepito per ovviare a tutti gli inconvenienti lamentati con riferimento alla tecnica nota citata. The main object of the present invention is to provide a dryer for compressed air which is structurally and functionally conceived to obviate all the drawbacks complained of with reference to the cited prior art.
Questo scopo ed altri ancora che appariranno nel seguito sono affrontati e conseguiti dal trovato mediante un essiccatore realizzato in accordo con le rivendicazioni che seguono . This object and others that will appear in the following are addressed and achieved by the invention by means of a dryer made in accordance with the following claims.
Le caratteristiche ed i vantaggi dell'invenzione meglio risulteranno dalla descrizione dettagliata di una sua forma di realizzazione preferita illustrata, a titolo indicativo e non limitativo, con riferimento agli uniti disegni in cui : The characteristics and advantages of the invention will become clearer from the detailed description of a preferred embodiment thereof illustrated, by way of non-limiting example, with reference to the accompanying drawings in which:
— la figura 1 è una vista schematica di un essiccatore realizzato in accordo con l'invenzione; Figure 1 is a schematic view of a dryer made in accordance with the invention;
— la figura 2 è una vista prospettica di un componente dell'essiccatore di figura 1; Figure 2 is a perspective view of a component of the dryer of Figure 1;
— le figure 3 e 4 sono due viste prospettiche in parziale sezione, da direzioni contrapposte, del componente di figura 2; - figures 3 and 4 are two perspective views in partial section, from opposite directions, of the component of figure 2;
— le figure 5 e 6 sono due viste di due rispettivi particolare ingranditi della figura 3; Figures 5 and 6 are two views of two respective enlarged details of figure 3;
— la figura 7 è una vista prospettica di una sezione in spaccato di una variante costruttiva del componente di figura 2; Figure 7 is a perspective view of a cut-away section of a constructive variant of the component of Figure 2;
— la figure 8 è una vista di un particolare ingrandito della figura 7. - figure 8 is a view of an enlarged detail of figure 7.
Un essiccatore d'aria compressa 1 è schematicamente rappresentato in figura 1. Con riferimento alle figure da 2 a 6, 1' essiccatore 1 comprende un recipiente in pressione 2, provvisto di un mantello 2a cilindrico, di asse X, le cui estremità assialmente contrapposte sono chiuse da rispettivi fondi 3a,b. Il recipiente 2 è sostenuto da piedi di supporto 4a,b,c. A compressed air dryer 1 is schematically represented in Figure 1. With reference to Figures 2 to 6, the dryer 1 comprises a pressure vessel 2, provided with a cylindrical shell 2a, of axis X, whose axially opposite ends they are closed by respective funds 3a, b. The vessel 2 is supported by support feet 4a, b, c.
Il mantello 2a, in corrispondenza del fondo 3a, è provvisto di due aperture 5,6 longitudinalmente distanziate lungo l'asse X, rispettivamente, per l'ingresso dell'aria umida e l'uscita dell'aria secca. Nell'esempio, non limitativo, delle figure 1 e 2 l'apertura 5 è posta sulla sommità del mantello 2a, mentre l'apertura 6 è posta lateralmente, a una distanza angolare di circa 90° rispetto all'apertura 5. L'essiccatore 1, in corrispondenza delle aperture 5,6, è provvisto di due rispettivi tratti di tubazione flangiata 7,8. The shell 2a, in correspondence with the bottom 3a, is provided with two openings 5,6 longitudinally spaced along the X axis, respectively, for the inlet of the humid air and the outlet of the dry air. In the non-limiting example of Figures 1 and 2, the opening 5 is located on the top of the shell 2a, while the opening 6 is located laterally, at an angular distance of about 90 ° with respect to the opening 5. The dryer 1, in correspondence with the openings 5,6, is provided with two respective portions of flanged piping 7,8.
Un setto 11 separatore suddivide il recipiente in pressione 2 in due camere 12a,b comunicanti con l'esterno attraverso una rispettiva apertura 5,6. L'aria umida da essiccare è immessa nella camera 12a attraverso l'apertura 5 mentre l'aria essiccata è estratta dalla camera 12b attraverso 1'apertura 6. A separator baffle 11 divides the pressure vessel 2 into two chambers 12a, b communicating with the outside through a respective opening 5,6. The humid air to be dried is introduced into the chamber 12a through the opening 5 while the dried air is extracted from the chamber 12b through the opening 6.
Sul setto 11 è prevista una finestratura 13 sulla quale si affaccia la sezione di ingresso di un circuito di prescambio termico 9, esteso, lungo l'asse X, dal setto 11 fino a una sezione terminale 32. A window 13 is provided on the septum 11 onto which the inlet section of a thermal pre-exchange circuit 9 faces, extending along the X axis from the septum 11 to a terminal section 32.
Uno scambiatore 10 a pacco alettato è adiacente al circuito di prescambio termico 9. Lo scambiatore 10 a pacco alettato si estende, lungo l'asse X, dalla sezione 32 fino a una sezione terminale 14, prossima al fondo 3b. A finned pack exchanger 10 is adjacent to the heat pre-exchange circuit 9. The finned pack exchanger 10 extends along the X axis from section 32 to a terminal section 14, close to the bottom 3b.
Il circuito di prescambio 9 comprende uno scambiatore a fascio tubiero 15, i cui tubi sono interconnessi e supportati da una alettatura 16 comprendente una pluralità di alette 16a equidistanziate ed estese lungo l'asse X dall'apertura 13 alla sezione 32. The pre-change circuit 9 comprises a shell and tube exchanger 15, the tubes of which are interconnected and supported by a fin 16 comprising a plurality of equally spaced fins 16a extending along the X axis from the opening 13 to the section 32.
L'aria secca proveniente dallo scambiatore 10 percorre il fascio tubiero 15 ricevendo calore dall'aria compressa umida proveniente dalla camera 12a, la quale attraversa il circuito di prescambio 9, lambendo la superficie esterna del fascio tubiero 15 e 1'alettatura 16. The dry air coming from the exchanger 10 passes through the tube bundle 15 receiving heat from the humid compressed air coming from the chamber 12a, which passes through the pre-exchange circuit 9, touching the external surface of the tube bundle 15 and the fins 16.
All'uscita del fascio tubiero 15, l'aria secca è inviata alle utenze attraverso l'apertura 6 del recipiente in pressione 2. At the outlet of the tube bundle 15, the dry air is sent to the users through the opening 6 of the pressure vessel 2.
Lo scambiatore 10 a pacco alettato comprende un primo fascio tubiero 20, in cui è circolato un fluido refrigerante, e un secondo fascio tubiero 21, in cui è circolata una massa termica allo stato fluido. The finned pack exchanger 10 comprises a first tube bundle 20, in which a cooling fluid is circulated, and a second tube bundle 21, in which a thermal mass in the fluid state is circulated.
I fasci tubieri 20,21 sono ortogonali all'asse X e disposti su rispettive file alternate, in modo tale che ogni fila di ciascun fascio tubiero sia interposta tra due successive file dell'altro fascio tubiero. La mutua disposizione dei tubi dei fasci tubieri 20,21 è evidenziata, nel particolare di figura 5, mediante l'applicazione grafica di una retinatura superficiale sul disegno dei tubi del fascio tubiero 21. The tube bundles 20, 21 are orthogonal to the X axis and arranged on respective alternate rows, so that each row of each tube bundle is interposed between two successive rows of the other tube bundle. The mutual arrangement of the tubes of the tube bundles 20, 21 is highlighted, in the detail of Figure 5, by means of the graphic application of a surface screening on the drawing of the tubes of the tube bundle 21.
I fasci tubieri 20,21 sono interconnessi da una pluralità di alette 22, che fungono da organo di scambio termico tra i fasci tubieri 20,21. The tube bundles 20, 21 are interconnected by a plurality of fins 22, which act as a heat exchange member between the tube bundles 20, 21.
L'aria umida pre-raffreddata proveniente dal circuito di prescambio 9 attraversa lo scambiatore 10 lambendo le pareti esterne dei fasci tubieri 20,21 e le alette 22, cedendo loro calore fino al raggiungimento del punto di rugiada. The moist pre-cooled air coming from the pre-exchange circuit 9 passes through the exchanger 10, touching the external walls of the tube bundles 20, 21 and the fins 22, giving them heat until the dew point is reached.
In prossimità del fondo 3b l'essiccatore 1 comprende un dispositivo di recupero condensa 33, di per sé noto. Near the bottom 3b the dryer 1 comprises a condensate recovery device 33, known per se.
I fasci tubieri 20,21 sono alimentati mediante rispettivi tubi di ingresso 23,24 e tubi di uscita 25,26. I tubi 23,24,25,26 attraversano dei rispettivi fori realizzati sul fondo 3b dell'essiccatore. The tube bundles 20,21 are fed by means of respective inlet tubes 23,24 and output tubes 25,26. The pipes 23,24,25,26 pass through respective holes made on the bottom 3b of the dryer.
I tubi di ingresso 23,24 sono provvisti, ad una rispettiva estremità, di due rispettivi tubi collettori 27,28, ortogonali all'asse X e ai fasci tubieri 20,21. Dai tubi collettori 27,28, rispettivamente, si dipartono i tubi dei fasci tubieri 20,21. The inlet tubes 23,24 are provided, at one respective end, with two respective collector tubes 27,28, perpendicular to the X axis and to the tube bundles 20,21. From the collector tubes 27,28, respectively, the tubes of the tube bundles 20,21 branch off.
I tubi di uscita 25,26 sono provvisti, ad una rispettiva estremità, di due rispettivi tubi collettori 29,30, ortogonali all'asse X e ai fasci tubieri 20,21. Nei tubi collettori 29,30, rispettivamente, convergono i tubi dei fasci tubieri 20,21. The outlet tubes 25,26 are provided, at one respective end, with two respective collector tubes 29,30, perpendicular to the X axis and to the tube bundles 20,21. In the collector tubes 29,30, respectively, the tubes of the tube bundles 20,21 converge.
Il fascio tubiero 20 è compreso in un circuito frigorifero che permette di raffreddare sia l'aria da essiccare che, attraverso l'alettatura 22, la massa termica all'interno del fascio tubiero 21. The tube bundle 20 is included in a refrigeration circuit which allows to cool both the air to be dried and, through the fins 22, the thermal mass inside the tube bundle 21.
Lo scambiatore 10 comprende mezzi (non rappresentati) di circolazione della massa termica nel secondo fascio tubiero 21. Secondo una modalità realizzativa, non esclusiva, dell'invenzione, tali mezzi di circolazione includono un accumulatore di calore. The exchanger 10 comprises means (not shown) for circulating the thermal mass in the second tube bundle 21. According to a non-exclusive embodiment of the invention, said circulation means include a heat accumulator.
All'interno del fascio tubiero 21 potrà convenientemente essere impiegato un qualsiasi fluido caratterizzato da elevata capacità termica, ad esempio una miscela di acqua e glicole. In una possibile variante realizzativa dell'invenzione tale miscela è ricircolata all'interno di un circuito chiuso esclusivamente dedicato all'alimentazione del fascio tubiero 21. Any fluid characterized by a high thermal capacity, for example a mixture of water and glycol, can conveniently be used inside the tube bundle 21. In a possible variant embodiment of the invention, this mixture is recirculated within a closed circuit exclusively dedicated to feeding the tube bundle 21.
In una ulteriore implementazione dell'invenzione il fascio tubiero 21 è alimentato mediante un circuito comprendente una o più utenze esterne all'essiccatore d'aria compressa 1. In a further implementation of the invention, the tube bundle 21 is fed by means of a circuit comprising one or more users external to the compressed air dryer 1.
Secondo una variante costruttiva dell'invenzione, raffigurata nelle figure 7 e 8 , una porzione 21a del secondo fascio tubiero 21 si estende in condizioni di scambio termico almeno parzialmente nel circuito di prescambio 9. La porzione 21a del fascio tubiero è interposta ai tubi 15 del circuito di prescambio 9 e consente di ridurre ulteriormente la temperatura dell'aria umida in ingresso allo scambiatore 10. According to a constructive variant of the invention, shown in Figures 7 and 8, a portion 21a of the second tube bundle 21 extends at least partially into the pre-exchange circuit 9 in conditions of heat exchange. The portion 21a of the tube bundle is interposed with the tubes 15 of the pre-change circuit 9 and allows to further reduce the temperature of the humid air entering the exchanger 10.
Nei casi in cui alle utenze sia richiesta una portata relativamente bassa dell'aria secca, il freddo accumulato nella massa termica è sufficiente a garantire il funzionamento dell'essiccatore 1. In questi casi il circuito frigorifero può quindi essere spento. In cases where a relatively low flow rate of dry air is required from the users, the cold accumulated in the thermal mass is sufficient to guarantee the operation of the dryer 1. In these cases, the refrigeration circuit can therefore be switched off.
La mutua disposizione dei fasci tubieri 20,21 nello scambiatore 10, consente di aumentare l'efficienza dell'essiccatore, in particolare nel funzionamento a regime ridotto, senza modificarne considerevolmente le dimensioni. La presente invenzione risolve quindi i problemi lamentati con riferimento alla tecnica nota citata, essendo in grado di essiccare aria compressa con costi di esercizio più contenuti e con rendimenti più elevati rispetto, senza modificare al contempo la struttura di base e gli ingombri massimi dell'essiccatore. The mutual arrangement of the tube bundles 20, 21 in the exchanger 10 allows the efficiency of the dryer to be increased, in particular in low-speed operation, without considerably changing its dimensions. The present invention therefore solves the problems complained of with reference to the cited prior art, being able to dry compressed air with lower operating costs and with higher yields than, without modifying at the same time the basic structure and the maximum dimensions of the dryer. .
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