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【発明の名称】 冷却乾燥のための装置と方法
【発明者】 【氏名】ファンデルストラエテン バート エティエンヌ アグネス
【要約】 【課題】簡単なやり方で、冷却回路内の圧力変動がなく、かつ圧縮器およびその電動機の大きな摩耗と断裂がなく、エネルギー節約が実現できる気体冷却乾燥のための装置を提供することである。

【解決手段】熱交換器（１）から成る冷却乾燥のための装置において、該熱交換器（１）の主要部分が、冷却回路（３）の蒸発器（２）であり、該冷却回路が、さらに、電動機（４）によって駆動される圧縮器（５）を有し、該圧縮器が、バイパス閉鎖要素（１８）と開閉閉鎖要素（１９）とを有するバイパス（１７）によって迂回される。熱交換器（１）の第二の部分（１Ａ）が気体のための導管（９）の部分を形成し、また熱交換器（１）の出口に液体分離器（１１）が配置されている。この装置は、電動機（４）の速度を調節するための手段（１５）を有し、該手段は、測定手段（２２、２２Ａ）によって測定される値にもとづいて、制御装置（１６）によって制御される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】 熱交換器（１）から成る、冷却乾燥のための装置であって、熱交換器（１）の主要部分が冷却回路（３）の蒸発器（２）であり、冷却回路（３）が、さらに、電動機（４）によって駆動される圧縮器（５）、凝縮器（６）、凝縮器（６）の出口と蒸発器（２）の入口との間にある膨張手段（７）、前記電動機（４）を制御する制御装置（１６）、および該制御装置に接続された測定手段を有し、ここで、圧縮器（５）がバイパス閉鎖要素（１８）と開閉閉鎖要素（１９）とを有するバイパス（１７）によって迂回されており、一方、熱交換器（１）の第二の部分（１Ａ）が気体のための導管（９）の部分を形成し、また熱交換器（１）の出口の導管（９）内に、液体分離器（１１）が配置されている冷却乾燥のための装置において、電動機（４）の速度を調節するための手段（１５）を有し、また制御装置（１６）が測定手段（２２、２２Ａ）によって測定された値にもとづいて電動機の速度を調節するための手段（１５）を制御する、ことを特徴とする冷却乾燥のための装置。
【請求項２】 測定手段（２２）が冷却回路（３）に備えられ、該手段が蒸発器の温度を測定する手段であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】 測定手段（２２Ａ）が冷却回路（３）に備えられ、該手段が蒸発圧力を測定する手段であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項４】 測定手段（２５）が、気体のための導管（９）の、熱交換器（１）の第二の部分（１Ａ）内またはその下流に備えられ、該手段が最低気体温度（ＬＡＴ）を測定する手段であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項５】 測定手段が、気体のための導管（９）の、熱交換器（１）の第二の部分（１Ａ）内またはその下流に備えられ、該手段が露点を測定する手段であることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項６】 電動機（４）の速度を調節する手段が周波数変成器（１５）から成ることを特徴とする請求項１から５のいずれか１つに記載の装置。
【請求項７】 周囲温度を測定する手段（２４）を有し、該手段が制御装置（１６）にも接続されており、該制御装置（１６）が、測定手段（２２、２２Ａ、または２５）によって測定される値にもとづいて、また周囲温度を測定する手段（２４）によって測定される温度にもとづいて、電動機（４）の速度を調節するようなものである、ことを特徴とする請求項１から６のいずれか１つに記載の装置。
【請求項８】 制御装置（１６）がＰＩＤ制御器、ＰＩ制御器、またはＰ制御器であることを特徴とする請求項１から７のいずれか１つに記載の装置。
【請求項９】 バイパス閉鎖要素（１８）が、バイパス（１７）の、圧縮器（５）の入口側の圧力がある値よりも小さくなったときに、開くタイプのものであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１０】バイパス閉鎖要素（１８）が、バイパス（１７）の、圧縮器（５）の入口側の温度がある値よりも小さくなったときに、開くタイプのものであることを特徴とする請求項１から８のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１１】開閉閉鎖要素（１９）が、やはり電動機（４）を制御する制御装置（１６）に接続されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１２】開閉閉鎖要素（１９）がサーモスタット（２７）に接続され、該サーモスタットのセンサー（２５）が導管（９）内の熱交換器（１）の出口に配置されていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１つに記載の装置。
【請求項１３】水蒸気を含む気体の冷却乾燥のための方法であって、該気体が熱交換器（１）の第二の部分（１Ａ）を通して送られ、熱交換器（１）の主要部分が冷却回路（３）の蒸発器（２）であり、冷却回路（３）が圧縮器（５）をも有し、該圧縮器をバイパス（１７）が迂回しており、該バイパスには、バイパス閉鎖要素（１８）と制御される開閉閉鎖要素（１９）とが備えられ、また圧縮器（５）が電動機（４）によって駆動され、さらに冷却回路（３）が、凝縮器（６）、凝縮器（６）の出口と蒸発器（２）の入口との間にある膨張手段（７）をも有し、また、前記冷却回路（３）が、負荷にもとづいて、冷却能力が蒸発器（２）内の氷の生成なしで調節されるように制御される方法において、冷却回路（３）の制御が、電動機（４）の速度を調節し、さらに開閉閉鎖要素（１９）を調節することによって行われ、後者の調節が、ある条件下で、開閉閉鎖要素（１９）がバイパス（１７）を開き、またバイパス閉鎖要素（１８）もバイパス（１７）を閉鎖しないとき、気相の冷却流体が圧縮器（５）の出口からその入口へ逆戻りして蒸発器（２）の前またはあとに導かれるようになされることを特徴とする冷却乾燥のための方法。
【請求項１４】蒸発器の温度が測定され、前記冷却回路（３）がこの測定された蒸発器温度にもとづいて制御されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】電動機（４）の速度が、蒸発器の温度が最低気体温度（ＬＡＴ）よりも数度たとえば２〜３℃低くなるように調節され、このとき、このＬＡＴが氷結が起らない空気温度すなわち一般に約３℃に保たれることを特徴とする請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】蒸発圧力が測定され、前記冷却回路（３）がこの測定された蒸発器圧力にもとづいて制御されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】最低気体温度（ＬＡＴ）が測定され、前記冷却回路（３）がこの最低気体温度（ＬＡＴ）にもとづいて制御されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】最低気体温度（ＬＡＴ）が、熱交換器（１）の第二の部分（１Ａ）の出口で測定されることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】気体の露点が測定され、前記冷却回路（３）が前記露点にもとづいて制御されることを特徴とする請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】冷却回路（３）が、冷却流体側の蒸発器（２）温度が蒸発器（２）の空気側での氷結なしで負になるように制御されることを特徴とする請求項１３から１９のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２１】電動機（４）の速度が、供給電力の周波数を変えることにより調節されることを特徴とする請求項１３から２０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２２】周囲温度が測定されて、電動機（４）の速度が調節され、この調節において、測定された周囲温度が考慮されることを特徴とする請求項１３から２１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２３】圧縮器（５）の電動機（４）の速度が、たとえば２０℃の値を有する、蒸発器（２）の出口における最低気体温度（ＬＡＴ）が測定周囲温度よりも低く保たれるが、蒸発器（２）の氷結の 危険が生じうる最低温度一般に２〜３℃よりも低くはならないように調節される、ことを特徴とする請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】蒸発器（２）の上流において、冷却媒体が膨張弁（７）によって膨張させられ、蒸発器（２）後の過熱が測定されて、所定の値と比較され、このとき偏差がある場合、膨張弁（７）が解放または閉鎖によりこの偏差を修正することを特徴とする請求項１３から２３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２５】乾燥すべき気体が、熱交換器（１）および復熱熱交換器（１２）の液体分離器（１１）のあとで、第一の熱交換器（１）に供給される乾燥すべき気体によって加熱されることを特徴とする請求項１３から２４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２６】バイパス閉鎖要素（１８）が、蒸発圧力もしくは蒸発器圧力または、変形においては、バイパス閉鎖要素（１８）の出口すなわち圧縮器（５）の入口側のバイパス（１７）内の蒸発温度が、ある値よりも低くなったとき、バイパス閉鎖要素（１８）がバイパス（１７）を閉鎖しないように、調節されることを特徴とする請求項１３から２５のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２７】バイパス閉鎖要素（１８）と、バイパス（１７）を開く調節圧力とが、冷却回路（３）の公称動作条件では、バイパス閉鎖要素（１８）が閉鎖されるが、圧縮器（５）の部分またはゼロ負荷の場合には、前記バイパス閉鎖要素（１８）が開かれ、あるヒステリシスを伴う蒸発器圧力が最小に維持され、また冷却流体の蒸発圧力と結びついた蒸発器（２）下流の蒸発温度が少なくとも２℃で、蒸発器（２）おける氷の生成を避けるように、選択されることを特徴とする請求項１３から２６のいずれか１に記載の方法。
【請求項２８】電動機（４）の速度が最小値に近づいたとき、制御装置（１６）が開閉閉鎖要素（１９）を解放位置に持ってくることを特徴とする請求項１３から２７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項２９】測定手段（２２、２２Ａ、または２５）によって測定された値が装置（１５）により電動機（４）の速度を調節する制御装置（１６）のこれらの値に対する設定点よりも小さい場合に、制御装置（１６）が開閉閉鎖要素（１９）を解放位置に持ってくることを特徴とする請求項１３から２７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３０】ＬＡＴが設定点からたとえば−１．５℃低下し、一方該ＬＡＴに対する絶対最小値がたとえば０．５℃である場合に、開閉閉鎖要素（１９）が解放位置に持ってこられることを特徴とする請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】電動機（４）の速度がある値を越えた場合に、制御装置（１６）が開閉閉鎖要素（１９）を閉鎖位置に戻し、したがってふたたびバイパス（１７）が遮断されることを特徴とする請求項２８から３０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３２】管（９）の測定手段（２２、２２Ａ、または２５）によって測定される値が該値に対する前記制御装置（１６）の設定点に大体等しい、たとえばこの設定点−０．５℃に等しい場合に、開閉閉鎖要素（１９）が開閉閉鎖要素（１９）を閉鎖位置に持ってくることを特徴とする請求項２８から３０のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３３】開閉閉鎖要素（１９）の解放と閉鎖が、熱交換器（１）の出口の導管（９）内で測定されるＬＡＴにもとづいて制御されることを特徴とする請求項１３から２７のいずれか１つに記載の方法。
【請求項３４】測定手段（２２、２２Ａ、または２５）によって測定される値がバイパス（１７）の完全開放中に増大しない場合に、制御装置（１６）が一時的に電動機（４）のスイッチを切ることを特徴とする請求項１３から３３のいずれか１つに記載の方法。
【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、熱交換器から成る、冷却乾燥のための装置であって、熱交換器の主要部分が冷却回路の蒸発器であり、前記冷却回路が、さらに、電動機によって駆動される圧縮器、凝縮器、該凝縮器の出口と前記蒸発器の入口との間にある膨張手段、前記電動機を制御する制御装置、および該制御装置に接続された測定手段を有し、ここで、前記圧縮器がバイパス閉鎖要素と開閉閉鎖要素とを有するバイパスによって迂回されており、一方、前記熱交換器の第二の部分が気体のための導管の部分を形成し、また前記熱交換器の出口の前記導管内に、液体分離器が配置されている冷却乾燥のための装置、に関する。
【０００２】
【従来の技術】そのような装置は、圧縮空気の乾燥に特によく使用される。
【０００３】圧縮器によって配送される圧縮空気は、大部分の場合、水蒸気で飽和している。すなわち、相対湿度が１００％である。これは、温度がごくわずか低下した場合でも凝縮が起るということを意味する。凝縮水により、導管および機器において腐食が発生し、装置は早過ぎる摩耗と断裂を示すことになる。
【０００４】したがって、圧縮空気は乾燥されるが、これは冷却乾燥による前記のやり方で行うことができる。また、圧縮空気でない空気または他の気体をも、このやり方だ乾燥することができる。
【０００５】冷却乾燥の基礎原理は、温度を下げることにより空気または気体から水分を凝縮させ、そのあと、凝縮水を液体分離器によって分離し、そのあと、空気または気体を再加熱することにより、前記空気または気体が飽和していないようにする、というものである。熱は冷却回路により蒸発器から除去される。
【０００６】同じことが空気とは異なる他の気体に関しても正しいが、以下においては、いつでも空気に関して述べる。同じことが空気とは異なる他の気体の関しても正しい。
【０００７】実施に関しては、基準条件における露点と、対応する最低空気温度とを決定するためのＩＳＯ規格がある。
【０００８】最低空気温度が０℃よりも低くなり、したがって蒸発器が氷結水分によって凍結するのを防ぐために、蒸発器温度が０℃よりも高いというのが必要な条件である。
【０００９】この条件を満たすために、測定手段を蒸発器の入口に備えて、蒸発器温度を測定するようにすることができ、一方、制御装置が、前記温度にもとづいて、一定周波数で駆動される圧縮器の電動機のスイッチをオン・オフする。この蒸発器温度が低くなりすぎると、前記電動機は停止される。次に、膨張弁が開いたままであるために蒸発器温度が高くなりすぎると、電動機は再始動させられる。
【００１０】しかし、そのような制御は、小さな負荷で圧縮器が連続的にオン・オフされる一方、蒸発器の圧力と露点が大きく変化する、という事実を考えると、非常に大きな欠点を有するものである。さらに、凝縮乾燥機を相当大きく作らなければならない。
【００１１】測定手段を、熱交換器の第二の部分の出口にも備えて、最低空気温度（ＬＡＴ）を測定することができ、一方制御装置が、蒸発器内の温度が０℃よりも低くなりそうなとき、冷却回路の圧縮器の電動機のスイッチを切るようにする。
【００１２】どちらの種類の装置の場合も、調節は、前記のように、電動機のスイッチのオン・オフによって行われ、これは低負荷の場合特に頻繁に行われるが、これにより、圧縮器の相当な摩耗と断裂とが起り、欠点となる。
【００１３】この欠点は、圧縮器をバイパスによって迂回する、冒頭のパラグラフで述べた装置によって、回避される。
【００１４】バイパスを有するそのような冷却乾燥装置は、ＤＥ−Ａ−３５．２２．９７４号明細書に記載されている。
【００１５】電動機には一定周波数の電力が供給されるが、この電動機は、熱交換器と圧縮器との間で測定される冷却流体の圧力にもとづいて、圧力スイッチによって構成される制御装置によりオン・オフされる。
【００１６】圧縮器の吸気導管内の圧力が、ある値、たとえば、−１５℃の冷却流体の温度に対応する値よりも低くなると、電動機のスイッチが切られ、したがって吸気導管内での大きすぎる温度低下が避けられる。
【００１７】この装置の効率を高めるためには、圧縮器を、標準的なバイパス閉鎖要素のほかに、制御されるオン／オフ閉鎖要素をも配置したバイパスによって、迂回させるようにする。
【００１８】バイパス閉鎖要素は、公知のタイプのものであり、圧縮器入口側のバイパス内の圧力がある設定可能な値よりも低くなったときに、押して解放され、その結果、高温気体が圧縮器から吸い込まれる。
【００１９】前記閉鎖要素と、ばねが閉鎖要素を閉鎖状態に保持しない設定圧力とは、冷却回路の公称動作条件では、この閉鎖要素が閉鎖されるが、圧縮器の部分またはゼロ負荷の場合には、この閉鎖要素が開かれて、０．２ｂａｒのヒステリシスを伴う蒸発器圧力が最小に維持され、また冷却流体の蒸発圧力と結びついた、蒸発器下流における蒸発温度が少なくとも０℃で、蒸発器における氷の生成を避けるように、選択される。
【００２０】バイパス閉鎖要素のみがバイパスに存在する場合、ゼロ負荷条件の場合でも、圧縮器が全負荷で動作したままになるという結果がもたらされる。圧縮器電動機が連続的に作動するということを考えると、無負荷または低負荷の場合でも、エネルギー消費は、公称負荷の場合のエネルギー消費と同じになる。冷却回路内の高圧および低圧が、連続的に一定に保たれ、相対的に大きなエネルギー消費がもたらされるからである。
【００２１】ＤＥ−Ａ−３５．２２．９７４号明細書に記載されているように、バイパス導管に開閉閉鎖要素を追加することにより、この装置の効率が改善される。この追加の開閉閉鎖要素は、気体導管の熱交換器出口側に配置された温度測定手段によって制御されるサーモスイッチによって制御される。この閉鎖要素は、熱交換器出口の気体温度が気体中の水分が氷結しはじめる温度に大体等しいときに、バイパスを開くように設定される。
【００２２】前記出口における圧縮空気の温度が、たとえば１℃よりも高い場合、この閉鎖要素はバイパスを閉鎖し、蒸発器全体に全冷却能力が与えられ、したがって全負荷における蒸発器内の蒸発温度が−４〜−５℃に低下し、そのため出口の温度が低下する。この後者の温度が１℃になるとすぐに、閉鎖要素がバイパスを開き、その結果、蒸発器内の蒸発温度が、たとえば１．５℃に上昇し、蒸発器に氷結していた水分がふたたび蒸発する。蒸発器を通る圧縮空気の温度がふたたびたとえば２℃に上昇すると、閉鎖要素がふたたびバイパスを閉鎖し、電動機はその全パワーを熱交換器に与えることができる。
【００２３】この従来技術の場合、冷却流体の温度が一時的に氷結温度よりも低くなった場合でも、蒸発器の氷結を避けることができ、したがって凝縮乾燥機をより大きな負荷で運転することができる。しかし、電動機が連続的に全速で駆動されるので、エネルギー消費は割合に大きいままである。
【００２４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、前記およびその他の欠点を有さず、簡単なやり方で、冷却回路内の圧力変動がなく、かつ圧縮器およびその電動機の大きな摩耗と断裂がなく、エネルギー節約が実現できる冷却乾燥のための装置を提供することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、この目的は、冷却乾燥のための装置が電動機の速度を調節する手段を有し、一方制御装置が測定手段によって測定される値にもとづいて前記調節手段を制御する、ことによって実現される。
【００２６】電動機のオン・オフ切り替えの代りに、電動機の速度が調節される。電動機の回転数を大きくすることにより、大きな質量流量の冷却流体をポンプ輸送することができ、したがってより大きな冷却能力を与えることができる。
【００２７】バイパス閉鎖要素と開閉閉鎖要素を有するバイパスを速度制御圧縮器と組合せることにより、電動機の停止と再始動の回数を著しく減少させられるばかりでなく、大きなエネルギー節約もできる。本発明の他の利点については、以下で説明する。
【００２８】前記測定手段を冷却回路に備えることができ、この手段は蒸発器温度または蒸発圧力を測定する手段とすることができる。
【００２９】しかし、前記測定手段は、気体用の導管において、熱交換器の第二の部分の内部または上流に備えることもでき、最低気体温度（ＬＡＴ）を測定する手段、または露点を測定する手段とすることができる。
【００３０】好ましくは、電動機の速度を調節する手段は周波数変成器から成る。
【００３１】本発明の特定実施態様においては、冷却乾燥機が、周囲温度を測定する手段を有し、該手段はまた制御装置に接続されており、このとき、この制御装置は、電動機の速度を、測定手段によって測定された値にもとづいて、また周囲温度を測定する手段によって測定された温度にもとづいて、調節するようになっている。
【００３２】本発明は、また、興味あるやり方で前述の本発明の装置を使用する、冷却乾燥のための方法にも関する。
【００３３】すなわち、本発明は、水蒸気を含む気体の冷却乾燥のための方法であって、該気体が熱交換器の第二の部分を通して送られ、熱交換器の主要部分が冷却回路の蒸発器であり、該冷却回路が圧縮器をも有し、該圧縮器をバイパスが迂回しており、該バイパスには、バイパス閉鎖要素と制御される開閉閉鎖要素とが備えられ、また圧縮器が電動機によって駆動され、さらに前記冷却回路が、凝縮器、該凝縮器の出口と蒸発器の入口との間にある膨張手段をも有し、また、前記冷却回路が、負荷にもとづいて、冷却能力が前記蒸発器内の氷の生成なしで調節されるように制御される方法において、 前記冷却回路の制御が、前記電動機の速度を調節し、さらに前記開閉閉鎖要素を調節することによって行われ、後者の調節が、ある条件下で、前記開閉閉鎖要素が前記バイパスを開き、また前記バイパス閉鎖要素が前記バイパスを閉鎖しないとき、気相の冷却流体が前記圧縮器の出口からその入口へ逆戻りして前記蒸発器の上流または下流に導かれるようになされることを特徴とする冷却乾燥のための方法、に関する。
【００３４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の特徴をさらにはっきりと示すために、限定を意図しない例として、本発明の冷却乾燥のための装置と方法のいくつかの好ましい実施形態を、添付の図面を参照しつつ説明する。
【００３５】図１に模式的に示す冷却乾燥のための装置は、実質的に熱交換器１から成り、該熱交換器の主要部分は冷却回路３の蒸発器２を形成している。該冷却回路には、また、順次に、電動機４によって駆動される圧縮器５、凝縮器６、および膨張弁７も配置してある。
【００３６】この冷却回路３には、冷却流体たとえばフレオン４０４ａが充填してあり、この流体の流れの向きが矢印８で示してある。
【００３７】熱交換器１の第二の部分１Ａは、乾燥すべき湿った空気のための導管９の部分を形成し、該空気の流れの向きは矢印１０で示してある。
【００３８】熱交換器１のあと、したがってその出口側には、液体分離器１１が導管９に配置してある。
【００３９】場合によっては、前記導管９は、熱交換器１に到達する前に、前冷却器または復熱熱交換器１２を通る部分において拡大することができ、そのあとまた液体分離器１１の下流において、前記部分とは逆向の流れ方向のときに、復熱熱交換器１２においてふたたび拡大することができる。
【００４０】熱交換器１は、液体−空気熱交換器であり、空気−空気熱交換器である随意の復熱熱交換器１２を有する単一の構成ユニットを形成することができる。
【００４１】膨張弁７はサーモスタット弁であり、この弁のサーモスタット要素は、銅導線１３によって、フラスコ形の容器または“感温体”１４に接続されている。１４は、蒸発器２の出口側に、好ましくは、図１に示すように、冷却回路３の圧縮器５の入口側に備えられ、また同じ冷却媒体で満たされている。
【００４２】しかし、図に示さない変形においては、前記膨張弁７は、蒸発器２の端または該蒸発器の下流に備えた温度計に接続された電子弁（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｖａｌｖｅ）である。
【００４３】小型の冷却乾燥機の場合、膨張弁７は細管で置き換えることができる。
【００４４】圧縮器５は体積圧縮器であり、事実上同じ回転数で、例えばスパイラル圧縮器と同じ体積流量を与える。一方、モーター４は電動機であり、その速度は周波数を変えることにより調節することができる。
【００４５】したがって、前記電動機４は周波数変成器１５に接続されており、該変成器は、内蔵制御装置たとえばＰＩＤ制御装置によって構成される制御装置１６によって制御される。
【００４６】周波数変成器１５は、たとえば、０〜４００Ｈｚの周波数を調節することができ、電動機４の速度を調節する手段となる。
【００４７】圧縮器５は、出口を該圧縮器の入口、または後者に対応する蒸発器２の出口に接続するバイパス１７または迂回要素によって、迂回される。
【００４８】前記バイパス１７には、標準的なバイパス閉鎖要素１８が備えてあり、該要素は、バイパス１７内の圧力がある値よりも低くなるとすぐにばねによって押されて解放される弁体を有する。バネがこの弁体を押して解放する逆圧、すなわち前記圧力は、調節することができる。
【００４９】このバイパス閉鎖要素１８と直列に、この要素と圧縮器５との間にあるバイパス１７にさらに開閉閉鎖要素１９が備えてあり、該要素はたとえば電磁弁から成る。
【００５０】前記開閉閉鎖要素１９は、電気接続導線２０によって、制御装置１６に接続してあり、該制御装置によって制御される。
【００５１】図１に示す第一の実施形態の場合、制御装置１６は、接続導線２１により、蒸発器温度を測定する測定手段２２に接続してある。この測定手段は、たとえば冷却回路３の蒸発器２の入口、したがって蒸発器２と膨張弁７との間にある熱電対である。
【００５２】しかし、変形において、蒸発器温度を測定するのに明らかに好ましくは、蒸発器温度を測定する測定手段２２を蒸発器圧力を測定する手段２２Ａで置き換えることができる。たとえば、蒸発器２の入口または出口に備えた、圧力範囲−１〜１２ｂａｒの圧力伝送器を、接続導線２１Ａによって、たとえば図１の鎖線で示すように、制御装置に接続することができる。
【００５３】それぞれの冷却流体において、冷却流体の蒸発温度と蒸発圧力との間にはある関係がある。温度が高くなると、圧力も高くなる。
【００５４】さらに、どちらの場合にも、制御装置１６は、導管２３によって、周囲温度を測定する手段２４たとえば温度センサーにも接続される。また、この手段は、温度を電気信号特に電流に変換する。
【００５５】この凝縮乾燥機は、以下のように動作する。
【００５６】乾燥すべき空気は、導管９したがって熱交換器１を通して、冷却回路３の蒸発器２内の冷却流体と反対向きに送られる。
【００５７】前記熱交換器１において、湿った空気が冷却され、その結果、凝縮液が生成され、該凝縮液は液体分離器１１において分離される。
【００５８】前記液体分離器１１の下流では少ししか水分を含まないがそれでも相対湿度１００％の冷えた空気は、復熱熱交換器１２によって加熱され、その結果、相対湿度が約５０％に低下する。一方、乾燥すべき新しい空気は、すでに前記熱交換器１２によって、熱交換器１に送られる前にある程度冷却される。
【００５９】したがって、復熱熱交換器１２の出口の空気は、熱交換器１の入口におけるものよりも乾燥している。
【００６０】蒸発器２の氷結を避けるために、熱交換器１内の空気は、低周囲温度の場合、ＬＡＴよりも低温には冷却しない。このときのＬＡＴは一般に２〜３℃である。
【００６１】周囲温度が高い場合、ＬＡＴを高くすることができ、周囲温度よりもかなり低いたとえば２０℃低いＬＡＴまで冷却がなされる。しかし、ＬＡＴは、どんな場合でも、蒸発器の氷結の危険が発生しうる最低温度よりも低くなく、この最低温度は一般に２〜３℃である。
【００６２】ＬＡＴが高すぎると、冷却が不十分となり、したがって空気を十分に乾燥するのに十分な水分が凝縮しない。
【００６３】前記ＬＡＴは、測定手段２２によって測定される実際の蒸発器温度よりも数度たとえば２〜３℃高い。
【００６４】ＬＡＴに関する前記条件は、一つの実施形態においては、測定手段２２によって測定される蒸発器温度にもとづいて、別の実施形態においては、測定手段２２Ａによって測定される蒸発器圧力にもとづいて、電動機４の速度を、制御装置１６およびそれによって制御される周波数変成器１５によって調節することによって満たされる。
【００６５】冷却能力は、冷却回路３内を循環する冷却流体の質量流量に、熱交換器１の上流と下流とにおける空気のエンタルピー差をかけたものに等しい。電動機４の速度を大きくすることにより、圧縮器５はより大きな質量を循環させることができ、したがって同一のエンタルピー差において、より大きなエネルギーを配送することができる。質量流量は、圧縮器５の体積流量に、吸入条件下の冷却流体の密度をかけたものである。この密度自身が蒸発器温度と過熱とに依存する。
【００６６】制御装置１６は、速度を調節することによって、測定される温度または圧力を調節し、それぞれ、前記温度が前記ＬＡＴよりも数度低いが０℃よりも高くなるようにし、あるいはＬＡＴよりも数度低い温度たとえば１℃に対応する蒸発器圧力が得られるようにする。このとき、フレオンＲ４０４ａの場合、この蒸発器圧力は実質的に約５．２ｂａｒである。
【００６７】このようにして、冷却能力は負荷に対して調節される。
【００６８】周囲温度も手段２４によって測定されるので、該手段に接続された制御装置１６はこの温度を考慮することができる。
【００６９】その場合、制御装置１６と該装置によって制御される周波数変成器１５とによつて、電動機４の速度が調節され、周囲温度が低く、もっと具体的に言えば２３℃よりも低い場合、２０℃に設定された露点遮断において、前記条件が満たされ、したがって熱交換器１の第二の部分１Ａの出口におけるＬＡＴが約３℃であるが、もっと高い周囲温度の場合、前記ＬＡＴが装置２４によって測定される周囲温度よりもある度数一般に２０℃低く設定されるようにされる。
【００７０】蒸発器温度が設定点を有する場合、この設定点は、制御装置１６が、実測蒸発器温度が所望のＬＡＴよりも何度か低くなった場合に実測蒸発器温度を合わせようとする設定値である。
【００７１】場合によっては、最低および最高設定点は、制御装置１６によって決定することができ、その場合、最小値は１℃である。制御装置１６を設定する場合、この設定点は、操作パネルまたはアナログ入力によって調節することができる。
【００７２】周波数は、たとえば、３０〜７５Ｈｚの範囲で調節される。
【００７３】この冷却乾燥装置の最大負荷は、高い周囲温度のとき、ＬＡＴを３℃よりも高くすることができるということを考えると、割合に小さい。その結果、冷却能力が低下し、したがって要素を安価なものとすることができ、また冷却流体が節約される。
【００７４】凝縮器６においては、圧縮器５で圧縮により加熱された気相の冷却流体は、液体になるまで冷却され、また熱放散のために、通風機または冷却水を使用することができる。
【００７５】凝縮器６内の圧力が大きくなりすぎた場合には、電動機４は自動的にスイッチが切られる。
【００７６】凝縮器６のあと、液体の冷却流体は容器に集めることができ、かつ／または追加の熱交換器によってさらに冷却することができる。
【００７７】液体の冷却流体は、膨張弁７によって蒸発器圧力まで膨張させられる。この膨張は、もちろん温度低下をもたらす。
【００７８】しかし、膨張弁７が蒸発器２の過熱を調節するだけであり、蒸発器２が常に最適なやり方で使用される場合、膨張弁７は蒸発器の圧力または温度の制御には使用できない。
【００７９】サーモスタット調節膨張弁７を使用することにより、蒸発器２の下流では常に過熱が起っており、その結果、圧縮器５内と冷却回路３内の液体分離器内との冷却液体が過剰になる危険はなく、冷却流体の量が制限される。
【００８０】前記過熱は、感温体１４によって測定された温度を、蒸発器２の上流で測定された蒸発器温度から引くこと（内部調節）または蒸発器の下流で測定された蒸発器温度から引くこと（外部調節）によって測定される。この差を、膨張弁７に対する設定値と比較し、偏差がある場合、膨張弁７がこの偏差を解放または閉鎖によって補正する。
【００８１】過熱の程度はＬＡＴに影響を及ぼすが、膨張弁７が前記過熱を大体一定に保つと仮定することができる。
【００８２】必要であれば、過熱のこの影響を、たとえば、一種の主従調節回路によって考慮することができる。従調節回路は、前記の制御装置１６による調節を行うが、主調節回路は、実際のＬＡＴにもとづいて蒸発器圧力または温度の設定点を調節することができなければならず、したがってたとえば、蒸発器２のあとの過熱が大きすぎるためにＬＡＴが高すぎるままである場合、設定点を低下させることになる。
【００８３】前述の調節回路にバイパス１７がないと、電動機４と圧縮器５の速度の調節が露点の低下と同じ速さでは行われないということになりうる。あるいは、言い換えると、速度調節が蒸発器２の温度変化に追随することができないということになりうる。
【００８４】この問題は、まず第一に、装置の部分負荷およぴゼロ負荷の条件下で起りうる。
【００８５】バイパス１７の解放または非開放は、まず第一に、開閉閉鎖要素１９によって決定される。該要素は制御装置１６によって制御される。
【００８６】開閉閉鎖要素１９がバイパス１７を解放した場合、バイパス１７がいつ実際に解放されるかを決定するのは、バイパス閉鎖要素１８である。
【００８７】前記バイパス閉鎖要素１８は、蒸発圧力または蒸発器圧力、あるいは変形においてはバイパス１７の出口すなわち圧縮器５の入口側における蒸発温度が、ある値よりも低くなったときから、バイパス１７をもはや閉鎖せず、その結果、圧縮器５からの高温気体がバイパス１７を通って流れることができ、蒸発器圧力はそれ以上低下しない。
【００８８】前記バイパス閉鎖要素１８と、ばねが該要素をしっかりと閉鎖状態に保たないようにする設定圧力値とは、冷却回路の公称動作条件下では、バイパス閉鎖要素１８が閉鎖されるが、圧縮器の部分およびゼロ負荷の場合、前記バイパス閉鎖要素１８が解放され、したがって０．２ｂａｒのヒステリシスを有する蒸発器圧力が最小値に維持され、また冷却流体の蒸発温度と結びついた、蒸発器下流の蒸発温度が少なくとも０℃であって、蒸発器内での氷の生成を避けるように、選択される。調節装置１６が開閉閉鎖要素１９を解放位置に持ってくる条件は、蒸発器２の氷結を避けるのが相当に好ましいか、あるいはエネルギーの節約が優先されるか、によって変わりうる。
【００８９】第一のやり方では、電動機の速度が最小値に達したときに、制御装置１６が開閉閉鎖要素１９を解放位置に持ってくる。
【００９０】より好ましい第二のやり方では、測定手段２２または２２Ａによって測定される値たとえば蒸発器温度または蒸発圧力が、電動機４の速度をも調節する制御装置１６が目標とする設定点、たとえば蒸発器温度または蒸発圧力よりも小さくなったときに、制御装置１６が開閉閉鎖要素１９を解放位置に持ってくる。
【００９１】もっと詳しく言えば、開閉閉鎖要素１９は、ＬＡＴが設定点から−１．５℃低下したが、このＬＡＴに対する絶対最小値がたとえば０．５℃のとき、解放位置に持ってこられる。このようなことは、装置の部分負荷またはゼロ負荷状態のときに起りうる。
【００９２】バイパス１７の解放により、ＬＡＴを再上昇させることができる。ＬＡＴが設定点よりも高くなった場合、電動機４の速度は制御装置６によってふたたび増大させられる。
【００９３】この速度がある値を越えると、制御装置１６は、開閉閉鎖要素１９をふたたび閉鎖位置に持ってくることができ、したがってふたたびバイパス１７が遮断される。
【００９４】別の実施形態の場合、制御装置１６は、測定装置２２または２２Ａによって測定される値が、前記制御装置１６のこの値に対する設定点に大体等しい、たとえば、前記設定点−０．５℃、に等しいときに、開閉閉鎖要素１９をふたたび閉鎖位置に持ってくる。
【００９５】バイバス１７が完全に解放されたときに前記ＬＡＴが上昇しない場合、制御装置１６は、電動機４のスイッチを一時的に切って、さらなるエネルギー節約をすることもできる。
【００９６】蒸発器温度は速度の変化によって調節されるが、熱交換器１の出口におけるＬＡＴが０℃よりも低くなりがちの場合、負荷がゼロのとき、安全のために、電動機４を完全に停止させることもできる。これは、たとえば、熱交換器１内にサーモスタットセンサーを配置して、蒸発器２内の温度が０℃になった場合に電動機４のスイッチを切り、温度が３℃に上昇した場合に電動機を再始動させることによる。
【００９７】バイパス閉鎖要素１８と開閉閉鎖要素１９とを備えたバイパス１７と、速度制御される圧縮器５との組合せにより、電動機４が停止・再始動される回数が著しく減少するばかりでなく、動的挙動が大きく改善される。
【００９８】たとえば、この冷却乾燥装置の負荷が、たとえば圧縮空気流量の低下により、全負荷から部分負荷に突然変化した場合、ＬＡＴが低下し、圧縮器の回転数は、設定点を維持しようとする制御装置１６により減少させられる。
【００９９】圧縮器５の回転数が十分速く減少しない場合、バイパス１７が存在しないときには、ＬＡＴが０℃よりも低くなる（アンダーシュート）可能性が非常に高い。その場合、圧縮器５は、蒸発器２内の氷生成を避けるためにスイッチを切らなければならず、そのため確実に、大きな変動圧力露点がもたらされる。しかし、バイパス１７が存在する場合、ＬＡＴが設定点よりも低くなったとき、またはＬＡＴが氷結点に近づいたとき、バイパス１７の開閉閉鎖要素１９が開かれ、ＬＡＴが０℃を下回るのを防ぐ。
【０１００】速度調節される電動機４と組合せた、バイパス閉鎖要素１８と開閉閉鎖要素１９とを有するバイパス１７のもう一つの利点は、安定圧力露点負荷範囲の下方への拡大である。このバイパスが存在しない場合、乾燥機の負荷が徐々に減少すると、ある負荷で、圧縮器の速度が最小になる。
【０１０１】負荷がさらに減少すると、ＬＡＴは設定点よりも低くなり、ついには０℃よりも低くなる。こり場合、圧縮器５は、蒸発器２内の氷生成を防ぐために、スイッチを切らなければならず、そのため、確実に、大きな変動圧力露点がもたらされる。
【０１０２】乾燥機の負荷が徐々に低下する場合、バイパス１７が存在するときでも、圧縮器５の速度はある負荷のときに最小になる。
【０１０３】負荷がさらに減少すると、ＬＡＴは設定点よりも低くなり、そのためバイパス１７の開閉閉鎖要素１９が開く。設定点は依然として維持され、したがって安定圧力露点が得られる。
【０１０４】明らかに、装置の動的挙動が改善される。バイパス１７の制御される開閉閉鎖要素１９により、安定圧力露点を有する負荷範囲が下方に拡大される。
【０１０５】図２に示す装置実施形態は、蒸発器温度を測定するために冷却回路３に備えられた測定手段２２または蒸発圧力を測定する測定手段２２Ａが、最低空気温度（ＬＡＴ）を測定する測定手段２５によって置き換えられている点で、前述の実施形態と実質的に異なる。
【０１０６】一つの実施形態においては電動機４の速度を制御するためにすでに存在する前記温度測定手段２５は、導管９において、熱交換器１の第二の部分１Ａたとえば蒸発器２の表面、または図２に示すように、熱交換器１の下流、たとえば前記熱交換器１と液体分離器１１との間に、配置される。
【０１０７】この実施形態の場合、制御装置１６は、測定された最低空気温度ＬＡＴにもとづいて、周波数変成器１５したがって電動機４の速度を調節する。
【０１０８】ＬＡＴの測定は、冷却流体の温度が、蒸発器の氷結なしで、言い換えると、蒸発器の空気側に氷が生成される前に、０℃を下回ることができるという重要な利点を有する。この氷結の現象はＬＡＴによって決定されるからである。
【０１０９】蒸発は、冷却流体側の低蒸発器温度たとえば−５℃、および大きな温度差たとえば８℃（＋３℃と−５℃との差）の場合でも、氷結の危険なしで、可能であるという事実を考慮すると、熱交換器１を非常に小型に作ることができる。
【０１１０】測定される最低空気温度ＬＡＴが上昇または低下した場合、制御装置１６は、それぞれ、電動機４の速度の増大または減少を指令し、この測定ＬＡＴ温度が低周囲温度におけるＬＡＴ一般に２〜３℃を下回らず、蒸発器２が氷結しないことを保証するようにする。露点遮断が２０℃に設定されているときに、温度計２４によって測定される周囲温度が２３℃よりも低い場合、測定ＬＡＴは、たとえば約３℃よりも低くはならず、蒸発器２が氷結しないことを保証することができる。
【０１１１】このように定めることにより、冷却が負荷に適合させられ、しかしその際、冷却流体側の蒸発器温度は蒸発器２が空気側で氷結することなく負になることができる。したがって、電動機４のエネルギー消費が最小限に抑えられるばかりでなく、熱交換器１を非常に小型に作ることができる。これも装置の価格に関して節約になる。
【０１１２】また、この実施形態の場合、蒸発器２の過熱が、冷却流体を膨張させる膨張弁７によって調節される。
【０１１３】バイパス１７の動作は、たとえば図１に示す実施形態に関して前述したものと同様である。前述のものの場合、開閉閉鎖要素１９の解放と閉鎖は、測定手段２２または２２Ａによって測定される蒸発器温度または蒸発圧力の値にもとづいて制御される。しかし、図２に示す実施形態の場合、開閉閉鎖要素１９は、測定手段２２または２２Ａの代りに測定手段２５によって測定される値にもとづいて制御される。
【０１１４】最低空気温度は電動機４の速度を変えることによって調節されるが、この実施形態の場合にも、ゼロ負荷のとき、電動機４を完全に停止させるようにすることができる。
【０１１５】図には示さないが、この実施形態の変形においては、最低空気温度を測定する温度測定手段２５が、前記空気の露点を測定する測定手段によって置き換えられる。そのような測定手段または露点計は市販されており、ここではこれ以上述べない。
【０１１６】すなわち、ＬＡＴの代りに、同じ場所で空気の露点が測定される。動作は、前述のものと同様であり、この場合、たとえば電動機４の速度が、熱交換器１における冷却は最適であるが、蒸発器２の氷結が避けられるように、調節される。
【０１１７】図３に示す冷却乾燥のための装置の実施形態は、図２に示す装置、前記の装置とは、圧縮器５の入口側で冷却回路３に接続するバイバス１７の端が、圧縮器５と蒸発器２の出口との間ではこの冷却回路３に接続せず、蒸発器２の入口で冷却回路３に接続している、という点で異なる。
【０１１８】さらに、動作は前述のものと同様である。開閉閉鎖要素１９は、必ずしも、電動機４に対するものと同じ制御装置１６によって制御する必要はなく、独立の制御装置たとえばＰ、ＰＩ、またはＰＩＤ制御器によって制御することができる。
【０１１９】図４に示す実施形態の場合、開閉閉鎖要素１９は、さらに、前記のような制御装置ではなくサーモスタット２７によって制御される。サーモスタット２７のセンサー、言い換えると、導管９の温度測定手段が、熱交換器１の出口に備えられており、この図の実施形態では、制御装置１６に接続された温度測定手段２５である。
【０１２０】サーモスタット２７は、さらに、前記センサー２５をサーモスイッチ２９によって開閉閉鎖要素１９に接続する接続導線２８を有する。
【０１２１】熱交換器１の出口における導管９内の圧縮空気の温度がある値よりも低下した場合、たとえば制御装置１６の設定点よりも低下した場合、サーモスイッチ２９が閉じて、開閉閉鎖要素１９が作動し、したがって解放位置に切りかわる。バイパス閉鎖要素１８の作用および電動機４の制御は、前述のものと同じである。
【０１２２】本発明は、決して、前述の実施形態および添付の図面に示した実施形態に限定されるものではなく、冷却乾燥のための本発明の方法と装置は、本発明の範囲を逸脱することなく、いろいろな変形で実施することができる。
【０１２３】特に、制御装置は、制御装置１６ではなく、他の制御装置たとえばＰＩＤ、ＰＩ、またはＰ制御器から成ることができる。
【０１２４】周囲温度を、特に装置のパワーを制限するために、考慮することが好ましいが、もっと簡単な実施形態においては、電動機４の速度の調節を、蒸発器温度、蒸発器圧力、最低気体温度、または気体の露点のみにもとづいて、実施することができる。
【０１２５】湿った空気の代りに、水蒸気を含む空気ではない気体を、同じ方法と同じ装置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。
【出願人】 【識別番号】５９３０７４３２９
【氏名又は名称】アトラス コプコ エアーパワー，ナームローゼ フェンノートシャップ
【氏名又は名称原語表記】ＡＴＬＡＳ ＣＯＰＣＯ ＡＩＲＰＯＷＥＲ，ｎａａｍｌｏｚｅ ｖｅｎｎｏｏｔｓｃｈａｐ
【出願日】 平成１２年１１月２２日（２０００．１１．２２）
【代理人】 【識別番号】１０００６７５３０
【弁理士】
【氏名又は名称】新部 興治 （外１名）
【公開番号】 特開２００１−１９４０６４（Ｐ２００１−１９４０６４Ａ）
【公開日】 平成１３年７月１７日（２００１．７．１７）
【出願番号】 特願２０００−３５６３３４（Ｐ２０００−３５６３３４）