用於冷卻乾燥的改進方法

2023-09-21 14:26:35 1

專利名稱：用於冷卻乾燥的改進方法
用於冷卻乾燥的改進方法 本發明涉及一種用於冷卻乾燥的改進方法。
特別是，本發明涉及一種用於冷卻乾燥氣體，尤其是含有水蒸氣 的空氣的方法，其中，該氣體被引導通過熱交換器的二次部分，該熱 交換器的一次部分是冷卻迴路的蒸發器，該冷卻迴路還包括由馬達驅 動的壓縮機、冷凝器、位於冷凝器的出口與上述蒸發器的入口之間的 膨脹裝置。
其中，所述方法被用於乾燥壓縮空氣。
例如由壓縮機供給的壓縮空氣在大多數情況下浸透有水蒸氣，或
者換句話說，具有100%的相對溼度。這意味著，溫度下降到低於所
謂的露點的情況下，將出現冷凝。冷凝水會引起腐蝕導管和設備，並 且器具可能過早地磨損。
所以，要對壓縮空氣進行乾燥，這種乾燥可按上述方式通過冷卻 乾燥來進行。而且，可以這種方式對除壓縮空氣以外的空氣或其它氣 體進行乾燥。
冷卻乾燥是以這樣的原理為基礎的，即通過降低蒸發器中的空氣 或氣體的溫度，冷凝空氣或氣體中的溼氣，此後，在液體分離器中分 離冷凝水，而後再次加熱所述空氣或氣體，使所述空氣或氣體不再飽和。
同樣的方法適用於除空氣以外的其它任何氣體，並且在下文中每 當我們提到空氣時，同樣也適用於除空氣以外的其它任何氣體。
用於冷卻乾燥的方法已人所共知，其中，根據測量的蒸發器壓力 或蒸發器溫度，接通或斷開冷卻迴路。
如果顯示壓縮空氣輸出，則啟動冷卻迴路，並且一旦再次停止輸 出壓縮空氣，冷卻迴路也再次停止。
這種已知方法的缺點在於熱交換器在冷卻迴路已被斷開後將由於
不再有冷卻而發熱。
當隨後再次輸出壓縮空氣，而熱交換器仍然相對溫暖時，在供給 的壓縮空氣中可能立刻出現溫度和露點峰值，這是由於熱交換器中待 乾燥氣體沒有充分被冷卻，隨後使所述待乾燥氣體中的水以最大容量 冷凝。
這樣一種用於冷卻乾燥的方法也為人所知，其中，冷卻迴路始終 保持運行狀態，而且在沒有輸出壓縮空氣時也是如此。
這種方法的主要缺點是，由於冷卻迴路持續保持運行狀態，而需 要大量的能量，而且在空轉運行時也是如此。
這樣一種用於冷卻乾燥的方法同樣為人所知，其中，使用了一種 熱物質。釆用這種已知方法時，為冷卻壓縮空氣而使用了中間熱物質， 例如以水和丙二醇的混合物的形式。
由於冷卻迴路僅被用於冷卻上述熱物質， 一旦熱物質已經到達一 定溫度，便可斷開該冷卻迴路中的壓縮機，從而可節約能量。
這種已知方法的缺點是，由於存在上述熱物質，冷卻迴路必須被
製造成很重並且相當大。
所述已知方法的另一缺點是，由於附加部件，諸如貯器和/或附加 熱交換器，使得構造冷卻迴路相當昂貴並且複雜，而且其組裝也很費 時。
本發明的目的在於，改正一種或幾種上述和其它缺點。 為此，本發明涉及一種如上所述的方法，其包括至少當不供給待 乾燥的氣體時，測量環境溫度以及測量當冷卻乾燥時待乾燥氣體的溫 度最低的地方附近的溫度或露點，並根據這些測量值接通和斷開冷卻 迴路，以便將最低的氣體溫度或露點始終保持在預定的某一最小和最
大閾值之間，從而，根據作為被測環境溫度(Tamb)函數的算法來計 算上述預定閾值中的一個或兩個。
這裡最低的空氣溫度，即LAT意指待乾燥空氣的最低溫度，該溫 度出現在冷卻乾燥期間，並且基本上在熱交換器的二次部分用於待幹 燥氣體的出口處被達到。LAT始終給出很好的空氣露點的指標，這是
由於二者之間有聯繫。
本發明所述方法的優點在於，不需要額外的熱物質，並且可以非 常簡單的方式節約能量，這是由於在適當時候斷開冷卻迴路，例如當 由於不消耗壓縮空氣而無壓縮空氣需要被乾燥時便斷開。
1所述方法的另 一優點是熱交換器的溫度始終被限制，這是由於當
測量的LAT或露點變得過高時，再次啟動冷卻迴路，並因此避免了峰 值。
由於根據作為被測環境溫度的函數的算法來計算預定的閾值，在
任何環境溫度下都保證露點足夠低，以避免在用於冷卻乾燥的設備下
遊的壓縮空氣網絡中出現腐蝕或者冷凝。
為了更好地解釋本發明的特徵，本發明下面的優選方法僅作為示
例提出，參照附圖，其中


圖1表示應用本發明用於冷卻乾燥的方法的設備，
圖2示意性地表示作為環境溫度函數的閾值的變程(course)。
圖l表顯了一種用於冷卻乾燥的設備l，其主要包括熱交換器2，
該熱交換器的一次部分組成冷卻迴路4的蒸發器3，其中還依次設立
壓縮機6、冷凝器7和膨脹閥8，由馬達5驅動。
該冷卻迴路中充滿冷卻流體，例如氟裡昂R404a，其流向用箭頭
9表示。
熱交換器2的二次部分是用於待乾燥的溼空氣的導管IO部分，其 流向用箭頭ll表示。
在熱交換器2後面，即在其出口處有一液體分離器12設立在導管 10內。
該導管IO在到達熱交換器2之前，可以局部延伸通過預冷卻器或 同流熱交換器13,並且接著液體分離器12再次延伸通過同流熱交換 器13,與上述部分平行流動或反向流動。
上述導管10的出口例如可以連接到圖中未示出的壓縮空氣網絡 上，壓縮空氣的消耗裝置，例如壓縮空氣驅動的設備連接到該網絡。
熱交換器2為液體/空氣熱交換器，並且可以被設計成與可能有的同流熱交換器13形成為整體，該同流熱交換器為空氣/空氣熱交換器。
膨脹閥8在該情況下被製成恆溫閥的形狀，其恆溫元件通過導管 14以已知的方式連接到設置在蒸發器3出口處的溫包15上，換句話 說，位於冷卻迴路4上的蒸發器3與壓縮機6之間，並充滿相同的冷 卻介質。
很清楚，可以許多不同的方式實現上述膨脹閥8，例如以電動閥 的形式，該電動閥連接到設立在蒸發器3的遠端或隨在其後的溫度計 上。
在一些小型冷卻乾燥器1中，膨脹閥8可由毛細管代替。
壓縮機6例如為容積式壓縮機，其在相同的轉速下實際上傳送同 樣的容積流量，例如螺旋壓縮機，而在該情況下，馬達5為電動機， 它連接到控制裝置14上。
上述控制裝置14,例如可以PLC的形式實現，同樣連接到用於 LAT的測量裝置16以及用於環境溫度的測量裝置17上。
用於LAT的上述測量裝置16優選設置在實際上可預期出現最低 空氣溫度的點處，在該情況下，它剛好在熱交換器2的二次部分的後 面，並優選在液體分離器12之前。
根據本發明，不排除用於測量LAT的測量裝置16被用於測量露 點的測量裝置來代替，其優選靠近上述熱交換器2的二次部分的出口 處設置。根據本發明，在下文中，每當提到用於測量LAT的測量裝置 16時，也可以應用測量露點的測量裝置。
用於測量環境溫度的上述測量裝置17優選設置在使用被設備1 千燥的空氣的壓縮空氣網絡處，尤其是在該壓縮空氣的末端消耗裝置 的高度，例如靠近被該乾燥的壓縮空氣驅動的設備。
可供選擇地，測量裝置17也可以設置在其它地方。在待乾燥的壓 縮空氣例如來自壓縮機的情況下，證明用於環境溫度的上述測量裝置 17的良好位置是在所述壓縮機的入口 。
本發明的改進方法非常簡單，如下所述。
待乾燥的空氣被引導通過導管10，並因此通過熱交換器2，例如與冷卻迴路4的蒸發器3中的冷卻流體反向流動。
溼空氣在該熱交換器2中被冷卻，其結果是形成在液體分離器12 中被分離的冷凝物。
所述液體分離器12後面的冷空氣含有絕對量較少的溼氣，但仍具 有100%的相對溼度，在同流熱交換器13中被加熱，其結果是相對溼 度優選降低到低於50%，而待乾燥的新鮮空氣在被供給到熱交換器2 之前已經部分在同流熱交換器13中被冷卻。
因此，在同流熱交換器13出口處的空氣比熱交換器2入口處的空 氣乾燥。
LAT優選被保持在一定極限內，以便一方面防止由於LAT太低 而凍結蒸發器3，並確信空氣仍然足夠被冷卻，以便另一方面允許冷 凝。
為此，本發明的冷卻迴路4可以根據LAT和環境溫度的測量值接 通和斷開，例如通過接通和斷開該冷卻迴路4的壓縮才幾6的驅動馬達
以這種方式，人們可以確信LAT或露點始終位於預定的最小閾值 A與最大閾值B之間。
根據本發明，這種調節不僅應用在烘乾空氣時，而且也用在不供 給待乾燥的空氣並在理論上可以斷開冷卻迴路4期間，如同採用已知 冷卻乾燥器那樣。
尤其是，本發明的方法至少當無待乾燥氣體被供給的時候被應用， 並且如果需要的話，也用於當供給待乾燥的氣體的時候。
為此，當冷卻乾燥時，要在待乾燥氣體的溫度最低的地方附近測 定溫度或露點，並優選緊接在熱交換器2的二次部分的後面進行。
優選地，根據是被測環境溫度Tamb的函數的算法來計算上述閾 值A和/或B中的一個或兩個。
圖2示意性地表示環境溫度Tamb分別與上述最小和最大閾值A、 B之間的可能關係。
如圖所示，最小閾值A的算法優選由階梯函數組成，當環境溫度
小於第一設定值Ta時，該階梯函數為常數，並且在這種情況下實際 上達到4。C，從而預防凍結蒸發器3。
當環境溫度Tamb高於第二設定值Tb時，其高於上述第一設定 值Ta,上述階梯函數在這種情況下也將為常數。
在上述設定值Ta與Tb之間，最小閾值A的算法的上述階梯函 數具有上升變程，在這種情況下，但不一定這種變程是線性的，並且 還優選地使環境溫度與所述計算出的最小閾值A之間的差為常數，並 優選達到至少攝氏10度。
在這種情況下，最大閾值B的算法也由階梯函數組成，該階梯函 數在環境溫度Tamb的任何值下具有比上述最小閾值A的階梯函數更 大的數值，並且當環境溫度Tamb小於第一設定值Tc時為常數。
在這種情況下，最大閾值B的階梯函數的第一設定值Tc與最小 閾值A的階梯函數的上述第一設定值Ta—致，但根據本發明，這是 不需要的。
一旦環境溫度Tamb高於第二設定值Td，最大閾值B的上述階 梯函數在這種情況下也將為常數，但根據本發明，它也可以具有不同 的變程。
在上述設定值Tc與Td之間，最大閾值B的算法的上述階梯函數 同樣具有上升變程，在這種情況下，但不一定這種變程是線性的，並 且還優選這樣，即其變程比最小閾值A的上述上升函數的變程要陡。
上述最大閾值B的目的是避免LAT達到太高，其結果將使空氣 不能充分地被冷卻，並且其結果將無足夠的溼氣可冷凝，以便能夠幹 燥空氣。
優選地，根據本發明，當用於冷卻乾燥的設備l運行時，LAT的 測定值連續地被上述控制裝置14對比，或者以一定的，規則或不規則 的間隔與上述最小閾值A和最大閾值B對比。
當LAT暫時下降到最小閾值A以下時，上述控制裝置14將通過 斷開驅動該冷卻迴路4的壓縮機6的馬達5而斷開冷卻迴路4，使得 上述熱交換器7中的溫度上升，並且LAT也將再次升高。
當4皮測的LAT上升到高於最大閾值B時，由於驅動該冷卻迴路4 的壓縮機6的馬達5再次接通，因而再次接通冷卻迴路4，其結果使 蒸發器3中的溫度下降，並且LAT也再次降低。
由於冷卻迴路4僅在需要時接通，本發明用於冷卻乾燥的方法將 有助於節約能量。
通過在適當時候再次接通冷卻迴路4，人們同樣確信，熱交換器2 不變熱，從而當再次加載壓縮空氣源時，例如在停頓後，在正被帶走 的壓縮空氣中可以沒有溫度和露點峰值。
已知冷卻迴路4的工作就是如此，並說明如下。
在冷凝器7中，氣態的冷卻流體通過在壓縮機6中的壓縮而被加 熱，該流體被冷卻直到變為液態。為了將熱量釋放到環境中，例如可 以使用未在圖中示出的風扇或冷卻介質，例如水。
由於膨脹閥8，液態冷卻流體膨脹到恆定的蒸發器壓力，當然， 這意味著溫度下降。
通過採用恆溫膨脹閥8，蒸發器3的後面將始終過熱，從而不存 在冷卻流體進入壓縮機6的危險，因此，在冷卻迴路4中不需要液體 分離器。
通過由溫包15測量的溫度從蒸發器溫度中轉移出來，以已知的方 式測定所述過熱，在這種情況下是在蒸發器3的以後測量。將該差別 與膨脹閥8的設定值對比，並在有差異的情況下，將通過開放或關閉 來調節膨脹閥8。
根據本發明，不排除用風扇，小心地從冷凝器7散發熱量，這也 由上述控制裝置14啟動或停止，作為環境溫度Tamb和LAT或露點 的測量的函數，從而在這裡也可以節約能量。
優選地，當上述冷卻迴路4已淨皮斷開後，並在該冷卻迴路4可以 再次啟動前，考慮一定的最小時間間隔。
這樣避免由於在線圏中積累熱而使上述馬達5變得超負荷，馬達 5例如可以理解為電動機。
取代溼空氣，可以以相同的方式並採用相同的設備來乾燥除空氣
以外其它含有水蒸氣的氣體。而後，LAT為最低的氣體溫度。
本發明絕不限於作為示例描述的方法；相反，本發明這種用於冷 卻乾燥的改進方法可以多種不同的方式實現，而仍處於本發明的範圍內。
權利要求
1、一種用於冷卻乾燥氣體，尤其是含有水蒸氣的空氣的方法，其中，該氣體被引導通過熱交換器(2)的二次部分，其一次部分是冷卻迴路(4)的蒸發器(3)，該冷卻迴路(4)還包括由馬達(5)驅動的壓縮機(6)、冷凝器(7)、位於冷凝器(7)的出口與上述蒸發器(3)的入口之間的膨脹裝置(8)，其特徵在於該方法包括至少當不供給待乾燥的氣體時測量環境溫度(Tamb)，以及測量當冷卻乾燥時待乾燥氣體的溫度為最低的地方附近的溫度或露點，並且根據這些測量來接通和斷開冷卻迴路(4)，以便將最低氣體溫度(LAT)或露點始終保持在預定的最小與最大閾值(分別為A、B)之間，並由此根據算法來計算上述預定的閾值(A和B)中的一個或兩個，該算法是被測環境溫度(Tamb)的函數。
2、 根據權利要求l所述的方法，其特徵在於，待乾燥的氣體產生 於壓縮機，並且在該壓縮才幾的入口附近測量環境溫度(Tamb)。
3、 根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，在上述熱交換 器(2)的二次部分出口附近測量待乾燥氣體的最低氣體溫度(LAT) 或露點。
4、 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，作為環 境溫度函數的最小閾值(A)的算法由階梯函數和上升函數形成，當 被測環境溫度(Tamb)小於第一設定值(Ta)時，該階梯函數具有 常數值；當環境溫度(Tamb)大於第二設定值(Tb )時，其具有更 高的常數值，該第二設定值(Tb)大於上述第一設定值(Ta);並且 上升函數在這些設定值(Ta和Tb)之間。
5、 根據權利要求4所述的方法，其特徵在於，最小閾值(A)的 上述上升函數為線性的。
6、 根據權利要求5所述的方法，其特徵在於，最小閾值(A)的 上述線性上升函數是這樣的，即被測環境溫度(Tamb)與該被計算出 的最小閾值(A)之間的差為常數。
7、 根據權利要求6所述的方法，其特徵在於，在上述設定值(Ta 和Tb)之間，環境溫度(Tamb)與被計算出的最小閾值(A)之間 的差為至少攝氏10度。
8、 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，作為環 境溫度(Tamb)的函數的最大閾值(B)的算法由階梯函數和上升函 數形成，當被測環境溫度(Tamb)小於第一設定值(Tc)時，該階 梯函數具有常數值；當環境溫度(Tamb)大於第二設定值(Td)時， 其具有更高的常數值，第二設定值(Td)大於第一設定值(Tc);並 且上升函數在這些設定值(Tc和Td)之間。
9、 根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，最大鬧值(B)的 上述上升函數為線性的。
10、 根據權利要求4和8所述的方法，其特徵在於，最大鬮值(B) 的上述上升函數的變程比最小閾值(A)的上述上升函數的變程要陡。
11、 根據前述權利要求中任一項所述的方法，其特徵在於，優選 在已經斷開上述冷卻迴路(4)後，在其可以被再次啟動前，考慮一定 的最小間隔時間。
全文摘要
一種用於冷卻乾燥氣體，尤其是空氣的方法，其中，該氣體被引導通過熱交換器(2)的二次部分，其一次部分是冷卻迴路(4)的蒸發器(3)，該方法包括測量環境溫度(Tamb)以及最低氣體溫度(LAT)或露點，並且根據這些測量值來接通和斷開冷卻迴路(4)，以便將最低的氣體溫度(LAT)或露點始終保持在預定的最小和最大閾值之間，並藉此根據算法來計算預定的閾值，該算法是被測環境溫度(Tamb)的函數。
文檔編號B01D53/26GK101198396SQ200680021748
公開日2008年6月11日 申請日期2006年4月28日 優先權日2005年6月17日
發明者M·達拉·瓦萊, W·D·A·范迪克 申請人:艾拉斯科普庫空氣動力股份有限公司