CN101198396B - 用于冷却干燥的改进方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于冷却干燥气体，尤其是空气的方法，其中，该气体被引导通过热交换器(2)的二次部分，其一次部分是冷却回路(4)的蒸发器(3)，该方法包括测量环境温度(Tamb)以及最低气体温度(LAT)或露点，并且根据这些测量值来接通和断开冷却回路(4)，以便将最低的气体温度(LAT)或露点始终保持在预定的最小和最大阈值之间，并借此根据算法来计算预定的阈值，该算法是被测环境温度(Tamb)的函数。

Description

用于冷却干燥的改进方法
技术领域
本发明涉及一种用于冷却干燥的改进方法。
特别是，本发明涉及一种用于冷却干燥气体，尤其是含有水蒸气的空气的方法，其中，该气体被引导通过热交换器的二次部分，该热交换器的一次部分是冷却回路的蒸发器，该冷却回路还包括由马达驱动的压缩机、冷凝器、位于冷凝器的出口与上述蒸发器的入口之间的膨胀装置。
其中，所述方法被用于干燥压缩空气。
例如由压缩机供给的压缩空气在大多数情况下浸透有水蒸气，或者换句话说，具有100％的相对湿度。这意味着，温度下降到低于所谓的露点的情况下，将出现冷凝。冷凝水会引起腐蚀导管和设备，并且器具可能过早地磨损。
所以，要对压缩空气进行干燥，这种干燥可按上述方式通过冷却干燥来进行。而且，可以这种方式对除压缩空气以外的空气或其它气体进行干燥。
冷却干燥是以这样的原理为基础的，即通过降低蒸发器中的空气或气体的温度，冷凝空气或气体中的湿气，此后，在液体分离器中分离冷凝水，而后再次加热所述空气或气体，使所述空气或气体不再饱和。
同样的方法适用于除空气以外的其它任何气体，并且在下文中每当我们提到空气时，同样也适用于除空气以外的其它任何气体。
背景技术
用于冷却干燥的方法已人所共知，其中，根据测量的蒸发器压力或蒸发器温度，接通或断开冷却回路。
如果显示压缩空气输出，则启动冷却回路，并且一旦再次停止输出压缩空气，冷却回路也再次停止。
这种已知方法的缺点在于热交换器在冷却回路已被断开后将由于不再有冷却而发热。
当随后再次输出压缩空气，而热交换器仍然相对温暖时，在供给的压缩空气中可能立刻出现温度和露点峰值，这是由于热交换器中待干燥气体没有充分被冷却，随后使所述待干燥气体中的水以最大容量冷凝。
这样一种用于冷却干燥的方法也为人所知，其中，冷却回路始终保持运行状态，而且在没有输出压缩空气时也是如此。
这种方法的主要缺点是，由于冷却回路持续保持运行状态，而需要大量的能量，而且在空转运行时也是如此。
这样一种用于冷却干燥的方法同样为人所知，其中，使用了一种热物质。采用这种已知方法时，为冷却压缩空气而使用了中间热物质，例如以水和丙二醇的混合物的形式。
由于冷却回路仅被用于冷却上述热物质，一旦热物质已经到达一定温度，便可断开该冷却回路中的压缩机，从而可节约能量。
这种已知方法的缺点是，由于存在上述热物质，冷却回路必须被制造成很重并且相当大。
所述已知方法的另一缺点是，由于附加部件，诸如贮器和/或附加热交换器，使得构造冷却回路相当昂贵并且复杂，而且其组装也很费时。
本发明的目的在于，改正一种或几种上述和其它缺点。
发明内容
为此，本发明涉及一种如上所述的方法，其包括至少当不供给待干燥的气体时，测量环境温度以及测量当冷却干燥时待干燥气体的温度最低的地方附近的温度或露点，并根据这些测量值接通和断开冷却回路，以便将最低的气体温度或露点始终保持在预定的某一最小和最大阈值之间，从而，根据作为被测环境温度(Tamb)函数的算法来计算上述预定阈值中的一个或两个。
这里最低的空气温度，即LAT意指待干燥空气的最低温度，该温度出现在冷却干燥期间，并且基本上在热交换器的二次部分用于待干燥气体的出口处被达到。LAT始终给出很好的空气露点的指标，这是由于二者之间有联系。
本发明所述方法的优点在于，不需要额外的热物质，并且可以非常简单的方式节约能量，这是由于在适当时候断开冷却回路，例如当由于不消耗压缩空气而无压缩空气需要被干燥时便断开。
所述方法的另一优点是热交换器的温度始终被限制，这是由于当测量的LAT或露点变得过高时，再次启动冷却回路，并因此避免了峰值。
由于根据作为被测环境温度的函数的算法来计算预定的阈值，在任何环境温度下都保证露点足够低，以避免在用于冷却干燥的设备下游的压缩空气网络中出现腐蚀或者冷凝。
附图说明
为了更好地解释本发明的特征，本发明下面的优选方法仅作为示例提出，参照附图，其中：
图1表示应用本发明用于冷却干燥的方法的设备，
图2示意性地表示作为环境温度函数的阈值的变程(course)。
具体实施方式
图1表显了一种用于冷却干燥的设备1，其主要包括热交换器2，该热交换器的一次部分组成冷却回路4的蒸发器3，其中还依次设立压缩机6、冷凝器7和膨胀阀8，由马达5驱动。
该冷却回路中充满冷却流体，例如氟里昂R404a，其流向用箭头9表示。
热交换器2的二次部分是用于待干燥的湿空气的导管10部分，其流向用箭头11表示。
在热交换器2后面，即在其出口处有一液体分离器12设立在导管10内。
该导管10在到达热交换器2之前，可以局部延伸通过预冷却器或同流热交换器13，并且接着液体分离器12再次延伸通过同流热交换器13，与上述部分平行流动或反向流动。
上述导管10的出口例如可以连接到图中未示出的压缩空气网络上，压缩空气的消耗装置，例如压缩空气驱动的设备连接到该网络。
热交换器2为液体/空气热交换器，并且可以被设计成与可能有的同流热交换器13形成为整体，该同流热交换器为空气/空气热交换器。
膨胀阀8在该情况下被制成恒温阀的形状，其恒温元件通过导管14以已知的方式连接到设置在蒸发器3出口处的温包15上，换句话说，位于冷却回路4上的蒸发器3与压缩机6之间，并充满相同的冷却介质。
很清楚，可以许多不同的方式实现上述膨胀阀8，例如以电动阀的形式，该电动阀连接到设立在蒸发器3的远端或随在其后的温度计上。
在一些小型冷却干燥器1中，膨胀阀8可由毛细管代替。
压缩机6例如为容积式压缩机，其在相同的转速下实际上传送同样的容积流量，例如螺旋压缩机，而在该情况下，马达5为电动机，它连接到控制装置14上。
上述控制装置14，例如可以PLC的形式实现，同样连接到用于LAT的测量装置16以及用于环境温度的测量装置17上。
用于LAT的上述测量装置16优选设置在实际上可预期出现最低空气温度的点处，在该情况下，它刚好在热交换器2的二次部分的后面，并优选在液体分离器12之前。
根据本发明，不排除用于测量LAT的测量装置16被用于测量露点的测量装置来代替，其优选靠近上述热交换器2的二次部分的出口处设置。根据本发明，在下文中，每当提到用于测量LAT的测量装置16时，也可以应用测量露点的测量装置。
用于测量环境温度的上述测量装置17优选设置在使用被设备1干燥的空气的压缩空气网络处，尤其是在该压缩空气的末端消耗装置的高度，例如靠近被该干燥的压缩空气驱动的设备。
可供选择地，测量装置17也可以设置在其它地方。在待干燥的压缩空气例如来自压缩机的情况下，证明用于环境温度的上述测量装置17的良好位置是在所述压缩机的入口。
本发明的改进方法非常简单，如下所述。
待干燥的空气被引导通过导管10，并因此通过热交换器2，例如与冷却回路4的蒸发器3中的冷却流体反向流动。
湿空气在该热交换器2中被冷却，其结果是形成在液体分离器12中被分离的冷凝物。
所述液体分离器12后面的冷空气含有绝对量较少的湿气，但仍具有100％的相对湿度，在同流热交换器13中被加热，其结果是相对湿度优选降低到低于50％，而待干燥的新鲜空气在被供给到热交换器2之前已经部分在同流热交换器13中被冷却。
因此，在同流热交换器13出口处的空气比热交换器2入口处的空气干燥。
LAT优选被保持在一定极限内，以便一方面防止由于LAT太低而冻结蒸发器3，并确信空气仍然足够被冷却，以便另一方面允许冷凝。
为此，本发明的冷却回路4可以根据LAT和环境温度的测量值接通和断开，例如通过接通和断开该冷却回路4的压缩机6的驱动马达5。
以这种方式，人们可以确信LAT或露点始终位于预定的最小阈值A与最大阈值B之间。
根据本发明，这种调节不仅应用在烘干空气时，而且也用在不供给待干燥的空气并在理论上可以断开冷却回路4期间，如同采用已知冷却干燥器那样。
尤其是，本发明的方法至少当无待干燥气体被供给的时候被应用，并且如果需要的话，也用于当供给待干燥的气体的时候。
为此，当冷却干燥时，要在待干燥气体的温度最低的地方附近测定温度或露点，并优选紧接在热交换器2的二次部分的后面进行。
优选地，根据是被测环境温度Tamb的函数的算法来计算上述阈值A和/或B中的一个或两个。
图2示意性地表示环境温度Tamb分别与上述最小和最大阈值A、B之间的可能关系。
如图所示，最小阈值A的算法优选由阶梯函数组成，当环境温度小于第一设定值Ta时，该阶梯函数为常数，并且在这种情况下实际上达到4℃，从而预防冻结蒸发器3。
当环境温度Tamb高于第二设定值Tb时，其高于上述第一设定值Ta，上述阶梯函数在这种情况下也将为常数。
在上述设定值Ta与Tb之间，最小阈值A的算法的上述阶梯函数具有上升变程，在这种情况下，但不一定这种变程是线性的，并且还优选地使环境温度与所述计算出的最小阈值A之间的差为常数，并优选达到至少摄氏10度。
在这种情况下，最大阈值B的算法也由阶梯函数组成，该阶梯函数在环境温度Tamb的任何值下具有比上述最小阈值A的阶梯函数更大的数值，并且当环境温度Tamb小于第一设定值Tc时为常数。
在这种情况下，最大阈值B的阶梯函数的第一设定值Tc与最小阈值A的阶梯函数的上述第一设定值Ta一致，但根据本发明，这是不需要的。
一旦环境温度Tamb高于第二设定值Td，最大阈值B的上述阶梯函数在这种情况下也将为常数，但根据本发明，它也可以具有不同的变程。
在上述设定值Tc与Td之间，最大阈值B的算法的上述阶梯函数同样具有上升变程，在这种情况下，但不一定这种变程是线性的，并且还优选这样，即其变程比最小阈值A的上述上升函数的变程要陡。
上述最大阈值B的目的是避免LAT达到太高，其结果将使空气不能充分地被冷却，并且其结果将无足够的湿气可冷凝，以便能够干燥空气。
优选地，根据本发明，当用于冷却干燥的设备1运行时，LAT的测定值连续地被上述控制装置14对比，或者以一定的，规则或不规则的间隔与上述最小阈值A和最大阈值B对比。
当LAT暂时下降到最小阈值A以下时，上述控制装置14将通过断开驱动该冷却回路4的压缩机6的马达5而断开冷却回路4，使得上述热交换器7中的温度上升，并且LAT也将再次升高。
当被测的LAT上升到高于最大阈值B时，由于驱动该冷却回路4的压缩机6的马达5再次接通，因而再次接通冷却回路4，其结果使蒸发器3中的温度下降，并且LAT也再次降低。
由于冷却回路4仅在需要时接通，本发明用于冷却干燥的方法将有助于节约能量。
通过在适当时候再次接通冷却回路4，人们同样确信，热交换器2不变热，从而当再次加载压缩空气源时，例如在停顿后，在正被带走的压缩空气中可以没有温度和露点峰值。
已知冷却回路4的工作就是如此，并说明如下。
在冷凝器7中，气态的冷却流体通过在压缩机6中的压缩而被加热，该流体被冷却直到变为液态。为了将热量释放到环境中，例如可以使用未在图中示出的风扇或冷却介质，例如水。
由于膨胀阀8，液态冷却流体膨胀到恒定的蒸发器压力，当然，这意味着温度下降。
通过采用恒温膨胀阀8，蒸发器3的后面将始终过热，从而不存在冷却流体进入压缩机6的危险，因此，在冷却回路4中不需要液体分离器。
通过由温包15测量的温度从蒸发器温度中转移出来，以已知的方式测定所述过热，在这种情况下是在蒸发器3的以后测量。将该差别与膨胀阀8的设定值对比，并在有差异的情况下，将通过开放或关闭来调节膨胀阀8。
根据本发明，不排除用风扇，小心地从冷凝器7散发热量，这也由上述控制装置14启动或停止，作为环境温度Tamb和LAT或露点的测量的函数，从而在这里也可以节约能量。
优选地，当上述冷却回路4已被断开后，并在该冷却回路4可以再次启动前，考虑一定的最小时间间隔。
这样避免由于在线圈中积累热而使上述马达5变得超负荷，马达5例如可以理解为电动机。
取代湿空气，可以以相同的方式并采用相同的设备来干燥除空气以外其它含有水蒸气的气体。而后，LAT为最低的气体温度。
本发明绝不限于作为示例描述的方法；相反，本发明这种用于冷却干燥的改进方法可以多种不同的方式实现，而仍处于本发明的范围内。

Claims (12)

1.一种用于冷却干燥气体的方法，其中，该气体被引导通过热交换器(2)的二次部分，其一次部分是冷却回路(4)的蒸发器(3)，该冷却回路(4)还包括由马达(5)驱动的压缩机(6)、冷凝器(7)、位于冷凝器(7)的出口与上述蒸发器(3)的入口之间的膨胀装置(8)，其中：该方法包括至少当不供给待干燥的气体时测量环境温度(Tamb)，以及测量当冷却干燥时待干燥气体的温度为最低的地方附近的温度或露点，并且根据这些测量来接通和断开冷却回路(4)，以便将最低气体温度(LAT)或露点始终保持在预定的最小阈值(A)与最大阈值(B)之间，并由此根据算法来计算上述预定的最小阈值和最大阈值(A和B)中的一个或两个，该算法是被测环境温度(Tamb)的函数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，待干燥的气体产生于压缩机，并且在该压缩机的入口附近测量环境温度(Tamb)。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在上述热交换器(2)的二次部分出口附近测量待干燥气体的最低气体温度(LAT)或露点。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为环境温度函数的最小阈值(A)的算法由阶梯函数和上升函数形成，当被测环境温度(Tamb)小于第一设定值(Ta)时，该阶梯函数具有常数值；当环境温度(Tamb)大于第二设定值(Tb)时，其具有更高的常数值，该第二设定值(Tb)大于上述第一设定值(Ta)；并且上升函数在第一设定值和第二设定值(Ta和Tb)之间。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，最小阈值(A)的上述上升函数为线性的。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，最小阈值(A)的线性的上升函数是这样的，即被测环境温度(Tamb)与该被计算出的最小阈值(A)之间的差为常数。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，在上述第一设定值和第二设定值(Ta和Tb)之间，被测环境温度(Tamb)与被计算出的最小阈值(A)之间的差为至少摄氏10度。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，作为环境温度(Tamb)的函数的最大阈值(B)的算法由阶梯函数和上升函数形成，当被测环境温度(Tamb)小于另一第一设定值(Tc)时，该阶梯函数具有常数值；当环境温度(Tamb)大于另一第二设定值(Td)时，其具有更高的常数值，所述另一第二设定值(Td)大于所述另一第一设定值(Tc)；并且上升函数在所述另一第一设定值和另一第二设定值(Tc和Td)之间。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，最大阈值(B)的上述上升函数为线性的。
10.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，作为环境温度(Tamb)的函数的最大阈值(B)的算法由阶梯函数和上升函数形成，当被测环境温度(Tamb)小于另一第一设定值(Tc)时，该阶梯函数具有常数值；当环境温度(Tamb)大于另一第二设定值(Td)时，其具有更高的常数值，所述另一第二设定值(Td)大于所述另一第一设定值(Tc)；并且上升函数在所述另一第一设定值和另一第二设定值(Tc和Td)之间，
其中，最大阈值(B)的上述上升函数的变程比最小阈值(A)的上述上升函数的变程要陡。
11.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在已经断开上述冷却回路(4)后，在其可以被再次启动前，考虑一定的最小间隔时间。
12.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述干燥气体为含有水蒸气的空气。
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