CN103282663B - 适用于空压装置用压缩空气罐的自动排水系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种压缩空气罐的自动排水系统，其中，包括：水位感应器(10)，插入配置于压缩空气罐(1)的内部而达到底面，通过对储气罐内部的凝结水施加电压或电流时产生的电信号感应凝结水水位；控制部(20)，输入所述水位感应器的电信号；以及排水阀(30)，其配置于排水口(3)，通过所述控制部进行动作。本发明中，感应凝结水的水位感应器(10)由隔间配置有至少一个通电端子对(12a、12b)的细长的绝缘体(11a、11b)构成，所述绝缘体可插入于压缩空气罐的排水口(3)或排气口(2)。在可弯曲的绝缘体隔间配置有2对-10对长度不同的通电端子对的水位感应器，根据凝结水的水面高度，通电电流值以阶梯式变化而产生水位值信号，因此，与储气罐的深度及底面形态无关，不仅能确认是否发生凝结水，还能测定凝结水的水位变化。控制部(20)由水位感应器的输入值测定储气罐内的凝结水量及凝结水减少速度，能迅速且经济性地进行排放，能实时确认相对于压缩机运行中所排放的空气量的实际排放的凝结水量的比率，由此确认排放效率最大的凝结水的水位，并将其能有效地反映在排水阀(30)的开闭动作。

Description

适用于空压装置用压缩空气罐的自动排水系统

技术领域

本发明涉及一种空气压缩机的储气罐内水分(凝结水)去除装置，更详细而言，涉及结合有用于感应压缩空气罐内部的水位的传感器、根据所述传感器的感应数据进行动作的排水(Drain)控制装置以及电子排水阀的系统。

背景技术

向空压机械装置供应压缩空气的空气压缩机是吸入周围的大气后，利用一般的往复移动式压缩方式或涡轮式压缩方式进行压缩并储藏在储气罐内，然后，每当需要时通过空气排放管供应至空压管道的结构。

压缩空气以储藏在储气罐内的状态，即等候输出状态下能及时以最大的动力供应到多个使用处的出色的储能媒体，传递动力的空气与液压油不同，不需回收，而能以原来的状态排放至大气中，而且操作之前被泄露的危险很低。因此空压管道网能以与电线网同等的自由度设置，维修费用低于电线网。

储藏于储气罐内的压缩空气，在吸入过程中，只要不通过空气燃烧进行高度脱水处理，在隔热压缩后进行冷却的过程中，必然会发生凝结水。凝结水以水分形态与压缩空气一起流入空压管道而喷洒到空压机械的内部，成为导致生锈、缩短机械的寿命的主要原因。而且，通过空压机械排放到大气中的空气，其压力急剧降低，而内部水分更快地被饱和(凝结)。即，通过因压力急剧下降导致的隔热膨胀，水分被急剧凝聚，从而以水滴变得更大的形态强力喷洒到被加工材料的表面，这对被加工材料的表面防锈或涂装性及耐腐蚀性导致非常坏的影响。

因此，大部分的压缩空气罐，为了尽量减少储气罐内储藏空气的水分含有量，在下部具备用于排放水(凝结水)的液流开关，虽在凝结水排放过程中，内部的压缩空气也一起强力地被喷射而发生大量的空气损失，但还需要周期地排放水。这种排水工作周期应按照在压缩机的总运行时间期间吸入的周围大气的绝对湿度和总吸入量进行调整。

由本发明人在先申请的专利授权KR2009-0104000B1中公开的供油装置是为减低压缩空气的水分对空压装置的影响而发明的，在空压管道上智能地喷射润滑油或防锈油，从而从压缩空气的水分保护空压装置而延长寿命。

本发明与向空压管道上自动供应润滑油或防锈油而保护空压系统的在先发明不同，是将压缩空气罐内的凝结水尽量有效地自动排放而保护空压系统的技术。本发明是有关于最佳空气压缩储藏技术，通过本发明，最大限度地减低积累在空压管道及空压装置内的水分，而且，还能最大限度地减低喷射在被加工材料的水分的量。

(文献1)KR1999-0059240A公开了在储气罐内设置浮球(浮力体)，根据水位上升产生感应信号而控制驱动阀的汽车制动器用储气罐排水装置。

(文献2)KR2010-0106642A公开了在凝结水排放管设置排水阀，利用过充电空气的排气压使排水阀运行的空气压缩机。

(文献2)KR1997-0002206U公开了利用根据定时器的设定时间运行的排水控制阀的压缩机排水装置。

发明内容

文献1的排水装置的对象并不是用于驱动空压机械的压缩储气罐，但是，其目的在于防止制动器线内部的机械零件被水分腐蚀，这与本发明的目的类似。但是，其解决手段，依靠低压、低精密度的浮力体是仅在内部的凝结水的储蓄量非常多的情况下才使用，因此存在技术上的限制。换而言之，在高压压缩空气内移动的浮球需用耐压性强的材料(一般，用较厚的金属，重量较重)制造浮球的外皮，尽管如此，由于需要浮在水面，因此很难制造成小体积。而且，随着浮力冲程大而水位感应精密度降低，操作周期也必然变长。

文献2的空气压缩机仅在压缩储气罐处于过充电状态下才能运行。但是，最近市售的大部分空气压缩机反复正确地运行设定压力后停止的最佳运行，因此，几乎不发生过充电状态。而且，在临时过充电状态时，通过隔热压缩效果，而储气罐内的压缩空气的温度也处于相当高的状态，因此，由于压缩空气的饱和水蒸气压力变高，凝结水的发生量比平常更少。所以，在储气罐内的空气完全没有冷却的、过充电之后的状态下，若要及时排水，会导致浪费压缩空气的问题。

文献3的排水装置与通过根据定时器所设定的时间进行动作的方式被压缩的空气的绝对湿度无关，单纯的按照所设定的时间，例如1日1次，1小时1次等方式进行规定动作。因此，会忽略凝结水产生过多的状态。这是因为通过压缩机的隔热压缩后的在下一个冷却工程中发生的储气罐内的凝结水量，根据季节、天气及储藏时间有很大的差异，例如，冬季或雨季或潮湿或下雨天储气罐内的凝结水量与干燥季节、天气干燥时发生的储气罐内的凝结水量有很大的差异。为了有效地使用文献3的装置需要以多样的动作周期进行动作的智能定时器。在此所说的多样的动作周期需要考虑周围空气的绝对湿度，还考虑在特定时间段使用的总空气量和由此的总附加压缩量，以及对水分致命的高压精密机械、涂装用喷射器等的使用频度及使用时点构建复杂的时间程序。

所以，本发明的课题是克服如上所述的技术局限，有效地去除储气罐内的残留水分，并能正确地测量凝结水的量。但是，难以实现适用于现有市售的各种形态的空气压缩机的储气罐的同时，能可靠地感应水量的技术手段。

本发明通过以下三种技术手段解决了如上所述的问题。

首先，储气罐内的凝结水是大气中的水蒸气被饱和而成的，是含有各种无机离子或电解质的非纯净水(nonpurewater)。因此，着眼于不是非导体，引进了水位感应器，以便将施加电压的通电端子对隔开预定距离配置在储气罐底面附近后，若在储气罐内发生凝结水而通电端子浸渍于水中时，感应所发生的电流值的变化或电阻值的变化，并将其变换为电信号。此时，所述水位感应器是可插入设置在狭窄的排气管通道的细长的形态，从而不需改变现有厂家制造并销售中的压力容器而能够容易设置，并在接触于储气罐底面的棒形绝缘体配置一对能够通电的电连接端子。

所述水位感应器进一步配置长度不同的至少2个通电端子对，通过由此产生的电信号变化量来感应是否发生水位，以及水位的变化。

接着，将在所述水位感应器产生的电信号判断为水位值的发生，因此采用了能够随此开闭排水管的控制部和电子排水阀。

由于在排放凝结水时，大量压缩空气也一起被排放的排放构造上，着重于理论上不得不产生凝结水的问题，作为所述控制部的重要控制流程的特征附加了智能型控制流程，即判断开放阀门时的凝结水水位的变化速度、开放阀门时的相对于储气罐内的压力降低速度的水位变化速度，根据水位变化速度，判断现时点储气罐内的水分去除量、以及水分去除速度的经济性等，并将其能再次反馈于电子排水阀的驱动。

本发明与形态和大小无关，可以容易设置在各种各样的高压储气罐，且精密地测定储气罐内的凝结水量，并能以最快的速度排放至有效范围为止。

并且，本发明能在排放凝结水时或压缩机运行时感应凝结水的水位变化，因此，能实时确认在排放过程中与凝结水一起排放的空气量对实际排放的凝结水量的比率。并且，具有与储气罐的容量和机种无关能确认相对于储气罐内的空气损失的排放效率成为最大的凝结水的水位的功能，因此，不会过多浪费压缩空气，能实际且经济地排放水分，而且，提供从排放的有效水位值能预测可在特定使用环境下使用的储气罐的容量范围的基础。

而且，本发明在需要高度去除水分的空压管道系统中，也可以结合现有的通过定时器的动作、通过施加压缩机电源与否的动作、及通过按时间消耗空气量的动作方式而使用。而且，将本发明配置在所述现有所有排放单元的操作模式之前时，在所述排放单元不能克服的危险的情况下(储气罐内的空气一时超过水分容许值的情况)，本发明发挥安全装置的作用。

附图说明

图1是本发明的系统为等候状态(未排放凝结水的状态)时的系统构成的电路示意图。

图2是本发明的系统为运行状态(排放凝结水的状态)时的系统构成的电路示意图。

图3是将水位感应器安装在排气口2侧的状态的截面示意图。

图4是将水位感应器安装在排水口3侧的状态的截面示意图。

图5是表示水位感应器的电流感应值的变化和储气罐内的水位变化的关系的图表。

图6是控制部20的动作原理的控制流程示意图

图7是表示根据本发明的系统的运行，储气罐内的水位变化速度和储气罐压力的减少速度的关系的图表。

图中：

1：压缩空气罐，2：排气口，3排水口，PG：压力计，M：马达，C：压缩机，AC：电源，A：电流计，V：电压计，10：水位感应器，11a、11b：绝缘体，12a、12b：通电端子对，20：控制部，30：排水阀，

具体实施方式

为技术性地支持如上所述的本发明的课题解决手段，参照附图详细说明本发明的一实施例。

在以下特定实施例中包括特定专业术语的构成要素及其结构并不限定本发明的技术思想。

图1是本发明的自动排放(auto-drain)系统为等候状态(未排放凝结水的状态)时的系统构成的电路示意图，图2是运行状态(排放凝结水的状态)时的系统构成的电路示意图。

水位感应器10用于感应储气罐内的凝结水的水位变化，所述水位感应器的动作原理为如下；平时在空气中处于断电状态，当被浸渍于水中时通电并进行动作。

在理想的情况下，纯净水是理论上绝缘电阻为无限大的非导体，但是，通过实验得到的蒸馏水等的比电阻大部分为5MΩ.cm-18.4MΩ.cm，适用本发明的空压储气罐内的饱和水是因空气中的灰尘、与空气接触的储气罐内壁及压缩机内壁的金属成分等而含有大量各种无机离子或电解质的水。

一般凝结水的比电阻远远达不到1MΩ.cm，凝结水的比电阻可通过用于测量比电阻高的物质的绝缘电阻的设备的绝缘测试器等商用测试器进行测量。测量时，主要施加1000V等的高电压，测量此时的微电流量。本发明中，连接通电端子和电流计之间的通电线的粗细约为1.6mm，一对通电端子对为绝缘体等，以与储气罐底面绝缘的状态下，浸渍于水中的深度约为5～7mm时，以在机械工业领域所使用的通常的电流计施加电压为基准，能得到约4～20mmA的电流测量范围。(1对通电端子为基准)将其变换为电信号而传送到控制部20，控制部接受该电信号进行处理，然后向配置在压缩空气罐的排水口3的电子(电磁方式)排水阀30传送开放信号。

如图2所示，当压缩空气罐内的凝结水的水位变高时，控制部20从流在可变电阻器的电流变化量或电压变化量感应凝结水的发生，从而向电子排水阀30传送开放命令。当然，不管任何情况，凝结水的水位都不是0(因为被压缩的同时冷却，而及时产生水)，因此，此处所说的凝结水的发生可以解释为在后述的图5、7等说明的有意义的水位发生量。

图3、4是本发明的水位感应器10安装在储气罐内的结构的截面示意图。大部分压缩空气罐，在供应储藏的空气时，为了尽量防止混入凝结水，而在储气罐的上端形成排气口2。由此，如图3所示，通过现有的排气口2容易插入固定水位感应器10。当然，需利用其它的经改造的管接头左右连接现有安全阀和供气管。

所述水位感应器10，通过将经绝缘被覆的电源线配置在细长的棒形绝缘体11a的末端附近为止后，结合连接于电源线而没有经绝缘被覆的露出于空气中的通电端子对12a、12b而构成。所述通电端子对是从绝缘体的端部至少离开数mm的状态。因此，不会通过储气罐底面通电，而仅在通电端子对浸渍于凝结水中时才能流通微电流。当发生放电时，通电端子对被溶解及腐蚀的可能性很高，因此适合使用银或铜等非铁金属，并被设计成缩小两个端子之间的间隔，将端部形成为尖锐，而使端子的端部垂直接触于凝结水的表面，从而以相对低的电压也能容易通电。

图4是表示两种可插入设置在排水口3侧的水位感应器，是与图3的插入设置在排气口2侧的水位感应器相比设计为较小且能简单设置的形态。当排水口3没有设置于储气罐的底面高度时，即使在绝缘体11a进一步结合可弯曲的附加绝缘体11b，然后插入于储气罐下部的排水口，也能在插入后弯曲角度扩大的同时能自然地接触于底面中央。

当排水口3设置于储气罐底面高度时，绝缘体11a的长度变短而成为简单且可靠性高的构造。将连接于电源线的通电端子对12a、12b可以以不同的长度配置在图3及图4的各绝缘体的末端部2对～10对。这样，随着凝结水的水位变化，接触于凝结水的表面的通电端子对的数量不同，凝结水的水位越高，由于多个通电端子对，并列连接增加而电阻变低，以此原理，可在相同的电压条件下通电量更多。

图5是为容易理解按阶段垂直配置通电端子对时的水位测定的概念的图表。水位感应器的电流感应值约为60mmA是指3对通电端子对都处于通电状态的水位15mm以上，当每次电流数值大致以阶梯式降低时(并不是完全阶梯式)，水位变低的同时，处于通电状态的通电端子对被减少为2对、1对。由此，可从通电电流值的变化计算出难以观察内部的储气罐内的凝结水的现在的总量。

图6是表示本发明的控制部20的动作原理的控制流程图，图7是从所述控制流程图中导出为最有效地排放凝结水的排水阀的开放时间的图表。

图6中，第一次判断步骤的超过容许电流值时开始排放凝结水。在图6中，虽未图示，开始排放凝结水的同时储气罐内的压力也开始变化，并且，如图1及2所示，实时向控制部传送储气罐内的压力信息。由于储气罐内的空气量相对于凝结水量过大，因此，如图7所示，压力变化实际上显示直线型，凝结水的水位变化显示曲线。凝结水的水位显示曲线是因为凝结水的水位变得越低，则凝结水的排放量减少，与凝结水一起喷出的空气量相对变多。

开放排水阀而排放凝结水时水位降低，从而，浸渍于水面底下的通电端子对的数量减少而通电电流值也减少(绝缘电阻值变大)。此时，再次输入得到电流值，而与事先储藏在控制部的最大效率电流值进行比较，当小于事先储藏的最大效率电流值时，意味着低于事先设定的经济效果优秀的凝结水的水位。因此，控制部判断在低于相应水位时，水位变化速度变慢，而能够关闭排水阀30。例如，相应水位大致接近5mm，可以设定为接近很多空气被排出而水位几乎没有变低的最小水位的值。

接着，虽比所述经济效果优秀的凝结水的水位高，而大量空气预想不到被损失时，控制部20也可以关闭排水阀。在图中，求容许电流减少速度的步骤为其核心，此处，容许电流减少速度可以解释为容许水位减少速度，当该速度大于压缩空气罐的平均压力减少速度(由于线型减少，因此能够容易事先设定)时，本发明具有经济性，虽在该时点并不满足，但是能够关闭排水阀。在如此进行运行时，若在空压机械或被加工材料中发现很多水分，则可以解释为相应压缩空气罐的容量过大而用相同压力的空气形成的凝结水的水位过高，或者压缩机设置地点的周围的大气的湿度高，或者压缩机的整备状态有问题。因此，需要重新调整容许电流减少速度的范围，或在其他的时刻检查空压系统。

以上，参照附图详细说明了本发明的具体实施例，但本发明的技术思想并不局限于所述实施例。

即，本发明所属领域的技术人员可根据需要利用本发明的说明书及附图中所包含的技术思想体现本发明的说明书及附图中未包含的单纯的变更及简单的扩张实施例，这些变更及扩张实施例理应属于权利要求范围所记载的本发明的技术思想范围内。

工业利用可能性

本发明，在生产包含储气罐的空气压缩机的过程中制造厂可以直接反应在设计中，在已使用中的压缩机也可以设置，因此，作为独立的销售后市场用商品，其市场性非常出色。并且，作为本发明的附加扩张形态，在体现2级以上多级压缩机时，在初期压缩机的一次储气罐和后期压缩机的二次储气罐分别适用不同的水位值，而能够去除凝结水，因此，在制造价格低廉的多级空气压缩机时，能提供相对于价格性能得以提高的手段，所述价格低廉的多级空气压缩机发挥与高价燃烧式脱水空气压缩机同等的性能。

而且，作为本发明的扩张的适用形态，当结合于压缩空气中的残留水分检测器时，还可以作为空气压缩机的性能测定器，以便在特定空压系统中达到空气中容许水分量。例如，在设置于特定空压系统的空气压缩机运行时，为了确认是否满足水分含有容许量，可以进行组合水分检测器和本发明的期间累计测定实验。

此时，在维持规定的水分容许值的状态下，空气压缩机运行规定期间，分析本发明的自动排水系统的累计运行数据时，若相较于总水位变化值(凝结水去除量)累计空气填充量显著多，则可以判断在特定空压系统环境下对应空气压缩机的压缩方式不适合，或对应储气罐的容量过大而不适用。

Claims (2)

1.一种压缩空气罐的自动排水系统，其特征在于，包括：

水位感应器(10)，其配置于压缩空气罐(1)的内部以达到内部底面，通过施加电压或电流时产生的电信号感应凝结水的水位；

控制部(20)，输入所述水位感应器所感应的水位值；以及

排水阀(30)，其配置在所述压缩空气罐的排水口(3)，通过所述控制部进行动作，

所述水位感应器(10)进一步包括绝缘体(11a)，所述绝缘体通过所述压缩空气罐的排气口(2)或排水口(3)插入固定于所述压缩空气罐，在所述绝缘体隔间配置有至少一个通电端子对(12a、12b)。

2.根据权利要求1所述的压缩空气罐的自动排水系统，其特征在于，所述水位感应器(10)进一步包括至少一个可弯曲的附加绝缘体(11b)，在所述附加绝缘体隔间配置有2-10个长度不同的通电端子对(12a、12b)。