CN105879561A - 清洁压缩空气的方法、压缩空气清洁装置及有装置的汽车 - Google Patents

Abstract

本发明涉及清洁压缩空气的方法、压缩空气清洁装置及有装置的汽车。在用于汽车的压缩空气清洁装置中，将处在静态压力下的压缩空气在压力管道(3)中首先除去污染物、如碳氢化合物和油制品，并且接下来干燥。为了保证压缩空气的污染物和水蒸汽的有效净化并且为了提供可以以简单的器具在汽车中使用的压缩空气清洁装置，依据本发明建议，使压缩空气在净化之前达到如下温度，即，压缩空气的以气体形式存在的污染物凝结而在压缩空气中所含的水份是作为蒸汽溶解着的。

Description

清洁压缩空气的方法、压缩空气清洁装置及有装置的汽车

分案申请说明

本申请是申请日是2010年3月12日、申请号是201080022042.5、发明名称是“用于清洁压缩空气的方法、压缩空气清洁装置以及带有这种装置的汽车”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于清洁压缩空气的方法，该方法用于权利要求1的前序部分中所给出的类型的一个或多个气动负载；本发明还涉及一种依据权利要求6的前序部分的压缩空气清洁装置以及一种带有这种压缩空气清洁装置的汽车。

背景技术

用于以压缩空气供给如汽车的压缩空气制动器那样的气动负载的压缩空气供给装置是公知的，该压缩空气供给装置的压缩机压缩吸入空气并且经由压力管道输送给存储容器用于以需要的方式取出。在汽车中使用时，压缩空气的湿气是不希望的。由DE 10 2006 035 772 A1公知了用于汽车的压缩空气清洁装置，该压缩空气清洁装置在压力管道中设置除湿装置，从而在进入到存储容器之前将压缩空气干燥。

但是压缩空气也常以吸入空气的有害组分如来自(通常借助油润滑的)压缩机的压缩过程的油制品和油分解制品受污染。为了简单起见将这些(除压缩空气中的水以外的)污染物以下标称为油制品。大部分油制品作为气溶胶存在，气溶胶能够随压缩空气一起运动进而能达到整个压缩空气系统中。在那里这些油制品能例如通过对密封件的涨起、粘连或分解导致损坏。为了保护压缩空气装置和联接到压缩空气装置上的压缩空气器具免受油制品的污染，通常将压力管道中的压缩空气对油制品进行净化。

在此，已经提出用于压缩空气清洁的解决方案，在该解决方案中在干燥之前进行油净化。在此，公知地布置有独立的过滤器、如凝聚式过滤器或油分离器作为用于油净化的装置。但在此如下被证实为是不利的，即被分离的油制品被排放到环境中。根据旋流原理(Zyklonprinzip)的油分离器只分离一定大小的气溶胶并且由此在很多使用情况下不能实现足够的净化能力。但是尤其流经干燥器之前的压缩空气的过滤器导致用于油净化的装置不仅以油制品加载而且以水加载。由此，过滤元件将作为由油和水组成的混合物的大量的液体分离，该混合物以显著的数量被排放，这又造成过滤器的经常的维护并且可能使过滤元件的功能恶化。

也已经提出直到干燥剂之后才执行油净化。DE 103 135 75 A1公开了用于空气干燥器的筒式装置，在该筒式装置中将用于除去有害的化学化合物、尤其碳化合物的器具沿空气的流动方向安排在干燥剂之后。但是，直到干燥剂之后才过滤通常导致干燥剂的过高的污染，这明显地降低了干燥能力。

发明内容

本发明基于如下任务，即，提供压缩空气清洁装置和用于为气动负载产生压缩空气的方法，压缩空气清洁装置和方法保证了压缩空气的对油制品和水蒸汽的有效净化而不将已分离的油制品排放到环境中，并且压缩空气清洁装置和方法在汽车中能以简单的器具应用。

该任务依据本发明通过具有权利要求1的特征的方法，通过具有权利要求6的特征的压缩空气清洁装置以及通过具有权利要求15的特征的汽车来解决。

依据本发明在压缩空气的清洁中设有在第一步骤中的油制品净化装置并且设有接下来的干燥装置，压缩空气在油净化前达到这样的温度，使得碳氢化合物凝结而在压缩空气中包含的水份是作为蒸汽溶解着的。在此，压缩空气的油净化通过过滤装置在这样地被选择的温度中进行，即，相对该温度，油制品完全地凝结并且由此作为气溶胶存在或以液体形式存在，这样的油制品能容易地过滤，而水还作为水蒸汽溶解在压缩空气中并且经过过滤器。然后水蒸汽能在接下来的干燥中以简单的器具有效地由压缩空气中除去。

该温度以如下方式高地进行选择，即，使压缩空气供给设备的压缩空气的湿气在考虑到环境条件和相应的压缩的情况下还作为水蒸汽保持溶解在压缩空气中。该温度另一方面以如下方式低地进行选择，即，使油制品完全地或接近完全地凝结。当环境温度为例如-40℃时，入口温度在油净化的情况下为-15℃被看做是有利的温度值。当环境温度为20℃时，入口温度能有利地为70℃，当环境温度为40℃时，入口温度例为如100℃。将压力管道和在该压力管道中可能布置的装置和机组以如下方式彼此相关地调整，即，在清洁装置的入口处，也就是沿过流方向在用于除去油制品的装置之前，在压力空气中存在依据本发明所设置的温度，在该温度下油凝结而所携带的水作为蒸汽保持溶解状态。

在依据本发明的对油的分离和滤出中和在与对油的分离和滤出无关地进行的水分离中，只存在较少量的油制品，该较少量的油制品能较容易地处理和/或较简单地清除。通常量较大的被分离的水是干净的并且能被排放到环境中。此外，通过依据本发明的清洁，干燥器或在干燥器中所提供的干燥剂被可靠地保护。如果干燥单元构造为带有被提供在其中的干燥剂的筒状物(Kartusche)，那么该筒状物的维护周期显著地延长或者该筒状物甚至不需要更换。因为依据本发明的压缩空气的清洁在油分离方面表现得有效率，所以能完全放弃在干燥剂筒中的粗过滤，从而使较简单地构造的构件对完全的清洁来说是足够的。此外，借助压缩空气的对油的依据本发明的净化能完全地收集和除去携带的油，从而没有油制品进入到环境中。以此方式，考虑到了在汽车方面的对环保的不断增加的要求。

在考虑到压缩机特性和压缩过程的条件下，通过压力管道4的构型能够借助简单的器具调整依据本发明的温度水平，该温度水平仅导致油气溶胶的凝结。为此，将压力管道的管道长度、管道横截面、导热能力和热容量相应地选择并且在敷设在汽车中时将压力管道的分布以如下方式选择，即，使该压力管道产生压缩空气的所希望的温度。

有利地，在压力管道的处在沿过流方向在用于除油的装置前的区段中布置对压缩空气的温度产生影响的装置。通过该装置的使用，将过滤器单元入口处的温度调节到依据本发明的水平，其中，油制品作为气溶胶存在而水蒸汽保持溶解在压缩空气中。因为压缩空气在压缩时通过压缩机被加热，所以对压缩空气温度产生影响的单元是冷却器，该冷却器将压缩空气调节到依据本发明的水平。为此，在本发明的特别有利的设计方案中设置有控制单元或调节单元，控制单元或调节单元为了对温度进行调节或控制操控作为执行机构的冷却器。

在本发明的有利的实施例中，将压缩空气额外地在净化后冷却，以便随后的干燥能有效地进行。一方面在此冷却过程中水凝结，并且能作为液体直接被排放。另一方面干燥过程进行的温度越低进一步的干燥过程(露点的降低)越有效。如果在明显高于冰点的环境温度下入口温度下降到尽可能接近环境温度，而在较低的环境温度中高于环境温度25K至30K的入口温度是适宜的，那么避免了干燥器通过冰的形成被冻住。

压缩空气的对油进行的净化有利地通过过滤进行，其中但是备选地也能使用另外的清洁技术、如油分离器的布置。有利地能用凝聚式过滤器作为过滤器，凝聚式过滤器提供了成本廉价的过滤器可行性。凝聚式过滤器可以有益地是空气处理单元(APU＝空气处理单元)的组成部分，从而存在有紧凑的构件，将干燥单元并且也在必要时将与APU的服务提供相应的其他构件整合到该构件中。APU是在紧凑的壳体内的油净化装置和干燥器以及配属给油净化装置和干燥器的冷却装置的组合，从而明显减少压力供给装置的组件的数量。紧凑的结构方式迎合日益增长的在汽车内使用的需求，在汽车内通常只提供很少的结构空间以容纳用于供给压缩空气的装置。此外，通过减少在空气处理单元中构件的数量使简单和快速的安装成为可能。

对压缩空气的油净化与接下来的水分离进行依据本发明的分开的效能，实现了对如下构件的使用，即，这些构件相比传统所使用的机组能够简单构造并且能够单独地以它们相应的使用目的进行铺设。

将油过滤器构造为筒状物，除了能容易地操作和安装，还具有如下优点，即，以周期方式单独地更换油过滤器。

在本发明的其他有利的实施方式中，在压力管道中在过滤器单元与干燥单元之间有截止阀，当干燥单元的空气干燥器为了干燥剂的再生而被通风时，截止阀用于将从压缩机直至截止阀的区段保持在压力下。由此，一方面阻止在通风过程中通过那时出现的高的流体速度将污染物由过滤器单元，也就是油过滤器或油分离器夹带到紧跟的管道区段中。另一方面在再生过程中使过滤器单元处的压力得到维持并且由此为了在再生后重建压力水平节省了能量。截止阀能由电子的空气清洁装置外部控制或者也能自我控制。

附图说明

接下来本发明的实施例借助附图详细阐释。示出：

图1压缩空气清洁装置的流体技术示图；

图2压缩空气清洁装置的备选设计方案的流体技术示图；

图3压缩空气清洁装置的其他依据本发明的设计方案的流体技术示图；

图4在油净化之前的压缩空气入口温度的时间分布的图形视图。

附图中和随后的描述中分别为相同的构件和装置使用了相同的附图标记数字。

具体实施方式

图1示出用于汽车的压缩空气供给装置1，该压缩空气供给装置包括压缩机2，压缩机吸取、压缩环境空气并且经由压力管道3与存储容器4连接。此处未示出的汽车的机组被联接到存储容器4上并且在那里作为负载以压缩空气供给。压缩机2由马达5驱动，马达可以是例如汽车的驱动马达。

在压力管道3中设置有用于清洁压缩空气的装置6，该装置具有过滤器单元7和沿压力管道3的过流方向8处在过滤器单元7后的干燥单元9。过滤器单元7包括布置在压力管道3内的用于收集污染物、尤其油制品的凝聚式过滤器10。在此，将用于收集滤出的油的容器11配属给过滤器10。凝聚式过滤器10收集气溶胶并且还有以液态形式存在的油制品。液态的油制品要么直接由被油润滑的压缩机到达压缩空气中要么在压力管道壁上凝结。压力管道3配置有用于聚结式过滤器10的旁通管道(旁路)并且在该旁路中中布置有止回阀12。在达到触发压力时止回阀12以在这方面公知的方式打开旁路，从而使聚结式过滤器10上的压力水平降低。

在干燥单元9中将已经净化了油气溶胶的压缩空气干燥。在所示出的实施例中干燥单元9具有布置在压力管道3内的具有排水阀的空气干燥器13，其中，压缩空气的经冷凝的和分离出的携带的水通过排放口14被排出。在干燥单元9内部空气干燥器13与存储容器4之间在压力管道3中设置有止回阀15，该止回阀维持在存储容器4中的工作压力。

压力管道3在该压力管道的在压缩机2和过滤器单元7之间的区段中以如下方式进行配置，即，使压缩空气在压缩空气清洁装置6的入口16处达到如下的温度，即，使压缩空气携带的油凝结而使除此以外在压缩空气中含有的大量的水是作为蒸汽溶解着的。以此方式将压缩空气的油制品在过滤器单元7中滤出，而过流的水蒸汽接下来在干燥单元9中由压缩空气中除去。由于在压缩机2中的压缩，压力管道3中的压缩空气温度相对环境温度较高。依据本发明只导致油气溶胶被凝结的温度水平的调整能在同时考虑到压缩机特性和压缩过程的情况下通过管道3的构型实现。为此，将压力管道的管道长度、压力管道的管道横截面、压力管道的导热能力和热容量相应地选择并且当敷设在汽车中时以如下方式选择压力管道的分布，即，使该压力管道产生压缩空气的所希望的温度。过滤器单元7内的止回阀12限制了在压缩空气清洁装置6的入口16处的压力，并且有助于，即使在过滤器阻塞时也保证负载的以压缩空气的继续供给。当阻塞时在入口16处的压力升高。如果达到预先确定的压力值，止回阀12打开并且开启旁路。

为了在干燥单元9内达到有效的水分离，在压力管道3内过滤器单元7与干燥单元9之间设置有冷却装置(未示出)，从而促进进入到干燥单元9之前的这部分管道区段内的水蒸汽的凝结。

凝聚式过滤器10能构造为筒状物，从而给出能容易替换的构件。在此，过滤器筒可以是被紧凑地构成的并且也包括空气干燥器以及存储容器4的空气清洁单元或空气处理单元(APU)的组成部分。

在压力管道3中在过滤器单元7与干燥单元9之间布置有截止阀17，当空气干燥器13为了干燥剂的再生被通风时，该截止阀用于将从压缩机直至截止阀17的区段保持在压力下。

图2示出过滤器单元18的备选的设计方案，该过滤器单元能在图1中所示出的视图中替代在那里所布置的过滤器单元7而被使用。在依据图2的过滤器单元18中，沿压力管道3的过流方向8在凝聚式过滤器10的前面和后面分别布置有冷却器19和20，这些冷却器使流过它们的压缩空气的温度下降。为每个冷却器19、20配属有管压力道3的各一个旁路，这些旁路分别通过止回阀21和止回阀22保护。当相应的冷却器19、20例如通过结冰应该会阻塞时，则止回阀21、22沿过流方向8打开。沿过流方向8处在凝聚式过滤器10之前的冷却器19使由压缩机所压缩的进而同时被加热的压缩空气下降到依据本发明的温度水平，其中，压缩空气中的油制品凝结，但水蒸汽由于还足够高的温度水平仍旧保持溶解。沿过流方向8在凝聚式过滤器10之后所布置的冷却器20使除去了油制品的压缩空气的温度水平进一步降低，从而在油过滤后将水蒸汽迅速凝结并且将干燥过程非常有效地进行。下降幅度为例如25K。在进入到此处未示出的排列在过滤器单元18之后的干燥单元9中(图1)之前，压缩空气只还引导在干燥单元9中进行分离的湿气，从而保护该干燥单元免受油制品的损害。

由凝聚式过滤器10滤出的油制品在存储容器11中被收集并且因此能以简单的方式周期地清除。一方面油制品的收集允许在汽车内的压力供给装置中使用如下的压缩机，即，在该压缩机的压缩过程中油制品和油分解制品进入到压缩空气中。也就是说这些制品能通过依据本发明的油过滤完全地收集并且因此一致地被防止泄露到环境中。另一方面对油制品的完全收集和防止泄露到环境中现在已经考虑到可能的汽车全部有害物质排放的法律限制，而不仅是汽车的尾气排放。

图3示出用于为能电子控制的压缩空气供给装置进行压缩空气清洁的过滤器单元27。为压缩空气供给装置配属有电子控制单元28，该电子控制单元控制压力管道3中的压缩空气的清洁。将过滤器单元27以在图1中所示出的并且相应地描述过的方式在压缩机与干燥单元之间布置在压力管道3中。过滤器单元27包括凝聚式过滤器10，为该凝聚式过滤器以已描述过的方式配属用于收集已分离的油制品的收集容器11。收集容器11的液位由液位计29检测。在所示出的实施例中液位计29经由信号线路30与电子控制单元28连接，从而使电子控制单元28能检测存储容器的液位并且在需要的时候提供将容器11排空的指示。

沿压力管道3的过流方向8分别在凝聚式过滤器10的前面和后面布置有冷却器19、20。与依据图2的设计方案相似地为这两个冷却器19、20配属压力管道3的旁路管道。在这些旁路管道中分别布置有控制阀门31、32，这些控制阀门经由信号线路30由控制单元28进行操控。控制阀门31、32在所示出的实施例中实施为2/2-方向控制阀，从而控制单元28能与控制阀门31、32的切换状态相关地将压缩空气以需要的方式穿过相应的冷却器19、20或绕开冷却器穿过相应的旁路管道进行输送。备选地，能使用例如关于温度自动切换的阀门代替经外部控制的控制阀门31、32。

沿过流方向8处在前面的控制阀门31作为凝聚式过滤器10前的压缩空气温度控制的执行机构服务于控制单元28。为了调节压缩空气的依据本发明的温度，在压缩空气中在凝聚式过滤器10的入口处存在着如下温度，在该温度下油制品凝结但水蒸汽保持溶解在空气流中，上述借助温度传感器33将过滤器6之前的入口温度作为控制变量进行测量并且通过打开和关闭冷却装置使该入口温度达到预先给定的设定值。冷却装置的打开在本实施例中通过控制阀门31的关闭进行，从而迫使待净化的压缩空气通过工作着的冷却器19。为了关闭冷却装置相应地将控制阀门31由控制单元28持续地接通。除了控制装置也可以设有凝聚式过滤器10的入口温度调节装置。

以相应的方式，处在过滤器10下游的冷却器20由控制单元28使用，为了控制过滤器单元27的预先给定的出口温度，控制单元借助在冷却器20下游所布置的温度传感器34检测第二冷却器20的出口温度。通过相应地操控第二冷却器20的控制阀门32的打开/关闭调控所希望的出口温度，在该出口温度下达到压缩空气的有效的干燥。

在过滤器10的空气入口区域中，也就是在中间冷却器19与过滤器10之间除温度传感器33还设置有压力传感器35。将压力传感器35的测量信号输送给控制单元28。借助压力传感器35的信号可行的、对过滤器10前所产生的背压的检测，能作为油过滤装置的规定功能的监测或也能用于确定过滤器更换的时间间隔。备选地，压力传感器35或其他的压力传感器布置在中间冷却器19之前。

将过滤器单元27与干燥单元9(图1)组合在紧凑的单元中，该紧凑的单元由控制单元28控制。因此被人们称为受电子控制的空气清洁设备(EAPU)。这样的空气清洁设备也能包括其他的组件、如用于保护不同压缩空气回路的保护阀门。

图4借助在油过滤器前的压缩空气温度分布的图形视图示出了关于压缩空气温度的压缩空气清洁控制的工作原理。此图形式温度分布以“T-Ist”标称。根据图4的示图除了温度曲线还包含冷却装置的切换状态的图形视图。冷却装置以相对图3所描述的方式由控制单元打开或关闭，从而获得图4中所示出的矩形的冷却器工作的曲线分布。在此，冷却器曲线的处在X-轴线上的区段与关闭状态相对应。冷却曲线的、延伸在冷却装置被切断的时间区段之间的区段与冷却器的切换状态(接通)相对应。在这些冷却装置被打开的时间区段中，在油过滤器之前压缩空气的温度T-Ist下降并且被保持在温度窗口内，在所述温度窗口中油制品凝结。为了获得在区间中的压缩空气温度，在该区间中油制品凝结但水蒸汽保持溶解在空气流中，控制装置预先给定该温度区间的边缘值。如果压缩空气的温度T-Ist在已打开的冷却装置的情况下达到下边缘值T-Soll-Min，那么控制单元将控制阀门31(图3)切换到可通过的位置中，从而关闭冷却装置并且温度T-Ist上升。在达到最大值T-Soll-Max时，控制阀门31被再次关闭，从而使压缩空气流经冷却器19并且再次被冷却。

以如图4中所示出的可比的方式也能在凝聚式过滤器10之后实现第二冷却器20的控制。在此，预先给定了较低的设定温度并且通过冷却装置的打开和关闭将该较低的设定温度保持在同样预先给定的温度窗口中。

所有在附图描述中、在权利要求中和在描述中提到的特征不仅能单独地而且也能以任何方式彼此组合地使用。因此，本发明不局限于所描述的和/或所要求权利的特征组合。而且所有特征组合被视为已公开。

Claims (18)

1.为一个或多个气动负载清洁压缩空气的方法，其中，将所述压缩空气在压力管道(3)内首先通过经过至少一个单独的过滤器单元(7、18、27)而净化污染物，接下来通过经过至少一个单独的干燥单元(9)而干燥，其特征在于，使所述压缩空气在净化污染物之前达到这样的温度(T-Ist)，使得以气体形式存在的所述污染物凝结而在所述压缩空气中所含有的水份是作为蒸汽溶解着的。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，能完全放弃在干燥单元(9)中的粗过滤。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述压缩空气的温度(T-Ist)在所述净化前进行控制或调节。

4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述压缩空气在所述净化前冷却。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述净化前通过所述压缩空气的冷却器(19)的打开和关闭来控制或调节所述压缩空气的温度(T-Ist)。

6.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，将所述压缩空气在所述净化后和所述干燥前冷却。

7.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述污染物是碳氢化合物和油制品。

8.压缩空气清洁装置，具有引导压缩空气的压力管道(3)，在所述压力管道中沿过流方向(8)一个接一个地布置有用于除去污染物的装置(7、18、27)和干燥单元(13)，其特征在于，将所述压力管道(3)在所述压力管道的沿所述过流方向(8)处在所述用于除去污染物的装置(7、18、27)之前的区段中以如下方式构造，即，使以气体形式存在的所述污染物凝结而在所述压缩空气中所含有的水份是作为蒸汽溶解着的。

9.根据权利要求8所述的压缩空气清洁装置，其特征在于，所述压力管道(3)在所述压力管道的管道长度和/或管道横截面和/或导热能力和热容量和/或所述压力管道的分布方面以如下方式铺设，即，使以气体形式存在的所述污染物凝结而在所述压缩空气中所含有的水份是作为蒸汽溶解着的。

10.根据权利要求8或9所述的压缩空气清洁装置，其特征在于，在所述压力管道(3)中在所述压力管道的沿过流方向(8)处在所述用于除去污染物的装置(7、18、27)前的区段中布置有对所述压缩空气的温度(T-Ist)产生影响的单元(19)。

11.根据权利要求10所述的压缩空气清洁装置，其特征在于，所述对所述压缩空气的温度(T-Ist)产生影响的单元是冷却器(19)。

12.根据权利要求8或9所述的压缩空气清洁装置，其特征在于，在所述压力管道(3)中在过滤器单元(7)与干燥单元(9)之间布置有截止阀(17)。

13.根据权利要求11所述的压缩空气清洁装置，其特征在于，设置有与所述冷却器配合作用的、用于所述压缩空气的温度(T-Ist)的调节或控制单元。

14.根据权利要求8或9所述的压缩空气清洁装置，其特征在于，所述用于除去污染物的装置(7、18、27)包括凝聚式过滤器(10)。

15.根据权利要求8或9所述的压缩空气清洁装置，其特征在于，所述用于除去污染物的装置(7、18、27)构造为筒状物。

16.根据权利要求8或9所述的压缩空气清洁装置，其特征在于，所述用于除去污染物的装置(7、18、27)与所述干燥单元(13)形成结构单元。

17.根据权利要求8或9所述的压缩空气清洁装置，其特征在于，所述污染物是碳氢化合物和油制品。

18.具有依据权利要求8至17之一所述的压缩空气清洁装置的汽车，所述压缩空气清洁装置能借助依据权利要求1至7之一所述的方法运行。