CN106413854B - 用于对气体进行冷却干燥的方法 - Google Patents
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Abstract
用于对气体进行冷却干燥的方法，所述方法使用换热器(2)，该换热器的第一部分构成封闭式冷却回路(4)中的蒸发器(3)，所述冷却回路(4)具有压缩机(6)、膨胀阀(8)和穿过压缩机(6)的旁通管路(16)，该旁通管路具有热气旁通阀(18)，其中，所述方法使用在膨胀阀(8)和热气旁通阀(18)的状态之间建立关系的公式，所述方法基于该公式，包括以下步骤：‑根据热气旁通阀(18)的状态调节膨胀阀(8)的状态；‑或根据膨胀阀(8)的状态调节热气旁通阀(18)的状态，或反之亦然；‑或使所述膨胀阀(8)的状态和热气旁通阀(18)的状态相对于彼此被控制。
Description
技术领域
本发明涉及用于对气体进行冷却干燥的方法。
更具体而言，本发明的目的是对气体进行冷却干燥，其中，通过引导气体流经换热器的第二部分而冷凝气体中的水蒸气，换热器的第一部分形成封闭式冷却回路中的蒸发器，冷却剂可通过压缩机在冷却回路中循环；该压缩机安装在冷却回路中，位于蒸发器下游，且位于冷凝器和膨胀阀以及旁通管路上游，冷却剂可在冷凝器和膨胀阀中循环。热气旁通阀设置在上述旁通管路中，将压缩机的出口连接至压缩机上游的注入点。
背景技术
众所周知，冷却干燥基于的工作原理是，降低气体温度，使气体中的水分冷凝，之后，冷凝物在液体分离器中被分离，之后气体被再加热，使该气体不再饱和。
众所周知的是，大多数情况下，例如被压缩机输送的压缩空气中的水蒸气饱和，或者换句话说，其相对湿度为100％。这意为，温度降至低于“露点”时，发生冷凝。由于冷凝水的存在，因此管路和将压缩空气从压缩机中排出的工具中存在腐蚀现象，设备会出现过早磨损。
因此需要干燥该压缩空气，这可通过冷却干燥以上述方式实现。除压缩空气之外的空气或其他气体也可以这种方式被干燥。
在公知的方法中，通过两个分离的控制来控制冷却回路：一方面是对膨胀阀的控制，另一方面是对热气旁通阀的控制。
使用膨胀阀来膨胀正好足量的冷却剂，使得冷却剂在进入压缩机时总是过热。
由于这种过热，存在的液态冷却剂在被引导到压缩机中之前可被蒸发，以最优地保护压缩机免受液体冷却剂的侵害。
可根据蒸发器压力和蒸发器温度的测量值确定冷却剂的过热，可确定膨胀阀打开的程度是否必须更大或更小，以通过这种方式控制冷却剂的过热。
使用热气旁通阀确保蒸发器压力不会太低，使得换热器中的空气不会被大幅冷却，否则，冷凝物将冷冻。
通过从冷却回路中分接出一定量热气形式的冷却剂，并驱动其进入跨压缩机的旁通管路，使得蒸发器压力保持在控制下，自然而然地使冷却剂温度保持在控制下。例如这对于冷却回路负荷变化的情况是必须的。
这样，装置的冷却能力可降低，防止了换热器中的冷凝物冷冻或冷却剂温度大幅下降。
从而，通过以公知方法连接到一个或多个传感器上的控制单元来控制热气旁通阀。
例如附接这些传感器以确定蒸发器压力。当这些传感器显示蒸发器压力太低时，控制单元发出信号给热气旁通阀以使该热气旁通阀打开。这样，一定量的冷却剂被引导进入跨压缩机的旁通管路，使得冷却回路的冷却能力降低。
其缺点是，必须提供两种分开的控制，从而使得该方法复杂。
此外，对膨胀阀的控制影响对热气旁通阀的控制，反之亦然。
的确，如果膨胀阀打开或关闭以即使在可变负荷下可获得固定的过热，那么，蒸发器压力将升高或降低。因此，还必须调节热气旁通阀以能将蒸发器压力调节至合适的设定值。合适的蒸发器压力取决于该负荷。
换句话说，热气旁通阀的状态变化将肯定会让膨胀阀也必须被调节。
这样就难以保证冷却回路良好运行。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决办法来克服上述至少一个缺点和其他缺点。
本发明的目的是提供一种用于对气体进行冷却干燥的方法，其中，通过引导气体流经换热器的第二部分使气体中的水蒸气冷凝，换热器的第一部分构成封闭式冷却回路中的蒸发器，冷却剂能通过压缩机在冷却回路中循环；所述压缩机安装在冷却回路中，位于蒸发器下游，且位于冷凝器和膨胀阀和旁通管路上游，冷却剂能在所述冷凝器和膨胀阀中循环；热气旁通阀设置在所述旁通管路中，将压缩机的出口连接至压缩机上游的注入点；其中，所述方法使用通过实验方法确定的公式来控制蒸发器下游的冷却剂的固定过热值和所需的蒸发器压力，所述公式反映出膨胀阀和热气旁通阀的状态之间的关系，其中，所述方法基于所述公式，包括以下步骤：
-根据热气旁通阀的状态调节膨胀阀的状态；或者
-根据膨胀阀的状态调节热气旁通阀的状态；或者
-使所述热气旁通阀和所述膨胀阀的状态相对于彼此被控制。
实验已经显示，对于冷却回路的每个负荷，膨胀阀存在相关的固定状态或打开状态，热气旁通阀存在相关的固定状态或打开状态。换句话说，在膨胀阀和热气旁通阀之间存在联系。
一个优点是，这种联系可表达在公式中，该公式根据热气旁通阀的打开状态计算出膨胀阀的打开状态，或者根据膨胀阀的打开状态计算出热气旁通阀的打开状态。
根据本发明的方法的优点是，通过使用这种公式，可使所述热气旁通阀和所述膨胀阀的状态被相互控制。
因此，能确保通过分别控制这两种阀的状态，这样确定的状态对应于所述公式，以保证冷却回路良好运行。
另一个优点是，通过使用该公式，能仅使用一种控制(例如，仅控制膨胀阀)进行操作，热气旁通阀的状态可通过该公式简单计算出。
其优点是，不存在两种相互影响的控制，由此使得干燥器的运行更稳定，干燥器不太复杂，原因在于仅存在一种控制。
附图说明
为了更好地显示本发明的特征，下面将参照附图，通过非限制性实例描述根据本发明的方法和装置的一些优选变形形式，附图如下：
图1示意性示出适用于根据本发明的方法的冷却回路；
图2示意性示出了两条曲线，它们反映出在不同的冷凝器压力下膨胀阀和热气旁通阀的状态之间的关系；
图3示意性示出了根据本发明的方法。
具体实施方式
图1中所示的用于冷却干燥的装置1主要包括换热器2，该换热器的第一部分构成封闭式冷却回路4中的蒸发器3，该冷却回路中还依次设置有第一液体分离器5、压缩机6、冷凝器7和膨胀阀8。
这种情况下，压缩机6由马达9驱动，用于使冷却剂在冷却回路4中沿箭头A循环。压缩机6例如可以是容积式压缩机，而马达9例如是电动机9。
冷却剂例如可以是R404a，但是，本发明当然并不局限于此。
这种情况下，膨胀阀8优选是可控制的电子控制阀8。这种情况下，膨胀阀8可在最小状态和最大状态之间无限调节。
电子膨胀阀8的优点是，例如可根据负荷十分准确地控制将进入蒸发器3的液体冷却剂的膨胀，从而获得更稳定的装置1。
换热器2的第二部分10构成管路11的用于待干燥的潮湿空气的一部分，待干燥的潮湿空气的流动方向如箭头B所示。管路11的入口例如可连接到压缩机的出口上，例如用于输送待干燥的压缩空气。
第二液体分离器12安装在管路11中，位于换热器2的第二部分10之后，更具体而言，位于其出口之后。
这种情况下，管路11中的一部分13在到达换热器2的第二部分10之前，穿过预冷器或回收换热器14。在第二部分10之后，该管路11中的一部分15也穿过该回收换热器14，与上述部分13中的流动方向相反。
前述管路11的输出端例如可连接到压缩空气网(图中未示出)上，例如，压缩空气消耗装置(如，受压缩空气驱动的工具)连接到压缩空气网上。
这种情况下，压缩机6加设有一个旁通管路16，该旁通管路将压缩机6的出口连接至注入点P。这种情况下注入点P位于蒸发器3的入口17a上游，但位于膨胀阀8下游。
旁通管路16构造有用于将冷却剂从冷却回路4分接出的热气旁通阀18。
优选地，热气旁通阀18是电子热气旁通阀18，其优点是，打开旁通阀的程度可更大或更小，使得可调节通过该旁通管路注入的冷却剂量。
这将能使冷却剂从蒸发器3的入口17a上游被再注入冷却回路4中。很显然，注入点P也可位于蒸发器的入口17a或出口17b下游。在最后一种情况下，热气旁通阀18不需要是电子阀。
这种情况下，电子热气旁通阀18可在最小或关闭状态或完全打开的最大状态之间被无限调节。
电子热气旁通阀18连接到控制单元19上，这种情况下，一些装置20、21和22也可连接到该控制单元上，以确定冷却剂的温度和/或压力。
第一装置20定位在冷凝器7处以确定冷凝器压力pc。
第二装置21和第三装置22布置在蒸发器3之后，以分别确定蒸发器3中的冷却剂的压力pv和温度Tv。很显然，这些装置可以不同方式实施。
控制单元19也可连接到冷凝器7、膨胀阀8和马达9上。
用于通过根据图1的装置1进行冷却干燥的方法十分简单，该方法如下。
输送待干燥的空气流经管路11，从而沿箭头流经换热器2的第二部分10。
在该换热器2中，潮湿空气在流经换热器2的第一部分的冷却剂的影响下被冷却，或者，因此，在流经冷却回路4的蒸发器3的冷却剂的影响下被冷却。
因此则形成冷凝物，冷凝物在第二液体分离器12中被分离。
冷空气在经过第二液体分离器12之后具有较小的绝对湿度，但其相对湿度仍为100％，其在新输送的待干燥空气的影响下在回收换热器14中被加热，使得相对湿度优选降至低于50％，而将要在回收换热器14中被干燥的新空气在被传输到换热器2之前已经被局部冷却。
因而，回收换热器14出口处的空气比换热器2入口处的空气更干燥些。
为了能在换热器的第二部分10中冷却待冷却的潮湿空气，将冷却剂引导到冷却回路中，使冷却剂沿箭头A的方向流经蒸发器3或换热器2的第一部分。
从蒸发器3出来的热冷却剂处于气相状态，将通过压缩机6被升压至更高的压力，然后在冷凝器7中被冷却和冷凝。
冷的液态冷却剂然后将通过膨胀阀8进行膨胀，将进一步冷却，之后被驱动至蒸发器3中，以在蒸发器3中冷却待干燥空气。
在热传递的作用下，冷却剂将在蒸发器3中升温、蒸发，再次被引导到压缩机6中。
经过蒸发器3之后仍存在的任何液态冷却剂将被第一液体分离器5阻止。
因此，控制单元19将根据来自于第二装置21和第三装置22的信号控制膨胀阀8和热气旁通阀18，使得冷却剂在经过蒸发器3之后达到合适的过热值，且实现合适的蒸发器压力pv。
在条件发生改变的情况下，例如，冷却回路4中的负荷变化时，必须调节膨胀阀8和热气旁通阀18的状态。
因此，控制单元19中有一个控制器，这种情况下，该控制器用于热气旁通阀18的状态。通过公式确定膨胀阀的状态，这种情况下该公式存储在控制单元19中。
该公式用实验方法确定，由图2中所示的曲线23推导出。
图2中的曲线23由用实验方法确定的多个不同点24组成，其中，每个点24反映特定负荷下膨胀阀8的状态或打开程度以及热气旁通阀18的相关状态或打开程度，其中，在该负荷下调节这两个阀8、18，达到合适的蒸发器压力pv和冷却剂的固定过热值，其中，为了形成曲线23，保持冷凝器压力pc恒定。
换句话说，曲线24上的每个点23对应于特定负荷，整个曲线23对于一个特定的冷凝器压力pc而言是有效的。
膨胀阀8、热气旁通阀18的状态或打开程度例如表达为a％，其中，0％对应于完全关闭的阀，100％对应于完全打开的阀。
对于另一冷凝器器压力pc'，可由用实验方法确定的不同点24'构造出类似的曲线23'。
根据曲线23得到限定曲线23的形状的公式。
该公式的表达形式为y＝A*eB*x，其中，
y是膨胀阀8的状态，x是热气旁通阀18的状态；
A和B是用试验方法确定的参数。
例如，参数A和B取决于冷凝器压力、冷却剂、所需的过热值和/或其他环境参数。
可针对每个曲线23、23'得到这种公式。
该公式存储在控制单元19中。在装置1的操作期间，控制单元将根据来自于第一装置20的信号控制热气旁通阀18，以保持冷凝器压力pc为所需值。
为了控制膨胀阀的状态，控制单元将根据来自于第一装置20的信号，针对当时适用的冷凝器压力pc选择公式。
根据热气旁通阀18的状态，可用该公式计算膨胀阀8的状态。
这在图2中示意性示出：根据冷凝器压力pc确定校正曲线23(因而，确定校正公式)。可从曲线23中读出热气旁通阀18的状态，之后从该曲线23得出膨胀阀8的伴随状态。控制单元19将膨胀阀8调节至该状态。
当然，控制单元19能包含用于膨胀阀8的控制器，由此控制该膨胀阀8，使得冷却剂在经过蒸发器3之后的过热固定，根据该公式，以与上述方式十分类似的方式确定热气旁通阀18的相关状态。
此外，也可能取代将不同的公式存储在控制单元19中，而是用实验方法确定适用于特定冷凝器压力pc的一个公式，当冷凝器压力pc不同于上述特定的冷凝器压力pc时，校正系数C应用于该公式，其中，校正系数C取决于当时适用的冷凝器压力pc。
换句话说，适用于一个特定冷凝器压力pc的一个公式存储在控制单元19中。如果适用于当时的冷凝器压力pc不同于上述特定的冷凝器压力pc，控制单元19在计算膨胀阀8的状态时将使用校正系数C，其中，该校正系数C将取决于冷凝器压力pc。
实验显示，针对不同的冷凝器压力pc的不同曲线23、23'可通过使用校正系数C来改变曲线23得到。
如果用实验方法确定的适用于特定冷凝器压力pc的公式的表达形式为：y＝A*eB *x，那么，具有校正系数的公式将采用下列形式：
y＝(A+C)*eB*x+C，其中，
y是膨胀阀8的状态，x是热气旁通阀18的状态；
A和B是用试验方法确定的参数；
C是取决于冷凝器压力pc的校正系数。
通过在上述公式中使用合适的校正系数C，可得到适用于不同的冷凝器压力pc的曲线23'的公式。
在图3中示意性示出了分别使用校正系数C和C'而得到的曲线。
使用具有校正系数C的公式时，该方法如下。
该公式y＝(A+C)*eB*x+C存储在控制单元19中，其中，A和B用实验方法确定。
控制单元19将根据来自于第一装置20的信号控制热气旁通阀18，以确定冷凝器压力pc。
根据该冷凝器压力pc，控制单元19还将确定待应用于该公式的合适的校正系数C。
可根据具有校正系数C的该公式和热气旁通阀18的状态，计算出膨胀阀18的状态。控制单元19将调节膨胀阀8至该计算出的状态。
控制单元19还能设置有两个控制器，一个控制器用于膨胀阀8，另一个控制器用于热气旁通阀18，这是通常情况。使用所述公式，通过相对于彼此的受控的调节得到这两个阀8、18的状态，以能保证冷却回路4良好运行。
本发明绝不限于作为实例描述和附图中所示的实施例，但是，在不违背本发明范围的情况下，根据本发明的用于冷却干燥气体的这种方法可用不同的变形形式实现。
Claims (8)
1.用于对气体进行冷却干燥的方法，其中，通过引导该气体流经换热器(2)的第二部分(10)，使所述气体中的水蒸气冷凝，所述换热器的第一部分构成封闭式冷却回路(4)中的蒸发器(3)，冷却剂能通过安装在所述冷却回路(4)中的压缩机(6)在该冷却回路中循环；所述压缩机位于所述蒸发器(3)下游且位于冷凝器(7)和膨胀阀(8)和旁通管路(16)上游，冷却剂能循环通过所述冷凝器和所述膨胀阀；所述旁通管路中设置有热气旁通阀(18)，该热气旁通阀将所述压缩机(6)的出口连接至所述压缩机(6)上游的注入点(P)；其中所述换热器的第二部分构成用于待干燥的潮湿空气的管路的一部分，其特征在于：所述方法使用通过实验方法确定的公式来控制所述蒸发器(3)下游的冷却剂的固定过热值和所需的蒸发器压力(pv)，所述公式反映出所述膨胀阀(8)和所述热气旁通阀(18)的状态之间的关系，其中，通过由不同点(24)组成的曲线(23)限定用实验方法确定的所述公式，其中，每个点(24)反映特定负荷下所述膨胀阀(8)的状态和所述热气旁通阀(18)的相关状态，其中，在该负荷下，针对所需的蒸发器压力(pv)和冷却剂的固定过热值，控制所述膨胀阀(8)和所述热气旁通阀(18)这两者，其中，为了形成所述曲线(23)，冷凝器压力(pc)保持恒定，其中，所述方法基于所述公式，包括以下步骤：
-根据所述热气旁通阀(18)的状态调节所述膨胀阀(8)的状态；或者
-根据所述膨胀阀(8)的状态调节热气旁通阀(18)的状态；或者
-使所述膨胀阀(8)和所述热气旁通阀(18)二者的状态被相对于彼此控制。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述公式的表达形式为：y＝A*eB*x，其中，
y是所述膨胀阀(8)的状态，x是所述热气旁通阀(18)的状态，或x是所述膨胀阀(8)的状态，y是所述热气旁通阀(18)的状态；
A和B是用试验方法确定的参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：确定不同的冷凝器压力(pc)下的公式，根据当时能适用的冷凝器压力(pc)使用合适的公式。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：用实验方法确定用于特定冷凝器压力的一个公式，当冷凝器压力不同于所述特定冷凝器压力时，将校正系数(C)应用于该公式，其中，所述校正系数(C)取决于当时能适用的冷凝器压力(pc)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：具有校正系数(C)的公式表达形式为：y＝(A+C)*eB*x+C，其中，
y是膨胀阀(8)的状态，x是热气旁通阀(18)的状态，或者x是所述膨胀阀(8)的状态，y是所述热气旁通阀(18)的状态；
A和B是用试验方法确定的参数；
C是取决于冷凝器压力(pc)的校正系数。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，其特征在于：
注入点(P)位于所述蒸发器(3)的输出端(17b)上游，且位于所述膨胀阀(8)下游。
7.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，其特征在于：所述膨胀阀(8)是电子膨胀阀(8)，和/或所述热气旁通阀(18)是电子热气旁通阀(18)。
8.根据权利要求1-5中的任一项所述的方法，其特征在于：所述方法用于干燥来自于压缩机的气体。
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