CN106457132B - 用于对气体进行冷却干燥的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

用于通过引导气体流经换热器(2)的第二部分(9)而对该气体进行冷却干燥的方法，换热器的第一部分形成封闭式冷却回路(4)中的蒸发器(3)，冷却剂能够借助于冷凝器(6)和膨胀装置二者上游的压缩机(5)而在该冷却回路中循环，冷却剂能循环通过所述冷凝器和膨胀装置循环。其中，所述方法使用带有变频风扇(19)的空冷冷凝器(6)，所述方法包括下述步骤：控制上述风扇(19)的速度，使冷凝器压力(pc)保持等于目标值。

Description

用于对气体进行冷却干燥的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种用于对气体进行冷却干燥的方法和装置。
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该气体中的水蒸气，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，该压缩机安装在所述冷却回路中，位于蒸发器下游，且处于冷凝器和膨胀装置上游，冷却剂可循环通过所述冷凝器和膨胀装置。
背景技术
众所周知，冷却干燥基于的工作原理是，通过降低气体温度，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％。这意味着：当温度降至低于“露点”时会发生冷凝。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。
用于对气体进行冷却干燥的方法已公知，其中，冷却回路中的膨胀装置由恒温膨胀阀构成，恒温膨胀阀使正好足量的冷却剂膨胀，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。
在过渡情形下，例如，在启动或关闭冷却回路时，恒温膨胀阀不能保证这种过热。
因此，在蒸发器之后仍存在液态冷却剂。
如果压缩机吸入这种液态冷却剂，将会对压缩机造成损害。
因此，需要将液体分离器组合在冷却回路中。该液体分离器作为最后的安全装置，阻止液态冷却剂被压缩机吸入。
组合液体分离器的此种需要会使装置更昂贵和复杂。
另一缺点是，在液体分离器不适当运行时，压缩机仍能吸入液态冷却剂。
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。
本发明提供了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来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，冷却剂通过压缩机可在冷却回路中循环；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、膨胀装置上游，冷却剂能循环通过所述冷凝器和膨胀装置；旁通管路将压缩机的出口连接至压缩机上游的注入点，热气旁通阀设置在所述旁通管路中。其中，所述方法使用不具有液体分离器的封闭式冷却回路，包括下述步骤：使用控制冷却剂的所需过热度的电子膨胀阀来作为膨胀装置，控制该电子膨胀阀，使冷却剂在压缩机输入端总是保持过热，其中，所述方法还包括使用电子热气旁通阀。
这种方法的优点是，对电子膨胀阀的控制将确保使经过蒸发器之后的冷却剂总是充分过热，以使经过蒸发器之后仍然存在的所有冷却剂蒸发。
因此，在冷却回路中，压缩机入口端没有液态冷却剂。
因此，压缩机入口端的液体分离器可被省去。
这样可让装置成本更低、更简单和更可靠。
在实际的实施例中，所述方法在启动冷却回路时包括如下步骤：
-切断控制，保持电子膨胀阀关闭；
-同时控制热气旁通阀，直到蒸发器压力已经达到所需值为止；
-然后启动电子膨胀阀的控制，以使冷却剂在经过蒸发器之后达到所需过热度。
在另一优选的实际的实施例中，所述方法在关闭冷却回路时包括如下步骤：
-切断控制，完全关闭电子膨胀阀；
-同时控制电子热气旁通阀，使得蒸发器压力保持恒定；
-然后关闭压缩机。
对电子膨胀阀和电子热气膨胀阀进行如此控制，将在启动和关闭冷却回路的过渡情形下，防止液态冷却剂存在于压缩机入口处。
另一优点是，上述这两种控制十分容易实现，仅要求测量蒸发器压力，如果需要，可测量冷却剂的过热度。
本发明还涉及一种用于对气体进行冷却干燥的装置，其中，通过对气体进行冷却来冷凝该气体中的水蒸气，该装置设置有具有第二部分和第一部分的换热器，待干燥气体被引导流经所述第二部分以冷却气体，所述第一部分构成封闭式冷却回路中的蒸发器；冷却剂通过蒸发器下游的压缩机在所述冷却回路中循环；在压缩机和蒸发器之间，冷却回路朝下游依次包括冷凝器和膨胀装置，冷却剂能循环通过所述冷凝器和膨胀装置；旁通管路将压缩机的出口连接至压缩机上游的注入点，热气旁通阀设置在所述旁通管路中；所述封闭式冷却回路不包括液体分离器，所述膨胀装置由电子膨胀阀形成，电子膨胀阀用于控制经过蒸发器之后的冷却剂的所需过热度；其中，该用于对气体进行冷却干燥的装置包括控制单元，控制单元将控制所述膨胀阀，使冷却剂在压缩机输入端处总是保持过热；其中，热气旁通阀是也受控制单元控制的电子热气旁通阀。
本发明的这种用于对气体进行冷却干燥的装置的优点与根据本发明的方法的优点类似。
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示意性示出了根据本发明的装置的透视图；
图2示意性示出了在图1的装置的运行期间，根据本发明的方法。
具体实施方式
图1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的蒸发器3。压缩机5、冷凝器6和膨胀装置也顺次地布置在该封闭式冷却回路4中。
这种情况下，压缩机5由马达8驱动，用于使冷却剂在冷却回路4中沿箭头A循环。压缩机5例如可以是容积式压缩机，而马达8例如是电动机。
冷却剂例如可以是R404a，但是本发明当然并不局限于此。
换热器2的第二部分9形成管路10的用于干燥潮湿空气的部分，潮湿空气的流动方向如箭头B所示。管路10的入口可连接到一压缩机的出口上，例如用于输送待干燥的压缩空气。
液体分离器11安装在管路10中，位于换热器2的第二部分9之后，更具体而言，位于第二部分9的出口之后。
这种情况下，管路10中的一部分12在到达换热器2的第二部分9之前，穿过预冷器或回收换热器13。在第二部分9之后，该管路10中的一部分14也穿过该回收换热器13，与上述部分12的流动方向相反。
所述换热器是液态冷却剂-空气换热器，在结构上可形成一个包含任何回收换热器13(其为空气-空气换热器)的单元。
上述管路10的出口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)连接到该压缩空气网上。
压缩机5加设有一个旁通管路15，该旁通管路将压缩机5的出口连接到注入点P上，该注入点位于压缩机上游，在这种情况下，该注入点位于蒸发器3的出口16a上游，但位于蒸发器3的入口16b下游。
很显然，注入点P可位于冷却回路4中电子膨胀阀7下游、压缩机5上游的任何可能的位置处。
旁通管路15设置有用于将冷却剂从冷却回路4分接出的电子热气旁通阀17。
装置1还设置有控制单元18。控制单元18连接到马达8、冷凝器6、电子膨胀阀7和电子热气旁通阀17上，以对它们进行控制。
控制单元18也连接到确定蒸发器温度Tv的装置19和确定蒸发器压力pv的装置20上。
很显然，并不排除设置确定待干燥气体的最低气体温度(LAT)的装置。
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。
输送待干燥的空气沿箭头B穿过管路10，从而穿过换热器2的第二部分9。
在该换热器2中，在流经换热器2的第一部分的冷却剂的影响下(因而在流经冷却回路4的蒸发器3的冷却剂的影响下)潮湿空气被冷却。
从而形成冷凝物，该冷凝物在液体分离器11中被分离。
冷空气在经过液体分离器11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13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13中被干燥的新空气在被输送到换热器2之前已经被部分冷却。
因而，回收换热器13出口处的空气比换热器2入口处的空气要更干燥些。
为了在换热器2的第二部分9中冷却待冷却的潮湿空气，将冷却剂引导到冷却回路4中，使冷却剂沿箭头A的方向流经蒸发器3或流经换热器2的第一部分。
从蒸发器3出来的热的冷却剂处于气相状态，其压力通过压缩机5将被升高，然后在冷凝器6中被冷却，之后冷凝。
冷的液态冷却剂然后将通过电子膨胀阀7而被膨胀，进一步冷却之后被驱动至蒸发器3中，在该蒸发器中冷却待干燥的空气。
电子膨胀阀7将受控制单元18控制，使冷却剂达到所需过热度ΔTset。
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5中。
旁通管路15中的电子热气旁通阀17将保证：当换热器2中的空气显著冷却时(例如在装置1的负荷变化时)，一定量的热气体形态的冷却剂借助于上述旁通管路15沿箭头A'的方向被驱动通过所述压缩机。这样，装置1的冷却能力下降，防止换热器中的冷凝物冻结或防止冷却剂温度大幅下降。
当冷却剂通过旁通管路15被驱动到蒸发器3中时，可通过控制电子热气旁通阀17来调节蒸发器压力pv。
根据本发明，控制单元18将控制电子膨胀阀7，使压缩机5输入端处的冷却剂已经过热，从而，电子热气旁通阀17以合适方式被控制。
这种情况下，在启动冷却回路4时，控制单元18将确保电子膨胀阀7保持关闭。
在第一种情况下，控制单元18将调节电子热气旁通阀17，直到蒸发器压力pv已经达到所需值为止。
根据来自于装置20的信号，控制单元在蒸发器压力pv已经达到所需值时开始正常地控制电子膨胀阀7，调节该电子膨胀阀7，使得冷却剂在经过蒸发器3之后达到所需过热度ΔTset。
当关闭冷却回路4时，控制单元将首先完全关闭电子膨胀阀7。
优选地，控制单元将逐渐关闭电子膨胀阀7。例如，这可逐步完成或在20秒的时段内连续完成。
同时，对电子热气旁通阀进行控制，使蒸发器压力pv保持恒定。
当电子膨胀阀7关闭时，控制单元18将停止压缩机5的马达8。
这种情况下，在冷却回路4的运行期间，控制单元18将根据装置19和20确定冷却剂的过热度ΔT。
图2中的曲线C示出了过热度随时间的变化情况。
曲线D示出了所需过热度ΔTset，控制单元18根据该所需过热度ΔTset控制电子膨胀阀7。
当过热度ΔT低于一定的阈值E时，控制单元18将增加所述的所需过热度ΔT。
这通过图2中在时刻t1的点F示出。
优选地，控制单元18增加所需过热度ΔTset一定值δ，如图2所示。
然后，控制单元18将根据所述增加的所需值ΔTset+δ来控制电子膨胀阀7。
这样，将能更快地调节过热度ΔT。
当过热度ΔT再次高于阈值E时(此情况对应于图2中在时刻t2的点G)，控制单元18将根据初始的所需过热度ΔTset将电子膨胀阀7调整回来。
当过热度ΔT大于初始的所需过热度ΔTset时，也能根据初始的所需过热度ΔTset将电子膨胀阀7调整回来。在图2中，这对应于在时刻t3的点H。
控制单元18增加所需过热度ΔTset一定值δ，该值δ例如可预先设定，或由控制单元18根据当时适用的条件确定。
当过热度ΔT例如急剧下降时，可以选择是使上述值δ相对较大以尽可能抵消所述急剧下降，还是将过热度ΔT调整回来使其高于阈值E。
尽管在所示的实例中，阈值E不同于所述所需过热值ΔTset，但是并不排除阈值E等于所述所需过热值ΔTset。可选择阈值E，以形成合适的安全裕度。
尽管在图1所示的实例中，装置1仅设置有一个换热器2，但是也可设置一些换热器2。
本发明绝不限于作为实例描述和附图所示的实施例，但是在不违背本发明的范围的情况下，可以不同的变化形式来实现这种方法和装置。

Claims (14)

1.用于对气体进行冷却干燥的方法，其中，通过引导所述气体流经换热器(2)的第二部分(9)来冷凝该气体中的水蒸气，所述换热器的第一部分形成封闭式冷却回路(4)的蒸发器(3)，冷却剂通过压缩机(5)能够在该封闭式冷却回路(4)中循环；所述压缩机安装在该封闭式冷却回路(4)中，位于所述蒸发器(3)下游，且位于冷凝器(6)和膨胀装置上游，冷却剂能循环通过所述冷凝器和膨胀装置；旁通管路将所述压缩机(5)的出口连接至该压缩机(5)上游的注入点(P)，所述旁通管路中设置有热气旁通阀(17)；
其特征在于：使用不带液体分离器的封闭式冷却回路(4)，其中，所述方法包括：使用控制冷却剂的所需过热度(ΔTset)的电子膨胀阀(7)作为膨胀装置，控制该电子膨胀阀(7)，使冷却剂在所述压缩机(5)的输入端处总是保持过热；其中，所述方法包括使用电子热气旁通阀(17)作为所述热气旁通阀(17)；其中，在启动所述封闭式冷却回路(4)的期间，所述方法包括如下步骤：
-切断控制，保持所述电子膨胀阀(7)关闭；
-同时控制所述电子热气旁通阀(17)，直到蒸发器压力(pv)已经达到所需值为止；
-然后开启所述电子膨胀阀(7)的控制，以使冷却剂在经过蒸发器(3)之后达到所需过热度(ΔTset)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当关闭所述封闭式冷却回路(4)时，所述方法包括如下步骤：
-切断控制，完全关闭所述电子膨胀阀(7)；
-同时控制所述电子热气旁通阀(17)，使得蒸发器压力(pv)保持恒定；
-然后关闭所述压缩机(5)。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：当关闭所述封闭式冷却回路(4)时，所述电子膨胀阀(7)逐渐关闭。
4.根据前述任一权利要求所述的方法，其特征在于：在所述封闭式冷却回路(4)运行期间，确定冷却剂经过蒸发器(3)之后的过热度(ΔT)；当该过热度(ΔT)低于阈值(E)时，所述方法包括如下步骤：
-增大所需过热度(ΔTset)，以控制所述电子膨胀阀(7)；
-过热度(ΔT)一高于上述阈值(E)，就降低所需过热度(ΔTset)，以控制所述电子膨胀阀(7)达到初始的所需过热度(ΔTset)。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：在增大所需过热度(ΔTset)以控制所述电子膨胀阀的步骤期间，将所需过热度(ΔTset)增加一定值(δ)。
6.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述注入点(P)位于所述电子膨胀阀(7)下游并位于所述压缩机(5)上游。
7.根据权利要求1-3中的任一项权利要求所述的方法，其特征在于：所述方法用于干燥来自于一压缩机的气体。
8.用于对气体进行冷却干燥的装置，其中，通过对所述气体进行冷却来冷凝该气体中的水蒸气，该用于对气体进行冷却干燥的装置(1)设置有具有第二部分(9)和第一部分的换热器(2)，待干燥气体被引导流经所述第二部分以冷却该气体，所述第一部分构成封闭式冷却回路(4)中的蒸发器(3)；冷却剂通过所述蒸发器(3)下游的压缩机(5)在所述封闭式冷却回路中循环；在所述压缩机(5)和所述蒸发器(3)之间，该封闭式冷却回路(4)朝下游依次包括冷凝器(6)和膨胀装置，冷却剂能循环通过所述冷凝器和所述膨胀装置；旁通管路将所述压缩机(5)的出口连接至所述压缩机(5)上游的注入点(P)，热气旁通阀(17)设置在所述旁通管路中；
其特征在于：所述封闭式冷却回路(4)不包括液体分离器，所述膨胀装置由电子膨胀阀(7)形成，该电子膨胀阀用于控制经过所述蒸发器(3)之后的冷却剂的所需过热度(ΔTset)；其中，所述用于对气体进行冷却干燥的装置(1)包括控制单元(18)，该控制单元将控制所述电子膨胀阀(7)，使冷却剂在所述压缩机(5)输入端处总是保持过热；其中，所述热气旁通阀(17)是也受所述控制单元(18)控制的电子热气旁通阀(17)；其中：启动所述封闭式冷却回路(4)时，所述控制单元(18)将控制所述电子膨胀阀(7)和所述电子热气旁通阀(17)，使得所述电子膨胀阀(7)保持关闭，同时对所述电子热气旁通阀(17)进行控制，直到蒸发器压力(pv)已经达到所需值为止；之后，所述控制单元(18)将控制所述电子膨胀阀(7)，使经过所述蒸发器(3)之后的冷却剂达到所需过热度(ΔTset)。
9.根据权利要求8所述的用于对气体进行冷却干燥的装置，其特征在于：当关闭所述封闭式冷却回路(4)时，所述控制单元(18)将控制所述电子膨胀阀(7)和所述电子热气旁通阀(17)，使得所述电子膨胀阀(7)完全关闭，同时，在所述压缩机(5)关闭之前所述电子热气旁通阀(17)保持蒸发器压力(pv)恒定。
10.根据权利要求9所述的用于对气体进行冷却干燥的装置，其特征在于：在关闭所述封闭式冷却回路(4)时，所述控制单元(18)逐渐关闭所述电子膨胀阀(7)。
11.根据前述权利要求8-10中的任一权利要求所述的用于对气体进行冷却干燥的装置，其特征在于：所述用于对气体进行冷却干燥的装置(1)设置有确定经过蒸发器(3)之后的冷却剂的过热度(ΔT)的装置(19，20)；其中，在所述封闭式冷却回路(4)运行期间，当过热度(ΔT)低于阈值(E)时，所述控制单元(18)将增大所需过热度(ΔTset)，根据增大的所需过热度(ΔTset)控制所述电子膨胀阀(7)，直到过热度(ΔT)再次高于前述阈值(E)为止。
12.根据权利要求11所述的用于对气体进行冷却干燥的装置，其特征在于：所述控制单元将所需过热度(ΔTset)增加一定值(δ)。
13.根据前述权利要求8至10中的任一权利要求所述的用于对气体进行冷却干燥的装置，其特征在于：所述注入点(P)位于所述电子膨胀阀(7)下游并位于所述压缩机(5)上游。
14.根据前述权利要求8至10中的任一权利要求所述的用于对气体进行冷却干燥的装置，其特征在于：待干燥气体来自于一压缩机。
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