CN107427765B - 压力露点控制吹扫空气调节单元 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于压缩空气(A)的干燥装置的吹扫空气调节单元(20)，所述吹扫空气调节单元可连接到壳体(46)，在所述壳体(46)中设有膜过滤器，优选为一束中空纤维膜(28)，从而，从出口通道(48)流出所述壳体(46)的干燥压缩空气(B)的子流可以通过所述吹扫空气调节单元(20)而作为吹扫空气被送回到所述中空纤维膜(28)。所述吹扫空气调节单元(20)具有：用于计算所述干燥压缩空气(B)的压力露点的调节单元(35)，所述调节单元(35)包括用于检测所述干燥压缩空气(B)露点的露点传感器(36)以及用于检测所述干燥压缩空气(B)温度的温度传感器；控制阀(38)，所述控制阀(38)由所述调节单元(35)调节，并且根据所述干燥压缩空气(B)的压力露点至少部分地打开或关闭吹扫空气通道(50)。另外，本发明涉及一种用于调节从膜干燥器(22)流出并流回到所述膜干燥器(22)的壳体(46)中的干燥压缩空气(B)的流动的方法，在所述膜干燥器中设有膜过滤器，优选为一束中空纤维膜(28)。所述方法具有以下步骤：确定流出的干燥压缩空气(B)的压力露点，根据所确定的压力露点，打开或关闭位于吹扫空气通道(50)中的控制阀(38)，其中干燥压缩空气(B)可通过所述吹扫空气通道(50)而作为吹扫空气(C)被送回到所述中空纤维膜(28)。

Description

压力露点控制吹扫空气调节单元

技术领域

本发明涉及一种用于压缩气体，特别是压缩空气的干燥装置的吹扫空气调节单元，所述吹扫空气调节单元可连接到其中布置有膜过滤器，优选为一束中空纤维膜的壳体。

背景技术

当使用压缩空气时，例如在工业或医疗技术中，管道系统中以及消耗点的水分是质量问题。因此，干燥压缩空气始终是一项重要任务。为此，使用选择性渗透水蒸气的膜过滤器。在过滤器壳体中设有一组高度选择性的中空纤维膜(膜纤维)，湿的压缩空气流过该中空纤维膜。优选地，潮湿的压缩空气被过滤，使得其中的任何污垢颗粒，油雾和冷凝物都被截留，因此不会堵塞中空纤维膜。水蒸气通过中空纤维膜向外扩散。在干燥压缩空气的出口处，压缩空气的小子流被分支并在膨胀后被用作吹扫空气。吹扫空气在中空纤维的外侧与压缩空气逆流地被引导。由于水蒸汽浓度的差异，可以实现水分子从压缩空气到吹扫空气的常态迁移。因此，常用术语膜过滤器至少是不明确的，因为膜过滤器分离是通过扩散作用而不是机械作用。为了简单起见，该术语仍然在本发明的上下文中使用。

这个过程不断发生。吹扫空气不断干燥进入的潮湿压缩空气。只有水分子可以穿透中空纤维的膜。干燥的压缩空气的组成保持不变。因此，获得干净的干燥压缩空气。

吹扫空气流的体积由喷嘴限定，所述喷嘴允许通过由压力和喷嘴尺寸限定的恒定体积流量。不利的是，在部分加载或不加载期间，即当需要很少或不需要压缩空气时，仅需要一些或不需要吹扫空气流，但吹扫空气流仍保持恒定。这导致整个系统的相当大的压力损失。

为了解决这个问题，吹扫空气调节器是已知的，吹扫空气调节器的任务是将吹扫空气流调节至所需的量。

美国专利文献5,160,514公开了一种用于压缩空气的干燥装置，所述干燥装置具有这样的吹扫空气调节器，所述吹扫空气调节器集成在用于压缩空气的干燥装置中。为此，干燥装置的压缩空气出口连接到由膜限定的室。在膜的另一侧设有另外的一个室，它通过一条线连接到干燥装置的压缩空气入口。膜的位置取决于压缩空气入口和压缩空气出口之间的压差。膜连接到阀元件，该阀元件具有侧向槽并在壳体中相关联的内孔中被引导。阀元件所处的位置取决于膜的位置，阀元件所处的位置允许压缩空气出口处的更多或更少的压缩空气流向吹扫管线的入口。

该吹扫空气调节器不能令人满意地运行。调节能力不足，特别是当干燥装置的压缩空气的入口压力和出口压力之间存在小的压力差时。该方法的另一个缺点是必须调整到特定的(平均)操作压力。如果操作压力有偏差，调节行为会发生很大变化。这导致了不明确的比率。

此外，压力差也取决于过滤元件的负载；填充水平对压力差有影响，因此也对吹扫空气的调节有影响。这可能在过滤元件的使用寿命期间改变，这是不希望出现的。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于压缩空气的干燥装置的吹扫空气调节单元，所述吹扫空气调节单元允许更好地调节或开关吹扫空气。应尽可能最灵敏和最快速地做出反应。然而，吹扫空气调节单元的结构仍然相对简单并且生产成本低廉。本发明的另一个目的在于提供一种相应的方法，用于调节从膜干燥器流出到干燥器的外壳中的干燥压缩空气的流动。

根据本发明，该目的通过具有权利要求1的特征且具有独立方法权利要求的方法步骤的吹扫空气调节单元来实现。

本发明基于具有调节或非调节吹扫空气的膜干燥器的特性的使用，具体而言，压力露点的降低量具有几乎不变的恒定值。当膜干燥器的入口处的压力露点变化时，出口处的压力露点相应地变化。这在许多应用中也是可取的。然而，在其他应用中，重要的是在出口处实现一定的压力露点，而与入口处的压力露点无关。例如，由于医疗领域的标准化规范，例如产生呼吸空气时，经常遇到这种情况。可以直接从出口处的干燥压缩空气的压力露点得出被导回到壳体的吹扫空气是否足够，以及膜干燥器的干燥功率是否令人满意。

因此，本发明基于以下发现：通过检测干燥压缩空气的压力露点可以实现吹扫空气流的最佳调节。根据所确定的压力露点，本发明的吹扫空气流可以被调节到所需量，所需量对应于期望的可选择的压力露点或压力露点范围。除了具有露点传感器和温度传感器的电子调节单元之外，在吹扫空气通道中还设置有控制阀。

可以使用露点传感器所确定的值和温度传感器所确定的值来计算干燥压缩空气的压力露点，其中露点传感器所确定的值定义了干燥压缩空气的湿度。这些所确定的值被转发到执行计算的电子调节单元。

可以使用两个单独的传感器，即一个露点传感器和一个温度传感器，但是可以优先使用可以确定两个值的单个传感器元件。

使用市售的膜干燥器，潮湿的压缩空气在入口处被导入膜干燥器中，并作为干燥压缩空气或有用空气通过出口通道离开膜干燥器。在出口之前不远处，干燥压缩空气的子流经吹扫空气通道被作为吹扫空气移出并膨胀。所述子流沿着膜纤维的外部被引导，吸收水蒸气并在出口处离开膜干燥器。根据本发明，吹扫空气调节单元被放置在膜干燥器上并具有两个接口。一个接口连接到出口通道，另一个接口连接到膜干燥器的吹扫空气通道，从而将干燥压缩空气作为吹扫空气导回至膜纤维处。在回流到膜纤维之前，吹扫空气流过吹扫空气调节单元中的吹扫空气通道。吹扫空气调节单元也可以连接到膜干燥器的吹扫空气通道，而不是连接到出口管道。至关重要的是干燥压缩空气在返回到膜纤维处之前被分支并被引导到吹扫空气调节单元中。

因此，当处于安装状态时，吹扫空气调节单元包括吹扫空气通道的一部分。

除了以上两个接口之外，吹扫空气调节单元具有带有处理器的控制板、用于能量供应以及用于向操作员常规传输数据和信号的电接口。优选地，但不是必须地，显示器允许直接在吹扫空气调节单元上显示实际状态和所需状态的设置。可以通过显示器本身(触摸屏)或通过附加键盘进行输入。根据本发明，可以选择性地使用外部设置的输入单元和/或显示器。到吹扫空气调节单元的数据传输可以以有线或无线的方式进行。

根据本发明，将期望的压力露点作为目标值存储在调节单元中。还可以存储范围值，干燥压缩空气的压力露点应当落在这个范围内。调节单元将干燥压缩空气的被确定的或被计算的压力露点与目标值或目标值范围进行比较，然后根据结果调节吹扫空气流的体积。

如果超过目标值，则启动控制阀，从而将吹扫空气引导到膜纤维处。根据本发明，这可以以循环进行，即，具有预定数量的打开和关闭过程。如果达到目标值，则不再进行循环。如果在规定时间后目标值未被达到，则控制阀持续打开。循环可以定义为不同的，也就是说，具有不同的打开和关闭时间。直到连续开启阀门的规定时间也是可变的。通过这种方法，可以使用具有阀柱塞的简单电磁阀形式的控制阀。该技术非常简单，价格低廉，工作可靠，在长时间操作期间需要的维护很少。

或者，控制阀也可以是电动阀或比例阀或其他变形。吹扫空气通道也可以在部分横截面上打开或关闭，也就是说，并非在整个横截面上打开或关闭。致动器阀门可根据吹扫空气通道的体积要求连续打开或关闭吹扫空气通道。

在特别有利的变形中，控制阀由阀柱塞和具有致动器阀柱塞和电磁线圈的致动器阀组成。吹扫空气通道在两个阀柱塞之前分支，第一部分终止于阀柱塞座，第二部分终止于致动器阀柱塞座。连接通道从致动器阀柱塞座延伸到阀柱塞移动的阀柱塞空间。连接通道在远离阀柱塞座的一侧通入阀柱塞空间。

如果致动器阀柱塞关闭致动器阀柱塞座并因此关闭第二部分，则流出壳体的干燥压缩空气的压力足以移动阀柱塞，使得柱塞打开阀柱塞座，并且因此打开吹扫空气通道，使得吹扫空气可以朝向膜纤维流动。

在该变形中，如果致动器阀通过激励电磁线圈而被致动，则致动器阀柱塞移动并打开致动器阀柱塞座。由于来自第一部分的干燥压缩空气或有用空气的压力存在于致动器阀处，所述压力随后在阀柱塞后面的空间中积聚。这使得阀柱塞移动，优选地由弹簧元件辅助而移动，由此关闭阀座。因此，不再有吹扫空气流向膜纤维。

在特别有利的变形中，设有蠕动空气通道，当阀柱塞关闭阀座时，少量干燥压缩空气作为蠕动空气经由该蠕动空气通道流过阀柱塞。蠕动空气通道将阀门空间连接到吹扫空气通道，并通向沿流动方向位于控制阀后方的吹扫空气通道。

持续流动的少量蠕动空气确保流动可以经过露点传感器，从而即使当吹扫空气流被切断时也可以检测露点。同时，膜纤维周围的空间总是保持非常干燥，这确保了快速响应能力。

所描述的优选变形具有在非通电状态下控制阀也能打开从而吹扫空气可以到达膜纤维处的基本优点。即使在电源故障的情况下也可以使用膜干燥器。

根据本发明，循环测量是可能的。因此，即使不需要吹扫空气，也偶尔致动控制阀。然后将短暂的吹扫空气流专用于压力露点测量，而不是将蠕动空气用于压力露点测量。从而可以省略蠕动空气通道；由于可以省略连续的蠕动空气流，根据循环情况，控制阀可以需要更少的空气。

根据本发明，也可以使用仅有一个柱塞的变型实施例。在该变型实施例中，致动器阀柱塞直接打开或关闭吹扫空气通道。这样的结构可以节省成本。

调节单元具有数据通信的所有现代接口或可以装配有它们。测量值(压力露点，温度)也可以被转发，例如工作状态信息，例如磨损部件的必要更换、工作时间或类似信息。如果目标值未被达到或持续未被达到，也可发出报警。

除了上述温度和露点的检测之外，附加的传感器的数据收集，例如用于测量压力或体积流量也是可能的。

根据本发明的吹扫空气调节单元可以集成在膜干燥器的壳体头部中，因此具有非常紧凑和便宜的结构。或者，设置在壳体中的另一位置处也是可能的。

与标准设计相比，本发明通过在不需要有用空气时关闭并通过适应于变化的有用空气流量来节省大量成本。此外，压力露点可以定义为恒定值。根据实际应用，这是非常有利的。适应环境条件的可变的设置也是可能的。

附图说明

基于以下附图更详细地说明本发明。所述附图不应被理解为限制，而仅仅是示出本发明的示意图。在图中：

图1：吹扫空气调节单元的基本原理简化示意图，

图2：吹扫空气通道打开时，本发明优选变形的截面图，

图3：吹扫空气通道关闭时，图2的优选变形。

具体实施方式

图1示出了本发明的吹扫空气调节单元20的功能。一些流体流动由箭头指示，潮湿空气被标记为A，干燥压缩空气被标记为B，吹扫空气被标记为C，蠕动空气被标记为D。

箭头示出了膜干燥器22内的压缩空气的流动路径。压缩空气通过壳体头部26的入口24被引导到膜干燥器22中，穿过内管进入出口空间并从那里经由环形容纳空间沿着膜纤维28(中空纤维膜)返回到壳体头部，并且作为干燥压缩空气B或有用空气通过出口30返回出去。当气流流过膜纤维28时，压缩空气中的水分通过中空纤维壁向外扩散为水蒸汽32。

干燥压缩空气B的子流在出口30之前不远处被分流、膨胀并作为吹扫空气C被导入中空纤维的外部空间，吸收在那里的扩散水蒸气32，然后将水蒸气通过吹扫空气出口34带入环境。

根据本发明，吹扫空气调节单元20被放置在膜干燥器22上，并且具有连接到吹扫空气通道的两个接口，使得吹扫空气C流过吹扫空气调节单元20，然后流回到膜纤维28处。

吹扫空气调节单元20具有用于检测干燥压缩空气B露点的露点传感器36，用于检测干燥压缩空气B的温度的温度传感器(未示出)和控制阀38。

吹扫空气调节单元20的其他部分是控制印刷电路板40，显示器42，用于传送数据和信号的接口44以及壳体46。显示器42是可选的，并且特别地，不仅可以用作显示装置而且还作为一个操作单元。

图2和图3示出了根据本发明的吹扫空气调节单元20的第一变形实施例的截面图。图2示出了当控制阀38打开时的情况，图3示出了当控制阀38关闭时的情况。

可以看出，露点传感器36经由电线(数据线)74连接到调节单元35，并且调节单元35又经由数据线74连接到电磁线圈68。电线74主要用于露点传感器36和调节单元35之间的信号传输，并且主要用于在电磁线圈68和调节单元35之间的能量传递。

可以看到出口通道48，从该出口通道48分支出吹扫空气通道50。吹扫空气通道50分支进入在阀柱塞座54处终止的第一部分52和在致动器阀柱塞座58处终止的第二部分56。阀柱塞座54限定阀柱塞空间60，阀柱塞62位于阀柱塞空间中，并且致动器阀柱塞座58限定致动器阀柱塞空间64，致动器阀柱塞66位于致动器阀柱塞空间中。致动器阀柱塞66被电磁线圈68包围，并且可被电磁线圈68移动。

致动器阀柱塞空间64经由连接通道70连接到阀柱塞空间60。连接通道70在与阀柱塞座54相对的一侧上通入阀柱塞空间60，使得阀柱塞62布置在阀柱塞座54和连接通道70或连接通道70的开口之间。

此外，可以看到蠕动空气通道72，其将阀柱塞空间60连接到吹扫空气通道50，并且在控制阀38的沿流动方向的后方通向吹扫空气通道50。

图2示出了干燥压缩空气B的压力存在于阀柱塞62的下方，结果导致阀柱塞62被举升。因此，吹扫空气C可以沿着吹扫空气通道50流过阀柱塞座54而流到膜纤维28处。在该过程中，致动器阀柱塞66关闭致动器阀柱塞座58，使得第二部分56关闭。

图3示出了磁性线圈68已经吸引致动器阀柱塞66的状态。由于致动器阀柱塞66打开致动器阀柱塞座58，所以第二部分56被打开。通过干燥压缩空气B的压力，充足的压力积聚在阀柱塞空间60中，以将阀柱塞62按压到阀柱塞座54上，结果第一部分52关闭并且吹扫空气C不再能够流过吹扫空气通道50。

还可以看出，只有蠕变空气D可以通过蠕动空气通道72从阀柱塞空间60流出到吹扫空气通道50中。

阀柱塞62可以由弹簧(未示出)辅助其运动。

在这种变形中，当磁性线圈68处于非通电状态时，吹扫空气通道50是打开的，因此即使在停电或故障的情况下，吹扫空气C也能够流动。

在所示的示例性实施例中，露点传感器36在吹扫空气通道50中。或者，它也可以位于出口通道48中。

例如，电容式传感器或镜面式露点传感器可以用作露点传感器36。

本发明不限于所示的示例性实施例，而且还包括可以基于所解释的发明而能够实施的其它变形实施例。

Claims (6)

1.一种用于压缩空气(A)的干燥装置的吹扫空气调节单元(20)，所述吹扫空气调节单元连接到壳体(46)，在所述壳体(46)中设有膜过滤器，所述膜过滤器为一束中空纤维膜(28)，从而，从出口通道(48)流出所述壳体(46)的干燥压缩空气(B)的子流通过所述吹扫空气调节单元(20)而作为吹扫空气(C)被送回到所述中空纤维膜(28)，其中所述吹扫空气调节单元(20)具有：

调节单元(35)，所述调节单元(35)包括用于检测所述干燥压缩空气(B)温度的温度传感器；

控制阀(38)，所述控制阀(38)由所述调节单元(35)调节；

其特征在于：

所述调节单元(35)还用于计算所述干燥压缩空气(B)的压力露点，且包括用于检测所述干燥压缩空气(B)露点的露点传感器(36)；以及

所述控制阀(38)根据所述干燥压缩空气(B)的压力露点至少部分地打开或关闭用于引导所述吹扫空气(C)的吹扫空气通道(50)；

设有蠕动空气通道(72)，即使当所述控制阀(38)关闭时，干燥压缩空气(B)通过所述蠕动空气通道(72)连续流动，从而作为蠕动空气(D)回到所述壳体(46)中；

所述控制阀(38)为电磁阀的形式；

所述控制阀(38)具有能够关闭和打开所述吹扫空气通道(50)的阀柱塞(62)以及能够关闭和打开致动器通道的致动器阀柱塞(66)；所述致动器阀柱塞(66)被磁性线圈(68)包围，且可被所述磁性线圈(68)移动；

所述磁性线圈(68)吸引致动器阀柱塞(66)，且当所述磁性线圈(68)处于非通电状态时，吹扫空气通道(50)处于打开状态；当致动器阀柱塞(66)关闭致动器通道时，阀柱塞(62)打开吹扫空气通道(50)；

阀柱塞(62)的设置方式使得当致动器阀柱塞(66)关闭致动器通道时，所述吹扫空气(C)将所述阀柱塞(62)压入打开位置。

2.根据权利要求1所述的吹扫空气调节单元(20)，

其特征在于

所述露点传感器(36)位于所述吹扫空气通道(50)中。

3.根据权利要求1所述的吹扫空气调节单元(20)，

其特征在于

所述露点传感器(36)位于所述壳体(46)的出口通道(48)中。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的吹扫空气调节单元(20)，

其特征在于

所述蠕动空气通道(72)在所述露点传感器(36)的沿流动方向的后方分支。

5.根据权利要求1所述的吹扫空气调节单元(20)，

其特征在于

所述致动器阀柱塞(66)通过激励电磁线圈(68)而被移动。

6.一种采用权利要求1-5任一所述的吹扫空气调节单元(20)用于调节从膜干燥器(22)流出并流回到所述膜干燥器(22)的壳体(46)中的干燥压缩空气(B)的流动的方法，在所述膜干燥器(22)中设有膜过滤器，所述膜过滤器为一束中空纤维膜(28)，具有以下步骤：

确定流出的干燥压缩空气(B)的压力露点，

当控制阀处于非通电状态下，根据所确定的压力露点，打开或关闭位于吹扫空气通道(50)中的控制阀(38)，其中干燥压缩空气(B)可通过所述吹扫空气通道(50)而作为吹扫空气(C)被送回到所述中空纤维膜(28)；

将所确定的压力露点与目标值进行比较，其中，如果压力露点与目标值之间存在偏差，则循环地打开和关闭所述控制阀(38)直到目标值被达到；

在预定时间之后，如果通过循环打开控制阀(38)的方式仍未使得目标值被达到，则持续打开所述控制阀(38)。

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