TWI834324B - 空冷式裝置和用於控制空冷式裝置的方法 - Google Patents

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Abstract

空冷式裝置和用於控制空冷式裝置(1)的方法，前述空冷式裝置包括用於壓縮氣體的至少一個元件(2)、用於冷卻前述空冷式裝置(1)中的流體的至少一個空冷式冷卻器(9、12)和兩個或更多個風扇(10、13)，前述風扇(10、13)中的至少一個風扇是用於產生用於冷卻前述空冷式冷卻器(9、12)的冷卻空氣流的速度可調的風扇(13)，其特徵在於，當前述空冷式冷卻器(9、12)不需要冷卻時，前述方法包括將前述速度可調的風扇(13)的速度控制到最低需要速度，以便至少避免在與前述冷卻空氣流相反的方向上行進的冷卻空氣回流。

Description

空冷式裝置和用於控制空冷式裝置的方法
本發明涉及一種控制用於壓縮氣體的空冷式裝置的方法。
在本文中，「用於壓縮氣體的裝置」可指壓縮機裝置、鼓風機裝置和真空泵裝置。
特別地，本發明旨在控制該裝置所配備的速度可調的風扇。
在這種情況下，「空冷式裝置」意指該裝置包括至少一個空冷式冷卻器，前述空冷式冷卻器用於冷卻注射到該裝置的元件中的液體(例如油)和/或用於冷卻由該裝置壓縮的氣體的。
不能排除根據本發明的空冷式裝置還包括另一種類型的冷卻器。
空冷式冷卻器設置有風扇，該風扇產生用於冷卻空冷式冷卻器的冷卻空氣流。 該裝置典型地設置有多個這種風扇，這些風扇產生冷卻空氣流以冷卻一個或多個空冷式冷卻器。 前述空冷式冷卻器冷卻注射的液體和/或壓縮氣體。
在一些情況下，暫時地不必冷卻注射的液體和/或壓縮氣體。 所關注的空氣冷卻器則不應當冷卻注射的液體和/或氣體。
已知的是，在已知的用於壓縮氣體的裝置中，所關注的風扇就可關閉以確保風扇消耗更少功率。
在多個冷卻器連接到用於冷卻空氣的共同出口的情況下，停止風扇可能導致被加熱的冷卻空氣跨空冷式冷卻器的回流。然後，被加熱的冷卻空氣的這種回流可與新鮮的冷卻空氣混合，因此，平均冷卻空氣溫度在仍然需要冷卻的空冷式冷卻器的冷側上升高，這就造成冷卻能力不期望的降低。
出於這個原因，通常使用板條或百葉窗板來阻止這種不期望的回流。 這具有與附加成本相關聯並使裝置更笨重的缺點。
另外，這與冷卻空氣跨板條的壓降成對出現，由此，即使當板條完全地打開時，也需要更多功率才能實現相同的體積流量的冷卻空氣。
本發明的目標是提供針對前面提及的缺點和/或其他缺點中的至少一者的解決方案。
本發明涉及一種控制用於壓縮氣體的裝置的方法，該裝置包括用於壓縮該氣體的至少一個元件、用於冷卻該裝置中的流體的至少一個空冷式冷卻器以及兩個或更多個風扇，前述風扇中的至少一個風扇是速度可調的風扇，前述速度可調的風扇用於產生用於冷卻該空冷式冷卻器的冷卻空氣流，其特徵在於，當該空冷式冷卻器不需要冷卻時，該方法包括將該速度可調的風扇的速度控制到最低需要速度，以便至少避免在與該冷卻空氣流相反的方向上行進的冷卻空氣回流。
一個優點是，根據本發明的方法允許通過最佳化一個或多個速度可調的風扇的能量消耗而使該裝置的能量消耗最佳化。 通過在可能的時候以該最低需要速度運行該速度可調的風扇，可使能量消耗最小化。
另一個優點是，在該速度可調的風扇確實提供用於冷卻的冷卻空氣時，避免被加熱的冷卻空氣的回流，同時不會在該冷卻空氣流中出現附加壓降。 這是因為該風扇的該最低需要速度確保該速度可調的風扇產生最小冷卻空氣流，這確保回流是不可能的。
該空冷式冷卻器不需要冷卻時的時間不僅取決於前述冷卻器具有哪種功能、即前述冷卻器是冷卻該壓縮氣體還是冷卻注射到該元件中的液體，而且還取決於該裝置的操作模式。
前述冷卻器可以是用於前述注射的液體的冷卻器、用於壓縮氣體的中間冷卻器或用於壓縮氣體的後冷卻器。
在以下情況下，較佳地將該速度可調的風扇的速度降低到最低需要速度： -在使用空冷式冷卻器來冷卻由該裝置壓縮的氣體的情況下，不必冷卻該壓縮氣體；以及/或者 -熱回收系統代替該空冷式冷卻器提供流體的必要冷卻；以及/或者 -元件停止或無負載運行。
在一些情況下，如果前述壓縮氣體的消耗裝置在其應用時需要暖氣或熱氣，則不需要冷卻該壓縮氣體。
該裝置還可設有熱回收系統。如果前述熱回收系統回收足夠的熱，則前述空冷式冷卻器不必進行附加冷卻。該熱回收系統可用於該裝置的液體回路和用於該壓縮氣體。
在具有並聯連接的多個元件的裝置的情況下，該元件中的一者或多者可在某些時刻(例如，當對壓縮氣體的需求較少時)關閉或無負載運行，因此，對於該元件，不必冷卻注射的液體和/或壓縮氣體。
根據本發明的較佳特徵，該速度可調的風扇由風扇馬達驅動，該風扇馬達由前述風扇冷卻，並且該方法包括如果該空冷式冷卻器不需要冷卻，則將該速度可調的風扇的速度控制到最低需要速度，以便避免冷卻空氣的回流並且以便將前面提及的風扇馬達冷卻到恰好足以防止該風扇馬達過熱。
一個優點是，以這種方式，不僅避免被加熱的冷卻空氣的回流，而且避免風扇馬達的過熱。
本發明還涉及一種用於壓縮氣體的裝置，該裝置包括用於壓縮氣體的至少一個元件、用於冷卻該裝置中的流體的至少一個空冷式冷卻器以及用於冷卻該空冷式冷卻器的兩個或更多個風扇，該風扇中的至少一個風扇是速度可調的風扇，前述速度可調的風扇用於產生用於冷卻前述空冷式冷卻器的冷卻空氣流，其特徵在於，該速度可調的風扇設置有控制器，該控制器被配置成執行根據本發明的方法。
這種裝置的優點與方法的優點類似。
圖1示出的根據本發明的裝置1包括並聯連接的用於壓縮氣體的兩個元件2。
每個元件2具有入口3和出口4，其中出口管線5連接到該出口，兩條出口管線5匯聚以形成裝置1的出口管線6。 元件2可以是螺桿式壓縮機元件，但是這並不是本發明所必需的。 元件2在這種情況下是被注射液體的元件2，但是這並不是本發明所必需的。
此外，液體分離器7設置在每個元件2下游的相應出口管線5中以用於分離注射到元件2中的液體。
所分離的油經由返回管線8返回並注射到元件2中。 在兩個返回管線8中，空冷式冷卻器9設置有風扇13。
在這種情況下，前述風扇13具有可變的速度。在本發明的範圍內，當然不能排除風扇不具有可變的速度，只要裝置中的另一個風扇具有可變的速度即可。
在這種情況下，熱回收系統11設置在液體分離器7下游且空冷式冷卻器9上游的每個返回管線8中，該熱回收系統可從液體回收由元件2產生的熱。前述熱被再使用，例如，被用於加熱應用或用於加熱生活用水。 前述熱回收系統11對於本發明是可選的。
在兩個液體分離器7的下游，元件2的出口管線5匯聚成裝置1的出口管線6。
空冷式冷卻器12佈置在裝置1的前述出口管線6中，空冷式冷卻器12具有風扇10，該風扇是定速風扇10。 前述冷卻器12也稱為後冷卻器。 所有冷卻器9、12都連接到用於冷卻空氣的排出裝置(圖式中未示出)，該排出裝置在被加熱的冷卻空氣已經通過冷卻器9、12之後排出該被加熱的冷卻空氣。
前述速度可調的風扇13在這種情況下各自設置有由一個控制器15控制的速度可變的風扇馬達14。 前述控制器15被配置為按照根據本發明的方法控制速度可調的風扇13。
此外，控制器15連接到溫度感測器16，該溫度感測器在這種情況下各自測量在冷卻器9上游的返回管線8中的液體的溫度。不能排除溫度感測器16測量在冷卻器9下游的液體的溫度。
控制器15還連接到入口感測器17和壓力感測器18，前述入口感測器17測量待被壓縮的氣體的環境參數，前述壓力感測器18各自測量由速度可調的風扇13產生的冷卻空氣流的壓力。
前述環境參數包括例如但不限於在裝置1的環境中的氣體的大氣壓、環境溫度和/或濕度。
裝置1的操作非常簡單並如下。 元件2以已知方式壓縮氣體，液體被注射到元件2中以便潤滑和冷卻元件2。 液體經由液體分離器7被分離並經由返回管線8通過熱回收系統11。然後，液體在被注射回元件2中之前在空冷式冷卻器9中被冷卻。 然後，壓縮氣體通過在裝置1的出口管線6中的冷卻器12，在該冷卻器12處，壓縮氣體經歷冷卻。 控制器15按照根據本發明的方法控制風扇馬達14。
當熱回收系統11在運行時，冷卻器9不需要冷卻，因為液體在其通過前述冷卻器9時已經被冷卻。
在這種情況下，控制器15控制速度可調的風扇13，使得速度可調的風扇13的速度降低到最低需要速度以防止冷卻空氣的回流，即，防止來自其他冷卻器9和/或裝置1的出口管線6中的冷卻器12的冷卻空氣的排氣中的被加熱的冷卻空氣流回到冷卻器9。
在這種情況下基於環境參數和由風扇13產生的冷卻空氣流的壓力來確定前述最低需要速度。 如果風扇10、13具有用於冷卻空氣的共同出口，則還可基於在用於冷卻空氣的前述共同出口中的冷卻空氣的壓力來確定前述最低需要速度。 控制器15基於入口感測器17和壓力感測器18的信號來確定前述最低需要速度。
也可僅考慮環境參數或僅考慮由風扇13產生的空氣流的壓力或僅考慮在用於冷卻空氣的共同出口中的冷卻空氣的壓力。
如果控制器15基於來自溫度感測器16的測量結果確定液體被足夠地冷卻，則控制器15以使得風扇13的速度下降到前述確定的最低需要速度的方式控制風扇馬達14。 在所有這些情況下，風扇馬達14消耗更少能量。
較佳地以規則間隔確定如上文所描述的前述最低需要速度，如果確定最低需要速度所基於的參數改變，則調適最低需要速度。 然而，最低需要速度也可以是預定的固定值，其基於在裝置1的出口管線6中的另一個風扇10和/或冷卻器12的操作模式的最壞情況來確定。
這意味著，在不必冷卻的前述情況下，控制器15以使得速度可調的風扇13的速度等於前述固定的最低要求值的方式控制速度可調的風扇13。 在這種情況下，速度可調的風扇馬達14也消耗較少的能量。
重要的是，需注意，在這些情況下，使得速度可調的風扇13回到其最低可能速度，使得能量消耗的減少也最大化。
應當清楚的是，圖1的裝置1僅是一種可能的實施例。
圖2以圖示方式示出了圖1的第一變型，在這種情況下，用於壓縮氣體的三個元件2並聯連接。
在這種情況下，空冷式冷卻器9設置在返回管線8中，該空冷式冷卻器各自具有其自己的速度可調的風扇13。 前述風扇13中的每一個風扇由速度可變的風扇馬達14驅動並全部由一個控制器15控制。 這並不是所必需的，因為每個風扇13也可具有其自己的子控制器。 一些風扇13也可設有一個共用控制器15，而其他風扇13各自設置有其自己的單獨的子控制器。 在這種情況下，前述速度可調的風扇13中的每一個風扇還冷卻其相關聯的風扇馬達14。
此外，每個風扇馬達14設置有溫度感測器19，該溫度感測器可測量風扇馬達14的溫度，例如在風扇馬達14中的繞組和/或軸承的溫度。 前述溫度感測器19連接到控制器15。 控制器15還連接到壓力感測器18，該壓力感測器測量由風扇13產生的冷卻空氣流的壓力。 呈空冷式冷卻器12的形式的後冷卻器也設置在裝置1的出口管線6中，該後冷卻器設置有不可調速的風扇10。
在這種情況下，既未提供熱回收系統11，也未在冷卻器9下游設置溫度感測器16。
在這種情況下，控制器15控制在返回管線8中的空冷式冷卻器9的風扇13，使得如果前述冷卻器9中的一者或多者不需要冷卻，則使相應風扇13的速度回到最低需要速度，以便防止冷卻空氣的回流並冷卻前述風扇馬達14。
如果相應元件2停止或無負載運行，則前述冷卻器9中的一者或多者不需要冷卻。
在提供熱回收系統11的情況下，如果熱回收系統11能夠充分地冷卻液體，則在冷卻返回液體不再必要的情況下，冷卻器9中的一者或多者也不需要冷卻。
在這些情況下，可以使相應風扇13的速度回到前述最低需要速度。 最低需要速度現在基於環境參數、由風扇13產生的空氣流的壓力和可調風扇13的風扇馬達14的溫度來確定。
基於來自感測器17、18、19的信號，控制器15確定前述最低需要速度。 如果風扇13或風扇10和13具有用於冷卻空氣的共同出口，則還可基於用於冷卻空氣的前述共同出口中的冷卻空氣的壓力來確定最低需要速度。
如果控制器15接收到不必冷卻返回液體和/或元件2中的一個元件停止或無負載運行的信號，則控制器15控制相關風扇馬達14，使得風扇13的速度下降到前述確定的最低需要速度，這確保風扇13仍然充分地冷卻風扇馬達14以避免過熱，並且確保風扇13避免被加熱的冷卻空氣的回流。 在所有這些情況下，風扇馬達14消耗更少的能量。
圖3示出了圖1的第二變型。 在這種情況下，它是無油兩級裝置，具有並聯安裝的兩個兩級設備。 每個兩級設備包括用於壓縮氣體的低壓元件2a和用於進一步壓縮由低壓元件2a壓縮的氣體的高壓元件2b，該低壓元件和該高壓元件串聯安裝。
裝置1在低壓元件2a與高壓元件2b之間設置有中間冷卻器9。 前述中間冷卻器9設置有速度可調的風扇13。 前述風扇13中的每一個風扇由速度可變的風扇馬達14驅動並全部由一個控制器15控制。 在這種情況下，前述速度可調的風扇13中的每一個風扇還冷卻其相關聯的風扇馬達14。
此外，每個風扇馬達14設置有溫度感測器19，該溫度感測器可測量風扇馬達14的溫度，例如在風扇馬達14中的繞組和/或軸承的溫度。 前述溫度感測器19連接到控制器15。 控制器15還連接到壓力感測器18，該壓力感測器測量由風扇13產生的冷卻空氣流的壓力。 在高壓元件2b的下游，熱回收系統11被容納在每個出口管線5中。
另外，除了中間冷卻器9之外，熱回收系統11也被容納在兩級設備的在高壓元件2b和中間冷卻器9上游的每個出口管線5中。 在高壓元件2b的上游僅存在熱回收系統11也是可能的。 呈空冷式冷卻器12的形式的後冷卻器也設置在裝置1的出口管線6中，該後冷卻器設置有不可調速的風扇10。 該操作在其他方面與上文描述的實施例類似。
在這種情況下，如果在低壓元件2a與高壓元件2b之間的熱回收是起作用的和/或並聯安裝的兩個兩級設備中的一個兩級設備關閉或靜止，則相應風扇13可被調整到最低需要速度。
儘管在上文描述的示例中，每個空冷式冷卻器9、12由一個風扇10、13冷卻，但是不能排除空冷式冷卻器9、12由多於一個風扇10、13冷卻和/或一個風扇10、13冷卻多個空冷式冷卻器9、12。
儘管在上文描述的所有示例中，在裝置1的出口管線6中的空冷式冷卻器12設置有定速風扇10，但是不能排除前述空冷式冷卻器12設置有速度可調的風扇13。
圖3用虛線示出這一情況。
速度可調的風扇13設置有風扇馬達14，該風扇馬達由前述風扇馬達所連接到的控制器15驅動。
如果由裝置供應的壓縮氣體因消耗裝置不需要被冷卻的壓縮氣體而不需要冷卻，則空冷式冷卻器12的前述風扇13的速度可被控制到前述最低需要速度。
不能排除在這種情況下在高壓元件2b的下游的出口管線5中不存在熱回收系統11。
本發明決不限於作為示例描述並在圖式中示出的實施例，而是在不脫離本發明的範圍的情況下，可根據各種替代型式實現根據本發明的空冷式裝置和根據本發明的控制空冷式裝置的方法。
1:裝置 2:元件 2a:低壓元件 2b:高壓元件 3:入口 4:出口 5:出口管線 6:出口管線 7:液體分離器 8:返回管線 9:空冷式冷卻器 10:風扇 11:熱回收系統 12:空冷式冷卻器 13:風扇 14:風扇馬達 15:控制器 16:溫度感測器 17:入口感測器 18:壓力感測器 19:溫度感測器
為了更好地展示本發明的特徵，下文參考附圖沒有任何限制性地描述根據本發明的空冷式裝置和根據本發明的用於控制空冷式裝置的方法的多個較佳實施例，其中： 圖1係示意性地示出了根據本發明的裝置； 圖2係示出了圖1的變型； 圖3係示出了圖1的另外的變型。
1:裝置
2:元件
3:入口
4:出口
5:出口管線
6:出口管線
7:液體分離器
8:返回管線
9:空冷式冷卻器
10:風扇
11:熱回收系統
12:空冷式冷卻器
13:風扇
14:風扇馬達
15:控制器
16:溫度感測器
17:入口感測器
18:壓力感測器

Claims (12)

  1. 一種控制用於壓縮氣體的空冷式裝置(1)的方法，前述空冷式裝置包括用於壓縮氣體的至少一個元件(2)、用於冷卻前述空冷式裝置(1)中的流體的至少一個空冷式冷卻器(9、12)以及兩個或更多個風扇(10、13)，前述兩個或更多個風扇(10、13)中的至少一個風扇是速度可調的風扇，前述速度可調的風扇用於產生用於冷卻前述空冷式冷卻器(9、12)的冷卻空氣流，其特徵在於，當前述空冷式冷卻器(9、12)不需要冷卻時，前述方法包括將前述速度可調的風扇的速度控制到最低需要速度，以便至少避免在與前述冷卻空氣流相反的方向上行進的冷卻空氣回流。
  2. 如請求項1之方法，其中，在以下情況下將前述速度可調的風扇的速度降低到前述最低需要速度：在使用前述空冷式冷卻器(9、12)來冷卻由前述空冷式裝置(1)壓縮的氣體的情況下，不必冷卻壓縮氣體；以及/或者熱回收系統(11)代替前述空冷式冷卻器(9、12)提供前述空冷式裝置(1)的必要冷卻；以及/或者前述元件(2)停止或無負載運行。
  3. 如請求項1或2之方法，其中，基於以下項來確定前述最低需要速度：環境參數；以及/或者 由前述風扇(13)產生的冷卻空氣流的壓力；以及/或者在前述空冷式裝置(1)的用於冷卻空氣的共同出口中由前述風扇(10、13)產生的冷卻空氣流的壓力。
  4. 如請求項1或2之方法，其中，前述速度可調的風扇由風扇馬達(14)驅動，前述風扇馬達由前述風扇(13)冷卻，並且前述方法包括：如果前述空冷式冷卻器(9、12)不需要冷卻，則將前述速度可調的風扇的速度控制到前述最低需要速度，以便避免前述冷卻空氣回流，以及以便將前述的風扇馬達(14)冷卻到恰好足以防止前述風扇馬達(14)過熱。
  5. 如請求項4之方法，其中，基於前述速度可調的風扇的風扇馬達(14)的溫度來確定前述最低需要速度。
  6. 如請求項5之方法，其中，前述風扇馬達(14)的溫度是代表前述風扇馬達(14)的一個或多個軸承的溫度。
  7. 如請求項5之方法，其中，前述風扇馬達(14)的溫度是代表前述風扇馬達(14)的一個或多個繞組的溫度。
  8. 如請求項1或2之方法，其中，前述最低需要速度是基於前述空冷式裝置(1)的其他風扇(10)和/或冷卻器(9、12)的操作模式的最壞場景來確定的預定的固定值。
  9. 一種用於壓縮氣體的空冷式裝置，前述空冷式裝置包括用於壓縮氣體的至少一個元件(2)、用於冷卻前述空冷式裝置(1)中的流體的至少一個空冷式冷卻器(9、12)以及兩個或更多個風扇(10、13)，前述風扇(10、13)中的至少一個風扇是速度可調的風扇，前述速度可調的風扇用於產生用於冷卻前述空冷式冷卻器(9、12)的冷卻空氣流，其特徵在於，前述速度可調的風扇設置有控制器(15)，前述控制器被配置為執行如請求項1至8中任一項之方法。
  10. 如請求項9之空冷式裝置，其中，前述空冷式裝置(1)設置有用於冷卻前述空冷式裝置(1)中的一種或多種流體的多個空冷式冷卻器(9、12)並設置有多個速度可調的風扇，前述速度可調的風扇設置有前述控制器(15)，前述控制器被配置為執行如請求項1至5中任一項之方法。
  11. 如請求項10之空冷式裝置，其中，前述速度可調的風扇中的至少一個風扇設置有單獨的子控制器。
  12. 如請求項10之空冷式裝置，其中，一個控制器(15)被提供用於所有速度可調的風扇。
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