專利名稱：用于冷干燥的設備和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于冷干燥氣體的設備。更特別地，本發(fā)明涉及一種設備，所述設備包括熱交換器，所述熱交換器的一次側是冷卻回路的蒸發(fā)器，并且待干燥的氣體流動通過所述熱交換器的二次側，所述冷卻回路填充有冷卻劑并且還包含壓縮機和冷凝器以及在冷凝器出口和上述蒸發(fā)器的入口之間的第一膨脹裝置，由此設有至少ー個旁通管將所述壓縮機的排放側連接到所述壓縮機的進入偵牝由此第二膨脹裝置和控制閥設在該旁通管中，所述控制閥由控制単元根據從ー個或多個測量元件接收的信號控制。
背景技術：
眾所周知，冷干燥基于的原理是通過減小氣體溫度，氣體中的濕氣冷凝，然后在液體分離器中分離冷凝水，并且接著再次加熱氣體使得它不再飽和。例如由壓縮機輸送的壓縮空氣通常由水蒸汽飽和，或者換句話說具有100%的相對濕度。這意味著在溫度下降到低于所謂的露點的情況下發(fā)生冷凝。腐蝕將由于冷凝水而發(fā)生在管道和工具中并且設備會呈現過早磨損。因此壓縮空氣被干燥，這可以以上述方式通過冷干燥完成。除了壓縮空氣以外的空氣或其它氣體也可以以該方式被干燥。當干燥壓縮空氣時，熱交換器中的空氣不得過多地冷卻，原因是冷凝物然后將凍結。典型地，已干燥壓縮空氣具有零上ニ至三攝氏度或低于環(huán)境溫度20攝氏度的溫度。為了該目的蒸發(fā)器中的冷卻劑的溫度保持在15°C至_5°C之間。傳統(tǒng)上，通過為設備配備在壓縮機之上的至少ー個旁通管來保持冷卻劑的溫度受到控制。上述旁通管中的控制閥允許分支出來自冷卻回路的一定(額外)量的冷卻剤，然后被弓I導通過在壓縮機之上的上述旁通管。由此控制閥由也被稱為控制器的控制單元控制，所述控制單元以公知方式連接到一個或多個測量元件。一種設備是已經公知的，其中一個或多個測量元件設在熱交換器的外部以測量也被稱為LAT的最低氣體溫度。LAT是被引導通過上述熱交換器的二次側的待干燥的氣體的最低出現溫度。因此，LAT必須由放置在一位置的測量元件測量，在所述位置處預期溫度等于冷干燥設備在操作時的氣體的溫度。當上述測量元件記錄最低氣體溫度(LAT)由此可以發(fā)生冷凝物的冰凍時，控制單元將信號發(fā)送到控制閥以打開它。以該方式，一定量的冷卻劑或額外量的冷卻劑在壓縮機之上經由上述旁通管被弓I導，使得冷卻回路的冷卻容量減小。如果最低氣體溫度(LAT)是零上ニ至三攝氏度以上，則控制閥閉合使得冷卻回路的整個容量用于充分地冷卻待干燥的氣體。試驗表明不容易將測量元件定位在熱交換器上以測量最低氣體溫度(LAT)。然而，事實證明使用ー些熱交換器不可能以上述方式測量最低氣體溫度(LAT)。顯然在這樣的情況下不能在對應于最低氣體溫度(LAT)的溫度的基礎上控制控制閥。另ー個缺點在于在某個時間點在熱交換器的二次側中在所測量溫度和最低氣體溫度(LAT)的實際存在之間有一定的時間延遲。這意味著也以一定的時間延遲執(zhí)行控制。又ー個缺點在于，在設備的高和低兩種載荷下，所測量的最低氣體溫度(LAT)偏離氣體的露點，使得仍然會發(fā)生冷凝物的冰凍。WO 2007/022604描述了ー種設備，所述設備配備有控制單元，第一測量元件連接 到所述控制単元以測量冷卻劑溫度并且第二測量元件連接到所述控制単元以測量最低氣體溫度(LAT)或露點。在該設備的ー個操作模式中，在最低氣體溫度的測量的基礎上接通和切斷冷卻回路。在零載荷或小局部載荷的情況下，借助于呈流量傳感器的形式的第三測量元件切斷冷卻回路。冷卻劑溫度的測量值用于控制冷卻回路的旁通管中的控制閥。WO 2007/022604的這樣的設備的缺點在于使用流量傳感器使得成本増加并且設備更容易出故障，并且特別地取決于上述流量傳感器的良好操作以能夠使它適應于滿負載或零載荷狀態(tài)。這樣設備的另ー個缺點在于測量最低氣體溫度(LAT)的測量元件在該情況下也布置在熱交換器的外部。EP I. 103. 296描述了ー種設備，所述設備配備有兩個測量元件以測量蒸發(fā)器溫度和蒸發(fā)器壓力，所述測量元件連接到控制單元以控制冷卻回路中的壓縮機的旋轉速度并且控制旁通管中的控制閥。沒有考慮最低氣體溫度(LAT)。根據EP I. 103. 296的設備的另ー個實施例，測量蒸發(fā)器溫度和蒸發(fā)器壓力的上述測量元件可以由用于確定最低氣體溫度(LAT)的測量元件代替，但是在這樣的情況下沒有考慮冷卻回路中的冷卻劑的溫度。已經在上面論述了僅僅在來自測量最低氣體溫度(LAT)的測量元件的信號的基礎上控制控制閥的這樣實施例的缺點。如果控制僅僅基于冷卻劑的測量溫度，則控制將不是最佳的，原因是測量溫度值然后不對應于露點。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于通過提供一種用于冷干燥氣體的設備為上述和/或其它缺點中的ー個或多個提供解決方案，所述設備包括熱交換器，所述熱交換器的一次側是冷卻回路的蒸發(fā)器并且待干燥的氣體被引導通過所述熱交換器的二次側，以冷卻所述氣體并且從所述氣體冷凝出水蒸汽，所述冷卻回路填充有冷卻劑并且還包括壓縮機和冷凝器以及在所述冷凝器的出口和上述蒸發(fā)器的入口之間的第一膨脹裝置，由此提供將所述壓縮機的排放側連接到所述壓縮機的進入側的至少ー個旁通管，并且由此第二膨脹裝置以及控制閥設在該旁通管中，所述控制閥由控制単元根據從ー個或多個測量元件接收的信號控制，由此根據本發(fā)明的具體特征，至少ー個測量元件是用于測量所述熱交換器的所述二次側中的所述氣體的最低氣體溫度(LAT)或露點的測量元件，由此該測量元件直接設置在所述熱交換器的所述二次側的內部，由此至少一個附加測量元件是用于測量所述蒸發(fā)器中的所述冷卻劑的溫度的測量元件，由此上述控制單元帶有算法，所述算法基于來自用于測量冷卻劑溫度的測量元件的信號確定所述設備是否在零載荷還是滿負載下操作，并且在零載荷的情況下，僅僅在來自用于測量冷卻劑溫度的測量元件的信號的基礎上控制所述控制閥，并且在滿負載的情況下，僅僅在來自用于測量所述熱交換器的所述二次側中的所述氣體的最低氣體溫度(LAT)或露點的測量元件的信號的基礎上控制所述控制閥。根據本發(fā)明的設備的優(yōu)點在于可以精確地測量所述氣體的最低氣體溫度(LAT)或
藤^1^( O實際上，用于測量最低氣體溫度或露點的上述測量元件完全地或部分地放置在通過熱交換器的二次側的氣流中，使得直接測量該氣體的溫度或露點。另ー個優(yōu)點在于可以在沒有時間延遲的情況下記錄熱交換器中的最低氣體溫度 (LAT)或露點，使得可以在沒有時間延遲的情況下控制控制閥。當通過熱交換器的二次側的待干燥的氣流很小或完全變?yōu)榱銜r，設備的載荷很小或無載荷。通過測量冷卻劑溫度可以確定是否有零載荷狀態(tài)。實際上，在零載荷的情況下冷卻劑的溫度減小。如果例如冷卻劑溫度小于典型地為_5°C的某個特征值，則控制閥適當地被控制并且被布置成打開狀態(tài)使得冷卻回路的容量減小。由此優(yōu)點在于保護設備免于冰凍。優(yōu)選地，上述控制單元帶有算法，所述算法用于基于來自用于測量冷卻劑溫度的測量元件的測量信號確定所述設備的部分載荷狀態(tài)，并且用于根據第一子算法或根據第二子算法控制所述控制閥，所述第一子算法基于來自用于測量所述熱交換器的所述二次側中的所述氣體的最低氣體溫度(LAT)或露點的測量元件的信號，所述第二子算法基于來自用于測量冷卻劑溫度的測量元件的信號，由此在所測量的冷卻劑溫度的基礎上進行所述第一子算法和所述第二子算法之間的選擇。這樣的優(yōu)點在于設備自動地自適應變化載荷。本發(fā)明也涉及ー種用于冷干燥氣體的方法，由此通過將該氣體引導通過熱交換器的二次側以從氣體冷凝出水蒸汽而冷卻該氣體，由此所述熱交換器的一次側是冷卻回路的蒸發(fā)器，所述冷卻回路包括冷卻剤，并且由此該冷卻回路還配備有壓縮機、冷凝器以及在所述冷凝器的出口和所述蒸發(fā)器的入口之間的第一膨脹裝置，并且由此提供將所述壓縮機的排放側連接到所述壓縮機的進入側的至少ー個旁通管，由此第二膨脹裝置以及控制閥設在該旁通管中，所述控制閥由控制単元根據從ー個或多個測量元件接收的信號控制，由此根據本發(fā)明，所述控制単元基于冷卻劑溫度確定所述設備是在零載荷還是滿負載下操作，并且在滿負載下在由所述熱交換器的所述二次側的內部的至少ー個測量元件測量的最低氣體溫度(LAT)或露點的基礎上控制所述控制閥，并且在零載荷下，在由位于所述蒸發(fā)器中的至少ー個附加測量元件測量的冷卻劑溫度的基礎上控制所述控制閥。上述方法的優(yōu)點類似干與根據本發(fā)明的設備相聯(lián)系的優(yōu)點。優(yōu)選地，根據本發(fā)明的方法包括以下步驟比較所測量的冷卻劑溫度與最大閾值，并且當所測量的冷卻劑溫度高于該最大閾值時，認為所述設備處于滿負載。根據本發(fā)明的優(yōu)選特征，上述最大閾值是常數值，例如等于或大約等于2V。
應用這樣的算法確定載荷狀態(tài)的優(yōu)點在于它很簡單并且它不需要帶有流量傳感器以防止冰凍，使得可以節(jié)省成本并且設備不太容易出故障。當根據本發(fā)明的方法包括以下步驟時可以更好地獲得這些優(yōu)點比較所測量的冷卻劑溫度與最小閾值，并且當所測量的冷卻劑溫度低于該最小閾值時，認為所述設備處于零載荷。根據本發(fā)明的優(yōu)選特征，上述最小閾值是常數值，例如等于或大約等于_5°C。


為了更好地說明本發(fā)明的特征，在下文中通過根據本發(fā)明設備的例子而非限制參考附圖描述了優(yōu)選實施例，其中圖I顯示了根據本發(fā)明的用于冷干燥氣體的設備的框圖。 圖2顯示了根據圖I的變型。
具體實施方式
·在圖I中示意性顯示的用于冷干燥的設備I包括熱交換器2，所述熱交換器的一次側形成冷卻回路4的蒸發(fā)器3，在所述冷卻回路中相繼地帶有壓縮機5、冷凝器6和在該情況下呈膨脹閥的形式的第一膨脹裝置7。冷卻回路4填充有冷卻劑，例如R404a，所述冷卻劑的流動方向由箭頭A指示。在熱交換器2之后有設在管8中的液體分離器9。該管8的一部分在它到達熱交換器2之前可以延伸通過預冷器或回熱式熱交換器10，并且然后在液體分離器9之后在相對于上述一部分的逆流中再次延伸通過回熱式熱交換器10。在該情況下壓縮機5通過ー個旁通管11或將壓縮機5的排放側連接到壓縮機5的進入側的旁路被旁通，由此該進入側在冷卻回路4中位于蒸發(fā)器3的出口和壓縮機5的入口之間。旁通管11配備有用于分支出來自冷卻回路4的冷卻劑的控制閥12。在上述控制閥12的下游設有第二膨脹裝置，在該例子中所述第二膨脹裝置以熱氣旁路的形式被構造。控制閥12連接到控制單元14,測量元件15-16也連接到所述控制單元。在該情況下測量元件采用溫度傳感器的形式。第一測量元件15由此直接設置在熱交換器2的二次側的內部以測量最低氣體溫度(LAT)。第二測量元件16被布置在蒸發(fā)器3中以測量冷卻劑溫度。設備I的操作很簡單并且如下。氣體或待干燥的氣體的混合物(在該情況下是壓縮空氣)通過管8，并且因此在冷卻回路4的蒸發(fā)器3中在與冷卻流體相反的流動方向上通過熱交換器2。在該熱交換器2中，濕空氣被冷卻，使得形成在液體分離器9中被分離的冷凝物。在該液體分離器9之后包含較少濕氣、但是仍然具有100%的相対濕度的冷空氣在回熱式熱交換器10中被加熱，使得相対濕度下降到最大50%，同時在該熱交換器10中的待干燥的供應空氣在加入熱交換器2之前部分地被冷卻。在熱交換器10的出ロ處的空氣因此比在熱交換器10的入口處更干燥。為了防止蒸發(fā)器3凍結，熱交換器2中的空氣沒有被冷卻到低于LAT，所述LAT典型地為2°C至3°C或低于環(huán)境溫度20°C。如果LAT太高，則空氣不充分地冷卻，并且因此沒有足夠的濕氣被冷凝以充分地
干燥空氣。上述LAT條件由控制單元14滿足，所述控制單元適當地控制控制閥12，使得一定量的冷卻劑被引導通過在壓縮機5之上的旁通管11。以該方式可以改變和調節(jié)冷卻回路4 的冷卻容量?？刂茊卧?4基于所測量的最低氣體溫度LAT、并且也優(yōu)選地如圖中所示的基于冷卻劑溫度對控制閥12進行控制。因此當待干燥的供應空氣的流量最大時，換句話說，在設備的滿負載下，最低氣體溫度LAT用于控制控制閥12。在部分載荷下，在最低氣體溫度(LAT)和冷卻劑溫度的基礎上控制控制閥12。為了在零載荷下防止蒸發(fā)器3凍結，冷卻劑的溫度用于控制控制閥12。實際上，在零載荷下冷卻劑溫度變得太低，典型地小于_5°C，然后將控制閥12置于打開狀態(tài)。從前述內容可以清楚知道冷卻劑溫度用于確定設備I在什么時候處于無載荷或處于最小載荷，并且在零載荷的情況下，在冷卻劑溫度的基礎上控制控制閥12。本發(fā)明的特征在于溫度傳感器15位于熱交換器2的二次側的內部，使得在一方面，可以精確地測量最低氣體溫度(LAT)，并且在另一方面，可以精確且有效地并且在沒有時間延遲的情況下控制控制閥和由此控制待干燥的空氣的最低氣體溫度(LAT)。為了測量最低氣體溫度(LAT)，溫度傳感器15優(yōu)選地緊鄰著熱交換器2的帶有冷卻劑的熱交換器的后方放置。優(yōu)選地，在蒸發(fā)器3的入口處測量冷卻劑溫度，原因是當冷卻劑進入蒸發(fā)器3吋，冷卻劑達到循環(huán)中的其最低可能溫度。在該情況下壓縮機5是頻率控制式機器，因此壓縮機速度是可調節(jié)的，但是如圖I中所示的實施例也可以被構造成具有在恒定或大致恒定轉速下操作的壓縮機。圖2顯示了根據本發(fā)明的設備的變型實施例，由此與如圖I中所示的設備I的唯一區(qū)別在于設有第二旁通管17，在所述第二旁通管中設有第三膨脹裝置18。第二旁通管17確保在蒸發(fā)器3的出ロ處的壓カ不下降到低于某個最小值，從而防止了凍結。在該情況下，上述第三膨脹裝置18采用熱氣旁路的形式。如圖2中所示的實施例利用在恒定或大致恒定的速度下操作的壓縮機5。這使壓縮機5的復雜控制變得沒有必要。盡管在圖中熱交換器2和10、管8和液體分離器9被顯示為獨立部件，但是它們也可以被包含到在圖中被顯示為虛線的單個部件19中，并且測量元件15和16放置在其中。熱交換器2和液體分離器9之間的管部分8在這樣的情況下實際上是非必要的，原因是液體分離器9可以被結合到熱交換器2中。本發(fā)明決不被限制到作為例子被描述的且在圖2中被顯示的實施例，而是根據本發(fā)明的用于冷干燥的設備和方法可以在各種變型中實現而不脫離本發(fā)明的范圍。
權利要求
1.一種用于冷干燥氣體的設備，所述設備包括熱交換器(2)，所述熱交換器的一次側是冷卻回路(4)的蒸發(fā)器(3)，并且待干燥的氣體被引導通過所述熱交換器(2)的二次側以冷卻所述氣體并且從所述氣體冷凝出水蒸汽，所述冷卻回路(4)填充有冷卻劑并且還包括壓縮機(5)、冷凝器(6)以及在所述冷凝器(6)的出口和所述蒸發(fā)器(3)的入口之間的第一膨脹裝置(7)，并且至少一個旁通管(11)被設置用于將所述壓縮機(5)的排放側連接到所述壓縮機(5 )的進入側，并且第二膨脹裝置(13 )以及控制閥(12 )設在所述旁通管(11)中，所述控制閥由控制單元(14)根據從一個或多個測量元件接收的信號控制， 其特征在于，至少一個測量元件是用于測量所述熱交換器(2)的所述二次側中的所述氣體的最低氣體溫度(LAT)或露點的測量元件(15)，所述測量元件(15)直接位于所述熱交換器(2)的所述二次側的內部；至少一個附加測量元件是用于測量所述蒸發(fā)器(3)中的所述冷卻劑的溫度的測量元件(16);所述控制單元(14)帶有算法，所述算法基于來自用于測量冷卻劑溫度的所述測量元件(16)的信號確定所述設備(I)是否在零載荷還是滿負載下操作，并且在零載荷的情況下，僅僅在來自用于測量冷卻劑溫度的所述測量元件(16)的信號的基礎上控制所述控制閥(12)，并且在滿負載的情況下，僅僅在來自用于測量所述熱交換器(2)的所述二次側中的所述氣體的最低氣體溫度(LAT)或露點的所述測量元件(15)的信號的基礎上控制所述控制閥。
2.根據權利要求I所述的設備，其特征在于，所述控制單元(14)帶有算法，所述算法用于基于來自用于測量冷卻劑溫度的測量元件(16)的測量信號確定所述設備(I)的部分載荷狀態(tài)，并且用于根據第一子算法或根據第二子算法控制所述控制閥(12)，所述第一子算法基于來自用于測量所述熱交換器(2)的所述二次側中的所述氣體的最低氣體溫度(LAT)或露點的測量元件(15)的信號，所述第二子算法基于來自用于測量冷卻劑溫度的測量元件(16)的信號，在所測量的冷卻劑溫度的基礎上進行所述第一子算法和所述第二子算法之間的選擇。
3.根據權利要求I或2所述的設備，其特征在于，用于測量所述氣體的最低氣體溫度(LAT)或露點的所述測量元件(15)緊接著位于所述熱交換器(2)的所述二次側中的具有冷卻劑的熱交換部分后方。
4.根據前述權利要求之一所述的設備，其特征在于，用于測量所述蒸發(fā)器中的冷卻劑溫度的所述測量元件(16)位于所述蒸發(fā)器(3)的入口處。
5.根據前述權利要求之一所述的設備，其特征在于，所述壓縮機(5)是具有恒定轉速或大致恒定轉速的壓縮機。
6.根據權利要求5所述的設備，其特征在于，第二旁路管(17)被設置用于將所述壓縮機(5)的排放側連接到所述壓縮機(5)的進入側，并且第三膨脹裝置(18)設在所述第二旁路管(17)中。
7.根據權利要求6所述的設備，其特征在于，所述第三膨脹裝置(18)以熱氣體旁路的形狀實現。
8.一種用于冷干燥氣體的方法，通過將氣體引導通過熱交換器(2)的二次側以從氣體冷凝出水蒸汽而冷卻該氣體，所述熱交換器(2)的一次側是冷卻回路(4)的蒸發(fā)器(3)，所述冷卻回路(4)包括冷卻劑，并且所述冷卻回路(4)還配備有壓縮機(5)、冷凝器(6)以及在所述冷凝器的出口和所述蒸發(fā)器(3)的入口之間的第一膨脹裝置(7)，并且至少一個旁通管(11)被設置用于將所述壓縮機(5)的排放側連接到所述壓縮機(5)的進入側，第二膨脹裝置(13)以及控制閥(12)設在所述旁通管中，所述控制閥由控制單元(14)根據從一個或多個測量元件接收的信號控制， 其特征在于，所述控制單元(14)基于冷卻劑溫度確定所述設備(I)是在零載荷下還是在滿負載下操作，并且在滿負載下在最低氣體溫度(LAT)或露點的基礎上控制所述控制閥(12)，所述最低氣體溫度或露點由位于所述熱交換器(2)的所述二次側的內部的至少一個測量元件(15)測量，并且在零載荷下在冷卻劑溫度的基礎上控制所述控制閥，所述冷卻劑溫度由位于所述蒸發(fā)器(3)中的至少一個附加測量元件(16)測量。
9.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟比較所測量的冷卻劑溫度與最大閾值，并且當所測量的冷卻劑溫度高于所述最大閾值時，則認為所述設備(I)處于滿負載下。
10.根據權利要求9所述的方法，其特征在于，所述最大閾值是常數值。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述最大閾值等于或幾乎等于2°C。
12.根據權利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟比較所測量的冷卻劑溫度與最小閾值，并且當所測量的冷卻劑溫度低于所述最小閾值時，則認為所述設備(I)處于零載荷下。
13.根據權利要求12所述的方法，其特征在于，所述最小閾值是常數值。
14.根據權利要求13所述的方法，其特征在于，所述最小閾值等于或幾乎等于-5°C。
15.根據權利要求8至14中的任一項所述的方法，其特征在于，在所述設備(I)的部分載荷下，根據來自測量所述熱交換器(2)的所述二次側中的所述氣體的最低氣體溫度(LAT)或露點的測量元件(15)的信號或根據來自測量冷卻劑溫度的測量元件(16)的信號來控制所述控制閥(12)，在所測量的冷卻劑溫度的基礎上進行上述兩個控制之間的選擇。
16.根據權利要求8至15之一所述的方法，其特征在于，所述壓縮機(5)在大致恒定速度下運轉。
17.根據權利要求16所述的方法，其特征在于，設有將所述壓縮機(5)的排放側連接到所述壓縮機(5 )的進入側的第二旁路管(17)，在所述第二旁路管(17 )中設有第三膨脹裝置(18)。
全文摘要
一種用于冷干燥氣體的設備，所述設備包括熱交換器(2)，所述熱交換器的一次側是冷卻回路(4)的蒸發(fā)器(3)，并且待干燥的氣體被引導通過所述熱交換器(2)的二次側以冷卻所述氣體，并且從所述氣體冷凝出水蒸汽，由此至少一個旁通管(11)設有(5)控制閥(12)，所述控制閥由控制單元(14)根據從用于測量所述熱交換器(2)的所述二次側中的所述氣體的最低氣體溫度(LAT)或露點的測量元件(15)中接收的信號控制，由此該測量元件(15)直接定位在所述熱交換器(2)的所述二次側的內部，測量元件(16)用于測量所述蒸發(fā)器(3)中的所述冷卻劑的溫度。
文檔編號F25B49/02GK102686299SQ201080047986
公開日2012年9月19日 申請日期2010年11月8日 優(yōu)先權日2009年11月24日
發(fā)明者F·C·A·巴爾蒂, F·J·E·魯蘭茨, J·H·R·德赫特 申請人:阿特拉斯·科普柯空氣動力股份有限公司