用于對氣體進行冷卻干燥的方法與流程

本發明涉及用于對氣體進行冷卻干燥的方法。

更具體而言，本發明的目的是對氣體進行冷卻干燥，其中，通過引導氣體流經換熱器的第二部分而冷凝氣體中的水蒸氣，換熱器的第一部分形成封閉式冷卻回路中的蒸發器，冷卻劑可通過壓縮機在冷卻回路中循環；該壓縮機安裝在冷卻回路中，位于蒸發器下游，且位于冷凝器和膨脹閥以及旁通管路上游，冷卻劑可在冷凝器和膨脹閥中循環。熱氣旁通閥設置在上述旁通管路中，將壓縮機的出口連接至壓縮機上游的注入點。

背景技術：

眾所周知，冷卻干燥基于的工作原理是，降低氣體溫度，使氣體中的水分冷凝，之后，冷凝物在液體分離器中被分離，之后氣體被再加熱，使該氣體不再飽和。

眾所周知的是，大多數情況下，例如被壓縮機輸送的壓縮空氣中的水蒸氣飽和，或者換句話說，其相對濕度為100％。這意為，溫度降至低于“露點”時，發生冷凝。由于冷凝水的存在，因此管路和將壓縮空氣從壓縮機中排出的工具中存在腐蝕現象，設備會出現過早磨損。

因此需要干燥該壓縮空氣，這可通過冷卻干燥以上述方式實現。除壓縮空氣之外的空氣或其他氣體也可以這種方式被干燥。

在公知的方法中，通過兩個分離的控制來控制冷卻回路：一方面是對膨脹閥的控制，另一方面是對熱氣旁通閥的控制。

使用膨脹閥來膨脹正好足量的冷卻劑，使得冷卻劑在進入壓縮機時總是過熱。

由于這種過熱，存在的液態冷卻劑在被引導到壓縮機中之前可被蒸發，以最優地保護壓縮機免受液體冷卻劑的侵害。

可根據蒸發器壓力和蒸發器溫度的測量值確定冷卻劑的過熱，可確定膨脹閥打開的程度是否必須更大或更小，以通過這種方式控制冷卻劑的過熱。

使用熱氣旁通閥確保蒸發器壓力不會太低，使得換熱器中的空氣不會被大幅冷卻，否則，冷凝物將冷凍。

通過從冷卻回路中分接出一定量熱氣形式的冷卻劑，并驅動其進入跨壓縮機的旁通管路，使得蒸發器壓力保持在控制下，自然而然地使冷卻劑溫度保持在控制下。例如這對于冷卻回路負荷變化的情況是必須的。

這樣，裝置的冷卻能力可降低，防止了換熱器中的冷凝物冷凍或冷卻劑溫度大幅下降。

從而，通過以公知方法連接到一個或多個傳感器上的控制單元來控制熱氣旁通閥。

例如附接這些傳感器以確定蒸發器壓力。當這些傳感器顯示蒸發器壓力太低時，控制單元發出信號給熱氣旁通閥以使該熱氣旁通閥打開。這樣，一定量的冷卻劑被引導進入跨壓縮機的旁通管路，使得冷卻回路的冷卻能力降低。

其缺點是，必須提供兩種分開的控制，從而使得該方法復雜。

此外，對膨脹閥的控制影響對熱氣旁通閥的控制，反之亦然。

的確，如果膨脹閥打開或關閉以即使在可變負荷下可獲得固定的過熱，那么，蒸發器壓力將升高或降低。因此，還必須調節熱氣旁通閥以能將蒸發器壓力調節至合適的設定值。合適的蒸發器壓力取決于該負荷。

換句話說，熱氣旁通閥的狀態變化將肯定會讓膨脹閥也必須被調節。

這樣就難以保證冷卻回路良好運行。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種解決辦法來克服上述至少一個缺點和其他缺點。

本發明的目的是提供一種用于對氣體進行冷卻干燥的方法，其中，通過引導氣體流經換熱器的第二部分使氣體中的水蒸氣冷凝，換熱器的第一部分構成封閉式冷卻回路中的蒸發器，冷卻劑能通過壓縮機在冷卻回路中循環；所述壓縮機安裝在冷卻回路中，位于蒸發器下游，且位于冷凝器和膨脹閥和旁通管路上游，冷卻劑能在所述冷凝器和膨脹閥中循環；熱氣旁通閥設置在所述旁通管路中，將壓縮機的出口連接至壓縮機上游的注入點；其中，所述方法使用通過實驗方法確定的公式來控制蒸發器下游的冷卻劑的固定過熱值和所需的蒸發器壓力，所述公式反映出膨脹閥和熱氣旁通閥的狀態之間的關系，其中，所述方法基于所述公式，包括以下步驟：

-根據熱氣旁通閥的狀態調節膨脹閥的狀態；或者

-根據膨脹閥的狀態調節熱氣旁通閥的狀態；或者

-使所述熱氣旁通閥和所述膨脹閥的狀態相對于彼此被控制。

實驗已經顯示，對于冷卻回路的每個負荷，膨脹閥存在相關的固定狀態或打開狀態，熱氣旁通閥存在相關的固定狀態或打開狀態。換句話說，在膨脹閥和熱氣旁通閥之間存在聯系。

一個優點是，這種聯系可表達在公式中，該公式根據熱氣旁通閥的打開狀態計算出膨脹閥的打開狀態，或者根據膨脹閥的打開狀態計算出熱氣旁通閥的打開狀態。

根據本發明的方法的優點是，通過使用這種公式，可使所述熱氣旁通閥和所述膨脹閥的狀態被相互控制。

因此，能確保通過分別控制這兩種閥的狀態，這樣確定的狀態對應于所述公式，以保證冷卻回路良好運行。

另一個優點是，通過使用該公式，能僅使用一種控制(例如，僅控制膨脹閥)進行操作，熱氣旁通閥的狀態可通過該公式簡單計算出。

其優點是，不存在兩種相互影響的控制，由此使得干燥器的運行更穩定，干燥器不太復雜，原因在于僅存在一種控制。

附圖說明

為了更好地顯示本發明的特征，下面將參照附圖，通過非限制性實例描述根據本發明的方法和裝置的一些優選變形形式，附圖如下：

圖1示意性示出適用于根據本發明的方法的冷卻回路；

圖2示意性示出了兩條曲線，它們反映出在不同的冷凝器壓力下膨脹閥和熱氣旁通閥的狀態之間的關系；

圖3示意性示出了根據本發明的方法。

具體實施方式

圖1中所示的用于冷卻干燥的裝置1主要包括換熱器2，該換熱器的第一部分構成封閉式冷卻回路4中的蒸發器3，該冷卻回路中還依次設置有第一液體分離器5、壓縮機6、冷凝器7和膨脹閥8。

這種情況下，壓縮機6由馬達9驅動，用于使冷卻劑在冷卻回路4中沿箭頭A循環。壓縮機6例如可以是容積式壓縮機，而馬達9例如是電動機9。

冷卻劑例如可以是R404a，但是，本發明當然并不局限于此。

這種情況下，膨脹閥8優選是可控制的電子控制閥8。這種情況下，膨脹閥8可在最小狀態和最大狀態之間無限調節。

電子膨脹閥8的優點是，例如可根據負荷十分準確地控制將進入蒸發器3的液體冷卻劑的膨脹，從而獲得更穩定的裝置1。

換熱器2的第二部分10構成管路11的用于待干燥的潮濕空氣的一部分，待干燥的潮濕空氣的流動方向如箭頭B所示。管路11的入口例如可連接到壓縮機的出口上，例如用于輸送待干燥的壓縮空氣。

第二液體分離器12安裝在管路11中，位于換熱器2的第二部分10之后，更具體而言，位于其出口之后。

這種情況下，管路11中的一部分13在到達換熱器2的第二部分10之前，穿過預冷器或回收換熱器14。在第二部分10之后，該管路11中的一部分15也穿過該回收換熱器14，與上述部分13中的流動方向相反。

前述管路11的輸出端例如可連接到壓縮空氣網(圖中未示出)上，例如，壓縮空氣消耗裝置(如，受壓縮空氣驅動的工具)連接到壓縮空氣網上。

這種情況下，壓縮機6加設有一個旁通管路16，該旁通管路將壓縮機6的出口連接至注入點P。這種情況下注入點P位于蒸發器3的入口17a上游，但位于膨脹閥8下游。

旁通管路16構造有用于將冷卻劑從冷卻回路4分接出的熱氣旁通閥18。

優選地，熱氣旁通閥18是電子熱氣旁通閥18，其優點是，打開旁通閥的程度可更大或更小，使得可調節通過該旁通管路注入的冷卻劑量。

這將能使冷卻劑從蒸發器3的入口17a上游被再注入冷卻回路4中。很顯然，注入點P也可位于蒸發器的入口17a或出口17b下游。在最后一種情況下，熱氣旁通閥18不需要是電子閥。

這種情況下，電子熱氣旁通閥18可在最小或關閉狀態或完全打開的最大狀態之間被無限調節。

電子熱氣旁通閥18連接到控制單元19上，這種情況下，一些裝置20、21和22也可連接到該控制單元上，以確定冷卻劑的溫度和/或壓力。

第一裝置20定位在冷凝器7處以確定冷凝器壓力p_c。

第二裝置21和第三裝置22布置在蒸發器3之后，以分別確定蒸發器3中的冷卻劑的壓力p_v和溫度T_v。很顯然，這些裝置可以不同方式實施。

控制單元19也可連接到冷凝器7、膨脹閥8和馬達9上。

用于通過根據圖1的裝置1進行冷卻干燥的方法十分簡單，該方法如下。

輸送待干燥的空氣流經管路11，從而沿箭頭流經換熱器2的第二部分10。

在該換熱器2中，潮濕空氣在流經換熱器2的第一部分的冷卻劑的影響下被冷卻，或者，因此，在流經冷卻回路4的蒸發器3的冷卻劑的影響下被冷卻。

因此則形成冷凝物，冷凝物在第二液體分離器12中被分離。

冷空氣在經過第二液體分離器12之后具有較小的絕對濕度，但其相對濕度仍為100％，其在新輸送的待干燥空氣的影響下在回收換熱器14中被加熱，使得相對濕度優選降至低于50％，而將要在回收換熱器14中被干燥的新空氣在被傳輸到換熱器2之前已經被局部冷卻。

因而，回收換熱器14出口處的空氣比換熱器2入口處的空氣更干燥些。

為了能在換熱器的第二部分10中冷卻待冷卻的潮濕空氣，將冷卻劑引導到冷卻回路中，使冷卻劑沿箭頭A的方向流經蒸發器3或換熱器2的第一部分。

從蒸發器3出來的熱冷卻劑處于氣相狀態，將通過壓縮機6被升壓至更高的壓力，然后在冷凝器7中被冷卻和冷凝。

冷的液態冷卻劑然后將通過膨脹閥8進行膨脹，將進一步冷卻，之后被驅動至蒸發器3中，以在蒸發器3中冷卻待干燥空氣。

在熱傳遞的作用下，冷卻劑將在蒸發器3中升溫、蒸發，再次被引導到壓縮機6中。

經過蒸發器3之后仍存在的任何液態冷卻劑將被第一液體分離器5阻止。

因此，控制單元19將根據來自于第二裝置21和第三裝置22的信號控制膨脹閥8和熱氣旁通閥18，使得冷卻劑在經過蒸發器3之后達到合適的過熱值，且實現合適的蒸發器壓力p_v。

在條件發生改變的情況下，例如，冷卻回路4中的負荷變化時，必須調節膨脹閥8和熱氣旁通閥18的狀態。

因此，控制單元19中有一個控制器，這種情況下，該控制器用于熱氣旁通閥18的狀態。通過公式確定膨脹閥的狀態，這種情況下該公式存儲在控制單元19中。

該公式用實驗方法確定，由圖2中所示的曲線23推導出。

圖2中的曲線23由用實驗方法確定的多個不同點24組成，其中，每個點24反映特定負荷下膨脹閥8的狀態或打開程度以及熱氣旁通閥18的相關狀態或打開程度，其中，在該負荷下調節這兩個閥8、18，達到合適的蒸發器壓力p_v和冷卻劑的固定過熱值，其中，為了形成曲線23，保持冷凝器壓力p_c恒定。

換句話說，曲線24上的每個點23對應于特定負荷，整個曲線23對于一個特定的冷凝器壓力p_c而言是有效的。

膨脹閥8、熱氣旁通閥18的狀態或打開程度例如表達為a％，其中，0％對應于完全關閉的閥，100％對應于完全打開的閥。

對于另一冷凝器器壓力p_c'，可由用實驗方法確定的不同點24'構造出類似的曲線23'。

根據曲線23得到限定曲線23的形狀的公式。

該公式的表達形式為y＝A*e^B*x，其中，

y是膨脹閥8的狀態，x是熱氣旁通閥18的狀態；

A和B是用試驗方法確定的參數。

例如，參數A和B取決于冷凝器壓力、冷卻劑、所需的過熱值和/或其他環境參數。

可針對每個曲線23、23'得到這種公式。

該公式存儲在控制單元19中。在裝置1的操作期間，控制單元將根據來自于第一裝置20的信號控制熱氣旁通閥18，以保持冷凝器壓力p_c為所需值。

為了控制膨脹閥的狀態，控制單元將根據來自于第一裝置20的信號，針對當時適用的冷凝器壓力p_c選擇公式。

根據熱氣旁通閥18的狀態，可用該公式計算膨脹閥8的狀態。

這在圖2中示意性示出：根據冷凝器壓力p_c確定校正曲線23(因而，確定校正公式)。可從曲線23中讀出熱氣旁通閥18的狀態，之后從該曲線23得出膨脹閥8的伴隨狀態。控制單元19將膨脹閥8調節至該狀態。

當然，控制單元19能包含用于膨脹閥8的控制器，由此控制該膨脹閥8，使得冷卻劑在經過蒸發器3之后的過熱固定，根據該公式，以與上述方式十分類似的方式確定熱氣旁通閥18的相關狀態。

此外，也可能取代將不同的公式存儲在控制單元19中，而是用實驗方法確定適用于特定冷凝器壓力p_c的一個公式，當冷凝器壓力p_c不同于上述特定的冷凝器壓力p_c時，校正系數C應用于該公式，其中，校正系數C取決于當時適用的冷凝器壓力p_c。

換句話說，適用于一個特定冷凝器壓力p_c的一個公式存儲在控制單元19中。如果適用于當時的冷凝器壓力p_c不同于上述特定的冷凝器壓力p_c，控制單元19在計算膨脹閥8的狀態時將使用校正系數C，其中，該校正系數C將取決于冷凝器壓力p_c。

實驗顯示，針對不同的冷凝器壓力p_c的不同曲線23、23'可通過使用校正系數C來改變曲線23得到。

如果用實驗方法確定的適用于特定冷凝器壓力p_c的公式的表達形式為：y＝A*e^B*x，那么，具有校正系數的公式將采用下列形式：

y＝(A+C)*e^B*x+C，其中，

y是膨脹閥8的狀態，x是熱氣旁通閥18的狀態；

A和B是用試驗方法確定的參數；

C是取決于冷凝器壓力p_c的校正系數。

通過在上述公式中使用合適的校正系數C，可得到適用于不同的冷凝器壓力p_c的曲線23'的公式。

在圖3中示意性示出了分別使用校正系數C和C'而得到的曲線。

使用具有校正系數C的公式時，該方法如下。

該公式y＝(A+C)*e^B*x+C存儲在控制單元19中，其中，A和B用實驗方法確定。

控制單元19將根據來自于第一裝置20的信號控制熱氣旁通閥18，以確定冷凝器壓力p_c。

根據該冷凝器壓力p_c，控制單元19還將確定待應用于該公式的合適的校正系數C。

可根據具有校正系數C的該公式和熱氣旁通閥18的狀態，計算出膨脹閥18的狀態。控制單元19將調節膨脹閥8至該計算出的狀態。

控制單元19還能設置有兩個控制器，一個控制器用于膨脹閥8，另一個控制器用于熱氣旁通閥18，這是通常情況。使用所述公式，通過相對于彼此的受控的調節得到這兩個閥8、18的狀態，以能保證冷卻回路4良好運行。

本發明絕不限于作為實例描述和附圖中所示的實施例，但是，在不違背本發明范圍的情況下，根據本發明的用于冷卻干燥氣體的這種方法可用不同的變形形式實現。