專利名稱：制冷型壓縮氣體干燥器的控制系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種改進的控制系統(tǒng)，其用于制冷型壓縮氣體干燥器，即通常用來去除壓縮氣流特別是壓縮空氣流所含水分的機器。
背景技術：
同一申請人的出版物EP1293243公開了一種上述類型的制冷型壓縮氣體干燥器的控制系統(tǒng)，其中簡要地描述了目前所用或者目前可以在市場上見到的各種干燥器。
本領域眾所周知，典型的制冷型壓縮氣體干燥器通常是通過冷卻進入干燥器的空氣——從而使水蒸氣冷凝——并最終排出冷凝水蒸氣來減少壓縮空氣流中的水蒸氣含量。換句話說，壓縮空氣首先在空氣-空氣熱交換器(在本領域中還稱作節(jié)熱器)中被來自制冷循環(huán)蒸發(fā)器的冷壓縮空氣流冷卻。離開空氣-空氣熱交換器的冷壓縮空氣流入制冷循環(huán)蒸發(fā)器中，由于制冷劑或者冷卻劑介質(zhì)的蒸發(fā)作用，在此被進一步冷卻。在蒸發(fā)器出口，壓縮空氣達到其最低溫度(壓力露點)，與此對應的相對濕度是100％。在該空氣流被送回空氣-空氣熱交換器之前，冷凝水蒸氣被分離并排出。在空氣-空氣熱交換器的出口，水蒸氣的含量保持不變(相同的壓力露點)，但由于加熱效應其相對濕度下降。
在其他類型的干燥器，即所謂的“熱質(zhì)”(thermal mass)干燥器中，使用中間介質(zhì)來冷卻壓縮空氣，其中該中間介質(zhì)在另一個熱交換器中通過蒸發(fā)制冷劑介質(zhì)而被冷卻。
在所謂的“熱氣體”(hot gas)干燥器中，即使沒有壓縮空氣流，制冷壓縮機也運轉(zhuǎn)穩(wěn)定，并且由制冷循環(huán)產(chǎn)生的過度制冷輸出或效果由通過壓縮機所泵的熱氣體來補償，熱氣體被用于防止空氣溫度降低到零度以下的控制部件直接分流到吸入側(cè)(圖1)。該控制部件通常是壓力控制閥門，用于控制壓縮機的吸入壓力。在這些熱氣體干燥器中，露點實際上是恒定的。
在“熱質(zhì)”干燥器中，因為大致與熱負載(氣體的流速、溫度、壓力和相對濕度的組合)成比例，不能忽略振蕩也就是露點的周期性變化，并且電力輸入也是變化的。制冷壓縮機被控制熱質(zhì)溫度(通常是與蒸發(fā)器中空氣最低溫度相關的溫度)的恒溫器所控制。這種恒溫器周期性地開關壓縮機，以保持熱質(zhì)溫度在預定限度內(nèi)(圖2)。當壓縮機工作時，所產(chǎn)生的過度制冷能力被儲存在熱質(zhì)中并被用于在壓縮機關閉時冷卻壓縮空氣。但是與本領域已知的其他干燥器相比，這種類型的干燥器需要有更大的尺寸并涉及更高的成本，而且它們在額定條件下的能量輸入，也就是能量輸入率要高于相應的熱氣體干燥器，這是因為雙重熱交換過程使壓縮機在較低的吸入壓力下工作，并因此導致較低的能效(COP)。
與熱質(zhì)干燥器不同，熱氣體干燥器使用的熱交換器(即空氣-空氣熱交換器和制冷循環(huán)蒸發(fā)器)不具有任何充足的熱質(zhì)來將露點的周期性變化保持在足夠窄的范圍內(nèi)(例如3℃)，且不能確保壓縮機開關周期的數(shù)值低于壓縮機制造商規(guī)定的最高允許值(例如每小時12個周期)。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的第一個目的是提供一種新穎的制冷型壓縮氣體干燥器的控制系統(tǒng)，在熱負載變化的條件下，即使利用典型的熱氣體干燥器型熱交換器，也能有效確保節(jié)能效果，這非常類似于在熱質(zhì)干燥器中所獲得的效果。
本發(fā)明的另一個目的是確保最低可能的壓縮氣體露點，其進一步被控制在令人滿意限度的變化內(nèi)。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種壓縮氣體干燥器，與熱氣體干燥器相比，所述壓縮氣體干燥器具有更低的成本、更緊湊的尺寸以及更輕的重量。
根據(jù)本發(fā)明，在具有控制系統(tǒng)的制冷型壓縮氣體干燥器中實現(xiàn)了這些以及更進一步的目的，該控制系統(tǒng)引入了所附權利要求1等所述的特性和特征。


總之，通過以下參照附圖的非限制性實施例所給出的詳細描述，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將更容易理解，其中圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術的帶有壓縮機壓力控制器的熱氣體類型的壓縮氣體干燥器的示意圖；圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術的帶有溫度控制器的熱質(zhì)類型的壓縮氣體干燥器的示意圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明的引入控制系統(tǒng)的制冷型壓縮氣體干燥器的示意圖；圖4是描繪與根據(jù)現(xiàn)有技術的熱氣體干燥器和熱質(zhì)干燥器相比較，根據(jù)本發(fā)明的壓縮氣體干燥器中的電力輸入對熱負載的線圖；圖5是描繪根據(jù)本發(fā)明控制系統(tǒng)的壓縮機運轉(zhuǎn)對控制溫度的線圖。
具體實施例方式
如上所述，及如圖1-3所示，制冷型壓縮氣體干燥器包括制冷循環(huán)，制冷循環(huán)包含壓縮機10，壓縮機10將制冷劑介質(zhì)泵入冷凝器12，在此該同一介質(zhì)從氣態(tài)轉(zhuǎn)化成液態(tài)，然后在該狀態(tài)下流入節(jié)流構件14，最后，在被壓縮機重新吸入之前，流過蒸發(fā)器16。
氣體形成的冷凝物，也就是被冷卻的空氣，被由此移入冷凝物分離器18中，被適當?shù)厥占⒆詈笸ㄟ^冷凝物排出裝置20排出。
另外，現(xiàn)有技術的干燥器和根據(jù)本發(fā)明的干燥器都包含熱交換器22或者節(jié)熱器，其中壓縮氣體或空氣被經(jīng)受后加熱的相同的壓縮氣體或空氣預冷。
熱氣體壓縮氣體干燥器(圖1)也包含一個另外的節(jié)流構件30，節(jié)流構件30通常由壓力控制閥組成，壓力控制閥通過分流節(jié)流構件30來控制壓縮機的吸入壓力，以防止空氣溫度過冷卻，也就是降到零值以下。
與之相反，熱質(zhì)壓縮氣體干燥器(圖2)使用設在熱交換器22和蒸發(fā)器16之間的中間壓縮氣體/液體熱交換器32，和恒溫器34，恒溫器34通?？刂埔后w溫度或者控制熱交換器32處的與來自熱交換器32的壓縮空氣出口溫度相關的溫度，以使熱質(zhì)溫度保持在預設限度內(nèi)來循環(huán)啟動和關閉壓縮機10。
根據(jù)本發(fā)明，制冷型壓縮氣體干燥器的新控制系統(tǒng)所根據(jù)的原理是，使干燥器可選擇地用作熱氣體干燥器或者熱質(zhì)干燥器，以通過熱負載的測量和相應的檢測來優(yōu)化其性能和效率。
新控制系統(tǒng)首先要解決的基本問題是調(diào)和兩個互相沖突的技術條件，即(i)保持壓縮機每小時開關循環(huán)的最高允許數(shù)目在干燥器制造商規(guī)定的限度之內(nèi)(例如每小時12個循環(huán))，(ii)保持振蕩或者露點變化的范圍在使用者能夠接受的限度之內(nèi)(例如在1℃和5℃之間)。
這個問題的解決方案是基于下面的考慮，如參考圖1所述的熱氣體干燥器具有有限的熱質(zhì)，但是當熱負載低時(例如在0到5％之間)，所述有限的熱質(zhì)足以確保符合前述條件。為了達到本發(fā)明的目的而設計的解決方案中，電磁閥36被連接到熱氣體分流裝置30的上游(圖3)。設置該電磁閥36的目的在于必要時隨時可以讓壓力控制分流閥30工作，這將會在后面進一步詳細解釋。在這點，應當注意，電磁閥36即使被安裝在閥30的下游也能夠執(zhí)行其特殊的任務。溫度調(diào)節(jié)控制功能以更簡單的方式實現(xiàn)于干燥器的電子控制設備38中，電子控制設備38適當?shù)嘏c連接到制冷循環(huán)的蒸發(fā)器16上的傳感器40相連接。
電子控制設備38測定干燥器熱質(zhì)的溫度，例如在蒸發(fā)器16接近來自蒸發(fā)器的壓縮空氣出口的位置和/或接近制冷劑介質(zhì)入口的位置(空氣和制冷劑介質(zhì)沿相反方向，即逆流方向流動)，因此這個溫度與壓縮氣體的露點相關。在這種情況下，傳感器40是溫度傳感器。
可選擇地，可以測定來自蒸發(fā)器16的壓縮氣體的出口溫度，或者制冷劑介質(zhì)流入蒸發(fā)器的溫度(空氣和制冷劑介質(zhì)沿相反方向，即逆流方向流動)。進一步可選擇的方案是，由于所有這些量都與露點相關，被測定的量可以是制冷劑介質(zhì)的蒸發(fā)壓力。但是，在最后所述的情況下，傳感器40是壓力傳感器。
在測定量的基礎上，電子控制設備38以下述方式開動壓縮機10和位于熱氣體分流閥30上游的電磁閥36。
當熱負載低時(例如在0到5％之間)，系統(tǒng)作為熱質(zhì)干燥器運轉(zhuǎn)。特別是，當以很低的負載運轉(zhuǎn)時(也就是接近零負載，特別是沒有壓縮氣體流過時)，干燥器節(jié)省了相當數(shù)量的能量，因為其熱損失(由熱交換器外表面導致的熱損失)低于真正的熱質(zhì)干燥器的熱損失(由于真正的熱質(zhì)干燥器有三個熱交換器而不是兩個，以及由于形成熱質(zhì)而需要的更大的體積)。
相反當熱負載高時(例如高于20％)，系統(tǒng)同時作為熱氣體干燥器和熱質(zhì)干燥器來運轉(zhuǎn)，其中，作為熱氣體干燥器工作的時間周期與作為熱質(zhì)干燥器工作的時間周期交替進行。當熱負載上升時，本發(fā)明的系統(tǒng)作為熱氣體干燥器工作的時間周期延長，而作為熱質(zhì)干燥器工作的時間周期縮短。雖然是以非線性的方式，電力輸入仍隨熱負載的上升而上升，直至達到其在100％的熱負載時的額定值。但是這個額定值低于傳統(tǒng)的熱質(zhì)干燥器中100％熱負載時的電力輸入。
根據(jù)本發(fā)明的新控制系統(tǒng)得到的這個結果，可以從圖4的線圖中清楚地推出，其中描繪了相對熱負載的干燥器電力輸入。很容易看出，與熱質(zhì)干燥器相比，具有本發(fā)明的新控制系統(tǒng)的制冷型壓縮氣體干燥器所涉及的電力輸入在中等熱負載時比較高(線圖中的B區(qū)域)，而在高熱負載和低熱負載時毫無疑問是比較低的(分別為線圖中的A和C區(qū)域)，其中在低熱負載和中等熱負載時，該電力輸入都遠低于熱氣體干燥器的電力輸入。
當具有本發(fā)明的控制系統(tǒng)的干燥器以熱質(zhì)干燥器的方式工作時，壓縮機10通常由單級溫度調(diào)節(jié)控制功能所控制，如圖5所示，其中TC是控制溫度(例如熱質(zhì)溫度)；TS是設定值；ΔT是溫差。
因為蒸發(fā)器16中將被補償?shù)臒豳|(zhì)的不足，起到電磁閥36作用的熱氣體分流裝置30被使用，以使壓縮機的運轉(zhuǎn)時間與最低的運轉(zhuǎn)時間一致(與壓縮機制造商設定的最高允許開關循環(huán)的數(shù)目相一致)，防止蒸發(fā)器中結冰達到任何危險、或者不能接受的程度。下面是上述理論的一個實施例。
讓我們假設壓縮機每小時開關循環(huán)數(shù)的上限是12，因此壓縮機的每兩次激發(fā)或者每兩次斷開之間平均必須經(jīng)過5分鐘的時間。再假設額定的熱負載近似為50％(也就是熱質(zhì)干燥器中要求壓縮機最高開關循環(huán)數(shù)目的條件)。在這些條件下，壓縮機被關閉、也就是斷開以后，由于只有少量的熱質(zhì)可利用，緊接著控制溫度TC就迅速上升達到TS+ΔT的值。為了防止露點上升超過可接受的限度，因此，壓縮機10在其先前被關閉后僅經(jīng)過了相當短的時間(這個時間無疑遠遠小于5分鐘)之后又被接通。一旦壓縮機被接通，熱質(zhì)的溫度TC在距壓縮機上一次斷開不到5分鐘的時間內(nèi)、以同樣迅速的方式下降至TS。控制設備38必需在這時啟動熱氣體閥30上游的電磁閥36、使之打開并保持一段時間，以便能夠使干燥器以正常熱氣體干燥器的方式工作，直至最終達到距壓縮機上一次斷開所要求的5分鐘的時間。就在這個時間達到之后，壓縮機被關閉。這樣，在保證適當露點的同時也符合所要求的壓縮機每小時開關循環(huán)數(shù)目的上限，盡管實際上只有少量的能量被節(jié)省。
通常發(fā)生的情形是，在低熱負載時，電子控制設備38使與熱氣體閥30相連接的電磁閥36保持關閉，從而導致干燥器以熱質(zhì)干燥器模式工作；反之，在較高熱負載時，所述電子控制設備38將導致同一干燥器以混合模式工作。
為了可以進一步地改進干燥器的性能，并為了在其振蕩或者變化很小的情況下獲得低露點，使用了基于熱負載測定的控制方法。
對于測定熱負載，所有要做的就是測定在壓縮機10被關閉后熱質(zhì)溫度上升的速度。另一個選擇是，可以測定壓縮機10被接通后熱質(zhì)溫度下降的速度。
具有給定壓縮機10、空氣-空氣的熱交換器22和蒸發(fā)器16的各單一干燥器，會具有依賴于熱負載而變化的比率值，而且該比率值是各特定干燥器的特性，其中這些值很方便也很容易通過實驗而被確定。
例如比率可以被計算為預設的ΔT(溫差)與時間t的比值，所述時間t是從壓縮機被關閉那一刻起到熱質(zhì)溫度達到一個特定值所經(jīng)過的時間，所述特定值等于熱質(zhì)在壓縮機被關閉時的溫度加上預設的ΔT。
預設的Δt(時間差)和溫度差的反比，所述溫度差是這一時間周期的初始時刻的測定溫度與終止時刻測定溫度的差值。
容易看出，這個比值越大，熱負載越高，反之亦然。
當這些值已知時，就能夠控制壓縮機10和電磁閥36以達到預設的關于節(jié)能效果和露點控制的目標。
具有本發(fā)明的控制系統(tǒng)的干燥器的性能仍可以通過提供另外一個位于節(jié)流構件14上游的電磁閥42(圖3)而被進一步改進，所述電磁閥42在壓縮機被關閉時關閉(當同一壓縮機再一次接通時又打開)，從而防止制冷介質(zhì)從制冷循環(huán)的高壓側(cè)流向制冷循環(huán)的低壓側(cè)，特別是在節(jié)流構件14是毛細管的情況下。實際上，這種制冷介質(zhì)的流動會影響用于溫度調(diào)節(jié)控制和熱負載計算目的的溫度測定。
權利要求
1.一種制冷型壓縮氣體干燥器的改進控制系統(tǒng)，所述干燥器包括制冷循環(huán)、熱交換器(22)、冷凝物分離器(18)和冷凝物排出裝置(20)，所述制冷循環(huán)具有壓縮機(10)、冷凝器(12)、節(jié)流構件(14)和蒸發(fā)器(16)，其中所述壓縮機(10)由熱氣體閥(30)分流，其特征在于具有控制設備(38、40)，用于測定干燥器的熱質(zhì)溫度或者與之相關的溫度并啟動壓縮機(10)的開關且相應地控制與熱氣體閥(30)上游相連的電磁閥(36)。
2.根據(jù)權利要求1所述的制冷型壓縮氣體干燥器的改進控制系統(tǒng)，其特征在于對于根據(jù)熱負載變化的時間周期，控制設備(38、40)適于使干燥器可選擇地用作熱氣體干燥器或者熱質(zhì)干燥器。
3.根據(jù)權利要求1所述的制冷型壓縮氣體干燥器的改進控制系統(tǒng)，其特征在于當熱負載低時，控制設備(38、40)適于使干燥器用作熱質(zhì)干燥器；當熱負載高時，適于使干燥器可選擇地用作熱氣體干燥器和熱質(zhì)干燥器。
4.根據(jù)權利要求1所述的制冷型壓縮氣體干燥器的改進控制系統(tǒng)，其特征在于控制設備包括與傳感器(40)相連的電子控制設備(38)，所述的傳感器(40)與制冷循環(huán)的蒸發(fā)器(16)相連。
5.根據(jù)權利要求4所述的制冷型壓縮氣體干燥器的改進控制系統(tǒng)，其特征在于傳感器(40)是溫度傳感器并適于測定與壓縮空氣露點相關的溫度。
6.根據(jù)權利要求4所述的制冷型壓縮氣體干燥器的改進控制系統(tǒng)，其特征在于傳感器(40)是溫度傳感器并適于測定來自蒸發(fā)器(16)的壓縮空氣的出口溫度。
7.根據(jù)權利要求4所述的制冷型壓縮氣體干燥器的改進控制系統(tǒng)，其特征在于傳感器(40)是溫度傳感器并適于測定進入蒸發(fā)器(16)的制冷介質(zhì)的入口溫度。
8.根據(jù)權利要求4所述的制冷型壓縮氣體干燥器的改進控制系統(tǒng)，其特征在于傳感器(40)是壓力傳感器并適于測定蒸發(fā)器(16)中制冷介質(zhì)的蒸發(fā)壓力。
9.根據(jù)權利要求1所述的制冷型壓縮氣體干燥器的改進控制系統(tǒng)，其特征在于節(jié)流構件(14)的上游設有由電子控制設備(38)控制的另一個電磁閥(42)，當壓縮機(10)關閉時，所述的電磁閥(42)關閉，且當壓縮機(10)再次啟動時所述的電磁閥(42)重新打開。
10.參考附圖描述和示出的且能夠以上述方式使用的制冷型壓縮氣體干燥器的改進控制系統(tǒng)。
全文摘要
制冷型壓縮氣體干燥器的改進控制系統(tǒng)，該干燥器包括制冷循環(huán)、熱交換器(22)、冷凝物分離器(18)和冷凝物排出裝置(20)，制冷循環(huán)具有壓縮機(10)、冷凝器(12)、節(jié)流構件(14)和蒸發(fā)器(16)，其中壓縮機(10)由熱氣體閥(30)分流。控制設備(38、40)用于測定干燥器的熱質(zhì)溫度或者與之相關的溫度并啟動壓縮機(10)的開關且相應地控制與熱氣體閥(30)上游相連的電磁閥(36)，以對于根據(jù)熱負載變化的時間周期，使干燥器可選擇地用作熱氣體干燥器或者熱質(zhì)干燥器。
文檔編號B01D5/00GK1840994SQ200610058190
公開日2006年10月4日 申請日期2006年3月10日 優(yōu)先權日2005年3月14日
發(fā)明者路西亞諾·貝萊莫 申請人:多姆尼克漢德霍斯公司