[发明专利]冷却干燥气体的设备和方法

说明书

技术领域

本发明涉及冷却干燥气体的设备和方法。

背景技术

冷却干燥例如应用于用来提供通常饱和有水的热压缩气体的压缩机中。

该压缩气体在能够提供给气压网路之前必须干燥，因为在气体中的水份会对在气压网路中的部件和工具有害，因为水份可导致在不是为此设计的工具中腐蚀或累积水。

冷却干燥基于这样的原理，通过冷却为饱和有或部分饱和有水的气体，随着水份冷凝并且去除冷凝水从而从气体中去除水份，之后再次将气体加热，由此它不再饱和并且因此更干燥。

对于冷却干燥而言，采用这样的设备，该设备主要包括封闭冷却管路，该封闭冷却管路容纳有能够通过压缩机在管路中循环的冷却剂并且还沿着冷却剂流动方向连接地包括与压缩机的出口连接的冷凝器、膨胀装置、以及随后的与所述压缩机的入口连接的蒸发器，其中蒸发器形成具有用来引导所要干燥气体从中穿过的次级部分的热交换器的初级部分。

由于在蒸发器中冷却剂的蒸发或者热交换器的初级部分，如已知地，从流动穿过次级部分的所要干燥的气体中吸收热量，由此使得所要干燥的气体冷却，并且在将所形成的冷凝水排出之后，再次加热。

这种设备是针对用于干燥普通气流的名义负载设计的。

在未加载的状态下，换句话说在没有任何所要干燥的气体流动穿过热交换器时，冷却管路的冷却容量太高，从而在蒸发器中或之后会出现冷冻，这种情况绝对必须避免。

而且，在冷却回路的冷却容量没有有效用于干燥气体的情况下，在冷却回路中的冷却剂持续被泵送，从而损失了大量能量。

对这个问题的已知解决方案是在封闭冷却回路中设置旁通管道，并且在其中设有旁通阀，该旁通阀一方面在给设备加载时或者换句话说在所要干燥的气体流动穿过热交换器时关闭，或者另一方面在该设备未加载因此没有任何所要干燥的气体流经热交换器时打开。

在加载的情况下，旁通管道由于关闭因此没有任何作用，并且因此冷却管路以全容量操作，因为由压缩机压缩的全部冷却剂流也引导穿过冷凝器和膨胀装置，这一起确保了冷却剂的显著冷却，并且这种全冷却剂流也流经在热交换器中的蒸发器以冷却所要干燥的气体。

另一方面在未加载状态下，打开的阀确保了使得压缩机旁通，并且因此由压缩机压缩的至少一部分冷却剂不会流经冷凝器和膨胀装置，而且这部分冷却剂因此不会通过膨胀冷却，从而在蒸发器中的冷却很少，并且因此在蒸发器中或下游出现冷冻的危险要小得多。

下游和上游是沿着冷却剂在封闭冷却管路中的流动方向来考虑的。

对于能够满足上述功能的旁通阀而言，已知的是采用被称为“热气体旁通”（HGBP）阀，并且更具体地说这种阀是压力控制旁通阀，其阀元件在弹簧元件的作用下保持在关闭位置中以关闭旁通管道，并且还设有压敏元件，它作用在上述阀元件上，并且在受到足够的压降时能够克服弹簧力将阀打开。

在这些已知的设备中，压敏元件暴露于控制压力下，该压力局部通过在管路中的内部控制压力管道从蒸发器下游位置更具体地说在旁通管道导入到冷却管路中的位置处局部地分出。

在这种设备在通过热交换器突然驱动的所要干燥气体量的作用下从未加载状态变化为加载状态时，在蒸发器中的温度由于从所要干燥的气体到在蒸发器中的更冷的冷却剂的热传递而升高，从而更多的冷却剂在蒸发器中蒸发，这自身提高了在蒸发器中还有在蒸发器下游的压力，并且该压力升高由旁通阀感知到，由此该旁通阀将在压力升高足够时关闭。

HGBP阀的控制特征的特点在于在未加载和加载状态之间的一定的控制压力差，这在已知的设备中在加载状态下导致在蒸发器出口处的冷却剂压力相对较高，因此在其中由于在冷却剂流经蒸发器时出现的摩擦损失而压力甚至更高的蒸发器中的冷却剂压力也相对较高。

由于在封闭冷却回路中的冷却剂处于双相区域，所以在冷却剂的压力和温度之间存在明确的关系；在蒸发器中的压力越高也暗示了在蒸发器中的温度越高。

这导致这样的缺点，所要干燥的气体对于通过蒸发器干燥而言没有得到最佳冷却，这导致在热交换器的次级部分出口处气体压力露点更高，其中在该出口处要实现最低的可能温度（所要干燥的气体的最低温度也被称为LAT或“最低空隙温度”，但是术语LAT也用于除了空气之外的其它气体）以及相应的气体压力露点以便进行更好的干燥。

发明内容