压缩气体的干燥机、压缩机设备及干燥压缩气体的方法

技术领域

本发明涉及用于压缩气体的干燥机、设置有这种干燥机的压缩机设备以及用于干燥压缩气体(例如空气)的方法。

背景技术

用于压缩气体的干燥机是已知的，其设置有压力容器，压力容器包括干燥区和再生区以及还可包括冷却区；还包括在压力容器中的可旋转滚筒，其具有可再生干燥剂。压力容器包括：入口，用于将待干燥压缩气体供应到干燥区中；和出口，用于排出干燥后气体。将热再生气体引入再生区中，以使干燥剂再生。干燥机还包括驱动装置，用于使滚筒旋转，以使得干燥剂移动相继通过干燥区和再生区。

已经通过压缩而加热并且因此具有较低相对水分含量的压缩气体可以用作用于使干燥剂再生的再生气体。在第一已知实施方式中，压缩气体供应流的一部分分支出以用于再生，随后重新引入到压缩气体流中。在第二已知实施方式中，干燥后压缩气体排出流的一部分分支出并加热以用于再生，随后重新引入到压缩气体流中。在第三已知实施方式中，待干燥压缩气体的全部供应流首先引导通过再生区，随后引导通过干燥区。

其他实施方式也是已知的，例如在WO 2015/039193 A2中公开的。

已知将已经用于再生的分流与待干燥压缩气体的供应流合流，在干燥区入口侧上游进行合流。就此而言，采用文丘里喷射器或鼓风机，以产生维持分流的压差。

发明内容

本发明的目的是弥补现有技术的一个或多个缺点。

本发明的目的是提供用于压缩气体的干燥机或干燥装置，其中，借助于简单的手段可以更好地控制干燥机的运行。

压缩气体可以是例如空气，但也可以是其它气体。干燥后气体可以用在下游压缩空气网络中，用于广泛的用途，例如用于气动输送、驱动气动工具等。

在可以与本文其他方面或实施例结合的本发明第一方面中，本发明提供了用于干燥压缩气体的干燥机或干燥装置，包括：压力容器，具有旋转对称部(例如圆筒形)，在旋转对称部中具有干燥区和再生区；设置在旋转对称部中的滚筒，滚筒设置有可再生的干燥剂；驱动装置，用于使滚筒相对于旋转对称部旋转，即使滚筒和/或旋转对称部旋转，以使得干燥剂移动相继通过干燥区和再生区；入口，用于朝向干燥区供应待干燥压缩气体；出口，用于排出干燥后压缩气体；以及第一连接线路，用于分支出待干燥压缩气体的分流或干燥后压缩气体的分流，并且将该分流引导到再生区。干燥机还包括可控装置，设置用于将用于再生的分流与待干燥压缩气体的供应流合流并且控制分流相对于供应流的流量；至少一个传感器，用于测量与干燥机运行有关的至少一个测量值；以及控制单元，与所述至少一个传感器和可控装置通信连接，并且设置用于处理所述至少一个测量值，基于所述至少一个测量值确定用于控制可控装置的至少一个控制信号，并且将所述至少一个控制信号施加到可控装置。借助于一个或多个测量值，控制单元可以通过调节控制信号以及因此至少调节用于再生的分流的流量来影响干燥机的运行，以达到例如压力露点的期望值和/或压力露点在限定范围内的期望稳定性。

在本发明的实施例中，一组传感器可以包括一个或多个传感器，用于直接或间接测量供应流流量和/或分流流量。控制单元可以设置成用于评估直接或间接测量的供应流流量和/或分流流量，并且基于该评估施加控制信号。所述一组传感器可以包括例如：转速传感器，用于测量供应供应流的压缩机的转速，以作为供应流流量的量度；和/或压力传感器，用于跨可控装置测量压降，以作为用于再生的分流的流量的量度。

在本发明的实施例中，所述一组传感器可以包括以下传感器中的一个或多个：用于测量再生区入口侧和出口侧之间温差的温度传感器；用于测量干燥区入口侧和出口侧之间温差的温度传感器；以及出口处的压力露点传感器，用于测量干燥后压缩气体排出流的压力露点。

在本发明的实施例中，第一连接线路可以设置有热交换器，用于加热为了通过待干燥压缩气体进行再生而分支出并且供应到干燥机的分流，并且所述一组传感器可以包括以下传感器中的一个或多个：用于测量干燥区出口侧与再生区入口侧之间压差的压力传感器；以及用于测量在分流中和/或在供应流中由热交换器引起压降的压力传感器。

在本发明的实施例中，干燥机可以包括至少一个冷却装置，其设置用于冷却压缩气体供应流，和/或冷却用于再生的分流，和/或冷却合流；并且所述一组传感器可以包括以下传感器中的一个或多个：用于在相应冷却装置上游和/或下游测量相应流温度的温度传感器；用于测量在相应流中由相应冷却装置引起压降的压力传感器；以及用于测量在冷却装置上游和/或下游用于冷却的冷却剂的温度的温度传感器。

在本发明的实施例中，可控装置可以包括文丘里喷射器，其设置成使分流和供应流合流在一起，并且设置有可控开口，并且具有用于基于控制信号驱动可控开口的驱动装置。

在本发明的实施例中，另外，控制单元可以与用于使滚筒相对于旋转对称部旋转的驱动装置通信连接，并且控制单元可以设置用于基于所述至少一个测量值来确定用于驱动装置的第二控制信号并且将第二控制信号施加到驱动装置。

在本发明的实施例中，另外，控制单元可以与所述至少一个冷却装置中的一个或多个通信连接，并且可以设置用于基于所述至少一个测量值来确定用于所述至少一个冷却装置的至少一个第三控制信号并且将相应的第三控制信号施加给相应的冷却装置。

在可以与本文其他方面或实施例结合的本发明第二方面中，本发明提供了用于干燥压缩气体的干燥机或干燥装置，包括：压力容器，具有旋转对称部(例如圆筒形)，在旋转对称部中具有干燥区和再生区；设置在旋转对称部中的滚筒，滚筒设置有可再生的干燥剂；驱动装置，用于使滚筒相对于旋转对称部旋转，即，使滚筒和/或旋转对称部旋转，以使得干燥剂移动相继通过干燥区和再生区；入口，用于朝向干燥区供应待干燥压缩气体；出口，用于排出干燥后压缩气体；以及第一连接线路，其用于分支出待干燥压缩气体的分流或干燥后压缩气体的分流，并且将该分流引导到再生区。用于使滚筒相对于旋转对称部旋转的驱动装置包括马达，优选地是电动马达，具有启动/停止控制器，优选地用于使滚筒旋转。

启动/停止控制器设置用于打开和关闭马达，从而提供滚筒相对于旋转对称部的可调节平均转速。更具体地，启动/停止控制器设置成在干燥机的优选连续运行期间打开和关闭马达，其中，一方面，压缩气体的连续流供应到干燥区并在干燥区中干燥，并且另一方面，待干燥压缩气体或干燥后压缩气体的连续(分)流引导到用于使干燥剂再生的再生区。该启动/停止控制器在经济上比用于调节电动马达转速的频率控制器更有利，因此可以在投资成本方面提供成本节约。此外，启动/停止控制器不太复杂，因为其需要更少的控制电子器件。另外，启动/停止控制器可以使滚筒相对于旋转对称部分阶段旋转，因此，例如，每次精确地移动具有再生区大小(或其一部分)的区段，随后在给定时间段内停止该区段的移动。启动/停止控制器的另一个优点是，平均转速的范围比采用频率控件时的范围宽；具体地，平均转速可以从0调节到马达最大速度。

在本发明的实施例中，启动/停止控制器可以由与本文中其他地方所描述的相同控制单元通过第二控制信号来控制，第二控制信号可以由该控制单元基于从所述一组传感器得出的测量值来确定。

本发明的另一方面涉及压缩机设备，包括压缩机和根据本文任一方面或实施例的干燥机。

本发明的另一方面涉及用于干燥压缩气体的方法，该方法使用根据本文任一方面或实施例的干燥机。

附图说明

下面将参考附图中所示本发明的示例性实施例更详细地描述本发明。

图1示出根据本发明的包括干燥机的压缩机设备的第一实施例。

图2示出根据本发明的包括干燥机的压缩机设备的第二实施例。

图3示出根据本发明的包括干燥机的压缩机设备的第三实施例。

图4示出根据本发明的包括干燥机的压缩机设备的第四实施例。

图5示出根据本发明的包括干燥机的压缩机设备的第五实施例。

图6示出一种可用的可控装置的实施例的细节，应用于根据图1至图5的实施例中。

图7A和图7B示出可用的启动和停止控制装置的实施例，用于驱动根据图1至图5的实施例中的滚筒。

具体实施方式

下面将参考一些实施例并参考一些附图来描述本发明，但是本发明不限于此而是仅由权利要求来确立。所描述的附图仅是示意性的，但不限制范围。在附图中，某些元件的尺寸可以是放大的，而不是按比例绘制；这是为了便于图示。尺寸和相对尺寸不是必须对应于本发明的实际应用实施例。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等用于在说明书中和权利要求中区分相似的元件，但不是必定描述先后顺序或时间顺序。这些术语在适当的情况下是可互换的，并且本发明的实施例可以按不同于本文所描述或图示顺序的顺序实施。

说明书和权利要求中的术语“最顶部”、“上部”、“最底部”、“下部”、“上方”、“下方”等也用于示例目的，不是必定用来描述相对位置。这些术语在适当的情况下是可互换的，并且本文所描述本发明的实施例可以按不同于本文所描述或示出的取向来实施。

另外，可以描述为“优选实施例”的各种实施例应仅理解为使本发明得以实施的示例性手段和模式，不应理解为限制本发明的范围。

在权利要求中所采用的术语“包括”不应解释为限于在其后提及的手段或步骤，该术语不排除其他元件或步骤。该术语应解释为指明了所描述的特征、元件、步骤或部件的存在，但不排除存在或添加一个或多个其他特征、元件、步骤或部件或它们的组。因此，表述“包括器件A和B的装置或设备”的范围不应认为限于仅由部件A和B组成的装置或设备。其含义是，对于本发明，仅具体提到装置的部件A和B，但是权利要求应进一步解释为包括这些部件的等同形式。

在图1至图5所示的压缩机设备的实施例中，在每种情况下，压缩机60分别设置有用于压缩气体的干燥机10；30；50；70；90。在每种情况下，干燥机包括：压力容器11，压力容器11包括旋转对称部，在旋转对称部中限定了干燥区12和再生区13；滚筒14，设置在旋转对称部中并且设置有可再生干燥剂；驱动装置114，用于使滚筒相对于旋转对称部旋转，即，使滚筒14在旋转对称部中旋转或者使旋转对称部围绕静止滚筒旋转，以使得干燥剂移动相继通过干燥区和再生区。优选地，旋转对称部是圆筒形的；然而，这不是必须的，其他旋转对称形状也是可以的。干燥机还包括：入口15，连接到压力容器11的干燥区的入口侧，用于供应待干燥压缩气体；以及出口16，连接到压力容器11的干燥区的出口侧，用于排出干燥后压缩气体。待干燥气体由压缩机60供应，压缩机60可以包括第一压缩级61、第二压缩级62以及居间设置的冷却器(“中间冷却器”)(“IC”)63。在从压缩机60到入口15的输送线路中，压缩气体可以经过热交换器(热交换器HE)64和/或冷却装置(后冷却器AC)65。

在根据图1至图3的实施例中，在压缩机60的出口侧处，待干燥压缩气体的一部分(由于压缩而具有升高的温度)分支并且传递到再生区用于再生。在根据图1的实施例中，这是通过连接线路17进行的，无需对分支流进一步加热。在根据图2的实施例中，分流首先通过主动加热装置31(例如电加热装置)进一步加热。在根据图3的实施例中，分流51首先进一步分成“第一分流”52和“第二分流”53，其中，仅“第一分流”52由加热装置54进一步加热。如图所示，“第一分流”52和“第二分流”53分别引入再生区13的不同区域中。

在根据图4和图5的实施例中，连接线路77；97设置在干燥机的出口侧上，用于分支干燥后压缩气体的分流。引导该分流通过热交换器64，以利用由于压缩而存在于供应流中的热量进行加热，并且随后进一步引导到再生区13。

在根据图1至图5的每一个实施例中，用于再生的分流经由连接线路19返回到用于待干燥压缩气体供应流的主线路18。如本文进一步所述，这是通过例如文丘里喷射器21之类的可控装置或用于产生压差并维持用于再生的分流的其他可控装置来进行的。可以在连接线路19和/或主线路18中和/或在入口15处(合流之后)设置一个或多个冷却装置，例如示出的后冷却器65(“后冷却器AC”)和/或再生冷却器20(“再生冷却器RC”)和/或过程冷却器91(“过程冷却器PC”)，每一个冷却器设置用于借助于冷却剂(例如冷却水或冰水)来冷却相应的气体流。

在根据图1至图5所示实施例中，可以设置如下的传感器，用于测量相应压缩气体流的温度：

T1：在入口15处的温度传感器；

T2：在出口16处的温度传感器；

T3：在再生区13的入口侧处的温度传感器；

T4：在再生区13的出口侧处的温度传感器；

T5：在压缩机的出口侧(同时是热交换器64或后冷却器65的入口侧)处的温度传感器；

T6：在主线路18中(在后冷却器65与文丘里喷射器21之间)的温度传感器；

T7：在连接线路19中(在再生冷却器20与文丘里喷射器21之间)的温度传感器；

T8：在热交换器64的出口侧处的温度传感器。

在根据图1至图5所示实施例中，可以设置如下所述的压力传感器，用于测量在各元件上各压缩气体流中的压差，在每种情况下提供相应气体流的量度：

dP21：用于测量跨文丘里喷射器21的压差的压力传感器(也参见图6)；

dP

dP

dP

在根据图1至图5所示实施例中，另外还可以设置以下传感器：

“RPM”：用于测量压缩机60的转速的传感器，提供待干燥供应气体流量的量度；

“PDP”：用于测量出口16处压力露点的压力露点传感器；

T

T

T

在根据图1至图5所示实施例中，在每种情况下都设置控制单元100。上述每一个传感器可以设置有用于与该控制单元100通信的装置。通信连接可以是无线的或有线的；为了清楚起见，它们未在图1至图5中示出。

在根据图1至图5所示实施例中，在每种情况下，至少将用于再生的分流与待干燥供应气体的主流合流的合流装置设计为可控装置21、121。控制单元100至少设置成用于处理由上述传感器提供的至少一个测量值，以基于所述至少一个测量值来确定用于上述可控装置的第一控制信号101，并且将第一控制信号施加到可控装置。可控装置可以包括例如具有可控开口的文丘里喷射器21(参见图6)。可控装置还可以包括：鼓风机，具有用于鼓风机速度的控件；或者平行布置的多个较小文丘里喷射器或喷嘴，具有分别用于打开或关闭它们的相应控件。这样做的优点是，可控装置的尺寸可以小于单个文丘里喷射器的尺寸，因此，可控装置可以更好地集成到压力容器中。而且，可替代地，可控装置可以包括在周围具有可控旁路的文丘里喷射器。其他可控装置也是可以的。

在根据图1的实施例中，至少基于RPM传感器(压缩机RPM：压缩气体的供应流量)和dP21传感器(跨文丘里喷射器21的压降：分流的流量)来确定第一控制信号101，也就是说，基于这两个测量值来至少控制分支用于再生的分流的流量。在根据图2和图3的实施例中，基于温度传感器T1至T7并且基于压力露点传感器“PDP”来进一步确定第一控制信号101。根据替代实施例，这些温度传感器中的一个或多个和压力露点传感器可以设置在根据图1的压缩机设备中，并且/或者控制单元100可以进一步设置成用于确定施加第二控制信号和/或第三控制信号以用于滚筒相对于压力容器旋转对称部的转速和/或所述一个或多个冷却装置(类似于图4和图5)，和/或其他控制信号。

在根据图4和图5的实施例中，控制单元可以设置成用于确定和施加第一控制信号101、第二控制信号102和/或至少一个第三控制信号103、104、105。这些控制信号由控制单元基于来自以下传感器的一个或多个测量值来确定：RPM传感器(压缩机RPM：压缩气体的供应流量)、dP21(跨文丘里喷射器21的压降：分流的流量)、dP

在另外的实施例(未示出)中，控制单元100可以进一步通信地连接到远程计算机系统，例如用于远程监测、控制、调整和/或软件更新等。

图6示出根据本发明实施例的可控装置的控制器的细节，在这种情况下，可控装置是具有可控开口的文丘里喷射器21。在该实施例中，文丘里喷射器具有由具有齿轮驱动器121的驱动杆驱动的可控开口。图中示出通过与控制单元100通信的压力传感器P1和P2来测量在待干燥气体主流18中由可控开口引起的压降。控制单元100在此基础上确定施加到驱动器121的第一控制信号101。通过改变可控开口的位置，压降改变，并且因此用于再生的分流19所受的吸力改变。以这种方式，控制了用于再生的分流的流量。

如上所述，在根据图1至图5的每一个实施例中，设置有驱动装置114，以使滚筒14相对于压力容器11的旋转对称部旋转。驱动装置可以包括马达，优选地是电动马达，优选地具有启动/停止控制器，并且优选地通过来自控制单元100的第二控制信号102来控制。

启动/停止控制器设置用于打开和关闭马达，从而提供滚筒相对于旋转对称部的可调节平均转速。更具体地，启动/停止控制器设置用于在干燥机的优选连续运行期间打开和关闭马达，其中，一方面压缩气体的连续流供应到干燥区并在干燥区中干燥，另一方面待干燥压缩气体的连续(分)流引导到再生区以用于使干燥剂再生。该启动/停止控制器在经济上比用于调节电动马达转速的频率控件更有利，因此可以在投资成本方面提供成本节约。此外，启动/停止控制器不太复杂，需要较少的控制电子器件。具体地，启动/停止控制器仅需根据期望的占空比(在开/关比方面)打开和关闭马达，以便提供滚筒的期望平均转速。另外，启动/停止控制器可以使滚筒相对于旋转对称部而言分阶段旋转，从而例如每次精确地移动对应于再生区大小(或其一部分)的区段，随后在给定时间段内停止该区段的移动。启动/停止控制器的另一个优点是，平均转速的范围比采用频率控件时的范围宽；具体地，平均转速可以从0调节到马达的最大速度。

图7A和图7B示出启动/停止控制器的一些示例。在图7A中平均速度是马达最大速度v

应用例：

在第一种应用中，本文描述的本发明示例性实施例可以如下应用。相对较高温度并且饱和的气体(例如空气)供应到用于待干燥气体的入口15。该气体处于相对较高温度T1意味着其具有相对较高水分含量，因此干燥滚筒14需要从气体中除去更多水分，这进而意味着需要更多再生并且因此需要再生气体的更高流量。通过测量可例如根据压缩机设备环境温度而变化的温度T1，可得出供应到入口15的气体的水分负荷的量度。控制单元100根据T1来控制再生流(用于再生的分流)的流量；具体地，随着T1增加，控制单元增加该流量，例如根据预定表格或特性控制曲线。通过出口16处压力露点传感器“PDP”的测量提供的反馈来监测干燥机的正常运行。

在第二种应用中，本文描述的本发明示例性实施例可以如下应用。如果再生流的流量变化(例如为了使压力露点PDP保持稳定或保持在一定范围内，或者根据压力波动而变化)，则最好是根据再生流的流量来调节流出的再生流19的冷却和/或调节滚筒14的转速。通过测量跨文丘里喷射器21的压降，可获得再生流流量的量度。控制单元可以例如控制流过用于冷却流出再生流的冷却装置20的冷却水的流量，或者可以控制流过用于冷却合流(再生流和待干燥气体的供应流)的冷却装置91的冷却水的流量，以使得当再生流增加时进行更多的冷却，从而避免由于再生流流量增加而导致冷却太少的情况。与此结合或独立于此，控制单元100可以根据再生流流量来控制滚筒14的转速，以优化彼此之间的比例。以这种方式，控制单元可以考虑干燥剂的寿命，并且可以将滚筒速度调节到适应干燥剂的降低再生能力和/或吸收能力。