冷冻式空气干燥器 【技术领域】
本发明涉及一种冷冻式空气干燥器，特别是指一种将压缩空气冷却以使该压缩空气中的水分凝结从而将该压缩空气除湿的冷冻式空气干燥器。
背景技术
在使用如电磁阀或气缸等的空气压力器的空气压力系统中，为防止供输到其中的压缩空气中含有的水分造成的故障，需要预先将该压缩空气中的水分除去，在除去水分的时候要使用冷冻式空气干燥器。并且，在该冷冻式空气干燥器上，冷却除湿后的低温压缩空气会导致空气干燥器的二次侧的空气管道出现结露的现象，为防止该结露现象的发生，需要控制空气干燥器出口的压缩空气的温度，以使除湿后的压缩空气再度升温。
图3所示为，现有技术的冷冻式空气干燥器中的冷媒系统与压缩空气系统的回路，该冷媒系统与压缩空气系统所属的系统能够控制上述空气干燥器出口的压缩空气的温度。该冷冻式空气干燥器的冷媒系统的结构如下：该冷媒系统包括：冷媒压缩机10；冷凝器11，由上述冷媒压缩机10压缩的高温的冷媒通过高温冷媒管道22输送到该冷凝器11中，该冷凝器11使输送来的高温冷媒凝结；膨胀阀12，由上述冷凝器11所凝结的冷媒被该膨胀阀12通过绝热膨胀而减压并且降温；冷却器13，通过来自于上述膨胀阀12的低温的冷媒的作用，该冷却器13将从压缩空气系统的空气入口20流入的潮湿的压缩空气冷却并除湿。从该冷却器13流出的冷媒通过回归冷媒管道26返回到上述冷媒压缩机10中。
另一方面，上述压缩空气系统的结构为，通过上述空气入口20从外部流入的潮湿的压缩空气(一次空气)在上述冷却器13中冷却后，在气水分离器16中经过气水分离过程并变为低温的除湿空气，将该除湿空气在电加热器14中再次加热，从而使之成为二次空气并输送到出口管道21中。空气干燥器的出口的二次空气的温度的控制方式为，在上述出口管道21中设置温度传感器40，将该温度传感器40检测出的二次空气的温度输入到温度调节器41中，通过该温度调节器41来控制电加热器14的输出功率，能够较精确地实现温度的控制。另外，在进行上述气水分离过程的气水分离器16中，设置有水分排放阀15，该水分排放阀15将产生的水滴分离并排放到外部。
在该现有技术的冷冻式空气干燥器上，要使用上述电加热器14将冷却除湿后的低温除湿空气再次加热，这需要几乎和冷冻机同样多的电力。因此，上述现有技术的冷冻式空气干燥器，虽然能够精确地进行温度控制，却存在着消耗电力大的缺点。
对此，已知的现有技术的解决办法是，设置再热器来代替上述电加热器14，该再热器使得，从上述空气入口20流入的温热的一次空气与经过了上述冷却器13的低温的除湿空气因二者具有温度差而发生热交换，通过该热交换将上述一次空气预先冷却的同时，还将上述除湿空气升温成为二次空气并输出。在设置有这样的再热器的冷冻式空气干燥器上，将上述一次空气预先冷却之后，通过上述冷却器13再次冷却，能够降低冷媒回路的负荷。另外，通过使从空气干燥器中输出的二次空气升温，还能够防止空气管道结露的现象。因而，能够有效地利用热能。然而，因为上述二次空气的温度被一次空气地温度左右，如果从空气入口20流入的一次空气的温度低，会有如下情况发生，即，不能使出口管道21内的二次空气的温度升到能够防止该出口管道21产生结露现象的温度，很难将出口管道21内的二次空气的温度稳定地控制在所需的温度范围内。
一般情况下，在上述现有技术的冷冻式空气干燥器中，从冷媒压缩机10通过高温冷媒管道22流到冷凝器11的高温的冷媒的温度约为90℃，流出膨胀阀12并经绝热膨胀后通过低温冷媒管道23流到冷却器13的低温的冷媒的温度约为5℃。从空气入口20流入的一次空气的温度为40℃(额定值)，从冷却器13经由气水分离器16向电加热器14输送的除湿空气的温度约为10℃。
另外，在冷冻式空气干燥器上，将上述冷媒压缩机10和冷凝器11连接起来的高温冷媒管道22与将膨胀阀12和冷却器13连接起来的低温冷媒管道23，通过旁路冷媒管道25连通，该旁路冷媒管道25中配置有能够进行开度调节的容量控制阀17。如后面所述，该旁路冷媒管道25的作用为，若流到冷却器13中的冷媒的温度变得过于低下，会导致从空气入口20流到冷却器13中的一次空气中的水分出现结冰的现象，为了防止该一次空气中的水分出现结冰的现象，上述旁路冷媒管道25将从冷媒压缩机10流向冷凝器11的冷媒的一部分混入到流向冷却器13的冷媒之中。
【发明内容】
本发明的目的在于提供一种冷冻式空气干燥器，该空气干燥器与现有技术的冷冻式空气干燥器不同，不必采用电加热器来对出口管道中的二次空气加热，而是采用利用冷媒系统产生的热量的再热器来对该二次空气进行升温，通过对流经该再热器的冷媒或空气的流量进行控制，能够像采用电加热器时一样精确地控制出口管道中的二次空气的温度。
为达到上述目的，若采用本发明，可获得如下的冷冻式空气干燥器，即，所述冷冻式空气干燥器包括冷媒系统与压缩空气系统，所述冷媒系统的结构包括：冷媒压缩机；冷凝器，该冷凝器使由上述冷媒压缩机所压缩的高温的冷媒凝结；减压机构，该减压机构使由上述冷凝器所凝结的冷媒通过绝热膨胀的作用减压并且降温；冷却器，通过来自于上述减压机构的低温的冷媒的作用，该冷却器将从上述压缩空气系统的空气入口流入的潮湿的压缩空气冷却并除湿，从该冷却器流出的冷媒返回到上述冷媒压缩机中，上述压缩空气系统包括：上述空气入口，除湿对象即潮湿的压缩空气作为一次空气流入到该空气入口中；上述冷却器，该冷却器将从上述空气入口流入的一次空气冷却从而变为低温的除湿空气；再热器，该再热器使来自于上述冷却器的低温的除湿空气，与来自于上述冷媒系统中的冷媒压缩机的高温的冷媒发生热交换，通过在该再热器中发生的热交换使上述除湿空气升温，并将升温的除湿空气作为二次空气从出口管道输出。并且，所述空气干燥器还包括：温度传感器，该温度传感器检测出流经上述出口管道的二次空气的温度；阀装置，该阀装置调节流经上述再热器的除湿空气或冷媒的流量；温度调节器，根据上述温度传感器检测出的温度，该温度调节器通过控制上述阀装置来调节上述除湿空气或冷媒的流量，以使上述二次空气的温度保持恒定。
在本发明的冷冻式空气干燥器上，上述再热器连接在冷媒压缩机与冷凝器之间，来自于冷媒压缩机的冷媒经由该再热器输送到上述冷凝器中。
所述冷冻式空气干燥器的结构为如下方式也可，通过具有能够进行开度调整的容量控制阀的旁路冷媒管道，将高温冷媒管道与低温冷媒管道或回归冷媒管道相连通，从而，在上述冷却器的负荷变小的时候，由上述冷媒压缩机所压缩的高温的冷媒的一部分直接流入到上述低温冷媒管道中或上述回归冷媒管道中，其中，上述高温冷媒管道使上述冷媒压缩机与上述再热器相连接，上述低温冷媒管道使上述减压机构与上述冷却器相连接，上述回归冷媒管道使上述冷却器与上述冷媒压缩机相连接。
本发明优选，所述冷冻式空气干燥器的结构为，上述阀装置由具有一个入口孔与两个出口孔的三通流量控制阀所构成，通过该三通流量控制阀，使流向上述再热器的除湿空气的一部分或冷媒的一部分绕过该再热器流动。
绕过上述再热器的迂回管道连接在除湿空气管道与上述出口管道上，该除湿空气管道将来自于上述冷却器的除湿空气输送到上述再热器中，该出口管道将来自于该再热器的二次空气输出，上述三通流量控制阀设置在上述迂回管道和上述除湿空气管道分岔的分岔部上，或者是设置在上述迂回管道和上述出口管道汇合的合流部上。
或者是，绕过上述再热器的冷媒迂回管道连接在高温冷媒管道与中继冷媒管道上，该高温冷媒管道使上述冷媒压缩机与上述再热器相连接，该中继冷媒管道使上述再热器与上述冷凝器相连接，上述三通流量控制阀设置在上述冷媒迂回管道和上述高温冷媒管道分岔的分岔部上，或者是设置在上述冷媒迂回管道和上述中继冷媒管道汇合的合流部上。
在具有上述结构的本发明的冷冻式空气干燥器中，根据流经上述出口管道的除湿空气的温度，来控制输送到再热器中的经过气水分离过程后的除湿空气或来自于冷媒压缩机的冷媒的流量，以使该温度保持恒定，所以能够通过电气方法容易且精确地控制该流量，因而，尽管采用了再热器，却也与采用电加热器的情况相同，能够精确地控制出口管道的除湿空气的温度。
若采用上述的本发明的冷冻式空气干燥器，不必如上述现有技术一样采用电加热器来对出口管道中的除湿空气加热，而是采用利用冷媒系统产生的热量的再热器来对该除湿空气进行升温，通过对流经该再热器的流体的流量进行控制，能够像采用电加热器时一样精确地控制出口管道中的压缩空气的温度。
【附图说明】
图1为本发明涉及的冷冻式空气干燥器的第1实施例的冷媒系统和压缩空气系统的回路图；
图2为本发明涉及的冷冻式空气干燥器的第2实施例的冷媒系统和压缩空气系统的回路图；
图3为现有技术的冷冻式空气干燥器的冷媒系统和压缩空气系统的回路图。
【具体实施方式】
图1所示为本发明涉及的冷冻式空气干燥器的第1实施例，图2所示为本发明涉及的冷冻式空气干燥器的第2实施例。在这些实施例中，与图3所示的现有技术的冷冻式空气干燥器相同的构件所使用的符号也与图3中标记的符号相同。
上述图1的第1实施例涉及的冷冻式空气干燥器主要包括：冷媒系统、压缩空气系统和控制系统，该控制系统对流经与上述冷媒系统和压缩空气系统相连接的再热器18的除湿空气或冷媒的流量进行控制，通过该流量的控制，该控制系统使从冷冻式空气干燥器中输出的二次空气的温度保持恒定。
上述冷媒系统的结构如下：该冷媒系统包括：冷媒压缩机10；高温冷媒管道12，该高温冷媒管道12将由上述冷媒压缩机10压缩并变为高温的冷媒输送到上述再热器18中；冷凝器11，该冷凝器11使从该再热器18经由中继冷媒管道27输送来的冷媒凝结；膨胀阀12，由上述冷凝器11凝结的冷媒被该膨胀阀12通过绝热膨胀而减压并且降温；冷却器13，通过来自于上述膨胀阀12的低温的冷媒的作用，该冷却器13将从上述压缩空气系统的空气入口20流入的潮湿的压缩空气冷却并除湿。从该冷却器13流出的冷媒通过回归冷媒管道26返回到上述冷媒压缩机10中。
上述膨胀阀12只是表示上述减压机构的一个例子，可以采用例如毛细管等来代替该膨胀阀12。
另一方面，上述冷冻式空气干燥器的压缩空气系统的结构为：该压缩空气系统包括：上述空气入口20，除湿对象的温热且潮湿的压缩空气(额定温度为40℃)作为一次空气从外部流入到该空气入口20中；上述冷却器13，该冷却器13将从上述空气入口20流入的一次空气冷却从而使水分凝结；气水分离器16，该气水分离器16将在上述冷却器13中冷却了的压缩空气通过气水分离而除湿；上述再热器18，该再热器18使在上述气水分离器16中经过气水分离过程的低温的除湿空气，与在上述冷媒系统中的由冷媒压缩机10所压缩的高温的冷媒发生热交换。通过在该再热器18中发生的热交换使上述低温的除湿空气升温，并将升温的除湿空气作为二次空气输送到出口管道21中。
因此，上述冷却器13与再热器18，都与上述冷媒系统和压缩空气系统分别相连接，使冷媒系统和压缩空气系统二者在功能上相互作用。
另外，在进行上述气水分离过程的气水分离器16上，设置有使分离而产生的水滴排放到外部的水分排放阀15。
将流经上述出口管道21内的二次空气的温度保持恒定的上述控制系统具有三通流量控制阀30，该三通流量控制阀30连接在除湿空气管道28之中，该除湿空气管道28将上述气水分离器16与再热器18连接起来。该三通流量控制阀30具有一个入口孔30a和两个出口孔30b、30c，从入口孔30a流入的除湿空气分配好流量分别从两个出口孔30b、30c输出，上述入口孔30a上连接有上述除湿空气管道28的、与上述气水分离器16相通的上游侧部分28a，一个出口孔30b上连接有上述除湿空气管道28的与上述再热器18相通的下游侧部分28b，分岔侧的出口孔30c与上述出口管道21之间连接有迂回管道29。
上述迂回管道29使上述除湿空气管道28中的除湿空气的一部分绕过上述再热器18而直接流入到该再热器18的出口一侧，通过该迂回管道29来调节流经上述再热器18的除湿空气的流量。
上述控制系统具有一个温度传感器40，该温度传感器40连接在上述出口管道21中，并检测出流动在上述出口管道21中的二次空气的温度。该温度传感器40和上述三通流量控制阀30分别与温度调节器42相连接。并且，根据上述温度传感器40检测出的二次空气的温度，用温度调节器42来控制上述三通流量控制阀30，通过控制上述三通流量控制阀30，来实现对流经上述再热器18的除湿空气与绕过该再热器18的除湿空气的流量的控制。
上述温度调节器42，将设定的目标温度值与由上述温度传感器40检测出的实际的温度值相比较，通过控制上述三通流量控制阀30的开度，从而控制流经上述迂回管道29与再热器18的除湿空气的流量，以使比较得出的上述两个温度值的差值变为零，换言之，即，使上述出口管道21内的二次空气的温度保持恒定。
另外，上述三通流量控制阀30，可不必为一个单独的阀，如果能够根据来自于上述温度调节器42的信号来控制流经上述迂回管道29和再热器18的除湿空气的流量，采用多个阀的组合形式也可。
在具有上述结构的上述第1实施例的冷冻式空气干燥器上，通过上述温度传感器40检测出流动在上述出口管道21中的二次空气的温度，根据检测出的该温度来控制流经上述迂回管道29和再热器18的除湿空气的流量。通过这样的方式，尽管使用再热器18，却也如使用现有技术的电加热器的时候一样，能够精确地控制从上述出口管道21输出的二次空气的温度。
下面，与上述第1实施例相比较着来说明图2所示的本发明的第2实施例涉及的冷冻式空气干燥器。在该第2实施例的冷媒系统中，在使冷媒压缩机10与再热器18相连接的高温冷媒管道22中，设置有被温度调节器42控制的三通流量控制阀32。该三通流量控制阀32与上述第1实施例中的三通流量控制阀30是相同的，具有一个入口孔32a与两个出口孔32b、32c，上述入口孔32a上连接有，上述高温冷媒管道22的与上述冷媒压缩机10相通的上游侧部分22a，一个出口孔32b上连接有，上述高温冷媒管道22的与上述再热器18相通的下游侧部分22b，分岔侧的另一个出口孔32c上连接有冷媒迂回管道31的一端，该冷媒迂回管道31的另一端连接在中继冷媒管道27上，该中继冷媒管道27将上述再热器18的出口与冷凝器11连接起来。该冷媒迂回管道31使上述高温冷媒管道22中的冷媒的一部分绕过上述再热器18而直接流到该再热器18的出口一侧。
该第2实施例的冷冻式空气干燥器上除了上述的这些结构之外，其他的结构与第1实施例的冷冻式空气干燥器没有实质性的变化，因此在这里省略那些相同部分的说明。
上述三通流量控制阀32，被上述温度调节器42控制，使由温度传感器40检测出的出口管道21中的二次空气的温度值与温度调节器42所设定的目标值相等。此处所述的控制方式与第1实施例中的三通流量控制阀30的控制方式本质相同。
另外，上述第2实施例中的三通流量控制阀32，与第1实施例中的三通流量控制阀30一样，也可不必为一个单独的阀，如果能够根据来自于上述温度调节器42的信号来控制流经上述迂回管道31和再热器18的除湿空气的流量，采用多个阀的组合形式也可。
但是，上述第2实施例中的压缩空气系统，与第1实施例中的压缩空气系统不同，由气水分离器16经过气水分离过程之后的低温的除湿空气，通过除湿空气管道28全部流入到再热器18之中。除了这一点之外的其他结构与上述第1实施例的冷冻式空气干燥器没有本质上的变化。
在该第2实施例中，如上所述地，在使冷媒压缩机10与再热器18相连接的高温冷媒管道22中设置有三通流量控制阀32，通过控制流经上述再热器18的高温的冷媒的流量，与第1实施例的情况一样，能够调整由温度传感器40检测出的出口管道21中的二次空气的温度，使其变得与温度调节器42设定的目标值相等。另外，在表示第2实施例的图2中，与第1实施例相同的构件使用的标记符号也与第1实施例中所使用的相同。
在上述第1实施例中，从使除湿空气流入到再热器18中的除湿空气管道28分岔出上述迂回管道29，在两管道28、29的分岔部设置有上述三通流量控制阀30。然而，该三通流量控制阀30也可以不设置在上述分岔部上，而是设置在上述迂回管道29与出口管道21汇合的合流部上。
在上述第2实施例中，从将冷媒从冷媒压缩机10输送到再热器18中的高温冷媒管道22分岔出上述冷媒迂回管道31，在其分岔部设置有上述三通流量控制阀32。然而，该三通流量控制阀32也可以不设置在上述分岔部上，而是设置在上述冷媒迂回管道31与再热器18的出口侧的中继冷媒管道27汇合的合流部上。
而且，如上述地在管道合流部设置三通流量控制阀的情况时，根据来自温度调节器42的控制信号，来对流经上述再热器18与迂回管道29或31的除湿空气或冷媒的流量进行控制是自不待言的。
设置在上述合流部的三通流量控制阀，也可不必为一个单独的阀，如果能够根据来自于上述温度调节器42的信号来控制流经上述再热器18和迂回管道29或31的除湿空气或冷媒的流量，采用多个阀的组合形式也可。
在上述第1实施例和第2实施例中，将上述冷媒压缩机10和再热器18连接起来的高温冷媒管道22与将膨胀阀12和冷却器13连接起来的低温冷媒管道23，通过旁路冷媒管道25连通，该旁路冷媒管道25中配置有能够进行开度调节的容量控制阀17。该旁路冷媒管道25的作用为，当上述冷却器13的负荷变小时，若从膨胀阀12经由低温冷媒管道23而流到冷却器13中的冷媒的温度变得过于低下，会导致从空气入口20流到冷却器13中的潮湿的一次空气中的水分出现结冰的现象，为了防止该一次空气中的水分出现结冰的现象，将容量控制阀17在必要程度上打开，从而上述旁路冷媒管道25将来自于冷媒压缩机10的高温的冷媒的一部分，绕过上述再热器18、冷凝器11和膨胀阀12而混入到低温冷媒管道23中的低温的冷媒之中，以保持该低温的冷媒的温度使其不低于一定的温度值。所以，该旁路冷媒管道25具有调节流经上述再热器18、冷凝器11和膨胀阀12的冷媒的流量的功能。
上述旁路冷媒管道25设置在上述高温冷媒管道22与使上述冷却器13和上述冷媒压缩机10相连接的回归冷媒管道26之间也可。这种情况时，通过减少流经冷却器13的冷媒的流量能够得到与上述情况相同的效果，即，防止因被冷却器13冷却从而导致空气中的水分结冰的现象的发生。
在上述第1实施例和第2实施例的冷冻式空气干燥器上，冷媒系统和压缩空气系统的冷媒或压缩空气的温度，除了上述出口管道21中的二次空气的温度之外，与上述图3的现有技术的冷冻式空气干燥器的情况相比均无太大变化。在上述各实施例中出口管道21中的二次空气的温度是一直被控制着的，因此能够使其温度保持稳定。并且，根据流经上述出口管道21的二次空气的温度，来控制输送到再热器18中的经过气水分离过程后的除湿空气的流量或来自于冷媒压缩机10的冷媒的流量，以使该温度保持恒定，所以能够通过电气方法容易且精确地控制该流量，因而，尽管采用了再热器18，却也如采用电加热器的情况一样，能够精确地控制出口管道21的二次空气的温度。