专利名称：压缩机的排气温度控制系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种排气温度控制系统，特别是指一种可适时调控压缩机排气温度而有效节省能源的压缩机的排气温度控制系统。
(2)背景技术压缩机在压缩过程中，由于压力提高，使得被压缩气体中的水蒸气的分压也相对提高，而当水蒸气的分压高于其饱和压力时，水蒸气即会凝结。在大气状态下，水蒸气的凝结温度称为″大气露点″，而在压力状态下的水蒸气凝结温度则称为″压力露点″。又因为在压力状态下水蒸气的分压会提高，所以气体在压缩后的露点(压力露点)一定比在压缩前的露点(大气露点)为高。一般压缩机的排气温度通常高达一百多度甚至超过两百度，在此排气温度下，高温气体中的水蒸气尚不会凝结，但是，当此高温气体经过冷却器冷却之后，其中的水蒸气即有凝结成水的可能，因为高温气体经过冷却器之后，其气体温度可能已低于其内所含水蒸气的压力露点。
此外，一种广泛应用于工业界的喷油螺旋式压缩机，其主要原理是在以螺旋式进行压缩时，在压缩室内喷入润滑油，此润滑油不但可润滑压缩室内的公转子与母转子，而且还可带走大量压缩热并降低排气温度，使压缩机的压缩过程接近于等温压缩而提高压缩效率。但是，因为气体在压缩过程中，其中水蒸气的分压亦会相对提高，因此，压缩机的出口温度必须控制在一定的度数以上，以免因为排气温度过低而使水蒸气产生凝结。否则凝结在压缩系统内的水份将造成机件锈蚀，并使润滑油乳化。但是如果排气温度过高，则又会影响机件之间的间隙，并缩短润滑油的使用寿命。
因此，为解决上述问题，习知一种温度控制阀被广泛使用在喷油螺旋式压缩机中，该温度控制阀借由控制进入油冷却器的润滑油流量来达到控制排气温度的目的。举例来说，当压缩机刚起动时，油温仍低，低温油使温度控制阀内的阀芯导引润滑油不经过油冷却器，而使油温迅速升高，待油温达到一定程度后，再开始将油部分或全部导经油冷却器，借着控制油温的方式来控制排气温度，而非实际由排气温度来控制温度控制阀的作动。但是因为温度控制阀的作动只能固定在某一温度范围，以致排气温度受限。因此，若要改变排气温度就必须以手动调整温度控制阀，否则温度控制阀将会使排气温度固定，不管环境温度如何变化。换句话说，在夏天高温高湿时，为预防压缩机排放气体内的水蒸气凝结，故将压缩机排气温度设定在85℃，则到了秋冬季时，排气温度也将一直维持在85℃。但事实上，在秋冬季环境温度及湿度降低时，压缩气体内的压力露点亦将随之降低，在此情况下，如果能适当降低排气温度，则可在避免水份凝结的情况下，同时让压缩机的压缩作用更接近于等温压缩，增加压缩机的压缩效率，并延长润滑油的使用寿命，而且对于其他相关机件及过滤系统等亦属有益。
(3)发明内容本发明的目的在于提供一种可随环境温、湿度适时调控压缩机的排气温度以达到节省能源并延长压缩机使用寿命的压缩机的排气温度控制系统。
于是，本发明压缩机的排气温度控制系统，包含有一取样单元、一控制单元及一排气温度调整单元。该取样单元用以获取该压缩机周围环境的一温度值及湿度值。该控制单元与该压缩机及该取样单元连接，用以取得该压缩机的排气温度，并根据该温度值及湿度值产生一温度基准值与该排气温度比较以对应产生一控制信号。该排气温度调整单元与该控制单元连接，以根据该控制信号适时调控该压缩机的排气温度。借此，适时调控压缩机的排气温度以达到节省能源并延长压缩机使用寿命等功效。
(4)
下面通过最佳实施例及附图对本发明压缩机的排气温度控制系统进行详细说明，附图中图1是本发明压缩机的排气温度控制系统的一实施例的电路方块图。
图2是本实施例应用于空气压缩机的一实施态样。
图3是本实施例应用于多级压缩机或气体压缩机的另一实施态样。
(5)具体实施方式
本发明的前述以及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图的一实施例的详细说明中，将可清楚地明白。
参阅图1，是本发明压缩机的排气温度控制系统1的一实施例，其包含一取样单元10、一控制单元11及一排气温度调整单元12。
取样单元10包括一温度传感器13及一湿度传感器14，其用以检测压缩机周围环境的温度及湿度，且当本发明是应用在例如图2所示的空气压缩机时，取样单元10是取样大气的温度及湿度，而当本发明是使用在如图3所示的多级(图式中为两级)压缩机或气体压缩机时，取样单元10则自压缩机的吸气管路取样，借此获得一环境温度值及湿度值。
控制单元11与取样单元10、压缩机2及排气温度控制单元12连接，控制单元11中包括一中央处理器(CPU)，用以根据取样单元10输入的温度值及湿度值计算出一压力露点(即在压力状态下水蒸气的凝结温度)，并将该压力露点加上一数值以作为一排气温度基准值，且该数值可以视需要被手动调整更改。此外，本发明还在压缩机2上设有一排气温度传感器15，用以检测压缩机2的排气温度，且排气温度传感器15的设置位置会随着压缩机型态不同而改变，例如图2所示，当本发明是应用在一喷油螺旋式压缩机4时，排气温度传感器15是设在压缩机4的排气管路41处。而如图3所示，当本发明是应用在一多级压缩机或气体压缩机5上时，排气温度传感器15则是设在压缩机5的第一压缩段51及第二压缩段52之间的第二段吸气管路(吸气侧)53处。因此，由排气温度传感器15检测压缩机2而获得的排气温度被输入控制单元11中与排气温度基准值进行比较，而由控制单元11根据比较结果对应产生一控制信号给排气温度控制单元12。
在本实施例中，排气温度控制单元12可以是一可受控制信号(以电动或气动方式)驱动的控制阀(下称控制阀12)，且如图2所示，当压缩机4是一喷油螺旋式压缩机时，控制阀12可设在压缩机4的油路42上，或设在其冷却水(或冷却介质)管路43上。又如图3所示，当本发明是应用在两级(或多级)压缩机5上时，控制阀12则装设在两级压缩机5的第一压缩段51与第二压缩段52之间的冷却水(或冷却介质)管路54上。这样，当控制阀12受到控制信号驱动时，即对应控制信号控制流至油路42的润滑油量，或分流至冷却管路43、54的水(或冷却介质)流量，借而防止气体在压缩及冷却过程中不致使水蒸气产生凝结。
当然，在气冷式压缩机不使用冷却水而使用鳍片式散热器及冷却风扇时，本发明的排气温度调整单元12亦可以是一可受控制信号控制或驱动的风门或风扇变频器，以随环境温度调控气冷式压缩机经过冷却器后的排气温度。所以，借由上述说明可知，本发明根据环境温度适时控制压缩机4、5的排气温度，使压缩机4、5可在不致使水份凝结的情况下，让压缩更接近于等温压缩而增加压缩效率、节省压缩马力并延长润滑油以及其他相关机件的使用寿命，以下将以一计算实例说明本发明确实具有上述提升压缩效率及节省能源的功效。
假设在夏天高温高湿，环境温度36℃，相对湿度100％，蒸气压力0.06059kg/cm2，压缩机排气压力8k的情况下0.06059*9(绝对压力＝排气压力8k+大气压力1k)＝0.5453，据此，可以求出压缩机在排气压力8k时的压力露点为83℃，所以将压缩机的排气温度定在85℃尚属合理。
但在春秋两季，环境温度约15℃，相对湿度70％，蒸气压力＝0.01738(饱和蒸气压力)*70％＝0.01217kg/cm2，排气压力8K的情况下0.01217*9(排气压力8k+大气压力1k)＝0.1095kg/cm2，据此，可以求得压缩机在排气压力8k时的压力露点为47℃，此时，如果排气温度仍是定在85℃，则由T2/T1＝(P2/P1)(K-1)/K→(273+85)/(273+15)＝(9(绝对压力)/1(大气压力))(K-1)/K，可得出K＝1.11，故压缩机在排气温度85℃的理论马力为(P/0.45625)*(K/(K+1))*[(P2/P1)(K-1)/K-1]＝(1/0.45625)*(1.11/0.11)*[(9/1)0.11/1.11-1]＝5.38HP/m3/min而如果排气温度定在54℃(比47℃高7℃)时，
(273+54)/(273+15)＝9(K-1)/K→K＝1.062则压缩机在排气温度54℃的理论马力为(1/0.45625)*(1.062/0.062)*(90.062/1.062-1)＝5.14HP/m3/min另外，在寒冷的冬天，温度2℃，相对湿度40％，蒸气压力＝0.007194(饱和蒸气压力)*40％＝0.002878，压缩机排气压力8K的情况下0.002878*9＝0.0259kg/cm2，据此，可以求得压缩机在排气压力8k时的压力露点为21℃，所以，如果排气温度定在31℃(比21℃高10℃)时，(273+31)/(273+2)＝9(K-1)/K→K＝1.048则压缩机在排气温度31℃的理论马力为(1/0.45625)*(1.048/0.048)*(90.048/1.048-1)＝5.07HP/m3/min由上面计算结果可知，在春秋两季温度舒适的情况下，装设本发明压缩机的排气温度控制系统，可节省马力(5.38-5.14)/5.14＝4.7％而在冬季时更可节省马力(5.52-5.07)/5.07＝8.9％且如果再以压缩效率为75％计算时，在春秋两季可节省的马力可达4.7％/75％＝6.3％而在冬季可节省的马力更可高达8.9％/75％＝11.9％因此，由上述利用模拟K值所计算出的大约马力值可知，本发明借由检测环境温度产生一温度基准值与压缩机的排气温度进行比较，以对应环境温湿度产生一控制信号控制设在压缩机冷却机制上的排气温度调整单元12，使能够随环境温度适时调整压缩机的排气温度，借而在不致产生水蒸气凝结的情况下，同时降低压缩机的能量消耗而达到节约能源的目的。此外，本发明还具有如下的优点1.可适时降低压缩机组的运转温度，延长相关电路组件，例如电磁阀等的寿命，并可延长其他机械组件的使用寿命。
2.就特殊气体而言，压缩机可以较有机会在较低温度且又不致使水蒸气产生凝结的情况下运转，提高压缩机的安全性。
3.就双级以上的压缩机而言，前级压缩气体经过冷却器冷却后不致产生凝结水份进入下一级，可避免水份的侵蚀，而且又可使后级的进气温度维持在较低的情况下，减低机组的热应力。(因为目前现有技术虽已可控制压缩后的气体温度，以防止凝结水产生，但是都是以定温来控制。)本发明则是以监测压缩机吸气状态的方法来适时改变排气后或经过冷却器后的压缩气体温度(排气温度)。
4.就喷油螺旋式压缩机而言，本发明除了提升压缩机的效率外，尚有下列两大优点(1)油气分离较佳一般自喷油式压缩机所排出的气体内含有大量的油份，必须以油气分离的方法将油截流，否则油雾将随气体流送至使用现场。但是润滑油在越高温的情况下雾化越严重，因此油气分离的效果也会变差。应用本发明可将润滑油的油温适时降低，使油气分离效果较佳，送至现场的压缩气体也越干净。而且油分离效果好，可降低润滑油的消耗量。
(2)延长润滑油寿命，使润滑油效果更佳喷油螺旋式压缩机必须使用大量润滑油作为润滑及冷却用，且润滑油的寿命和排气温度有绝对的关系，排气温度越高，润滑油劣化的速度越快，且润滑油的黏度会随温度升高而降低，黏度低时，润滑油效果不良，轴承寿命因而降低，同时在压缩室内的气封效果也会较差。因此借由本发明适时降低压缩机的排气温度，可延长润滑油的使用寿命。
归纳上述，本发明压缩机的排气温度控制系统，确实能借由随时监测压缩机周围环境的温、湿度，适时调整压缩机的排气温度，而在避免水份凝结的情况下，达到节省能源并延长压缩机使用寿命的功效。
权利要求
1.一种压缩机的排气温度控制系统，其特征在于，包括一取样单元，用以获取该压缩机周围环境的一温度值及湿度值；一控制单元，与该压缩机及该取样单元连接，用以取得该压缩机的排气温度，并根据该温度值及湿度值产生一温度基准值与该排气温度比较以对应产生一控制信号；及一排气温度调整单元，与该控制单元连接，以根据该控制信号适时调控该压缩机的排气温度。
2.如权利要求1所述的压缩机的排气温度控制系统，其特征在于该取样单元包括一温度传感器和一湿度传感器，当该压缩机是一空气压缩机时，该温度传感器和湿度传感器是用以检测大气中的温度和湿度，当该压缩机是一多级压缩机或气体压缩机时，该温度传感器和湿度传感器用以检测该压缩机的吸气管路中的温度和湿度。
3.如权利要求1所述的压缩机的排气温度控制系统，其特征在于该控制单元包括一中央处理器，其用以根据该温度值及湿度值产生一压力露点，且该温度基准值是该压力露点加上一可以手动设定的数值。
4.如权利要求1所述压缩机的排气温度控制系统，其特征在于该排气温度调整单元是一可受该控制信号驱动的控制阀，该控制阀可装设在一喷油螺旋式压缩机的冷却管路中，或是其他压缩机的冷却水或冷却介质管路中。
5.如权利要求1所述压缩机的排气温度控制系统，其特征在于该排气温度调整单元是一冷却风扇变频器，其可受该控制信号驱动而改变风扇转速。
全文摘要
一种压缩机的排气温度控制系统，包括一取样单元，用以获取该压缩机周围环境的一温度值及湿度值，一控制单元，用以取得该压缩机的排气温度，并根据该温度值及湿度值产生一温度基准值与该排气温度比较以对应产生一控制信号，一排气温度调整单元，用以根据该控制信号适时调控该压缩机的排气温度。借此，在不致使压缩机产生水蒸气凝结的情况下，可降低压缩机的能源消耗及延长压缩机使用寿命。
文档编号G01K13/02GK1542285SQ0312415
公开日2004年11月3日 申请日期2003年4月30日 优先权日2003年4月30日
发明者吕明德 申请人:德泰机电有限公司