用于空气干燥器的加热器的优化控制制造技术

一种空气干燥器，其具有与其进气阀和排气阀相关联的加热器，以防止在冷温度下冻结。空气干燥器包括与阀块相关联的温度传感器和控制器，当温度降到低于预定阈值时，控制器可以禁止阀的操作，直到加热器可以充分地加热阀块为止。为了防止加热器过热，当入口空气温度升高时，控制器可以调整加热器的占空比。

Optimal Control of Heater for Air Dryer

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于空气干燥器的加热器的优化控制
技术介绍
1.专利
本专利技术涉及铁路空气系统空气干燥器，并且更具体地涉及具有阀块加热器控制系统的空气干燥器。2.相关技术的描述典型的“双塔”干燥剂型空气干燥器包括由阀控制的两个干燥回路。湿的入口空气流过一个回路以去除水蒸气，而干的产物空气逆向流过另一个回路以去除积聚的水并使干燥剂再生。每个气动回路的进气阀和排气阀响应于控制电子装置以切换两个回路之间的空气流，使得一个回路总是进行干燥而另一个回路进行再生。空气干燥器可以包括预过滤级，其中水分离器和/或聚结器被定位在干燥回路的上游。预过滤级去除了由于机车空气压缩机对环境空气的压缩而可以在空气供应系统中积聚的液相和气溶胶相的水和油。预过滤级包括排水阀，其用于周期性地清除任何积聚的液体。例如，典型的预过滤排水阀致动循环可以每两分钟命令清除(打开)两秒钟。用于轨道车辆的空气干燥器必须在-40℃至0℃之间的冻结温度下操作。此外，通过空气干燥器的冷空气流呈现出对干燥器的显著冷负荷。因为流过空气干燥器的入口级的空气含有水分，所以干燥器中的控制阀可能冻结。提供加热器元件以加热阀元件从而减轻结冰。然而，具有用于防止在-40℃下冻结的足够功率以及高空气流速的加热器在较高的空气温度(诸如接近0℃的那些温度)下会提供过多的热量。因此，加热器元件在阀块已经加热到足以被温度控制器感测到之前就可能变得过热。因此，本领域需要一种空气干燥器加热器控制系统，该系统可以在极低的温度下提供足够的热量而在较暖的温度下不过热。
技术实现思路
本专利技术是一种用于调节铁路空气干燥器上的加热器的功率以在接近0℃的冻结温度下不过热的同时提供用于防止在非常低的温度下冻结的足够热量和高空气流速的系统和方法。本专利技术的空气干燥器包括：入口，其用于接收压缩空气供应；进气阀对和对应的排气阀对，其被定位在阀块中以用于控制压缩空气通过对应的干燥剂塔对的移动；加热器，其被配置为加热阀块；温度传感器，其用于输出指示阀块的温度的信号；以及控制器，其被编程为确定阀块的温度是否低于第一预定阈值，并且如果是，则禁止对进气阀和排气阀的操作直到阀块的温度高于第二预定阈值为止。控制器被编程为当阀块的温度低于第一预定阈值时操作加热器直到阀块的温度高于第二预定阈值为止，并且当阀块的温度高于第二预定阈值时仅操作进气阀和排气阀。第二温度传感器可以被互连到控制器并且被定位在入口中，以用于输出指示入口中的压缩空气的温度的信号。控制器然后可以被编程为根据入口中的压缩空气的温度来操作加热器。例如，控制器可以被编程为：当入口中的压缩空气的温度落在第一范围内时，根据全占空比来操作加热器，并且当入口中的压缩空气的温度落在第二范围内时，根据减小的占空比来操作加热器。控制器可以另外被编程为根据标准化的输入电压来操作加热器。控制器也可以被编程为：如果入口中的压缩空气低于预定温度，则当切换压缩空气在干燥剂塔对之间的移动时，延迟对应于打开的进气阀的排气阀的打开。本专利技术包括一种通过使用空气干燥器来防止冻结空气干燥器阀的方法，该空气干燥器具有：入口，其用于接收压缩空气的供应；进气阀对和对应的排气阀对，其被定位在阀块中；加热器，其被配置为加热阀块；以及温度传感器，其用于输出指示阀块的温度的信号。该方法包括如下步骤：确定阀块的温度是否低于第一预定阈值，并且如果是，则禁止对进气阀和排气阀的操作直到阀块的温度高于第二预定阈值为止。该方法可以包括如下的另外步骤：当阀块的温度低于第一预定阈值时操作加热器直到阀块的温度高于第二预定阈值为止。如果第二温度传感器被互连到控制器，则该方法可以包括根据入口中的压缩空气的温度来操作加热器的步骤。例如，根据入口中的压缩空气的温度来操作加热器的步骤可以包括：当入口中的压缩空气的温度落在第一范围内时，以全占空比来操作加热器，并且当入口中的压缩空气的温度落在第二范围内时，以减小的占空比来操作加热器。该方法还可以包括根据标准化的输入电压来操作加热器的步骤。在任何实施例中，该方法可以包括如下步骤：如果入口中的压缩空气低于预定温度，则当切换压缩空气在干燥剂塔对之间的移动时，延迟对应于打开的进气阀的排气阀的打开。附图说明通过结合附图阅读以下详细描述，将更全面地理解和领会本专利技术，其中：图1是根据本专利技术的具有空气干燥器的机车空气供应系统的示意图，该空气干燥器具有加热阀块；图2是根据本专利技术的具有一体式预过滤级和加热阀块的空气干燥器的示意图；图3是根据本专利技术的具有预过滤级的空气干燥器的加热阀块的示意图；并且图4是针对具有加热阀块的空气干燥器的加热器控制过程的流程图。具体实施方式现在参考附图(其中相同的附图标记始终表示相同的部件)，在图1中可以看到机车空气系统10，其具有空气压缩机12、后冷却器14、第一主风缸MR1和第二主风缸MR2、以及双塔干燥剂空气干燥器16(其具有根据本专利技术的加热器控制)，如下面将更全面描述的。第二主风缸MR2被耦合到制动系统18，并且止回阀20被定位在第一主风缸MR1和第二主风缸MR2之间。预过滤级22与空气干燥器16相关联并且包括排水阀24，根据排水阀清除循环时间来操作排水阀24。参考图2，双塔干燥剂空气干燥器16包括用于接收来自第一主风缸MR1的空气的入口28。入口28与预过滤级30连通，预过滤级30被示出为包括水分离器32、粗聚结器34和精细聚结器36。水分离器32、粗聚结器34和精细聚结器36中的任何积聚的液体通过排水阀24排出。进气阀对42和44被定位在预过滤级30的下游，以用于在两个通道中的一个之间转移进入的空气，两个通道中的每一个与两个干燥剂塔46和48中的一个相关联。温度传感器50被定位在进气阀42和44的上游并且预过滤级30的下游。可选地，温度传感器50或第二温度传感器76可以位于容纳一系列阀的阀块中。第一进气阀42下游的第一通道通向排气阀52和第一干燥剂塔46。第二进气阀44下游的第二通道通向第二排气阀54和第二干燥剂塔48。第一通道还包括第一干燥剂塔46下游的第一止回阀58和第一旁路孔口62，并且第二通道还包括第二干燥剂塔48下游的第二止回阀60和旁路孔口64。单个出口66被耦合到第一通道和第二通道的端部，并且湿度传感器68被定位在出口66的上游。进气阀42和44以及排气阀52和54由控制器40控制。控制器40操作进气阀42和44以及排气阀52和54，使得在入口28处提供的压缩空气被引导通过干燥剂塔46或48中的一个以进行干燥。干燥剂塔46或28中的另一个可以通过允许经干燥的空气根据需要回流通过旁路孔口62或64并从排气阀52或54流出而被再生。控制器40还与温度传感器50、温度传感器76和湿度传感器68通信。加热元件70还可以经由场效应晶体管(FET)、固态继电器或机电继电器而被耦合到控制器40并且被定位在空气干燥器16中，以在温度低于冰点的情况下加热排水阀24、进气阀42和44以及排气阀52和54。加热元件70必须具有足够的功率以防止在空气干燥器16的最小指定工作温度(通常为-40℃)下冻结，同时使至少60至100+SCFM的接近环境温度的空气流动。通过干燥器16的冷空气流呈现出非常显著的冷负荷。测试已显示的是，在-40℃和标称空气流下，需要至少525瓦特的加热器功率来防止阀块72中的冻本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空气干燥器，包括：入口，其用于接收压缩空气供应；进气阀对和对应的排气阀对，其被定位在阀块中以用于控制所述压缩空气通过对应的干燥剂塔对的移动；加热器，其被配置为加热所述阀块；温度传感器，其用于输出指示所述阀块的温度的信号；以及控制器，其被互连到所述进气阀和所述排气阀、所述加热器以及所述温度传感器，其中，所述控制器被编程为确定所述阀块的温度是否低于第一预定阈值，并且如果是，则禁止对所述进气阀和所述排气阀的操作，直到所述阀块的温度高于第二预定阈值为止。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种空气干燥器，包括：入口，其用于接收压缩空气供应；进气阀对和对应的排气阀对，其被定位在阀块中以用于控制所述压缩空气通过对应的干燥剂塔对的移动；加热器，其被配置为加热所述阀块；温度传感器，其用于输出指示所述阀块的温度的信号；以及控制器，其被互连到所述进气阀和所述排气阀、所述加热器以及所述温度传感器，其中，所述控制器被编程为确定所述阀块的温度是否低于第一预定阈值，并且如果是，则禁止对所述进气阀和所述排气阀的操作，直到所述阀块的温度高于第二预定阈值为止。2.根据权利要求1所述的空气干燥器，其中，所述控制器被编程为：当所述阀块的温度低于所述第一预定阈值时，操作所述加热器直到所述阀块的温度高于所述第二预定阈值为止。3.根据权利要求2所述的空气干燥器，其中，所述控制器被编程为仅当所述阀块的温度高于所述第二预定阈值时操作所述进气阀和所述排气阀。4.根据权利要求3所述的空气干燥器，还包括第二温度传感器，其被互连到所述控制器并且被定位在入口中，以用于输出指示所述入口中的压缩空气的温度的信号。5.根据权利要求4所述的空气干燥器，其中，所述控制器被编程为根据所述入口中的压缩空气的温度来操作所述加热器。6.根据权利要求5所述的空气干燥器，其中，所述控制器被编程为：当所述入口中的压缩空气的温度落在第一范围内时，根据全占空比来操作所述加热器，并且当所述入口中的压缩空气的温度落在第二范围内时，根据减小的占空比来操作所述加热器。7.根据权利要求6所述的空气干燥器，其中，所述控制器另外被编程为根据标准化的输入电压来操作所述加热器。8.根据权利要求4所述的空气干燥器，其中，如果所述入口中的压缩空气...

【专利技术属性】
技术研发人员：埃里克·C·赖特，
申请(专利权)人：纽约气闸有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US