基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置及其工作方法

2023-11-04 16:35:57

基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置及其工作方法
【專利摘要】本發明公開了一種基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置，屬於空氣乾燥【技術領域】，其包括空氣壓縮機、氣液換熱器、空氣冷卻器、高壓儲氣罐、高壓除溼器、第一控制閥、噴嘴、孔板、渦流室、第二控制閥、高壓儲液罐、第一節流閥、中間換熱器、溶液加熱器、常壓再生器、常壓儲液罐、高壓溶液泵、溶液冷卻器、第三控制閥和乾燥空氣出口；本發明還公開了該乾燥裝置的工作方法。本發明的乾燥裝置具有以下有益效果：1）提高壓縮空氣乾燥系統能量利用效率；2）除溼和再生效果均得到增強，且有效降低壓縮空氣出口含溼量；3）提高渦流管制冷效率以及能量利用率；本發明的基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置的工作方法，步驟簡單，節能環保。
【專利說明】基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置及其工作方法

【技術領域】
[0001]本發明屬於空氣乾燥【技術領域】，具體涉及一種基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置及其工作方法。

【背景技術】
[0002]壓縮空氣是僅次於電力的第二大動力能源，又是具有多種用途的工藝氣源，其應用範圍遍及石油、化工、冶金、電力、機械、電子、食品、醫藥、國防等行業和部門。由於溼空氣壓縮冷凝後成為溼飽和空氣，並夾帶大量的液態水滴，引起設備、管道和閥門鏽蝕，冬天結冰阻塞氣動系統中的小孔通道，對生產過程造成不利影響，引起國民經濟巨大損失。為保證這類低溼工業生產區域所需的乾燥環境，採用溶液除溼技術對壓縮空氣進行深度乾燥。溶液除溼與再生過程的驅動力均為溶液表面蒸汽壓與空氣水蒸氣分壓力之差，溶液表面的蒸汽壓大小與溶液溫度密切相關。在溶液濃度一定的條件下，降低除溼過程中溶液溫度，除溼效果越好，除溼後的空氣能夠達到的含溼量也越低；升高再生過程中溶液溫度，再生效果增強。
[0003]然而現有技術中，對於只需要常壓深度乾燥空氣的場所，高壓除溼器出口的壓縮空氣直接被節流，造成空氣勢能的極大浪費，傳統的技術中乾燥裝置結構複雜，工作效率低下。


【發明內容】

[0004]發明目的:本發明的目的在於提供一種基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置，使其具有回收乾燥壓縮空氣的勢能且具有較好的除溼和再生性能，不再需要外部輸入熱量與冷量，只需將高壓除溼器出口的乾燥壓縮空氣送入渦流管制冷系統獲得熱氣流和冷氣流，利用高溫熱氣流對經空壓機出口壓縮空氣加熱的稀溶液進一步升溫後再生，低溫冷氣流降低除溼溶液的溫度，有效降低壓縮空氣出口含溼量，增強除溼效果；本發明的另一目的在於提供基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置的工作方法。
[0005]技術方案:為實現上述發明目的，本發明採用如下技術方案:
基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置，其包括空氣壓縮機、氣液換熱器、空氣冷卻器、高壓儲氣罐、高壓除溼器、第一控制閥、噴嘴、孔板、渦流室、第二控制閥、高壓儲液罐、第一節流閥、中間換熱器、溶液加熱器、常壓再生器、常壓儲液罐、高壓溶液泵、溶液冷卻器、第三控制閥和乾燥空氣出口；
在所述的空氣壓縮機上設有空氣進口和排氣口，所述的空氣壓縮機的排氣口與氣液換熱器的第一輸入端相連，氣液換熱器的第一輸出端與空氣冷卻器的進口相連，空氣冷卻器的出口與高壓儲氣罐的進口連接，儲氣罐出口與高壓除溼器的側面下端進氣口連接；在所述的高壓除溼器的下方設有底部排液口，該底部排液口與高壓儲液罐相連；
高壓儲液罐的出口經第一節流閥連接中間換熱器的第一輸入端，中間換熱器的第一輸出端與氣液換熱器的第二輸入端相連，氣液換熱器的第二輸出端與溶液加熱器的第一輸入端相連，溶液加熱器的第一輸出端與常壓再生器的噴淋器相連；常壓再生器的底部排液口經管道連接中間換熱器的第二輸入端，中間換熱器的第二輸出端與常壓儲液罐相連，常壓儲液罐的出口依次經過高壓溶液泵、溶液冷卻器的第一輸入端和第一輸出端、第三控制閥連接高壓除溼器的噴淋器；
第一控制閥的輸入端與高壓除溼器側面上端排氣口相連，第一控制閥的輸出端通過管道與用於輸入壓縮空氣的噴嘴相連，所述的噴嘴設置在渦流室上，在渦流室兩側分別裝有孔板，所述的渦流室的第一出口經第二控制閥與溶液加熱器的第二輸入端相連，所述的渦流室的第二出口經管道與溶液冷卻器的第二輸入端相連；所述的溶液加熱器的第二輸出端與溶液冷卻器的第二輸出端相連；在溶液加熱器的第二輸出端與溶液冷卻器第二輸出端的連通部位設有乾燥空氣出口。
[0006]在所述的常壓再生器的側面下端進氣口設有用於輸入再生空氣的風機，在常壓再生器的側面上端設有用於排出再生空氣的排氣口。
[0007]所述的基於渦流管制冷技術的壓縮空氣高效除溼乾燥裝置的工作方法，其特徵在於:其包括壓縮空氣乾燥流程、高壓溶液除溼和常壓溶液再生循環流程以及渦流管制冷強化溶液除溼再生流程；
1)壓縮空氣乾燥流程如下:溼空氣有空氣進口進入空氣壓縮機壓縮後獲得壓縮空氣，壓縮空氣經氣液換熱器、空氣冷卻器冷卻降溫後經高壓儲氣罐進入高壓除溼器，同時濃溶液依次經高壓溶液泵、溶液冷卻器加壓冷卻後進入高壓除溼器與壓縮空氣進行熱質交換，獲得的乾燥壓縮空氣經高壓除溼器側面上端的排氣口排出；
2)高壓溶液除溼和常壓溶液再生循環流程如下:高壓除溼器中除溼之後的稀溶液進入高壓儲液罐，經第一節流閥節流後進入中間換熱器加熱後進入氣液換熱器回收高溫壓縮空氣的餘熱，之後進入溶液加熱器進一步加熱，然後進入常壓再生器，與風機送入的室外空氣直接接觸，稀溶液中的水分被空氣吸收後變為濃溶液，空氣由常壓再生器的上部排氣口排出，濃溶液由常壓再生器的底部排液口經中間換熱器冷卻後流入常壓儲液罐，之後濃溶液通過高壓溶液泵送入溶液冷卻器被渦流管制冷系統冷端出口的冷氣流進一步冷卻，最終經第三控制閥進入高壓除溼器，構成高壓溶液除溼和常壓溶液再生循環迴路；
3)渦流管制冷強化溶液除溼再生流程如下:將高壓除溼器出口的乾燥壓縮空氣經第一控制閥送入噴嘴，由噴嘴送入渦流室，渦流室兩側分別裝有孔板，壓縮空氣經渦流後分散成熱、冷兩部分，熱氣流經第二控制閥進入溶液加熱器，冷氣流進入溶液冷卻器，最終熱氣流與冷氣流混合後乾燥空氣出口送入需乾燥的空間。
[0008]有益效果:與現有技術相比，本發明的基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置具有以下有益效果:1)提高壓縮空氣乾燥系統能量利用效率；通過渦流管制冷系統回收高壓除溼器出口乾燥壓縮空氣的勢能，對於只需要常壓深度乾燥壓縮空氣的場所，滿足空氣乾燥度的同時還能夠避免空氣勢能的浪費，實現能量的梯級利用；2)除溼和再生效果均得到增強，且有效降低壓縮空氣出口含溼量；通過將高壓除溼器出口乾燥的壓縮空氣送入結構簡單、操作方便的渦流管制冷系統獲得高溫熱氣流和低溫冷氣流，其中熱氣流對經空壓機出口壓縮空氣加熱的稀溶液進一步升溫後利用室外空氣進行再生，不再需要外部輸入熱量；同時，冷氣流冷卻濃溶液，增大除溼過程驅動力，增強除溼效果且可獲得含溼量更低的壓縮空氣；3)提高渦流管制冷效率以及能量利用率；通過渦流管制冷系統中採用的是深度乾燥的壓縮空氣，水蒸氣含量低，系統的製冷效應和加熱效應都顯著提高，此外，獲得的熱氣流與冷氣流分別用於加熱和冷卻溶液，熱量與冷量均得到有效利用，提高了能量利用率，該裝置在有廉價壓縮空氣或天然氣源可以利用的情況下，具有良好的發展前景；本發明的基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置的工作方法，步驟簡單，節能環保，具有很好的實用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0009]圖1是基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0010]下面結合複合和具體實施例對本發明做進一步的說明。
[0011]實施例1基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置
如圖1所示，基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置包括空氣進口 1、空氣壓縮機2、氣液換熱器3、空氣冷卻器4、高壓儲氣罐5、高壓除溼器6、第一控制閥7、噴嘴8、孔板9、渦流室10、第二控制閥11、高壓儲液罐12、第一節流閥13、中間換熱器14、溶液加熱器15、常壓再生器16、常壓儲液罐17、高壓溶液泵18、溶液冷卻器19、第三控制閥20、乾燥空氣出口21、風機22和再生空氣出口 23 ;以上部件分別組成了壓縮空氣溶液深度除溼乾燥組件、高壓溶液除溼和常壓溶液再生循環組件以及渦流管制冷組件。
[0012]其中，壓縮空氣溶液深度除溼乾燥組件和高壓溶液除溼再生循環組件共用了氣液換熱器3和高壓除溼器6 ;壓縮空氣溶液深度除溼乾燥組件包括了氣液換熱器3的第一輸入端和第一輸出端，高壓除溼器6的進氣口 ；高壓溶液除溼再生循環組件包括了氣液換熱器3的第二輸入端和第二輸出端，高壓除溼器6的底部排液口。高壓溶液除溼再生循環組件和渦流管制冷組件共用了溶液加熱器15和溶液冷卻器19 ;高壓溶液除溼再生循環組件包括了溶液加熱器15的第一輸入端和第一輸出端，溶液冷卻器19的第一輸入端和第一輸出端；渦流管制冷組件包括了溶液加熱器15的第二輸入端和第二輸出端，溶液冷卻器19的第二輸入端和第二輸出端。
[0013]壓縮空氣溶液深度除溼乾燥組件包括空氣進口 1、空氣壓縮機2、氣液換熱器3、空氣冷卻器4、高壓儲氣罐5和高壓除溼器6，空氣由空氣進口 I進入空氣壓縮機2，空氣壓縮機2的排氣口連接氣液換熱器3的第一輸入端，氣液換熱器3的第一輸出端連接空氣冷卻器4的進口，空氣冷卻器4的出口與高壓儲氣罐5的進口連接，高壓儲氣罐5出口與高壓除溼器6的側面下端進氣口連接。
[0014]高壓溶液除溼再生循環組件包括氣液換熱器3、高壓除溼器6、高壓儲液罐12、第一節流閥13、中間換熱器14、溶液加熱器15、常壓再生器16、常壓儲液罐17、高壓溶液泵18、溶液冷卻器19、第三控制閥20、風機22和再生空氣出口 23，高壓除溼器6的底部排液口連接高壓儲液罐12，高壓儲液罐12的出口經第一節流閥13連接中間換熱器14的第一輸入端，中間換熱器14的第一輸出端連接氣液換熱器3的第二輸入端,氣液換熱器3的第二輸出端連接溶液加熱器15的第一輸入端，溶液加熱器15的第一輸出端接常壓再生器16的噴淋器；常壓再生器16的底部排液口經管道連接中間換熱器14的第二輸入端，中間換熱器14的第二輸出端連接常壓儲液罐17，常壓儲液罐17的出口先後經高壓溶液泵18、溶液冷卻器19的第一輸入端和第一輸出端、第三控制閥20連接高壓除溼器6的噴淋器；再生空氣經常壓再生器16的側面下端進氣口由風機22送入，最後經常壓再生器16的側面上端排氣口排出。
[0015]渦流管制冷組件包括第一控制閥7、噴嘴8、孔板9、渦流室10、第二控制閥11、溶液加熱器15、溶液冷卻器19和乾燥空氣出口 21 ;第一控制閥7的輸入端連接高壓除溼器6側面上端排氣口，第一控制閥7的輸出端通過管道連接噴嘴8，壓縮空氣由噴嘴8送入渦流室10，渦流室10兩側分別裝有孔板9，壓縮空氣經渦流後分成熱、冷氣流兩部分，熱氣流經第二控制閥11送入溶液加熱器15的第二輸入端，加熱需要再生的稀溶液，冷氣流經管道送入溶液冷卻器19的第二輸入端，冷卻用於除溼的濃溶液，溶液加熱器15的第二輸出端與溶液冷卻器19的第二輸出端連接，最後將乾燥空氣送入需要乾燥的空間。
[0016]實施例2基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置的工作方法
基於渦流管制冷技術的壓縮空氣高效除溼乾燥裝置的工作方法主要包括壓縮空氣乾燥流程、高壓溶液除溼再生循環流程以及渦流管制冷強化溶液除溼再生流程。
[0017]壓縮空氣乾燥流程如下:溼空氣有空氣進口 I進入空氣壓縮機2壓縮後獲得壓縮空氣，壓縮空氣經氣液換熱器3、空氣冷卻器4冷卻降溫後經高壓儲氣罐5進入高壓除溼器6，同時濃溶液依次經高壓溶液泵18、溶液冷卻器19加壓冷卻後進入高壓除溼器6與壓縮空氣進行熱質交換，獲得的乾燥壓縮空氣經高壓除溼器6側面上端的排氣口排出。
[0018]高壓溶液除溼和常壓溶液再生循環流程如下:高壓除溼器6中除溼之後的稀溶液進入高壓儲液罐12，經第一節流閥13節流後進入中間換熱器14加熱後進入氣液換熱器3回收高溫壓縮空氣的餘熱，之後進入溶液加熱器15進一步加熱，然後進入常壓再生器16，與風機22送入的室外空氣直接接觸，稀溶液中的水分被空氣吸收後變為濃溶液，空氣由常壓再生器16的上部排氣口排出，濃溶液由常壓再生器16的底部排液口經中間換熱器14冷卻後流入常壓儲液罐17，之後通過高壓溶液泵18送入溶液冷卻器19被渦流管制冷系統冷端出口的冷氣流進一步冷卻，最終經第三控制閥20進入高壓除溼器6，構成高壓溶液除溼再生循環迴路。
[0019]渦流管制冷強化溶液除溼再生流程如下:將高壓除溼器6出口的乾燥壓縮空氣經第一控制閥7送入噴嘴8，由噴嘴8送入渦流室10，渦流室10兩側分別裝有孔板9，壓縮空氣經渦流後分散成熱、冷兩部分，熱氣流經第二控制閥11進入溶液加熱器15，冷氣流進入溶液冷卻器19，最終熱氣流與冷氣流混合後送入需乾燥的空間。
[0020]通過實施例1和實施例2可以知道，該基於渦流管制冷技術的壓縮空氣高效除溼乾燥裝置及工作方法，除溼過程在高壓除溼器中進行，能夠獲得低含溼量的壓縮空氣。此夕卜，將壓縮空氣溶液深度除溼乾燥技術與渦流管制冷技術結合，將高壓除溼器出口乾燥的壓縮空氣送入渦流管制冷系統獲得高溫熱氣流和低溫冷氣流，對於只需要常壓深度乾燥壓縮空氣的場所，該過程不僅實現了對壓縮空氣勢能的回收，而且高溫熱氣流對稀溶液進行加熱後再生，不再需要外部熱源，低溫冷氣流用於冷卻濃溶液，顯著降低溶液表面水蒸氣分壓力，能夠獲得含溼量更低的壓縮空氣，且增大除溼過程驅動力，除溼效果增強；將渦流管制冷系統採用的是乾燥的壓縮空氣，製冷和加熱效應均顯著提高，此外，冷、熱氣流均得到有效利用，提高了能量利用率，在有廉價壓縮空氣或天然氣源可以利用的情況下，發展前景良好。
【權利要求】
1.基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置，其特徵在於:其包括空氣壓縮機(2)、氣液換熱器(3)、空氣冷卻器(4)、高壓儲氣罐(5)、高壓除溼器(6)、第一控制閥(7)、噴嘴(8)、孔板(9)、渦流室(10)、第二控制閥(11)、高壓儲液罐(12)、第一節流閥(13)、中間換熱器(14)、溶液加熱器(15)、常壓再生器(16)、常壓儲液罐(17)、高壓溶液泵(18)、溶液冷卻器(19)、第三控制閥(20)和乾燥空氣出口(21)； 在所述的空氣壓縮機(2)上設有空氣進口( I)和排氣口，所述的空氣壓縮機(2 )的排氣口與氣液換熱器(3)的第一輸入端相連，氣液換熱器(3)的第一輸出端與空氣冷卻器(4)的進口相連，空氣冷卻器(4)的出口與高壓儲氣罐(5)的進口連接，高壓儲氣罐(5)出口與高壓除溼器(6)的側面下端進氣口連接；在所述的高壓除溼器(6)的下方設有底部排液口，該底部排液口與高壓儲液罐(12)相連； 高壓儲液罐(12)的出口經第一節流閥(13)連接中間換熱器(14)的第一輸入端，中間換熱器(14)的第一輸出端與氣液換熱器(3)的第二輸入端相連,氣液換熱器(3)的第二輸出端與溶液加熱器(15)的第一輸入端相連，溶液加熱器(15)的第一輸出端與常壓再生器(16)的噴淋器相連；常壓再生器(16)的底部排液口經管道連接中間換熱器(14)的第二輸入端，中間換熱器(14)的第二輸出端與常壓儲液罐(17)相連，常壓儲液罐(17)的出口依次經過高壓溶液泵(18)、溶液冷卻器(19)的第一輸入端和第一輸出端、第三控制閥(20)連接高壓除溼器(6)的噴淋器； 第一控制閥(7)的輸入端與高壓除溼器(6)側面上端排氣口相連，第一控制閥(7)的輸出端通過管道與用於輸入壓縮空氣的噴嘴(8)相連，所述的噴嘴(8)設置在渦流室(10)上，在渦流室(10)兩側分別裝有孔板(9)，所述的渦流室(10)的第一出口經第二控制閥(11)與溶液加熱器(15)的第二輸入端相連，所述的渦流室(10)的第二出口經管道與溶液冷卻器(19)的第二輸入端相連；所述的溶液加熱器(15)的第二輸出端與溶液冷卻器(19)的第二輸出端相連；在溶液加熱器(15)的第二輸出端與溶液冷卻器(19)第二輸出端的連通部位設有乾燥空氣出口(21)。
2.根據權利要求1所述的基於渦流管制冷技術的壓縮空氣乾燥裝置，其特徵在於:在所述的常壓再生器(16)的側面下端進氣口設有用於輸入再生空氣的風機(22)，在常壓再生器(16)的側面上端設有用於排出再生空氣的排氣口(23)。
3.權利要求2中所述的基於渦流管制冷技術的壓縮空氣高效除溼乾燥裝置的工作方法，其特徵在於:其包括壓縮空氣乾燥流程、高壓溶液除溼和常壓溶液再生循環流程以及渦流管制冷強化溶液除溼再生流程； 1)壓縮空氣乾燥流程如下:溼空氣有空氣進口(I)進入空氣壓縮機(2)壓縮後獲得高壓壓縮空氣，該壓縮空氣經氣液換熱器(3)、空氣冷卻器(4)冷卻降溫後經高壓儲氣罐(5)進入高壓除溼器(6)，同時濃溶液依次經增壓溶液泵(18)、溶液冷卻器(19)加壓冷卻後進入高壓除溼器(6)與壓縮空氣進行熱質交換，獲得的乾燥壓縮空氣經高壓除溼器(6)側面上端的排氣口排出； 2)高壓溶液除溼和常壓溶液再生循環流程如下:高壓除溼器(6)中除溼之後的稀溶液進入高壓儲液罐(12)，經第一節流閥(13)節流後進入中間換熱器(14)加熱後進入氣液換熱器(3)回收高溫壓縮空氣的餘熱，之後進入溶液加熱器(15)進一步加熱，然後進入常壓再生器(16)，與風機(22)送入的室外空氣直接接觸，稀溶液中的水分被空氣吸收後變為濃溶液，空氣由常壓再生器(16)的上部排氣口排出，濃溶液由常壓再生器(16)的底部排液口經中間換熱器(14)冷卻後流入常壓儲液罐(17)，之後濃溶液通過高壓溶液泵(18)送入溶液冷卻器(19)被渦流管制冷系統冷端出口的冷氣流進一步冷卻，最終經第三控制閥(20)進入高壓除溼器(6)，構成高壓溶液除溼和常壓溶液再生循環迴路； 3)渦流管制冷強化溶液除溼再生流程如下:將高壓除溼器(6)出口的乾燥壓縮空氣經第一控制閥(7)送入噴嘴(8)，由噴嘴(8)送入渦流室(10)，渦流室(10)兩側分別裝有孔板(9)，壓縮空氣經渦流後分散成熱、冷兩部分，熱氣流經第二控制閥(11)進入溶液加熱器(15)，冷氣流進入溶液冷卻器(19)，最終熱氣流與冷氣流混合後通過乾燥空氣出口(21)送入需乾燥的空間。
【文檔編號】B01D53/26GK104174261SQ201410407983
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年8月19日 優先權日:2014年8月19日
【發明者】殷勇高, 鄭寶軍, 張小松 申請人:東南大學