用於製冷除溼過程的能量回收系統及方法

2023-12-04 11:38:46

專利名稱：用於製冷除溼過程的能量回收系統及方法
用於製冷除溼過程的能量回收系^S:方法相關申請資料
本申請要求於2006年11月15日提交的序列號為No.60/865,970的 共同待審的臨時專利申請的優先權，並且其涉及的全部內容&th引入作為參考。技術領域
壓縮機系繊常包括從壓縮氣體中去除水汽的系統。例如，空氣壓 縮機系統可釆用製冷空氣乾燥器系統，該製冷空氣乾燥器系統冷卻壓縮空氣流 以從空氣中凝結出7jC。如果不除去水，該水就會損壞下遊部件^t使用該空氣 的下遊部件的運轉產生不利影響。發明內容
該回熱器能定位在冷凝器的上遊或下遊，但雌是與冷凝器分開。 該回熱器包括兩個流動通道，每個流動ilit優選維持在大氣壓力以上的壓力下。
在一種結構中，本發明提供一種氣體壓縮系統，該氣體壓縮系統包 括壓縮氣體流、分離器、以及壓縮製冷劑流，其中，該分離器定位成接收壓縮 氣體流並排方文出第二壓縮氣體流和冷)疑液流。換熱器被定位成接收冷凝液流和 壓縮製冷劑流。該換熱驗置成使得該冷凝液流辨口該製冷齊i硫。
在另一種結構中，本發明麟了一種氣體壓縮系統，該氣體壓縮系 統包括用於產生壓縮氣術荒的氣體壓縮機、用於產生壓縮製冷劑流的製冷劑壓 縮機、以及定位成接收該壓縮製冷劑流和該壓縮氣體流並布置成7賴喊壓縮氣 體的蒸發器。水氣分離器定位成從蒸發器接收該壓縮氣體流，並且將該壓縮氣 體流分離成乾燥壓縮氣體流和冷凝液流。換熱器被定位成接收該壓縮製冷劑流 和該冷凝液流，並且布置自該冷凝液皿y賴喊製冷劑流。
在又一種結構中，本發明提供了一種氣體壓縮系統，該氣體壓縮系 統包括用於產生壓縮氣體流的氣體壓縮機、用於產生壓縮製冷劑流的製冷劑壓 縮機、以定位成接收壓縮製冷劑流和壓縮氣體流並且布置成冷卻該壓縮氣體的 蒸發器。分離器定位成從蒸發器接收壓縮氣體流，並且將該壓縮氣體流分離成 乾燥的壓縮氣體流和冷凝液流。換熱器定位成接收壓縮製冷劑流和冷凝液流， 並且布置鵬該冷凝液流7襯卩該製冷劑流。冷凝器定位成接收該壓縮律蛉劑流， 並且布置成用該空氣流7令卻該製冷劑流。該換熱器和該冷凝器協作以冷卻壓縮 娜令劑流到期望離。


圖1是包括諱蛉除溼系統的氣體壓縮系統的示意亂
圖2是包括另1嶺斷顯系統的另一氣體壓縮系統的示意亂
圖3是包括另一製冷除溼系統的另一空氣^^燥系統的示意圖4是圖l中換熱器的剖視圖5是圖1中換熱器的另一剖視圖；以及
圖6是圖1中換熱器的另一剖視圖。
具體實施方式
在本發明的任一實施例詳細說明之前，需要認識到的是，本發明並不受本申請在接下來描述的內容中以及附圖中圖示的結構詳圖和部件布置的限 制。本發明可以有其他的實施方式，並且能以多種方式實施或實現。此外，需 要認識到的是，在此使用的措辭和專業用語是用於描述的目的，而不應認為是 種限制。這裡使用的"包括"、"包含"、或"具有"及其變形是指包括其後 列出的項目及其等同物以及另外的項目。除非規定或限定為其他方式，術語"安 裝"、"連接"、"支撐"和"聯接"及其 1細於歸廣義並且包含直 接和間接的安裝、連接、支撐和聯接。進一步地，"連接"和"聯接"並不限庫'J為物理的淑幾M3^接或聯接。[oon ]圖i示意性^ttk^出了氣體壓縮系統io的一種可能的布置，該氣體壓縮系統包括壓縮機15和千燥器系統20,它們協作以給應用系統鵬用端25 提供千燥壓縮氣體。鵬用系統或應用端25可包括一個或多個湖模帝肌、氣 動設備、氣動工具、氣動致動器、氣動控制器等等。
壓縮機15可包括單個壓縮機或多個布置成並聯和/或串聯的壓縮機， 以便以期望的流速和壓力輸出壓縮氣瓶17。另外，壓縮機15可包括旋轉壓縮 機，例如旋轉螺旋壓縮機、離心式壓縮機、往復式壓縮機、或不同的壓縮機設 計或者它們的組合。因而，本發明不應受限於壓縮機15的鄉、數量赫置。
圖1的乾燥器系統20包括以類似於標準製冷循環的方式布置的娜令 劑壓縮機30、冷凝器35、膨脹^g 40和蒸發器45 。審J7令劑壓縮機30可包括一 個或多個壓縮體，該壓縮體適於壓縮製冷劑以產生製冷劑流47。例如，一 個或多個旋轉螺旋壓縮機和/或一個或多個渦旋壓縮機能用作該製冷劑壓縮機 30。當然，如果需要，未在此描述的其他類型的壓縮機或壓縮機組合也能用作 製冷劑壓縮機30。
冷凝器35包括第一換熱器50，該第一換熱器50將娜令劑進行7賴P以去除一部分壓縮熱。在圖示的布置中，採用idlil換繊50和麵55娜令劑。該m 55可連續地、間歇地、或以^X作，以實IM製冷齊啲期望 y鉀口水平。在雌的結構中，製冷齊贓冷凝器35內凝結，以致液體製冷劑流從 冷凝器35中流出。正如本領域駄人員所意識至啲，許多其他的換熱器設計能 用於7令凝器35。例如翅管換熱器、殼管式換熱器、板翅式換熱器等等，它們 肖調在該冷凝器35的內部。因而，本發明將不^^f採用的換^l^的限制。
膨脹裝置40定位在冷凝器35的下遊，以便其接收流31冷凝器35的高壓液體製冷劑流。膨脹裝置4O引起製冷齊啲ffli!0脹，這會使得該製冷劑 在流出膨脹裝置40之後產生相應的溫度下降。
蒸發器45包括第二換熱器60，織二換熱器60在流出膨脹錢40 的娜令劑與流出壓縮機15的壓縮氣術紋間傳遞熱量。由於律ij冷劑和壓縮氣體 兩者都處於壓力之下，應採用容納這兩種流體的換熱器60。因而，通常採用殼 管式、板鵬、^il式、或其他換^NJ置。隨著衝J7令劑流過第二換熱器60， 其壓縮氣體流加熱，而該壓縮氣體流則被冷卻。在，的結構中，製冷劑在被 加熱到高於其在工作壓力下的沸點的溫度，以產生過熱蒸汽。該過熱蒸汽流出 蒸發器45並流向製冷劑壓縮機30，以完成該靴令循環。
正如本領域技術人員所理解到的，通常在製冷系統中採用的其他部 件或系統也可採用於本布置中。例如可將容器定位在該循環中，以收集過量 製冷劑並用作儲罐。另外，如果需要，單向閥、傳感器，和控制器能沿著該制 7令系統定位在不同的點處。
許多種zK汽分離器75肯調於圖1的結構中。例如，可以採用凝聚過 濾式7jC汽分離器，以從壓縮氣體中去除冷凝液體。或者，還可以根據需要釆用 流動感應分離器(flow induced separator)或重力感應分離器(gravity induced separator)，其依靠大液滴的重量或慣性分離冷凝的zK汽。正如本領域M人員 所理解到的，許多不同的7jC汽分離器75或水汽分離器75的組合是可能的。因 而，本發明不應受在此描述的少量示例的限制。
冷凝液80流出蒸發器45，並流向定位在蒸發器45和回熱器65之 間的單向閥70。單向閥70被布置成防止液體流從回熱器65流動到蒸發器45， 同時允許冷凝液流80從蒸發器45流到回熱器65。在一些結構中，單向閥70 可省略。
回熱器65包括第三換熱器85,該第三換熱器85定位成從冷凝器 35中接收製冷劑並將律嶺劑輸送給膨脹裝置40。第三換熱器85包括第二流動 通道，該第二流動通道從系統10中接收冷凝液流80並排放冷凝液流80。在制 冷循環中的此處，冷凝液80比挪令劑更冷。因而，冷凝液80 ^4P帝IJ7令劑，並 隨著其流過該回熱器65而被加熱。
第三換熱器85可包括兩個基本上封閉且受壓的流動通道，或可包括 一個開敞的或暴露於大氣壓力下的流動通道(第二流動通道)。因而，許多不 同鄉的換熱器能被用作第三換熱器85 (例如翅管式、板鵬、殼管式等等)。 在優選結構中，第三換熱器85中的兩個流動通道都維持在大於大氣壓力的壓力 下，因而需要兩^^閉通道。
殼90和空間95的大小體成在需要時提供一種用於儲存製冷劑的 麟。殼90內部的律蛉劑高度根據製冷系統的要求而變化。另外，當定位在冷 凝器35的下遊時，如圖1所示，殼90的下細每容納液態娜令劑，而上面有一 層製冷劑蒸氣。該蒸氣層在該系統內部提供了液壓阻尼，這 少由製冷系統 內部的閥的運動(開啟和關閉)所弓胞的、皿效應(例如壓力尖峰)。
如圖6所示，冷凝液80 (^7jO在殼卯的頂部附近的冷凝液進口 120^A管100，向下流過殼90，並從冷凝液出口 125流出。圖4—6所示的 布置〗OT冷凝液80的辦ij冷卻能力來y賴卩製冷劑47，否則該冷凝液的該過剩冷 卻能力將被浪費掉。
在操作中，製冷劑壓縮機30壓縮律嶺劑蒸氣，並且引導該壓縮製冷劑47到冷凝器35 。冷凝器35 7轉,凝結該製冷劑47 ，並且弓|導製冷劑47到 回aH 65以及從回熱器65到膨脹裝置40。在製冷劑47流向蒸發器45之前， 膨脹^g 40使製冷劑47膨脹並^4卩製冷劑47 o製冷劑47流過蒸發器45並在 此被加熱，並在流向製冷劑壓縮機30前汽化，以完成該製冷循環。
劑流82。其餘部件大體上如圖1所描鵬那樣布置。在該位置，當諱蛉 劑47進入第三換熱器85時，製冷劑47較熱，並且在製冷劑47進入冷凝器35 之前，冷凝液80預先冷卻該製冷劑47 。該布置還允許冷凝器35使用較少能量 將製冷劑47 7轉卩到預定igJt，或者，與不{頓回 65而所能實現的皿相 比，允許縣統將帝嶺劑47 7轉口到更低的鵬。因而，圖2的系統10a能提高 氣體l縮系統10a的效率，和/或能陶氏壓縮氣體17的露點糹鵬，該溫度低於不 使用回熱器65時所能實現的溫度。
圖2的布置特別適用於這樣的系統，其中，冷凝液的、M不足夠低 至有效冷卻流出冷凝器35之後的律嶺劑47，但是，該冷凝液^￡夠冷以在制 冷劑47駄冷凝器35前對製冷劑47提供一些預冷卻。
圖3示出了另一空氣乾燥系統10c，其中，回繊65用於提高串蛉 空氣乾燥器的效率。與圖1和圖2所示系統不同，圖3的系統用於乾燥基本上為環境壓力的空氣流17而不是用於乾燥壓縮空氣。這種系統能用於在庫嶺機中 乾燥空氣或用於諸如家庭、辦公樓或工廠的，中以千燥空氣。圖3的結構中， 第一換熱器50和第二換熱器60定位在共同的外殼130中。在這種布置中，制 冷循環以與圖1所描述的大致一樣的方式工作。
然而，圖3的結構中並沒有壓縮豐幾或應用端。更確切地說，有一風 扇132將環境空氣吸入到外殼130中，並流過對空氣17進行冷卻的第二換熱器 60。溫度降低導致空氣17內部的一些水汽冷凝出來，並且收集到外殼130的底 部。當前較冷的空氣17然後被引導至l傑一換熱器50，在第一換熱器50處，空 氣17將製冷劑y賴卩。然後，空氣從外殼排出並且按需要l糊。冷凝液80傲卜 殼130中流出，並流過回熱器65，以在製冷劑47離開第一換皿50後進一步 y賴陶j冷劑47。當然，如果需要，換熱器65能定位在第一換熱器50的上遊而 不是下遊。
圖3的結構有利於流出系統10c的空氣在千燥後稍微加熱。該加熱 保證空氣溫度適當高於空氣的空氣的露點，從而陶氏在i頓期間從空氣流中凝 結額夕沐汽的可能性。
正如本領域技術人員所理解到的，在此描述的系統和部件可以有其 他的布置和方位。因而，本發明不應受在此描述的少量示例限制。
應注意的是，雖然圖示的結構己描述為是用於空氣壓縮系統，使用 圖示的結構也能壓縮和乾燥其他的氣體。因而，本發明不僅限於空氣壓縮系統。
因此，其中，本發明提供了一種氣體壓縮系統IO，該氣體壓縮系統 10包括千燥系統20，該乾燥系統20 j頓冷凝液80來提高氣體壓縮系統10的 效率。
權利要求
1. 一種氣體壓縮系統，包括第一壓縮氣體流；分離器，該分離器定位成接收該第一壓縮氣體流並排放出第二壓縮氣體流和冷凝液流；壓縮製冷劑流；以及換熱器，該換熱器定位成接收冷凝液流和壓縮製冷劑流，該換熱器布置成使得該冷凝液流冷卻該製冷劑流。
2、 根據權利要求1所述的氣體壓縮系統，還包括定位成接收m縮製冷劑 流的冷凝器，該冷凝器與該換熱器協作以將該製冷劑流7襯卩至嗍望、鵬。
3、 根據權利要求2所述的氣體壓縮系統，其中，該換熱器排放該壓縮製冷 劑流到該冷凝器。
4、 根據權禾腰求2所述的氣體壓縮系統，還包括蒸發器，該蒸發器定位成 接收該壓縮製冷劑流和該第一壓縮氣體流，該蒸發器布置成促，該第一壓縮 氣，的7賴卩。
5、 根據權利要求2所述的氣體壓縮系統，其中，該冷凝§1#放該壓縮製冷 齊很鬼到該換熱器。
6、 根據權利要求1所述的氣體壓縮系統，還包括放洩彎管裝置，該放洩彎 ，置布置在該分離器和該換 之間。
7、 根據權利要求1所述的氣體壓縮系統，還包括設置於該分離器和該換熱 器之間的單向閥，以防止冷凝液流從換，流到分離器。
8、 一種氣體壓縮系統，包括 氣體壓縮機，用於產生壓縮氣ME; 偉嶺劑壓縮機，用於產生壓縮製冷劑流；蒸發器，該蒸發器定位成接收該壓縮製冷劑流和該壓縮氣條，並布置成 冷卻該壓縮氣體；水汽分離器，該水汽分離器定位成從蒸發器接收該壓縮氣Ml並分離該壓 縮氣體流為乾燥的壓縮氣體流和冷凝液流；以及換熱器，該換繊定位成接收該壓縮製冷劑流和該冷凝液流，並布置成用該冷凝液流來冷卻該製冷劑流。
9、 根據權禾腰求8所述的氣體壓縮系統，還包括冷凝器，該冷凝器定位成 接收該壓縮製冷劑流，該冷凝器與該換熱器協作以將該製冷劑流)ti卩至,望溫 度。
10、 根據權利要求9所述的氣體壓縮系統，其中，該換熱^敝該壓縮制 冷劑流到該冷凝器。
11、根據權利要求9所述的空氣壓縮系統，其中，該冷凝器排放該壓縮制 冷劑流到該換熱器。
12、根據權利要求8所述的氣體壓縮系統，還包括放洩彎管裝置，該放洩 彎管裝置布置在該水汽分離器和該換MI之間。
13、根據權利要求8所述的氣體壓縮系統，還包括設置於該7jC汽分離器和 該換熱器之間的單向閥，以防止該冷凝液流從該換熱器流到該7i^汽分離器。
14、 一種氣體壓縮系統，包括 氣體壓縮機，用於產生壓縮氣^^荒； 審J7令劑壓縮機，用於產生壓縮製冷劑流；蒸發器，該蒸發器定位成接收該壓縮偉嶺劑流和該壓縮氣術荒，並布置成 冷卻該壓縮氣體；分離器，該分離器定位成從該蒸發器接收該壓縮氣體流，並且將該壓縮氣 分離為乾燥的壓縮氣體流和冷凝液流；換熱器，該換熱器定位成接收該壓縮帝J7令劑流和該冷凝、液流，並布置成用 該)t凝液流來冷卻該製冷劑流；以及冷凝器，該冷凝器定位成接收該壓縮製冷齊臓並布置成冷卻該製冷劑流， 該換繊與該冷凝器協作以將該壓縮審嶺劑流^*,期望、鵬。
15、 根據權利要求14所述的氣體壓縮系統，其中，該換熱翻撖該fL縮制 冷劑流到該冷凝器。
16、 根據權利要求14所述的空氣壓縮系統，其中，該冷凝翻傲鄉縮制 冷劑m^'j該換熱器。
17、 根據權利要求14所述的氣體壓縮系統，還包括放洩彎管^S，該放洩 彎管裝置布置在該分離器和該換 之間。
18、 根據權利要求14所述的氣體壓縮系統，還包括設置於該分離器和該換熱器之間的單向閥，以防止該冷凝液流從該換熱器流到該分離器。
19、 一種乾燥壓縮氣體流的方法，該方法包括將該壓縮氣體流分離為乾燥的壓縮氣，和冷凝液流； 壓縮制7令劑，以產生壓縮審，令劑流；將該冷凝液流引導成與該壓縮製冷劑流形成熱交換關係，以將該壓縮製冷 劑流7賴口；以及將該7辨阪縮製冷齊U引導成與該臓氣體流形成熱交換關係，以冷卻該壓 縮氣艦，將離織二壓縮氣條和該冷凝液流。
20、 根據權利要求19所述的方法，還包括引導該壓縮娜令齊l硫到冷凝器， 以部分地^4卩該壓縮製冷劑流。
21、 根據權利要求19所述的方法，還包括將該審嶺劑流從該冷凝器引導到 回 ，該回熱，供該冷凝液流和該壓縮製冷劑流之間的熱効奐關係。
22、 根據權利要求19所述的方法，還包括將該製冷劑^/人回熱器引導到該 冷凝器，該回熱 供該冷凝液流和,縮製冷劑流之間的熱効奐關係。
全文摘要
一種氣體壓縮系統，其包括壓縮氣體流、分離器和壓縮製冷劑流，該分離器定位成接收壓縮氣體流以及排放出第二壓縮氣體流和冷凝液流。換熱器定位成接收冷凝液流和壓縮製冷劑流。該換熱器布置成使得該冷凝液流冷卻該製冷劑流。
文檔編號B01D24/22GK101244348SQ20071016913
公開日2008年8月20日 申請日期2007年11月14日 優先權日2006年11月15日
發明者D·V·伍德沃德, J·C·科林斯 申請人:英格索爾-蘭德公司