[发明专利]一种压缩空气冷却干燥装置

说明书

技术领域

本发明公开了一种压缩空气冷却干燥装置，属工业生产领域。 

背景技术

由于具有易储存、易控制、流动性好以及安全、环保等优点，压缩空气作为动力源，被广泛地应用于电力、纺织、冶金、化工、建材、机械加工等诸多领域。压缩空气的产生则依赖于空气压缩机，一般地，通过自身容积的变化，空气压缩机实现了对所吸入空气的压缩，从而产生具有一定压力的压缩空气。而空气的压缩过程则可近似地看成是热力学上的等熵压缩，空气自身压力增大的同时，温度也大幅度地提高。研究表明，活塞式空气压缩装置的出口温度可达140℃以上。如此高的温度，难以满足绝大多数工业生产的使用需求，因而需对空气压缩装置出口的空气进行冷却降温；同时，由于空气冷却后，会出现冷凝水，如何有效地去除压缩空气中的冷凝水也是空气压缩系统设计、制造单位必须考虑的重要问题之一。 

通过对市面上的压缩空气系统进行调研可知，现有的压缩空气制造系统多采用蒸气压缩制冷循环（VCS）装置对压缩空气进行冷却。蒸气压缩制冷循环系统均需使用制冷剂，运行过程中难免存在损耗和泄露，需定期补充、加注，而制冷剂的泄露也会造成环境破坏。同时，蒸气压缩制冷循环装置也需配备相应的冷凝装置。常见的压缩空气冷却装置有风冷冷凝器和水冷冷凝器两种。风冷冷凝器安装方便，不需要配备冷却水系统，节水环保。与水冷冷凝器相比，风冷式冷凝器的尺寸较大、冷凝温度高，换热效果差。而水冷机组则需耗费大量的水，同时换热器内还易积垢产生污垢热阻，降低换热效率甚至影响换热过程的正常进行，严重的甚至出现锈蚀，影响设备运行安全。 

同时，受湿空气自身物理性质的限制，压缩空气降温冷却后，会出现大量的游离水，游离水的存在会导致管道、阀门以及储存容器罐体的锈蚀，影响设备的正常使用甚至是运行安全。因而，需要去除其中的水分，对压缩空气进行干燥。 

当前的压缩空气干燥系统多利用多孔介质的吸附特性，采用吸附式干燥装置。吸附式干燥装置的结构复杂，系统阻力大，吸附材料需要电热再生，再生过程也会耗费大量的电能。同时，吸附剂还存在中毒的隐患，后期维护工作量大、成本高。此外，水自身的潜热极大、其蒸发过程能带走大量的压缩热。调研表明，现有系统均未将压缩空气中的冷凝水有效地回收利用，而是直接排出系统，造成了巨大的浪费。如能回收这部分冷凝水，并用于压缩空气的降温过程，将能最大限度地减少冷却空气的使用量，降低系统的能耗和运行成本。 

发明内容

本发明的目的在于提出一种新型压缩空气冷却干燥装置，该装置能有效地完成压缩空气的冷却和除水过程，进而能大幅度地降低压缩空气制造系统的能耗与运行维护成本。 

其优点在于： 

（1）本发明所涉及的装置结构简单，技术成熟，易于集成，系统的可靠性高，可维护性好； 

（2）使用了紧凑式换热器，在同等外形尺寸和重量的情况下，紧凑式换热器的换热面积更大，效率更高； 

（3）使用了高压水分离器，能有效地分离压缩空气中的游离水，降低干燥装置的除湿负荷，同时还能防止金属罐体的锈蚀； 

（4）回收了冷凝水用于冷却压缩空气，能大幅度降低冷却空气的使用量、系统制造的材料消耗量以及能耗。 

附图说明

图1是本发明的系统原理图。 

图1中标号名称： 

1、电机，2、压气机，3、紧凑式相变换热器，4、水分离器，5、储气罐，6、干燥过滤器，7、用气设备，8、喷头，9、离心风机。 

图2为紧凑式换热器的结构简图。 

图3为高压水分离器的结构简图。 

具体实施方式

本发明所涉及的核心设备主要有：压气机、紧凑式相变换热器、水分离器以及储气系统、干燥装置。下面结合图1对该系统的实施方式进行论述。 

如图1所示，从环境中抽吸的空气在由电机（1）驱动的压气机（2）中进行压缩达到预设的压力后排出压气机并送入紧凑式相变换热器（3）的热边进行降温冷却，冷却后的空气会析出冷凝水，冷凝水跟随气流进入高压水分离器（4），压缩空气经高压水分离器分离除水后注入储气罐（5）储存，在用气设备端使用干燥过滤器（6）进行进一步干燥过滤后即可使用。冷却空气在离心风机（9）的驱动下，对压缩空气进行冷却。从水分离器（4）分离出来的水则通过喷头（8）雾化后伴随冷却空气喷到紧凑式相变换热器（3）的冷边，蒸发并吸收压缩空气的热量，实现压缩空气的降温。 

可行性分析