CN102205200A - 一种气体干燥系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种气体干燥系统，包括第一干燥器、第二干燥器、分别连接在两个干燥器的下部接口和气体进口以及排湿气出口之间的电磁阀、连接在两个干燥器的上部接口和气体出口之间的单向逆止阀，分别控制电磁阀打开和闭合的时间控制器；连接在两个干燥器之间以调节干燥器内的吸附剂再生所需干燥气体的比率的针阀；和连接在气体出口端以调节输出干燥气体的流量的压力调节器；并且时间控制器根据干燥后气体的露点温度控制电磁阀打开和闭合及加热器工作的时间；在两个干燥器外分别设置有加热套，以利用从另一个干燥器输出的部分干燥气体再生所述被加热的干燥器中的吸附剂。本发明结构简单、解吸效率高，并且可以便于控制干燥气体的输出流量。

Description

一种气体干燥系统及方法

技术领域

本发明涉及气体干燥技术领域，更为具体地，涉及一种加热型气体自动再生干燥方法和系统。

背景技术

在各种自动化工业应用中，压缩空气是具有多种用途的气源，空气在被压缩的过程中，所含的水蒸气一同被压缩，导致了压缩后的空气具有相对较高的大气露点。一般大气中的相对湿度高达65％以上，经压缩冷凝后所形成的湿饱和空气中会不可避免的夹带有大量的液态水滴，它们是设备、管道和阀门锈蚀的根本原因。

在压缩空气中的过多的水分，无论是在液体或蒸气阶段，都可能会给用户操作带来各种各样的问题，例如对容器中的电气元件等物品造成损坏，对管道中的材料进行腐蚀等。另外一方面，在湿度发生器的应用中，作为载气式干燥系统的重要组成之一，对气体再生干燥装置要求高，干燥后的气体作为原始气与其水饱和气混合后产生相对湿度可调节的环境气氛。

现有的压缩空气干燥设备多为工厂使用的大型干燥设备，对干燥气体的露点控制性差，不能充分吸收空气中的水分而达到稳定的出口露点；并且塔内气体分布不均匀，容易出现勾留现象。另外，现有技术中的双塔型干燥器，往往在再生吸附剂时利用过多的干燥气体，造成干燥气体的浪费和干燥器干燥效率的下降。

另外，工厂使用的大型干燥设备也无法应用到实验室等一些局部区域需要干燥气体的场合，造成小区域干燥气体的不便。

发明内容

鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种有效结合变压吸附和变温吸附的气体干燥技术，利用部分干燥气体和加热对干燥器内的吸附剂进行活化再生，从而提高解吸的效率和干燥气源的质量。

根据本发明的一个方面，提供了一种气体干燥系统，包括第一干燥器、第二干燥器、分别连接在所述两个干燥器的下部接口和气体进口以及排湿气出口之间的电磁阀、连接在所述两个干燥器的上部接口和气体出口之间的单向逆止阀，其中，还包括：

分别与所述电磁阀相连以控制所述电磁阀打开和闭合的时间控制器；

连接在两个所述干燥器的上部接口之间以调节所述干燥器内的吸附剂再生所需干燥气体的比率的针阀；和

连接在气体出口端以调节输出干燥气体的流量的压力调节器；并且

在所述两个干燥器中均设置有用于吸附被干燥气体中的水分的吸附剂；

所述时间控制器根据干燥后气体的露点温度控制所述电磁阀打开和闭合的时间；

在所述两个干燥器外分别设置有加热套，用于根据所述时间控制器的控制加热其中一个干燥器，以利用从另一个干燥器输出的部分干燥气体再生所述被加热的干燥器中的吸附剂。

根据本发明的另一方面，提供了一种气体干燥方法，包括：

通过时间控制器控制电磁阀使被干燥气体从第一干燥器的下部接口进入第一干燥器，同时加热第二干燥器；

通过所述第一干燥器中的吸附剂干燥进入所述第一干燥器中的被干燥气体；

通过连接在所述第一、第二干燥器上部接口之间的针阀控制从所述第一干燥器的上部接口输出的干燥气体的一部分通过单向逆止阀和压力调节器输出，另一部分通过所述第二干燥器上部接口进入所述第二干燥器；

利用从所述第二干燥器上部接口进入所述第二干燥器的干燥气体再生所述第二干燥器中的吸附剂；

在所述第一干燥器产生的干燥气体的露点温度高于-60℃时，通过时间控制器控制电磁阀使被干燥气体从第二干燥器的下部接口进入第二干燥器，同时加热第一干燥器；

通过所述第二干燥器中的吸附剂干燥进入所述第二干燥器中的被干燥气体；

通过连接在所述第一、第二干燥器上部接口之间的针阀控制从所述第二干燥器的上部接口输出的干燥气体的一部分通过单向逆止阀和压力调节器输出，另一部分通过所述第一干燥器上部接口进入所述第一干燥器；

利用从所述第一干燥器上部接口进入所述第一干燥器的干燥气体再生所述第一干燥器中的吸附剂。

利用上述根据本发明的气体干燥系统和方法，能够利用反吹过程中干燥器外的加热器的加热作用提高干燥器中吸附剂的再生效率，并通过干燥气体输出端的压力调节器灵活控制输出的干燥气体的流量。本发明能够在加压常温下进行吸附，同时利用5％～8％干燥后的工作气反吹干燥器内的吸附剂(例如分子筛)对其进行活化再生。由于反吹过程中干燥器外的加热器的加热作用，从而使得解吸的效率大大增高，产生出的干燥程度非常高的气源。另外，利用本发明提供的加热型气体自动再生干燥系统，能够使得输出工作气的质量指标达到露点温度-60～-70℃。

本发明结构简单，操作方便，并且便于控制，尤其适用于实验室等较小空间环境的气体干燥。

为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明及权利要求书的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1示出了根据本发明实施例的气体干燥系统的结构简易示意图；

图2示出了根据本发明实施例的气体干燥系统中干燥器结构示意图；

图3示出了根据本发明实施例的气体干燥系统中加热管结构示意图；

图4为本发明实施例的气体干燥方法的流程示意图。

附图标记说明：

电磁阀-21，22，23，24；

三通-31，32，33，34，35，36，37；

紫铜管-11，12，13，14，15，16，17，18；

干燥器-41，42；

加热器-61，62；

时间控制器-74；

针阀-72；

压力调节器-71；

分子筛-81。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。

本发明采用变压吸附和变温吸附两种原理相结合的方法，即利用吸附剂在加热后其水分被干燥气体解吸效率增大这一特点，在两个干燥器之间循环进行气体的干燥和吸附剂的活化再生。

本发明提供的气体干燥系统包括两个干燥器(第一干燥器、第二干燥器)、分别连接在两个干燥器的下部接口和气体进口以及排湿气出口之间的电磁阀、连接在两个干燥器的上部接口和气体出口之间的单向逆止阀，分别与电磁阀相连以控制电磁阀打开和闭合的时间控制器，连接在两个干燥器的上部接口之间以调节干燥器内的吸附剂再生所需干燥气体的比率的针阀，连接在气体出口端以调节输出干燥气体的流量的压力调节器。

并且在两个干燥器中均设置有用于吸附被干燥气体中的水分的吸附剂；时间控制器根据吸附剂的吸附效率控制所述电磁阀打开和闭合的时间；另外，在两个干燥器外分别设置有加热套，用于根据时间控制器的控制加热其中一个干燥器，以利用从另一个干燥器输出的部分干燥气体再生被加热的干燥器中的吸附剂。

在本发明的表述中，吸附剂的吸附效率指的是干燥器中吸附剂对于水分的吸附能力，其取值在0～100％之间，一般来讲，当吸附剂对于水分的吸附能力为最大时，其吸附效率为100％，在本发明的应用中，则表明该吸附剂完全再生后的状态；当吸附效率为0时，则表明该吸附剂不能再吸收任何水分。但由于吸附效率是一个比较抽象的概念，现在的技术中还无法对其进行具体的测量，从另一个角度来讲，吸附剂的吸附效率可以根据干燥器在干燥作业中输出的干燥气体的露点温度来确定。由于干燥气体的露点温度可以比较容易地用露点仪来测定，因此，在本发明中，利用干燥气体的露点温度来判断干燥器中吸附剂的干燥效率，所以，本发明中的时间控制器是根据输出干燥气体的露点温度来控制电磁阀打开和闭合的时间的。

在本发明的一个实施方式中，如果干燥器所产生的干燥气体的露点温度高于-60℃，就说明干燥器中的吸附剂已经不适宜继续干燥作业了，需要转而进行吸附剂的活化再生。更优选的，当干燥器输出的干燥气体的露点温度高于-65℃时，就停止该干燥器的干燥作业，以提高干燥气体的质量。

图1示出了根据本发明实施例的气体干燥系统的结构简易示意图。

如图1所示，本发明提供的气体干燥系统主要包括4个电磁阀、2个干燥器、1个针阀、7个三通、2个单向逆止阀、1套由时间控制器74组成的时间控制电路和连接上述组成部分的紫铜管。

两个干燥器分别为图1中左侧的干燥器41和图1中右侧的干燥器42，两个干燥器外分别设置有由包裹在干燥器外的加热套加热器61和加热器62构成，用于在活化再生干燥器中的吸附剂时对干燥器进行加热，以增加干燥器中的气压，提高吸附剂的活化效率。两个干燥器分别具有上下两个接口，上部接口之间由针阀72和三通连接，下部接口通过三通和电磁阀分别与外部气体进口11和排湿气体出口18相连。

当气体干燥系统的电源被接通后，假设先由左侧的干燥器41进行气体的干燥作业，则时间控制电路会自动将连接在干燥器41和外部气体(被干燥气体)进口11之间的电磁阀22打开，使外接的被干燥气体(如高纯氮气或空气)进入到干燥器41中，干燥器41中的分子筛会将氮气或空气中的水分吸附，而将干燥后的绝大部分干燥气体作为工作气通过三通35、逆止阀51、三通37经管道14以压力调节器71控制的气流输出；而将另一小部分干燥气体由针阀控制流量后送到正在通电加热的右侧的干燥器42中，从上吹到下将干燥器42中作为吸附剂的分子筛中的水分排出，在气体干燥系统的下部有一放空的铜管18，在此管上接一段乳胶管便可测出排出的湿气流量。

在本具体实施例中，干燥器42会持续加热2.5～3.5小时左右后切断加热电压，自然冷却后待用。而干燥器41将会持续工作5～7小时左右后，开启干燥器41的加热电压，干燥器41的分子筛加热；同时，干燥器42承担起5～7小时的供气任务。干燥器41会持续加热2.5～3.5小时后切断加热电压，自然冷却待用。而干燥器42将会工作5～7小时左右。如此周而复始的循环下去，工作气将会越来越干燥，直至平衡到一平均值为止。

上述时间的确定是根据两个干燥器中的吸附剂的吸附能力和被干燥气体中的水分含量综合确定的，具体量化指标则以输出干燥气体的露点温度确定。当吸附剂工作一段时间后，吸附剂的吸附效率便会下降，在本实施例中，当产生的干燥气体的露点温度高于-60℃就进行活化再生处理。也就是说，在本实施例的干燥系统规格中，干燥器持续工作5～7小时左右就会导致其中的吸附剂的吸附效率下降从而使产生的干燥气体的露点温度高于-60℃，而持续加热2.5～3.5小时左右就会使其中的吸附剂在从加热开始的5～7小时内(包括持续加热的2.5～3.5小时)活化再生至需要的吸附效率。由于气源的相对湿度随天气、季节会有所变化，所以本实施例在测试过程中所形成的干燥器的最终持续工作时间会在一个时间区间(5～7小时)内。

当然，在一个相对稳定的气源环境中，干燥器的持续工作时间是可以设定为一个固定值的。可以在测试过程中检测干燥气体的露点温度，当干燥器产生的干燥气体的露点温度高于-60℃时，就可以记录下该干燥器的持续干燥工作时间T，并以此设定时间控制器中的持续干燥时间；对吸附剂进行还原再生的持续加热时间则可以设定为T/2，停止加热后另一干燥器产生的干燥气体继续再生该干燥器中的吸附剂。

通过上述实施例可以看出，本发明采用对干燥器中的吸附剂进行加温加压的有效结合，达到了吸附剂最大程度的活化再生，可保证干燥质量和提高干燥效率。另外，在本发明的一个优选实施方式中，针阀控制5％～8％的干燥气体用于干燥器中吸附剂的活化再生。如产生的干燥气体为20L的话，则用于吸附剂的活化再生的干燥气体控制在1L～1.5L左右。

经过实验测定，本发明能够使得干燥后的工作气达到露点-60℃～-70℃。

在本发明的一个优选实施方式中，通过对时间控制器的时间设定还可以使得干燥后的工作气达到露点-65℃～-70℃。

在本发明的另一优选实施方式中，采用1Cr18Ni9Ti不锈钢管封装吸附剂，以保证封装部件在长期使用中不会生锈，延长干燥器的使用寿命。

另外，为了防止吸附剂长期使用时破碎而顺气路吹出，影响电磁阀的开合，在本发明提供的气体干燥系统的干燥器的两端(即上部接口和下部接口端)各封装一个60～80目的不锈钢丝网球，以达到阻挡尘埃，并可定期更换。

图2示出了根据本发明实施例的气体干燥系统中干燥器结构示意图。如图2所示，干燥器41、42内部均匀设置有用于吸附水分的吸附剂81，在本发明的实施方式中，采用分子筛作为吸附剂。

图3示出了根据本发明实施例的气体干燥系统中加热管结构示意图。如图3所示，本发明中的加热器61、62为环绕干燥器的加热套。为了便于干燥器系统的散热，本发明干燥系统的外壳设计多孔板。加热器的功率设计为100w～400w，以便灵活应用到实验室环境中。

下面以一个更为具体的示例对本发明的气体干燥系统和方法进行说明，在该实施例中，首先右侧的干燥器42首先进行干燥作业。

电源接通后，时间控制器74会自动将电磁阀21和23打开，外接的空气或氮气通过管11经三通31进入电磁阀23、三通32，经管12进入到干燥器42中，气体从上方经管13，进入三通36、单向逆止阀52，由三通37经管14进入压力调节器71，输出工作气流量0～20L，露点温度-65℃～-70℃。同时，部分干燥后的气体由三通36经针阀72调节后进入到三通35，经管15进入到干燥器41中，气体经管16进入三通33，通过电磁阀21，经管17进入三通34，由管18放出湿气。并且在管18末端接一流量计73后，调整针阀72，使流量计73输出流量为1L～1.5L，第一次调节好流量后，取出流量计。

在干燥器42工作的同时，加热器61开始为干燥器41加热，温度控制在350℃～450℃，加热时间为2.5～3.5小时后，停止加热，冷却2.5～3.5小时，然后由时间控制器74切换到电磁阀22和电磁阀24导通，电磁阀21和电磁阀23关闭，进入下个周期，即每个周期为5～7小时。

进入下个周期后，加热器62开始加热，温度控制在350℃～450℃，加热时间为2.5～3.5小时后，停止加热，冷却2.5～3.5小时。此时压缩空气或氮气经管11经三通31进入电磁阀22、三通33，经管16进入到干燥器41中，气体从上方经管15，进入三通35、单向逆止阀51，由三通37，经管14进入压力调节器71，输出工作气流量0～20L，露点温度-65℃～-70℃。同时，1L～1.5L干燥后的气体由三通35经针阀72调节后进入到三通36，经管12进入到干燥器42中，干燥后气体经管12进入三通32，通过电磁阀24，经管19进入三通34，由管18放出湿气。针阀已由第一周期中调节流量，此时保持流量为1L～1.5L。

在干燥器41工作的同时，加热器62开始为干燥器42加热，温度控制在350℃～450℃，加热时间为2.5～3.5小时后，停止加热，冷却2.5～3.5小时，然后由时间控制器74切换到电磁阀21和电磁阀23导通，电磁阀22和电磁阀24关闭，进入下个周期。

图4为本发明实施例的气体干燥方法的流程示意图。如图4所示，本发明提供的气体干燥方法包括如下步骤：

S401：通过时间控制器控制电磁阀使被干燥气体从第一干燥器的下部接口进入第一干燥器，同时加热第二干燥器；

S402：通过第一干燥器中的吸附剂干燥进入第一干燥器中的被干燥气体；

S403：通过连接在第一、第二干燥器上部接口之间的针阀控制从第一干燥器的上部接口输出的干燥气体的一部分通过单向逆止阀和压力调节器输出，另一部分通过第二干燥器上部接口进入第二干燥器；

S404：利用从第二干燥器上部接口进入第二干燥器的干燥气体再生第二干燥器中的吸附剂；

S405：在第一干燥器产生的干燥气体的露点温度高于-60℃时，通过时间控制器控制电磁阀使被干燥气体从第二干燥器的下部接口进入第二干燥器，同时加热第一干燥器；

S406：通过第二干燥器中的吸附剂干燥进入第二干燥器中的被干燥气体；

S407：通过连接在第一、第二干燥器上部接口之间的针阀控制从第二干燥器的上部接口输出的干燥气体的一部分通过单向逆止阀和压力调节器输出，另一部分通过第一干燥器上部接口进入第一干燥器；

S408：利用从第一干燥器上部接口进入第一干燥器的干燥气体再生第一干燥器中的吸附剂；

然后在第二干燥器产生的干燥气体的露点温度高于-60℃时，重复步骤S401，利用第一干燥器进行干燥作业，同时活化再生第二干燥器中的吸附剂。上述步骤往复循环，即形成两个干燥器循环作业的干燥过程。

优选的，在第一干燥器产生的干燥气体的露点温度高于-60℃时，记录第一干燥器的干燥工作时间T；

在第二干燥器进行干燥作业的过程中，始终利用第二干燥器产生的干燥气体再生第一干燥器中的吸附剂，并且在对第一干燥器中的吸附剂持续加热T/2时间后，停止加热第一干燥器，自然冷却待用。

本发明利用了变压吸附方法和变温吸附方法的有效结合，在加压常温下进行吸附，同时利用部分干燥后的工作气反吹干燥器内的吸附剂(例如分子筛)对其进行活化再生。由于反吹过程中干燥器外的加热器的加热作用，从而使得解吸的效率大大增高，产生出的干燥程度非常高的气源，并且，在干燥气体输出端利用压力调节器能够灵活控制需要的输出气流量，便于实验人员掌控。

如上参照附图以示例的方式描述根据本发明的气体干燥系统和方法。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本发明所提出的气体干燥系统和方法，还可以在不脱离本发明内容的基础上做出各种改进。因此，本发明的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims (10)

1.一种气体干燥系统，包括第一干燥器、第二干燥器、分别连接在所述两个干燥器的下部接口和气体进口以及排湿气出口之间的电磁阀、连接在所述两个干燥器的上部接口和气体出口之间的单向逆止阀，其特征在于，还包括：

分别与所述电磁阀相连以控制所述电磁阀打开和闭合的时间控制器(74)；

连接在两个所述干燥器的上部接口之间以调节所述干燥器内的吸附剂再生所需干燥气体的比率的针阀(72)；和

连接在气体出口端以调节输出干燥气体的流量的压力调节器(71)；并且

在所述两个干燥器中均设置有用于吸附被干燥气体中的水分的吸附剂；

所述时间控制器(74)根据干燥后气体的露点温度控制所述电磁阀打开和闭合的时间；

在所述两个干燥器外分别设置有加热套(61，62)，用于根据所述时间控制器的控制加热其中一个干燥器，以利用从另一个干燥器输出的部分干燥气体再生所述被加热的干燥器中的吸附剂。

2.如权利要求1所述的气体干燥系统，其中，

所述吸附剂为分子筛。

3.如权利要求1所述的气体干燥系统，其中，

所述电磁阀为4个，其中，

第一电磁阀和第三电磁阀的一端分别与所述进气口和所述排湿气出口相连，另一端与所述第一干燥器下部接口相连；

第二电磁阀和第四电磁阀的一端分别与所述进气口和所述排湿气出口相连，另一端与所述第二干燥器下部接口相连。

4.如权利要求1所述的气体干燥系统，其中，

在所述第一干燥器进行干燥作业时，所述第二干燥器外的加热套对所述第二干燥器进行加热；

在所述第一干燥器对被干燥气体进行干燥作业后，产生的干燥气体的5％～8％在所述针阀的控制下从所述第二干燥器的上部接口进入所述第二干燥器，再生所述第二干燥器中的吸附剂，再生所述第二干燥器中的吸附剂所产生的湿气依靠重力和气流的作用从所述第二干燥器的下部入口经由所述第四电磁阀和所述排湿气出口排出。

5.如权利要求4所述的气体干燥系统，其中，

在所述第一干燥器产生的干燥气体的露点温度高于-60℃时，记录所述第一干燥器的干燥工作时间T，并开启所述第一干燥器外的加热套对所述第一干燥器进行加热以再生所述第一干燥器中的吸附剂，同时启动所述第二干燥器进行干燥作业；

所述第二干燥器产生的干燥气体在T时间内再生所述第一干燥器中的吸附剂，在所述第一干燥器外的加热套对所述第一干燥器中的吸附剂持续加热T/2时间后，停止加热所述第一干燥器。

6.如权利要求5所述的气体干燥系统，其中，

所述加热温度为350℃～450℃。

7.如权利要求1所述的气体干燥系统，其中，

所述干燥后的气体的露点温度为-60℃～-70℃。

8.一种气体干燥方法，包括：

通过时间控制器控制电磁阀使被干燥气体从第一干燥器的下部接口进入第一干燥器，同时加热第二干燥器；

通过所述第一干燥器中的吸附剂干燥进入所述第一干燥器中的被干燥气体；

通过连接在所述第一、第二干燥器上部接口之间的针阀控制从所述第一干燥器的上部接口输出的干燥气体的一部分通过单向逆止阀和压力调节器输出，另一部分通过所述第二干燥器上部接口进入所述第二干燥器；

利用从所述第二干燥器上部接口进入所述第二干燥器的干燥气体再生所述第二干燥器中的吸附剂；

在所述第一干燥器产生的干燥气体的露点温度高于-60℃时，通过时间控制器控制电磁阀使被干燥气体从第二干燥器的下部接口进入第二干燥器，同时加热第一干燥器；

通过所述第二干燥器中的吸附剂干燥进入所述第二干燥器中的被干燥气体；

通过连接在所述第一、第二干燥器上部接口之间的针阀控制从所述第二干燥器的上部接口输出的干燥气体的一部分通过单向逆止阀和压力调节器输出，另一部分通过所述第一干燥器上部接口进入所述第一干燥器；

利用从所述第一干燥器上部接口进入所述第一干燥器的干燥气体再生所述第一干燥器中的吸附剂。

9.如权利要求8所述的气体干燥方法，其中，

进行所述吸附剂再生的干燥气体占干燥气体总输出量的5％～8％。

10.如权利要求8所述的气体干燥方法，其中，

在所述第一干燥器产生的干燥气体的露点温度高于-60℃时，记录所述第一干燥器的干燥工作时间T；

在所述第二干燥器进行干燥作业的过程中，始终利用所述第二干燥器产生的干燥气体再生所述第一干燥器中的吸附剂，并且在对所述第一干燥器中的吸附剂持续加热T/2时间后，停止加热所述第一干燥器。

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