CN102232172B - 具有废热回收装置的立式及卧式一体型热交换器元件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及具有废热回收装置的立式及卧式一体型热交换器元件，尤其在干燥机通风干燥时，排出的高温废热转换为低温排气气体时，回收该热源，通过冷凝器，向干燥机供给热风的、具有废热回收装置的立式及卧式一体型热交换器元件，所述立式一体型热交换器元件通过由驱动装置(15)驱动的鼓风机(14)，将外部新鲜空气吸至吸入房(12)内，经由产生热源的热交换器(17)，通过吐出管道(18)，向干燥机(30)内部供给热风。所述热交换器元件(10)包括：位于所述吸入房(12)的上部，将所流入的低温低压的制冷剂压缩成高温高压的制冷剂后，供向所述产生热源的热交换器(17)的压缩器(50)；位于内部安装有所述产生热源的热交换器(17)的所述吐出管道(18)的上方，安装在用于排出所述干燥机(30)内废热的排气管道(40)内，通过所述排气管道(40)，将排出的高温废热转换成低温排气气体的废热回收用热交换器(41)；通过所述产生热源的热交换器(17)的制冷剂排出管(17b)，将排出的冷凝的高温制冷剂转换成低温低压的制冷剂后，供向所述废热回收用热交换器(41)的制冷剂膨胀装置(60)；如上所述，本发明的一体型热交换器元件与以往技术的一体型热交换器元件(蒸气加热式、热媒炉式、电加热式)相比，因其热交换元件所需动力较少，可以节俭高能源，还因使用清洁燃料(电)，无需担心譬如蒸气加热式、热媒炉式可发生的排气气体的危险，而且在现有的一体型热交换器元件中，其耗能最小，故可减少生产产品的成本(至少是电加热式所耗能源支出的20％，是锅炉煤油支出的5％)。另外，该热交换器元件所需动力为电加热式的15％～20％，所以一次动力设备费用明显降低，可进一步减少因油费增长而激增的电使用量，也可节减相关劳务费，同时无需使用两次设备(锅炉室等)，从而使其可被安装在很小的空间内。
Description
技术领域
本发明涉及具有废热回收装置的立式及卧式一体型热交换器元件，尤其在干燥机通风干燥时，排出的高温废热转换为低温排气气体时，回收该热源，通过产生热源的热交换器，向干燥机供给热风的具有废热回收装置的立式及卧式一体型热交换器元件。
背景技术
在凹版印刷机、层压机(Laminating Machine)、挤出机(ExtrusionMachine)、工业用覆膜机等设备干燥时，干燥机(Dryer)为供热的排气循环装置，包括鼓风机(Fan Blower)、热源发生器、密封箱等结构。
这种干燥机的空气移动通道包括供热风的供气部件及排出所使用热风的排气部件、再利用已用热的热风回收部件。
干燥机的内部包括上箱、下箱，其上箱共同形成供气部件和排气部件，供气部件大部分由喷嘴形状形成，其下箱形成用于顺利通过原料的导辊(Guide Roll)和热风回收区。
在这种干燥机的一侧形成，且用于生产向干燥机供给的高温、多风的空气的独立的设备配件，为了使这些配件易于安装且减小容积，组装成一个箱体的机器设备，为一体型热交换器元件。
这种一体型热交换器元件因设计成一个组合体，且使各个配件的空气顺利移动，因此组合设有管道设备。另外，根据使用目的和种类，组合配件的个数及形状虽有不同，但这种一体型热交换器元件按热交换器安装的位置大致分为两种：热交换器的位置在鼓风机吸入口的为卧式(Horizental)，热交换器的位置在鼓风机吐出管道的为立式(Vertical)。
如图7及图8所示，立式一体型热交换器元件的热交换器17的位置在鼓风机15的吐出管道上。
所述一体型热交换器元件10包括：位于底部一侧的吸入口11；通过所述吸入口11，将吸入的空气经过混合引起温度变化的吸入房12；插入用作过滤所述吸入房12内空气中包含的微小的有害物质和污染尘埃，且由已公知特殊带电纤维的石棉纤维制成的滤纸方式的高效粒子空气滤过器13(HEPA：High Efficiency Particulate Air)的中间的滤箱20；从所述吸入口11经过所述滤箱20内的高效粒子空气滤过器13，同时吹扫空气至吐出管道方向的鼓风机14；驱动所述鼓风机14的驱动装置15；通过所述鼓风机14，由向上侧的管道16吐出的低温空气变为多风高温空气的热交换器17；位于所述热交换器17的一侧，插入用于再次过滤热交换器17变成的高温空气，使其成为纯净空气的高效粒子空气滤过器13的上部滤箱20；在所述上部滤箱20的一侧形成的吐出管道18。
所述热交换器17是将由鼓风机供给的低温多风空气变换为高温空气的装置，根据一次热源的种类可分为：蒸气加热式、热媒炉式、电加热式。
蒸汽加热式热交换器使蒸汽通过热交换器内部，以热交换的方式发生蒸汽，这就需要蒸汽锅炉和驱动锅炉所需的锅炉室的附加设备，且设置蒸汽移送回收管道至热交换器，并且为了维持热能的一定温度，在热交换器的入口处连接有控制阀装置，为了减小蒸汽的损失，在排出口一般都设有圈闭(TRAP)。在蒸汽的运输过程所使用的能源以外，因管道及配件等的漏出将发生能源的损失，考虑到蒸汽所耗热能变为水的特性，需要设有排出水(凝结水)的装置。还需要安装锅炉所需的锅炉室，而且对于冬季冷冻、断裂造成的设备配件受损也应在考虑范围之内。
这种蒸汽加热式热交换器主要使用的燃料为柴油、锅炉煤油、LPG、LNG等。
热媒炉式热交换器使加热的热媒油在热交换器内部循环，以热交换的方式，为了维持温度，一般使用油量控制阀。与蒸汽锅炉相同，需要锅炉室和锅炉室的附加设备。
与蒸汽锅炉相比，热媒锅炉室的面积更大，其配件及设备费用更是蒸汽锅炉费用的约两倍以上。另外，与蒸汽锅炉相同，也存在因管道露出造成的能源损失。
这种方式的热媒炉式热交换器主要使用的燃料为柴油、锅炉煤油、LPG、LNG等，且在热量所耗小时，也可使用电加热。
电加热式热交换器主要使用的加热器为电暖风机(Fan Heater)。空气循环时，为了增大热发散效率，在管道化加热器(Pipe Heater)上贴有放热针。因使用清洁燃料的电加热器，机器加动时，不会发生环境污染问题。但是因限制发热量(1kw＝860kcal/h)，需要的热量越多，则容量也越大。但是，密度大于规定值时，可发生加热器受损或火灾，因此需要考虑设置两次安全装置。
随着电的增设，不仅发生费用，而且超过法定容量时，需要配备安全管理规定上的安全管理人员。
由所述一体型热交换器元件向干燥机供给的热风来进行干燥的产品中，在石化物质制成的膜类(PET、OPP、NYLON、CPP、LLDED、涂层薄膜等)和纸类、铝箔等进行印刷、粘贴、粘接、涂覆时，这时所使用的油墨、粘贴剂、涂覆液等大致分为：在有机溶剂稀释使用的油溶性粘贴剂、粘接剂、油墨、涂覆液等；用水稀释使用的水溶性粘贴剂、油墨、涂覆液等。
为了增大油溶性类和水溶性类的生产，需要快干(速成干燥)，这就需要使大量的风升至一定温度后进行干燥，还需要处理好通风。
特别是，油溶性类的产品不能与蒸发的残留溶剂混合。
如上，为了速成干燥并具有良好的通风干燥条件，需要在短时间内产出大量的空气后加热(维持比较稳定的温度)，最好在长的密封箱里强制供气、排气，这时，为了使产品的品质稳定，应该降低排向产品表面的风速。
密封箱内部，具有在一个箱内各用独立隔板分离的供气部件和排气部件，其供气部件设有喷嘴形状的喷射口，其排气部件设有过滤网形状的吸入口，且箱外应设有易于连接供气管道、排气管道的结构。
所述干燥机，在使过滤尘埃的大气中的空气在短时间内产生高温多风的一体型热交换器元件，通过供气管道移至密封的干燥箱(DRY BOX)内，在干燥箱(DRY BOX)内部，高风速移动的空气向各处分散使其速度减慢，然后通过供气喷嘴对产品进行干燥处理。这时，对产品进行干燥处理，就会变成气体状态的溶剂、水分，且在干燥箱内部分散膨胀。气体形态的溶剂、水分通过干燥箱内的排气口，排至干燥箱外，此时，高温多风的空气也一同排出。
这种干燥机所使用的风量大致为40m3/min～60m3/min，大部分温度为50℃～80℃(80％左右)，也有根据产品的配置，其风量更大及其温度更高的情况。
通过排气口排出的高温多风空气含有溶剂和水分，如果将其进行再利用时，因未形成强制通风干燥条件，导致干燥速度明显降低。虽然再利用一部分污染比较少的干燥箱底部的热源，也不能排除污染的危险。
所述干燥机的能源所耗大部分在一体型热交换器元件上，可分为：鼓风机的马达驱动能源；热交换器的热源发生能源。
一体型热交换器元件的一次能源中，马达驱动能源全部为电，热交换器17的一次能源可以使用电、可燃性燃料(柴油、锅炉煤油、LPG，LNG)等，且在全部能源所耗量中，热交换器17的所耗量占90％以上。
热交换器的热能源，因干燥机的通风干燥特性，在干燥所耗的能源仅为15％～20％，浪费的热能源为80％～85％以上。特别是，使用可燃性燃料时，因排出气体，导致环境污染。
另外，干燥机的排气管道安装在作业现场内，因包含80％～85％以上热源的排气气体通过排气管道排出，使作业现场的温度上升，导致其作业环境恶劣，尤其在夏天，冷气需要加动空气调节设备，因此存在设备的维护费用过高的问题。
也就是说，干燥机排出的废热排气气体，如果排向作业现场外部，则会带来环境污染，安装在作业现场内的排气管道上，则使作业现场的温度上升。
发明内容
本发明的目的是解决上述现有技术所存在的问题，提供具有废热回收装置的立式及卧式一体型热交换器元件，在干燥机通风干燥时，排出的高温废热转换为低温排气气体时，回收该热源，通过产生热源的热交换器，使干燥机供给热风。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种具有废热回收装置的立式一体型热交换器元件，所述立式一体型热交换器元件，通过由驱动装置驱动的鼓风机，吸收外部新鲜空气至吸入房内，经由产生热源的热交换器，通过吐出管道，向干燥机内部供给热风；所述热交换器元件包括：位于所述吸入房的上部，使流入的低温、低压的制冷剂压缩成高温、高压的制冷剂后，供向所述产生热源的热交换器的压缩器；位于内部安装有所述产生热源的热交换器的所述吐出管道的上方，安装在用于排出所述干燥机内废热的排气管道内，通过所述排气管道，将排出的高温废热转换成低温排气气体的废热回收用热交换器；通过所述产生热源的热交换器的制冷剂排出管，将排出的冷凝的高温制冷剂转换成低温低压的制冷剂后，供向所述废热回收用热交换器的制冷剂膨胀装置。
本发明的有益效果是：提供具有废热回收装置的一体型热交换器元件，该一体型热交换器元件与以往技术的一体型热交换器元件(蒸气加热式、热媒炉式、电加热式)相比，因其热交换元件所需动力较少，可以节省高能源，还因使用清洁燃料(电)，无需担心譬如蒸气加热式、热媒炉式可发生的排气气体类的危险，而且在现有的一体型热交换器元件中，因其所耗的能源最小，故可减少生产产品的成本(至少是电加热式所耗能源支出的2/10，是锅炉煤油支出的1/20)。另外该热交换器元件所需动力为电加热式的15％～20％，所以一次动力设备费用明显降低，可进一步减少因油费增长而激增的电使用量，也可节减相关劳务费，还有无需使用两次设备(锅炉室等)，从而使其可被安装在很小的空间内。
附图说明
图1是本发明的具有废热回收装置的立式一体型热交换器元件连接于干燥机上的截面图；
图2是本发明的具有废热回收装置的立式一体型热交换器元件的截面图；
图3是图2的侧面图；
图4是本发明的具有废热回收装置的卧式一体型热交换器元件连接于干燥机上的截面图；
图5是本发明的具有废热回收装置的卧式一体型热交换器元件的截面图；
图6是图5的侧面图；
图7是以往技术的立式一体型热交换器元件的侧面图；
图8是以往技术的立式一体型热交换器元件的正面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作以详细描述。
图1是本发明的具有废热回收装置的立式一体型热交换器元件连接于干燥机上的截面图；图2是本发明的具有废热回收装置的立式一体型热交换器元件的截面图；图3是图2的侧面图；图4是本发明的具有废热回收装置的卧式一体型热交换器元件连接于干燥机上的截面图；图5是本发明的具有废热回收装置的卧式一体型热交换器元件的截面图；图6是图5的侧面图。
向干燥机30供给高温并用于生产多风空气的独立的设备配件，为了使这些配件易于安装且减小容积，组装成一个箱体的机器设备，为一体型热交换器元件10。
这种一体型热交换器元件10因设计成一个组合体，且使各个配件的空气顺利移动，因此组合设有管道设备。另外，根据使用目的和种类，组合配件的个数及形状虽有不同，但这种一体型热交换器元件按热交换器安装位置大致分为两种：热交换器的位置在鼓风机吸入口的为卧式(Horizental)，热交换器的位置在鼓风机吐出管道的为立式(Vertical)。
如图1及图3所示，一体型热交换器元件10为，热交换器(产生热源的热交换器17)位于鼓风机14的吐出管道一侧的立式一体型热交换器元件10。
所述一体型热交换器元件10包括：位于底部一侧的吸入口11；通过所述吸入口11，将吸入的空气经过混合引起温度变化的吸入房12；插入用作过滤所述吸入房12内空气中包含的微小的有害物质和污染尘埃，且由已公知特殊带电纤维的石棉纤维制成的滤纸方式的高效粒子空气滤过器的中间的滤箱；从所述吸入口11经过所述滤箱内的高效粒子空气滤过器，同时吹扫空气至吐出管道方向的鼓风机14；驱动所述鼓风机14的驱动装置15；通过所述鼓风机14，由向上侧的管道16吐出的低温空气变为多风高温空气的热交换器(冷凝器17)；位于所述热交换器(冷凝器17)的一侧，插入用于再次过滤热交换器17变成的高温空气，使其成为纯净空气的高效粒子空气滤过器的上部滤箱；在所述上部滤箱的一侧形成的吐出管道18。
图中符号70为，感知通过所述排气管道41和吐出管道18的各个出口的空气流的风压开关。
通过所述吐出管道18向干燥机30内部供给热风，来在石化物质制成的膜类(PET、OPP、NYLON、CPP、LLDED、涂层薄膜等)和纸类、铝箔等进行印刷、粘贴、粘接、涂覆。
所述干燥机30的内部包括上箱、下箱，其上箱共同形成供气部件和排气部件，供气部件大部分由喷嘴形状形成，其下箱形成用于顺利通过原料的导辊(Guide Roll)和热风回收区。
也就是说，由一体型热交换器元件通过供气管道移至密封的干燥箱(DRY BOX)内，在干燥箱(DRY BOX)内部，高风速移动的空气向各处分散使其速度减慢，然后通过供气喷嘴对产品进行干燥处理。这时，对产品进行干燥处理，就会变成气体状态的溶剂、水分，且在干燥箱内部分散膨胀。气体形态的溶剂、水分通过干燥箱内的排气口排至干燥箱外，此时，高温多风的空气也一同排出。
此时，为了连接用于回收向干燥机30的干燥箱外部排出的高温多风空气的热风回收部件，排气管道40位于所述一体型热交换器元件10的吐出管道18的上部。
所述排气管道40内设有用于通过所述干燥机30的热风回收部件，将排出的高温多风空气转换成低温排气气体的废热回收用热交换器41，且该废热回收用热交换器41与在所述吐出管道18内设置的所述产生热源的热交换器17相连接。
所述产生热源的热交换器17通过吸入型制冷剂管17a吸入由压缩器50吐出的制冷剂，所述压缩器50位于所述吸入房12的上部，并吸入由所述废热回收用热交换器41的吐出型制冷剂管41a吐出、吸入的低温低压的气体制冷剂，将其压缩成高温、高压的制冷剂后，向所述产生热源的热交换器17吐出。
经由所述产生热源的热交换器17的吐出型制冷剂管17b的制冷剂，在通过制冷剂膨胀装置60的毛细管62时，转换为低温、低压的气体后流入到废热回收用热交换器41里。
所述制冷剂膨胀装置60包括：通过所述制冷剂排出管17b，将排出的高温制冷剂膨胀后转换为低压制冷剂的膨胀阀61；收集在所述膨胀阀61已膨胀的低压制冷剂后，分配多个毛细管62传送至所述废热回收用热交换器41的分配器63。
如图4及图6所示，一体型热交换器元件10为，产生热源的热交换器(冷凝器；17)位于鼓风机14的吸入口一侧的卧式一体型热交换器元件10。
这种卧式一体型热交换器元件，所述产生热源的热交换器17安装在吸入房12内。
为了满足通风干燥条件，大部分干燥机30排出已使用的热源。也有再使用一部分热的干燥机，但在最大限度地满足通风干燥条件的范围内进行的。
直接再利用这种干燥机30所排出的热源，不仅不能满足通风干燥的条件，而且出现产品品质低、产品不良、以及产品生产能力不足等问题。因此，为了有效地再利用废热，应在排出的热源中回收纯净的热源。
用于通风干燥的干燥机30，根据产品的速成干燥条件，可以装有至少一个以上的干燥机组成为一个干燥设备。这就需要根据产品的生产条件，决定干燥机的大小和容量。另外，一体型热交换器元件10根据条件也各有不同的风量和温度，所以排出的废热温度和风量也各不相同。
干燥机的供气部件和排气部件各有不同的设置条件，为了满足各个供气部件的不同的速成干燥条件，形成供气部件的数量与干燥机数量相同的一体型热交换器元件10，排气部件则在各个干燥机上个别连有排气管道，然后连接成一个主排气管道。
对比一体型热交换器元件的容量，作出废热回收器的容量，也就是说，一个一体型热交换器元件设有一个废热回收器。这样能满足干燥器的设置数量及各个不同的速成干燥条件(风量+温度＝热量)。
因废热回收器安装在与干燥机最近的位置上，所以废热通过排气管发生热损失前就可利用几乎100％的废热。
以接近100％的废热利用条件，为了回收最大量的废热，采用冷冻原理来扩大废热回收率。空冷式冷冻机，使液体制冷剂转换为气体状态时，是以极其低的温度来过冷却的。
过冷却的气体吸收周边热，使周边温度降低，而吸收周边热的气体制冷剂，通过压缩器50，压缩成高温、高压时冷凝为高热的液态。高热的液体制冷剂重新移动至产生热源的热交换器17内，用鼓风机14吸入周边的空气至产生热源的热交换器17内使其冷却，这样就会使经过产生热源的热交换器17的空气转换为高温空气。而且，该高温空气通过吐出管道18供至干燥机30内。
本发明的具有废热回收装置的一体型热交换器元件，在排气管道40内设有废热回收用热交换器41用于最大限度地增加废热回收，而且，将产生热源的热交换器17当作生产高温的热交换装置来使用，生产高热后供至干燥机30内。
本发明的具有废热回收装置的一体型热交换器元件的动力源是电，大部分能源所耗处是压缩器50，另外，随着在废热回收用热交换器41过冷却的气体吸收周边的热能越来越多，相应地所耗能源也会明显下降。
本发明的具有废热回收装置的一体型热交换器元件，最重要的部分为，在干燥机30发生的废热可以最大限度地回收再使用，以少量的能耗产生干燥所需的温度。也就是说，首先在压缩器50压缩的高温、高压的气体制冷剂，通过产生热源的热交换器17发生热后，经由干燥机30排气时，将所排废热的80％以上以气态制冷剂方式回收，接下来压缩再使用纯净的热源。这里，这种反复在极短的时间内完成。
接下来，随着循环的进行，温度上升，此时，能源方面只需提供压缩器所需的动力即可，所以用低动力也能生产高热。也就是说，废热在最近的地方回收，且其使用也在最近的地方，这样可以减少因露出造成的热损失，提高效率，能源所耗也随之减少。
本发明的具有废热回收装置的一体型热交换器元件，对于干燥机所需的热量进行计算后，考虑到制冷剂的各个不同的临界温度，不是冷却装置，是以发生高温的热交换为目的进行了设计。另外，与以往技术的散热器、空调相比，因使用高温热，按压缩器的容量比例，热交换器的电热面积则为两倍至三倍。
本发明的具有废热回收装置的一体型热交换器元件，压缩器30为主要耗电设备，根据热源的再利用条件，可以使用最小的动力，这与以往技术的电加热方式相比，电能消耗仅为15％～20％。
根据干燥机30的试用温度条件，考虑制冷剂的各个不同的压缩器、临界温度后，可以制作从低温至中低温、或中低温以上的热发生装置(热交换器)。这是随着新制冷剂和压缩器的发展，可持续研究的核心技术。
本发明的具有废热回收装置的一体型热交换器元件与以往技术的热泵相比，是属于不同的技术。
以往技术的热泵方式分为冷气和暖气，与本发明相比，安装的配件数量较多，另外，暖气方式时，因在外部设有室外机，在零度天气下，其所耗能源大，也可出现设备不能正常运转的情况，但是本发明大部分安装至生产设备空间里，无需担忧零度天气造成的设备运转不灵，而且因再利用生产设备加动时的废热，其能耗稳定，设备也可持续正常运转。
Claims (3)
1.一种具有废热回收装置的立式一体型热交换器元件，其特征在于，所述立式一体型热交换器元件，通过由驱动装置（15）驱动的鼓风机（14），吸收外部新鲜空气至吸入房（12）内，经由产生热源的热交换器（17），通过吐出管道（18），向干燥机（30）内部供给热风；所述热交换器元件（10）包括：位于所述吸入房（12）的上部，使流入的低温低压的制冷剂压缩成高温高压的制冷剂后，供向所述产生热源的热交换器（17）的压缩器（50）；位于内部安装有所述产生热源的热交换器（17）的所述吐出管道（18）的上方，安装在用于排出所述干燥机（30）内废热的排气管道（40）内，通过所述排气管道（40），将排出的高温废热转换成低温排气气体的废热回收用热交换器（41）；以及制冷剂膨胀装置（60），通过所述产生热源的热交换器（17）的制冷剂排出管（17b）排出的冷凝的高温制冷剂，在制冷剂膨胀装置（60）中转换成低温低压的制冷剂后，供向所述废热回收用热交换器（41）。
2.根据权利要求1所述的具有废热回收装置的立式一体型热交换器元件，其特征在于，所述制冷剂膨胀装置（60）包括：通过所述制冷剂排出管（17b），将排出的高温制冷剂膨胀后转换为低压制冷剂的膨胀阀（61）；收集在所述膨胀阀（61）已膨胀的低压制冷剂后，将多个毛细管（62）分配传至所述废热回收用热交换器（41）的分配器（63）。
3.一种具有废热回收装置的卧式一体型热交换器元件，其特征在于，所述卧式一体型热交换器元件，通过由驱动装置（15）驱动的鼓风机（14），吸收外部新鲜空气至吸入房（12）内，经由位于吸入口一侧的产生热源的热交换器（17），进行热交换成为热风后，通过吐出管道（18），向干燥机（30）内部供给热风；所述热交换器元件（10）包括：位于所述吸入房（12）的上部，使流入的低温低压的制冷剂压缩成高温高压的制冷剂后，供向所述产生热源的热交换器（17）的压缩器（50）；位于所述吐出管道（18）的上侧，安装在用于排出所述干燥机（30）内废热的排气管道（40）内，通过所述排气管道（40），将排出的高温废热转换成低温排气气体的废热回收用热交换器（41）；以及制冷剂膨胀装置（60），通过所述产生热源的热交换器（17）的制冷剂排出管（17b）排出的冷凝的高温制冷剂，在制冷剂膨胀装置（60）中转换成低温低压的制冷剂后，供向所述废热回收用热交换器（41）。
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