CN104511231A - 一种节能型冷干机循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能型冷干机循环系统，其包括蒸发器，气水分离器，干燥器以及冷凝器；其还包括：与气水分离器的水分输出端连接的冷凝水排出管；过滤箱，其内具有至少一溢流隔板，以将过滤箱内部分为至少一第一空间和一第二空间，冷凝水排出管将水分导出至第一空间；蓄水器的下部设有具有排水阀的排水口，蓄水器上还具有一使蓄水器的内部与外界导通的气孔；倒U型虹吸管，其一端设于第二空间内，其另一端设于蓄水器内；变径管，其上端与气水分离器的气体输出端连接，变径管的下端与蓄水器的气孔导通，变径管自上端至下端管径减小以使管内气体流速增大，变径管上设有阀；蓄水器的排水口通过冷凝水管路与冷凝器连接，在冷凝水管路上设有泵。

Description

一种节能型冷干机循环系统

技术领域

本发明涉及一种压缩空气干燥设备，尤其涉及一种循环式压缩空气干燥设备。

背景技术

压缩空气，即被外力压缩的空气，其是一种仅次于电力的第二大动力能源。与其它能源相比，它具有清晰透明，输送方便，没有特殊的有害性能，没有起火危险，不怕超负荷等优点，能在许多不利的环境下工作，同时，它的应用范围遍及石油、化工、冶金、电力、机械等行业。目前，工业企业基本都通过大型空压机来制取压缩空气，现有的空压机都配备有吸气过滤系统和空气干燥系统，其原因在于：空气中含有大量的微粒和水分，以典型大城市环境为例，每立方米大气中约含有1亿4千万个微粒，相对湿度一般则高达65%以上，其中，空气中的微粒会加速空压机的磨损而导致其密封失效；而空气中的水分则会致使设备、管道和阀门生锈腐蚀，甚至在冬天还会结冰而阻塞空压机中的小孔通道。

空压机通过设置吸气过滤系统和空气干燥系统才能制备出符合工业生产环境需要的压缩空气；对于空气干燥系统而言，目前通常采用冷干机。冷干机（Dryer）是冷冻式干燥机的简称，属于气动系统中的气源处理元件。它的工作原理为：利用冷媒与压缩空气进行热交换，把压缩空气的温度降到2～10℃范围的露点温度，使压缩空气中含水量趋于超饱和的状态，以达到去除压缩空气中水分的目的。

现有冷干机系统包括蒸发器、气水分离器、干燥器、冷凝器和压缩机，其工作过程为：40℃左右的空气首先进入蒸发器，其与蒸发器中的冷媒进行热交换，在此过程中空气被冷却到2-10℃，之后进入气水分离器，将空气中的水分分离出来，然后空气再进入干燥器内进行干燥；冷媒在和空气热交换过程中，原本液态的冷媒挥发成气态，需要通过压缩机重新压缩成液态冷媒循环使用，在压缩过程中会释放大量的热量，这些热量在冷凝器中通过与循环水热交换后被带走。同时，在气水分离过程中会产生大量的冷凝水，现有工艺对于由此所产生的大量冷凝水通常采取两种处理方式：一种是通过设定电磁阀定时开关来实现冷凝水的对空排放，以确保疏水效果；另一种是通过液位开关来实现冷凝水的对空排放，以避免冷凝水位上升而影响冷干机的气水分离效果。通过这两种方式分离出来的冷凝水都会含有一些杂质，主要为空压机系统内部产生的磨屑、锈渣和油的碳化物等，因此，冷凝水通常作为废水直接排放，或是需要送到水处理站进行处理，并不能再次进入冷干机进行循环使用。

公告日为2010年3月31日，公告号为CN201431844Y，名称为“冷干机废水排放装置”的中国专利文献公开了一种用于冷干机的废水排放装置，其包括：管道过滤器、支排水管道、储液罐、主排水管道，三个管道过滤器分别与三个支排水管道连接，三个支排水管道的下端连接到主排水管，主排水管穿过冷干机机体后经过排污阀与储液罐相连通，储液罐下部设置有放污阀，储液罐侧壁设置有水位显示计，即在电磁阀定时开关的基础上增加一路高位溢流管路来实现冷凝水的排放。该技术方案的目的主要还是为了避免气水分离器底部冷凝水淤积导致分离效果下降，并未对冷凝水的循环使用提出解决方案。

为了提高冷凝水的循环使用率，公布日为2013年6月19日，公布号为CN103159343A，名称为“煤气冷凝水处理方法”的中国专利文献公开了一种煤气冷凝水处理方法，其先通过油水分离器将冷凝水中的油份分离，再向冷凝水中加入氧化剂和缓蚀剂来降低腐蚀性，最后再将冷凝水加热成蒸汽使用。这种技术方案不能实现冷凝水的直接回用，并且在实施过程中不仅需要新增油水分离器设备，添加化学药剂，还需要消耗能源将冷凝水转化成蒸汽。

冷凝水除了是一种可回收使用的水资源之外，其本身的温度范围（2～10℃）也比较低，也就是说，冷凝水还具备一定的冷量。为了能够实现冷凝水冷量的合理回收，公布日为2011年1月26日，公布号为CN101957019A，名称为“冷凝水回用空调外机”中国专利文献公开了一种冷凝水回用空调外机，其除了包括电路元件、压缩机、毛细管部件、冷凝器、风扇和电机、外壳板等传统主要部件之外，新增了冷凝水收集盘和n个进水套管，其中冷凝水收集盘底板上设有m个散流孔，m、n为自然数；通过本发明的使用既可以减少空调冷凝水的排出量，又实现了对冷凝水的回用和冷量的利用。但是这种技术方案由于受到设备体积的限制，冷凝水的自然蒸发速度也不会很快，对周围空气热量的影响有限。同时，小型家用空调和大型空压机的内部构造不同，两者冷凝水中的杂质量也不是一个数量级的，因此，该技术方案不能应用于大型空压机上。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节能型冷干机循环系统，其能够有效地回收利用冷凝水，从而减少冷干机的新水补充量，提升设备的节能环保效果，降低生产投入成本。

为了实现上述目的，本发明提供了一种节能型冷干机循环系统，其包括蒸发器，与蒸发器连接的气水分离器，与气水分离器连接的干燥器，以及与蒸发器连接的冷凝器；此外，该节能型冷干机循环系统还包括：

冷凝水排出管，其与气水分离器的水分输出端连接；

过滤箱，其内具有至少一溢流隔板，以将过滤箱内部分为至少一第一空间和一第二空间，上述冷凝水排出管用以将气水分离器中的水分导出至所述第一空间，所述溢流隔板的底部与过滤箱的底部连接；

蓄水器，其下部设有具有排水阀的排水口，该蓄水器上还具有一使蓄水器的内部与外界导通的气孔；

倒U型虹吸管，其一端设于所述第二空间内，倒U型虹吸管的另一端设于蓄水器内；

变径管，其上端与气水分离器的气体输出端连接，该变径管的下端与蓄水器的气孔导通，该变径管自上端至下端管径减小以使在变径管内流通的气体流速增大，在变径管上设有阀；

蓄水器的排水口通过冷凝水管路与冷凝器连接，以将蓄水器中的存储的冷凝水引导至冷凝器中对冷凝器中的冷媒进行冷却，在冷凝水管路上设有泵。

为了能合理地利用冷凝水，在本发明所述的技术方案中，从气水分离器的水分输出端排出的冷凝水经由冷凝水排水管进入过滤箱内，过滤箱内设置的溢流隔板使得冷凝水中的微小杂质能够沉淀过滤。

在本技术方案中，变径管进口管径大，即接入至输送管路的一端直径大，而出口管径小，即与蓄水器的气孔导通的一端直径小，进入变径管后的压缩空气流量不变，因此，当压缩空气通过的横截面积缩小时，其流速会增大，以在高速流动气体的附近产生负压，这种现象被称为文丘里效应，也就是说，当高速压缩空气通过气孔时，会在蓄水器的气孔处产生文丘里效应，使得蓄水器内部形成负压，从而利用过滤箱与蓄水器两者之间的压力差将冷凝水通过倒U型虹吸管从前者输送至后者内。在此输送过程中，本发明无需设置其他的动力设备，例如真空泵，其巧妙地利用了蓄水器的气孔处所产生的文丘里效应，以在蓄水器内部形成负压，从而产生汲取冷凝水的效果。

此外，在变径管上还设有阀门，当阀门打开时，压缩空气通过，在蓄水器的气孔处产生文丘里效应，蓄水器内形成负压；当阀门关闭时，则不产生文丘里效应，在蓄水器内也不形成负压，此时，蓄水器的内部与外界大气导通，冷凝水便可以通过冷凝水管路和设置在管路上的泵从蓄水器输送至冷凝器中对冷媒受压缩时所产生的热量进行有效地吸收。

需要说明的是，从气水分离器的气体输出端输出的压缩空气流速一般都非常快，故而在变径管直径缩小的出口处，压缩空气流速则会更加快，因此，在蓄水器的气孔处所产生的文丘里效应明显，冷凝水能够容易地从过滤箱内被吸附输送至蓄水器中。

可选地，在本发明所述的节能型冷干机循环系统中，沿着冷凝水的导出方向，在蓄水器与冷凝器之间还设有蓄水槽，所述泵设于蓄水槽与冷凝器之间的冷凝水管路上。蓄水槽的容量大于蓄水器的容量，将从蓄水器分批量输送的冷凝水集中在起来，并一次性地向冷凝器输送用以吸收冷媒受压缩时所产生的热量的冷凝水，则可以大幅度地缩短冷凝器中冷媒的冷却时间。

可选地，本发明所述的节能型冷干机循环系统的过滤箱内设有两块溢流隔板，以将过滤箱内部分为第一空间、第二空间和位于第一空间和第二空间之间的第三空间。在过滤箱内设置两块溢流隔板的目的是为了进一步沉淀过滤冷凝水中的微小杂质。

进一步地，在本发明所述的节能型冷干机循环系统中，在第一空间的底部设置有永磁铁。由于进入过滤箱内的冷凝水中的主要杂质成分为空压机内部和管道内壁上产生的锈渣和金属磨屑，在第一空间内所设置永磁铁能将这些重力沉降至底部的金属类杂质吸住，用以净化冷凝水的水质。

更进一步地，在上述永磁铁上方放置有一非磁性基座，以方便金属类杂质的日常清理。当永磁铁上吸附较多金属类杂质时，只取出非磁性基座进行清理即可。

优选地，上述非磁性基座为PVC基座。PVC基座具有耐腐蚀的优点。当然，在其他实施方式下，还可以采用本领域技术人员知晓的其他材料作为永磁铁的非磁性基座。

在另一种实施方式下，本发明所述的节能型冷干机循环系统中的第二空间内还设有一过滤盒，该过滤盒的盒壁上具有密布的过滤孔，倒U型虹吸管设于第二空间内的一端置于该过滤盒内。过滤盒能够在虹吸过程中进一步过滤去除冷凝水中的非金属类杂质，例如油的碳化物，从而进一步地提高冷凝水的洁净度。

本发明所述的节能型冷干机循环系统中的蒸发器内还可以设有液位计，以用来监控蓄水器内冷凝水的液位高度，当液位达到一极限值时，相应的阀门会打开或关闭以将蓄水器中冷凝水排出。

优选地，本发明所述的节能型冷干机循环系统中的排水阀采用电磁阀。

优选地，本发明所述的节能型冷干机循环系统中的变径管上的阀为电磁阀。

在本发明的优选技术方案中，采用电磁阀作为阀门的原因在于：电磁阀的开关操作时间短，能够实现阀门的快关和快开。而且电磁阀还可以与相应的控制装置关联，实现对该节能型冷干循环系统的自动控制。

较之现有的冷干机系统，本发明所述的节能型冷干机循环系统具有以下优点：

1）有效过滤了冷凝水，最大程度回收了冷凝水的水量，减少了冷干机的新水补充量；

2）充分利用了冷凝水的冷量，实现了热量的平衡转移；

3）吸收冷凝器中冷媒的热量后的冷凝水仍可作为循环水进行使用，提高了冷凝水的有效利用率，降低生产能耗；

4）本发明所述的节能型冷干机循环系统结构简单，改造成本低，易于在生产领域进行广泛推广。

附图说明

图1为本发明所述的节能型冷干机循环系统在一种实施方式下的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合说明书附图和具体的实施方式来对本发明所述的节能型冷干机循环系统做进一步的解释说明，但是该解释说明并不构成对本发明技术方案的不当限定。

图1显示了本发明所述的节能型冷干机循环系统在一种实施方式下的结构。

如图1所示，节能型冷干机循环系统10包括蒸发器11，与蒸发器连接的气水分离器12，与气水分离器连接的干燥器13，与蒸发器连接的冷凝器14，冷凝水排出管15，过滤箱16，蓄水器17，倒U型虹吸管18以及变径管19。其中，气水分离器12具有两个输出端，一个是水分输出端121，另一个是气体输出端122，这两个输出端分别为水分和气体的导出方向的起点，其中，沿着水分导出方向，冷凝水排出管15与气水分离器的水分输出端121相连接，在过滤箱16内设有两块一高一低的溢流隔板161，162，溢流隔板161，162的底部均与过滤箱的底部相连接，它们将过滤箱16内部空间分为第一空间163、第二空间164和第三空间165，冷凝水排出管15将气水分离器内的冷凝水输送至第一空间163内，在第一空间163内的底部设有一块永磁铁166和用于放置该永磁铁的非磁性基座167用以吸附冷凝水内的锈渣或金属磨屑等金属类杂质，在第二空间164内设有过滤盒168，该过滤盒的盒壁上具有密布的过滤孔用以吸附冷凝水内残留的非金属类杂质，从而进一步提高冷凝水的洁净度，倒U型虹吸管18的长腿端设置在第二空间164的过滤盒168内，其短腿端设在蓄水器17内，蓄水器17的下部具有排水口173，排水口173上设有排水阀171，在蓄水器17上还具有气孔172，该气孔172导通蓄水器的内部与外界大气，蓄水器17的排水口173通过冷凝水管路与冷凝器14连接，以将蓄水器中的冷凝水引导至冷凝器中用以吸收冷媒受压缩时所产生的热量，在冷凝水管路上设有泵174。

继续参阅图1，沿着气体导出方向，变径管19的上端191与气水分离器的气体输出端122相连接，其下端192则与蓄水器的气孔172相导通，该变径管的下端192也与外界大气导通。由于变径管自上端至下端管径逐渐减小使得在变径管内流通的压缩气体的流速趋于增大，从而在蓄水器的气孔172处产生文丘里效应，以在蓄水器17内部形成负压，使得过滤箱内的冷凝水通过倒U型虹吸管18被吸取收集到蓄水器17中，在变径管19上设有阀门193。

为了能将蓄水器输送的冷凝水集中起来，可以沿冷凝水的导出方向，在蓄水器与冷凝器之间设置蓄水槽30，而泵174则设于蓄水槽30与冷凝器14之间的冷凝水管路上，这样就可以一次性地向冷凝器输送大量温度较低的冷凝水，用以充分地吸收冷媒受压缩时压缩机所产生的热量，从而大大地减少压缩机的冷却时间。

另外，上述永磁铁的非磁性基座167可以采用PVC材质，或是本领域技术人员知晓的其他适用的材质。

此外，排水口173上的排水阀171和/或变径管19上的阀门193都可以采用电磁阀，以加快排水口和/或变径管开启和关闭的时间。

需要说明的是，在本实施方式下，变径管的下端192与外界大气导通，也就是说，通过气孔172后的压缩空气被排入大气中。当然，为了更好地充分利用压缩气体，也可以设置一气体管路将通过气孔后的压缩空气再导回到干燥器中，进行干燥后供正常使用。

上述实施方式下的节能型冷干机循环系统的实际运作过程具体如下，在此过程中冷媒采取常用的液态氟利昂：

1)将40℃的常温空气A送入蒸发器11中，其与液态氟利昂E热交换，常温空气A被冷却到3℃，氟利昂蒸汽B进入冷凝器14，准备被压缩机重新压缩成液态氟利昂；

2)一路，空气A中的水分在气水分离器12中被分离出来，并沿气水分离器内壁留到底部成为冷凝水C；

3)气水分离器以每隔20分钟，每次5分钟的频率，将冷凝水C排到过滤箱16的第一空间163内；

4)在第一空间163内，冷凝水C中的金属类杂质在重力的作用下沉降到底部，并被永磁铁166吸住去除；

5)去除掉金属类杂质的冷凝水溢流至过滤盒168内，进一步沉淀除去非金属类杂质；

6)另一路，压缩空气D通过气水分离器的气体输出端，以20m/s的流速输送至干燥器13内，约占总气量2%左右的压缩空气D经过变径管的缩小管径后，其流速增大到30m/s，并以该速度通过蓄水器上部的气孔172排放至大气中；

7)高速流动的压缩空气D在蓄水器的上部气孔172处产生文丘里效应，使得蓄水器17内形成负压，将过滤箱16中的冷凝水通过倒U型管虹吸管18被吸取至蓄水器17中；

8)液位计31安装在蓄水器17内，用来监控蓄水器17中冷凝水的液位高度，当液位达到0.8m时，与液位计电连接的控制系统控制电磁阀193关闭，排水阀171打开，此时，压缩空气D不再从变径管19经过，蓄水器17内的负压消失，蓄水器17中的冷凝水通过排水阀171排向蓄水槽30中；

9)蓄水槽30中冷凝水C的温度一般为2～10℃，通过设置在冷凝水管路上的泵174将冷凝水C送往冷凝器14内；

10)在步骤1)中氟利昂蒸汽B被压缩机重新压缩成液体氟利昂时会产生大量热量，冷凝水在吸收压缩机所产生的热量后，其温度在30～40℃之间，可以继续作为循环水F供给生产单元使用。

在实际使用过程中，本实施方式下的节能型冷干机循环系统既能充分利用冷凝水的水量和冷量，又能将利用后的冷凝水作为循环水进行工业使用，将各环节的资源进行有机结合，以减少冷凝水的无效排放，提高企业节水效益。

需要注意的是，所公开实施例的上述说明使得本领域专业技术人员能够显而易见地对于本实施例进行多种类似变化和修改，这种类似变化是本领域技术人员能从本发明公开的内容直接得出或者很容易便联想到的所有变形，均应属于本发明的保护范围。因此本发明不会受到该实施例的限制。

Claims (10)

1.一种节能型冷干机循环系统，其包括蒸发器，与蒸发器连接的气水分离器，与气水分离器连接的干燥器，以及与蒸发器连接的冷凝器；其特征在于，所述节能型冷干机循环系统还包括：

冷凝水排出管，其与气水分离器的水分输出端连接；

过滤箱，其内具有至少一溢流隔板，以将过滤箱内部分为至少一第一空间和一第二空间，所述冷凝水排出管用以将气水分离器中的水分导出至所述第一空间，所述溢流隔板的底部与过滤箱的底部连接；

蓄水器，其下部设有具有排水阀的排水口，所述蓄水器上还具有一使蓄水器的内部与外界导通的气孔；

倒U型虹吸管，其一端设于所述第二空间内，倒U型虹吸管的另一端设于蓄水器内；

变径管，其上端与气水分离器的气体输出端连接，所述变径管的下端与蓄水器的气孔导通，所述变径管自上端至下端管径减小以使在变径管内流通的气体流速增大，所述变径管上设有阀；

所述蓄水器的排水口通过冷凝水管路与冷凝器连接，以将蓄水器中的存储的冷凝水引导至冷凝器中对冷凝器中的冷媒进行冷却，所述冷凝水管路上设有泵。

2.如权利要求1所述的节能型冷干机循环系统，其特征在于：沿着冷凝水的导出方向，所述蓄水器与冷凝器之间还设有蓄水槽，所述泵设于蓄水槽与冷凝器之间的冷凝水管路上。

3.如权利要求1所述的节能型冷干机循环系统，其特征在于：所述过滤箱内设有两块溢流隔板，以将过滤箱内部分为所述第一空间、所述第二空间和位于第一空间和第二空间之间的第三空间。

4.如权利要求1所述的节能型冷干机循环系统，其特征在于：所述第一空间的底部设置有永磁铁。

5.如权利要求4所述的节能型冷干机循环系统，其特征在于：所述永磁铁上方放置有一非磁性基座。

6.如权利要求5所述的节能型冷干机循环系统，其特征在于：所述非磁性基座为PVC基座。

7.如权利要求1所述的节能型冷干机循环系统，其特征在于：所述第二空间内还设有一过滤盒，该过滤盒的盒壁上具有密布的过滤孔，所述倒U型虹吸管设于第二空间内的一端置于该过滤盒内。

8.如权利要求1所述的节能型冷干机循环系统，其特征在于：所述蒸发器内还设有液位计。

9.如权利要求1所述的节能型冷干机循环系统，其特征在于：所述排水阀为电磁阀。

10.如权利要求1所述的节能型冷干机循环系统，其特征在于：所述变径管上的阀为电磁阀。