CN105327590A - 转轮式微波吸附脱附设备 - Google Patents
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Abstract
一种转轮式微波吸附脱附设备，涉及空气中VOCs气体的浓缩去除、气体除湿、气体分离等技术领域，所解决的是降低运行能耗的技术问题。该设备的机箱内装有基材能透射微波的转轮；机箱的内腔由微波隔板分隔成一个处理侧风道及一个再生侧风道，转轮的轮体分别伸入处理侧风道、再生侧风道，转轮与微波隔板结合部的间隙封盖有微波密封件；所述处理侧风道内设有用于防止微波外泄的处理侧微波屏蔽栅；所述再生侧风道内装有微波发生器，及用于防止微波外泄的再生侧微波屏蔽栅。本发明提供的设备，运行能耗低，且吸附脱附效率高。
Description
技术领域
本发明涉及空气处理技术，特别是涉及一种转轮式微波吸附脱附设备的技术。
背景技术
转轮式吸附脱附设备广泛应用于空气中VOCs有机挥发物的浓缩去除、气体除湿及气体分离等用途。转轮式吸附脱附设备的基本工作原理是将各种吸附剂附着在蜂窝状基材的转轮上，利用吸附剂吸附处理侧气流中的吸附质，并通过转轮的转动将吸附了吸附质的吸附剂转入再生侧脱附再生（通常用高温气体对吸附剂进行脱附），释放所吸附的吸附质到再生侧气流中，由再生侧气流带离。
现有转轮式吸附脱附设备所采用的脱附再生方式中，都是采用电加热、蒸汽加热、燃气加热、导热油加热、导热介质加热、太阳能加热、热水加热、热泵加热等方式对再生侧气流进行加热，然后以再生侧气流为媒介来加热转轮基材（再生侧），再由转轮基材传热给吸附剂及其上所吸附的吸附质。吸附剂的再生温度低则有70℃，高则远远超过200℃（如某些种类的分子筛甚至超过300℃），这使得吸附转轮的再生能耗一直居高不下。
为了克服上述缺陷，专利申请公布号为CN101726061A的中国专利文献公开了一种转轮式除湿机加热器，提出了在除湿转轮设备（用于空气除湿的一种吸附转轮设备）中采用磁控管替代电加热器，以微波去除转轮吸附的水分子，从而再生的方法。但该技术方案中只是简单地将传统除湿转轮设备的电加热器改成微波加热器，并没有提出采用微波脱附的体系化实现方案，使得该专利中提出的方法没有任何可实现性。比如该技术方案没有提出如何克服微波在转轮中穿透不良的问题，没有提出如何克服微波在转轮局部区域“过烧”、部分区域脱附不良的问题，没有提出如何克服微波从再生侧穿透至处理侧进而影响处理侧吸附的问题，没有提出必须解决的如何克服微波传播至设备以外的问题等等。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种运行能耗低，且吸附脱附效率高，能有效避免转轮局部区域脱附不良局部区域过烧的问题，能有效避免微波泄漏至外部的问题的转轮式微波吸附脱附设备。
为了解决上述技术问题，本发明所提供的一种转轮式微波吸附脱附设备，包括机箱，及安装在机箱内的转轮，其特征在于：所述转轮由能透射微波的轮状基材，及加载在基材上的吸附剂构成；
所述机箱的内腔由能反射微波的微波隔板分隔成两个相互独立的风道，其中的一个风道为处理侧风道，另一个风道为再生侧风道，所述转轮的轮体贯穿微波隔板，使得转轮的轮体分别伸入处理侧风道、再生侧风道，转轮与微波隔板结合部的间隙封盖有能反射微波的微波密封件；
所述处理侧风道的进气口与转轮之间及处理侧风道的出气口与转轮之间各由能屏蔽微波的处理侧微波屏蔽栅隔开；
所述再生侧风道内装有微波发生器，再生侧风道的进气口与转轮之间及再生侧风道的出气口与转轮之间各由能屏蔽微波的再生侧微波屏蔽栅隔开，所述微波发生器布设在转轮与再生侧微波屏蔽栅之间。
进一步的，所述再生侧风道和/或处理侧风道内设有多个能吸收微波的微波能量吸收段，各微波能量吸收段遮盖住转轮与微波隔板结合部的间隙。
进一步的，所述处理侧风道内装有多个用于吸收微波的处理侧微波吸收包，各个处理侧微波吸收包分置于转轮两侧，且在转轮与每个处理侧微波吸收包之间都布设有至少一个处理侧微波屏蔽栅。
进一步的，所述再生侧风道内装有多个用于吸收微波的再生侧微波吸收包，各个再生侧微波吸收包分置于转轮两侧，且在转轮与每个再生侧微波吸收包之间都布设有至少一个再生侧微波屏蔽栅。
进一步的，所述转轮围绕轮心等分成多个区块，且每两个相邻区块的结合面上都盖覆有能反射微波的微波反射层。
进一步的，所述机箱内还具有一个能屏蔽微波的用于导引气流穿过转轮的冷却风道，所述冷却风道的进气口接入处理侧风道，冷却风道的出气口接入再生侧风道，且冷却风道的进气口位于转轮与处理侧风道的进气口之间，冷却风道的出气口位于转轮与再生侧风道的进气口之间。
进一步的，还包括用于去除气流中的吸附质的吸附质回收装置，再生侧风道的出气口接到吸附质回收装置的进气口，吸附质回收装置的出气口接到再生侧风道的进气口。
进一步的，还包括空气制冷器、空气加热器，处理侧风道的进气口接到空气制冷器的出气口，处理侧风道的出气口接到空气加热器的进气口。
进一步的，还包括空气换热器，空气换热器的热侧出气口接到空气制冷器的进气口，空气换热器的冷侧进气口接到空气加热器的出气口。
本发明提供的转轮式微波吸附脱附设备，采用微波直接加热转轮上加载的吸附剂及吸附质，而且由于转轮基材能透射微波能量，使得脱附过程基本不再加热再生侧气流和转轮基材，而是直接加热吸附剂及吸附质，大大改善微波穿透性能，能有效避免转轮局部区域脱附不良，能极大地减少再生能耗，具有运行能耗低的特点，而且转轮与微波隔板结合部的微波密封件、微波能量吸收段及转轮内部区块结合面上的微波反射层能有效减少微波从再生侧泄漏到处理侧，从而能有效的减少微波泄漏对处理侧吸附过程的影响，使得处理侧的吸附效率得到提高，而且在微波屏蔽栅的屏蔽作用下，能有效避免微波泄漏至设备外部。
附图说明
图1是本发明第一实施例的转轮式微波吸附脱附设备的结构示意图；
图2是本发明第一实施例的转轮式微波吸附脱附设备中的转轮对半剖开后的立体结构示意图；
图3是本发明第二实施例的转轮式微波吸附脱附设备的结构示意图；
图4是本发明第三实施例的转轮式微波吸附脱附设备的结构示意图；
图5是本发明第四实施例的转轮式微波吸附脱附设备的结构示意图；
图6是本发明第五实施例的转轮式微波吸附脱附设备的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图说明对本发明的实施例作进一步详细描述，但本实施例并不用于限制本发明，凡是采用本发明的相似结构及其相似变化，均应列入本发明的保护范围，本发明中的顿号均表示和的关系。
如图1所示，本发明第一实施例所提供的一种转轮式微波吸附脱附设备，包括机箱（图中未示），及安装在机箱内的转轮3，其特征在于：所述转轮由能透射微波的轮状基材，及加载在基材上的吸附剂构成；
所述机箱的内腔由能反射微波的微波隔板4分隔成两个相互独立的风道，其中的一个风道为处理侧风道，另一个风道为再生侧风道，所述转轮3的轮体贯穿微波隔板4，使得转轮3的轮体分别伸入处理侧风道、再生侧风道，转轮与微波隔板结合部的间隙封盖有能反射微波的微波密封件（图中未示）；
所述处理侧风道内装有处理侧风机11，及多个用于吸收微波的处理侧微波吸收包13，各个处理侧微波吸收包13分置于转轮3两侧，处理侧风道的进气口与转轮之间及处理侧风道的出气口与转轮之间各由能屏蔽微波的处理侧微波屏蔽栅12隔开，且在转轮3与每个处理侧微波吸收包13之间都布设有至少一个处理侧微波屏蔽栅12；
所述再生侧风道内装有再生侧风机21、微波发生器24，及多个用于吸收微波的再生侧微波吸收包23，各个再生侧微波吸收包23分置于转轮两侧，再生侧风道的进气口与转轮之间及再生侧风道的出气口与转轮之间各由能屏蔽微波的再生侧微波屏蔽栅22隔开，且在转轮3与每个再生侧微波吸收包23之间都布设有至少一个再生侧微波屏蔽栅22，所述微波发生器24布设在转轮3与再生侧微波屏蔽栅22之间。
本发明第一实施例中，所述再生侧风道和/或处理侧风道内设有多个能吸收微波的微波能量吸收段25，各微波能量吸收段25遮盖住转轮与微波隔板结合部的间隙，各微波能量吸收段用于避免或减少微波从转轮的厚度方向上泄漏至处理侧风道内。
本发明第一实施例中，所述转轮上开设有蜂窝状的通气孔阵列，转轮基材的材料采用的是低介电玻璃、低介电陶瓷、环氧材料、聚酰亚胺材料、聚四氟乙烯材料、氟树脂材料、氰酸脂材料、聚丙醚材料、聚氨酯材料、聚丙烯酸酯材料、聚苯乙烯材料、聚酯材料、聚乙烯材料、聚丙烯材料、聚酰胺材料、液晶聚合物材料、环烯烃共聚物材料、石英材料、氧化硅材料、氧化硼材料、氧化钠材料、氧化铝材料、氧化镁材料、氧化钙材料、氧化钛材料、稀土氧化物材料、金属氧化物材料、金属盐类材料、低介电有机纤维材料、低介电无机纤维材料中的一种或多种的混合物；这种转轮基材的特点是能直接透过微波，能不吸收或仅少量吸收微波能量，从而使得在空气再生处理过程中，微波只会加热吸附剂及其所吸附的吸附质，而不会加热再生侧空气及转轮基材，从而能避免因微波不均匀加热而导致的局部过烧、局部脱附不良及由此带来的闪燃等问题，并大大减少再生能耗。
本发明第一实施例中，所述处理侧微波屏蔽栅、再生侧微波屏蔽栅采用的是网孔尺寸小于微波波长30%的金属网，处理侧微波吸收包、再生侧微波吸收包采用的是水，本发明其它实施例中，处理侧微波屏蔽栅、再生侧微波屏蔽栅也可以采用能实现相同功能（能通过气体且屏蔽微波）的其它部件，处理侧微波吸收包、再生侧微波吸收包也可以采用能实现相同功能的其它部件。
本发明第一实施例中，布设在转轮与微波隔板结合部的微波密封件采用的是由能反射微波的金属制成的金属刷，且金属刷的刷丝之间的间距小于微波波长的30%，微波能量吸收段采用的是水，本发明其它实施例中，微波密封件、微波能量吸收段也可以采用能实现相同功能的其它部件。
如图2所示，本发明第一实施例中，所述转轮围绕轮心等分成多个区块31，且每两个相邻区块31的结合面上都盖覆有能反射微波的微波反射层32，本发明第一实施例中的微波反射层采用的是网孔孔径小于微波波长30%的金属网，通过这些微波反射层，能有效减少微波从再生侧风道泄漏至处理侧风道的能量，从而能缩小微波能量吸收段的体积，进而减少微波能量吸收段所占用的转轮迎风面积，能增加转轮的工作效率，在某些情况下，甚至可以取消微波能量吸收段。
本发明第一实施例的工作原理如下：
在转轮上的用于吸附气流中的吸附质（比如VOCs有机废气、水份、微量气体成份）的吸附剂可以采用分子筛、活性炭、活性碳纤维、硅胶、硅酸盐材料、氧化铝、金属盐类材料、金属氧化物材料、吸附树脂材料、多孔性吸附材料、吸收性材料中的一种或多种的混合物；
需要处理的含有吸附质（比如VOCs有机废气、水份、微量气体成份）的处理侧气流10在处理侧风机11的引导下，从处理侧风道左侧的进气口进入处理侧风道，再从左向右流过转轮3左侧的处理侧微波屏蔽栅12及处理侧微波吸收包13后穿过转轮3（位于处理侧风道内的部分），处理侧气流10在穿过转轮3时，处理侧气流10中含有的吸附质（比如VOCs有机废气、水份、微量气体成份）被转轮3上的吸附剂吸附，从气流中分离出来，得到净化的处理侧气流10再从左向右流过转轮3右侧的处理侧微波屏蔽栅12及处理侧微波吸收包13，再从处理侧风道右侧的出气口输出；
再生侧气流20在再生侧风机21的引导下，从再生侧风道右侧的进气口进入再生侧风道，再从右向左流过转轮3右侧的再生侧微波屏蔽栅22及再生侧微波吸收包23后穿过转轮3（位于再生侧风道内的部分），然后再从右向左流过转轮3左侧的再生侧微波屏蔽栅22及再生侧微波吸收包23，再从再生侧风道左侧的出气口输出，再生侧风道内的微波发生器24则生成微波，为吸附剂的脱附再生提供能量；
在驱动部件的带动下，转轮3缓慢的转动，转轮3上的吸附剂在吸附了吸附质（比如VOCs有机废气、水份、微量气体成份）后，随着转轮3的转动从处理侧风道转入再生侧风道，转轮3上的吸附剂在再生侧风道内在微波发生器24所生成的微波的作用下脱附再生，释放所吸附的吸附质（比如VOCs有机废气、水份、微量气体成份）到再生侧气流20中，由再生侧气流20带离，脱附再生后的吸附剂再随着转轮3的转动从再生侧风道转入处理侧风道，如此循环；
微波隔板4、微波反射层32、微波密封件、转轮外包圈及微波能量吸收段25能有效地减少微波从再生侧风道泄漏至处理侧风道，从而能避免泄漏的微波影响处理侧的吸附性能；
处理侧微波屏蔽栅12及再生侧微波屏蔽栅22能有效拦截微波，从而避免微波外泄，处理侧微波吸收包13及再生侧微波吸收包23能进一步的吸收残余微波，从而能避免微波从机箱内部向外传播。
如图3所示，本发明第二实施例与本发明第一实施例的区别在于：本发明第二实施例在机箱内还增加了一个能屏蔽微波的用于导引气流穿过转轮3的冷却风道（图中未示），所述冷却风道的进气口接入处理侧风道，冷却风道的出气口接入再生侧风道，且冷却风道的进气口位于转轮与处理侧风道的进气口之间，冷却风道的出气口位于转轮与再生侧风道的进气口之间；本发明第二实施例通过冷却风道从处理侧气流10中分出一部分气流14作为冷却气流，利用这些冷却气流14对转轮3位于再生侧风道内的被过度加热的部分轮体进行预冷，然后再将这股吸收了转轮热能的冷却气流14并入再生侧气流20参与再生过程，本发明第二实施例适用于因再生时间较长而导致转轮会被过度加热的情况，转轮在转入处理侧风道时如果温度过高，会影响在处理侧风道的吸附性能，本发明第二实施例能提高装置的整体性能，并能在一定程度上降低能耗。
如图4所示，本发明第三实施例与本发明第一实施例的区别在于：本发明第三实施例中还包括用于去除气流中的吸附质（比如VOCs有机废气、水份、微量气体成份）的吸附质回收装置5，再生侧风道的出气口接到吸附质回收装置5的进气口，吸附质回收装置5的出气口接到再生侧风道的进气口。
本发明第三实施例中所采用的吸附质回收装置为现有技术，具体采用的是串联式直接蒸发压缩机制冷装置，该装置包括再生制冷外机、再生蒸发器、再生冷凝器、再生液体回收盘，本发明其它实施例中也可以采用能实现相同功能（去除气流中的吸附质）的其它吸附质回收装置，比如冷水塔冷却水循环降温装置、冷热水盘管装置、冷热分离装置、单冷装置、换热器散热降温装置等。
本发明第三实施例中，再生侧气流20形成一个闭式循环，充分利用了采用微波脱附去除的气态吸附质具有容易被冷凝成液体的特点，先将再生侧风道的出气引入再生蒸发器降温，从而将其中的吸附质（比如VOCs有机废气、水份、微量气体成份）冷凝成液体流入再生液体回收盘中，随后再生侧气流20再由再生冷凝器加热后重新送回至再生侧风道的进气口，再生制冷外机内含压缩机，可以同时提供冷热源，本发明第三实施例适用于VOCs有机废气浓缩分离系统或地下室等封闭空间的除湿，这样使得从处理侧气流中分离的水或VOCs有机废气可以以很低的能耗从再生侧气流中直接分离成液体回收，使得再生侧没有任何废气排放，相比将含有高浓度有机废气的再生侧气流排放到燃烧室中燃烧去除或者其它处置方式，具有更加环保、更加节能、更加经济的特点。
如图5所示，本发明第四实施例与本发明第三实施例的区别在于：本发明第四实施例中还包括空气制冷器6、空气加热器7，处理侧风道的进气口接到空气制冷器6的出气口，处理侧风道的出气口接到空气加热器7的进气口。
本发明第四实施例中，处理侧气流10形成一个开式循环，处理侧气流10由空气制冷器6进行降温处理后再进入处理侧风道，然后在处理侧风道内经转轮3吸附处理后从处理侧风道的出气口流出，然后再由空气加热器7进行加热处理后重新送回用户侧使用，本发明第四实施例适用于处理侧气流进风温度较高的场合（比如印刷机尾气VOCs处理），适当降低处理侧气流进风温度，可以改善转轮的吸附效率，同时将处理后的处理侧气流加热后再次送回用户侧（比如印刷机）进气中，不仅可以节省能量，而且可以实现零排放，非常有利于节能环保。
如图6所示，本发明第五实施例与本发明第四实施例的区别在于：本发明第五实施例中还包括空气换热器8，空气换热器8的热侧出气口接到空气制冷器6的进气口，空气换热器8的冷侧进气口接到空气加热器7的出气口。
本发明第五实施例的空气换热器为现有技术，具体采用的是转轮式热回收器，本发明其它实施例中也可以采用能实现相同功能的其它空气换热器，比如板式换热器、热管式换热器、中间冷媒式换热器等。
本发明第五实施例适用于处理侧气流进风温度很高的场合（比如涂布机尾气VOCs处理），这类场合中的处理侧气流进风温度很高，仅采用空气制冷器来降低处理侧气流进风温度还不够，而且处理侧气流出风经空气加热器来加热后的温度也要低于处理侧气流进风温度，本发明第五实施例中，处理侧气流10的进风先进入空气换热器8的热侧，与空气换热器8的冷侧的气流进行换热后降温至适合空气制冷器6的温度，然后再进入空气制冷器6进一步的进行降温处理，处理侧气流10的出气则先由空气加热器7加热，处理侧气流10的出气经空气加热器7加热处理后，其温度仍然要低于处理侧气流进风温度，处理侧气流10的出气随后再进入空气换热器8的冷侧，与空气换热器8的热侧换热后升温，然后再重新送回用户侧使用，不仅可以节省能量，而且可以实现零排放。
Claims (9)
1.一种转轮式微波吸附脱附设备，包括机箱，及安装在机箱内的转轮，其特征在于：所述转轮由能透射微波的轮状基材，及加载在基材上的吸附剂构成；
所述机箱的内腔由能反射微波的微波隔板分隔成两个相互独立的风道，其中的一个风道为处理侧风道，另一个风道为再生侧风道，所述转轮的轮体贯穿微波隔板，使得转轮的轮体分别伸入处理侧风道、再生侧风道，转轮与微波隔板结合部的间隙封盖有能反射微波的微波密封件；
所述处理侧风道的进气口与转轮之间及处理侧风道的出气口与转轮之间各由能屏蔽微波的处理侧微波屏蔽栅隔开；
所述再生侧风道内装有微波发生器，再生侧风道的进气口与转轮之间及再生侧风道的出气口与转轮之间各由能屏蔽微波的再生侧微波屏蔽栅隔开，所述微波发生器布设在转轮与再生侧微波屏蔽栅之间。
2.根据权利要求1所述的转轮式微波吸附脱附设备，其特征在于：所述再生侧风道和/或处理侧风道内设有多个能吸收微波的微波能量吸收段，各微波能量吸收段遮盖住转轮与微波隔板结合部的间隙。
3.根据权利要求1所述的转轮式微波吸附脱附设备，其特征在于：所述处理侧风道内装有多个用于吸收微波的处理侧微波吸收包，各个处理侧微波吸收包分置于转轮两侧，且在转轮与每个处理侧微波吸收包之间都布设有至少一个处理侧微波屏蔽栅。
4.根据权利要求1所述的转轮式微波吸附脱附设备，其特征在于：所述再生侧风道内装有多个用于吸收微波的再生侧微波吸收包，各个再生侧微波吸收包分置于转轮两侧，且在转轮与每个再生侧微波吸收包之间都布设有至少一个再生侧微波屏蔽栅。
5.根据权利要求1所述的转轮式微波吸附脱附设备，其特征在于：所述转轮围绕轮心等分成多个区块，且每两个相邻区块的结合面上都盖覆有能反射微波的微波反射层。
6.根据权利要求1所述的转轮式微波吸附脱附设备，其特征在于：所述机箱内还具有一个能屏蔽微波的用于导引气流穿过转轮的冷却风道，所述冷却风道的进气口接入处理侧风道，冷却风道的出气口接入再生侧风道，且冷却风道的进气口位于转轮与处理侧风道的进气口之间，冷却风道的出气口位于转轮与再生侧风道的进气口之间。
7.根据权利要求1所述的转轮式微波吸附脱附设备，其特征在于：还包括用于去除气流中的吸附质的吸附质回收装置，再生侧风道的出气口接到吸附质回收装置的进气口，吸附质回收装置的出气口接到再生侧风道的进气口。
8.根据权利要求1所述的转轮式微波吸附脱附设备，其特征在于：还包括空气制冷器、空气加热器，处理侧风道的进气口接到空气制冷器的出气口，处理侧风道的出气口接到空气加热器的进气口。
9.根据权利要求8所述的转轮式微波吸附脱附设备，其特征在于：还包括空气换热器，空气换热器的热侧出气口接到空气制冷器的进气口，空气换热器的冷侧进气口接到空气加热器的出气口。
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