CN107970748B - 压缩机设备和干燥压缩气体的方法 - Google Patents

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Abstract

具有压缩气体干燥装置的压缩机设备，其中干燥装置(6)包含具有干燥区域(8)和再生区域(14)的壳体(7)；其中在壳体(7)中可转动地安装具有干燥剂的滚筒(13)；其中压力管线(5)包括用于在压缩气体进入所述干燥区域(8)之前对该压缩气体进行冷却的热交换器(11)，其中分接管(18)连接到排出管线(17)，分接管连接到热交换器(11)的冷却入口(19)，而热交换器(11)还包括连接到再生区域(14)的入口(15)的冷却出口(20)，再生区域(14)的出口(16)连接到所述压力管线(5)。

Description

压缩机设备和干燥压缩气体的方法
技术领域
本发明涉及一种具有用于压缩气体的干燥装置的压缩机设备，其中该压缩机设备具有压缩机元件，该压缩机元件具有用于压缩气体的出口，压力管线的第一端连接到该出口；其中所述干燥装置具有壳体，壳体内部具有干燥区域，干燥区域具有用于要被干燥的压缩气体的第一入口，所述压力管线的第二端连接到该第一入口使得源于所述压缩机元件的全部流量(full flow rate)的压缩气体被传递到干燥区域；其中所述干燥区域还包括用于被干燥的压缩气体的第一出口，排出管线连接到该第一出口；其中在所述壳体中，还设有再生区域，该再生区域设有用于供应再生气体的第二入口以及用于将使用过的再生气体排出的第二出口；其中在干燥装置的壳体中，可转动地安装含有干燥剂的滚筒，其中该滚筒连接到驱动设备使得干燥剂可以相继通过所述干燥区域和再生区域；并且其中所述压力管线包括用于在压缩气体进入所述干燥区域之前对压缩气体进行冷却的热交换器。
背景技术
设有干燥装置的已知压缩机设备的缺点是需要相当大的冷却能力来使要干燥的气体的温度足够低以在滚筒内实现有效的干燥。
具有含有干燥剂的可转动干燥剂滚筒的压缩气体干燥器已经是已知的，例如在WO01/87463、WO 02/38251、WO 2007/079553、US 5,385,603和US 8,349,054中进行了描述。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的和/或替代性的压缩机设备。
为此，本发明涉及一种具有用于压缩气体的干燥装置的压缩机设备，其中该压缩机设备装备有压缩机元件，该压缩机元件具有压缩气体出口，压力管线的第一端连接到该出口；其中所述干燥装置设有壳体，壳体内部具有干燥区域，干燥区域具有用于要被干燥的压缩气体的第一入口，所述压力管线的第二端连接到该第一入口使得源于所述压缩机元件的压缩气体的全部流量被传递到干燥区域；其中所述干燥区域还包括用于干燥的压缩气体的第一出口，排出管线连接到该第一出口；其中在所述壳体中，还设有再生区域，该再生区域具有用于供应使用过的再生气体的第二入口以及用于将再生气体排出的第二出口；其中在干燥装置的壳体中，可转动地安装含有干燥剂的滚筒，其中该滚筒连接到驱动设备使得干燥剂可以相继运动通过所述干燥区域和再生区域；其中所述压力管线包括用于在压缩气体进入所述干燥区域之前对压缩气体进行冷却的热交换器，其中根据本发明，第一分接管连接到所述排出管线，所述排出管线连接到所述热交换器的冷却入口，而所述热交换器还包括冷却出口，该冷却出口由第二再生管线连接到再生区域的所述第二入口，而在所述热交换器的下游的位置处，再生区域的第二出口通过返回管线连接到所述压力管线。
根据本发明的压缩机设备的重要优点是干燥剂在滚筒使用中的再生是由一部分已经干燥的气体实现的，为此已经干燥的气体在干燥区域的下游进行分支，并且通过使用压缩热量还以节省能量的方式对该部分气体进行加热，籍此再生气体的相对湿度变得异常的低，同时该压缩机设备还通过有效地使用热交换器中排出的压缩热量而节省能量地工作。确实，这样实现冷却能力的节省并且为了实现非常良好的干燥剂再生，不需要必须设置加热元件来获得再生气体足够低的相对湿度。
本发明还涉及一种用于对源于压缩机元件的压缩气体进行干燥的方法，其中使用了设有壳体的干燥装置，壳体内部存在干燥区域，要被干燥的气体的全部流量被通过干燥区域传递；其中在所述壳体中还设有再生区域，再生气体被同时地穿过再生区域传输；其中干燥剂相继地运动通过所述干燥区域和再生区域；其中在要被干燥的压缩气体进入所述干燥区域之前在热交换器的主要部分中对该压缩气体进行冷却；其中根据本发明，一部分干燥的压缩气体在干燥区域的出口处被分支，然后在被引导到再生区域的入口以用作其中的再生气体之前被引导通过所述热交换器的二级部分(secondary part)以通过要被干燥的气体的压缩热量而进行加热。
根据本发明的该方法的一种特殊变型，分支出来的干燥气体被平行引导通过多个热交换器的二级部分，从而这些热交换器的每个均包括连接到来自于串联的一系列至少两个压缩机元件的一个相应的压缩机元件的出口的主要部分。本发明并不局限于此，因为可以使用所有类型的热交换器，例如还有不设置连接到压缩机元件的出口的主要部分的热交换器。热交换器的组合也是可行的，一个或多个具有连接到压缩机元件的出口的主要部分的热交换器，同时还存在没有这种连接的热交换器。
附图说明
为了更好地示出本发明的特征，作为示例而不是任何限制性质，参照附图描述了根据本发明的压缩机设备的一些优选实施方式以及根据本发明的用于对压缩气体进行干燥的方法，其中：
图1到3示意性地示出了根据本发明的压缩机设备的不同实施方式；以及
图4以更大的比例示意性地示出了图2的中间冷却器。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的压缩机设备1的第一实施方式，在该种情况下其包括两个压缩机元件2a和2b。然而，本发明并不局限于此，根据本发明的压缩机设备1还可以包括一个或多于两个的压缩机元件2a和2b。
压缩机元件2a和2b连接到图中未示出的驱动设备(例如呈一个或多个电机、涡轮机、链轮或类似物的形式)。
在该种情况下，压缩机元件2a和2b形成第一低压力级2a及其下游的第二高压力级2b。优选地，在相关的压缩机元件2a和2b之间的连接管线中设置中间冷却器3。
高压力压缩机元件2b设有用于压缩气体的出口4，压力管线5的第一端连接到该出口4。
根据本发明的压缩机设备1还包括用于压缩气体的干燥装置6，该干燥装置6包括壳体7，干燥区域8位于壳体7中，干燥区域8具有用于要被干燥的压缩气体的第一入口9和用于被干燥的压缩气体的第一出口10，其一般是在所述壳体7的相对端处。
所述压力管线5通过其第二端连接到用于要被干燥的压缩气体的所述第一入口9。
所述压力管线5包含用于将从高压压缩机元件2b流到干燥区域8的第一入口9的压缩气体进行冷却的热交换器11。所述的热交换器11的配置使得在源于高压压缩机元件2b的压缩气体进入干燥区域8之前进行冷却。
在这种情况下，但是不是必要地，压力管线5还设有后冷却器12，其优选地装在所述热交换器11的下游，意思是根据压缩气体的流向，装在该热交换器11与干燥区域的所述第一入口9之间。
在干燥装置6的所述壳体7中，以已知的方式可转动地安装滚筒13，其中该滚筒13连接到图中未示出的驱动设备用于使该滚筒13在壳体7中转动，例如该驱动设备是电机的形式。相关的滚筒7包含可再生的干燥剂或者所谓的干燥剂材料，比如硅胶颗粒、活性氧化铝或者分子筛材料，或者它们的组合。显然，干燥剂还可以是其他形式。
除了所述干燥区域8之外，还在干燥装置6的壳体7中存在至少再生区域14。
滚筒13以已知的方式配置成使得干燥剂随着转动可以相继通过所述干燥区域8和再生区域14。
所述再生区域14设有用于供应再生气体的第二入口15和用于排出用过的再生气体的相对的第二出口16。用过的再生气体应该理解为在通过再生区域14之后受到从干燥剂析出的湿气污染的气体。
排出管线17连接到干燥区域8的所述第一出口10以将干燥的压缩气体移除到图中未示出的用户，例如是压缩空气网、压力容器或者使用压缩气体的机器或设备的形式。
根据本发明，第一分接管18连接到所述排出管线17，第一分接管18连接到所述热交换器11的冷却入口19，而所述热交换器11还包括通过第二再生管线21连接到再生区域14的所述第二入口15的冷却出口20。
相关的冷却入口19和冷却出口20在该种情况下构成了热交换器11的二级部分的一部分，热交换器11的主要部分配置成使得要被干燥的压缩气体被引导通过该热交换器。
在所述热交换器11的下游位置处(在该种情况下，是在压力管线5的将后冷却器12连接到干燥区域8的第一入口9的部分上)，再生区域14的第二出口16通过返回管线22连接到所述压力管线5。
在该示例中，返回管线22还具有附加的冷却器23以及可能的冷凝分离器，其可以如冷却器23的冷却部分一样位于相同的壳体中或者可以不与冷却器23的冷却部分位于相同的壳体中，其在图1中不可见。
在图1的示例中，返回管线22与压力管线5之间的连接通过装在压力管线5中并设有抽吸开口25的文氏管24实现，所述返回管线22连接到所述抽吸开口25。
根据图1的压缩机设备1的操作非常简单，如下所述。
低压力级2a抽吸要被压缩的诸如空气之类的气体或气体混合物。然后通过中间冷却器3将产生的一部分压缩热量排出。
在离开中间冷却器3之后，压缩气体流到高压力级2b，在高压力级其被进一步压缩，然后流到热交换器11的主要部分。在至少部分地起到气-气热交换器的相关的热交换器11中，将压缩热量传递给通过冷却入口19进入热交换器11并通过冷却出口20又离开热交换器的气体。
显然热交换器11被组装成使得流过压力管线5的气体不与被作为冷却剂气体引导通过热交换器11的二级侧的气体混合。在这种情况下，热交换器11配置成使得流过其的两股气体流在相反的方向上流动，但根据本发明这不是严格要求的。
离开热交换器11并进一步流过压力管线5的预冷却的压缩气体然后到达后冷却器中，在后冷却器中对该气体流进一步冷却。
然后冷的压缩气体流过文氏管24和第一入口9通过干燥区域8。在干燥区域8中气体中存在的湿气被此时存在于干燥区域8中的滚筒13中的干燥剂吸收。
然后冷的干燥的压缩气体通过第一出口10离开干燥区域8并流过排出管线17到达压缩气体的用户。
根据本发明，一部分冷的干燥的压缩气体被从排出管线17分支出来然后被引导通过第一分接管18到达热交换器11的二级部分，更具体地是到达所述冷却入口19以在那里用作冷却介质。
当气体离开冷却出口20时，通过吸收高压压缩机元件2b中产生的压缩热量而使其温度升高。结果，通过分接管18的分支出的气体的相对湿度将以高能效的方式被进一步降低。
流过再生管线21的额外的干燥气体最终被引导通过第二入口15到达再生区域14，在再生区域14中该气体用作会从此时存在于再生区域14中的干燥剂中析出湿气的再生气体。
在再生气体通过第二出口16离开再生区域14之后，其流过在其下游的附加冷却器23和可能的冷凝分离器到达文氏管24的抽吸开口25，但是可能的冷凝分离器可以不必要必须结合在与冷却器23的壳体相同的壳体中。
根据本发明，文氏管的存在不是严格必要的，但是还可以使用例如吹风机用于将离开再生区域14的再生气体与从热交换器11通过压力管线5流到干燥区域8的温暖的压缩气体流汇聚在一起。
图2示出了三级机器形式的根据本发明的压缩机设备1的一种变型，其包括串联安装的压缩机元件2a、2b和2c。
在第一低压力级2a与第二压力级2b之间存在第一中间冷却器103，而在第二压力级2b与第三高压力级2c之间存在第二中间冷却器103′。
与图1中的实施方式一样，在第三高压力级2c的下游，设有热交换器11以及串联连接的后冷却器12。
正如图4中更详细示出的，在该示例中，中间冷却器103和103′是以两个部分实现的，即第一回收部分103a和第二冷却部分133a。
每个各自的回收部分103a具有主要部分和二级部分，其中主要部分包括流道，该流道用于源于紧位于相关中间冷却器103或103′上游的压缩机元件2a或2b的要被干燥的压缩空气，而二级部分包括具有冷却入口19a和冷却出口20a的冷却通道。
在该实施方式中，第一分接管18不仅连接到热交换器11的冷却入口19，而且并联到中间冷却器103和103′的相应的冷却入口19a。
类似地，冷却出口20a与热交换器11的冷却出口20一起连接到第二再生管线21。
中间冷却器103和103′的第二冷却部分133a也包括主要部分和二级部分，其中主要部分包括用于要被干燥的压缩空气的流道，而二级部分包括冷却通道，冷却流体可以被引导通过该冷却通道，优选地但不是必要的，作为要被干燥的压缩气体的气体流的逆流。
冷却流体可以是诸如水或油之类的液体或者诸如空气之类的气体或气体混合物。
在这种情况下，回收部分103a和冷却部分133a装在共用壳体中，然而它们也可以是彼此分离的并作为单独的元件实现。还有，根据本发明，不是中间冷却器103和103′都连接到分接管18或再生管线21，而是还可以是仅这些中间冷却器103或103′中的一个连接到相关的管线18和21。
在这种变型的情况下，可以省略一个或多个中间冷却器103和/或103′的第二冷却部分133a。
如图2中示出中的该实施方式的工作基本与图1中的压缩机设备1的工作类似，其中最重要的不同在于可以使用来自于较低压力级2a和2b的压缩热量来进一步降低用于再生的气体的相对湿度，这是因为该再生气体将分别用作中间冷却器103、103′的回收部分103a中的冷却剂并且将会吸收其中的压缩热量。
第二冷却部分133a可以确保在通过主要部分之后仍然存在于压缩气体中的任何过剩的压缩热量可以被排出，使得在随后的下游压缩级中可以获得更好的压缩效率。
残余热量例如可以用于其他目的，比如加热清洁用水。
图3示出了根据本发明的压缩机设备1的另一个实施方式，其中在该种情况下设有串联连接的三个压缩机元件2a、2b和2c。在该实施方式中，在热交换器11的下游和后冷却器12的上游的位置中设置返回管线22与压缩管线5之间的连接。这样在返回管线22中不需要设置附加冷却器，从而可以节省成本。
虽然在这些图中没有显示，但是在干燥装置6的壳体7中，除了所述干燥区域8和再生区域14之外还可以设置冷却区域。在这种情况下，可以以已知的方式使干燥区域8的第一出口10处的一部分干燥气体改变方向流过该冷却区域，然后对此时存在于所述冷却区域中的干燥剂进行冷却。
本发明并不旨在局限于作为示例描述且在图中显示的实施方式，根据本发明的具有用于干燥压缩气体的干燥装置的压缩机设备可以以所有类型的变型实现，而不会脱离本发明的范围。类似地，根据本发明的用于对压缩气体进行干燥的方法并不局限于上面描述的变型，而是可以以所有类型的变型实现，但不会脱离本发明的范围。

Claims (12)

1.一种具有用于压缩气体的干燥装置的压缩机设备，其中该压缩机设备(1)设有压缩机元件，该压缩机元件具有压缩气体出口(4)，压力管线(5)的第一端连接到该压缩气体出口；其中所述干燥装置(6)设有壳体(7)，所述壳体的内部具有干燥区域(8)，干燥区域具有用于要被干燥的压缩气体的第一入口(9)，所述压力管线(5)的第二端连接到该第一入口使得源于所述压缩机元件(2a和/或2b)的压缩气体的全部流量被传递到干燥区域(8)；其中所述干燥区域(8)还包括用于被干燥的压缩气体的第一出口(10)，排出管线(17)连接到该第一出口；其中在所述壳体(7)中，还设有再生区域(14)，该再生区域具有用于供应再生气体的第二入口(15)以及用于将再生气体排出的第二出口(16)；其中在干燥装置(6)的壳体(7)中，还可转动地安装含有干燥剂的滚筒(13)，其中该滚筒(13)连接到驱动设备使得干燥剂能相继地运动通过所述干燥区域(8)和再生区域(14)；其中所述压力管线(5)包括用于在压缩气体进入所述干燥区域(8)之前对压缩气体进行冷却的热交换器(11)，其特征在于，在所述排出管线(17)上连接第一分接管(18)，所述第一分接管连接到所述热交换器(11)的冷却入口(19)，而所述热交换器(11)还包括冷却出口(20)，该冷却出口通过第二再生管线(21)连接到再生区域(14)的所述第二入口(15)，并且在所述热交换器(11)的下游位置处，再生区域(14)的第二出口(16)通过返回管线(22)连接到所述压力管线(5)，压力管线(5)中的所述热交换器(11)设置在位于所述压缩机元件(2a、2b、2c)的下游并且位于也设置在所述压力管线中的后冷却器(12)的上游的位置中，在所述返回管线(22)中没有设置冷却器。
2.根据权利要求1所述的压缩机设备，其特征在于，所述返回管线(22)连接到装在压力管线(5)中的文氏管(24)的抽吸开口(25)。
3.根据权利要求1所述的压缩机设备，其特征在于，在所述返回管线(22)中，设置吹风机用以将使用过的再生气体与压力管线(5)中的要干燥的气体汇聚。
4.根据权利要求2所述的压缩机设备，其特征在于，所述热交换器(11)设置在所述文氏管(24)的上游。
5.根据权利要求4所述的压缩机设备，其特征在于，所述后冷却器(12)设置在文氏管(24)的下游并且在干燥区域(8)的第一入口(9)的上游。
6.根据权利要求4所述的压缩机设备，其特征在于，所述后冷却器(12)设置在文氏管(24)的上游并且在热交换器(11)的下游。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的压缩机设备，其特征在于，所述热交换器(11)由两部分制成，即第一回收部分(103a)和第二冷却部分(133a)。
8.根据权利要求6所述的压缩机设备，其特征在于，所述热交换器是中间冷却器(103、103′)，所述中间冷却器根据要被干燥的压缩气体的流动安装在串联连接的两个压缩机元件(2a、2b、2c)之间。
9.用于对源于压缩机元件(2a、2b、2c)的压缩气体进行干燥的方法，其中使用设有壳体(7)的干燥装置(6)，干燥区域(8)位于所述壳体内，要被干燥的气体的全部流量通过干燥区域传递；其中在所述壳体(7)中还设有再生区域(14)，使再生气体同时地传输通过再生区域；其中干燥剂相继运动通过所述干燥区域(8)和再生区域(14)；其中在要被干燥的压缩气体进入所述干燥区域之前在热交换器(11)的主要部分中对该要被干燥的压缩气体进行冷却；其特征在于，使一部分被干燥的压缩气体在干燥区域(8)的出口处分支，然后在将所述一部分被干燥的压缩气体引导到再生区域(14)的入口以用作其中的再生气体之前将所述一部分被干燥的压缩气体引导通过所述热交换器(11)的二级部分以便被加热，分支出的被干燥的所述压缩气体通过返回管线(22)返回到所述干燥区域(8)，所述热交换器(11)设置在所述压缩机元件(2a、2b、2c)下游和后冷却器(12)上游的位置处，在所述返回管线(22)中没有设置冷却器。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，将分支的被干燥的压缩气体平行地引导通过多个热交换器(103、103′、11)的二级部分，由此这些热交换器(103、103′、11)的每个均包括连接到来自于串联连接的一系列至少两个压缩机元件(2a、2b、2c)中的一个压缩机元件(2a、2b、2c)的出口的主要部分。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其特征在于，将被干燥的压缩气体的分支部分引导通过两部分式热交换器(103、103′)的回收部分(103a)的二级部分，该两部分式热交换器还包括冷却部分(133a)。
12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，将单独的冷却流引导通过所述冷却部分(133a)的二级部分。
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