CN109529562A - 基于渗透蒸发的压缩空气干燥器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于渗透蒸发的压缩空气干燥器，包括进气组件、排气组件、亲水膜组件以及具有内部密闭空间的机壳，亲水膜组件置于机壳内的密闭空间，将密闭空间分隔为压缩空气通道和干燥低压空气通道；进气组件和排气组件分别连接于机壳壳壁，并分别连接于压缩空气通道的两端，干燥低压空气通道一端用于接入干燥低压空气，干燥低压空气通道另一端经机壳上设置的排气口排出外界。本发明能有效去除压缩空气中的水汽，且能耗低，成本低。

Description

基于渗透蒸发的压缩空气干燥器

技术领域

本发明涉及干燥技术，具体涉及基于渗透蒸发的压缩空气干燥器。

背景技术

空气压缩机是现代工业不可或缺的基础设备，其通过制造压缩空气，为电气自动化设备提供源源不断的动力气源。由于大气中相对湿度一般在60％左右，经过空气压缩机压缩后，空气中容纳不了这么多水蒸气，形成含有大量液态水滴的饱和湿空气。湿空气中的水分会造成空气压缩机后端的管道和设备生锈，造成不必要的损耗。因此，压缩空气需要经过除水净化，以降低出口空气的露点。

目前压缩空气的除水净化、降低露点的方式主要有以下几种：使用吸附剂来吸附压缩空气中的水汽，或者将压缩空气冷却使水汽凝固成液态水再去除，或者使用过滤材料对水汽进行凝聚和过滤分隔，对应这三种方式有吸干机、冷干机以及过滤器三种设备。但是，使用吸附剂或过滤材料去除水分的方式耗材较多，成本高，使用冷却凝固水汽的方式耗能大，露点受外界及排气温度变化影响较大，最终都导致使用成本较高。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供基于渗透蒸发的压缩空气干燥器，能有效去除压缩空气中的水汽，且能耗低，成本低。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

基于渗透蒸发的压缩空气干燥器，包括进气组件、排气组件、亲水膜组件以及具有内部密闭空间的机壳，亲水膜组件置于机壳内的密闭空间，将密闭空间分隔为压缩空气通道和干燥低压空气通道；进气组件和排气组件分别连接于机壳壳壁，并分别连接于压缩空气通道的两端，干燥低压空气通道一端用于接入干燥低压空气，干燥低压空气通道另一端经机壳上设置的排气口排出外界。

进一步地，排气组件为排气管，排气管与干燥低压空气通道的一端对接。

进一步地，干燥低压空气通道内的空气流向与压缩空气通道的空气流向相反。

进一步地，进气组件为进气管，排气口位于进气管一侧。

进一步地，排气管内设有消声器。

进一步地，压缩空气通道为多条，且同方向延伸、间隔排布。

进一步地，所述进气组件通过分流器分别连接至各压缩空气通道。

进一步地，干燥低压空气通道为机壳内除压缩空气通道外的剩余空间，且压缩空气通道被干燥低压空气通道包覆。干燥低压空气干燥低压空气。

进一步地，亲水膜组件由亲水膜围合而成。

进一步地，亲水膜的材质为乙基纤维素、醋酸纤维素、聚酰胺-6、聚酰亚胺、3A沸石分子筛、刚玉陶瓷中的一种。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

本发明通过亲水膜组件，使经过压缩空气通道的压缩空气内的水分子能够吸附在其上，并渗透亲水膜组件，进而使干燥低压空气通道内的干燥低空气能够带走亲水膜组件上的水分，如此循环作用，使进过压缩空气通道的压缩空气的水汽得以去除，而且，利用了亲水膜组件特性为能够通过水分子，不能通过空气或能极少通过空气的特性，使得压缩空气的干空气部分得以保留。而干燥低压空气通道内的干燥低压空气，其水分浓度极低，水分子得以在亲水膜组件上脱离，并在亲水膜上压缩空气通道一侧和干燥低压空气通道一侧形成水分子的浓度差，水分子将自动从压缩空气通道一侧向干燥低压空气通道一侧渗透，并进一步促进压缩空气通道一侧水分子吸附，通过亲水膜的渗透、水分子的渗透作用，实现了去除水汽零能耗，以及外界温度和排气温度对最终压缩空气露点的影响不大，也不会对压降造成很大影响，从而降低了成本，避免了后端设备锈蚀。

附图说明

图1为本发明基于渗透蒸发的压缩空气干燥器中亲水膜形成水分子浓度差的原理图；

图2为本发明基于渗透蒸发的压缩空气干燥器的结构示意图。

图中：1、进气组件；2、排气组件；3、亲水膜组件；4、机壳；41、密闭空间；42、压缩空气通道；43、干燥低压空气通道；44、排气口；5、分流器。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

如图1-2所示的基于渗透蒸发的压缩空气干燥器，包括进气组件1、排气组件2、亲水膜组件3以及具有内部密闭空间41的机壳4，亲水膜组件3置于机壳4内的密闭空间41，将密闭空间41分隔为压缩空气通道42和干燥低压空气通道43；进气组件1和排气组件2分别连接于机壳4壳壁，并分别连接于压缩空气通道42的两端，本例干燥压缩空气通道43内的干燥低压空气来源为：从压缩空气通道的排气出口2处，通过节流阀或者小孔，将已干燥的压缩空气减压扩容后，引入干燥低压空气通道43干燥低压空气干燥低压空气，干燥低压空气通道43另一端经机壳4上设置的排气口44排出外界。当然，干燥压缩空气的获得，也可以用其它减压装置来辅以实现。

通过亲水膜组件3，使经过压缩空气通道42的压缩空气内的水分子能够吸附在其上，并渗透亲水膜组件3，进而使干燥低压空气通道43内的干燥低压空气能够带走亲水膜组件3上的水分，如此循环作用，使进过压缩空气通道42的压缩空气的水汽得以去除，而且，利用了亲水膜组件3特性为能够通过水分子，不能通过空气或能极少通过空气的特性，使得压缩空气的干空气部分得以保留。而干燥低压空气通道内的干燥低压空气，其水分浓度极低，水分子得以在亲水膜组件3上脱离，并在亲水膜上压缩空气通道42一侧和干燥低压空气通道一侧形成水分子的浓度差，水分子将自动从压缩空气通道42一侧向干燥低压空气通道一侧渗透，并进一步促进压缩空气通道42一侧水分子吸附，通过亲水膜的渗透、水分子的渗透作用，实现了去除水汽零能耗，以及外界温度和排气温度对最终压缩空气露点的影响不大，也不会对压降造成很大影响，从而降低了成本，避免了后端设备锈蚀。

其中，本例的亲水膜组件3由亲水膜围合而成，其渗透、选择原理如图1及表1所示。亲水膜具有较强水分子吸附、渗透能力，但对空气主要成分分子吸附渗透能力较弱，其材质可以但不限于乙基纤维素、醋酸纤维素、聚酰胺-6、聚酰亚胺、3A沸石分子筛、刚玉陶瓷中的一种。表1为本例亲水膜的水透过性以及水对比氮气的透过选择性。

表1

亲水膜	水渗透系数	选择性(水/氮气)
			乙基纤维素(EC)	20000	6061
醋酸纤维素(CA)	6000	24000
			聚酰胺-6(尼龙6，PA-6)	275	11000
聚酰亚胺(PI)	640	5333333
			3A沸石分子筛	1000	460
刚玉陶瓷(氧化铝)	1500	500

本例优选的亲水膜应该具有以下特性：

(1)一定的亲水性，能够对水分子进行吸附，并且水分子能够在膜内渗透的通道，也能够较容易解附。

(2)通过一定的渗透压差或者温度差，能够驱使水分子移动，并且能够在一定条件下(干燥低压空气反吹)使分子筛脱离。

(3)具有选择性，水分子可以渗透通过，但空气的组成部分不能通过，或者通过量极小。

表1中的材质均可以作为本例亲水膜的原材料。其中，醋酸纤维素、3A沸石分子筛、刚玉陶瓷等材料，吸附能力中等，但对水选择性极高且成本低廉，是优选的制作亲水膜的材料。

本例的排气组件2为排气管，排气管与干燥低压空气通道43的一端对接。干燥低压空气通道43内的空气流向与压缩空气通道42的空气流向相反，如此可充分利用被干燥后的空气。进气组件1为进气管，排气口44位于进气管一侧，如此利于减少体积空间。为降低噪音，排气管内设有消声器。为增强干燥能力，压缩空气通道42为多条，且同方向延伸、间隔排布。进气组件1通过分流器5分别连接至各压缩空气通道42。干燥低压空气通道43为机壳内除压缩空气通道外的剩余空间，且压缩空气通道被干燥低压空气通道包覆。干燥低压空气干燥低压空气当然，亲水膜组件3的具体结构形态、尺寸并不限于此，只要能实现干燥低压空气通道43与压缩空气通道42内形成水分子浓度差，即可实现空气干燥的循环。例如，通道形态可以是直的，也可以是曲折的，也可以是截面积不等的，以增大接触面积以及增加分子吸附几率。亲水膜组件3外部通饱和空气，内部低压空气吹扫，其流动方式视亲水膜组件3的结构而定。图2中，虚线箭头为干燥低压空气，实线箭头为压缩空气。

具体是，被亲水膜组件3干燥后的压缩空气，一小部分通过减压和增速，反吹亲水膜组件3的外部，将膜组件外部的水分子带走。亲水膜组件3的外部和内部存在较大的渗透压差，导致内部的水分子在渗透压的驱动下向外部渗透，亲水膜组件3继续向饱和压缩空气吸附水分子。最终亲水膜组件3对水分子达到吸附和释放平衡，使排气组件2出口气体的压力露点稳定在一个较低的较稳定的值。

通过调节压缩空气通道42的排气出口2处节流阀或者小孔，从而调节引入干燥低压空气通道43的反吹的干燥低压空气的比例，即可以调节最终排气组件2出口气体的压力露点。另外，本例如此设置可减少了较多的切换阀门，仅仅需要调节进气量和反吹干燥低压空气的比例，进一步提高了设备的可靠性。

本干燥器无污染、无额外的能量消耗(除了控制用的电能)，对进气温度变化不敏感，根据亲水膜组件3的成分和制造工艺，以及产品的结构，可以保证出口压缩空气露点在-40℃以下，而耗气量在5％以内。

本发明的实施方式不限于此，按照本发明的上述内容，利用本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的修改、替换或组合，均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.基于渗透蒸发的压缩空气干燥器，其特征在于，包括进气组件、排气组件、亲水膜组件以及具有内部密闭空间的机壳，亲水膜组件置于机壳内的密闭空间，将密闭空间分隔为压缩空气通道和干燥低压空气通道；进气组件和排气组件分别连接于机壳壳壁，并分别连接于压缩空气通道的两端，干燥低压空气通道一端用于接入干燥低压空气，干燥低压空气通道另一端经机壳上设置的排气口排出外界。

2.根据权利要求1所述的基于渗透蒸发的压缩空气干燥器，其特征在于，排气组件为排气管，排气管与干燥低压空气通道的一端对接。

3.根据权利要求2所述的基于渗透蒸发的压缩空气干燥器，其特征在于，干燥低压空气通道内的低压空气流向与压缩空气通道的空气流向相反。

4.根据权利要求1所述的基于渗透蒸发的压缩空气干燥器，其特征在于，进气组件为进气管，排气口位于进气管一侧。

5.根据权利要求4所述的基于渗透蒸发的压缩空气干燥器，其特征在于，排气管内设有消声器。

6.根据权利要求1所述的基于渗透蒸发的压缩空气干燥器，其特征在于，压缩空气通道为多条，且同方向延伸、间隔排布。

7.根据权利要求6所述的基于渗透蒸发的压缩空气干燥器，其特征在于，所述进气组件通过分流器分别连接至各压缩空气通道。

8.根据权利要求7所述的基于渗透蒸发的压缩空气干燥器，其特征在于，干燥低压空气通道为机壳内除压缩空气通道外的剩余空间，且压缩空气通道被干燥低压空气通道包覆。

9.根据权利要求1-8任一项所述的基于渗透蒸发的压缩空气干燥器，其特征在于，亲水膜组件由亲水膜围合而成。

10.根据权利要求9所述的基于渗透蒸发的压缩空气干燥器，其特征在于，亲水膜的材质为乙基纤维素、醋酸纤维素、聚酰胺-6、聚酰亚胺、3A沸石分子筛、刚玉陶瓷中的一种。