CN110141941A - 一种冷冻式干燥机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷冻式干燥机，包括空气系统、制冷系统以及控制系统，所述空气系统包括空气入口、空气出口、第一交叉板翅式换热器、第二交叉板翅式换热器、第一气液分离器、第二气液分离器，所述第一交叉板翅式换热器的上部与空气入口之间设置有第一管道，所述第一管道穿过第一交叉板翅式换热器与所述第一气液分离器连接，所述第二交叉板翅式换热器的上部与空气入口之间设置有第二管道采用了多个独立系统之间的设置，本发明实现整机体积缩小、降低了成本、交换效率提高，降低压缩机功率、年平均运行功率降低、系统压力降低。

Description

一种冷冻式干燥机

技术领域

本发明涉及压缩空气净化设备领域，具体涉及一种冷冻式干燥机。

背景技术

在压缩空气系统中安装冷冻式干燥机其目的在于将空气压缩机出口的饱和空气进行冷却除水，以保证压缩空气中的含水量满足用气设备的质量要求。

目前市面上的冷冻式干燥机基本采用管式换热器进行空气与空气、空气与制冷剂进行热交换的换热方式。其优点在于制造简单；缺点在于体积大、制作成本高、热交换效率差、压缩机功率大、系统压降大。

国内地域面积大导致南北方温度差异明显、夏季与冬季温度变化较大、负载变动快等因素，导致冷冻式干燥机在使用时实际负荷变化较大。

发明内容

有鉴于此，针对上述的不足之处，本发明提供一种冷冻式干燥机以解决上述问题。

为了实现以上目的，本发明采用这样一种冷冻式干燥机，包括空气系统、制冷系统以及控制系统，所述空气系统包括空气入口、空气出口、第一交叉板翅式换热器、第二交叉板翅式换热器、第一气液分离器、第二气液分离器，所述第一交叉板翅式换热器的上部与空气入口之间设置有第一管道，所述第一管道穿过第一交叉板翅式换热器与所述第一气液分离器连接，所述第二交叉板翅式换热器的上部与空气入口之间设置有第二管道，所述第二管道穿过第二交叉板翅式换热器与所述第二气液分离器连接，所述第一气液分离器的上端与所述空气出口连接，所述第二气液分离器的上端与所述空气出口连接，所述第一气液分离器与第二气液分离器的下端均设置有排水器，所述第一交叉板翅式换热器与所述第二交叉板翅式换热器的底部设置有空气与制冷剂交换器。

本发明进一步设置所述制冷系统包括第一制冷系统与第二制冷系统，所述第一制冷系统包括依次连接的第一汽化器、第一压缩机、第一油液分离器、第一风冷冷凝器、第一干燥过滤器，所述第二制冷系统包括第二汽化器、第二压缩机、第二油液分离器、第二风冷冷凝器、第二干燥过滤器，所述第一交叉板翅式换热器下端形成有制冷剂出口A1和B1、制冷剂进口A2和B2，所述第二交叉板翅式换热器下端形成有制冷剂出口C1和D1、制冷剂出口C2和D2，所述制冷剂出口A1和制冷剂出口C1分别与第一汽化器的一端连接，所述制冷剂出口B1和制冷剂出口D1分别与第二汽化器的一端连接，所述第一干燥过滤器的一端分别与制冷剂进口A2和制冷剂进口C2相连，所述第二干燥过滤器的一端分别与制冷剂进口B2和制冷剂进口D2相连。

本发明进一步设置所述空气入口与空气出口处设置有露点仪

本发明进一步设置所述第一交叉板翅式换热器与所述第一风冷冷凝器之间设置有第一旁通阀。

本发明进一步设置所述第二交叉板翅式换热器与所述第二风冷冷凝器之间设置有第二旁通阀。

本发明进一步设置所述第一干燥过滤器与制冷剂进口A2之间设置有第一膨胀阀，所述第一干燥过滤器与制冷剂进口C2之间设置有第二膨胀阀，所述第二干燥过滤器与制冷剂进口B2之间设置有第三膨胀阀，所述第二干燥过滤器与制冷剂进口D2之间设置有第四膨胀阀。

本发明进一步设置所述制冷剂出口A1和B1设置在所述制冷剂进口A2和B2的下方，所述制冷剂的出口C1和D1设置在所述制冷剂进口C2和D2的下方。

本发明进一步设置所述排水器内设置有排水阀。

本发明的有益效果：

1-改用铝制全焊接、逆流、交叉板翅式换热器替代传统的管式换热器，交叉板翅式换热器具有换热效率高、体积小、重量轻的优点，从而提高了换热效率。

2-空气系统采用了多换热器设计，多个换热器之间采用并联的方式。

3-制冷系统针对多换热器的设计，同样采用了多制冷系统；为每个换热器设置了两个并联通道，在换热器上设置了两个进口和两个进口，形成了制冷剂通道的双进双出，压缩空气通道逆流进出，以适应多台制冷压缩机的对应工作。

4-将原先只采用单台大功率的制冷压缩机改为了多台小功率制冷压缩机，减小了设备的体积和压缩机的功率。

5-以露点为目标的控制调节，适时的对多个制冷压缩机进行制冷功率输出调节，以保证出口空气露点始终恒定，以满足不同工况下的整机的运行始终在最佳状态以达到最佳的节能效果。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图2为本发明实施例空气系统的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示，本发明采用这样一种冷冻式干燥机，包括空气系统、制冷系统以及控制系统，所述空气系统包括空气入口1、空气出口2，第一交叉板翅式换热器3、第二交叉板翅式换热器4、第一气液分离器5、第二气液分离器6，所述空气入口1与空气出口2处设置有露点仪7，空气入口1分裂成两个管道为第一管道8和第二管道9，所述第一交叉板翅式换热器3的上部与空气入口1之间设置第一管道8，所述第一管道8穿过第一交叉板翅式换热器3与所述第一气液分离器5连接，所述第二交叉板翅式换热器4的上部与空气入口1之间设置第二管道9，所述第二管道9穿过第二交叉板翅式换热器4与所述第二气液分离器6连接，所述第一气液分离器5的上端与所述空气出口2连接，所述第二气液分离器6的上端与所述空气出口2连接，所述第一气液分离器5与第二气液分离器6的下端均设置有排水器10，排水器10内设置有排水阀，所述第一交叉板翅式换热器3与所述第二交叉板翅式换热器4的底部设置有空气与制冷剂交换器11。

基于上述组件和连接方式形成空气系统的两个分系统，现将两个分系统详细阐述:其中第一个分系统组成包括第一管道8、第一交叉板翅式换热器3，第一气液分离器5、设置在第一气液分离器5底部的排水器10、排水器10内设置的排水阀，第一管道8从空气入口1开始依次穿过第一交叉板翅式换热器3、第一气液分离器5、第一交叉板翅式换热器3后与空气出口2相通；第二个分系统组成包括第二管道9、第一交叉板翅式换热器3，第一气液分离器5、设置在第一气液分离器5下方的排水器10、排水器10内设置的排水阀，第二管道9从空气入口1开始依次穿过第二交叉板翅式换热器4、第二气液分离器6、第二交叉板翅式换热器4后与空气出口2相通，此时第一管道8和第二管道9在空气出口2处汇在一处。

上述空气系统原理如下：将高温、饱和的压缩空气从空气入口1进入分别通过第一管道8和第二管道9进入各自通道内的交叉板翅式换热器上部的空气与空气交换部分，对高温压缩空气进行预冷却，除去部分水分后进入交叉板翅式换热器下部的空气与制冷剂交换器11，使得压缩空气冷却到2℃的露点温度，水份在此通过高效气液分离器被分离，通过排水器10内的自动排水阀排出机组，干燥后的低温压缩空气从气液分离器离开后，重新进入交叉板翅式换热器上部的空气与空气交换部分，对再次进入的高温压缩空气进行预冷却，而低温压缩空气会导致升温，升温后的出口空气温度与进口空气温差保持在3-5℃，减少制冷功率的消耗、有效防止出口空气温度低引起的管路凝露现象。

相对应空气系统，制冷系统也形成两个分系统，即所述制冷系统包括第一制冷系统与第二制冷系统，所述第一制冷系统包括依次连接的第一汽化器12、第一压缩机14、第一油液分离器16、第一风冷冷凝器18、第一干燥过滤器20，所述第二制冷系统包括第二汽化器13、第二压缩机15、第二油液分离器17、第二风冷冷凝器19、第二干燥过滤器21，所述第一交叉板翅式换热器3下端形成有制冷剂出口A1和B1、制冷剂进口A2和B2，所述第二交叉板翅式换热器4下端形成有制冷剂出口C1和D1、制冷剂出口C2和D2，所述制冷剂出口A1和制冷剂出口C1分别与第一汽化器12的一端连接，所述制冷剂出口B1和制冷剂出口D1分别与第二汽化器13的一端连接，所述第一干燥过滤器20的一端分别与制冷剂进口A2和制冷剂进口C2相连，所述第二干燥过滤器21的一端分别与制冷剂进口B2和制冷剂进口D2相连，所述制冷剂出口A1和B1设置在所述制冷剂进口A2和B2的下方，所述制冷剂的出口C1和D1设置在所述制冷剂进口C2和D2的下方。

基于上述组件，第一制冷系统和第二制冷系统之中形成了制冷剂通道，采用的是逆流的双进双出方式，第一制冷系统中的制冷剂通道从制冷剂出口A1和C1出发，在进入第一汽化器12之前汇集在一处，然后穿过第一汽化器12、第一压缩机14、第一油液分离器16、第一风冷冷凝器18、第一干燥过滤器20之后，制冷剂通道分裂成两条支路回到各自的制冷剂进口A2和C2，从而重新回到各自的交叉板翅式换热器；第二制冷系统中的制冷剂通道从制冷剂出口B1和D1出发，在进入第二汽化器13之前汇集在一处，然后穿过第二汽化器13、第二压缩机15、第二油液分离器17、第二风冷冷凝器19、第二干燥过滤器21之后，制冷剂通道同样分裂成两条支路回到各自的制冷剂进入B2和D2,从而回到各自的交叉板翅式换热器。

当高温压缩空气进入到交叉板翅式换热器内的空气与制冷剂交换器11之前，此时制冷剂为低温液态的形式，当高温压缩空气进入后，制冷剂吸收了热量蒸发成为气态，然后气态状态下的制冷剂经过制冷剂出口到达汽化器进入到压缩机的吸气口，此时压缩机运行将处于气态、低温、低压的制冷剂压缩成高温高压的气态制冷剂，此时小部分的气体会直接进入到空气与制冷剂交换器11部分，而大部分的气体会经油液分离器对高温高压的气态制冷剂进行油液分离，分离其中的油脂以及水分，保证进入风冷冷凝器的气态制冷剂的纯度，从而进行冷凝降温，风冷冷凝器的作用是将高温高压的气态制冷剂转换成低温的液态制冷剂，然后液态制冷剂通过干燥过滤器进行干燥过滤，干燥过滤器的设置在于:经过冷凝器冷凝之后，制冷剂会存在部分水分以及部分杂质，通过干燥过滤器进行去除水分和杂质，经过去除杂质和水分之后，制冷剂又回到了刚开始的低温液态的形式，从而进入到空气与制冷剂交换器11部分对高温压缩空气进行冷却，如此循环工作，实现了循环利用。

此外在工作过程中，压缩空气蒸发冷却时，会有大量的凝结水析出，如果蒸发温度过低，达到了凝结水的冰点，则凝结水会在交叉板翅式换热器内结冰，严重时会造成气流通道的阻塞，使得供气管道阻塞，为了防止这种情况，在所述第一交叉板翅式换热器3与所述第一风冷冷凝器18之间设置有第一旁通阀22，同样的在所述第二交叉板翅式换热器4与所述第二风冷冷凝器19之间设置有第二旁通阀23，此时当蒸发压力过低时，旁通阀就会自动开启，从而使高温高压的气态制冷剂直接进入到交叉板翅式交换器，提高蒸发温度，避免上述堵塞管道情况的发生。

所述第一干燥过滤器20与制冷剂进口A2之间设置有第一膨胀阀24，所述第一干燥过滤器20与制冷剂进口C2之间设置有第二膨胀阀25，第一膨胀阀24和第二膨胀阀25设置在第一干燥过滤器20分裂形成的两条制冷剂通道的支路上，所述第二干燥过滤器21与制冷剂进口B2之间设置有第三膨胀阀26，所述第二干燥过滤器21与制冷剂进口D2之间设置有第四膨胀阀27，第三膨胀阀26和第四膨胀阀27设置在第二干燥过滤器21分裂形成的两条制冷剂通道的支路上。

改用铝制全焊接、逆流、交叉板翅式换热器替代传统的管式换热器，交叉板翅式换热器具有换热效率高、体积小、重量轻的优点，从而提高了换热效率。

空气系统采用了多换热器设计，多个换热器之间采用并联的方式。

制冷系统针对多换热器的设计，同样采用了多制冷系统；为每个换热器设置了两个并联通道，在换热器上设置了两个进口和两个进口，形成了制冷剂通道的双进双出，压缩空气通道逆流进出，以适应多台制冷压缩机的对应工作。

将原先只采用单台大功率的制冷压缩机改为了多台小功率制冷压缩机，减小了设备的体积和压缩机的功率。

露点为目标的控制调节，适时的对多个制冷压缩机进行制冷功率输出调节，以保证出口空气露点始终恒定，以满足不同工况下的整机的运行始终在最佳状态以达到最佳的节能效果。

其中控制系统的说明以2台制冷压缩机和2台交叉板翅式换热器的冷干机说明其工作原理：每台压缩机分2路到每个板翅式蒸发器，2台压缩机分4路到2个板翅式蒸发器，以冷干机露点值控制压缩机的开停和板翅式蒸发器的工作状态，当满负荷工作，露点高于目标值时，2台压缩机和4路蒸发器都工作，直至露点达到目标值，当负荷降低时，露点就会低于目标值，当露点低于一定值时，设备就会自动停掉一台压缩机，只有一台制冷压缩机工作，达到节能目的，但2个板翅蒸发器都还在工作，以保证通过2个板翅蒸发器的压缩空气都均匀冷却。当负荷继续降低，系统就会根据露点值调节剩下一台工作制冷压缩机的功率输出，在保证露点值合格稳定情况下，减低制冷压缩机功率消耗。冷干机一年四季大部分时间都在部分负荷下工作，所以该冷干机节能效果明显。

本发明实现整机体积缩小、降低了成本、交换效率提高，降低压缩机功率、年平均运行功率降低、系统压力降低；

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、 “第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员 在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种冷冻式干燥机，包括空气系统、制冷系统以及控制系统，其特征在于：所述空气系统包括空气入口、空气出口、第一交叉板翅式换热器、第二交叉板翅式换热器、第一气液分离器、第二气液分离器，所述第一交叉板翅式换热器的上部与空气入口之间设置有第一管道，所述第一管道穿过第一交叉板翅式换热器与所述第一气液分离器连接，所述第二交叉板翅式换热器的上部与空气入口之间设置有第二管道，所述第二管道穿过第二交叉板翅式换热器与所述第二气液分离器连接，所述第一气液分离器的上端与所述空气出口连接，所述第二气液分离器的上端与所述空气出口连接，所述第一气液分离器与第二气液分离器的下端均设置有排水器，所述第一交叉板翅式换热器与所述第二交叉板翅式换热器的底部设置有空气与制冷剂交换器。

2.根据权利要求1所述的冷冻式干燥机，其特征在于：所述制冷系统包括第一制冷系统与第二制冷系统，所述第一制冷系统包括依次连接的第一汽化器、第一压缩机、第一油液分离器、第一风冷冷凝器、第一干燥过滤器，所述第二制冷系统包括第二汽化器、第二压缩机、第二油液分离器、第二风冷冷凝器、第二干燥过滤器，所述第一交叉板翅式换热器下端形成有制冷剂出口A1和B1、制冷剂进口A2和B2，所述第二交叉板翅式换热器下端形成有制冷剂出口C1和D1、制冷剂出口C2和D2，所述制冷剂出口A1和制冷剂出口C1分别与第一汽化器的一端连接，所述制冷剂出口B1和制冷剂出口D1分别与第二汽化器的一端连接，所述第一干燥过滤器的一端分别与制冷剂进口A2和制冷剂进口C2相连，所述第二干燥过滤器的一端分别与制冷剂进口B2和制冷剂进口D2相连。

3.根据权利要求1所述的冷冻式干燥机，其特征在于：所述空气入口与空气出口处设置有露点仪。

4.根据权利要求1或2所述的冷冻式干燥机，其特征在于:所述第一交叉板翅式换热器与所述第一风冷冷凝器之间设置有第一旁通阀。

5.根据权利要求1或2所述的冷冻式干燥机，其特征在于：所述第二交叉板翅式换热器与所述第二风冷冷凝器之间设置有第二旁通阀。

6.根据权利要求2所述的冷冻式干燥机，其特征在于：所述第一干燥过滤器与制冷剂进口A2之间设置有第一膨胀阀，所述第一干燥过滤器与制冷剂进口C2之间设置有第二膨胀阀，所述第二干燥过滤器与制冷剂进口B2之间设置有第三膨胀阀，所述第二干燥过滤器与制冷剂进口D2之间设置有第四膨胀阀。

7.根据权利要求2所述的冷冻式干燥机，其特征在于：所述制冷剂出口A1和B1设置在所述制冷剂进口A2和B2的下方，所述制冷剂的出口C1和D1设置在所述制冷剂进口C2和D2的下方。

8.根据权利要求2所述的冷冻式干燥机，其特征在于：所述制冷剂出口A1和B1设置在所述制冷剂进口A2和B2的下方，所述制冷剂的出口C1和D1设置在所述制冷剂进口C2和D2的下方。