CN1837734A - 一种压缩空气冷冻干燥机 - Google Patents

Abstract

一种压缩空气冷冻干燥机，包括预冷器、满液壳管式蒸发器、过滤式汽水分离器、自动排水器、冷媒压缩机、冷凝器和膨胀阀；所述的预冷器、满液壳管式蒸发器、过滤式汽水分离器、自动排水器依次连接并形成压缩空气循环回路；所述的冷媒压缩机、满液壳管式蒸发器、膨胀阀和冷凝器依次连接并形成冷媒循环回路。由于采用了满液壳管式蒸发器，其蒸发器使用效率以及压缩机效率均提高，传热效率或效能比增加，结构紧凑，安装维修方便。

Description

一种压缩空气冷冻干燥机

(一)技术领域

本发明涉及一种压缩空气冷冻干燥机。

(二)背景技术

压缩空气作为一种动力，由于其突出的优越性和渐趋成熟的净化技术，使它在各个领域的应用越来越广泛和越来越重要，与其配套的压缩空气干燥设备也应运而蓬勃发展。相比于其它诸多压缩空气干燥技术而言，冷冻式干燥机具有明显的优势，如：气流处理量大，功耗少，压降小，运行可靠无噪音。

在冷冻式干燥机中，蒸发器是冷干机的主要换热部件和关键部件。压缩空气在蒸发器中被强制冷却，其中大部分水蒸汽冷却而凝结成液态水排出机外，从而使压缩空气得到干燥。在蒸发器中进行的是空气与冷媒低压蒸汽之间的对流热质交换，通过节流装置后的低压冷媒液体，在蒸发器进而发生相变成为低压冷媒蒸汽，在相变过程中吸收周围热量，从而使压缩空气降温。

目前，国内冷干机的蒸发器均采用传统的干式卧(立)式蒸发器，而没有采用满液壳管式蒸发器。满液壳管式蒸发器通常使用在冷水机组或其它制冷系统中，且载冷剂是水。

在热交换方式上，干式蒸发器管程走制冷剂，壳程走空气，冷媒充注量一般为管内容积的40％左右，制冷剂流动通常有几个流程，由于制冷剂液体的逐渐气化，通程越向上，其流程管数越多。使用干式蒸发器的缺点是：

1.为了增加空气侧换热，在筒体传热管的外侧设有若干个折流板，使空气多次横掠管簇流动。不可避免地会产生换热管供液不均现象，造成换热不充分，有效换热面积不能得到充分利用。

2.制冷剂有多个流程，在端盖转弯处如处理不好会产生积液，从而使进入下一个流程的液体分配不均匀，影响传热效果。

3.在载冷剂侧折流板的管孔和管子间，折流板外周与壳体间容易产生泄漏旁流，从而会降低其传热效果。

4.过热的冷媒蒸汽约占蒸发器热传面积的20％，却仅能提供少量制冷的焓值，故蒸发器总热传效率较低。

5.流经感温式膨胀阀的冷媒必须维持一定的压差，以确保系统的冷媒循环量及制冷能力。但此种控制模式须维持一定的系统高压，当高压侧的操作条件低于设计条件或于部分负载时，系统效率无法随之提升。

6.在多压缩机系统中，冷媒循环各自独立，卸载后有一部分闲置的热交换面积无法利用，因此系统的部分负载性能受到限制。

(三)发明内容

为了克服已有技术中压缩空气冷冻干燥机传热效果较差、传热效率较低的不足，本发明提供一种具有新型蒸发器的冷冻干燥机，其传热效果好、传热效率高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种压缩空气冷冻干燥机，包括预冷器、满液壳管式蒸发器、汽水分离器、自动排水器、冷媒压缩机、冷凝器和节流装置，所述的蒸发器是管程通压缩空气、壳程通冷媒的满液壳管式蒸发器；

所述的预冷器、满液壳管式蒸发器、汽水分离器、自动排水器依次连接并形成压缩空气循环回路；所述的冷媒压缩机、满液壳管式蒸发器、节流装置和冷凝器依次连接并形成冷媒循环回路；

进一步，所述的满液壳管式蒸发器、预冷器有两个，满液壳管式蒸发器之间、预冷器之间并联立式设置。

进一步，所述满液壳管式蒸发器的换热铜管及所述预冷器的换热铜管均采用光滑壁铜管。

进一步，所述自动排水器和满液壳管式蒸发器之间的压缩空气循环回路上还设置有除油过滤器。

节流装置选用膨胀阀，汽水分离器选用过滤式汽水分离器。

本发明在工作时，饱和的压缩空气进入预冷器内，首先被从蒸发器出来的冷空气预冷，然后再进入蒸发器中，在蒸发器内由冷媒进一步冷却。当空气冷却后，空气中的水蒸气凝结为夹带尘和油的液态水滴，液滴随后被汽水分离器分离并由自动排水器将其排出机外，汽水分离器同时还能高效地去除大量的液体污染物和3微米以上的固体颗粒。干燥的、冷却的空气返回到预冷器，再热后排出干燥机外。

满液壳管式蒸发器的管程走空气，壳程走液态冷媒。冷媒充满壳程整个容积的70％左右，液面平稳，传热温度差为2℃，空调工况蒸发温度为5℃，出口制冷剂过热温度在1.5～2℃。

本发明所述的压缩空气冷冻干燥机的有益效果主要表现在：1.蒸发器具有完全润湿的热传表面，可增加蒸发器的使用效率，提高系统低压侧压力。

2.液态冷媒在蒸发器壳侧沸腾，压损较小，温度亦较均匀。同时因吸入端的蒸汽以接近饱和的气态进入压缩机，故可增加压缩机的压缩效率与质量流率。

3.满液壳管式蒸发器比干式蒸发器传热效率更高，提高了能效比(COP值)，即能量输入与能量输出之比。

4.多压缩机机组可共享一组蒸发器及冷凝器，部分负载时仍能有效地利用热传面积，故可拥有较高的部分负载效率。

5.结构紧凑，占地面积小，传热性能好，制造和安装较为方便。

(四)附图说明

图1是本发明的侧视结构图。

图2是本发明的主视结构图。

图3是本发明的工作原理图。

(五)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描述。

                         实施例一

参照图1、2、3，一种压缩空气冷冻干燥机，包括两个预冷器1、两个蒸发器2、两个过滤式汽水分离器3、自动排水器4、冷媒压缩机5、冷凝器6、膨胀阀7和除油过滤器8。所述的蒸发器为管程通压缩空气、壳程通冷媒的满液壳管式蒸发器2，膨胀阀7为节流装置，也可以以其他类型的节流装置替代。所述的预冷器1、满液壳管式蒸发器2、过滤式汽水分离器3、自动排水器4依次连接并形成压缩空气循环回路；冷媒压缩机5、满液壳管式蒸发器2、膨胀阀7和冷凝器6依次连接并形成冷媒循环回路。

满液壳管式蒸发器2的管程走空气，壳程走液态冷媒。冷媒充满壳程整个容积的70％左右，液面平稳，传热温度差为2℃，空调工况蒸发温度为5℃，出口制冷剂过热温度在1.5～2℃。

两个满液壳管式蒸发器2之间、预冷器1之间并联立式设置，结构紧凑、占地面积小。

所述的满液壳管式蒸发器2的换热铜管及所述预冷器1的换热铜管均采用光滑壁铜管，成本低。传统的蒸发器内部采用高齿铜管或翅片管板型式，预冷器采用波纹管，成本较高，例如：一台处理量为30Nm³/min的冷冻式干燥机，传统的蒸发器壳体采用DN250筒径的GB8163无缝钢管，长度1380mm，重量127kg，铜管长度1100mm，重量80kg.立式满液式蒸发器的壳体采用DN100筒径，长度1550mm，重量56kg，铜管长度1150mm，重量30kg。通过对比计算可知，立式满液式蒸发器要比卧式干式蒸发器节省无缝管40％～50％，铜管50％～60％。立式满液式蒸发器制造安装方便，维修拆卸简捷，生产成本低。

另外，在环保上，采用HFC冷媒R407C或者R134a为制冷剂。R134a的ODP(臭氧破坏系数)为零且无毒，GWP(对地球温室效应系数)为0.24～0.29，化学稳定性好，不燃烧；传统冷干机采用R22，其ODP为0.055，GWP为0.32～0.37。

本发明在工作时，饱和的压缩空气由空气进口9进入预冷器1内，首先被从满液壳管式蒸发器2出来的冷空气预冷，然后再进入满液壳管式蒸发器2中，在满液壳管式蒸发器2内由冷媒进一步冷却。当空气冷却后，空气中的水蒸气凝结为夹带尘和油的液态水滴，液滴随后被过滤式汽水分离器3分离并由自动排水器4将其排出机外，过滤式汽水分离器3同时还能高效地去除大量的液体污染物和3微米以上的固体颗粒。干燥的、冷却的空气返回到预冷器1，再热后由空气出口10排出干燥机外。

过滤式汽水分离器3采用进口滤芯，对一定粒径水滴的过滤效率可达100％。传统冷冻式干燥机目前使用较多的是旋风式汽水分离器，旋风分离器式一种惯性分离器，比较适合于气固分离。压缩空气沿筒切线方向进入分离器后，在里面旋转，混在气体中的水滴也跟着一起旋转并产生离心力。由于离心力与质量成正比，因此，大水滴的离心力大，造成大水滴向外壁移动，并在外壁上集聚长大并与气体分离。而粒径较小的水滴在气体压力作用下，向呈负压状态的中心轴迁移。由于旋转气流中心负压区的存在，离心力较小的细小水滴极易被负压吸入预冷器，造成露点上升。如果”汽水分离器”分离效率低，一部分凝结水进入预冷器并二次蒸发还原成水蒸气，将使压缩空气的含水量大大提高，使压缩空气的露点升高。例如：一台0.7Mpa的1Nm3压缩空气在冷干机中温度从10℃(含水量为1.26g)降至2℃(含水量0.82g)，冷凝结生成水量为6.44g。如果其中70％(4.51g)凝结水在气体流动过程中“自发”分离并排出机外，则还有1.93g凝结水要由“汽水分离器”来完成捕捉分离。如果“汽水分离器”的分离效率80％，则最终还有0.39g的液态水要随空气进入预冷器，并二次蒸发还原成水蒸气，使压缩空气水蒸气含量由曾经达到过的0.82g增加到1.21g，此时压缩空气的“压力露点”将上升到8℃，这是很不利的。

                         实施例二

参照图1、2、3，所述自动排水器4和满液壳管式蒸发器2之间的压缩空气循环回路上还设置有除油过滤器8。除油过滤器8可进一步除去油及液滴。其余结构和实施方式与实施例一相同。

                         实施例三

参照图1、2、3，所述自动排水器4和满液壳管式蒸发器2之间的压缩空气循环回路上还设置有除油过滤器8。除油过滤器8可进一步除去油及液滴。其余结构和实施方式与实施例二相同。

Claims (7)

1.一种压缩空气冷冻干燥机，包括预冷器、蒸发器、汽水分离器、自动排水器、冷媒压缩机、冷凝器和节流装置；

所述的预冷器、蒸发器、汽水分离器、自动排水器依次连接并形成压缩空气循环回路；所述的冷媒压缩机、蒸发器、节流装置和冷凝器依次连接并形成冷媒循环回路；

其特征在于：所述的蒸发器为管程内通压缩空气、壳程内通冷媒的满液壳管式蒸发器。

2.如权利要求1所述的压缩空气冷冻干燥机，其特征在于：所述的满液壳管式蒸发器、预冷器有两个，满液壳管式蒸发器之间、预冷器之间并联立式设置。

3.如权利要求2所述的压缩空气冷冻干燥机，其特征在于：所述满液壳管式蒸发器的换热铜管及所述预冷器的换热铜管均采用光滑壁铜管。

4.如权利要求1～3之一所述的压缩空气冷冻干燥机，其特征在于：所述的汽水分离器为过滤式汽水分离器。

5.如权利要求1～3之一所述的压缩空气冷冻干燥机，其特征在于：所述自动排水器和满液壳管式蒸发器之间的压缩空气循环回路上设置有除油过滤器。

6.如权利要求4所述的压缩空气冷冻干燥机，其特征在于：所述自动排水器和满液壳管式蒸发器之间的压缩空气循环回路上还设置有除油过滤器。

7.如权利要求1所述的压缩空气冷冻干燥机，其特征在于：所述的节流装置为膨胀阀。

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