CN203750387U - 三塔型热泵节能吸附式干燥机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及干燥机，公开了一种三塔型热泵节能吸附式干燥机，包括A塔、B塔、C塔以及热泵系统（1），热泵系统（1）包括蒸发器（14）与热回收器（12），本实用新型通过在再生过程中引入了热泵压缩机出口的高温高压冷媒作为热源，将再生空气由常温提升至75℃以上，使得再生空气的相对湿度大大降低，此时的再生气水分容纳能力极强，其饱和含水量是常温（35℃）时的数倍，因而理论上可节约再生空气的损耗80%以上；此外，被强制冷却后的（约5℃）吹冷空气可将吸附床的温度降至远低于常温以下，更有助于吸附效率的提升。

Description

三塔型热泵节能吸附式干燥机

技术领域

本实用新型涉及干燥机，尤其涉及了一种三塔型热泵节能吸附式干燥机。

背景技术

目前，传统双塔式有热再生型干燥机整个脱附过程的耗时以及单塔的吸附时间长，且其热再生型吸干机因单塔吸附时间过长，而导致的吸附行程末期出口空气露点骤降，产生不良影响。

发明内容

本实用新型针对现有技术中上述缺点，提供了一种通过增加一个吸附塔并辅以一套热泵机组作为冷、热源，分别利用其高温、低温两端，将引自主管路出口的干燥再生空气先经热泵低温侧冷却后用于C塔的吹冷还原，再经热泵高温侧加热后用于B塔的加热脱附，使得原本双塔式加热型吸干机再生过程中的加热、吹冷两个行程得以同步进行，具有吸附效果好，生产效率高等优点的三塔型热泵节能吸附式干燥机。

为了解决上述技术问题，本实用新型通过下述技术方案得以解决：

三塔型热泵节能吸附式干燥机，包括A塔、B塔、C塔以及热泵系统，

热泵系统包括蒸发器与热回收器，

A塔下端通过自控阀Va1与进气管路连接，B塔下端通过自控阀Vb1与进气管路连接，C塔下端通过自控阀Vc1与进气管路连接；A塔下端通过自控阀Va5与蒸发器的蒸发器回气管路连接，B塔下端通过自控阀Vb5与蒸发器的蒸发器回气管路连接，C塔下端通过自控阀Vc5与蒸发器的蒸发器回气管路连接；A塔下端通过自控阀Va3与排气消音器连接，B塔下端通过自控阀Vb3与排气消音器连接，C塔下端通过自控阀Vc3与排气消音器连接；

A塔上端通过止回阀Va2与出口管路连接，B塔上端通过止回阀Vb2与出口管路连接，C塔上端通过止回阀Vc2与出口管路连接；A塔上端通过自控阀Va4与热回收器的热回收器进气管路连接，B塔上端通过自控阀Vb4与热回收器的热回收器进气管路连接，C塔上端通过自控阀Vc4与热回收器的热回收器进气管路连接；A塔上端通过自控阀Va6与热回收器的热回收器回气管路连接，B塔上端通过自控阀Vb6与热回收器热回收器回气管路连接，C塔上端通过自控阀Vc6与热回收器热回收器回气管路连接。

作为优选，与A塔、B塔、C塔连接的主管路的一端与出口管路连接，另一端与蒸发器连接。与A塔、B塔、C塔连接的主管路的空气经由出口管路连接于设备的空气出口端，主管路的另一端则与蒸发器连接用于引入再生空气。

作为优选，热泵系统还包括冷媒压缩机、风冷冷凝器；冷媒压缩机、热回收器、风冷冷凝器、蒸发器依次连接构成循环回路。

作为优选，蒸发器回气管路上设置手调阀Vz1。再生空气经蒸发器后在蒸发器回气管路上设置手调阀Vz1。

作为优选，蒸发器的出口设置水分离器。水分离器设置在蒸发器回气管路上。

作为优选，热回收器回气管路上设置手调阀Vz2。

作为优选，风冷冷凝器与蒸发器之间设置节流阀。

作为优选，A塔、自控阀Va1、自控阀Va3、自控阀Va5之间通过四通连接；B塔、自控阀Vb1、自控阀Vb3、自控阀Vb5之间通过四通连接；C塔、自控阀Vc1、自控阀Vc3、自控阀Vc5之间通过四通连接。

通过增加一个吸附塔并辅以一套热泵机组作为冷、热源，分别利用其高温、低温两端，将引自主管路出口的干燥再生空气先经热泵低温侧冷却后用于C塔（第三塔）的吹冷还原，再经热泵高温侧加热后用于B塔（第二塔）的加热脱附，使得原本双塔式加热型吸干机再生过程中的加热、吹冷两个行程得以同步进行；待A塔（第一塔）吸附饱和后切换至被完全冷却后的C塔工作（吸附），此时B塔完成加热脱附行程并进入吹冷还原行程，而A塔则开始进入加热再生行程；待C塔吸附饱和后切换至B塔工作（吸附），A塔吹冷还原，B塔加热再生……如此循环，连续工作（参见系统结构原理图）。

本实用新型与传统双塔式有热再生型相比，三塔式的结构设计使得其原本再生过程中在一个塔内分时分段完成的加热脱附、吹冷还原两个行程得以分成两个塔同步进行，将整个脱附过程的耗时以及单塔的吸附时间都缩减了一半，避免了传统双塔式有热再生型吸干机因单塔吸附时间过长而导致的吸附行程末期出口空气露点骤降产生的不良影响。

本实用新型由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：本实用新型通过在再生过程中引入了热泵压缩机出口的高温高压冷媒作为热源，将再生空气由常温提升至75℃以上，使得再生空气的相对湿度大大降低，此时的再生气水分容纳能力极强，其饱和含水量是常温（35℃）时的数倍，因而理论上可节约再生空气的损耗80%以上；此外，被强制冷却后的（约5℃）吹冷空气可将吸附床的温度降至远低于常温以下，更有助于吸附效率的提升。

附图说明

图1是本实用新型实施例1中主管路空气→A塔吸附→再生加热空气→B塔脱附→再生吹冷空气→C塔吹冷的示意图。

图2是本实用新型实施例1中再生加热空气→A塔脱附→再生吹冷空气→B塔吹冷→主管路空气→C塔吸附的示意图。

图3是本实用新型实施例1中再生吹冷空气→A塔吹冷→主管路空气→B塔吸附→再生加热空气→C塔脱附的示意图。

以上附图中各数字标号所指代的部位名称如下：其中1—热泵系统、2—水分离器、3—进气管路、4—出口管路、5—排气消音器、6—蒸发器回气管路、7—热回收器进气管路、8—热回收器回气管路、11—冷媒压缩机、12—热回收器、13—风冷冷凝器、14—蒸发器、15—节流阀。

具体实施方式

下面结合附图1至图3与实施例对本实用新型作进一步详细描述：

实施例1

三塔型热泵节能吸附式干燥机，如图1至图3所示，包括A塔、B塔、C塔以及热泵系统1，

热泵系统1包括蒸发器14与热回收器12，

A塔下端通过自控阀Va1与进气管路3连接，B塔下端通过自控阀Vb1与进气管路3连接，C塔下端通过自控阀Vc1与进气管路3连接；A塔下端通过自控阀Va5与蒸发器14的蒸发器回气管路6连接，B塔下端通过自控阀Vb5与蒸发器14的蒸发器回气管路6连接，C塔下端通过自控阀Vc5与蒸发器14的蒸发器回气管路6连接；A塔下端通过自控阀Va3与排气消音器5连接，B塔下端通过自控阀Vb3与排气消音器5连接，C塔下端通过自控阀Vc3与排气消音器5连接；通过设置排气消音器5，能够降低噪音，保证良好的工作环境。

A塔上端通过止回阀Va2与出口管路4连接，B塔上端通过止回阀Vb2与出口管路4连接，C塔上端通过止回阀Vc2与出口管路4连接；A塔上端通过自控阀Va4与热回收器12的热回收器进气管路7连接，B塔上端通过自控阀Vb4与热回收器12的热回收器进气管路7连接，C塔上端通过自控阀Vc4与热回收器12的热回收器进气管路7连接；A塔上端通过自控阀Va6与热回收器12的热回收器回气管路8连接，B塔上端通过自控阀Vb6与热回收器12热回收器回气管路8连接，C塔上端通过自控阀Vc6与热回收器12热回收器回气管路8连接。

与A塔、B塔、C塔连接的主管路的一端与出口管路4连接，另一端与蒸发器连接。与A塔、B塔、C塔连接的主管路的空气经由出口管路4连接于设备的空气出口端，主管路的另一端则与蒸发器14连接用于引入再生空气。热泵系统1还包括冷媒压缩机11、风冷冷凝器13；冷媒压缩机11、热回收器12、风冷冷凝器13、蒸发器14依次连接构成循环回路。

蒸发器回气管路6上设置手调阀Vz1。蒸发器14的出口设置水分离器2。水分离器2设置在蒸发器回气管路6上。热回收器回气管路8上设置手调阀Vz2。风冷冷凝器13与蒸发器14之间设置节流阀15。

A塔、自控阀Va1、自控阀Va3、自控阀Va5之间通过四通连接；B塔、自控阀Vb1、自控阀Vb3、自控阀Vb5之间通过四通连接；C塔、自控阀Vc1、自控阀Vc3、自控阀Vc5之间通过四通连接。

本实用新型工作原理如下：

如图1所示：1、进气阀Va1开，主管路空气经A塔吸附干燥后由阀Va2离开干燥机，再生空气在热泵系统的“蒸发器”中被冷却后经Vz1减压、节流后由Vc5从底部进入C塔作吹冷还原，吹冷空气经由Vc4离开C塔后与热泵高压侧的“热回收器”作热交换，温度被充分提升后经Vb6由顶部进入B塔作加热脱附，饱和后经Vb3排入大气；

如图2所示：2、进气阀Vc1开，主管路空气经C塔吸附干燥后由阀Vc2离开干燥机，再生空气在热泵系统的“蒸发器”中被冷却后经Vz1减压、节流后由Vb5从底部进入B塔作吹冷还原，吹冷空气经由Vb4离开B塔后与热泵高压侧的“热回收器”作热交换，温度被充分提升后经Va6由顶部进入A塔作加热脱附，饱和后经Va3排入大气；

如图3所示：3、进气阀Vb1开，主管路空气经B塔吸附干燥后由阀Vb2离开干燥机，再生空气在热泵系统的“蒸发器”中被冷却后经Vz1减压、节流后由Va5从底部进入A塔作吹冷还原，吹冷空气经由Va4离开A塔后与热泵高压侧的“热回收器”作热交换，温度被充分提升后经Vc6由顶部进入C塔作加热脱附，饱和后经Vc3排入大气。

本实用新型独特的结构和功能设计的优越性，更重要的是体现在节能降耗方面：1、余热回收利用：加热空气（从吸附塔）上进下出、吹冷空气下进上出的相对逆流型式结构，不仅有利于吹冷中的吸附剂被充分冷却，更是将本塔在加热脱附行程中残留在吸附床的余热在下一塔的加热行程中得以被充分利用；2、节约再生气耗：不同于有热型在再生后半程将吹冷空气直接排空，三塔式热泵节能型把完成吹冷行程后的干燥空气加热后继续用于下一吸附塔的加热脱附，因而较微热式可将再生耗气量节约50%以上；3、节省电力消耗：由于热泵的能效比（COP）普遍在3.5以上，因此从理论上说，热泵节能型吸干机的输入功率最多仅需电加热器的1/3，因此可节省直接电力消耗2/3以上。

此外，由于热泵高压侧的排气温度始终不会超过100℃，远低于一般有机物的燃点，完全没有电加热器的超温危险，从根源上彻底杜绝了因高温导致的火灾及人身伤害等隐患，维护及使用更安全；而因为吹冷过程中使用的是被制冷系统冷却至5℃左右的低温干燥空气，因而可轻易将吸附床温度降至常温以下，避免了有热型吸干机换塔初期因吸附温度较高（≥40℃）而导致吸附效率的衰减，大大提升了吸附剂的吸附效率。

能耗计算与比较：

一台75 RD在不同再生型式下的能耗计算：

处理风量：10 m3/min，工作压力：0.7 MPa

入口空气温度：35℃ 0.7 MPa = 4℃1atm，饱和含水量： 6.4 g/m3

出口压力露点：- 40℃ 0.7MPa = - 56℃1atm，饱和含水量0.03 g/m3

无热再生型式下：

单塔吸附时间 = 再生时间4.5 min + 蓄压时间 0.5 min = 5 min

总吸附量 = 10 m3×（6.4-0.03）g/m3 × 5 min = 318.5 g

再生气温度=进气温度+吸附热（约3℃）= 38℃，饱和含水量为46.3 g/m3，

再生耗气量 = 318.5 g ÷ 4.5 min ÷（46.3-0.03）g/m3= 1.53 m3/min

按每立方压缩空气每小时消耗电力7.5 kw计，则

再生能耗为：1.53 × 7.5 ≈ 11.50 kw/hr

微热再生型式下：

单塔吸附时间 = 加热再生时间120 min + 吹冷还原时间120 min = 240 min

总吸附量 = 10 m3 ×（6.4-0.03）g/m3 × 240min = 15288 g

再生气温度为90℃，饱和含水量418.2 g/m3，电加热器功率：6 kw

再生耗气量 = 15288 g ÷ 120 min ÷（418.2-0.03）g/m3

= 0.3047 × 2 = 0.61 m3/min

再生综合能耗 = 0.61 × 7.5 +（6÷2） ≈ 7.58 kw/hr

三塔热泵节能再生型式下：

单塔吸附时间 = 加热再生时间 = 吹冷还原时间 = 120 min

总吸附量 = 10 m3 ×（6.4-0.03）g/m3 × 120min = 7644 g

再生气温度为75℃，饱和含水量为239.9 g/m3

再生耗气量 = 7644 g ÷ 120 min ÷（239.9-0.03）g/m3 = 0.27 m3/min

热泵制热量以微热型电加热器功率为基准，根据Q = G·C·Δt：

1、 T加热时间修正系数 = 120min / 120min = 1

2、 G加热气量修正系数 = 0.27m3 / 0.61 m3 = 0.44

3、 Δt加热温差修正系数 =（75-35）℃ /（90-35）℃ = 0.73

则： Q热泵 = 6 kw × 1 × 0.44 × 0.73 = 1.93 kw，

能效比按最保守估计3.0计算，则热泵的输入功率为：

P热泵 = 1.93 kw ÷ 3 ≈ 0.65 kw

再生综合能耗 = 0.27 × 7.5 + 0.65 ≈ 2.68 kw/hr

通过上述计算实例证明：对比无热再生型和微热再生型吸干机，三塔式热泵节能型吸干机的再生能耗分别下降了77% 和 65 %，节能效果显著，应用前景广阔。

总之，以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本实用新型专利的涵盖范围。

Claims (7)

1.三塔型热泵节能吸附式干燥机，包括A塔、B塔、C塔以及热泵系统（1），其特征在于：

热泵系统（1）包括蒸发器（14）与热回收器（12），

A塔下端通过自控阀Va1与进气管路（3）连接，B塔下端通过自控阀Vb1与进气管路（3）连接，C塔下端通过自控阀Vc1与进气管路（3）连接；A塔下端通过自控阀Va5与蒸发器（14）的蒸发器回气管路（6）连接，B塔下端通过自控阀Vb5与蒸发器（14）的蒸发器回气管路（6）连接，C塔下端通过自控阀Vc5与蒸发器（14）的蒸发器回气管路（6）连接；A塔下端通过自控阀Va3与排气消音器（5）连接，B塔下端通过自控阀Vb3与排气消音器（5）连接，C塔下端通过自控阀Vc3与排气消音器（5）连接；

A塔上端通过止回阀Va2与出口管路（4）连接，B塔上端通过止回阀Vb2与出口管路（4）连接，C塔上端通过止回阀Vc2与出口管路（4）连接；A塔上端通过自控阀Va4与热回收器（12）的热回收器进气管路（7）连接，B塔上端通过自控阀Vb4与热回收器（12）的热回收器进气管路（7）连接，C塔上端通过自控阀Vc4与热回收器（12）的热回收器进气管路（7）连接；A塔上端通过自控阀Va6与热回收器（12）的热回收器回气管路（8）连接，B塔上端通过自控阀Vb6与热回收器（12）热回收器回气管路（8）连接，C塔上端通过自控阀Vc6与热回收器（12）热回收器回气管路（8）连接。

2.根据权利要求1所述的三塔型热泵节能吸附式干燥机，其特征在于：与A塔、B塔、C塔连接的主管路的一端与出口管路（4）连接，另一端与蒸发器（14）连接。

3.根据权利要求1所述的三塔型热泵节能吸附式干燥机，其特征在于：热泵系统（1）还包括冷媒压缩机（11）、风冷冷凝器（13）；冷媒压缩机（11）、热回收器（12）、风冷冷凝器（13）、蒸发器（14）依次连接构成循环回路。

4.根据权利要求1所述的三塔型热泵节能吸附式干燥机，其特征在于：蒸发器回气管路（6）上设置手调阀Vz1。

5.根据权利要求1所述的三塔型热泵节能吸附式干燥机，其特征在于：蒸发器（14）的出口设置水分离器（2）。

6.根据权利要求1所述的三塔型热泵节能吸附式干燥机，其特征在于：热回收器回气管路（8）上设置手调阀Vz2。

7.根据权利要求1所述的三塔型热泵节能吸附式干燥机，其特征在于：A塔、自控阀Va1、自控阀Va3、自控阀Va5之间通过四通连接；B塔、自控阀Vb1、自控阀Vb3、自控阀Vb5之间通过四通连接；C塔、自控阀Vc1、自控阀Vc3、自控阀Vc5之间通过四通连接。