TW500620B - Air-liquid separating method and device for use in compressed air - Google Patents

Description

500620 五、發明說明（1) 【技術領域】 本發明係關於一種用於壓縮空氣之氣液分離方法及裝 置，此方法係可減少氣液分離過程中所耗之電力，且避免 傳統利用氣冷式乾燥機來去除水份時，一旦乾燥機故障即 無法除水之情形。 【先前之技術】 一般工廠於作業線上使用氣動工具時，通常是將高壓 空氣注入氣動工具以供使用，然，高壓空氣在高熱的情況 下，很容易產生水分，而若注入氣動工具之空氣含有水分 ，那麼這些水分很容易殘留在氣動工具中，導致氣動工具 之内部零件生鏽，甚而影響氣動工具之品質及運作效果。 因此，會先使高壓空氣流經一氣冷式乾燥機，藉該氣 冷式乾燥機之冷卻除濕效果來去除空氣中之水分，再將已 除水之空氣喷入欲使用之氣動工具，藉以避免氣動工具受 到空氣所含之水分影響而受損，並提高其使用壽命。 然，由於氣冷式乾燥機需要較多之電力以供其運轉而 顯得較耗電，再加上氣冷式乾燥機本身售價就高，而增加 許多花費。 再者，氣冷式乾燥機一旦故障，並需花時間維修且無 法使用，進而影響到整個生產線上之作業程序。 故，上述問題實有解決必要。 【目的及功效】 本發明之主要目的，在於解決上述的問題而提供一種 用於壓縮空氣之氣液分離方法及裝置，該方法係利用水冷

500620 五、發明說明（2) 方式來冷卻高壓空氣而不需消耗電力，且避免先前技術中 一旦氣冷式乾燥機故障，即無法進行氣液分離之情形，該 方法係利用一以上之冷卻桶，該冷卻桶内裝有冷卻液且繞 設有較輸送管大徑之冷卻管，由於本發明之氣液分離裝置 係屬於空壓系統，故冷卻管管徑增大即形成釋壓現象，進 使高壓空氣降溫而產生凝結水，且高壓空氣通過冷卻管時 ，會與冷卻液產生熱交換作用而冷卻並使高壓空氣所含之 水分冷凝，如此，經由冷卻管内之釋壓，以及冷卻液與高 壓空氣間熱交換的雙重冷凝效果，使得高壓空氣中所含之 水分可確實被冷凝出來，再使高壓空氣所含的水份於氣液 分離桶中分離而產生不含水分之空氣，並達到省電且避免 維修問題之功效。 【技術内容】 本發明係提供一種用於壓縮空氣之氣液分離方法，該 方法係： 使空氣壓縮機所輸出之空氣藉由輸送管輸出而通過冷 卻桶中之冷卻管冷卻，藉以冷凝空氣中所含帶之水分，其 中，冷卻管之管徑係大於輸送管而形成釋壓現象； 將前述已冷卻空氣經由輸送管輸送至氣液分離桶中， 使冷卻高壓空氣所產生之水份落至氣液分離桶底部而與空 氣分離，以產生不含水分之空氣； 藉由冷卻管本身之釋壓效果而使高壓空氣降溫，進而 產生冷凝水，再加上冷卻液所提供之冷卻功效，且冷卻管 係於冷卻桶中繞設延伸以減緩空氣通過冷卻液桶之流速並

500620 五、發明說明（3) 增加空氣在冷卻桶中的停留時間，使得高壓空氣所含之水 分能被確實地冷凝出來，提高冷卻功效。 本發明之上述及其他目的與優點，不難從下述所選用 實施例之詳細說明與附圖中，獲得深入了解。 當然，本發明在某些另件上，或另件之安排上容許有 所不同，但所選用之實施例，則於本說明書中，予以詳細 說明，並於附圖中展示其構造。 【實施例之詳細說明】 請參閱第1圖及第2圖，圖中所示者係說明本發明所 選用之實施例，此僅供說明之用，在專利申請上並不受該 實施例之限制。 該實施例所使用之氣液分離裝置包含： 一空氣壓縮機1，該空氣壓縮機藉一輸送管2而輸出 高壓空氣； 二冷卻桶3 ，該二冷卻桶3中分別盛裝有冷卻液C ， 冷卻液C為水，且該冷卻桶3中並以螺旋狀繞設有一冷卻 管4 ，該冷卻管4之兩端係分別與輸送管2連接，且該冷 卻管4之管徑係大於該輸送管2之管徑； 該氣液分離桶5具有一進氣口 5 1及一出氣口 5 2 ， 進氣口 5 1係位於氣液分離桶5之上半部，而出氣口 5 2 則為於氣液分離桶5頂部，進氣口 5 1係與輸送管2之末 端連接，且該氣液分離桶5底部設有一水液泡放閥5 3。 當空氣壓縮機所輸出之空氣藉由輸送管2輸出而通過 冷卻桶3中之冷卻管4時，由於冷卻桶3中儲有冷卻液，

500620 五、發明說明（4) 故當較高溫之高壓空氣流經冷卻桶3時，會與冷卻液C產 生熱交換作用，而-使高壓空氣中之水分被冷凝，該熱交換 情形說明如下： 兩不同溫度之物質接觸時，熱會從較高溫之物質流至 較低溫之物質，其可分為三種型態：傳導、對流及輻射， 其中，傳導是指溫度係呈連續變化，且熱量毋須藉任何物 質之運動即可傳遞之型態。而於本發明中，由於熱量是從 較高溫之高壓空氣通過冷卻管管壁傳至冷卻液（請參考第 2圖，其中箭頭A是指熱流方向），而冷卻管本身並未移 動，因此該熱傳遞型態屬於「傳導」。 當高壓空氣之熱能流失達一定程度時，水蒸氣便會因 熱能喪失而產生相變化，即，水蒸氣會由氣體變成液體。 假設空氣壓縮機之高壓空氣輸出速率為v ，則 v=V/SV=體積S=單位時間

令冷卻管於單一冷卻桶内之長度為L ，而冷卻管之内管管 徑為r ，則高壓空氣通過冷卻桶之時間t則為 (r ) 2 7Γ L / V 由此可知，内管管徑r越大時，高壓空氣通過冷卻桶 所須之時間越長，亦即高壓空氣於冷卻桶内之停留時間越 久，因此，從高壓空氣流至冷卻液之熱能越多，而提高水 蒸氣之冷凝效果。 同樣地，前述已經第一次冷卻之高壓空氣流出冷卻管

500620 五、發明說明（5) 4後，經由輸送管2再進入另一冷卻桶3 a進行第二次冷 卻。 將前述帶有冷凝水分之已冷卻空氣從冷卻桶3藉輸送 管2輸出而經進氣口 5 1進入氣液分離桶5中，由於進氣 口 5 1係位於氣液分離桶5上半部，因此含有冷凝水之空 氣從進氣口 5 1流入時，空氣中，比重較大之水分W會自 然地落到氣液分離桶5底部，而不含水分之空氣則可從氣 液分離桶5頂部之出氣口 5 2離開，以供氣動工具使用； 另外，沈積於氣液分離桶5底部之水W則可從水液洩放閥 5 3釋出。 從上述說明可知，因冷卻管4之管徑大於輸送管2管 徑，因此增加了冷卻管4内部空間，而由於本發明之氣液 分離裝置係屬於空壓系統，故冷卻管管徑增大即形成釋壓 現象，進使高壓空氣降溫而產生凝結水，再加上冷卻管4 外部之冷卻液C對高壓空氣所提供之冷卻效果，而在此雙 重作用之下，提高了本發明冷卻桶3之冷卻功效，使高壓 空氣中之水份能確實地被冷凝出來。 此外，由於冷卻桶3中之冷卻管4的管徑大於冷卻桶 3外之輸送管2管徑，即冷卻管4内管管徑r增加，故增 加流經冷卻桶3之時間且減緩高壓空氣於冷卻桶3中之流 速，且由於冷卻管4係於冷卻桶3中繞設延伸，即冷卻管 4於冷卻桶3中之長度L增加，而藉以增加高壓空氣在冷 卻液桶中的停留時間，因此，提高冷卻桶3對高壓空氣之 冷卻效果，因此確保空氣中之水分皆可被冷凝出來，而達

500620 五、發明說明（6) 到有效除濕之目的。 而由於本發明之氣液分離方法，係利用常溫之冷卻液 與較高溫之高壓空氣間的熱交換作用來達到冷凝水分之效 果，因此，不需消耗額外之電力，而節省氣液分離花費， 且達到環保功效。 再者，因本發明係利用裝有冷卻液C之冷卻桶3 、氣 液分離桶5以及輸送管2來達成氣液分離目的，該冷卻液 可利用常溫之自來水，故節省許多設備成本，且不會有習 用技術中氣冷式乾燥機故障，導致影響整個生產線之缺 點。 另外，因進氣口 5 1係設於氣液分離桶5上半部，因 此，可避免氣液分離桶5底部之冷凝水從進氣口 5 1回流 至輸送管2之情形；且因出氣口 5 2係設於氣液分離桶5 頂部，故不含水分之空氣可直接從出氣口 5 2離開。甚至 ，當高壓空氣從冷卻管4流入氣液分離桶5中時，由於氣 液分離桶内之空間較冷卻管内部大，使得氣液分離桶5内 部再次形成釋壓現象而可讓高壓空氣再降溫以提高冷凝效 果。 綜上所述，本發明藉由增加冷卻管之管徑，使得冷卻 管内部形成釋壓現象，進使高壓空氣降溫而產生凝結水， 再加上冷卻液之冷卻作用，如此雙重作用之下提高冷卻桶 之冷凝功效，使高壓空氣中之水份可確實地被冷凝出來； 且因冷卻管管徑增大並係繞設於冷卻桶中，故增加高壓空 氣於冷卻桶中之停留時間，增進冷卻效果。故，本發明藉

第9頁 500620 五、發明說明（7) 由冷卻桶、較輸送管大徑之冷卻管、以及氣液分離桶，來 達到壓縮空氣之氣液分離目的，而消除先前技術之氣冷式 壓縮機易耗電及故障之問題，大大地增進功效。 以上所述實施例之揭示係用以說明本發明，並非用以 限制本發明，故舉凡數值之變更或等效元件之置換仍應隸 屬本發明之範疇。 由以上詳細說明，可使熟知本項技藝者明瞭本發明的 確可達成前述目的，實已符合專利法之規定，爰提出專利 申請。

第10頁 500620 圖式簡單說明 第1圖係本發明氣液分離程序之示意圖 第2圖係說明本發明之高壓空氣流經冷卻管時，熱傳 導之情形 【圖號說明】 (本發明部分）

空氣壓縮機1 輸送管2 冷卻桶3 冷卻管4 氣液分離桶5 進氣口 5 1 出氣口 5 2 水液泼放閥5 3 冷卻液C 水分W

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Claims (1)

1. 500620 六、申請專利範圍 1 · 一種用於壓縮空氣之氣液分離方法，該方法係： 使空壓縮機所輸出之空氣藉由輸送管輸出而通 過冷卻桶中之冷卻管冷卻，藉以冷凝空氣中所含帶之 水分，其中，冷卻桶内儲有冷卻液，而冷卻管之管徑 係大於輸送管且係於冷卻桶中繞設延伸，使冷卻管内 部形成釋壓現象進使高壓空氣降溫，並藉以減緩空氣 通過冷卻液桶之流速並增加高壓空氣在冷卻桶中的停 留時間； 將前述通過冷卻管之高壓空氣經由輸送管輸送至 氣液分離桶中，使冷卻高壓空氣所產生之水份落至氣 液分離桶底部而與空氣分離，以產生不含水分之空氣 〇 2 · —種用於壓縮空氣之氣液分離裝置，其包含一以上之 冷卻桶，該冷卻桶中盛裝有冷卻液，並繞設有一冷卻 管，該冷卻管之兩端係分別與一輸送管連接，且該冷 卻管之管徑係大於該輸送管之管徑，俾供空氣壓縮機 輸出之高壓空氣經其中一該輸送管進入該冷卻管中冷 卻，以使空氣中含帶之水分冷凝而與空氣分離；而該 另一輸送管末端則連接一氣液分離桶之一進氣口，且 該氣液分離桶底部設有一水液洩放閥。

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