TWI575200B - 熱電壓縮氣體或惰性氣體乾燥器 - Google Patents

Description

熱電壓縮氣體或惰性氣體乾燥器

本發明係關於一空氣或氣體乾燥器。明確地說，本發明係關於一種將氣動工具所用氣體乾燥的方法及設備。

氣動工具係使用壓縮空氣來提供動力。氣動工具經常由金屬部件製成，而當金屬部件接觸到濕氣時容易鏽蝕且腐蝕。因此，理想上是盡量將氣動工具使用之空氣之濕氣移除。通常，氣動系統所使用之空氣會利用乾燥劑來乾燥。然而，當露點溫度超過32度F時，常會使用機械冷凍。機械冷凍會冷卻空氣，使空氣之露點降低。一旦空氣冷卻，空氣內濕氣會凝結出。凝結物可與空氣相分離，然後再將空氣加熱到所欲之溫度。故加熱後空氣被當作是一種乾的或乾燥的空氣，因為原本空氣內存在的濕氣已被移除。標準機械冷凍設備包含高能使用之部件如壓縮機，壓縮機先壓縮冷媒而後冷媒再膨脹，此乃冷凍循環之一部份。此外，冷媒的使用可能因冷媒外洩而導致潛在的環境破壞，故非理想。再者，機械冷凍系統包括許多活動零件，活動零件會隨時間經過磨損而需保養及/或更換。因此，希望能藉由冷卻後再加熱空氣，而非使用一般機械冷凍系統來達到乾燥空氣，可能是需要的。

因此，有必要提供一種能不使用機械冷凍系統來冷卻且再加熱空氣之方法及設備。

透過本發明之實施例，前述需求在很大程度上能被滿足。其中，本發明在一方面提供一種設備，在部分實施例中提供空氣冷卻，而在其他部分實施例中提供空氣加熱及/或空氣乾燥，而不使用一般機械冷凍系統。

依據本發明一實施例，係提供一氣體乾燥器。氣體乾燥器包括一第一開口；形成一冷卻通道之結構，該冷卻通道係流體連接至該第一開口；一第一熱電裝置，熱連接至該形成冷卻通道之結構及一熱交換器；一凝結物排放器，置於該冷卻通道一端附近，且係設置以排放當一流體沿該冷卻通道冷卻所形成之凝結物；一形成一加溫通道之結構，該加溫通道位於凝結物排放器及一第二開口之間；以及一第二熱電裝置，熱連接至該形成冷卻通道之結構及該形成加溫通道之結構之間，且第二熱電裝置連接至冷卻通道及加溫通道之間，以進行熱量交換。

依據本發明另一實施例，係提供一乾燥氣體之方法。該方法包括：導引氣體通過一冷卻通道；以一第一熱電裝置將冷卻通道內氣體之熱量移到一熱交換器；自該氣體凝結出一流體；從氣體排放凝結出之流體；導引氣體經過一加溫通道；以一第二熱電裝置移除冷卻通道中氣體之熱量；以及將熱量置入加溫通道中之氣體。

依據本發明又一實施例，係提供一氣體乾燥器。氣體乾燥器包括一第一開口；形成一冷卻通道之結構，該冷卻通道係流體連接至該第一開口；用以移熱之第一構件，該第一構件熱連接至該形成冷卻通道之結構及一熱交換構件；排放液體之構件，該液體位於冷卻通道一端附近，且該排放液體之構件係被設置以排放當一流體沿冷卻通道冷卻所形成之凝結物；一形成一加溫通道之結構，該加溫通道位於該排放液體構件及一第二開口之間；以及用以移熱之第二構件，係熱連接至該形成冷卻通道之結構及該形成加溫通道之結構之間，且連接至冷卻通道及加溫通道之間，以進行熱量交換。

以上係大體上概述本發明之部分實施例，其詳細描述使其能更被理解，且更能體會本發明對所屬領域之貢獻。當然，本發明尚有額外的實施例描述於後，將形成本發明之請求項標的。

在一方面，詳細說明本發明至少一實施例之前，需瞭解本發明於應用上並不限於後述說明文字及圖式中所提出之細部構造及部件配置。本發明能實施於所述以外之實施例，且能以多種方式被實施且實現。而且，也需瞭解，此處以及摘要之用語、措辭是為了描述之目的，不應視為一種限制。

因此，熟知該項技藝者將瞭解到本揭露所依據概念可輕易地作為設計其它結構、方法及系統之基礎，以實現本發明之多種目的。因此，很重要地，請求項是含括到不背離本發明精神及範圍之均等構造。

現將配合參考圖式來描述本發明之實施範例，其中相同之標號代表相同零件。依據本發明之一實施例係提供一氣體乾燥器。

第1圖繪示一氣體乾燥器10之實施範例。一氣體乾燥器10可包括一殼體11。殼體11可為金屬、塑膠或任何其它適當物質。殼體11提供對氣體乾燥器10內部部件之保護。

依據本發明一些實施例，氣體乾燥器10包括一空氣入口12。氣體乾燥器10包括一冷擠出器13。冷擠出器13可由金屬如鋁所製成。於一些實施例中，冷擠出器13由擠壓而成的鋁所製成。氣體乾燥器10還包括一熱交換器14。熱交換器14可為具有鰭片16之鰭片熱交換器。熱交換器14上與鰭片16相反之另一側為一熱側18，熱側18緊鄰抵靠於一熱電裝置(TE裝置)20。

冷擠出器13末端為一分離器22。分離器22包括一分離器碗部24及一分離器端蓋26。一熱擠出器30位於該冷擠出器13相反之另一側。

在本發明一些實施例中，熱擠出器30可由擠壓而成的鋁所製成。本發明其它實施例中，熱擠出器30及冷擠出器13為可交換且相同的，其差異在於設置於氣體乾燥器10內。在本發明其它實施例中，熱擠出器30可異於冷擠出器13。熱擠出器30連接至一出口32。雖冷擠出器13及熱擠出器30於此係指擠出零件，但實際上，擠出器13及30當然不限制在擠出零件，而是可包括利用任何適當技術所製得、提供冷卻通道及加熱通道之零件者。

在本發明一些實施例中，壓縮空氣或其它氣體供應至入口12，如箭頭A所示。壓縮空氣流過一個或更多由冷擠出器13所界定之通道。氣體或壓縮空氣流過冷擠出器13。TE裝置20係供有電流，使TE裝置20面向冷擠出器13之一側變冷，而面向熱交換器14之一側變熱。熱量從冷擠出器13內之氣體傳遞到TE裝置20之冷側，最後傳到熱交換器14及熱交換器之鰭片16。熱量接著散逸到環繞氣體乾燥器10之周遭空氣當中。

當空氣或氣體流過冷擠出器13而冷卻，濕氣會凝結出，且凝結物流入分離器22。在藉由濕氣凝結將空氣乾燥且排放到分離器22之後，空氣或氣體流入熱擠出器30。在熱擠出器中，空氣或氣體被再加熱，最後排出出口32，如箭頭B所示。

第2圖顯示氣體乾燥器10之爆炸分解圖。如第2圖所示，熱交換器14具有一熱側18，鰭片16則位於相反之另一側。熱交換器14讓熱量從熱側流到鰭片16，鰭片16接觸到氣體乾燥器10周遭空氣而將熱量散掉。熱側18包括緊鄰抵靠於TE裝置20之一平坦側33。如圖2所示，TE裝置20包括許多TE晶片36。雖只顯示四個TE晶片36，TE裝置20可包括任何數目之TE晶片36，從一個到任何想要的數目都可以。TE晶片36可為Peltier裝置。本技術領域通常知識者知曉Peltier裝置之操作係為：當施以一電壓，Peltier裝置一側變熱，另一側則變冷。TE裝置20係配置成TE晶片36之冷側緊鄰抵靠於冷擠出器13，而熱側緊鄰抵靠於熱交換器14之平坦面33。

分離器22包括一分離器碗部24及一分離器端蓋26。分離器碗部24及分離器端蓋26可透過螺紋35螺鎖在一起。分離器22可透過分離器螺絲42而貼附在冷擠出器13及熱擠出器30上。

隔離件38可設置於冷擠出器13及熱擠出器30之間。隔離件38中設有孔洞40，且有一第二TE裝置20設置於孔洞40內。第二TE裝置20也可包括多個TE晶片36。TE晶片36係設置成冷側抵靠在冷擠出器13之平坦側34，而TE晶片36之熱側抵靠在熱擠出器30。

出口32位於出口歧管44中，出口歧管44可透過帽螺絲46而貼附在熱擠出器30上。入口12是入口歧管48的一部份，入口歧管48可透過帽螺絲50而貼附在冷擠出器13上。箭頭A、B示意出空氣或氣體在氣體乾燥器10中進入A以及離開B之方向。

第3圖為冷擠出器13及包含有TE晶片36之TE裝置20之部分特寫視圖。冷擠出器13包括有螺孔52，螺孔52可使第2圖中的帽螺絲50將入口歧管48貼附到冷擠出器13。冷卻擠出13也包括多個通道54，這些通道以各種狹縫而呈現，可讓空氣或氣體流經冷擠出器13。在本發明一些實施例中，通道54可以是比圖式更多或更少的數目，而且也可以具有許多不同之形狀。在第3圖所示之實施例中，通道54之截面為矩形，且延伸到冷擠出器13的長度。在其它實施例中，通道54可以具有其它截面形狀。較佳地，通道54的形狀選擇為可促進熱量傳遞者。

如上所述，熱擠出器30及冷擠出器13可相互交換，故大小、尺寸、組成相同。因此，以上對冷擠出器13之描述也可適用在熱擠出器30。本領域具有通常知識者將理解，螺孔52可透過類似前述以帽螺絲50將入口歧管48貼附到冷擠出器13之方式，將出口歧管44貼附到熱擠出器30。

冷擠出器13還包括如前述之一平坦側34。第3圖更繪示出TE裝置20包括多個TE晶片36。當TE裝置20抵靠於冷擠出器13，或者如圖2所示抵靠於熱擠出器30，熱傳膠可以塗抹於冷擠出器13、熱擠出器30任一者或二者皆是、以及TE裝置20，以促進冷擠出器13、熱擠出器30及TE裝置20之間的熱量傳遞。熱傳膠也可以塗在TE裝置20及熱交換器14之平坦側33之間，如第2圖所示。

第4圖為具有一風扇56、一控制器58及感測器60之氣體乾燥器10之示意圖。當氣體沿箭頭A方向進入入口12，氣體移動經過冷擠出器13中之通道54(參考第3圖)，氣體之熱量沿箭頭D的方向經過TE晶片36進入熱交換器14。熱量也可透過第二組TE晶片36而離開冷擠出器13中之氣體，並沿所示箭頭E的方向移動到熱擠出器30中之氣體。熱量沿箭頭C方向離開熱交換器14。

在本發明一些實施例中，空氣流過熱交換器14，此氣流是由風扇56提供。風扇56係為選用配件，並非所有實施例都包括有風扇56。

風扇56可利用一控制器58來控制。控制器58可操作地連接至各種感測器60。依據感測器60所提供資料，風扇56及TE裝置20可由控制器58所控制。控制器58可提供較少或額外的電流來控制TE晶片36。以此方式控制TE晶片36會導致更多或更少的熱量從冷擠出器13移動到熱交換器14或再加熱器30之任一者。

各種TE晶片36可如同一區塊般在冷擠出器13及熱交換器14之間的第一組件中，以及在冷擠出器13及再加熱器30之間的第二組件中受控。在本發明替代的實施例中，每一TE晶片36可個別由控制器58控制。一旦經過冷擠出器13，氣體會冷卻，而濕氣會凝結出並沿箭頭G方向掉落到分離器22，如第1圖及第2圖所示。

在本發明一些實施例中，分離器22可連接至一軟管或一排放器，藉此將凝結物排出氣體乾燥器10。箭頭G所示為凝結物從氣體乾燥器10中之氣體被移除。

從冷擠出器13出來的氣流轉向，且依箭頭F的方向移動。氣流進入再加熱器30(亦即熱擠出器30)。箭頭E顯示熱量從氣體及冷擠出器13移出，且被置入再加熱器30中之氣體。利用最冷空氣或氣體溫度而非周遭空氣來移除第二組TE晶片36產生的熱量，使得晶片的性能提升了，並且可以較少能量而獲致較低的空氣或氣體溫度。如圖所示，隔離件38設置在再加熱器30及冷擠出器13之間，也可以設置在再加熱器30及殼體11之間(殼體11未顯示於第4圖，但顯示於第1圖中)。之後，氣體沿箭頭B方向離開出口32。

在本發明一些實施例中，進入入口12的氣體可以是約100度F。當抵達冷擠出器13底部、進入分離器22之前，氣體溫度可以被冷卻低至約35~40度F。離開出口32之前，空氣或氣體可於再加熱器30中被再加熱而高至約100度F。然而，上述溫度只是範例而已，依據本發明，使用其它溫度亦可。

本發明許多特色及優點由以上詳細說明可清楚得知，因此提出包含本發明真正精神及範圍內之請求項來涵蓋所有本發明之特色及優點。再者，因熟知此項技藝者可輕易做出多種調整及改變，本發明並非限制於以上所描述之確切構造及操作，因此所有適當之調整及均等物均落於本發明範圍之內。

10‧‧‧氣體乾燥器

11‧‧‧殼體

12‧‧‧空氣入口

13‧‧‧冷擠出器

14‧‧‧熱交換器

16‧‧‧鰭片

18‧‧‧熱側

20‧‧‧熱電裝置

22‧‧‧分離器

24‧‧‧分離器碗部

26‧‧‧分離器端蓋

30‧‧‧熱擠出器(再加熱器)

32‧‧‧出口

33,34‧‧‧平坦側

35‧‧‧螺紋

36‧‧‧TE晶片

38‧‧‧隔離件

40‧‧‧孔洞

42‧‧‧螺絲

44‧‧‧出口歧管

46,50‧‧‧帽螺絲

48‧‧‧入口歧管

52‧‧‧螺孔

54‧‧‧通道

56‧‧‧風扇

58‧‧‧控制器

60‧‧‧感測器

A,B,C,D,E,F,G‧‧‧箭頭

第1圖係本發明一實施例之空氣或氣體乾燥器之側視圖。

第2圖係圖1中氣體乾燥器之爆炸視圖。

第3圖係圖1及圖2中氣體乾燥器部分元件之放大圖。

第4圖係顯示氣體乾燥器多種元件以及氣體流過氣體乾燥器之示意圖。

10．．．氣體乾燥器

12．．．空氣入口

13．．．冷擠出器

14．．．熱交換器

30．．．熱擠出器

32．．．出口

36．．．TE晶片

38．．．隔離件

56．．．風扇

58．．．控制器

60．．．感測器

A,B,C,D,E,F,G．．．箭頭

Claims (20)

1. 一種氣體乾燥器，包括：一第一開口；一冷擠出器，該冷擠出器連接至該第一開口，該冷擠出器具有兩個相對的平坦表面；一第一熱電裝置，該第一熱電裝置熱連接至該冷擠出器及一熱交換器，該熱交換器配置成使用周圍空氣將熱從該冷擠出器中的流體移動至該氣體乾燥器的外部，其中該第一熱電裝置緊靠該冷擠出器的該平坦表面；一凝結物排放器，該凝結物排放器位於該冷擠出器一端附近，且該凝結物排放器被配置用以排放凝結物，該凝結物係當一流體沿著該冷擠出器被冷卻所形成；一熱擠出器，該熱擠出器位於該凝結物排放器及一第二開口之間；以及一第二熱電裝置，該第二熱電裝置位於該第一熱電裝置的下游，且熱連接於該冷擠出器及該熱擠出器之間，其中該第二熱電裝置緊靠相對於該第一熱電裝置之該冷擠出器的該平坦表面，且該第二熱電裝置連接至該冷擠出器及該熱擠出器之間以進行熱交換，其中該等第一及第二熱電裝置為分開的部件且並非該熱交換器的部分，且該第一熱電裝置及該熱交換器在該第二熱電裝置上游形成一預冷區段，且配置成於流體接觸該第二熱電裝置之前，在冷擠出 器中預冷該流體。
2. 如申請專利範圍第1項所述之氣體乾燥器，其中該熱交換器係一鰭片熱交換器。
3. 如申請專利範圍第1項所述之氣體乾燥器，其中該冷擠出器及該熱擠出器至少其中之一係由一擠出的鋁件之一開口所界定。
4. 如申請專利範圍第1項所述之氣體乾燥器，其中該冷擠出器及該熱擠出器係可互換。
5. 如申請專利範圍第1項所述之氣體乾燥器，更包括一控制器，該控制器可操作地連接至該第一熱電裝置及該第二熱電裝置，且該控制器被配置以控制該第一熱電裝置及該第二熱電裝置。
6. 如申請專利範圍第5項所述之氣體乾燥器，更包括多個感測器，該等感測器放置在該冷擠出器及該熱擠出器中，且該等感測器可操作地連接至該控制器以傳送訊號至該控制器，該等訊號係與該等感測器所感測到的一溫度相關。
7. 如申請專利範圍第1項所述之氣體乾燥器，更包括隔 離件，該隔離件位於該冷擠出器及該熱擠出器之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之氣體乾燥器，更包括一孔洞，該孔洞位於該隔離件中，且其中該第二熱電裝置設置在該孔洞中。
9. 如申請專利範圍第1項所述之氣體乾燥器，其中該第一熱電裝置包含多個TE晶片。
10. 如申請專利範圍第1項所述之氣體乾燥器，其中該第二熱電裝置包含多個TE晶片。
11. 如申請專利範圍第1項所述之氣體乾燥器，更包括一熱電膠，該熱電膠設置於該第一熱電裝置及該冷擠出器、及該第一熱電裝置及該熱交換器之間。
12. 如申請專利範圍第1項所述之氣體乾燥器，更包括一熱電膠，該熱電膠設置於該第二熱電裝置及該冷擠出器之間，且該熱電膠設置於該第二熱電裝置及該熱擠出器之間。
13. 如申請專利範圍第1項所述之氣體乾燥器，其中該熱擠出器包括平坦側，該等平坦側被配置以緊鄰抵靠至該第一熱電裝置及該第二熱電裝置至少其中之一。
14. 如申請專利範圍第1項所述之氣體乾燥器，其中該熱擠出器及該冷擠出器至少其中之一係由複數個開口所界定。
15. 如申請專利範圍第1項所述之氣體乾燥器，其中該熱擠出器及該冷擠出器至少其中之一包括螺孔，該等螺孔用以連接該凝結物排放器。
16. 如申請專利範圍第1項所述之氣體乾燥器，其中該熱擠出器及該冷擠出器至少其中之一包括螺孔，該等螺孔用以連接一入口歧管及一出口歧管之其中之一。
17. 一種乾燥一氣體之方法，包括以下步驟：導引該氣體經過一冷擠出器，該冷擠出器具有兩個相對的平坦表面；以一第一熱電裝置將該冷擠出器中之該氣體之熱移到一熱交換器，該熱交換器配置成使用周圍空氣將熱從該冷擠出器中的流體移動至一氣體乾燥器的外部，其中該第一熱電裝置緊靠該冷擠出器的該平坦表面；自該氣體凝結出一液體；從該氣體排放凝結出之該液體；導引該氣體經過一熱擠出器；以及在藉由該第一熱電裝置移除熱之後，以一第二熱電裝置將該冷擠出器中之該氣體之熱移除，並將該熱置入於該 熱擠出器之氣體中，其中藉由該熱交換器從該冷擠出器移除的該熱繞過該熱擠出器及該第二熱電裝置，該第二熱電裝置緊靠相對於該第一熱電裝置之該冷擠出器的該平坦表面。
18. 如申請專利範圍第17項所述之方法，更包括以下步驟：加熱位於該熱擠出器中的該氣體，使該氣體達到大約與該氣體進入該冷擠出器時之溫度相同。
19. 如申請專利範圍第17項所述之方法，更包括以下步驟：感測多處位於該冷擠出器及該熱擠出器之該氣體之溫度，並依據所感測之該等溫度控制該第一熱電裝置及該第二熱電裝置。
20. 一種氣體乾燥器，該氣體乾燥器包括：一第一開口；一冷擠出器，該冷擠出器流體連接至該第一開口；用以移熱之一第一構件，該第一構件熱連接至該冷擠出器及一熱交換構件，而配置成使用周圍空氣將熱從該冷擠出器中的流體移動至該氣體乾燥器的外部；一排放構件，用以排放該冷擠出器一端附近之一液體，該排放構件被配置以排放一凝結物，該凝結物係當一流體流經該冷擠出器而冷卻所形成；一熱擠出器，該熱擠出器位於該排放構件及一第二開 口之間；以及用以移熱之一第二構件，該第二構件位於用以移熱之該第一構件下游，該第二構件熱連接至該冷擠出器及該熱擠出器之間，且該第二構件經連接以對該冷擠出器中的流體及該熱擠出器中的流體之間進行熱交換，且用以移熱之該第一構件及用以移熱之該第二構件並非該熱交換構件之部分，且用以移熱之該第一構件及該熱交換構件配置成於流體接觸用以移熱之該第二構件之前，在該冷擠出器中預冷該流體。