TWI796848B - 一體式前置熱回收空氣壓縮機系統 - Google Patents

Abstract

一種一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，主要係包含三個空氣流通道。其中，第一及第二空氣流通道係具有適當距離的並排段，該第一空氣流通道係設有蒸發器及除濕輪，該第二空氣流通道係設有冷凝器及冷媒壓縮機以及除濕輪，且若為水冷式空壓機則加設熱水交換器。藉由該第一空氣流通道將外部空氣引入至空氣壓縮機，為空氣壓縮機提供去除水分的空氣；第二空氣流通道係由空氣壓縮機的後冷卻器及油冷卻器將熱能以排氣或水迴圈方式匯出，空氣壓縮機工作時產生的熱能回收後流經第二空氣流通道帶走除濕輪所吸附的濕氣；該第三空氣流通道係設置連通於第一空氣流通道下方，以作為開機前旁通用通道，從而確保空壓機啟動時，吸入空氣為已經乾燥之空氣.。

Description

一體式前置熱回收空氣壓縮機系統

本發明係有關一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，尤指一種除回收使用熱能外，且可進一步提供低濕度的空氣給空氣壓縮機之一體式前置熱回收空氣壓縮機系統。

按；空氣壓縮機的應用場合極為廣泛，包括工業、動力、甚至生活等多個領域中都需要空氣壓縮機，因此空氣壓縮機可謂是不可或缺的設備。在壓縮空氣的過程中，會產生熱量。通常的空氣壓縮機系統都是壓縮機將空氣壓縮成高溫高壓的空氣進入空氣儲筒，形成高濕度及高熱溫的被壓縮空氣。在使用頻繁或大型工業場合，若需求是低濕度的輸出空氣，則需另行設置冷凍式乾燥機；若要求更低濕度(含水率更低)時，則會加裝吸附式乾燥機等設備。而對於空氣壓縮機運作時所產生的高溫熱氣，一般都借由風扇排放至大氣中，造成能源的浪費。

傳統空氣壓縮機系統如圖4所示，空壓機200係直接吸入大氣壓縮後，再利用冷凍式乾燥機300及吸附式乾燥機400來去除水分，儲存於空氣儲筒500，空氣壓縮機的熱能則直接排放大氣。前述空氣壓縮機於運作過程中，且會因含水分高的空氣直接進入空氣壓縮機壓縮，由於水的不可壓縮性會造成耗電量上升，並且會易與空壓機潤滑油混合，造成油的提前劣化，降低空壓機壽命，並帶出空壓機內潤滑油，增加 後段除油成本。申請人有鑑於此，經不斷無研究、實驗，遂萌生設計一種一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，有效的構成空氣壓縮機進氣端除濕功能，進而達到節能及降低空氣壓縮機運作成本。

本發明之主要目的，即在提供一種一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，除回收空氣壓縮機使用熱能外，且可進一步提供低濕度的空氣給空氣壓縮機，以降低水分進入空氣壓縮機增加耗電、劣化潤滑油，提高空氣壓縮機壽命，進而達到節能及降低運作成本之目的。

前述之一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，係包含三個空氣流通道。其中，第一及第二空氣流通道係具有適當距離的並排段，該第一空氣流通道係設有蒸發器及除濕輪，該第二空氣流通道係設有冷凝器及冷媒壓縮機以及除濕輪，且若為水冷式空壓機則加設熱水交換器。藉由該第一空氣流通道將外部空氣引入至空氣壓縮機，為空氣壓縮機提供去除水分的空氣；第二空氣流通道係由空氣壓縮機的後冷卻器及油冷卻器將熱能以排氣或水迴圈方式匯出，空氣壓縮機工作時產生的熱能回收後流經第二空氣流通道帶走除濕輪所吸附的濕氣；該第三空氣流通道係設置連通於第一空氣流通道的下方，以作為開機前旁通用通道，從而確保空壓機啟動時，吸入空氣為已經乾燥之空氣。

前述之一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，其中，第一空氣流通道和第二空氣流通道的並排段，係為共用的一隔牆。

前述之一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，其中該第一空氣流通道內部之蒸發器，係設於該除濕輪的前端。

前述之一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，其中該空氣壓縮機組係包括空氣壓縮機、連接該空氣壓縮機之後冷卻器及油冷卻器，以及連接該後冷卻器用於儲存壓縮空氣之空氣儲筒。

前述之一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，其中該第一空氣流通道之除濕輪與空氣壓縮機的入口之間，係可設置一直交式熱交換器，以供補足該第二空氣流通道的空氣流量。

10:空氣壓縮機

101:吸入口

20:空氣儲筒

30:後冷卻器

301:開口

31:油冷卻器

40:第一空氣流通道

41:入口

41a:啟閉口

42:隔牆

43:風扇

44:A隔間

44b:啟閉口

45:B隔間

46:C隔間

47:D隔間

50:第二空氣流通道

51:出口

52:風扇

52a:風扇

53:F隔間

54:G隔間

55:H隔間

56:J隔間

57:K隔間

60:除濕輪

70:蒸發器

80:冷媒壓縮機

90:冷凝器

100:直交式熱交換器

100a:入口

100b:X隔間

100c:Y隔間

100d:啟閉口

100j:風扇

100g:啟閉口

200:空壓機

300:冷凍式乾燥機

400:吸附式乾燥機

500:空氣儲筒

e:第三空氣流通道

f:熱水熱交換器

h:冷卻水塔

i:冷卻水熱交換器

圖1係本發明之架構圖。

圖2係本發明應用於氣冷式空氣壓縮機架構圖。

圖3係本發明應用於水冷式空氣壓縮機架構圖。

圖4係習知空氣壓縮機架構圖。

請參閱圖1，係為本發明之架構圖。如圖所示，本發明係包含三個空氣流通道、除濕裝置及熱泵系統、空氣壓縮機組。其中，該三個空氣流通道係包括第一空氣流通道40及第二空氣流通道50，以及第三空氣流通道e，該第一空氣流通道40及第二空氣流通道50係設有部分之並排段，以在此並排段設置除濕裝置，該除濕裝置係包括除濕輪60；該熱泵系統係包括蒸發器70、冷媒壓縮機80及冷凝器90以及有關管線等；該空氣壓縮機組係包括空氣壓縮機10、連接該空氣壓縮機10之後冷卻器30及油冷卻器31，以及連接該後冷卻器30之空氣儲筒20。

該第一空氣流通道40，係指空氣由空氣入口41至空氣壓 縮機10之間的空間，除入口41外，大致呈封閉狀態，並以隔牆42與第二空氣流通道50形成前述之並排段；該第一空氣流通道40的內部依序設有蒸發器70、除濕輪60、風扇43及空氣壓縮機10，其空間大致分成A隔間44、B隔間45及C隔間46。

該第二空氣流通道50，除前端設有出口51和後冷卻器30及油冷卻器31附近設有開口301外，大致呈封閉狀態，並以隔牆42與第一空氣流通道40形成並排段；其內部依序設有後冷卻器30及油冷卻器31、冷媒壓縮機80、冷凝器90、除濕輪60及至少一風扇52，其空間大致可分成F隔間53、G隔間54、H隔間55、J隔間56及K隔間57；該F隔間53與G隔間54之間係設有一風扇52a。

該第三空氣流通道e，係與第一空氣流通道40並置，其上游及下游與與第一空氣流通道40連通，該第三空氣流通道e與第一空氣流通道40的入口41之間係設有一啟閉口44b，以供作為開機前旁通用通道，確保空氣壓縮機啟動時，吸入空氣為已經乾燥之空氣。

該空氣壓縮機10係為一般常用之壓縮空氣的設備，主要是以機械能壓縮空氣備用，其不局限於特定的壓縮方式。空氣儲筒20係為一般常用於儲存空氣以備應用的裝置，其具有空氣輸入及輸出用的構件。後冷卻器30及油冷卻器31係為空氣壓縮機10將被壓縮的空氣傳送至空氣儲筒20之間的裝置，當空氣壓縮機10運作時，後冷卻器30及油冷卻器31將逐漸形成高溫狀態(一般約為80℃~100℃，不限於此)。

藉由前述構件的組合，構成一體式前置熱回收空氣壓縮機系統。於在工作狀態時，空氣係由入口41進入A隔間44，經蒸發器70冷 凝出水並將水液匯出，空氣經蒸發器70後進入B隔間45，經除濕輪60再進一步吸附濕氣，該除濕輪60將空氣轉動進入第二空氣流通道50，空氣進入C隔間46後，經由風扇43的導引進入空氣壓縮機10的吸入口101。其中，風扇43的主要作用是導引空氣在第一空氣流通道40內流通。空氣經過蒸發器70及除濕輪60的作用後，空氣中的水分(即濕氣)即被大量帶走，形成乾燥狀態的空氣，以供空氣壓縮機10壓縮。而熱空氣由後冷卻器30及油冷卻器31及F隔間53流經G隔間54，再流向H隔間55，經冷媒壓縮機80、冷凝器90的增溫進入J隔間56，高溫空氣經過除濕輪60帶走水分濕氣，進入K隔間57以風扇52將濕熱空氣由出口51送出。風扇52、52a的主要作用是導引空氣在第二空氣流通道50內流通。於前述工作過程中，該第三空氣流通道e係供作為開機前旁通用通道，以確保空氣壓縮機啟動時，吸入空氣為已經乾燥之空氣。

依上述，本發明之前置熱回收空氣壓縮機系統，實際的運作狀態係如下：

1、空氣壓縮機10在運轉開始前，因後冷卻器30及油冷卻器31尚未能提供熱能，蒸發器70、冷媒壓縮機80及冷凝器90先啟動以提供除濕輪60除濕所需的再生熱能，且第三空氣流通道e之啟閉口44b開啟，入口41則關閉，造成第一空氣流通道40封閉迴圈，俾能在空氣壓縮機10運轉初期，即能立即提供已除濕的空氣，當空氣壓縮機10啟動時啟閉口44b關閉，入口41則開啟，回復空氣流經第一空氣流通道40之動作狀態。

2、當空氣壓縮機10已啟動時，後冷卻器30及油冷卻器31的熱 能供應至除濕輪60再生側，其風量及熱量足供除濕輪60再生時，蒸發器70、冷媒壓縮機80及冷凝器90加卸載調控作為輔助熱源。

3、當空氣壓縮機10已啟動，後冷卻器30及油冷卻器31的熱能供應至除濕輪60再生側，其風量及熱量不足以供除濕輪60再生，則需另尋風量，以補足除濕輪所需再生風量，蒸發器70、冷媒壓縮機80及冷凝器90加卸載調控，作為輔助熱源。

請參閱圖2，係為本發明應用於氣冷式空氣壓縮機架構圖。如圖所示，當欲補足風量時，本發明係於第一空氣流通道40內的流通路徑中設置一直交式熱交換器100(其係為具有層疊的構件，形成兩個方向的空氣通道，主要是使兩個空氣流通方向可交換熱能，為一種常用構件)，其設置於除濕輪60與空氣壓縮機10的入口之間；於直交式熱交換器100的另一方向，係引導外氣流通至H隔間55，其主要是提供空氣給第二空氣流通道50。該引導之構成方式係包括一空氣入口100a、一X隔間100b、一Y隔間100c及一啟閉口100d；該直交式熱交換器100係設於X隔間100b與Y隔間100c之間。當啟閉口100d呈開啟狀態時，且風扇52呈工作狀態時，外氣由入口100a被引入X隔間100b，流經直交式熱交換器100，再經過Y隔間100c及啟閉口100d而進入第二空氣流通道50。上述設置的目的是補足第二空氣流通道50的空氣流量，且第一空氣流通道40的除濕輪60的後端空氣係為中溫空氣，其流經直交式熱交換器100後，因與交叉通道的空氣隔層交會而降低溫度，使傳送給空氣壓縮機10的空氣溫度降低。同時，由空氣入口100a引入的空氣溫度將因流過直交式熱交換器100而提高。上述與直交 式熱交換器100隔層交會的空氣是外部空氣由入口100a被引入X隔間100b、流經直交式熱交換器100、再經過Y隔間100c及啟閉口100d而進入第二空氣流通道50的H隔間55。該Y隔間100c係另設有一啟閉口100g及風扇100j，當吸入空氣壓縮機前之D隔間47的溫度超過空壓機進口標準溫度時，啟閉口100g及風扇100j會開啟，增加100a引入經100直交式熱交換器的風量，藉以冷卻C隔間46到D隔間47的空氣溫度。

本發明之除濕輪60係安裝在第一空氣流通道40與第二空氣流通道50共用的的隔牆42上或附近，使除濕輪60跨置於第一空氣流通道40與第二空氣流通道50上；轉動的除濕輪60在第一空氣流通道40時吸附水分濕氣，其轉動進入第二空氣流通道50時則散失水分濕氣，形成乾燥狀態後再轉回第一空氣流通道40吸附水分濕氣；如此反復，不斷的帶走第一空氣流通道40的水分濕氣。

請參閱圖3，係為本發明應用於水冷式空氣壓縮機架構圖。如圖所示，本發明若為應用於水冷式空氣壓縮機10，係於第一空氣流通道40及第二空氣流通道50，分別增設熱水熱交換器f、冷卻水塔i，冷卻水熱交換器h及附屬配管等，藉以將空氣壓縮機10的熱能導引至55空間應用，以及冷卻D隔間47進入空氣壓縮機10的溫度。

本發明係先將大氣乾燥除濕降溫後，再進入空壓機壓縮，並且回收空氣壓縮機熱能作為前端除濕輪再生用熱能，與傳統空氣壓縮機系統較之，至少具備下列優點：

1、因減少水分壓縮，可將低空氣壓縮機的耗電。

2、因減少水分壓縮，可使空壓機潤滑油含水率下降，減緩油品劣化，進而增加空氣壓縮機的壽命。

3、因減少水分壓縮，可降低空壓機潤滑油被攜出量，相對降低後段除油處理的成本。

4、因回收空氣壓縮機的熱能，可使全系統耗電量大幅下降。

5、隨除濕輪60性能的提升或多個多級除濕輪60及多迴圈流道的應用，本系統可逐一取代冷凍式乾燥機或吸附式乾燥機，達成設備精簡，進而降低設備成本。

前述實施例，僅為說明本創作之較佳實施方式，而非限制本創作之範圍，凡經由些微修飾、變更，仍不失本創作之要義所在，亦不脫本創作之精神範疇。

綜上所述，本創作以複數之空氣流通道，配合設於該等空氣流通之蒸發器、除濕輪，以及後冷卻器、油冷卻器、壓縮機、冷凝器等設備，構成一體式前置熱回收空氣壓縮機系統。除回收空氣壓縮機使用熱能外，且可進一步提供低濕度的空氣給空氣壓縮機，以降低水分進入空氣壓縮機增加耗電、劣化潤滑油，提高空氣壓縮機壽命，進而達到節能及降低運作成本之目的。為一實用之設計，誠屬一俱新穎性之創作，爰依法提出專利之申請，祈 鈞局予以審查，早日賜准專利，至感德便。

10:空氣壓縮機

101:吸入口

20:空氣儲筒

30:後冷卻器

301:開口

31:油冷卻器

40:第一空氣流通道

41:入口

42:隔牆

43:風扇

44:A隔間

44b:啟閉口

45:B隔間

46:C隔間

50:第二空氣流通道

51:出口

52:風扇

52a:風扇

53:F隔間

54:G隔間

55:H隔間

56:J隔間

57:K隔間

60:除濕輪

70:蒸發器

80:冷媒壓縮機

90:冷凝器

e:第三空氣流通道

Claims (10)

1. 一種一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，包含：一第一空氣流通道，其內部依序設有蒸發器、除濕輪、風扇及空氣壓縮機，以供將外部空氣引入至空氣壓縮機組；一第二空氣流通道，係與該第一空氣流通道連通，且與該第一空氣流通道構成部分之並排段，其內部依序設有後冷卻器及油冷卻器、壓縮機、冷凝器、除濕輪及至少一風扇，以供將熱空氣以排氣或水循環方式匯出；一第三空氣流通道，係並置於該第一空氣流通道，其上游及下游與該第一空氣流通道連通，以供作為開機前旁通用通道，確保該空氣壓縮機啟動時，吸入空氣為已經乾燥之空氣。
2. 如請求項1所述之一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，其中，該第一空氣流通道內部之蒸發器，係設於該除濕輪的前端。
3. 如請求項1所述之一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，其中，該第一空氣流通道與該第二空氣流通道之該並排段，係為一隔牆。
4. 如請求項1所述之一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，其中，該空氣壓縮機組係包括一空氣壓縮機、連接該空氣壓縮機之後冷卻器及油冷卻器，以及連接該後冷卻器用於儲存壓縮空氣之空氣儲筒。
5. 一種一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，包含：一第一空氣流通道，其內部依序設有蒸發器、除濕輪、風扇及空氣壓縮機，以供將外部空氣引入至空氣壓縮機組；一第二空氣流通道，係與該第一空氣流通道連通，且與該第一空氣流通道構成部分之並排段，其內部依序設有後冷卻器及油冷卻器、冷媒壓縮 機、冷凝器、除濕輪及至少一風扇，以供將熱空氣以排氣或水循環方式匯出；一第三空氣流通道，係並置於該第一空氣流通道，其上游及下游與該第一空氣流通道連通，以供作為開機前旁通用通道，確保該空氣壓縮機啟動時，吸入空氣為已經乾燥之空氣；一直交式熱交換器，係設於該第一空氣流通道之該除濕輪與該空氣壓縮機的入口之間，以供補足該第二空氣流通道的空氣流量。
6. 如請求項5所述之一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，其中，該直交式熱交換器係設有兩通道，其中一通道的入口係供連接外部空氣，出口供連接該第二空氣流通道，另一通道的入口係供連接該第一空氣流通道，出口則供連接空氣壓縮機的入口。
7. 如請求項5所述之一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，其中，該第一空氣流通道內部之蒸發器，係設於該除濕輪的前端。
8. 如請求項5所述之一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，其中，該第一空氣流通道與該第二空氣流通道之該並排段，係為一隔牆。
9. 如請求項5所述之一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，其中，該空氣壓縮機組係包括空氣壓縮機、連接該空氣壓縮機之後冷卻器及油冷卻器，以及連接該後冷卻器用於儲存壓縮空氣之空氣儲筒。
10. 如請求項5所述之一體式前置熱回收空氣壓縮機系統，其中，該第一空氣流通道及該第二空氣流通道，係可分別增加一熱水熱交換器、一冷卻水塔及一冷卻水熱交換器，藉以冷卻進入空氣壓縮機的溫度，俾適用於水冷式空氣壓縮機。

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