CN109260913A - 一种带热回收型冷冻式干燥机 - Google Patents

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张逸峰
黄琴琴
张礼祥
张小伟
余舒鑫
邓强
张宇翔
李铭
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D53/00—Separation of gases or vapours; Recovering vapours of volatile solvents from gases; Chemical or biological purification of waste gases, e.g. engine exhaust gases, smoke, fumes, flue gases, aerosols
    • B01D53/26—Drying gases or vapours
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Abstract

一种带热回收型冷冻式干燥机，包括制冷***和空气***，制冷***按制冷剂流动方向依次包括制冷压缩机、油分离器、热回收换热器、冷凝器、干燥过滤器、节流元件、蒸发器、气化器及制冷压缩机，冷凝器包括两个并联的辅助冷凝器Ⅰ和辅助冷凝器Ⅱ，一侧分别设有电磁阀Ⅰ和电磁阀Ⅱ；空气***按空气流动方向依次包括预冷回热器、蒸发器、气液分离器及预冷回热器，气液分离器底部设有排水阀，预冷回热器内分为壳程和管程，壳程连通空气入口和蒸发器，管程连通气液分离器和空气出口。本发明的设备不仅具备冷干机降低压缩空气露点、净化压缩空气功能，还能回收冷凝热，稳出水温度，节约能耗，同时保证设备在环境温度变化时更加稳定地运行。

Description

一种带热回收型冷冻式干燥机
技术领域
本发明涉及冷冻干燥设备技术领域，特别是一种带热回收型冷冻式干燥机。
背景技术
随着工业的不断发展,压缩空气的应用更为广泛，而为了保护使用压缩空气的阀门开关气等用气设备，增加设备使用寿命，对压缩空气进行净化和干燥处理就显得及其重要，冷干机便是一种常见的压缩空气净化设备，并且日渐被工业业主使用，其装机量也逐年增大。在冷干机中，通过给压缩空气降低温度，减少压缩空气中的水蒸气含量，而多余的水蒸气会凝结成液体，再把液态水除去，从而使压缩空气达到干燥的效果。同时，在冷干机的制冷循环中，冷凝热最终会以各种形式排放到环境中去。
具体的说，冷干机一般都处于连续稳定的工作状态，年运行时间在8000小时以上，不像空调那样有冷热负荷的调节变化的需求。而制冷循环中通过冷凝器带走的热量相当于制冷压缩机的功率和制冷量总和，通常数倍于制冷压缩机的输入功率，这部分热量最终以各种形式排放到环境中，造成能源浪费和热污染。此外，在环境温度变化的时候，冷凝器的换热量的变化，导致排气压力过高或过低，引起制冷***的不稳定性。设备排出的冷凝水温度一般都是只有几度，直接排放浪费了大量的冷量，而制冷***中的冷凝器确需要外部提供冷量来冷却制冷剂，特别是风冷型的设备，常规由于冷却效果不好而影响设备性能。
发明内容
本发明要解决现有技术的问题，提供一种带热回收型冷冻式干燥机，能回收冷凝热，稳出水温度，节约能耗，同时保证设备在环境温度变化时更加稳定地运行。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种带热回收型冷冻式干燥机，包括制冷***和空气***，所述制冷***按制冷剂流动方向依次包括制冷压缩机、油分离器、热回收换热器、冷凝器、干燥过滤器、节流元件、蒸发器、气化器及制冷压缩机，冷凝器包括两个并联的辅助冷凝器Ⅰ和辅助冷凝器Ⅱ，辅助冷凝器Ⅰ和辅助冷凝器Ⅱ一侧分别设有电磁阀Ⅰ和电磁阀Ⅱ；所述空气***按空气流动方向依次包括预冷回热器、蒸发器、气液分离器及预冷回热器，气液分离器底部设有排水阀，预冷回热器内分为壳程和管程，壳程连通空气入口和蒸发器，管程连通气液分离器和空气出口。并且制冷压缩机出口的高温制冷剂在换热器的出口位置与空气进行换热，一方面降低了制冷剂的温度，减轻冷凝器的负荷，另一方提高空气温度，降低了压缩空气的相对湿度，以防止管道内部生锈。两套***通过蒸发器进行换热，共同安装在一个底架上，外部装有箱板。
作为优选，所述冷凝器两端设有旁路，旁路上设有电磁阀Ⅲ。通过三个电磁阀不同的开合状态，可以进行选择不同的热回收模式。
作为优选，所述辅助冷凝器Ⅰ和辅助冷凝器Ⅱ为翅片式，属于风冷冷凝器。
作为优选，所述排水阀通过管路与冷凝器连接。气液分离器底部排出的低温冷凝水用于喷洒到翅片上，可提高冷凝器效果。
作为优选，所述排水阀为电子排水阀。气液分离器底部的排水管道分成两部分，一部分是常规的引到排水槽，另一部分用管道连接到冷凝器，管道上开孔，电子排水阀间隙性排水时将冷凝水喷洒到翅片上。
作为优选，所述节流元件为热力膨胀阀。
作为优选，所述油分离器出口至蒸发器进口设有旁路，旁路上设有热气旁通阀。通过调节热气旁通阀的开度，将部分高压侧气体旁通到低压侧，调节制冷***的制冷能力，降低主管道压力，从而保护***。
作为优选，所述热回收换热器具有水入口和水出口，水出口处设有温控阀，以及温度控制取样点。可以设置出水温度，温控阀根据出水温度调节流过热回收换热器的水流量，得到连续的温度稳定的热水。
作为优选，所述温控阀通过管路连接有保温水箱。
本发明的有益效果在于：1、预冷回热器特殊设计，在压缩空气出口部分增加一段换热器，用于压缩空气与高温制冷剂进行换热，一方面降低了制冷剂的温度，减轻冷凝器的负荷，另一方提高出气温度，降低了压缩空气的相对湿度，以防止管道内部生锈。
2、可以在冷却干燥空气的同时，回收冷凝热并提供稳定温度地热水。
3、通过电磁阀开闭组合出不同的冷凝换热面积以满足不同进水温度的需求，保持制冷***的稳定性。
4、气液分离器底部排出的低温冷凝水通过管道引到冷凝器外部，喷洒到翅片上，既可降低温度，还可以适当的清洗翅片，防止积灰，从而提高冷凝器的换热效率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图中符号说明：1、制冷压缩机，2、油分离器，3、热回收换热器，4、干燥过滤器，5、热力膨胀阀，6、热气旁通阀，7、气化器，8、辅助冷凝器Ⅰ，9、辅助冷凝器Ⅱ，10、电磁阀Ⅲ， 11、电磁阀Ⅰ，12、电磁阀Ⅱ，13、温控阀，14、预冷回热器，15、蒸发器，16、气液分离器，17、电子排水阀。
具体实施方式
下面通过具体实施方式和附图对本发明作进一步的说明。
具体实施方式为：如图1所示，一种带热回收型冷冻式干燥机，包括制冷***和空气***。制冷***按制冷剂流动方向依次包括制冷压缩机1、油分离器2、热回收换热器3、冷凝器、干燥过滤器4、节流元件、蒸发器15、气化器7及制冷压缩机1，冷凝器包括两个并联的辅助冷凝器Ⅰ8和辅助冷凝器Ⅱ9，其一侧分别设有电磁阀Ⅰ11和电磁阀Ⅱ12，冷凝器两端设有旁路，旁路上设有电磁阀Ⅲ10，并且辅助冷凝器Ⅰ8和辅助冷凝器Ⅱ9为翅片式，节流元件为热力膨胀阀5。其中，油分离器2出口至蒸发器15进口设有旁路，旁路上设有热气旁通阀6。热回收换热器3具有水入口和水出口，水出口处设有温控阀13，温控阀13通过管路连接有保温水箱。
空气***按空气流动方向依次包括预冷回热器14、蒸发器15、气液分离器16及预冷回热器14，气液分离器16底部设有排水阀17，排水阀17为电子排水阀，预冷回热器14内分为壳程和管程，壳程连通空气入口和蒸发器15，管程连通气液分离器16和空气出口。
此外，排水阀17通过管路与冷凝器连接。
结合图1所示，对本发明的工作原理作进一步的说明：
一、冷干机部分：
约为45℃的压缩空气进入预冷回热器14，与在蒸发器15中被制冷剂冷却后的压缩空气进行热交换。其中使进入预冷回热器14的45℃压缩空气温度降至25℃，初步降低湿热饱和压缩空气的温度和含水量，在一定程度上减轻蒸发器15的热负荷，进而降低整机的能耗。另外在蒸发器15中被冷却除水到2℃的压缩空气经气液分离器16分离掉凝结水变成干燥的压缩空气回到预冷回热器14，与45℃的压缩空气进行热交换，温度提升到35℃由压缩空气出口出去。在气液分离器16分离出的水由排水阀17排出。冷干机降低了压缩空气在出口处的相对湿度，使输气管道不会因相对湿度过高而出现内壁生锈，同时也避免了因外壁温度过低而出现的管外“挂露”现象，改善车间工作环境。
二、热回收部分：
常规热回收模式中，打开电磁阀Ⅰ11，关闭电磁阀Ⅲ10和电磁阀Ⅱ12，制冷压缩机1排出的高温制冷剂气体在热回收换热器3中与冷水换热，接着进入辅助冷凝器Ⅰ8，冷却后的制冷剂经过热力膨胀阀5和蒸发器15，完成制冷循环，加热后的水进入保温水箱储存。
无需热回收时，打开电磁阀Ⅰ11和电磁阀Ⅱ12，关闭电磁阀Ⅲ10，制冷压缩机1排气先进入直接进入热回收换热器3。因为此时没有冷水流经热回收换热器，可认为制冷剂在热回收换热器中基本没有换热，接着制冷剂进入辅助冷凝器Ⅰ8和辅助冷凝器Ⅱ9降温，然后经过热力膨胀阀5和蒸发器15，完成制冷循环。
当在冬季需加热进水温度较低的水时，打开电磁阀Ⅲ10，关闭电磁阀Ⅰ11和电磁阀Ⅱ12，压缩机1排出的高温制冷剂气体在热回收换热器3中与冷水换热，然后经过热力膨胀阀5和蒸发器15，完成制冷循环。加热后的水进入保温水箱储存。该循环减少了冷凝器面积，避免了因冷凝温度下降过快导致制冷***稳定性下降的问题，同时增加了对数温差，提高了换热效率。
当在夏季需加热进水温度较高的水时，打开电磁阀Ⅱ12，关闭电磁阀Ⅲ10和电磁阀Ⅰ11，压缩机1排出的高温制冷剂气体在热回收换热器3中与冷水换热，接着进入辅助冷凝器Ⅱ9，冷却后的制冷剂经过热力膨胀阀5和蒸发器15，完成制冷循环。加热后的水进入保温水箱储存。该循环增加了冷凝器面积，避免了因冷凝温度升高导致制冷***稳定性下降的问题。
三、热水出口温度控制说明：
热水出口温度控制通过热回收换热器3的出口设置温控阀13实现，温度控制取样点为换热器出口水温。用户可以设置出水温度，温控阀13根据出水温度调节流过热回收换热器3的水流量，得到连续的温度稳定的热水。当水温升高时温控阀13开大，水流量增加；当水温降低时温控阀13关小，水流量减小。该方式还能缓解因进水温度偏高或偏低引起制冷***稳定性下降的情况。
四、辅助冷凝器Ⅰ、Ⅱ容量的选择：
辅助冷凝器Ⅰ8容量为：当出水温度固定为某温度并仅把热回收换热器3当作冷凝器时，进水温度看作为冷凝水进水温度为***安全运行的下限温度的换热量和上限温度的换热量的差值。
辅助冷凝器Ⅰ8的容量与辅助冷凝器Ⅱ9的容量之和与冷干机制冷***所需冷凝器容量相当。
国内常规工况下，当进水上下限温度为40℃/20℃，辅助冷凝器Ⅰ8的容量与辅助冷凝器Ⅱ9的容量之比为1:2时，***的运行和调节都有很好的效果。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，本发明可以用于类似的产品上，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。

Claims (9)

1.一种带热回收型冷冻式干燥机，包括制冷***和空气***，其特征在于：所述制冷***按制冷剂流动方向依次包括制冷压缩机（1）、油分离器（2）、热回收换热器（3）、冷凝器、干燥过滤器（4）、节流元件、蒸发器（15）、气化器（7）及制冷压缩机（1），冷凝器包括两个并联的辅助冷凝器Ⅰ（8）和辅助冷凝器Ⅱ（9），辅助冷凝器Ⅰ（8）和辅助冷凝器Ⅱ（9）一侧分别设有电磁阀Ⅰ（11）和电磁阀Ⅱ（12）；
所述空气***按空气流动方向依次包括预冷回热器（14）、蒸发器（15）、气液分离器（16）及预冷回热器（14），气液分离器（16）底部设有排水阀（17），预冷回热器（14）内分为壳程和管程，壳程连通空气入口和蒸发器（15），管程连通气液分离器（16）和空气出口。
2.根据权利要求1所述的一种带热回收型冷冻式干燥机，其特征在于：所述冷凝器两端设有旁路，旁路上设有电磁阀Ⅲ（10）。
3.根据权利要求1所述的一种带热回收型冷冻式干燥机，其特征在于：所述辅助冷凝器Ⅰ（8）和辅助冷凝器Ⅱ（9）为翅片式。
4.根据权利要求3所述的一种带热回收型冷冻式干燥机，其特征在于：所述排水阀（17）通过管路与冷凝器连接。
5.根据权利要求4所述的一种带热回收型冷冻式干燥机，其特征在于：所述排水阀（17）为电子排水阀。
6.根据权利要求1所述的一种带热回收型冷冻式干燥机，其特征在于：所述节流元件为热力膨胀阀（5）。
7.根据权利要求1所述的一种带热回收型冷冻式干燥机，其特征在于：所述油分离器（2）出口至蒸发器（15）进口设有旁路，旁路上设有热气旁通阀（6）。
8.根据权利要求1所述的一种带热回收型冷冻式干燥机，其特征在于：所述热回收换热器（3）具有水入口和水出口，水出口处设有温控阀（13）。
9.根据权利要求8所述的一种带热回收型冷冻式干燥机，其特征在于：所述温控阀（13）通过管路连接有保温水箱。
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