CN115382364B - 一种智能化冷冻式压缩空气干燥器及使用方法 - Google Patents

一种智能化冷冻式压缩空气干燥器及使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种智能化冷冻式压缩空气干燥器及使用方法，所述智能化冷冻式压缩空气干燥器包括依次相连的设备入口、换热器、旋风分离器以及设备出口，制冷***连接于换热器的一侧，以使压缩空气由设备入口进入，依次经过换热器换热降温、旋风分离器气液分离后得到冷凝水和低温干燥压缩空气，低温干燥压缩空气回到换热器内进行热交换后由设备出口处排出，包括以下步骤：步骤一、换热器与旋风分离器运行时，旋风分离器内的冷凝水经电子排水器排出至冷凝液废油收集箱中；步骤二、分别获取设备入口以及设备出口处湿空气的焓；步骤三、通过设备入口湿空气的焓与设备出口湿空气的焓计算智能化冷冻式压缩空气干燥器的***运行效率值。

Description

一种智能化冷冻式压缩空气干燥器及使用方法
技术领域
本发明涉及压缩空气设备领域，尤其是涉及一种智能化冷冻式压缩空气干燥器及使用方法。
背景技术
压缩空气干燥机通常分为冷冻式压缩空气干燥机以及吸附式压缩空气干燥机，冷冻式压缩空气干燥机利用冷却空气，降低空气温度的原理，将湿空气中的水分通过冷凝后从空气中析出，得到较干燥空气，而吸附式压缩空气干燥机利用变压吸附的原理，湿空气通过吸附剂时，水分被吸附剂吸附，得到干燥空气。
目前所有类型的冷冻式压缩空气干燥器冷凝液中，一般均有一定量的油污，不可直接排放，若是直接排放这些冷凝水会导致环境的污染。
另外，目前的冷冻式压缩空气干燥器均不具备整体 设备的运行效率检测手段，使得用户无法有效、直观地了解到冷冻式压缩空气干燥器的运行效率以及是否出现运行故障等。
发明内容
本发明的目的在于提供一种对冷凝水进行收集、油污分离，可检测***运行效率值的智能化冷冻式压缩空气干燥器及使用方法。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种智能化冷冻式压缩空气干燥器的使用方法，所述智能化冷冻式压缩空气干燥器包括依次相连的设备入口、换热器、旋风分离器以及设备出口，制冷***连接于换热器的一侧，以使压缩空气由设备入口进入，依次经过换热器换热降温、旋风分离器气液分离后得到冷凝水和低温干燥压缩空气，低温干燥压缩空气回到换热器内进行热交换后由设备出口处排出，包括以下步骤：
步骤一、换热器与旋风分离器运行时，旋风分离器内的冷凝水经电子排水器排出至冷凝液废油收集箱中；
步骤二、分别获取设备入口以及设备出口处湿空气的焓；
步骤三、通过设备入口湿空气的焓与设备出口湿空气的焓计算智能化冷冻式压缩空气干燥器的***运行效率值。
进一步的，步骤二中湿空气的焓为单位水蒸气热含量、含湿量的乘积与干空气的热含量之和。
进一步的，设备入口与设备出口处均设有用于检测温度的铂热电阻，湿空气中干空气的热含量为温度与气体定压比热容的乘积，湿空气中水蒸气的热含量为温度、水蒸气定压比热容的乘积与水在0℃时的汽化潜热之和。
进一步的，设备入口处设置有用于检测压缩空气压力的压力变送器，设备入口处含湿量为：W=A×pw/（p-pw）；其中，A为水相对分子质量与空气相对分子质量的比值，p为压缩空气压力，pw为水蒸气分压。
进一步的，冷凝液废油收集箱的排水口处设有用于检测***排水量的一体化超声波流量计，设备入口处设有用于检测压缩空气质量流量的热质量流量计，设备出口处的含湿量为***排水量、压缩空气质量流量之间除商与设备入口处含湿量的差值。
进一步的，智能化冷冻式压缩空气干燥器连接有电器柜，电器柜设置有用于检测智能化冷冻式压缩空气干燥器的设备消耗功率的三相功率表，且设备入口设置有用于检测设备空气流量的热质量流量计；步骤三中，设备入口湿空气焓、设备出口湿空气焓之间差值与设备空气流量计算乘积后，与设备消耗功率的除商即为***运行效率值。
进一步的，冷凝液废油收集箱包括减压室、重力分离室、吸附净化室以及集油器，冷凝液先进入减压室进行压力释放，随后流入重力分离室将油水分离，使油污进入集油器中，随后冷凝液进入吸附净化室，在经过净化后从冷凝液废油收集箱的出水口排出。
进一步的，所述制冷***的冷媒采用HFO-1234yf或R410A。
本发明还公开了一种智能化冷冻式压缩空气干燥器，所述智能化冷冻式压缩空气干燥器包括依次相连的设备入口、换热器、旋风分离器以及设备出口，制冷***连接于换热器的一侧，根据所述的智能化冷冻式压缩空气干燥器的使用方法进行使用，且换热器与旋风分离器的底部均通过电子排水器连接于冷凝液废油收集箱。
进一步的，减压室底部设有集尘器，减压室边侧开设有开口，且开口高于集尘器的位置，重力分离室与吸附净化室之间连接有供给管，重力分离室与集油器之间连接有溢油管，且供给管靠近重力分离器的一端高度低于溢油管靠近重力分离器的一端高度。
本发明的有益效果在于：
1、通过计算***运行效率值，使得用户可直观、有效地了解到整体设备的运行状态；
2、通过冷凝液废油收集箱的设置，使得冷凝水中含有的油污与冷凝水一同收集在冷凝液废油收集箱中，并通过冷凝液废油收集箱进行油污分离处理后再进行排放，以保证压缩空气干燥器的排放达到国家含油废水排放要求，提高环保效果。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明中制冷***与换热器的连接示意图。
图3是本发明中制冷***的循环路线图。
图4是本发明中冷凝水废油收集箱的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本领域技术人员应理解的是，在本发明的揭露中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”等指示的方位或位置关系是基于附图所示的方位或位置关系，其仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此上述术语不能理解为对本发明的限制。
可以理解的是，术语“一”应理解为“至少一”或“一个或多个”，即在一个实施例中，一个元件的数量可以为一个，而在另外的实施例中，该元件的数量可以为多个，术语“一”不能理解为对数量的限制。
如图1所述，本发明提供了一种智能化冷冻式压缩空气干燥器的使用方法，所述智能化冷冻式压缩空气干燥器包括依次相连的设备入口、换热器1、旋风分离器2以及设备出口，制冷***3连接于换热器1的一侧，以使压缩空气由设备入口进入，依次经过换热器1换热降温、旋风分离器2气液分离后得到冷凝水和低温干燥压缩空气，低温干燥压缩空气回到换热器1内进行热交换后由设备出口处排出，包括以下步骤：
步骤一、换热器1与旋风分离器2运行时，旋风分离器2内的冷凝水经电子排水器4排出至冷凝液废油收集箱5中；
步骤二、分别获取设备入口以及设备出口处湿空气的焓；
步骤三、通过设备入口湿空气的焓与设备出口湿空气的焓计算智能化冷冻式压缩空气干燥器的***运行效率值。
其中，换热器采用板翅式热交换器，内部包括预冷器以及蒸发器，而制冷***包括依次相连的制冷压缩机、水冷冷凝器、干燥过滤器以及热力膨胀阀，且制冷压缩机的一侧连接于蒸发器的冷媒出口，热力膨胀阀的一侧连接于蒸发器的冷媒进口，上述板翅式热交换器以及制冷***均为现有技术，此处不再具体赘述。
在实际使用本方案的智能化冷冻式压缩空气干燥器时，设备入口与外接的空压机相连，使得来自空压机的湿热压缩空气，从设备入口进入换热器中的预冷器，与经过气水分离的低温干燥压缩空气进行热交换，得到初步降温，然后进入蒸发器中进一步降温到露点温度，凝结出的液态水进入旋风分离器进行气水分离后，通过电子排水器排入冷凝液废油收集箱，同时经过气水分离后的低温干燥的压缩空气回到预冷器，与后续进入预冷器的湿热压缩空气进行热交换升温后，从设备出口排出；其中，预冷器中低温干燥的压缩空气与湿热压缩空气进行热交换时，不进行直接的接触，仅做热交换处理，以避免湿热压缩空气在未经过降温、除湿而直接排出的问题。
其中，露点温度指空气冷却达到饱和时的温度，是衡量空气干燥度的指标。而非表面意义上温度的概念，本方案中为0-5℃左右。
另外，如图2、图3所示，在通过制冷***对换热器中蒸发器内部进行降温处理时，低温低压的液态制冷剂进入蒸发器，吸收压缩空气热量蒸发成气态，被制冷压缩机吸入，制冷压缩机将低温低压的气态制冷剂压缩成高温高压气体后，排至水冷冷凝器的上部进口，其携带的热量在水冷冷凝器中被冷却水带走，变成常温高压的液体，进入干燥过滤器过滤掉制冷剂中含有的微量杂质和水份，然后进入节流装置后重新变成低温低压的液态制冷剂，进入蒸发器吸热蒸发，在制冷压缩机的带动下如此周而复始的循环。
优选的，当换热器1与旋风分离器2底部液体排入冷凝液废油收集箱5时，由冷凝液废油收集箱5对内部液体进行油污分离后排出；其中，冷凝液废油收集箱5包括减压室52、重力分离室511、吸附净化室57以及集油器512。
具体的，压缩空气中的水分经降温冷凝后进入旋风分离器与干燥的压缩空气分离，并从旋风分离器底部依次进入排污防堵装置、电子排水器、冷凝液废油收集箱，在经冷凝液废油收集箱的除油处理后，符合排放标准的冷凝水由冷凝液废油收集箱排水口排出。
其中，排污防堵装置用于防止排水管道堵塞，可采用如专利号：ZL200620107001.7”，而电子排水器则为现有技术。 的“用于组合式干燥机的排水防堵装置
如图4所示，冷凝液废油收集箱5在进行油污分离时，冷凝液先进入减压室52进行压力释放，随后流入重力分离室511依靠重力将油水分离，此时油污漂浮在上面并通过溢油管59等进入集油器512中，在经过比重分离后，冷凝液通过管路进入吸附净化室57，在经过净化后从冷凝液废油收集箱5的出水口58排出，进而提高环保效果。
特别的，减压室52底部设有集尘器53，减压室52周向边侧开设有开口，且开口高于集尘器53的位置，重力分离室511与吸附净化室57之间连接有供给管54，重力分离室511与集油器512之间连接有溢油管59，且供给管54靠近重力分离器511的一端高度低于溢油管59靠近重力分离器511的一端高度。
具体的，在含有油污的冷凝水进入冷凝水废油收集箱中时，冷凝水通过冷凝水入口51进入减压室52，减压室52中压力降低，使得冷凝水平静下来，进而使得冷凝水在从开口进入重力分离室511的过程中不会产生湍流，保证冷凝水中的灰尘颗粒会被截留在集尘器53中，而不会随着湍流一同进入重力分离室511，随后重力分离室511中的冷凝水在重力作用下，使得其内的游离油从冷凝水中分离出来，并以液滴的形式上升出现油层，当油层足够厚时，油污会从溢油管59的位置自动流入集油器512中进行收集，此时重力分离器511中的冷凝水从底部供给管54处进入吸附净化室57中进行吸附净化。
其中，吸附净化室57一侧开设有出水口58以及取样口510，且出水口58位置高于取样口510位置，以使经过吸附净化后的冷凝水可以从较高处的出水口58处流出排放，而未完全吸附净化的冷凝水在需要采样时可以从取样口处取出一部分进行观察，且取样口510处具有阀门控制启闭。
另外，吸附净化室57还可安装有液位控制器55，进而对吸附净化室57内的液位高度进行检测。
在本方案的一实施例中，吸附净化室57靠近供给管54的一侧设有亲油性预过滤器56，对进入吸附净化室57的冷凝水进行预处理，同时本方案中的吸附净化室57采用亲脂纤维材料+活性炭吸附滤芯两级处理，以增加过滤效果。
优选的，所述制冷***3的冷媒采用HFO-1234yf或R410A。
具体的，HFO-1234yf制冷剂的GWP（全球变暖潜能值）小于1，与目前国内市场使用的氢氟碳化物（HFC）制冷剂相比，其全球变暖潜值降低达99.9％。
优选的，步骤二中湿空气的焓为单位水蒸气热含量、含湿量的乘积与干空气的热含量之和。
而设备入口与设备出口处均设有用于检测温度的铂热电阻，湿空气中干空气的热含量为温度与气体定压比热容的乘积，湿空气中水蒸气的热含量为温度、水蒸气定压比热容的乘积与水在0℃时的汽化潜热之和。
同时，设备入口处设置有用于检测压缩空气压力的压力变送器，设备入口处含湿量为：W=A×pw/（p-pw）；其中，A为水相对分子质量与空气相对分子质量的比值，p为压缩空气压力，pw为水蒸气分压；冷凝液废油收集箱5的排水口处设有用于检测***排水量的一体化超声波流量计，设备入口处设有用于检测压缩空气质量流量的热质量流量计，设备出口处的含湿量为***排水量、压缩空气质量流量之间除商与设备入口处含湿量的差值。
且智能化冷冻式压缩空气干燥器连接有电器柜，电器柜设置有用于检测智能化冷冻式压缩空气干燥器的设备消耗功率的三相功率表，且设备入口设置有用于检测设备空气流量的热质量流量计；步骤三中，设备入口湿空气焓、设备出口湿空气焓之间差值与设备空气流量计算乘积后，与设备消耗功率的除商即为***运行效率值。
同时，冷凝液废油收集箱5的排水口处设有一体化超声波流量计。
如表1、图2所示，智能化冷冻式压缩空气干燥器中的各个位置安装有多种不同的检测器械，其具体为；
Figure DEST_PATH_IMAGE002
表1
在计算***运行效率值的过程中，***有效热负荷为设备入、出口各物料的焓值之差，功率消耗N则由设备配套三相功率表进行实时监测。
湿空气的焓（I）即湿空气中的干空气的热含量与水蒸气的热含量之和。
每千克干空气热含量： Ia=cat（kJ/kg干空气）
每千克水蒸气热含量： Iw=cwt+2490（kJ/kg水蒸气）
湿空气的焓: I=cat+（cwt+2490）W=（ca+cwW）t+2490W（kJ/kg干空气）；该式中，由于W为含湿量，即每千克空气中的水含量。所以每千克空气中水分的焓等于含水量乘以每千克水蒸气的焓。
其中：
Ca为气体的定压比热容，值为1.01kJ/kg℃；
Cw为水蒸气定压比热容，值为1.88 kJ/kg℃；
2490为水在0℃时的汽化潜热，单位为kJ/kg；
t代表温度，摄氏度，单位℃。设备进出口温度由分别设置于设备进口、出口的高精度铂热电阻测量获得；
W为含湿量，压缩空气含湿量由下述含湿量计算公式获得：
W=0.621945pw/（p-pw）；
其中：
0.621945是水相对分子质量（18.015268）与空气相对分子质量（28.966）的比值。
p为压缩空气压力，设备进口压缩空气含湿量W进计算过程中，该值由设备进口处压力变送器读取，单位：kPa。
pw为水蒸气分压，单位：kPa；由于设备进气均为饱和含水压缩空气，设备进口压缩空气含湿量W进计算过程中PW值可由安托尼方程lgPw=7.07406-1657.46/(T+227.02)求得。
T为压缩空气温度，设备进口压缩空气含湿量W进计算过程中，该值由设备进口处热电阻读取，单位：K。
由于冷冻式压缩空气干燥器冷凝水均由废油收集箱排水口排出，因此，单位时间内排水量与压缩空气流量的比值即压缩空气含湿量的降低值。压缩空气出***湿量可通过下式计算：
W出=W进-mH2O/G
其中mH2O为***排水量由一体化流量计测量，G为压缩空气质量流量，由进口热质量流量计测量。综上，***运行效率值：
Figure DEST_PATH_IMAGE004
其中，ε为智能化冷冻式压缩空气干燥器综合运行效率值，N为功能消耗，由三相功率表测量获得。
本发明还公开了一种智能化冷冻式压缩空气干燥器，所述智能化冷冻式压缩空气干燥器包括依次相连的设备入口、换热器1、旋风分离器2以及设备出口，制冷***3连接于换热器1的一侧，根据所述的智能化冷冻式压缩空气干燥器的使用方法进行使用，且换热器1与旋风分离器2的底部均通过电子排水器4连接于冷凝液废油收集箱5。
同时，智能化冷冻式压缩空气干燥器还可以配备交互界面，在本方案的优选实施例中，选用Cortex-A8 CPU为核心（主频1GHz）的高性能嵌入式一体化触摸屏；
在该触摸屏上可显示有：上述检测获得的设备进气温度、设备排气温度、冷媒蒸发温度、冷媒冷凝温度、运行电流、进口容积流量、冷凝液排放量、出口露点温度、进口空气压力等。
并针对性地提供对应的提示性操作建议，例如：入口温度过高，请检查前端空气压缩机；冷凝液排放异常，请检查排污***；冷媒压力过高，请检查冷却水及水冷冷凝器。
并可配合上述计算的***运行效率值，进一步计算***运行效率、总平均功耗、年平均功耗、月平均功耗、日平均功耗等。
在本方案中，还支持4G（移动/联通/电信）或WiFi(IEEE802.11 b/g/n 2.4GHz)通讯的连接，使得用户可通过远程交互的方式进行查看信息以及简单的控制。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能化冷冻式压缩空气干燥器的使用方法，所述智能化冷冻式压缩空气干燥器包括依次相连的设备入口、换热器(1)、旋风分离器(2)以及设备出口，制冷***(3)连接于换热器(1)的一侧，以使压缩空气由设备入口进入，依次经过换热器(1)换热降温、旋风分离器(2)气液分离后得到冷凝水和低温干燥压缩空气，低温干燥压缩空气回到换热器（1）内进行热交换后由设备出口处排出，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、换热器(1)与旋风分离器(2)运行时，旋风分离器（2）内的冷凝水经电子排水器(4)排出至冷凝液废油收集箱(5)中；
步骤二、分别获取设备入口以及设备出口处湿空气的焓；
步骤三、通过设备入口湿空气的焓与设备出口湿空气的焓计算智能化冷冻式压缩空气干燥器的***运行效率值；
智能化冷冻式压缩空气干燥器连接有电器柜，电器柜设置有用于检测智能化冷冻式压缩空气干燥器的设备消耗功率的三相功率表，且设备入口设置有用于检测设备空气流量的热质量流量计；步骤三中，设备入口湿空气焓、设备出口湿空气焓之间差值与设备空气流量计算乘积后，与设备消耗功率的除商即为***运行效率值；
步骤二中湿空气的焓为单位水蒸气热含量、含湿量的乘积与干空气的热含量之和；
设备入口处含湿量为：W=A×pw/（p-pw）；其中，A为水相对分子质量与空气相对分子质量的比值，p为压缩空气压力，pw为水蒸气分压；
冷凝液废油收集箱(5)的排水口处设有用于检测***排水量的一体化超声波流量计，设备出口处的含湿量为***排水量、压缩空气质量流量之间除商与设备入口处含湿量的差值。
2.根据权利要求1所述的智能化冷冻式压缩空气干燥器的使用方法，其特征在于：设备入口与设备出口处均设有用于检测温度的铂热电阻，湿空气中干空气的热含量为温度与气体定压比热容的乘积，湿空气中水蒸气的热含量为温度、水蒸气定压比热容的乘积与水在0℃时的汽化潜热之和。
3.根据权利要求1所述的智能化冷冻式压缩空气干燥器的使用方法，其特征在于：设备入口处设置有用于检测压缩空气压力的压力变送器。
4.根据权利要求1所述的智能化冷冻式压缩空气干燥器的使用方法，其特征在于：设备入口处设有用于检测压缩空气质量流量的热质量流量计。
5.根据权利要求1所述的智能化冷冻式压缩空气干燥器的使用方法，其特征在于：冷凝液废油收集箱(5)包括减压室（52）、重力分离室（511）、吸附净化室（57）以及集油器（512），冷凝液先进入减压室（52）进行压力释放，随后流入重力分离室（511）将油水分离，使油污进入集油器（512）中，随后冷凝液进入吸附净化室（57），在经过净化后从冷凝液废油收集箱（5）的出水口（58）排出。
6.根据权利要求1所述的智能化冷冻式压缩空气干燥器的使用方法，其特征在于：所述制冷***(3)的冷媒采用HFO-1234yf或R410A。
7.一种智能化冷冻式压缩空气干燥器，所述智能化冷冻式压缩空气干燥器包括依次相连的设备入口、换热器(1)、旋风分离器(2)以及设备出口，制冷***(3)连接于换热器(1)的一侧，其特征在于：根据权利要求1-6任一项所述的智能化冷冻式压缩空气干燥器的使用方法进行使用，且换热器(1)与旋风分离器(2)的底部均通过电子排水器(4)连接于冷凝液废油收集箱(5)。
8.根据权利要求7所述的智能化冷冻式压缩空气干燥器，其特征在于：减压室(52)底部设有集尘器(53)，减压室(52)边侧开设有开口，且开口高于集尘器(53)的位置，重力分离室(511)与吸附净化室(57)之间连接有供给管(54)，重力分离室(511)与集油器(512)之间连接有溢油管(59)，且供给管(54)靠近重力分离室 (511)的一端高度低于溢油管(59)靠近重力分离室 (511)的一端高度。
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