一种旋转式气体吸附装置的制作方法

本实用新型涉及废气处理领域，具体涉及一种含VOC成份的气体吸附和处理装置。

背景技术：

在半导体领域和化工领域存在许多会产生挥发性有机气体(VOC)的生产工艺，如半导体领域中需要涂覆的光刻胶，化工领域中油漆的制造和喷涂中均会产生大量的VOC。这些气体气味难闻，而且大量吸入人体危害身体健康，所以需要及时的处理。但是由于这些气体在空气中浓度很低，部分领域只有约15ppm，甚至更低，必须浓缩后才能进一步的处理。

现有技术中最常见的是采用如图1所示的旋转式气体吸附装置，该旋转式气体吸附装置包括一个由多孔材料制成的滚轮20，其中多孔材料可以是由陶瓷材料或者活性炭等制成。一个处理气体管道一端通过一个风阀12连接到会产生VOC气体的施工空间，处理气体管道内设置有一个处理风机10，推动大量待处理气体以第一流量F1快速流入滚轮的第一端的吸附区域，随后VOC成份被滚轮中的多孔材料表面吸附固定在滚轮中，处理后的清洁气体通过滚轮的第二端流出处理气体管道，被送回原有施工空间，使得施工空间内的空气质量满足工作人员需求。其中处理风机还将小部分处理气体分流并以第二流量F2送入一个冷却管道作为冷却气体，冷却气体管道通过一个第一密封端口将冷却气体送入滚轮，滚轮上被第一密封端口所围绕而构成滚轮上的冷却区域26，其中第一密封端口包括两个放射状的密封条27、25以及位于滚轮外缘的圆弧形密封条28，这几个密封条围绕构成一个扇形的密封开口。这些密封条在靠近滚轮表面处包括一个与滚轮吸附材料紧贴的耐热弹性材料，如硅胶以减少高温气体的泄露。冷却气体管道还包括一个与第一密封端口相同的第二密封端口位于滚轮的第二端。用室温的冷却气体穿过冷却区域26后被加热到一定温度，如100-120摄氏度后经过第二密封端口排出滚轮并被送入脱附气体管道。脱附气体管道内设有一个脱附风机50用于驱动脱附气体流入吸附满VOC气体成份的滚轮20。脱附气体管道内还设置有一个加热装置30用于加热来自冷却气体管道的经过预加热的冷却气体，使得脱附气体的温度达到200-210摄氏度。加热后的脱附气体通过一个与所述第一、第二密封端口类似的扇形的第四密封端口进入滚轮20的第二端表面，通过高温脱附气体加热第四密封端口围绕而成的脱附区域24，脱附气体流入滚轮的脱附区域24，加热脱附区域中的多孔材料同时使得吸附在多孔材料表面的VOC成份吸热挥发，被脱附气体带走，滚轮也得到脱附可以在旋转到吸附区域时再次进行吸附。富含VOC成份的脱附气体会经过位于滚轮的第一端的第三密封端口流出。其中第三密封端口具有与第四密封端口相同的结构并且与滚轮第一端表面紧贴，以防止脱附气体向外泄露，该第三密封端口与第一密封端口结构相同，包括两个放射状的密封条23、25和位于外部的圆弧形密封条。最终含有高浓度VOC成份的废气被一个排气装置40排出到外部或其它废气处理装置进行进一步处理。上述第一～第四密封端口共同构成了一个密封构件将滚轮分隔为吸附区、脱附区和冷却区。一个驱动装置驱动滚轮20慢慢旋转，密封构件中的多个密封端口扫过滚轮20两端所有表面，使得滚轮20上所有区域轮流实现气体吸附-脱附-滚轮冷却这样的循环，由于待处理气体的流量F1远大于冷却气体/脱附气体的流量F2，所以最后排出的废气中VOC浓度也相对待处理气体的增大到原来的F1/F2倍，典型的为20倍，最终实现对VOC气体的浓缩。

如图2所示为图1中A处的侧视图，其中位于滚轮第二端的三个密封条27’、25’、23’和弧形密封条共同构成第二和第四密封端口，27’、25’、23’三个密封条与位于滚轮第一端的27、25、23位置对应。脱附区域24的两个密封条25’和23’互相在滚轮中心的旋转轴处相连，形成夹角θ1，冷却区域26的两个密封条27’和25’同样在滚轮中心的旋转轴处相连形成夹角θ2。夹角θ1、θ2的选择是需要精确计算的，因为夹角过大会导致脱附区域和冷却区域的面积很大需要更高功率才能使得脱附区域的多孔材料升温到足够温度，冷却区域也需要更多流量的冷却气体才能冷却更大面积的冷却气体，而冷却气体流量一旦变大则后端的加热装置必须要更高的功率才能使脱附气体温度达到200摄氏度。进一步的还会导致吸附区域面积变小，气体处理量下降。而仅仅减小上述夹角θ1、θ2而不改变加热功率或转速也会导致脱附区域中的多孔材料尚未达到脱附温度就被旋转到后续的冷却区域进行冷却了，无法实现本实用新型基本功能。所以经过长期测试，现有技术中普遍选用的夹角θ1、θ2都固定在了最佳的30度，这样使得加热功率不是太大，同时能保证滚轮能够顺利的脱附。

除此之外其它多个参数，也具有相对固定的值，如浓缩比也就是F2/F1为20倍；转速V设定值V0为6转/小时，加热功率P0可以根据流入加热装置气体的流量F1和目标温度210摄氏度换算得到。

所以，现有技术已经有了相对稳定的初始设定值：预设功率P0、预设转速V0、θ1的预设角度θ10和预设脱附气体流量F10，这些参数由滚轮本身的硬件特性决定，在不改变滚轮特性的情况下这些参数只能作小范围优化无法实现大幅度的改变。图3所示为参数设定选用上述预设值时脱附和冷却区域不同方位角上的温度分布示意图，其中横轴以密封条23’为起点，θ1的角度选取与θ2相同均为θ10，θ10为30度；纵轴为温度T，其中Ta表示大气温度(20摄氏度)，Tr表示能够脱附所有VOC气体的最低温度(180摄氏度)，Th表示加热装置的输出的脱附气体的温度(200-210摄氏度)。从图中可以看到对于加热功率为P0，脱附气体流量F2为F20，脱附区域对应角度为θ10的扇形区域，同时以V0速度连续转动的滚轮来说从密封条23’到密封条27’之间不同方位角上的温度分布曲线是基本线性变化的。靠近密封条23’由于刚通过旋转进入能够被脱附气体加热的区域所以温度接近室温，随着滚轮缓慢转动脱附气体长时间加热滚轮，越靠近密封条25’滚轮上的温度越高。由于脱附气体是从滚轮的第二端(A端)流入，再在滚轮第一端(B端)流出的，所以位于两端的滚轮温度也存在差距，A端的温度首先在Pa位置处达到温度Tr，此时滚轮20位于B端多孔材料温度还远低于Tr，所以需要继续利用高温脱附气体加热直到B端也在Pb位置处达到Tr，维持B端温度Tr以上足够时间后实现对B端VOC成份的脱附。刚完成脱附的滚轮区域继续旋转经过密封条25’进入后续的冷却区域，滚轮A端和B端在冷却气体的连续冷却下温度逐渐下降，直到温度降低到适合再次进入吸附区域进行VOC气体吸附。

上述旋转式气体吸附装置能够很好的完成对施工空间的空气净化，但是还是存在严重的缺陷，能源消耗过大，其中大量的能量被用来加热脱附气体，所以运行成本高昂。

所以业内需要寻求一种新的旋转式气体吸附装置结构或者控制方法来节能降耗同时能够保证含VOC成份气体的处理效果。

技术实现要素：

本实用新型公开一种旋转式气体吸附装置，包括：具有多孔吸附结构的滚轮；驱动装置，用于驱动所述滚轮转动；密封构件，将所述滚轮至少分为互相气密隔离的吸附区域、脱附区域；处理气体管道，所述处理气体管道中的待处理气体从滚轮的一端流入所述滚轮的吸附区域，处理后气体从滚轮的另一端流出；脱附气体管道，用于接收脱附气体，所述脱附气体管道中还设置有加热装置，用于加热所述脱附气体，所述脱附气体经过第一脱附区域密封端口流入滚轮一端上的脱附区域并从滚轮另一端经过第二脱附区域密封端口流出浓缩后的废气，所述脱附区域为与所述第一、第二脱附区域密封端口相对应的滚轮区域；控制器，用于控制所述滚轮的转速、待处理气体的流量和加热装置的加热功率；其中，所述滚轮上脱附气体流经的脱附区域的面积小于滚轮面积的1/18。

其中密封构件将滚轮分隔成所述吸附区域、所述脱附区域和冷却区域，一冷却气体管道用于向冷却区域供气，所述冷却气体管道中的冷却气体经过第一冷却区域密封端口，流入滚轮上的冷却区域，并从滚轮的另一端经过第二冷却区域密封端口流出加热后的冷却气体，其中滚轮上的冷却区域为与所述第一、第二冷却区域密封端口相对应的滚轮区域，所述脱附气体管道接收所述冷却气体管道中流出的加热后的冷却气体作为脱附气体。其中所述冷却气体管道上还可包括一个可变流量阀门，以调节所述冷却气体的流量，所述冷却气体管道通过所述可变流量阀门连接到所述处理气体管道，利用所述待处理气体作为冷却气体。

最佳的处理气体流量大于所述脱附气体流量的40倍，所述滚轮上的脱附区域的面积小于所述滚轮面积的1/24。

其中脱附区域为滚轮上的扇形区域，所述第一或第二脱附区域密封端口包括位于滚轮中心和边缘之间的两个径向密封条，还包括一个弧状密封条围绕在滚轮外周围。较佳的，所述两个密封条形成的夹角小于20度。

本实用新型还提供了一种旋转式气体吸附装置，包括：具有多孔吸附结构的滚轮；驱动装置，用于驱动所述滚轮转动；密封构件，将所述滚轮至少分为互相气密隔离的吸附区域、脱附区域；处理气体管道，所述处理气体管道中的待处理气体从滚轮的一端流入所述滚轮的吸附区域，处理后气体从滚轮的另一端流出；脱附气体管道，用于接收脱附气体，所述脱附气体管道中还设置有一个加热装置，以加热所述脱附气体；控制器，用于控制所述滚轮的转速，待处理气体的流量和加热装置的加热功率；其中，所述脱附气体管道中还包括与所述脱附区域的密封构件相连接的脱附气体流通管道，所述脱附气体流通管道的截面面积小于滚轮面积的1/18。其中所述脱附气体流通管道的截面呈扇形，扇形角度小于等于20度。

附图说明

图1为现有技术旋转式气体吸附装置结构示意图；

图2为图1中A处的侧视图；

图3为现有技术中脱附和冷却区域不同方位角上的温度分布示意图；

图4是同步降低加热功率、脱附气体流量时脱附和冷却区域不同方位角上的温度分布示意图；

图5是同步降低加热功率、脱附气体流量和滚轮转速时脱附和冷却区域不同方位角上的温度分布示意图；

图6是本实用新型同步降低加热功率、脱附气体流量、滚轮转速和脱附区域面积时脱附和冷却区域不同方位角上的温度分布示意图；

图7是本实用新型密封端口示意图和相应的脱附区域和冷却区域形状示意图；

图8是图7所示实施例的立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图2-8，进一步说明本实用新型的具体实施例。

为了减少旋转式气体吸附装置的功率消耗，最直接的方法是减少加热器的加热功率，同时相应地减少脱附气体的流量，以保证流入脱附区域24(图2)的气体的温度仍然能够维持在足够高，如TH(图3)，从而能够脱附滚轮上的各种VOC气体成份。

下面以流量减为F20/2、功率减为P0/2同时转速V0不变为例说明这种方案的运行结果。

图4所示为同步降低加热功率、脱附气体流量时脱附和冷却区域不同方位角上的温度分布示意图。图中可见，由于实际通过脱附气体输入的热量减少了一半，所以滚轮上的材料升温速度明显减少，滚轮旋转经过θ10角度时，即使是A端都没有达到温度Tr，所以这样的控制方法无法实现对滚轮20的脱附。

为了在功率减小到P0/2的情况下增加输入到滚轮的热量，可以选择同时减小脱附滚轮的转动速度，比如同步减小到V0/2，也就是3转/小时，这样转速减半，转过脱附区域的时间就增加1倍，就能保证输入到脱附区域24的热量保持稳定。图5所示为同步降低加热功率、脱附气体流量和滚轮转速时脱附和冷却区域不同方位角上的温度分布示意图。从图5中可见，相比图3中的温度分布图，其在滚轮的A端接收到更多的热量、升温更快，B端接收到热量更少、升温速度更慢。所以A端温度过Tr的位置Pa更靠近密封条23’，但是直到密封条25’处B端的温度仍然没有到达必须的温度Tr，所以采用这样的控制方法会导致B端存在没有脱附的VOC成份残留，多个循环过后VOC成份残留会积累得更多，导致整个滚轮堵塞无法工作。由于脱附气体流量减小一半以后，流速也会相应地减小，脱附气体的热量会在A端被滚轮材料吸收或者被VOC成份挥发带走，只有少量热量能扩散到下游的B端并加热B端的滚轮材料和VOC成份，所以产生上述A、B两端温度差距增加的情况。为了解决这个问题，现有技术没有可行的解决办法，如果增加加热功率，的确能使得B端更快速达到温度Tr，但是这样一来，节能的效果就会显著减弱，如果进一步减小滚轮20的转速，比如减小到V0/3是可以实现B端的温度在脱附区域内达到Tr，但是这样会减小参数选择的窗口。在VOC浓度很高的场合，滚轮如果转速过低会导致在吸附区域22内出现吸附饱和，出现VOC漏出的现象，为了防止吸附饱和出现需要增加滚轮的吸附容量，通常是增加滚轮的厚度(A端到B端的距离)。所以滚轮20低转速滚动，需要配套滚轮厚度较厚，无法再选择较薄的滚轮型号。另一方面，当完成脱附的滚轮到达冷却区域时，进行冷却的气体流量F20/2是为原有的温度分布情况和热量积累量设计的，一旦滚轮旋转速度降得过低，会导致更多热量积累在滚轮脱附区域上，所以现有的冷却气体流量F20/2不足以将滚轮A端的吸附材料从高温再次降低到合适再次吸附的温度(接近室温)，这样在滚轮从冷却区域26旋转刚进入吸附区域22时会出现VOC未充分吸附而泄露的问题。所以，为了减小加热功率，现有技术所尝试的各种硬件设置和控制参数存在的问题，要么是脱附无法完成，要么是应用场合受限，同时VOC气体在吸附区域会发生泄漏。

图6是本实用新型同步降低加热功率、脱附气体流量、滚轮转速和脱附区域面积时脱附和冷却区域不同方位角上的温度分布示意图。本实用新型在功率减小到P0/2，脱附气体流量降低到F20/2，转速减小到V0/2的基础上同步减小第三第四密封端口的面积为原来的一半，相应的脱附区域的面积也变为一半。

实现减小第三、第四密封端口的的方式可以是如图7所示的结构。如图7所示，第三密封端口的密封条23、25和外部密封条28围绕形成的扇形脱附区域的夹角减小为原来的一半，即15度，此时脱附气体流过对应的脱附区域时横截面也减小了一半，所以在脱附气体流量相比现有技术减半的情况下流动速度得到保持。

图8为图7所示实施例的立体图，如图所示，径向密封条27、25和圆弧形密封条28与冷却气体流通管道相连接；径向密封条25、23和圆弧形密封条28与脱附气体流通管道相连接。冷却气体流通管道和脱附气体流通管道分别由多个管道壁组成，其中冷却气体流通管道由管道壁27c、25c和28c围绕构成，脱附气体流通管道由管道壁23c、25c和28c围绕构成。其中，冷却气体流通管道和脱附气体流通管道的截面可以与密封条围绕而成的相对应的冷却区域和脱附区域的形状相同，均为扇形区域，也可以是其它形状或者面积，只要进入滚轮的脱附区域的面积小于现有技术都可以实现本实用新型目标。其中冷却气体流通管道的截面为一个扇形区时其夹角为θ2，脱附气体管道上的脱附气体流通管道的截面为一个扇形区时，其夹角为θ1。θ1可以选择小于20度，最佳的角度为小于等于15度，相对于现有技术的30度，其可以大幅减小对应的脱附区域面积，因此可以实现本实用新型目标。

本实用新型旋转式气体吸附装置还可以设置一个VOC浓度测量装置位于处理风机10的上游，这样可以获得流入的待处理气体中的VOC浓度。VOC浓度测量装置将检测到的浓度数值发送到控制装置70，由控制装置70根据VOC浓度数值选择旋转式气体吸附装置工作在高浓度模式或低浓度模式。在低浓度模式中，由于待处理气体中VOC浓度低，吸附区域不容易吸附饱和，所以可以将滚轮转速降低到1/4-1/6，加热功率也可以同步降低，通过对密封构件形状和相对位置的选择可以获得适合当前VOC浓度气体的吸附区面积，比如降到原有面积的1/4-1/6。相反的，在检测到VOC浓度较高时，可以将滚轮转速设置得较高，如原有转速的1/2，以避免吸附饱和，同时加热功率、脱附气体流量和吸附区域面积也需要相应地控制在较高数值。对于VOC成份浓度很低的待处理气体，本实用新型选择脱附区域面积小于整个滚轮面积的1/18，比如1/24，来实现降低加热功率的同时保证脱附效果。其中当VOC成份浓度小于50ppm时，特别适合本实用新型结构。

本实用新型除了如前述，将功率减小为原来一半以外，还可以将功率减小到其它比例，比如减小到P0/3甚至P0/4，脱附气体流量F2也可以作同步地减小，只要对应的V0/4转速下滚轮不会发生吸附饱和，就可以进一步降低转速并同时降低功率输出。由于本实用新型还同时改变了脱附区域的面积，使得脱附区域的面积占整个滚轮的面积由原来的1/12减小为1/18、1/24、1/36等，所以本实用新型揭露的技术方案能够在比现有技术更小的脱附区域面积的基础上，同步地减少加热功率，还能保证原有的吸附和脱附效果，实现节能的目的。

上述同步同比例减小加热功率、转速、脱附气体流量、脱附区域面积为原有设计量1/2的方案是本实用新型最佳实施例之一，实际运行中，可以根据设计需要进行微调，比如脱附区域面积可以减到原面积的1/2以下，如1/3，这样脱附气流经过脱附区域时速度会更快。本实用新型的滚轮上的脱附区域面积可以根据设计需要选择不同的数值，甚至可以在运行中根据需要自动调整，所以本实用新型是给旋转式气体吸附装置提供了一个新的调节手段，通过调节脱附区域面积占整个滚轮面积的比例到原有比例的1/12以下，可以调节流入吸附区域24的气流速度和滚轮在A端到B端之间的温度分布。

本实用新型能够显著提高VOC气体的浓缩比，这样同样处理气体情况下，最后输出的浓缩后的废气流量会显著减小，所以后续的处理过程如进一步浓缩和氧化燃烧等所需要的设备体积和成本均有明显下降。

本实用新型中滚轮也可以用步进模式转动，滚轮间隔一定时间如1-5分钟转动15度角度，然后脱附区域在高温脱附气体的加热下随时间推移逐渐升温，滚轮两端的温度变化曲线与图3所示的温度分布曲线类似，只是横轴变为时间t而不是方位角θ，因为滚轮温度的在方位角上的差别是由于高温脱附气体加热时间的差别带来的，步进模式中的整个脱附区域内滚轮上的温度改变也是随着加热时间长度变化的。

本实用新型中的滚轮也可以是呈垂直的圆环形，圆环中心空间和圆环外侧设置有气体管道。圆环形滚轮上包括吸附段、脱附段和冷却段，处理气体流入圆环中心空间，然后从中心向圆环外侧垂直穿过上述吸附段，同样的脱附和冷却气体也是在在圆环内外方向穿过圆环形的脱附段和冷却段。本实用新型也可以应用于这种结构的滚轮，只要修改相应的脱附区域密封端口面积。本实用新型也可以适用于这中架构的旋转式气体吸附装置。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。