用于制冷除湿过程的能量回收系统及方法

专利名称：用于制冷除湿过程的能量回收系统及方法
用于制冷除湿过程的能量回收系^S:方法相关申请资料
本申请要求于2006年11月15日提交的序列号为No.60/865,970的 共同待审的临时专利申请的优先权，并且其涉及的全部内容&th引入作为参考。技术领域
压缩机系繊常包括从压缩气体中去除水汽的系统。例如，空气压 缩机系统可釆用制冷空气干燥器系统，该制冷空气干燥器系统冷却压缩空气流 以从空气中凝结出7jC。如果不除去水，该水就会损坏下游部件^t使用该空气 的下游部件的运转产生不利影响。发明内容
该回热器能定位在冷凝器的上游或下游，但雌是与冷凝器分开。 该回热器包括两个流动通道，每个流动ilit优选维持在大气压力以上的压力下。
在一种结构中，本发明提供一种气体压缩系统，该气体压缩系统包 括压縮气体流、分离器、以及压缩制冷剂流，其中，该分离器定位成接收压缩 气体流并排方文出第二压縮气体流和冷)疑液流。换热器被定位成接收冷凝液流和 压縮制冷剂流。该换热驗置成使得该冷凝液流辨口该制冷齐i硫。
在另一种结构中，本发明麟了一种气体压縮系统，该气体压縮系 统包括用于产生压缩气術荒的气体压縮机、用于产生压縮制冷剂流的制冷剂压 縮机、以及定位成接收该压縮制冷剂流和该压缩气体流并布置成7賴喊压縮气 体的蒸发器。水气分离器定位成从蒸发器接收该压缩气体流，并且将该压缩气 体流分离成干燥压缩气体流和冷凝液流。换热器被定位成接收该压縮制冷剂流 和该冷凝液流，并且布置自该冷凝液皿y賴喊制冷剂流。
在又一种结构中，本发明提供了一种气体压縮系统，该气体压缩系 统包括用于产生压缩气体流的气体压縮机、用于产生压缩制冷剂流的制冷剂压 縮机、以定位成接收压縮制冷剂流和压縮气体流并且布置成冷却该压缩气体的 蒸发器。分离器定位成从蒸发器接收压縮气体流，并且将该压缩气体流分离成 干燥的压缩气体流和冷凝液流。换热器定位成接收压縮制冷剂流和冷凝液流， 并且布置鹏该冷凝液流7衬卩该制冷剂流。冷凝器定位成接收该压縮律蛉剂流， 并且布置成用该空气流7令却该制冷剂流。该换热器和该冷凝器协作以冷却压缩 娜令剂流到期望離。


图1是包括讳蛉除湿系统的气体压縮系统的示意亂
图2是包括另1岭斷显系统的另一气体压縮系统的示意亂
图3是包括另一制冷除湿系统的另一空气^^燥系统的示意图4是图l中换热器的剖视图5是图1中换热器的另一剖视图；以及
图6是图1中换热器的另一剖视图。
具体实施方式
在本发明的任一实施例详细说明之前，需要认识到的是，本发明并不受本申请在接下来描述的内容中以及附图中图示的结构详图和部件布置的限 制。本发明可以有其他的实施方式，并且能以多种方式实施或实现。此外，需 要认识到的是，在此使用的措辞和专业用语是用于描述的目的，而不应认为是 种限制。这里使用的"包括"、"包含"、或"具有"及其变形是指包括其后 列出的项目及其等同物以及另外的项目。除非规定或限定为其他方式，术语"安 装"、"连接"、"支撑"和"联接"及其 1細于歸广义并且包含直 接和间接的安装、连接、支撑和联接。进一步地，"连接"和"联接"并不限库'J为物理的淑几M3^接或联接。[oon ]图i示意性^ttk^出了气体压縮系统io的一种可能的布置，该气体压縮系统包括压縮机15和千燥器系统20,它们协作以给应用系统鹏用端25 提供千燥压缩气体。鹏用系统或应用端25可包括一个或多个湖模帝肌、气 动设备、气动工具、气动致动器、气动控制器等等。
压缩机15可包括单个压縮机或多个布置成并联和/或串联的压缩机， 以便以期望的流速和压力输出压縮气瓶17。另外，压縮机15可包括旋转压縮 机，例如旋转螺旋压缩机、离心式压缩机、往复式压缩机、或不同的压縮机设 计或者它们的组合。因而，本发明不应受限于压縮机15的鄉、数量赫置。
图1的干燥器系统20包括以类似于标准制冷循环的方式布置的娜令 剂压缩机30、冷凝器35、膨胀^g 40和蒸发器45 。审J7令剂压縮机30可包括一 个或多个压缩體，该压缩體适于压縮制冷剂以产生制冷剂流47。例如，一 个或多个旋转螺旋压縮机和/或一个或多个涡旋压縮机能用作该制冷剂压縮机 30。当然，如果需要，未在此描述的其他类型的压縮机或压縮机组合也能用作 制冷剂压缩机30。
冷凝器35包括第一换热器50，该第一换热器50将娜令剂进行7賴P以去除一部分压縮热。在图示的布置中，采用idlil换繊50和麵55娜令剂。该m 55可连续地、间歇地、或以^X作，以实IM制冷齐啲期望 y钾口水平。在雌的结构中，制冷齐赃冷凝器35内凝结，以致液体制冷剂流从 冷凝器35中流出。正如本领域駄人员所意识至啲，许多其他的换热器设计能 用于7令凝器35。例如翅管换热器、壳管式换热器、板翅式换热器等等，它们 肖調在该冷凝器35的内部。因而，本发明将不^^f采用的换^l^的限制。
膨胀装置40定位在冷凝器35的下游，以便其接收流31冷凝器35的高压液体制冷剂流。膨胀装置4O引起制冷齐啲ffli!0胀，这会使得该制冷剂 在流出膨胀装置40之后产生相应的温度下降。
蒸发器45包括第二换热器60，織二换热器60在流出膨胀錢40 的娜令剂与流出压縮机15的压縮气術紋间传递热量。由于律ij冷剂和压縮气体 两者都处于压力之下，应采用容纳这两种流体的换热器60。因而，通常采用壳 管式、板鹏、^il式、或其他换^NJ置。随着衝J7令剂流过第二换热器60， 其压缩气体流加热，而该压縮气体流则被冷却。在，的结构中，制冷剂在被 加热到高于其在工作压力下的沸点的温度，以产生过热蒸汽。该过热蒸汽流出 蒸发器45并流向制冷剂压縮机30，以完成该靴令循环。
正如本领域技术人员所理解到的，通常在制冷系统中采用的其他部 件或系统也可采用于本布置中。例如可将容器定位在该循环中，以收集过量 制冷剂并用作储罐。另外，如果需要，单向阀、传感器，和控制器能沿着该制 7令系统定位在不同的点处。
许多种zK汽分离器75肯調于图1的结构中。例如，可以采用凝聚过 滤式7jC汽分离器，以从压縮气体中去除冷凝液体。或者，还可以根据需要釆用 流动感应分离器(flow induced separator)或重力感应分离器(gravity induced separator)，其依靠大液滴的重量或惯性分离冷凝的zK汽。正如本领域M人员 所理解到的，许多不同的7jC汽分离器75或水汽分离器75的组合是可能的。因 而，本发明不应受在此描述的少量示例的限制。
冷凝液80流出蒸发器45，并流向定位在蒸发器45和回热器65之 间的单向阀70。单向阀70被布置成防止液体流从回热器65流动到蒸发器45， 同时允许冷凝液流80从蒸发器45流到回热器65。在一些结构中，单向阀70 可省略。
回热器65包括第三换热器85,该第三换热器85定位成从冷凝器 35中接收制冷剂并将律岭剂输送给膨胀装置40。第三换热器85包括第二流动 通道，该第二流动通道从系统10中接收冷凝液流80并排放冷凝液流80。在制 冷循环中的此处，冷凝液80比挪令剂更冷。因而，冷凝液80 ^4P帝IJ7令剂，并 随着其流过该回热器65而被加热。
第三换热器85可包括两个基本上封闭且受压的流动通道，或可包括 一个开敞的或暴露于大气压力下的流动通道(第二流动通道)。因而，许多不 同鄉的换热器能被用作第三换热器85 (例如翅管式、板鹏、壳管式等等)。 在优选结构中，第三换热器85中的两个流动通道都维持在大于大气压力的压力 下，因而需要两^^闭通道。
壳90和空间95的大小體成在需要时提供一种用于储存制冷剂的 麟。壳90内部的律蛉剂高度根据制冷系统的要求而变化。另外，当定位在冷 凝器35的下游时，如图1所示，壳90的下細每容纳液态娜令剂，而上面有一 层制冷剂蒸气。该蒸气层在该系统内部提供了液压阻尼，这 少由制冷系统 内部的阀的运动(开启和关闭)所弓胞的、皿效应(例如压力尖峰)。
如图6所示，冷凝液80 (^7jO在壳卯的顶部附近的冷凝液进口 120^A管100，向下流过壳90，并从冷凝液出口 125流出。图4—6所示的 布置〗OT冷凝液80的辦ij冷却能力来y賴卩制冷剂47，否则该冷凝液的该过剩冷 却能力将被浪费掉。
在操作中，制冷剂压縮机30压縮律岭剂蒸气，并且引导该压縮制冷剂47到冷凝器35 。冷凝器35 7转,凝结该制冷剂47 ，并且弓|导制冷剂47到 回aH 65以及从回热器65到膨胀装置40。在制冷剂47流向蒸发器45之前， 膨胀^g 40使制冷剂47膨胀并^4卩制冷剂47 o制冷剂47流过蒸发器45并在 此被加热，并在流向制冷剂压縮机30前汽化，以完成该制冷循环。
剂流82。其余部件大体上如图1所描鹏那样布置。在该位置，当讳蛉 剂47进入第三换热器85时，制冷剂47较热，并且在制冷剂47进入冷凝器35 之前，冷凝液80预先冷却该制冷剂47 。该布置还允许冷凝器35使用较少能量 将制冷剂47 7转卩到预定igJt，或者，与不{顿回 65而所能实现的皿相 比，允许縣统将帝岭剂47 7转口到更低的鹏。因而，图2的系统10a能提高 气体l缩系统10a的效率，和/或能陶氏压缩气体17的露点纟鹏，该温度低于不 使用回热器65时所能实现的温度。
图2的布置特别适用于这样的系统，其中，冷凝液的、M不足够低 至有效冷却流出冷凝器35之后的律岭剂47，但是，该冷凝液^￡够冷以在制 冷剂47駄冷凝器35前对制冷剂47提供一些预冷却。
图3示出了另一空气干燥系统10c，其中，回繊65用于提高串蛉 空气干燥器的效率。与图1和图2所示系统不同，图3的系统用于干燥基本上为环境压力的空气流17而不是用于干燥压缩空气。这种系统能用于在库岭机中 干燥空气或用于诸如家庭、办公楼或工厂的，中以千燥空气。图3的结构中， 第一换热器50和第二换热器60定位在共同的外壳130中。在这种布置中，制 冷循环以与图1所描述的大致一样的方式工作。
然而，图3的结构中并没有压縮丰几或应用端。更确切地说，有一风 扇132将环境空气吸入到外壳130中，并流过对空气17进行冷却的第二换热器 60。温度降低导致空气17内部的一些水汽冷凝出来，并且收集到外壳130的底 部。当前较冷的空气17然后被引导至l傑一换热器50，在第一换热器50处，空 气17将制冷剂y賴卩。然后，空气从外壳排出并且按需要l糊。冷凝液80傲卜 壳130中流出，并流过回热器65，以在制冷剂47离开第一换皿50后进一步 y賴陶j冷剂47。当然，如果需要，换热器65能定位在第一换热器50的上游而 不是下游。
图3的结构有利于流出系统10c的空气在千燥后稍微加热。该加热 保证空气温度适当高于空气的空气的露点，从而陶氏在i顿期间从空气流中凝 结额夕沐汽的可能性。
正如本领域技术人员所理解到的，在此描述的系统和部件可以有其 他的布置和方位。因而，本发明不应受在此描述的少量示例限制。
应注意的是，虽然图示的结构己描述为是用于空气压縮系统，使用 图示的结构也能压縮和干燥其他的气体。因而，本发明不仅限于空气压縮系统。
因此，其中，本发明提供了一种气体压縮系统IO，该气体压缩系统 10包括千燥系统20，该干燥系统20 j顿冷凝液80来提高气体压缩系统10的 效率。
权利要求
1. 一种气体压缩系统，包括第一压缩气体流；分离器，该分离器定位成接收该第一压缩气体流并排放出第二压缩气体流和冷凝液流；压缩制冷剂流；以及换热器，该换热器定位成接收冷凝液流和压缩制冷剂流，该换热器布置成使得该冷凝液流冷却该制冷剂流。
2、 根据权利要求1所述的气体压縮系统，还包括定位成接收m縮制冷剂 流的冷凝器，该冷凝器与该换热器协作以将该制冷剂流7衬卩至嗍望、鹏。
3、 根据权利要求2所述的气体压缩系统，其中，该换热器排放该压缩制冷 剂流到该冷凝器。
4、 根据权禾腰求2所述的气体压缩系统，还包括蒸发器，该蒸发器定位成 接收该压縮制冷剂流和该第一压缩气体流，该蒸发器布置成促，该第一压缩 气，的7賴卩。
5、 根据权利要求2所述的气体压縮系统，其中，该冷凝§1#放该压縮制冷 齐很鬼到该换热器。
6、 根据权利要求1所述的气体压縮系统，还包括放泄弯管装置，该放泄弯 ，置布置在该分离器和该换 之间。
7、 根据权利要求1所述的气体压缩系统，还包括设置于该分离器和该换热 器之间的单向阀，以防止冷凝液流从换，流到分离器。
8、 一种气体压縮系统，包括 气体压縮机，用于产生压縮气ME; 伟岭剂压缩机，用于产生压缩制冷剂流；蒸发器，该蒸发器定位成接收该压縮制冷剂流和该压縮气條，并布置成 冷却该压縮气体；水汽分离器，该水汽分离器定位成从蒸发器接收该压缩气Ml并分离该压 縮气体流为干燥的压缩气体流和冷凝液流；以及换热器，该换繊定位成接收该压缩制冷剂流和该冷凝液流，并布置成用该冷凝液流来冷却该制冷剂流。
9、 根据权禾腰求8所述的气体压缩系统，还包括冷凝器，该冷凝器定位成 接收该压縮制冷剂流，该冷凝器与该换热器协作以将该制冷剂流)ti卩至,望温 度。
10、 根据权利要求9所述的气体压缩系统，其中，该换热^敝该压缩制 冷剂流到该冷凝器。
11、根据权利要求9所述的空气压缩系统，其中，该冷凝器排放该压缩制 冷剂流到该换热器。
12、根据权利要求8所述的气体压缩系统，还包括放泄弯管装置，该放泄 弯管装置布置在该水汽分离器和该换MI之间。
13、根据权利要求8所述的气体压缩系统，还包括设置于该7jC汽分离器和 该换热器之间的单向阀，以防止该冷凝液流从该换热器流到该7i^汽分离器。
14、 一种气体压縮系统，包括 气体压縮机，用于产生压缩气^^荒； 审J7令剂压縮机，用于产生压缩制冷剂流；蒸发器，该蒸发器定位成接收该压縮伟岭剂流和该压缩气術荒，并布置成 冷却该压缩气体；分离器，该分离器定位成从该蒸发器接收该压縮气体流，并且将该压缩气 分离为干燥的压缩气体流和冷凝液流；换热器，该换热器定位成接收该压縮帝J7令剂流和该冷凝、液流，并布置成用 该)t凝液流来冷却该制冷剂流；以及冷凝器，该冷凝器定位成接收该压縮制冷齐臓并布置成冷却该制冷剂流， 该换繊与该冷凝器协作以将该压縮审岭剂流^*,期望、鹏。
15、 根据权利要求14所述的气体压縮系统，其中，该换热翻撖该fL缩制 冷剂流到该冷凝器。
16、 根据权利要求14所述的空气压縮系统，其中，该冷凝翻傲鄉缩制 冷剂m^'j该换热器。
17、 根据权利要求14所述的气体压縮系统，还包括放泄弯管^S，该放泄 弯管装置布置在该分离器和该换 之间。
18、 根据权利要求14所述的气体压縮系统，还包括设置于该分离器和该换热器之间的单向阀，以防止该冷凝液流从该换热器流到该分离器。
19、 一种干燥压縮气体流的方法，该方法包括将该压縮气体流分离为干燥的压缩气，和冷凝液流； 压縮制7令剂，以产生压缩审，令剂流；将该冷凝液流引导成与该压縮制冷剂流形成热交换关系，以将该压縮制冷 剂流7賴口；以及将该7辨阪缩制冷齐U引导成与该臓气体流形成热交换关系，以冷却该压 縮气舰，將离織二压縮气條和该冷凝液流。
20、 根据权利要求19所述的方法，还包括引导该压縮娜令齐l硫到冷凝器， 以部分地^4卩该压缩制冷剂流。
21、 根据权利要求19所述的方法，还包括将该审岭剂流从该冷凝器引导到 回 ，该回热，供该冷凝液流和该压縮制冷剂流之间的热効奂关系。
22、 根据权利要求19所述的方法，还包括将该制冷剂^/人回热器引导到该 冷凝器，该回热 供该冷凝液流和,縮制冷剂流之间的热効奂关系。
全文摘要
一种气体压缩系统，其包括压缩气体流、分离器和压缩制冷剂流，该分离器定位成接收压缩气体流以及排放出第二压缩气体流和冷凝液流。换热器定位成接收冷凝液流和压缩制冷剂流。该换热器布置成使得该冷凝液流冷却该制冷剂流。
文档编号B01D24/22GK101244348SQ20071016913
公开日2008年8月20日 申请日期2007年11月14日 优先权日2006年11月15日
发明者D·V·伍德沃德, J·C·科林斯 申请人:英格索尔-兰德公司