本发明涉及分子筛设计领域，特别是设计一种利用热管换热器的三吸附器空气纯化装置。
背景技术：
在空气纯化系统中，分子筛吸附器通常按照卸压、加热、冷吹、升压、切换、吸附的工作流程运行。分子筛吸附器解吸再生为吸热过程，一般使用空分装置的污氮气经加热器加热后，进入分子筛吸附器使其解吸再生。为达到分子筛吸附工作的温度，解吸后还需用冷污氮气冷吹，降低吸附器的温度。对于冷吹的污氮气，其温度远远高于未加热的污氮气，且数量巨大。而常规空气纯化系统中，只设置两台分子筛吸附器，一台吸附工作，另一台解吸再生。所以时间上的差异导致冷吹污氮气所包含的热量很难利用，通常直接放空，造成了能量浪费。而一些采用三吸附器系统，则将冷吹污氮气加压、加热后直接再次用于吸附器的再生。但由于解吸后的污氮气包含大量的水分、二氧化碳等杂质，若直接作为再生气，则在同样的加热温度与再生气量下，分子筛吸附器再生效果会大幅下降甚至为零。
技术实现要素：
为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种利用热管换热器的三吸附器空气纯化装置，将常规系统中的双吸附器改为三吸附器系统并增加高性能的热管换热器。其中一台吸附器工作时，另两台吸附器进行加热再生和冷吹降温。通过热管换热器将冷吹污氮气用于预热再生用污氮气，充分利用冷吹污氮气的余热，减少加热器的能量投入，实现空分纯化系统的节能降耗。
本发明拟用如下技术方案实现本发明的目的：
利用热管换热器的三吸附器空气纯化装置，其包括第一分子筛吸附器、第二分子筛吸附器、第三分子筛吸附器、第一加热器、第二加热器、热管换热器、污氮气加热通道、污氮气冷吹通道、空气出口通道、污氮气余热回收通道、污氮气放空通道和空气进口通道；
所述的第一分子筛吸附器一端的管路分为三条支路，其中第一支路连接污氮气加热通道，且第一支路上设有第一自动控制阀，第二支路连接污氮气冷吹通道，且第二支路上设有第二自动控制阀，第三支路连接空气出口通道，且第三支路上设有第三自动控制阀；第一分子筛吸附器的另一端的管路分为四条支路，第一支路和第二支路分别连接空气进口通道，且第一支路上设有第十自动控制阀，第二支路上设有第一增压阀，第三支路上设有第一卸压阀，第四支路上设有第十一自动控制阀，第三支路和第四支路汇合后连接第一三通阀的进口通道，第一三通阀的另外两个出口通道分别连接污氮气余热回收通道和污氮气放空通道；第二分子筛吸附器和第三分子筛吸附器的两端以与第一分子筛吸附器相同的方式连接各通道；
所述的热管换热器中通过隔板分隔成热流体通道和冷流体通道，热管的蒸发段位于热流体通道中，热管的冷凝段位于冷流体通道中；
进入空气纯化装置的污氮被分成两部分，一部分进入污氮气冷吹通道，污氮气冷吹通道上设有污氮气冷吹控制阀；另一部分进入污氮气加热通道，污氮气加热通道上设有污氮气加热控制阀，污氮气加热控制阀后方的污氮气加热通道经过所述冷流体通道后，分为两条支路，第一支路依次连接第十七自动控制阀、第一加热器和第十六自动控制阀，第二支路依次连接第十九自动控制阀、第二加热器和第十八自动控制阀，两条支路汇合后分别连接第一自动控制阀、第四自动控制阀和第七自动控制阀；
所述的污氮气余热回收通道经过所述的热流体通道后放空；
所述的污氮气放空通道直接放空；
待净化的空气从空气进口通道通入；净化后的空气从空气出口通道排出。
相较于常规空气纯化系统，本发明的特点是增加了一台分子筛吸附器和热管换热器，通过协调三分子筛吸附器的工作时间，能够有效回收分子筛冷吹污氮的余热。
作为优选，污氮气余热回收通道和污氮气放空通道的末端分别装有第一消音器和第二消音器，用于对排放口进行噪音消除。
作为优选，所述的第一分子筛吸附器、第二分子筛吸附器、第三分子筛吸附器三者并联运行，通过相互切换能够实现纯化过程的连续、低耗运行。
作为优选，在空气纯化装置运行过程中，所述的第一加热器和第二加热器中，一台运行，另一台备用。
作为优选，第一分子筛吸附器、第二分子筛吸附器和第三分子筛吸附器出口的污氮，在加热解吸过程通过污氮气放空通道排出，在冷吹过程中通过污氮气余热回收通道排出。
本发明的另一目的在于提供一种如上述任一方案所述空气纯化装置的空分纯化方法，其步骤如下：
1)首先，第一分子筛吸附器开始处于吸附状态，第二分子筛吸附器处于加热解吸结束状态，第三分子筛吸附器处于吸附饱和状态，通过阀切换卸压后等待第二分子筛吸附器冷吹开始；通过阀切换，使第二分子筛吸附器开始冷吹，用于加热再生的污氮与第二分子筛吸附器排出的冷吹污氮通过热管换热器进行换热，然后经过第一加热器或第二加热器进一步加热，达到设定温度要求后，进入第三分子筛吸附器开始加热再生；第三分子筛吸附器再生完成后，通过阀切换准备冷吹；第二分子筛吸附器冷吹结束后，通过阀切换开始升压；
2)然后，第二分子筛吸附器开始处于吸附状态，第三分子筛吸附器处于加热解吸结束状态，第一分子筛吸附器处于吸附饱和状态，通过阀切换卸压后等待第三分子筛吸附器冷吹开始；通过阀切换，使第三分子筛吸附器开始冷吹，用于加热再生的污氮与第三分子筛吸附器排出的冷吹污氮通过热管换热器进行换热，然后经过第一加热器或第二加热器进一步加热，达到设定温度要求后，进入第一分子筛吸附器开始加热再生；第一分子筛吸附器再生完成后，通过阀切换准备冷吹；第三分子筛吸附器冷吹结束后，通过阀切换开始升压；
3)再后，第三分子筛吸附器开始处于吸附状态，第一分子筛吸附器处于加热解吸结束状态，第二分子筛吸附器处于吸附饱和状态，通过阀切换卸压后等待第一分子筛吸附器冷吹开始；通过阀切换，使第一分子筛吸附器开始冷吹，用于加热再生的污氮与第一分子筛吸附器排出的冷吹污氮通过热管换热器进行换热，然后经过第一加热器或第二加热器进一步加热，达到设定温度要求后，进入第二分子筛吸附器开始加热再生；第二分子筛吸附器再生完成后，通过阀切换准备冷吹；第一分子筛吸附器冷吹结束后，通过阀切换开始升压；
4)不断循环步骤1)～3)，完成空气纯化。
作为优选，所述的第一加热器和第二加热器通过切换，择一运行。
作为优选，加热再生过程完成后，第一加热器或第二加热器停止加热。
本发明有益效果：热管具有极强的导热能力，无额外能耗和运动部件，结构简单，性能可靠，在工业余热回收方面具有十分突出的优势；提出的三吸附器纯化流程可以使冷吹污氮通过热管换热器加热再生所需污氮气，有效回收冷吹污氮气余热，大幅降低加热系统能耗。
以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果做进一步说明，以充分的了解本发明的目的、特征和效果。
附图说明
图1是本发明一种利用热管换热器的三吸附器空气纯化装置的结构示意图。
图中附图标记为：第一分子筛吸附器1、第二分子筛吸附器2、第三分子筛吸附器3、第一加热器4、第二加热器5、热管换热器6、热流体通道7、冷流体通道8、热管9、隔板10、第一自动控制阀11、第二自动控制阀12、第三自动控制阀13、第四自动控制阀14、第五自动控制阀15、第六自动控制阀16、第七自动控制阀17、第八自动控制阀18、第九自动控制阀19、第十自动控制阀20、第一增压阀21、第一卸压阀22、第十一自动控制阀23、第一三通阀24、第十二自动控制阀25、第二增压阀26、第二卸压阀27、第十三自动控制阀28、第二三通阀29、第十四自动控制阀30、第三增压阀31、第三卸压阀32、第十五自动控制阀33、第三三通阀34、第十六自动控制阀35、第十七自动控制阀36、第十八自动控制阀37、第十九自动控制阀38、污氮气加热控制阀39、污氮气冷吹控制阀40、第一消音器41、第二消音器42、污氮气加热通道43、污氮气冷吹通道44、空气出口通道45、污氮气余热回收通道46、污氮气放空通道47、空气进口通道48。
具体实施方式
下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述。
参见图1，一种利用热管换热器的三吸附器空气纯化装置，包括：第一分子筛吸附器1、第二分子筛吸附器2、第三分子筛吸附器3、第一加热器4、第二加热器5、热管换热器6、污氮气加热通道43、污氮气冷吹通道44、空气出口通道45、污氮气余热回收通道46、污氮气放空通道47和空气进口通道48。
第一分子筛吸附器1一端的管路分为三条支路，其中第一支路连接污氮气加热通道43，且第一支路上设有第一自动控制阀11，第二支路连接污氮气冷吹通道44，且第二支路上设有第二自动控制阀12，第三支路连接空气出口通道45，且第三支路上设有第三自动控制阀13；第一分子筛吸附器1的另一端的管路分为四条支路，第一支路和第二支路分别连接空气进口通道48，且第一支路上设有第十自动控制阀20，第二支路上设有第一增压阀21，第三支路上设有第一卸压阀22，第四支路上设有第十一自动控制阀23，第三支路和第四支路汇合后连接第一三通阀24的进口通道，第一三通阀24的另外两个出口通道分别连接污氮气余热回收通道46和污氮气放空通道47。
第二分子筛吸附器2和第三分子筛吸附器3的两端以与第一分子筛吸附器1相同的方式连接各通道。
第二分子筛吸附器2一端的管路也分为三条支路，其中第一支路连接污氮气加热通道43，且第一支路上设有第四自动控制阀14，第二支路连接污氮气冷吹通道44，且第二支路上设有第五自动控制阀15，第三支路连接空气出口通道45，且第三支路上设有第六自动控制阀16；第一分子筛吸附器1的另一端的管路分为四条支路，第一支路和第二支路分别连接空气进口通道48，且第一支路上设有第十二自动控制阀25，第二支路上设有第二增压阀26，第三支路上设有第二卸压阀27，第四支路上设有第十三自动控制阀28，第三支路和第四支路汇合后连接第二三通阀29的进口通道，第二三通阀29的另外两个出口通道分别连接污氮气余热回收通道46和污氮气放空通道47。
第三分子筛吸附器3一端的管路也分为三条支路，其中第一支路连接污氮气加热通道43，且第一支路上设有第七自动控制阀17，第二支路连接污氮气冷吹通道44，且第二支路上设有第八自动控制阀18，第三支路连接空气出口通道45，且第三支路上设有第九自动控制阀19；第一分子筛吸附器1的另一端的管路分为四条支路，第一支路和第二支路分别连接空气进口通道48，且第一支路上设有第十四自动控制阀30，第二支路上设有第三增压阀31，第三支路上设有第三卸压阀32，第四支路上设有第十五自动控制阀33，第三支路和第四支路汇合后连接第三三通阀34的进口通道，第三三通阀34的另外两个出口通道分别连接污氮气余热回收通道46和污氮气放空通道47。
热管换热器6中通过隔板10分隔成热流体通道7和冷流体通道8，热管9的蒸发段位于热流体通道7中，热管9的冷凝段位于冷流体通道8中。热流体通道7和冷流体通道8中的污氮气可以在热管9的作用下进行换热。
进入空气纯化装置的污氮被分成两部分，一部分进入污氮气冷吹通道44，污氮气冷吹通道44上设有污氮气冷吹控制阀40；另一部分进入污氮气加热通道43，污氮气加热通道43上设有污氮气加热控制阀39，污氮气加热控制阀39后方的污氮气加热通道43经过冷流体通道8后，分为两条支路，第一支路依次连接第十七自动控制阀36、第一加热器4和第十六自动控制阀35，第二支路依次连接第十九自动控制阀38、第二加热器5和第十八自动控制阀37，两条支路汇合后分别连接第一自动控制阀11、第四自动控制阀14和第七自动控制阀17。
污氮气余热回收通道46经过热流体通道7后放空；污氮气放空通道47直接放空；污氮气余热回收通道46和污氮气放空通道47的末端分别装有第一消音器41和第二消音器42。
待净化的空气从空气进口通道48通入；净化后的空气从空气出口通道45排出。
在该系统中，第一分子筛吸附器1、第二分子筛吸附器2、第三分子筛吸附器3三者并联运行。而第一加热器4和第二加热器5，一台运行，另一台备用。各阀门能够在控制系统控制下对管路进行开闭控制。
第一分子筛吸附器1、第二分子筛吸附器2和第三分子筛吸附器3出口的污氮，在加热解吸过程通过污氮气放空通道47排出，直接放空；而在冷吹过程中通过污氮气余热回收通道46排出，将其中的余热通过热管换热器加热再生过程所需的污氮气，有效回收冷吹污氮气中的余热。
通过协调三分子筛吸附器的工作时间，能够有效回收分子筛冷吹污氮的余热。一台分子筛吸附器工作时，另两台吸附器分别进行冷吹降温和加热再生，并通过热管换热器实现冷吹污氮气对再生污氮气的预热，降低加热器能耗，使空气纯化系统高效稳定地运行。因此，基于上述装置，还可以提供一种利用三吸附器空气纯化装置的空气纯化方法，其步骤如下：
1)首先进行阶段ⅰ：第一分子筛吸附器1开始处于吸附状态，第二分子筛吸附器2处于加热解吸结束状态，第三分子筛吸附器3处于吸附饱和状态，通过阀切换卸压后等待第二分子筛吸附器2冷吹开始；通过阀切换，使第二分子筛吸附器2开始冷吹，用于加热再生的污氮与第二分子筛吸附器2排出的冷吹污氮通过热管换热器6进行换热，然后经过第一加热器4或第二加热器5进一步加热，达到设定温度要求后，进入第三分子筛吸附器3开始加热再生；第三分子筛吸附器3再生完成后，通过阀切换准备冷吹；第二分子筛吸附器2冷吹结束后，通过阀切换开始升压；
2)然后进行阶段ⅱ：第二分子筛吸附器2开始处于吸附状态，第三分子筛吸附器3处于加热解吸结束状态，第一分子筛吸附器1处于吸附饱和状态，通过阀切换卸压后等待第三分子筛吸附器3冷吹开始；通过阀切换，使第三分子筛吸附器3开始冷吹，用于加热再生的污氮与第三分子筛吸附器3排出的冷吹污氮通过热管换热器6进行换热，然后经过第一加热器4或第二加热器5进一步加热，达到设定温度要求后，进入第一分子筛吸附器1开始加热再生，加热再生过程完成后，第一加热器4或第二加热器5停止加热；第一分子筛吸附器1再生完成后，通过阀切换准备冷吹；第三分子筛吸附器3冷吹结束后，通过阀切换开始升压；
3)再后进行阶段ⅲ：第三分子筛吸附器3开始处于吸附状态，第一分子筛吸附器1处于加热解吸结束状态，第二分子筛吸附器2处于吸附饱和状态，通过阀切换卸压后等待第一分子筛吸附器1冷吹开始；通过阀切换，使第一分子筛吸附器1开始冷吹，用于加热再生的污氮与第一分子筛吸附器1排出的冷吹污氮通过热管换热器6进行换热，然后经过第一加热器4或第二加热器5进一步加热，达到设定温度要求后，进入第二分子筛吸附器2开始加热再生；第二分子筛吸附器2再生完成后，通过阀切换准备冷吹；第一分子筛吸附器1冷吹结束后，通过阀切换开始升压；
4)重新返回步骤1)，不断循环步骤1)～3)，完成空分纯化。
上述各步骤中，通过不同的阀切换操作能够转变不同分子筛吸附器的工作状态，下面具体详述不同阶段的阀切换操作的流程：
假设当前时段，第一加热器4工作，第二加热器5备用(必要时可切换使用)；第一分子筛吸附器1开始处于工作状态，第二分子筛吸附器2加热解吸结束等待冷吹，第三分子筛吸附器3吸附结束，未卸压。阀门当前状态：第三自动控制阀13、第十自动控制阀20、第十三自动控制阀28、第十六自动控制阀35、第十七自动控制阀36、污氮气加热控制阀39、污氮气冷吹控制阀40打开；第一自动控制阀11、第二自动控制阀12、第四自动控制阀14、第五自动控制阀15、第六自动控制阀16、第七自动控制阀17、第八自动控制阀18、第九自动控制阀19、第一增压阀21、第一卸压阀22、第十一自动控制阀23、第十二自动控制阀25、第二增压阀26、第二卸压阀27、第十四自动控制阀30、第三增压阀31、第三卸压阀32、第十五自动控制阀33、第十八自动控制阀37、第十九自动控制阀38关闭；第一三通阀24连接污氮气余热回收通道46，第二三通阀29连接污氮气放空通道47，第三三通阀34连接污氮气余热回收通道46。
阶段ⅰ：第一分子筛吸附器1开始处于吸附状态。
1)第三分子筛吸附器3开始卸压，第三三通阀34转向污氮气放空通道47，第三卸压阀32打开，卸压过程结束后，第三卸压阀32关闭，等待第二分子筛吸附器2冷吹过程开始。2)第二分子筛吸附器2冷吹过程开始，第二三通阀29转向污氮气余热回收通道46，第五自动控制阀15打开。第二分子筛吸附器2冷吹过程排出的污氮气经通道46进入热管换热器6，放热后放空。3)第三分子筛吸附器3加热再生过程开始，第三三通阀34转向污氮气放空通道47，第七自动控制阀17、第十五自动控制阀33打开。再生污氮则经热管换热器6预热后进去第一加热器4进一步加热，达到设定温度要求后，进入第三分子筛吸附器3解吸再生。加热过程结束时，加热器停止，第七自动控制阀17关闭。4)第二分子筛吸附器2冷吹过程结束，第五自动控制阀15、第十三自动控制阀28关闭，第二增压阀26打开，第二分子筛吸附器2开始升压，升压结束后，第二增压阀26关闭，第六自动控制阀16、第十二自动控制阀25打开，第二分子筛吸附器2开始与第一分子筛吸附器1并行工作。随后第三自动控制阀13、第十自动控制阀20关闭，第一分子筛吸附器1结束吸附状态。
阶段ⅱ：第二分子筛吸附器2开始处于吸附状态。
1)第一分子筛吸附器1开始卸压，第一三通阀24转向污氮气放空通道47，第一卸压阀22打开，卸压过程结束时，第一卸压阀22关闭，等待第三分子筛吸附器3冷吹过程的开始。2)第三分子筛吸附器3冷吹过程开始，第三三通阀34转向污氮气余热回收通道46，第八自动控制阀18打开。第三分子筛吸附器3冷吹过程排出的污氮气经通道46进入热管换热器6，放热后放空。3)第一分子筛吸附器1加热再生过程开始，第一三通阀24转向污氮气放空通道47，第一自动控制阀11、第十一自动控制阀23打开。再生污氮则经热管换热器6预热后进去第一加热器4加热，达到设定温度要求后，进入第一分子筛吸附器1解吸再生。加热过程结束时，加热器停止，第一自动控制阀11关闭。4)第三分子筛吸附器3冷吹过程结束，第八自动控制阀18、第十五自动控制阀33关闭，第三增压阀31打开，第三分子筛吸附器3升压开始，升压结束时，第三增压阀31关闭，第九自动控制阀19、第十四自动控制阀30打开，第三分子筛吸附器3开始与第二分子筛吸附器2并行工作。随后第六自动控制阀16、第十二自动控制阀25关闭，第二分子筛吸附器2结束吸附状态。
阶段ⅲ：第三分子筛吸附器3开始处于吸附状态。
1)第二分子筛吸附器2开始卸压，第二三通阀29转向污氮气放空通道47，第二卸压阀27打开，卸压过程结束时，第二卸压阀27关闭。等待第一分子筛吸附器1冷吹过程开始。2)第一分子筛吸附器1冷吹过程开始，第一三通阀24转向污氮气余热回收通道46，第二自动控制阀12打开。第一分子筛吸附器1冷吹过程排出的污氮气经通道46进入热管换热器6，放热后放空。3)第二分子筛吸附器2加热再生过程开始，第二三通阀29转向污氮气放空通道47，第四自动控制阀14、第十三自动控制阀28打开。再生污氮则经热管换热器6预热后进去第一加热器4加热，达到设定温度要求后，进入第二分子筛吸附器2解吸再生。加热过程结束时，加热器停止，第四自动控制阀14关闭。4)第一分子筛吸附器1冷吹过程结束，第二自动控制阀12、第十一自动控制阀23关闭，第一增压阀21打开，第一分子筛吸附器1开始升压，升压结束时，第一增压阀21关闭，第三自动控制阀13、第十自动控制阀20打开，第一分子筛吸附器1开始与第三分子筛吸附器3并行运行。随后第九自动控制阀19、第十四自动控制阀30关闭，第三分子筛吸附器3结束吸附状态。
再次进入阶段ⅰ，完成循环。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。