一种利用螺杆空压机废热处理压缩空气的干燥装置的制作方法

【技术领域】

本实用新型涉及一种利用螺杆空压机废热处理压缩空气的干燥装置，属于螺杆空压机废热利用与压缩空气干燥处理技术领域。

背景技术：

电机制造业普遍地采用螺杆空压机作为气源动力设备，所提供的气源动力供应到大量电机工装设备、自动化制造设备中。一方面在螺杆空压机的运行过程中，空气压缩会产生热能以及伴随空气压缩时油路中的润滑油具有密封运动热，然而现有电机制造企业都是将它作为工业废热而无效地排放掉，其中高达90℃左右的油温就没有好好地加以利用；另一方面，含湿气源的使用对电机工装设备和自动化制造设备将产生较大的影响，设备的高精度传动系易生锈。

有鉴于此，如何有效地利用螺杆空压机的运行废热为电机制造生产提供干燥的压缩空气，实为电机行业亟待努力的方向。

现有技术制冷循环的发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器通常采用盘管换热，盘管具有换热面积较小的不足。

技术实现要素：

本实用新型针对上述现有技术的不足而提供一种利用螺杆空压机废热处理压缩空气的干燥装置。

为解决上述技术问题，本实用新型提供如下解决方案：

一种利用螺杆空压机废热处理压缩空气的干燥装置，包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器以及相互连接的螺杆空压机、油气分离器，发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器分别具有发生器壳管、冷凝器壳管、蒸发器壳管和吸收器壳管，其改进点在于：还包括压缩空气干燥处理器和套管式热交换器，压缩空气干燥处理器由压缩空气预冷器和压缩空气干燥处理热交换器组成，压缩空气预冷器包括预冷器壳管和热交换管，预冷器壳管分隔成主腔体、第一副腔体、第二副腔体，主腔体开有入口，间隔布置的热交换管沿主腔体长度方向延伸且各热交换管的二端分别连通第一、第二副腔体，压缩空气干燥处理热交换器包括热交换器壳管、位于该热交换器壳管内的第五翅片式换热管束管和错位、间隔地插置于第五翅片式换热管束管上的挡气片，所述主腔体通过第一桥接口与热交换器壳管连通，热交换器壳管依次连通第二桥接口、第一副腔体、热交换管和第二副腔体，该第二副腔体外接用气设备，套管式热交换器由外气管、外油管以及依次穿置于外气管、外油管内的热交换内水管组成，油气分离器其排气端经外气管连接所述主腔体的入口，而其排油端则经外油管回供至螺杆空压机，发生器壳管内上下分设发生器喷淋头、第一翅片式换热管束管，冷凝器壳管内设有第二翅片式换热管束管，蒸发器壳管内上下分设蒸发器喷淋头、第三翅片式换热管束管，吸收器壳管内上下分设吸收器喷淋头、第四翅片式换热管束管，发生器壳管的上部空间与冷凝器壳管的上部空间相通，蒸发器壳管的上部空间与吸收器壳管的上部空间相通，发生器壳管与吸收器壳管之间布置有溶液管道i、溶液管道ii，溶液管道i的二端与设于发生器壳管底部的溶液杯a以及与设于吸收器壳管底部的溶液杯b分别连接，溶液杯b的底口通过一个溶液泵连通至吸收器喷淋头，而溶液管道ii的二端分别与溶液杯b的底口、发生器喷淋头相连接，且溶液管道ii上设置另一个溶液泵，冷凝器壳管的底部经由u形节流喷淋管通至蒸发器壳管上部，并且蒸发器壳管底部设置的水杯通过蒸发器循环水泵连通至蒸发器喷淋头，第四翅片式换热管束管与第二翅片式换热管束管形成冷却水循环管路，热交换内水管与第一翅片式换热管束管形成废热水供热循环管路，第三翅片式换热管束管与第五翅片式换热管束管形成冷冻水循环管路。

上述废热水供热循环管路上接有废热回收用的储水器、废热水循环泵。

上述发生器壳管的上部空间与冷凝器壳管的上部空间之间连接有水蒸气通道a。

上述冷却水循环管路上接有冷却水塔、冷却水循环泵。

上述冷冻水循环管路上接有冷冻水蓄水器、冷冻水循环泵。

上述蒸发器壳管的上部空间与吸收器壳管的上部空间之间连接有水蒸气通道b。

上述溶液管道1、溶液管道ii穿过一个密封壳体设置，三者构成溶液热交换器。

上述冷凝器壳管外接有抽真空器件。

上述热交换器壳管在其底壁设置有带排水器的贮水杯。

设置抽真空器件的目的是防止外界空气漏入制冷循环系统内，确保制冷循环系统内部处于良好的真空状态，同时抽除制冷循环系统内的不凝性气体。

本实用新型具有如下优点和有益效果：

发生器、溶液热交换器、冷凝器、u形节喷淋管、蒸发器、吸收器和冷却水循环循环管路等形成制冷循环，该制冷循环充分地吸收螺杆空压机自身携带的压缩空气和润滑油的工作废热以用作制冷的热源，套管式热交换器不间断输送热量给发生器，供发生器壳管内的溶液加热，利用溶液浓度的变化在制冷循环过程中不断制取合适的低温冷剂水，利用低温冷剂水在制冷循环低压条件下不断汽化以用来冷却冷冻水，冷却后的冷冻水源源不断输出给压缩空气干燥处理器以流过第五翅片式换热管束管，低温的冷冻水冷却了流经压缩空气干燥处理器的压缩空气，促使压缩空气获得干燥。

本装置电能消耗极低，仅需给冷却水塔的风扇、二个溶液泵和四个水泵提供极少量电量即可，不但避免了螺杆空压机对外界环境的热排放，而且经套管式热交换器换热后回供给螺杆空压机的润滑油为低温润滑油，避免润滑油因高温而粘度过快降低，确保螺杆空压机持续密封润滑。

发生器壳管内设置的第一翅片式换热管束管，相比于现有技术盘管具有更大换热面积，仅需要少量供热就能使溶液中的水分蒸发掉；冷凝器壳管内设置的第二翅片式换热管束管，相比于现有技术盘管具有更大换热面积，可有利于加快水蒸气冷凝；蒸发器壳管内设置的第三翅片式换热管束管，相比于现有技术盘管具有更大换热面积，可加快冷剂水汽化；吸收壳管内设置的第四翅片式换热管束管，相比于现有技术盘管具有更大换热面积，加速溶液冷却。

【附图说明】

图1是本实用新型的结构示意图。

【具体实施方式】

请参阅图1所示，一种利用螺杆空压机废热处理压缩空气的干燥装置，包括发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器以及相互连接的螺杆空压机11、油气分离器12，发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器分别具有发生器壳管5、冷凝器壳管6、蒸发器壳管7和吸收器壳管8，其改进点在于：还包括压缩空气干燥处理器和套管式热交换器2，压缩空气干燥处理器由压缩空气预冷器3和压缩空气干燥处理热交换器4组成，压缩空气预冷器3包括预冷器壳管和热交换管31，预冷器壳管分隔成主腔体30、第一副腔体30a、第二副腔体30b，主腔体30开有入口h1，间隔布置的热交换管31沿主腔体30长度方向延伸且各热交换管31的二端分别连通第一副腔体30a、第二副腔体30b，压缩空气干燥处理热交换器4包括热交换器壳管40、位于热交换器壳管40内的第五翅片式换热管束管41和错位、间隔地插置于第五翅片式换热管束管41上的挡气片42，所述主腔体30通过第一桥接口40a与热交换器壳管40连通，热交换器壳管40依次连通第二桥接口40b、第一副腔体30a、热交换管31和第二副腔体30b，第二副腔体30b经其出口h2外接用气设备，套管式热交换器2由外气管21、外油管22以及依次穿置于外气管21、外油管22内的热交换内水管23组成，油气分离器12的排气端121经外气管21连接所述主腔体30的入口h1，油气分离器12的排油端122通过外油管22连接螺杆空压机11的另一端，发生器壳管5内上下分设发生器喷淋头51、第一翅片式换热管束管50，冷凝器壳管6内设有第二翅片式换热管束管60，蒸发器壳管7内上下分设蒸发器喷淋头71、第三翅片式换热管束管70，吸收器壳管8内上下分设吸收器喷淋头81、第四翅片式换热管束管80，发生器壳管5的上部空间与冷凝器壳管6的上部空间相通，蒸发器壳管7的上部空间与吸收器壳管8的上部空间相通，发生器壳管5与吸收器壳管8之间布置有溶液管道i91、溶液管道ii92，溶液管道i91的二端与设于发生器壳管5底部的溶液杯a52以及与设于吸收器壳管8底部的溶液杯b82分别连接，溶液杯b82的底口通过一个溶液泵p1连通至吸收器喷淋头81，而溶液管道ii92的二端分别与溶液杯b82的底口、发生器喷淋头51相连接，且溶液管道ii92上设置另一个溶液泵p2，冷凝器壳管6的底部经由u形节流喷淋管73通至蒸发器壳管7上部，并且蒸发器壳管7底部设置的水杯72通过蒸发器循环水泵b3连通至蒸发器喷淋头71，第四翅片式换热管束管80与第二翅片式换热管束管60形成冷却水循环管路，热交换内水管23与第一翅片式换热管束管50形成废热水供热循环管路，第三翅片式换热管束管70与第五翅片式换热管束管41形成冷冻水循环管路。

本实用新型用到的溴化锂溶液(以下简称溶液)采用由制冷剂水和吸收剂溴化锂组成的二元工质对混合物。其中，水在低压条件下沸点低，而溴化锂极易吸收制冷制。

废热水供热循环管路上接有废热回收用的储水器t1、废热水循环泵b1。

水从储水器t1流出，一路流过热交换内水管23、废热水循环泵b1和第一翅片式换热管束管50后，回流至储水器t1，形成废热水供热循环管路，并且该循环在水流过整支热交换内水管23时依次吸收流动于外气管21内的高温压缩空气废热以及吸收流动于外油管22内的高温油废热，而载热水流入第一翅片式换热管束管50时，用于给喷淋在该管上的稀溶液进行加热。

发生器壳管5的上部空间与冷凝器壳管6的上部空间之间连接有水蒸气通道a5-6。

当稀溶液喷淋到第一翅片式换热管束管50上时，由于流动于该管内的热水给稀溶液加热，使稀溶液的水分蒸发为水蒸气，该水蒸气自发生器壳管5的上部空间流入冷凝器壳管6的上部空间内。

冷却水循环管路上接有冷却水塔t2、冷却水循环泵b2。

冷却水从冷却水塔t2流出，通过冷却水循环泵b2供送至第四翅片式换热管束管80，再流进第二翅片式换热管束管60后，回流至冷却水塔t2，从而形成冷却水循环管路。然而，流动于第二翅片式换热管束管60中的冷却水使冷凝器壳管6内的水蒸气冷凝成冷剂水，冷剂水流出冷凝器壳管6。

上述冷剂水流过u形节流喷淋管73，在该管二端形成的压差作用下，流入蒸发器壳管7内的冷剂水滴淋到第三翅片式换热管束管70上并下流汇集到位于蒸发器壳管7底部水杯72中，并且蒸发器循环水泵b3不断将水杯72内的冷剂水输送至蒸发器喷淋头71并喷淋到第三翅片式换热管束管70上，使冷剂水吸收流动于第三翅片式换热管束管70内冷冻水的热量。

冷冻水循环管路上接有冷冻水蓄水器t3、冷冻水循环泵b4。

冷冻水从冷冻水蓄水器t3流出，依次流过冷冻水循环泵、第三翅片式换热管束管70、第五翅片式换热管束管41后，回流至冷冻水蓄水器t3，形成冷冻水循环管路。

蒸发器壳管7的上部空间与吸收器壳管8的上部空间之间连接有水蒸气通道b7-8。

当冷剂水落到流动有冷冻水的第三翅片式换热管束管70上时，冷剂水因吸收冷冻水的热量而汽化为水蒸气，此水蒸气自蒸发壳管7的上部空间流入吸收器壳管8的上部空间内。

溶液管道i91、溶液管道ii92穿过一个密封壳体90设置，溶液管道i91、溶液管道ii92和密封壳体90三者构成溶液热交换器9。

溶液管道i91与溶液管道ii92内所流动的溶液浓度、温度不同，且溶液流动方向相反。详细地讲，受热于发生器壳管5的溶液因水分被蒸发而成为温度较高的浓溶液，该浓溶液自流至位于吸收器壳管8底部的溶液杯b82中，并且借助于一个溶液泵p1将该溶液杯b82中的浓溶液输送至吸收器喷淋头81后喷淋在第四翅片式换热管束管80上，喷淋过程中吸收了充盈于吸收器壳管8内的水蒸气，因而使得浓溶液被稀释成稀溶液并再次回流至溶液杯b82中，该稀溶液经另一个溶液泵p2流动于溶液管道ii92中并经发生器喷淋头51喷淋到第一翅片式换热管束管50上，如此循环进行。

其中，位于密封壳体90内的流动于管道i91的高温浓溶液与流动于管道ii92的低温稀溶液，是在该密封壳体90内进行热交换的。

冷凝器壳管6外接有抽真空器件61。

本实用新型用到的发生器壳管5、冷凝器壳管6、蒸发器壳管7和吸收器壳管8，通过抽真空器件61来确保所有壳管均处于真空状态。

在套管式热交换器2中经换热降温冷却后的含有水分的压缩空气经入口h1流至主腔体30内，并绕过热交换管31之间的间隙流入热交换器壳管40内，与此同时，流动于第三翅片式换热管束管70的冷冻水已完成了与冷剂水(位于蒸发器壳管7内)的热交换，该冷冻水被降温后流至第五翅片式换热管束管41，使得流动于第五翅片式换热管束管41外且位于热交换器壳管40内的含水分压缩空气进行间接冷却，当冷却达到一定的露点温度后压缩空气中所含水分被析出，获得干燥后的压缩空气由第二桥接口40b流出，并依次流过第一副腔体30a、热交换管31、第二副腔体30b，以给用气设备提供不含水分的压缩空气动力。

热交换器壳管40在其底壁设置有带排水器的贮水杯43。

本实用新型的工作过程是：螺杆空压机11一端流出的高温高压油气混合物经油气分离器12处理后，压缩空气经排气端121流进外气管21，而润滑油则经排油端122流进外油管22，与此同时，用于吸取废热的循环水则是流动于热交换内水管23中，水分别与高温压缩空气、高温润滑油互为反向流动地在套管式热交换器2进行逆向换热，热交换的结果是：水吸收高温压缩空气与高温润滑油的废热得到升温后在废热水循环泵b1的作用下流过第一翅片式换热管束管50，经降温后回流至储水器t1，其中，流动于第一翅片式换热管束管50的高温热水供喷淋在该管50表面的溶液不间断加热；与此同时，压缩空气与润滑油分别得到冷却，冷却后的压缩空气流入压缩空气预冷器3主腔体30内，而冷却后的润滑油从螺杆空压机11的另一端回流其内，满足螺杆空压机11低温润滑的需要。

上述溶液来自于储集在吸收器壳管8底部溶液杯b82中，在另一个溶液泵p2的加压作用下将该溶液经溶液管道ii92供送至发生器喷淋头51，由其不断喷淋到第一翅片式换热管束管50，溶液喷淋过程中与该管50内热水热交换，使溶液受热蒸发出的水蒸气经水蒸气通道5-6进入冷凝器壳管6内(然而变浓的溶液储集于溶液杯a52且经溶液管道i91回流至溶液杯b82)。

水蒸气进入冷凝器壳管6后与第二翅片式换热管束管60热交换，该管60内不断地流动着来源于冷却水塔t2的冷却水(在冷却水循环泵b2的增压作用下，流出冷却水塔t2的冷却水经第四翅片式换热管束管80流过第二翅片式换热管束管60后回流至冷却水塔t2)，水蒸气与第二翅片式换热管束管60内冷却水热交换后冷凝成为冷剂水，从冷凝器壳管6下流而出的冷剂水经由u形节流喷淋管73减压节流后低温滴淋在蒸发器壳管7内的第三翅片式换热管束管70上以吸取该管70内冷冻水的热量，另有蒸发器循环水泵b3将位于蒸发器壳管7底部水杯72所储集的冷剂水加压经蒸发器喷淋头71喷淋在第三翅片式换热管束管70上。然而第三翅片式换热管束管70内不间断流动着来源于冷冻水蓄水器t3的冷冻水，冷冻水还流动在第五翅片式换热管束管41内，冷冻水与流动于热交换器壳管40内的压缩空气热交换(从冷冻水蓄水器t3流出的冷冻水经冷冻水循环泵b4在增压作用下流过第三翅片式换热管束管70、第五翅片式换热管束管41，再回流至冷冻水蓄水器t3)。当喷淋在第三翅片式换热管束管70上的冷剂水自身吸收了该管70内的冷冻水热量后汽化成为冷剂蒸气，使冷剂蒸气经水蒸气通道7-8进入吸收器壳管8内。

由于吸收器壳管8经由一个溶液泵p1将溶液杯b82的溶液通过吸收器喷淋头81不间断喷淋着，冷剂蒸气与喷淋的浓溶液混合，使冷剂蒸气被浓溶溶吸收，浓溶液变成稀溶液时由于吸收冷剂蒸气会产生大量热量，受热的溶液喷淋并滴落在第四翅片式换热管束管80上，如前所述第四翅片式换热管束管80内流动着冷却水，循环冷却水吸收了第四翅片式换热管束管80外溶液热量后进入第二翅片式换热管束管60再次吸收由发生器壳管5进入冷凝器壳管6内的水蒸气热量，使水蒸气再次冷凝成冷剂水，如此不断地循环往复。

前述在套管式热交换器2冷却后的压缩空气是从外气管21的出气管口211经由入口h1流入压缩空气预冷器3的主腔体30内的，压缩空气的流动路径沿主腔体30流动后经第一桥接口40a流入压缩空气干燥处理热交换器4的热交换壳管40，再由第二桥接口40b流至第一副腔体30a，然后在热交换管31内流动，继而流至第二副腔体30b，最后经第二副腔体30b的出口h2输送干燥压缩空气给外接用气设置。其中，

由于冷冻水在第三翅片式换热管束管70内时，它是吸收了冷剂水冷量后的冷冻水，流出该管70的低温冷冻水进入到第五翅片式换热管束管41内，低温冷冻水在流动过程中伴随着与流动于热交换器壳管40内的压缩空气产生热交换，经挡气片42多次阻挡下压缩空气流动得到减缓，使压缩空气充分接触到第五翅片式换热管束管41的翅片，压缩空气热量被冷冻水带走，压缩空气迅速冷却，潮湿的压缩空气所含水分则达到饱和温度迅速冷凝，使压缩空气中的水分凝结形成水珠，从而实现了压缩空气的干燥处理。而大部分水气与所述翅片接触凝结成液态水，下流的液态水汇集至带排水器(未画出)的贮水杯43内，当贮水杯43未达到一定的水位时，充盈于热交换器壳管40中的压缩空气其压力将排水器关闭，就不会造成气流泄漏，在水位升到一定高度时，带排水器的贮水杯43在水浮力作用下便自动开启，液态水在气压作用下很快排出，排尽水后的排水器就失去水浮力作用，在自重力和气压下排水器自动关闭排水动作。

上述经干燥冷却处理后的压缩空气当其流动到热交换管31内时，与后续流入主腔体30内但未经处理的高温含水压缩空气在压缩空气预冷器3内进行热交换，热交换的结果是一方面回收了干燥冷态压缩空气所携带的冷量，并用这部分冷量冷却了携带大量水蒸气、较高温度的压缩空气，从而减轻了压缩空气干燥处理热交换器4的热负荷，达到节能目的；另一方面则是低温干燥压缩空气在压缩空气预冷器3内温度得到回升，使干燥压缩空气在给用气设备供气输送过程中，避免输气管路外壁不致因温度低于外界环境温度而出现管外壁结露所导致的生锈现象。