變壓吸附裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及變壓吸附裝置，并且具體但不限于涉及用于干燥壓縮空氣或用于生成氮氣的多柱變壓吸附系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]變壓吸附技術(shù)為公知的，用于例如壓縮空氣的干燥或氣體的生成。
[0003]吸附是一種工藝，其中，通過靜電力和分子力將特定分子(被吸附物)附著在高度多孔的固體(吸附劑)的表面。吸附劑具有特定的孔結(jié)構(gòu)，該孔結(jié)構(gòu)為較大孔或巨大孔、稍小孔或中孔、或已知為微孔的很小孔的組合。通常吸附劑被制成為顆粒或珠粒，其用于形成填充床，被吸附物通過該填充床，從而發(fā)生吸附處理。很多因素影響吸附速度，這些因素最終確定吸附等溫線，并進(jìn)而確定所需填充床的尺寸。
[0004]干燥劑吸附式干燥器用于壓縮空氣或其他氣體的干燥，其中需要壓力露點為-70°C、_40°C和-20 °C的高純度。根據(jù)IS08573.1，這些壓力露點分別設(shè)定為I級濕度等級、2級濕度等級和3級濕度等級。
[0005]無熱變壓吸附(PSA)除濕干燥器由于其簡易結(jié)構(gòu)及由此所致的低成本而最普遍。圖1中示出無熱雙塔干燥器(10)的圖例。其操作為，當(dāng)喂入空氣向上流經(jīng)干燥劑的填充床柱體A時，經(jīng)吸附將水分從喂入空氣(通常為7巴(barg))移除至顆粒干燥劑床(12)上。柱體B (之前用于干燥進(jìn)口空氣)處于大氣壓力，并且來自柱體A出口的干燥凈化空氣經(jīng)控制孔/閥喂入，擴(kuò)散至接近大氣壓，并以相反的流向經(jīng)柱體B向下流動。由于將吸收的水分移入壓力降低的干燥空氣，這影響了顆粒干燥劑床的再生。當(dāng)柱體A中的干燥劑變得水蒸氣飽和時(通常由簡單的計時控制器確定)，在喂入空氣被加壓之后，其轉(zhuǎn)向返回柱體B，并且循環(huán)繼續(xù)。
[0006]還已知來自壓縮空氣源中氮氣的生產(chǎn)。通過使用所選的一個或多個碳分子篩(CMS)并且利用上述的變壓吸附技術(shù)，能夠由用戶就地完成來自壓縮空氣的不同純度氮的供給。當(dāng)壓縮空氣經(jīng)過CMS的柱體時發(fā)生分子吸附，在此處氧氣被優(yōu)先吸收進(jìn)其多孔結(jié)構(gòu)，從而使出口氮氣氣流達(dá)到理想純度。
[0007]再次參照圖1描述的雙塔PSA氮氣產(chǎn)生器(10)，當(dāng)喂入空氣(通常在7-10barg)向上流經(jīng)CMS的填充床柱體A時，雙塔PSA氮氣產(chǎn)生器(10)操作為經(jīng)分子吸附將氧氣從喂入空氣中移除到顆粒CMS床(12)上。柱體B(之前使用過)被減壓，并且由于氣體在床內(nèi)擴(kuò)散，氧氣從CMS釋放。來自柱體A出口的廢棄的氧氣凈化氣體被喂入控制孔，擴(kuò)散至接近大氣壓，并以相反流向向下流經(jīng)柱體B，以將聚集氧氣的床清掃干凈。將操作循環(huán)設(shè)定為能夠獲得氮氣出口氣流的理想輸出純度。當(dāng)柱體A中的CMS變得氧氣飽和時(通常由簡單的計時控制器確定)，當(dāng)喂入空氣被加壓后，其轉(zhuǎn)向返回柱體B，并且循環(huán)繼續(xù)。
[0008]圖1中示意示出的現(xiàn)有技術(shù)描述了 PSA吸收器設(shè)計，其中，柱體由焊接鋼罐(14)制成。用于空氣/氣體管理的閥通常為經(jīng)螺紋接合或法蘭接合安裝在管道中專有的單獨閥。
[0009]盡管仍普遍使用這些設(shè)計，但利用擠出鋁的模塊化設(shè)計的一些其他設(shè)計也在市場中使用多年。模塊結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢要求包括生產(chǎn)上的靈活性、緊湊性、部件的共用性、以及維護(hù)的簡易性。這些設(shè)計已發(fā)展為使用特定制造的閥，以保持設(shè)計的緊湊性。這些閥具體設(shè)計為栓接至共用歧管的端部上，以管理空氣/氣體經(jīng)過系統(tǒng)的流動。這些閥設(shè)計為在一定的容量范圍內(nèi)共用，其中，這些容量隨著所用柱體數(shù)量而變化。
[0010]圖2示出閥的通常設(shè)計，其可以用于進(jìn)口空氣流和排出空氣流的管理。閥體(28)栓接至歧管(20)的端部和盤閥(30)上，盤閥(30)由氣動激勵器(柱塞32)操作，氣動激勵器將閥置于理想位置，以打開或關(guān)閉這些閥。氣動激勵器(32)操作為使用先導(dǎo)閥(未示出)，其由PLC或其他控制裝置控制。
[0011]這些設(shè)計非?？煽?，但它們?nèi)跃哂幸恍┤秉c，包括由于總設(shè)計需要多個零件而導(dǎo)致高成本。其還具有有限的服務(wù)壽命，并且閥盤需要定期維護(hù)，由于大部分組件需要更換而使維護(hù)成本高。此外，由于空氣/氣體曲折的路徑，發(fā)生大量壓力損失，并且該設(shè)計允許盲區(qū)，在盲區(qū)中會聚集凝結(jié)水。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012]本發(fā)明優(yōu)選實施例的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點。
[0013]根據(jù)本發(fā)明，提供用于氣體處理的變壓吸附裝置，該裝置包括:
[0014]至少一個裝置進(jìn)口，用于接收氣體流；
[0015]至少一個吸附柱體，其容納有至少一種吸附材料，該吸附材料用于吸收從其經(jīng)過的所述氣體的至少一種組分；
[0016]至少一個通道，其將至少一個所述裝置進(jìn)口與至少一個所述吸附柱體連接，使得所述氣體流能夠從所述進(jìn)口通過至所述柱體，所述通道具有位于其中的至少一個凹進(jìn)，并且所述凹進(jìn)具有至少一個凹進(jìn)進(jìn)口、至少一個凹進(jìn)出口和至少一個閥控制進(jìn)口 ；以及
[0017]至少一個閥，其位于所述凹進(jìn)進(jìn)口和所述凹進(jìn)出口之間，所述閥包括:
[0018]至少一個支撐件，其具有從其延伸穿過的至少一個縫；以及
[0019]至少一個管狀膜，其大致包圍所述支撐件，響應(yīng)于經(jīng)所述閥控制進(jìn)口施加至所述膜的流體壓力，所述膜能夠在第一位置與第二位置之間移動，在所述第一位置，所述膜不阻塞所述支撐件的所述縫，從而允許所述氣體從所述凹進(jìn)進(jìn)口流至所述凹進(jìn)出口，在所述第二位置，所述膜阻塞所述支撐件的所述縫，從而阻止所述氣體從所述凹進(jìn)進(jìn)口流至所述凹進(jìn)出口。
[0020]通過提供這樣的變壓吸附裝置，該變壓吸附裝置具有其中形成有凹進(jìn)、并且進(jìn)而由支撐件和管狀膜形成的閥插入其中的通道，可提供如下優(yōu)點。上述提出的類型閥的移動組件數(shù)量非常少并且生產(chǎn)起來較便宜。結(jié)果，閥的生產(chǎn)成本低，以及具體地，由于整體形成于通道中并且可連接平行柱體陣列的這種類型閥的維修明顯簡單，維護(hù)成本非常低。所有需要做的是保持板的移除以及形成在通道凹進(jìn)中的支撐件和管狀膜的更換。此外，由于閥就座于通道的凹進(jìn)中，該閥易于生產(chǎn)，從而在變壓吸附裝置的凈化循環(huán)期間對于在通道內(nèi)可能積聚的任意水流不構(gòu)成障礙。
[0021]在一個優(yōu)選實施例中，吸附材料包括用于從所述氣體中吸附水分的至少一種吸附劑。
[0022]在另一優(yōu)選實施例中，吸附材料包括用于從所述氣體中吸附氧氣的至少一種吸附劑。
[0023]在又一優(yōu)選實施例中，所述通道包括由擠出件形成的大致管狀件。
[0024]在一個優(yōu)選實施例中，所述凹進(jìn)被機(jī)加工在所述通道中。
[0025]在另一優(yōu)選實施例中，所述凹進(jìn)為大致環(huán)形。
[0026]通過提供機(jī)加工為擠出通道的環(huán)形凹進(jìn)，提供這樣的優(yōu)點，以成本效率非常高的方式提供一種非常高效的閥。具體而言，由于將凹進(jìn)機(jī)加工在擠出通道中，而通道這部分僅用于引導(dǎo)流體流動，所以擠出件的精度不是特別重要。然而，用作閥座的凹進(jìn)必須以相當(dāng)高的精度形成，以確保為閥提供良好密封。通過將凹進(jìn)機(jī)加工在擠出通道中，這些易于實現(xiàn)。
[0027]在一個優(yōu)選實施例中，所述支撐件包括彼此接合的一對截頭錐件，并且所述支撐件中的所述縫延伸經(jīng)過所述截頭錐件的彎曲表面。
[0028]在又一優(yōu)選實施例中，所述縫為槽的形式。
[0029]在另一優(yōu)選實施例中，所述膜具有的厚度大致等于所述凹進(jìn)相對于所述通道的深度。
[0030]通過將凹進(jìn)深度制造為等于膜厚度，提供這樣的優(yōu)點，其確保對于流體、具體為液體水運動的最簡單路徑，沿著通道、經(jīng)過閥并從出口排出。這進(jìn)而防止裝置內(nèi)積水，積水會導(dǎo)致操作問題。
【附圖說明】
[0031]下面參照附圖僅以示例而不構(gòu)成限制的方式描述本發(fā)明的優(yōu)選實施例，其中:
[0032]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的變壓吸附裝置的示意代表；
[0033]圖2是現(xiàn)有技術(shù)裝置的一部分的示意截面圖；
[0034]圖3是本發(fā)明第一實施例裝置的截面圖；
[0035]圖4是本發(fā)明第二實施例裝置的立體圖；
[0036]圖5是圖4中裝置的側(cè)視圖；
[0037]圖6是圖4中裝置的分解立體圖；
[0038]圖7是圖6中裝置的一部分的分解立體圖；
[0039]圖8是圖6中裝置的另一部分的分解立體圖；
[0040]圖9A至圖9F是用于圖5至圖8裝置中的閥的在打開和關(guān)閉位置的立體圖、立體截面圖及俯視截面圖；以及
[0041]圖1OA和圖1OB是圖6至圖8中裝置的一部分的截面圖。
【具體實施方式】
[0042]參照圖3至圖10，使用用于氣體處理的變壓吸附裝置100來移除氣體流中的水分、或生成氣體，例如在其他氣體處理技術(shù)中通過使用碳分子篩移除氧氣而生成氮氣。這些裝置包括一個機(jī)構(gòu)或主進(jìn)口 102，通常來自處于壓力下的泵的氣體流或氣流被接收進(jìn)入其中。裝置100還包括至少一對以及通常為多對的吸附柱體104。圖3至圖10中示出的實例是雙柱體PSA裝置。圖3中示意示出的裝置100具有兩對吸附柱體104，而圖4至圖6中示出的實例包括六對柱體。各吸附柱體104包括至少一種吸附材料，用于吸附從其中經(jīng)過的氣體流中的至少一種組分。這些吸附材料可以為顆粒材料或粒珠材料的形式，或者為系列吸附材料管的形式。其中，吸附材料的實例包括分子篩、活性氧化鋁、硅膠以及碳分子篩。
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