用于压缩气体的吸收装置的制作方法

本发明涉及一种用于压缩气体的吸收装置，例如用于压缩空气的吸收装置。

更具体而言，本发明涉及一种用于压缩气体的吸收装置，由此这种吸收装置包括容器，在所述容器中放入有例如干燥剂或“除湿剂”的吸收剂。所涉及的容器设置有用于供应待处理的压缩气体的入口和用于排放已处理的气体的出口。

背景技术：

通常以可再生吸收剂、或者换言之以在达到一定饱和度之后可以再生的吸收剂的形式实现所涉及的吸收剂。简言之，下文主要指的是干燥剂形式的吸收剂，但是本发明还扩展至其它吸收剂。例如，在干燥装置的情况中，因为以干燥剂形式构造的吸收剂从待干燥的气体中抽取水分，所以这种干燥剂确实将随着吸收水分而逐渐变得饱和。因此，通常在使用干燥剂干燥压缩气体一定时间之后，例如通过将所述干燥剂暴露在再生气体流中而再生这种干燥剂，所述再生气体流从干燥剂中抽取水分。这种再生气体流可以包括一部分的干燥气体和/或热气体，所述干燥气体和/或热气体的相对湿度例如低到足以能够实现干燥剂的再生。

在用于压缩空气的干燥装置的一些实施例中，使用两个或更多个干燥剂容器。在两个容器的情况下，干燥装置的这种原理还被称作双塔式干燥机。在这类干燥装置中，例如由压缩机产生的压缩气体可以通过上述容器中的第一容器，在压缩气体已经通过后冷却器和冷凝物分离器之后(所述冷凝物分离器可以形成或可以不形成后冷却器的一部分)，例如在所述第一容器处将由所涉及的第一容器中的干燥剂干燥压缩空气。这种容器因此用作干燥容器。

同时，再生气体流能够被引导通过上述第二容器，从而通过从第二容器的干燥剂中抽取水分而再生所述第二容器中的干燥剂。这能够通过利用已干燥的气体(例如从干燥容器向下游流出的气体)来实现和/或通过供应已加热的气体流(例如通过回收压缩期间在压缩机中产生的热量)来实现。在最后的情况中其被称作“压缩热”或HOC干燥机。当然还能够使用其它已知的再生原理。

当干燥容器中的干燥剂已经达到一定的饱和度之后，流经第一容器和第二容器的气体流可以对换，使得此时将由再生气体流再生第一容器中的干燥剂，而第二容器将扮演干燥容器的角色。以这种方式，两个或更多个容器将交替地作为干燥压力容器和再生压力容器操作，从而能够连续地实施干燥处理。例如在US 2003/023.941、US 4.783.432、US 6.375.722、EP 1.776.171和WO 2006/050.582中描述了这种具有多个容器的干燥装置的示例。

用在这种具有多个容器的吸收装置中的干燥剂通常由硅胶颗粒、活性氧化铝颗粒或分子筛材料颗粒或其组合构成。众所周知，通过热力脱氢作用或活化氢氧化铝Al(OH)₃而制造活性氧化铝，而分子筛由合成沸石(结晶硅酸铝)构成。

包括粒状形式的干燥剂的这类干燥装置的局限性在于必须限制通过容器的气体速度，以阻碍颗粒相对于彼此运动乃至流化。实际上，由于颗粒处于运动中，因此将在颗粒之间产生摩擦，这继而导致形成灰尘并且降低干燥能力。导致形成这种灰尘的其它原因例如为压力变化和/或热冲击。而且，双塔式干燥机中的压降相对较高并且除湿剂颗粒具有相对高的热质量。

已知用于压缩气体的替代性干燥装置，由此干燥剂放置在旋转鼓中，与此同时干燥区域和再生区域在容器中延展。在这种干燥装置的操作期间，干燥鼓将通过为此设置的驱动设施而旋转，使得这种干燥鼓中的干燥剂将交替地通过干燥区域和再生区域。待干燥的压缩气体将被引导通过干燥区域，而再生气体流被引导通过再生区域，从而同时在干燥区域中干燥压缩气体以及在再生区域中再生干燥剂。

在WO 00/033.943、WO 00/074.819、WO 01/078.872、WO 01/087.463、WO 02/038.251、WO 2007/079533、WO 2005/070.518、WO 2006/012.711、GB 1.226.348、GB 1.349.732、GB 1.426.292、US 3.490.201、US 5.385.603和US 8.349.054中描述了这种设置有旋转干燥鼓的干燥装置的示例。

用在干燥压缩气体的已知干燥装置中的干燥剂或除湿剂例如由硅胶、分子筛、活性氧化铝或其组合构成。众所周知，干燥剂能够被附添到诸如波纹状结构的玻璃纤维或陶瓷纤维的支撑件上，所述玻璃纤维或陶瓷纤维被卷起，例如以在容器中形成蜂窝状结构，如在US 5.683.532中所描述的。

在实践中证明了利用用于干燥压缩气体的已知干燥装置、在诸如干燥剂未充分干燥和干燥剂过饱和的特定条件下，干燥剂经历了复杂的分解过程，在一些情况中，分解过程最终可导致干燥装置发生故障，例如在硅胶作为转子中的干燥剂的情况下，原因在于硅胶的粘合功能降低，这导致了损失支撑玻璃纤维基体的结构强度，而且原因还在于因硅胶结构的水解和分解而导致硅胶的吸收功能降低。

因此，在高水分和高温度的严苛条件下硅胶转子的吸收行为和吸收能力将在转子的使用期间发生极大变化。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于压缩气体的吸收装置，所述吸收装置提供了解决方案以解决与使用吸收剂的传统已知吸收装置有关的劣势中的一种或多种。

为此，本发明涉及一种用于压缩气体的吸收装置，由此这种吸收装置设置有容器，所述容器具有用于供应待处理的压缩气体的入口和用于处理后的气体的出口，并且由此吸收元件被附添在上述容器中，从而该吸收元件沿着待处理的压缩气体的流动方向在上述入口和上述出口之间延伸，并且根据本发明，所述吸收装置包括整体式支撑结构，所述整体式支撑结构至少部分地设置有包括吸收剂的涂层。

根据本发明的吸收装置的优势在于不存在运动或流化的风险，这是因为没有使用疏松的吸收剂颗粒。由于防止了形成灰尘，因此能够通过吸收装置处理高流率的压缩气体。

而且，根据本发明的吸收装置使得能够竖直、倾斜乃至水平地放置容器，而这在使用例如粒状干燥剂的传统干燥装置中是不可能的，原因在于水平地使用这种已知的干燥装置会导致重新排列颗粒、以及形成内部泄漏路径、而且因此降低了干燥机性能。

根据本发明的优选特征，上述整体式支撑结构包括以下材料中的一种或多种：陶瓷材料、金属箔、纤维结构和聚合物。利用包含堇青石的陶瓷结构获得了尤为良好的结果。

优选地，上述吸收剂包含以下材料中的一种或多种：沸石、硅胶、活性氧化铝、活性碳、金属-有机物骨架、碳分子筛(CMS)、浸渍吸收剂和杂化(hybrid)吸收剂。特别地，亲水沸石支撑件是优选的。通过利用八面沸石或X型沸石获得了良好的结果，其中，硅胶/铝的比例介于2和3之间。

根据本发明的一个特定实施例，吸收装置包括多个吸收元件，所述多个吸收元件沿着气体的流动方向连续地布置在上述容器中。

本发明还涉及一种用于压缩气体的吸收装置的吸收元件，由此这种吸收元件包括整体式支撑结构，所述整体式支撑结构至少部分地设置有包含吸收剂的涂层。

另外，本发明还涉及一种筒，所述筒由吸收元件的堆叠构成，所述吸收元件的堆叠设置有整体式支撑结构，所述整体式支撑结构至少部分地设置有包含吸收剂的涂层。

附图说明

为了更好地示出本发明的特征，参照附图、通过示例非任何限制性地在下文中描述了根据本发明的吸收装置的一些优选实施例，其中：

图1示意性地示出了根据本发明的吸收装置；

图2示出了根据本发明的吸收元件的筒；

图3以放大比例示出了图2中的由F3指代的部分；

图4示出了根据图1的吸收装置的变形方案；

图5示出了图3的变形方案，容器中的吸收元件的堆叠处于安装状态中；和

图6示出了在容器中处于安装状态的吸收元件的堆叠的顶部边缘的细节。

具体实施方式

图1示意性地示出了根据本发明的吸收装置1的可行实施例，所述吸收装置在这个示例中形成干燥装置并且包括两个容器2A和2B，所述两个容器各个分别设置有入口3A和3B以及出口4A和4B，所述入口用于供应待处理(在这个示例中为待干燥)的压缩气体，所述出口用于排放处理后(在这个示例中为干燥后)的压缩气体。

相应的出口4A和4B经由出口管5A和5B而连接到压缩机6(在这个示例中为空气压缩机)的压力管5。出口管5A和5B中每个均可以通过为此设置的相应出口阀7A和7B而关闭。

分别在相应地位于一侧上的出口阀7A和7B和出口4A和4B之间，在每根出口管5A和5B上设置了分别连接到排放管8A和8B的连接件，所述排放管可以分别通过排放阀9A和9B而闭合，并且在这个示例中排放管连接到通用出口10，但这是非必须的。

通过连接管11将上述入口3A和3B连接在一起，在所述连接管中第一组的两个关闭阀12A和12B串联布置。所涉及的关闭阀12A和12B并接有旁路管13，在所述旁路管中串联布置第二组的两个关闭阀14A和14B。

连接管11和旁路管13通过冷却管15连接在一起，换热器16和冷凝物分离器17附添在所述冷却管中。冷却管15的一端连接到介于第一组的两个关闭阀12A和12B之间的连接管11，而冷却管15的另一端部连接到介于第二组的两个关闭阀14A和14B之间的旁路管13。

在这个示例中，出口阀7A和7B、排放阀9A和9B以及关闭阀12A、12B、14A、14B中的每一个均以可控关闭阀的形式构造，所述可控关闭阀或经由为此目的设置的控制电缆或无线地连接到控制单元18，为清晰起见在附图中没有示出控制电缆。

根据本发明，在这个示例中呈干燥元件形式的吸收元件19A和19B分别附添在上述容器2A和2B中的每个中，更加具体地在待干燥气体的流动路径中(或换言之根据待处理的压缩气体的流动方向)介于相应地位于一侧上的上述入口3A和3B和相应地位于另一侧上的上述出口4A和4B之间。

就第一容器2A而言，吸收元件19A的入口侧20A与上述入口3A相对地延伸，而吸收元件19A的出口侧21A与出口4A相对地延伸。

类似地，第二容器2B中的吸收元件19B具有分别与入口3B和出口4B相对地延伸的入口侧20B和出口侧21B。

根据本发明，吸收元件19A和19B包括整体式支撑结构，所述整体式支撑结构优选但非必须地由陶瓷结构构成，所述陶瓷结构包含由康宁公司(Corning)生产的的堇青石。作为替代，根据本发明，其它材料也可以用于制造所涉及的整体式支撑结构，诸如：

-其它陶瓷材料，例如，莫来石，γ-或α-氧化铝或碳化硅(SiC)；

-金属箔；或者

-纤维结构，例如，基于玻璃纤维、陶瓷纤维或其它纤维或不同类型纤维的混合物；或者

-聚合物。

毋庸置疑，上述列举是非唯一的，而且不排除使用其它材料。

根据本发明，不排除的是整体式支撑结构由上述和/或其它材料中的两种或更多种的组合制成。

整体性支撑结构的材料优选介于200CPSI和1200CPSI之间(每平方英寸中的孔腔数)，并且更加优选地介于350CPSI和450CPSI之间。

整体式支撑结构的壁厚优选介于2mil(密耳)和11mil之间，更优选地介于3mil和9mil之间，乃至更优选地介于5mil和7.5mil之间。在最为优选的实施例中，壁厚介于6mil和7mil之间，优选地大约为6.5mil。

整体性支撑结构的壁的孔隙率优选大于5％，并且更加优选地大于10％，乃至更优选地大于20％。

所形成的孔腔优选呈方形，但是也可以具有其它形状，诸如三角形、正弦曲线形、圆形、六边形以及类似形状。

根据本发明，上述整体式支撑结构至少部分地设置有包含吸收剂的涂层。

根据本发明，所涉及的吸收剂可以包含一种或多种以下材料和/或其它材料：

-沸石，优选为亲水沸石，但是疏水沸石也是可行的，这种沸石可以是X型八面沸石，例如，Tosoh的Zeolum F9、或X型和A型沸石的混合物；

-硅胶；

-活性氧化铝；

-活性碳；

-金属-有机物骨架；

-碳分子筛(CMS)；

-浸渍吸收剂；和

-杂化吸收剂。

上述列举是非唯一的，根据本发明其它材料也是可行的。

根据待处理的气体必须经受的处理类型来选择吸收剂，诸如，当将吸收装置用作氮气发生器时干燥或移除例如氧气或二氧化碳的其它分子，由此待处理的压缩气体是压缩空气。

吸收剂的粒径分布优选是D₅₀小于10μm，并且更优选地小于4μm。

除了上述吸收剂之外，上述涂层优选还包含粘合剂材料，优选为无机粘合剂材料，诸如：

-胶态氧化硅，例如，格雷斯公司(Grace Davison)的Ludox-AS40；

-氧化铝；和/或

-黏土。

而且，如果需要的话，则可以使用有机粘合剂材料，诸如：

-甲基纤维素；

-聚合物，诸如，丙烯酸树脂、乙烯基树脂和类似材料；和/或

-来自纤维素组的材料。

在图1的示例中，每个容器2A和2B分别包括单个吸收元件19A和19B，但是本发明并不局限于此，诸如根据本发明的吸收装置1的变形方案，如图2所示，两个或更多个吸收元件19A或19B也可以沿着气体的流动方向连续地放置在容器2A和/或2B中。

图2示出了相互堆叠的多个吸收元件19A的示例，在这个示例中，所述多个吸收元件是盘状的并且所有的吸收元件均具有平坦的顶部和底部表面。

在每种情况中，密封件22均优选地设置在相互堆叠的两个吸收元件19A之间并且位于这些吸收元件19A的外周边缘上，在这种情况下环状的密封件在堆叠的吸收元件19A与向内定向的至少一个径向唇沿(并且在这个示例中为两个向内定向的V状径向唇沿23)的接触面之间延伸。

优选地，收缩套24附添在整个吸收元件堆叠的外周壁上，所述收缩套优选由不很透气的弹性材料(例如，聚烯烃)制成。所涉及的收缩套24还可以仅仅附添在吸收元件堆的一部分高度上。

一组堆叠的吸收元件19A由此形成筒，根据本发明的一个特定方面能够互换或更换所述筒。

根据本发明的吸收装置1的操作非常简单并且如下。

在第一实例中，在这个示例中，第一容器2A将履行干燥容器的职责，而将在第二容器2B中再生吸收元件19B(由此吸收元件在此为干燥元件)。

压缩机6吸入气体(例如，周围空气)并且压缩该气体。压缩的热气体随后经由压力管5、打开的出口阀7B通过出口管5B被携载至第二容器2B的出口4B。

压缩的热气体将具有足够低的相对湿度，以便从呈干燥剂的吸收元件19B中抽取水分，并且因此将再生这种吸收元件19B。换言之，在第二容器2B中干燥除湿剂。

然后经由打开的关闭阀14B将潮湿的热气体驱动至冷却管15，在所述冷却管处，所述潮湿的热气体被相继引导通过换热器16和冷凝物分离器17，然后经由打开的关闭阀12A和连接管11被携载到第一容器2A的入口3A。

100％饱和的冷压缩气体将经由入口3A进入第一容器2A并且被引导通过吸收元件19A。

存在于支撑结构上的吸收剂将在压缩气体流动通过吸收元件19A期间从气体中抽取水分。在这个示例中，吸收剂因此将履行干燥剂或除湿材料的职责。

在吸收元件19A的出口侧21A处离开吸收元件的气体将比经由入口3A进入容器2A的气体更干燥。

干燥的压缩气体然后经由出口4A流动通过出口管5A和打开的排放阀9A而流动至排放管8A以及连接到所述排放管的出口10，所述出口可以连接到干燥压缩气体的消费者。

在特定的周期时间之后，可以对换两个容器2A和2B的操作，并且第二容器2B可以承担干燥容器的职责，与此同时可以再生第一容器2A中的干燥剂。

考虑到根据本发明的吸收装置1不使用粒状除湿剂的事实，容器2A和2B可以放置在任何位置中，例如竖直、水平或任何其它位置。

由于吸收剂被附接到支撑结构，因而不存在诸如粒状除湿剂会发生的流化的风险，并且因此即使以高的气体速度通过吸收元件也不会形成灰尘。

当使用大量相互叠置的吸收元件19A时，如图2所示，气体将相继流动通过接续的吸收元件，或作为待干燥的气体或作为再生气体。

位于接续的吸收元件19A之间的上述密封件22防止在一侧处的吸收元件19A堆叠的侧壁和另一侧处的容器2A的内壁之间能够发生泄漏。对于其它部件而言，同样的原理也适用于第二容器2B中使用的多个吸收元件19B堆叠，第二容器中使用多个吸收元件当然也是可行的并且可以设置所述密封件22。

图4示出了根据本发明的吸收装置1的另一实施例，由此在这个示例中，仅仅设置了一个容器25，在所述容器中吸收元件19可旋转地附添。吸收元件19附接到诸如电动机26形式的驱动设施。

如在已知的旋转鼓干燥机的情况中，再生区域和吸收区域(在这个示例中为干燥区域)在容器中延伸。在这个示例中源自压缩机6的压力管5连接到再生区域的入口，正如已知的HOC干燥机的情况。再生区域的出口以已知的方式经由连接管27连接到吸收区域的入口。换热器16和冷凝物分离器17设置在涉及的连接管27中。

最后，再生区域的出口经由排放管8连接到出口10。

根据图4的吸收装置的操作与具有旋转鼓的已知HOC干燥机的操作类似，在所述旋转鼓中设置了干燥剂。然而，考虑到吸收元件19的结构，根据本发明的这种改进的吸收装置不易因强度减小而发生故障。总而言之，本发明的吸收装置中的吸收元件的整体式支撑结构即使在高湿度和高温度的严苛条件下也不损失结构强度。

在附图中示出的根据本发明的吸收装置1的实施例都为全流动HOC干燥机，然而本发明并不局限于此，因为根据本发明的吸收装置1不必根据全流动原理操作。同样，根据本发明不需要采用压缩热来再生吸收剂，而是可以使用来自处理自身或其它的任何再生气体，并且所述再生气体是压缩气体或其它气体。

图5示出了权利要求3的细节的变形方案，由此在这个示例中，吸收元件19A堆叠附添在容器2A中并且可以看见这个容器2A的壁的一部分。

在这个示例中，密封件22包括环形件28，环形件例如但不必是由氧化铝、其它金属或聚合物制成的，由此这种环形件28的内径略微大于吸收元件19A的外径，所述吸收元件在这个示例中是盘状的。

环形件28在相互叠置的吸收元件19A的端部的外周边缘上延伸。在环形件的内周上所涉及的环形件28设置有向内定向的径向边缘29，吸收元件的所涉及的端部附添在所述径向边缘上。

为了获得良好的密封并且防止产生泄漏路径，密封层30和31分别附添在所涉及的径向边缘29的每侧的整个外周上，所述密封层例如呈大量粘合剂或其它密封元件的形式。

在这个示例中，环形件28在其外周上设置有相互轴向间隔开的两个几乎平行的肋状件32，在所述肋状件之间附添有密封件33，所述密封件在这个示例中呈O形环的形式。根据本发明，设置肋状件32不是严格必需的。例如，可以设置仅仅一个肋状件，密封件搁置在所述肋状件上，或者所述仅仅一个肋状件可以固定不动地安装在密封件的环形件28上或者形成其一体化部分。

当安装由相互堆叠的吸收元件构成的筒时，如图5所示，密封件33将被压抵在容器2A的内壁上。以这种方式，这种构造不仅确保防止吸收元件19A彼此之间发生泄漏，而且还确保防止筒和容器壁之间发生泄漏。

此外，显而易见的是，所涉及的实施例并不局限于应用在容器2A中，而且其还可以应用在图1的容器2B中和/或图4的容器25中或者根据本发明的任何其它类型的吸收装置1中。

图6示出了在容器2A内处于安装状态中的吸收元件19A堆叠的顶部部分的顶部边缘的细节。附图右侧示出了容器2A的壁。吸收元件堆叠的底部边缘可以具有相同的构造，或者在容器中仅仅使用一个吸收元件时，这种单个吸收元件的顶侧和/或底侧具有相同的构造。

V状密封件34被推压在吸收元件19A的自由外周边缘(即，被推压在未朝向另一吸收元件19A定向的外周边缘)上，从而使得密封件的第一臂35被压抵在吸收元件19A的轴向顶部表面36上，而该密封件34的第二臂37被压抵在吸收元件19A的径向外侧壁38上。

在这个示例中，V状密封件34在顶部上(或者换言之在两条臂35和38连接在一起的侧部上)具有叶状凸起部39。

根据本发明的优选特征，设置了按压设施，所述按压设施将密封件34的一部分径向地按压在容器2A的内侧壁上。在这个示例中，所涉及的按压设施包括锥形环40，所述锥形环通过弹簧41而被按压在密封件34的叶状凸起部39上。为此，例如，锥形环40的锥形表面朝向所涉及的密封件34定向，并且通过锥形环的另一端部而将弹簧按压在容器2A的覆盖件上。毋庸置疑，密封件34的被按压在容器2A的内侧壁上的部分不必须是叶状的，并且所述部分可以以多种不同的方式构造。

锥形环40的最大外径优选但非必须地几乎与容器2A的内径一样大。

作为替代，在通过图6中的示例所示的构造中，由吸收元件19A堆叠构成的筒的顶部和底部处的密封件可以以不同的方式获得，例如通过利用与图5中示出的原理类似的胶合环和O形环。

尽管在上述描述中主要描述了呈用于吸收水分的干燥装置形式的吸收装置，但是本发明还涉及其它类型的吸收装置，诸如氮气发生器等，所述氮气发生器的吸收元件能够吸收特定的气体分子，诸如氧气、二氧化碳和/或类似物。通过例如从压缩气体移除这种气体分子，众所周知可以产生氮气。

本发明绝不局限于作为示例描述并且在附图中示出的实施例，而是根据本发明的用于压缩气体的吸收装置可以以多种形式和尺寸实现却不背离本发明的范围。