一种冷热分区的空压机

技术领域

本发明涉及空压机领域，具体涉及一种冷热分区的空压机。

背景技术

空气压缩机，简称空压机，是用于对空气进行压缩的设备。

目前市面上的空气压缩机主要包括空气压缩机本体、储气罐和冷冻式干燥机，且空气压缩机本体、储气罐和冷冻式干燥机是分开独立设计的，如此必然存在成本高、安装复杂和能耗大的缺点。

此外，现有主流空气压缩机本体中的空气过滤器、空气压缩主机、油气分离器和风冷式冷却器是随意安装在空气压缩机本体中的机箱的内部的，其中空气压缩主机工作产生大量的热并向外辐射，作为空压机中一稳定的高温热源，所形成的热场覆盖了其他工作部件。该热场使得空气过滤器、空气压缩主机、油气分离器，尤其是风冷式冷却器无法处于较佳的工作温度下，从而会影响空气压缩机对空气的压缩效率。

为此，目前市场上也出现了冷热分区的空间布局设计，例如CN216767706U所公开的一体式空气压缩机，采用冷区和热区设计保证位于热区的空气压缩主机和油气分离器能够在较佳的工作温度下工作；而位于冷区的空气过滤器、风冷式冷却器、冷冻式干燥机、第一储气罐和第二储气罐能够尽可能地在处于低于常温的工作环境下工作，保证空气压缩机尽快达到热平衡状态，使空气压缩机工作更合理，效率更高。

冷热区分区设置后虽然隔绝了机体内气体对流通道，但空压机整体的效率仍不达预期，经分析，主要原因在于油气分离不彻底，以上述一体式空气压缩机为例，油气分离器主要依靠油气分离器、风冷式冷却器、冷冻式干燥机和两个储气罐的共同作用实现，油气分离器第一次道分离作用后，经风冷式冷却器对裹挟油珠的气流体降温，油珠与气流体进一步分离，而后在第一储气罐内分离，油液沉积在罐底，而气流则向上旋出后进入冷冻式干燥机，冷冻式干燥机在低温下最大效率的分离油气，此后裹挟油珠的气流体进入第二储气罐内分离，油液沉积在罐底，气流则向上旋出后向外输出。

经检测，所输出的压缩气体中依旧含有部分油珠，即油气分离并不彻底，经分析主要原因在于冷冻式干燥机无法在更低的温度下工作，目前冷冻式干燥机工作温度在5-10℃之间，无法进一步降低，一方面原因在于冷冻式干燥机进一步地降低工作温度的功耗太大，不经济；另一方面原因在于在更低的温度下，虽然油气分离更彻底，但同时气流体中的水分将结晶在流道中，造成管路的堵塞和冻裂；再一方面，输出的压缩气体温度不宜过低，当前直接由冷冻式干燥机处理后输出的气体温度已然较低，无法进一步被降温。

因此，目前对于彻底实现输出气体无水汽的方式均不以进一步降低冷冻式干燥机分离温度为角度进行改进，而是在管路中增加可以吸附水珠的过滤罐进行过滤，而在十几种，单过滤罐无法一次性达到过滤目标，往往需要在管路上设置多个过滤器才能达到，但经检测，过滤罐的过滤效果并不是叠加的，边际过滤效果实际为递减的，即为彻底实现最后的气水分离，所需要的过滤罐的成本是高昂的，十分不经济。

考虑到实际工况中存在极低气温的环境，例如我国北方的冬季，此时CN216767706U所公开的一体式空气压缩机的热区因空气压缩主机的存在，其启动后作为热源可稳定热区的工作环境温度，然而冷区因与热区隔离，其工作温度与环境温度接近，导致各部件无法在最佳状态下工作，更危险的，所分离出的水快速结晶而涨裂部件和管道。

本发明则从系统性原理上改变空压机的气水分离原理，主要通过降低冷冻式干燥机的分离温度以经济地方式实现彻底的气水分离，且输出的气体温度适宜；同时对冷热分区进行可控制的实现气流对流，将热区的能量引入冷区，提升冷区的环境温度。

发明内容

根据背景技术提出的问题，本发明提供一种冷热分区的空压机来解决，接下来对本发明做进一步地阐述。

一种冷热分区的空压机，包括柜体，柜体内通过隔热板分割有冷区和热区；热区内设置有空气压缩主机、油气分离器，空气压缩主机的进气口与空气过滤器的出气口连接，空气压缩主机的出气口与油气分离器的进气口连接；

冷区内隔离出一直接连通柜体外的对流区，对流区内置有风冷式冷却器；冷区内设置有风冷式冷却器、热交换器、第一储气罐、冷冻式干燥机、第二储气罐；油气分离器的出气口与风冷式冷却器的进气口连接，风冷式冷却器的出气口与热交换器的热流体进气口连接，热交换器的热流体出气口与第一储气罐的进气口连接，第一储气罐的出气口与冷冻式干燥机的进气口连接，冷冻式干燥机的出气口与第二储气罐的进气口连接，第二储气罐的出气口连接至热交换器冷流体进气口，热交换器的冷流体出气口作为压缩气体输出口；

所述冷冻式干燥机内的冷却温度接近0℃；

所述冷区与热区间的隔热板上设置有一过气窗，过气窗处设置有枢接在隔热板上的封板，该封板可完全覆盖过气窗。

作为优选的，第一储气罐与冷冻式干燥机之间的管路上设置有第一过滤器，第二储气罐的出气口管路上设置有第二过滤器。经过在前的降温环节处理后，储气罐出口处的温度低，过滤效果显著，且仅需设置单一过滤器即可。

作为优选的，冷区内设置有空气过滤器，热区的空气压缩主机的进气口与空气过滤器的出气口连接。空气过滤器吸取环境空气并对所吸取的气体进行过滤，滤除颗粒杂质。

作为优选的，所述热交换器连接至风冷式冷却器的热流体进气口位于连接至第二储气罐的冷流体进气口的上方。旨在使得热交换器内的冷热流体换热效果达到最佳状态。

作为优选的，风冷式冷却器与热交换器之间设置有一贮水罐。该贮水罐旨在贮存经风冷式冷却器初次冷却液化形成的液态水流，避免水流进入热交换器，使得热交换器中两股气流体热交换的换热效率不受附着在管壁的液态水的隔断影响。

作为优选的，所述贮水罐通过管路连接至第一储气罐，管路上设置控制阀。当贮水罐内贮存的水量达到一定量后，开启控制阀使贮存水在重力下流至第一储气罐内。

作为优选的，冷区内置有一固的电动推杆，所述封板上朝向冷区的一侧设置有滑槽，滑槽内设置有一滑座，电动推杆的输出枢接此滑座上。在空压机启动初期阶段过程中，若冷区温度过低，电动推杆动作，推杆推动封板转动，露出过气窗，此时热区中的气流将从过气窗进入冷区，提升冷区的温度。

作为优选的，靠近冷冻式干燥机设置有温度传感器，该温度传感器与电动推杆电连接，所述过气窗距离冷冻式干燥机一段距离。温度传感器所感知温度的为冷冻式干燥机处的环境温度，且用于触发电动推杆动作。

作为优选的，热区一侧的底部设置有进风口，热区顶部设置有出风口，进风口处设置风扇。风扇启动后将柜体外的气体抽至热区，并从出风口流出，实现对空气压缩主机和油气分离器的单独冷却。

作为优选的，所述空气压缩主机采用永磁变频主机。

作为优选的，热区的出风口设置在封板的翻折覆盖区域内。当冷区启动温度过低使，温度传感器触发电动推动动作推动封板转动并覆盖在出风口上，阻断热区气流透过出风口直接向柜体外逸散途径，热区气体仅能通过过气窗进入冷区，达到了在短时间内快速利用热区热量升高冷区温度的目的。

有益效果：与现有技术相比，本发明在柜体中分隔形成有热隔离的冷却和热区，对热区所形成的气体，依次经过风冷式冷却器、热交换器、冷冻式干燥机共三次降温操作，同时在两储气罐的顶部出气口处的冷节点设置过滤器，通过过滤器和储气罐的除水作用可以实现彻底的除水目的；冷冻式干燥机可在接近℃的低温下工作，且装置的气体流速快，抑制晶体的形成和堵塞，所生产压缩气体的效率高，且输出气体的温度适宜。可以看出，本装置在系统上构成了一协同增效的技术整体，在能耗和效率上具有显著的进步效果。

为提升热交换器的换热效率，在热交换器前设置一贮水罐，贮存经风冷式冷却器所液化的液态水，热交换器内无水层阻隔两股气流体的热交换，且所贮存的水体也可通过管路一同贮存在第一储气罐内。

当工况环境温度极低时，本发明通过所设置的自动自动启闭组件自动开启热区和冷区的过气通道，开启的同时阻断热区向柜体外的散热通道，使得热区的热量仅能随气体在气压和热压的作用下进入冷区，快速提升冷区的环境温度，保证冷区适宜的工作温度。

附图说明

图1：本发明所述的空压机结构示意图；

图2：空压机内部结构示意图

图3：热区内部结构示意图；

图4：冷区内部结构示意图；

图5：图2空压机的内部经过侧视图；

图6：热区冷区通过自动启闭组件实现开启的效果图；

图中：柜体1、冷区2、热区3、对流区4、空气过滤器5、空气压缩主机6、油气分离器7、风冷式冷却器8、热交换器9、冷冻式干燥机10、贮水罐11、第一储气罐12、第一过滤器13、第二储气罐14、第二过滤器15、封板16、推杆17、滑座18、出风口19、过气窗20。

具体实施方式

接下来结合附图1-6对本发明的一个具体实施例来做详细地阐述。

参考附图1-2，一种冷热分区的空压机，包括作为主体的柜体1，该柜体内通过隔热板分隔有可控制连通与否的冷区2和热区3，其中，冷区内还隔离出一直接连通柜体外的对流区4。

参考附图3，冷区内置有一空气过滤器5，热区内设置有空气压缩主机6、油气分离器7，空气压缩主机6的进气口与空气过滤器5的出气口连接，空气压缩主机6的出气口与油气分离器7的进气口连接，所述空气过滤器5吸取环境空气并对所吸取的气体进行过滤，滤除颗粒杂质，被空气过滤器过滤后的气流进入空气压缩主机6，经压缩处理后所形成的油气混合气流体进入油气分离器7，油气分离器进行油气分离操作。热区内的工作温度可维持在80℃左右的高温，所形成的混合气流体温度也接近这一环境温度。

参考附图4，对流区4内置有风冷式冷却器8，冷区内设置有热交换器9、第一储气罐12、冷冻式干燥机10、第一过滤器13、第二储气罐14。油气分离器7的出气口通过管路穿过隔热板与风冷式冷却器8的进气口连接，所述风冷式冷却器8挂置于柜体对流区顶部，处于流体的流通区域，此区域内的流体贯穿流过柜体，对风冷式冷却器内的流动的混合气流体进行初步降温。

风冷式冷却器8的出气口连接至热交换器9的热流体进气口，而热交换器9的冷流体进气口则连接至冷冻式干燥机10，分别来自风冷式冷却器的热流体与来自冷冻式干燥机后待输出的冷流体两股流体在热交换器内进行热交换。热交换的积极效果在于：一方面对油气混合的热流体进行第二次降温处理，可将热流体温度降低至40℃，利于后续除水操作；另一方面在于提高输出气体的温度，气体具有更佳的动力性能。

本实施例中，所述风冷式冷却器8对来自油气分离器7的气流体进行初步降温操作，流经风冷式冷却器的气流体中水含量最高，在经风冷式冷却器的降温后将液化形成水珠，尤其是在极低的工况环境下，对流区内的管路中形成有附着在管壁上的水珠，水珠在气流的作用下沿管壁行进并逐渐汇聚。本实施例在风冷式冷却器8与热交换器9之间设置有一贮水罐11，该贮水罐旨在贮存经风冷式冷却器初次冷却液化形成的液态水流，避免水流进入热交换器，使得热交换器中两股气流体热交换的换热效率不受附着在管壁的液态水的隔断影响。

热交换器9的热流体出气口与第一储气罐12的进气口连接，气流体进入第一储气罐后，气流体在内壁的导向下形成旋流，该旋流贴近内壁并旋转向下，流体中经此前两到降温环节处理后所形成的液态水冲击并粘附在内壁上并汇聚下流至罐底，而气旋流则反向旋转向上，从顶部的出气口流出，即第一储气罐类似旋风分离器，实现了对油液的再一侧分离，且同时贮存所分离的液态水。

所述贮水罐11通过管路连接至第一储气罐12，管路上设置控制阀，当贮水罐内贮存的水量达到一定量后，开启控制阀使贮存水在重力下流至第一储气罐内，而后关闭控制阀将贮水罐与第一储气罐隔离开。

第一储气罐12的出气口与冷冻式干燥机10的进气口连接，本实施例中，第一储气罐12与冷冻式干燥机10之间的管路上设置有第一过滤器13，用于过滤经第一储气罐后所残留的水珠。需要说明的是，基于此前两到降温环节处理后，气流体温度降至40℃左右，根据常识，气水分离中，低温环境的过滤效果远高于高温环境下，故而在此温度下，第一过滤器13的过滤效果显著提升，且仅需设置单一过滤器即可。

所述冷冻式干燥机10用于形成低温环境，作为油气分离的核心部件，形成低温促使水珠成形。特别需要说明的是，本实施例中，冷冻式干燥机10的冷却温度接近0℃，一般控制在0-3℃，此温度下液态水珠形成速率快，且气体中所含水汽的结晶程度不明显，达到良好的分离平衡。本发明下的空压机，基于冷热分区以及多重冷却、过滤的作用，其效率也高于现有空压机，直接体现在输出气体的速率上，即本发明中的气流体流速快，因此，即使冷冻式干燥机在接近0℃的环境下晶体也不易形成，且即使形成了结晶体也将随气流体流动，无法堵塞气流道。

冷冻式干燥机10的出气口与第二储气罐14的进气口连接，第二储气罐14与第一储气罐12的结构一致，气水分离的原理也相同，本实施例不再赘述，需要说明的是，第二储气罐14中气流体的温度接近0℃，远低于第一储气罐12，压缩空气从冷冻式干燥机的出口出来后马上进入第二储气罐的进口，保证冷冻式干燥机分离出来的液态水能够进入第二储气罐进行更为彻底的气液分离，从而得到更干燥的压缩空气，除水效果更好。

与第一储气罐12上类似的，第二储气罐14的出气口管路上设置有第二过滤器15，用于过滤经冷冻式干燥机和第二储气罐后所残留的水珠。需要说明的是，相比于第一过滤器，第二过滤器再历经冷冻式干燥机的大幅度降温作用，气水分离过滤效果达到最佳，同样仅需设置单一数量单过滤器即可。

第二储气罐14顶部的出气口通过管路连接至热交换器9的冷流体进气口，经冷冻式干燥机10大幅度降温后的气流体在热交换器9内被加热升温，既实现更好的气体输出性能，又对热流体实现再一次的降温操作的双重有益效果。

所述热交换器9连接至风冷式冷却器8的热流体进气口位于连接至第二储气罐14的冷流体进气口的上方，旨在使得热交换器内的冷热流体换热效果达到最佳状态。

如背景技术所阐述的，在极低温度的工况环境下，在空压机的启动初始阶段中，热区随着热量的释放，热区内的部件工作状态稳定，但冷区内的部件，尤其是冷冻式干燥机10的无法正常工作。基于此，本发明在冷区和热区之间设置有气体流通通道，该通道通过自动启闭组件控制导通状态。

参考附图5-6，冷区和热区的隔热板上设置有一过气窗20，过气窗处枢接有一封板16，所述封板的面积大于过气窗的面积，旨在能完全覆盖过气窗；冷区还内置有一固定在柜体上的电动推杆17，该电动推杆产生直线输出，所述封板上朝向冷区的一侧设置有滑槽，滑槽内设置有一滑座18，电动推杆的输出推杆端部枢接在此滑座18上。在空压机启动初期阶段过程中，若冷区温度过低，电动推杆动作，推杆推动封板转动，露出过气窗，此时热区中的气流将从过气窗进入冷区，提升冷区的温度。

所述电动推杆17的启动由设置在冷区内的温度传感器触发，该温度传感器的设置位置靠近冷冻式干燥机10，所述过气窗设置在隔热板的高处位置，距离冷冻式干燥机10一段距离，旨在使温度传感器所感知的为冷冻式干燥机处的环境温度。

所述空气压缩主机6采用永磁变频主机，节能性能卓越，尤其在低速时仍能保持很高的电机效率，但在变频过程中，若过于低频，空气压缩主机将严重发热，本实施例中设置独立于散热器的风扇，将柜体外的气体引入热区内，对空气压缩主机进行强制散热。具体方案：热区3一侧的底部设置有进风口，热区3顶部设置有出风口19，进风口处设置风扇，风扇启动后将柜体外的气体抽至热区，并从出风口流出。基于此，外部环境中的空气能够通过进风口进入到热区中并通过出风口排出，这样一来，能够实现对空气压缩主机和油气分离器的单独冷却，以及能够使得空气压缩主机和油气分离器在较佳的工作温度下进行工作。

热区的出风口19设置在封板16的翻折覆盖区域内，即该出风口19面积小于封板16在开启后在柜体顶面的投影面积，当冷区启动温度过低使，温度传感器触发电动推动动作推动封板转动并覆盖在出风口上，阻断热区气流透过出风口19直接向柜体外逸散途径，而热区的风扇启动后向热区注入柜体外气体，热区气压增大，在压差和热压下，热区气体仅能通过过气窗进入冷区，达到了在短时间内快速利用热区热量升高冷区温度的目的。

本发明在柜体中分隔形成有热隔离的冷却和热区，对热区所形成的气体，依次经过风冷式冷却器8、热交换器9、冷冻式干燥机10共三次降温操作，同时在两储气罐的顶部出气口处的冷节点设置过滤器，通过过滤器和储气罐的除水作用可以实现彻底的除水目的；冷冻式干燥机可在接近0℃的低温下工作，且装置的气体流速快，抑制晶体的形成和堵塞，所生产压缩气体的效率高，且输出气体的温度适宜。可以看出，本装置在系统上构成了一协同增效的技术整体，在能耗和效率上具有显著的进步效果。

为提升热交换器的换热效率，在热交换器前设置一贮水罐，贮存经风冷式冷却器所液化的液态水，热交换器内无水层阻隔两股气流体的热交换，且所贮存的水体也可通过管路一同贮存在第一储气罐内。

当工况环境温度极低时，本发明通过所设置的自动自动启闭组件自动开启热区和冷区的过气通道，开启的同时阻断热区向柜体外的散热通道，使得热区的热量仅能随气体在气压和热压的作用下进入冷区，快速提升冷区的环境温度，保证冷区适宜的工作温度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。