專利名稱：一種壓縮空氣冷卻器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種壓縮空氣冷卻器。
背景技術(shù)：
微生物好氣性發(fā)酵過程需要氧氣，用于基質(zhì)同化、菌體生長和產(chǎn)物代謝。氧氣 的來源是空氣，在發(fā)酵運(yùn)行中必須持續(xù)提供潔凈、干燥、無雜菌的空氣，此空氣還需要 一定的壓力，以克服設(shè)備、管道阻力損失和液態(tài)深層發(fā)酵基質(zhì)產(chǎn)生的靜壓力。帶壓空氣 的來源為空壓機(jī)，根據(jù)空壓機(jī)種類不同、壓力不同、環(huán)境氣溫不同，空氣出口溫度也不 同。大規(guī)模發(fā)酵空氣壓力常用0.2MPa 0.3MPa，對(duì)應(yīng)溫度處于120°C 180°C之間。高溫空氣進(jìn)發(fā)酵罐之前必須經(jīng)過降溫、凈化、除濕和除菌處理。其中降溫、凈 化、除濕是為了滿足除菌設(shè)備的使用條件，并達(dá)到發(fā)酵工藝過程進(jìn)氣溫度要求，因此也 被稱為無菌空氣預(yù)處理。其中降溫采用空氣冷卻器。通常空氣冷卻器采用空氣、冷卻液不接觸的間壁換熱方式，所謂“間壁”可以 是板片或管壁等。受制于“間壁”模式，高溫空氣內(nèi)部發(fā)生降溫和其中所含水蒸汽的冷 卻、冷凝過程，而冷卻液一般僅有升溫過程，沒有相變。而且由于間壁兩側(cè)空氣、冷卻 液傳熱系數(shù)相差很大，一般空氣側(cè)比另一側(cè)小10倍以上，所以提高冷卻器總傳熱系數(shù)的 瓶頸在于空氣側(cè)，而提高空氣側(cè)傳熱系數(shù)須提高空氣流速或增大間壁排列密度等，必將 帶來空氣阻力損失的增大，導(dǎo)致空壓機(jī)出口壓力提高、電耗上升、運(yùn)行成本提高。因此 發(fā)酵工業(yè)用空氣冷卻器總傳熱系數(shù)一般僅在20 IOOW/(m2/C )之間，為了增強(qiáng)冷卻效 果，常采用增加冷卻面積或加大冷卻液流量，前者意味著設(shè)備投資成本的提高，后者意 味著物耗能耗增加，運(yùn)行成本的提高，需進(jìn)一步改進(jìn)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀而提供一種能夠降低 投資成本、降低物耗能耗且維護(hù)簡單的壓縮空氣冷卻器。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種壓縮空氣冷卻器，包 括殼體、空氣進(jìn)口管、空氣出口管、冷卻水進(jìn)口管以及冷卻水出口管，其特征在于所 述殼體內(nèi)分成多段空氣冷卻段，每段空氣冷卻段前后依次設(shè)置有噴霧器和氣水分離器， 該噴霧器與冷卻水進(jìn)口管相連接，殼體底部設(shè)置了冷卻水出口管，所述的噴霧器和氣水 分離器組成一個(gè)冷卻單元。優(yōu)選，所述殼體內(nèi)分成三段空氣冷卻段，該三段空氣冷卻段按先后順序分別為 高溫蒸發(fā)滅菌段，中溫蒸發(fā)冷卻段和低溫冷凝冷卻段。作為改進(jìn)，所述不同段空氣冷卻段中的噴霧器可采用不同溫度的冷卻水。作為改進(jìn)，所述噴霧器由多個(gè)環(huán)形管組成，在每個(gè)環(huán)形管上安裝有多個(gè)噴霧 頭。作為改進(jìn)，所述每個(gè)環(huán)形管具有不同的直徑。[0011] 作為改進(jìn)，所述氣水分離器由離心分離器和/或慣性撞擊分離器組合而成。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于冷卻器內(nèi)無常見的金屬換熱器件，大大降低了設(shè)備投 資成本；由于沒有換熱管，因此沒有內(nèi)部泄露問題，維護(hù)簡單；同時(shí)由于冷卻水的噴霧 洗滌作用，空氣中塵埃粒子等雜質(zhì)被去除凈化，空氣通過噴霧方式直接接觸換熱，使其 換熱面積巨大，過量冷卻水被氣水分離器分離，并可循環(huán)利用，降低了物耗能耗，更好 的節(jié)約了能源。
圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。如圖1所示，一種壓縮空氣冷卻器，包括罐狀的殼體2、空氣進(jìn)口管1、空氣出 口管6、冷卻水進(jìn)口管3以及冷卻水出口管7，所述殼體2內(nèi)分成三段空氣冷卻段，該三 段空氣冷卻段按先后順序分別為高溫蒸發(fā)滅菌段I、中溫蒸發(fā)冷卻段II和低溫冷卻段III， 每段空氣冷卻段前后依次設(shè)置有噴霧器5和氣水分離器4，不同段空氣冷卻段中的噴霧器 5按空氣冷卻段的先后順序也分別與相對(duì)應(yīng)的冷卻水進(jìn)口管3a、冷卻水進(jìn)口管3b、冷卻 水進(jìn)口管3c相連接，不同段中的氣水分離器4也按空氣冷卻段的先后順序分別與冷卻水 出口管7a、冷卻水出口管7b、冷卻水出口管7c相連接，各個(gè)冷卻水出口管設(shè)置殼體2底 部，噴霧器5和氣水分離器4組成一個(gè)冷卻單元；所述的噴霧器5可由多個(gè)環(huán)形管組成， 每個(gè)環(huán)形管具有不同的直徑，在每個(gè)環(huán)形管上均勻安裝有多個(gè)噴霧頭，冷卻水通過噴霧 頭的噴霧形成微細(xì)霧滴，使得微細(xì)霧滴布滿整個(gè)殼體2內(nèi)截面，空氣與細(xì)微霧滴表面直 接接觸而發(fā)生傳熱和傳質(zhì)反應(yīng)，使其換熱面積巨大，大大節(jié)約了設(shè)備投資成本，不同段 空氣冷卻段中的噴霧器5可采用不同溫度的冷卻水，來達(dá)到不同的冷卻效果，所述的氣 水分離器4由離心分離器和慣性撞擊分離器組合而成，該氣水分離器4通過離心力作用分 離和慣性撞擊、凝聚分離的原理來進(jìn)行工作。對(duì)本實(shí)用新型的工作原理作進(jìn)一步介紹空氣從空氣進(jìn)口管1進(jìn)入殼體2后，首先與高溫蒸發(fā)滅菌段I段噴霧器5出來的 冷卻霧滴發(fā)生熱、濕交換，冷卻介質(zhì)霧滴蒸發(fā)吸收大量蒸發(fā)潛熱，空氣放出熱量，溫度 降低、濕度上升，經(jīng)過熱、濕交換的濕空氣再經(jīng)過高溫蒸發(fā)滅菌段I段氣水分離器4后， 在濕空氣中過量水滴被分離，從冷卻水出口管7a排出，空氣進(jìn)入中溫蒸發(fā)冷卻段II段， 該中溫蒸發(fā)冷卻段II溫度約100°C;空氣在中溫蒸發(fā)冷卻段II段發(fā)生的反應(yīng)與高溫蒸發(fā)滅 菌段I段類似，只是中溫蒸發(fā)冷卻段II段的冷卻水流量比較大，冷卻水水溫約在30°C 35°C之間，此部分水可通過冷卻塔循環(huán)，空氣溫度約40°C;為了獲得更低的空氣溫度， 可在低溫冷卻段III段進(jìn)行10°C左右的低溫水噴霧冷卻，此時(shí)空氣溫度已處于壓力露點(diǎn)以 下，空氣處于飽和狀態(tài)，濕含量只減不增，空氣與冷卻水霧滴發(fā)生熱、濕交換，空氣溫 度降低，同時(shí)空氣中所含部分水蒸汽冷凝，隨冷卻液滴從冷卻水出口管7c排出，此時(shí)空 氣溫度約15°C;由于在殼體2第一段高溫蒸發(fā)滅菌段I中，空氣溫度最高，噴霧形成的水 滴吸熱汽化，空氣溫度下降、且空氣濕含量增加，此過程中冷卻水是有消耗的，在殼體 2的最后一段低溫冷卻段III，空氣溫度最低，濕含量已近飽和，低溫冷卻水噴霧后，空 氣繼續(xù)降溫，其水飽和度也隨之下降，空氣中水蒸氣冷凝析出，包裹在冷卻水霧滴外，此過程中冷卻水沒有消耗、反而增加。所述的冷卻水包括冷凝液被氣水分離器4分離回 收，并排出殼體2外，作生產(chǎn)工藝用水或通過冷卻塔放熱后循環(huán)利用，更好的節(jié)約了資 源，前段噴霧冷卻后的空氣，經(jīng)過分離后進(jìn)入下一噴霧冷卻段再分離，這樣多次冷卻分 離后，空氣最后從殼體2出口排出。為了更好地除菌，可在冷卻水中加入滅菌消毒藥劑。為了防止噴霧器5結(jié)垢或 異物堵塞，可在冷卻水管道上安裝過濾、除垢裝置。為了余熱回收，中溫蒸發(fā)冷卻段II 的冷卻水可用一次水，出來后二次水作其他生產(chǎn)工藝用水，低溫冷卻段III段低溫冷卻水 源于地下水或冷水機(jī)組。經(jīng)測(cè)算，若水噴霧后霧滴直徑在IOym IOOym之間，則每kg水可產(chǎn)生 60m2 600m2的傳熱面積，而殼體2內(nèi)部Im3空間內(nèi)可產(chǎn)生250m2 4000m2的傳熱面 積。經(jīng)過本實(shí)用新型冷卻器處理后空氣質(zhì)量提高，減輕系統(tǒng)后續(xù)設(shè)備——膜過濾器 的除菌負(fù)擔(dān)，有利于發(fā)揮其高效除菌效能，最終利于微生物發(fā)酵穩(wěn)定生產(chǎn)，本實(shí)用新型 具有空氣冷卻凈化、冷凝水分離、冷卻水循環(huán)利用等功能，能夠很好的用于微生物好氣 性發(fā)酵，適合大量投入生產(chǎn)使用。
權(quán)利要求1.一種壓縮空氣冷卻器，包括殼體、空氣進(jìn)口管、空氣出口管、冷卻水進(jìn)口管以及 冷卻水出口管，其特征在于所述殼體內(nèi)分成多段空氣冷卻段，每段空氣冷卻段前后依 次設(shè)置有噴霧器和氣水分離器，該噴霧器與冷卻水進(jìn)口管相連接，殼體底部設(shè)置了冷卻 水出口管，所述的噴霧器和氣水分離器組成一個(gè)冷卻單元。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮空氣冷卻器，其特征在于所述殼體內(nèi)分成三段空氣 冷卻段，該三段空氣冷卻段按先后順序分別為高溫蒸發(fā)滅菌段，中溫蒸發(fā)冷卻段和低溫 冷凝冷卻段。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓縮空氣冷卻器，其特征在于所述噴霧器由多個(gè)環(huán)形管 組成，在每個(gè)環(huán)形管上安裝有多個(gè)噴霧頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓縮空氣冷卻器，其特征在于所述每個(gè)環(huán)形管具有不同 的直徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1 4任一權(quán)利要求所述的壓縮空氣冷卻器，其特征在于所述氣水 分離器由離心分離器和慣性撞擊分離器組合而成。
專利摘要一種壓縮空氣冷卻器，包括殼體、空氣進(jìn)口管、空氣出口管、冷卻水進(jìn)口管以及冷卻水出口管，其特征在于所述殼體內(nèi)分成多段空氣冷卻段，每段空氣冷卻段前后依次設(shè)置有噴霧器和氣水分離器，該噴霧器與冷卻水進(jìn)口管相連接，殼體底部設(shè)置了冷卻水出口管，所述的噴霧器和氣水分離器組成一個(gè)冷卻單元。使其大大降低了設(shè)備的投資成本，而且維護(hù)簡單，空氣通過噴霧方式直接接觸換熱，使其換熱面積巨大，過量冷卻水被氣水分離器分離，并可循環(huán)利用，降低了物耗能耗，更好的節(jié)約了能源。本實(shí)用新型冷卻器實(shí)現(xiàn)了空氣冷卻、凈化和滅菌的多種功能，非常適合應(yīng)用于微生物工業(yè)發(fā)酵無菌空氣預(yù)處理系統(tǒng)。
文檔編號(hào)A61L9/14GK201811598SQ20102019725
公開日2011年4月27日 申請(qǐng)日期2010年5月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月19日
發(fā)明者陸飛浩 申請(qǐng)人:陸飛浩