專(zhuān)利名稱(chēng)：真空系統(tǒng)中的水蒸汽分離技術(shù)及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬真空干燥技術(shù)領(lǐng)域。
眾所周知，干燥技術(shù)在大多數(shù)行業(yè)中都有廣泛的用途。許多產(chǎn)品在其制造過(guò)程中，都必須經(jīng)過(guò)干燥這一工序，否則將影響產(chǎn)品的質(zhì)量和產(chǎn)量，甚至還可能導(dǎo)致生產(chǎn)的中斷。因此，干燥技術(shù)在國(guó)民生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)建設(shè)中具有重要意義。
在干燥領(lǐng)域中，目前主要采用的干燥技術(shù)有1、天然干燥法；2、煙熏法；3、嫌水物質(zhì)干燥法；4、常規(guī)干燥法；5、加熱式干燥法；6、干燥劑除濕法；7、高頻感應(yīng)干燥法；8、紅外線(xiàn)干燥法；9、微波干燥法；10、電氣化木材干燥法；11、真空干燥法。
其中，真空干燥技術(shù)以它特有的優(yōu)點(diǎn)，如干燥質(zhì)量高、速度快、節(jié)能、比耗低、易操作、控制可靠、維修方便及有利于保護(hù)環(huán)境等，逐漸地在干燥領(lǐng)域中嶄露頭角，并且，隨著真空干燥技術(shù)的日趨完善，它將在該領(lǐng)域中占據(jù)不可動(dòng)搖的一席之地。
本發(fā)明的作用在于完善和提高真空干燥技術(shù)和干燥質(zhì)量，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍和提高使用效率，使該技術(shù)能以最經(jīng)濟(jì)的投入實(shí)現(xiàn)最大的效益。
本發(fā)明的目的是使水蒸汽在真空系統(tǒng)中得到分離，并且徹底解決長(zhǎng)期以來(lái)真空干燥系統(tǒng)效率低下的問(wèn)題。
本發(fā)明的目的通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)一個(gè)真空罐組，由若干個(gè)真空罐A、B、C……n(n為一確定的自然數(shù))組成，通過(guò)電磁閥和管道等，分別與蒸汽源(或氣源)相聯(lián)、與負(fù)壓源和氣壓源相通、與汽(氣)體排放容器相接。各罐均安有真空表和壓力表。真空罐組中各罐輪流工作。電磁閥、電控開(kāi)關(guān)及若干物理量探測(cè)傳感器(如真空度、壓力、溫濕度和氣體流量等傳感器)均由電腦控制。物理量探測(cè)傳感器把所測(cè)數(shù)據(jù)傳輸給電腦，經(jīng)電腦分析處理后，按一定工作程序發(fā)出指令，電磁閥或電磁控開(kāi)關(guān)接到該指令，便作出相應(yīng)的動(dòng)作，控制機(jī)電裝置按規(guī)程運(yùn)行。
本裝置的分離原理是它由二個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。一個(gè)由負(fù)壓源、純空氣源、貯水槽、真空罐組和蒸汽(或氣)源構(gòu)成工作系統(tǒng)；另一個(gè)由電腦(CPU)、各種必要的傳感器和電磁閥構(gòu)成控制系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)相互之間分別通過(guò)管道和導(dǎo)線(xiàn)有機(jī)地聯(lián)結(jié)在一起。真空罐組中各罐依次工作。每一罐開(kāi)始工作時(shí)，都相當(dāng)于一個(gè)真空源?，F(xiàn)讓第一罐開(kāi)始工作。水蒸汽在真空與水蒸汽分壓差的作用下，自然流入第一罐，該罐的壓力逐漸升至某一定值，此時(shí)，電磁閥切斷汽體的繼續(xù)流入，同時(shí)打開(kāi)“高壓”源通道，高壓氣體(即純空氣)注入。
根據(jù)熱力學(xué)所述，在室溫下，壓力升高到一定值時(shí)，水蒸汽要發(fā)生相變，即液化。
罐內(nèi)的水蒸汽在“高壓”(相對(duì)于真空而言)純空氣的壓力下，立刻發(fā)生液化相變。形成“雨滴”落至罐底，聚集成水洼。
此刻，電磁閥切斷高壓源通道，打開(kāi)排水通道。罐內(nèi)的“高壓”氣體大于外界的大氣壓，因此，罐底的這一洼水被排至貯水槽。
當(dāng)罐內(nèi)的壓力降至與大氣壓相等時(shí)，立刻讓電磁閥關(guān)閉排水通道，同時(shí)打開(kāi)負(fù)壓源通道，則該罐內(nèi)的壓力又恢復(fù)到原來(lái)的真空度。
其余各罐的工作程序，與第一罐完全相同。
第一罐完成一個(gè)工作循環(huán)，即完成抽真空(抽氣)、吸汽(氣)、相變、排水等四個(gè)動(dòng)作，又恢復(fù)到原來(lái)的工作狀態(tài)稱(chēng)為一個(gè)小循環(huán)；真空罐組中所有的罐依次完成自己的工作循環(huán)后，又回到第一罐則稱(chēng)為一個(gè)大循環(huán)。
為更清晰地闡明設(shè)計(jì)方案，現(xiàn)僅以A、B兩罐的工作情況為例第一步抽真空或抽氣階段。由電腦發(fā)出指令，使電磁閥〔1〕開(kāi)啟，讓A、B罐同時(shí)與負(fù)壓源相通。A、B罐壓力最終降至某一個(gè)工作真空度。接著，電磁閥〔1〕關(guān)閉，切斷了A、B罐與負(fù)壓源的通道。
第二步吸汽工作階段。程序讓電磁閥〔2〕開(kāi)啟，使得只有罐A與汽源相通。汽源的蒸汽壓大于罐A的真空度壓力，汽體分子便涌向A罐，造成A罐的真空度逐漸降低。當(dāng)真空表顯示的讀數(shù)為一額定值時(shí)，傳感器立即向電腦發(fā)出信號(hào)，電腦依信號(hào)特征輸出一個(gè)指令。電磁閥〔2〕接到該動(dòng)作指令后，便關(guān)閉A罐與汽源的通道，同時(shí)，接通B罐與汽源的通道。結(jié)果B罐處在工作階段，A罐進(jìn)入相變階段。
第三步相變階段。程序讓電磁閥〔3〕接通罐A與壓力源〔或純空氣源(由微型氣泵、管道、貯器筒和控制原件構(gòu)成)〕通道。純空氣(潔凈而又干燥的空氣)進(jìn)入A罐中，使內(nèi)部壓力迅速上升造成罐內(nèi)的水蒸汽立即達(dá)到飽和(露點(diǎn))狀態(tài)，凝結(jié)成水珠(雨滴)在重力的作用下，落入罐底，形成水洼。
第四步排水階段。傳感器將A罐此時(shí)的壓力傳輸給電腦。程序便讓電磁閥〔3〕，關(guān)閉該罐與壓力源的通道，同時(shí)讓電磁閥〔4〕接通A罐與盛水容器的通道。罐底的這一洼水便被其內(nèi)部的“高壓”氣體壓出，進(jìn)入盛水容器中。
第五步復(fù)原或抽真空階段。A罐內(nèi)的壓力在排出水份后降至常壓狀態(tài)，壓力傳感器向電腦傳送所測(cè)數(shù)據(jù)。程序讓電磁閥〔4〕關(guān)閉，讓電磁閥〔1〕接通A罐與負(fù)壓源的通道。結(jié)果A罐內(nèi)的壓力又重新恢復(fù)到原來(lái)的真空工作狀態(tài)。至此，A罐完成了一個(gè)工作循環(huán)，等待著下一個(gè)工作循環(huán)的來(lái)臨。
B罐包括其它各罐的工作程序均與A罐相同，僅僅是時(shí)間上的不同，詳見(jiàn)下表。 真空罐組中的真空罐個(gè)數(shù)可依真空泵的功率和抽氣速度而定。真空泵的功率大，抽氣速度快，罐的個(gè)數(shù)可少些，反之，要多些。
此外，還應(yīng)根據(jù)選定的真空度工作區(qū)間而定。真空度工作區(qū)間范圍大，可以少用幾個(gè)罐；真空度工作區(qū)間窄，就必須多用幾個(gè)罐。
無(wú)論如何，真空罐的個(gè)數(shù)應(yīng)視具體情況或通過(guò)試驗(yàn)而定。
每經(jīng)過(guò)一個(gè)工作循環(huán)(周期)，都可分離出一定體積的水蒸汽，真空罐組周而復(fù)始的工作，就能不斷地將水蒸汽一體積一體積地排出，這就實(shí)現(xiàn)了水蒸汽與真空系統(tǒng)分離的目的。
采用上述方案，就能有效地排出水蒸汽，使之達(dá)到與真空系統(tǒng)相分離的目的。整個(gè)裝置由二個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，即工作系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件主要是控制系統(tǒng)的電磁控開(kāi)關(guān)和電磁閥等，因此，其總體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，操作和維修方便，自動(dòng)化程度高，可靠性強(qiáng)。此外，它還有如下優(yōu)點(diǎn)(1)能夠保持強(qiáng)勁的干燥勢(shì)基本不變，即系統(tǒng)效率高，系統(tǒng)工作的連續(xù)性和均衡性?xún)?yōu)良。
(2)不僅能分離水蒸汽，還能分離出有害氣體，甚至可使任何真空系統(tǒng)中的液體和氣體與之分離。
(3)避免有害氣體未經(jīng)處理就直接排放入大氣之中，造成對(duì)環(huán)境的污染。
(4)保護(hù)真空系統(tǒng)的心臟—真空泵。避免被有害氣(或汽)體侵蝕，而降低真空泵的效率，更甚者，還可能造成真空泵的損害，影響到整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
(5)創(chuàng)造一個(gè)較為寧?kù)o的生產(chǎn)環(huán)境。
(6)與干燥劑分離法相比，它的生產(chǎn)均衡性較好，分離效率高，另外，還省去了活化干燥劑的環(huán)節(jié)和替換干燥劑的時(shí)間。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明

圖1、過(guò)去真空干燥效率低下的原因。
圖2、水蒸汽分離系統(tǒng)實(shí)施例1。
圖3、水蒸汽分離系統(tǒng)實(shí)施例原理框圖。
圖4、汽或氣液相變的等溫變化圖。
圖5、不同溫度下的汽或氣液相變等溫變化圖。
圖6、分離系統(tǒng)負(fù)壓源工作原理圖。
圖7、水蒸汽分離系統(tǒng)實(shí)施例2。
圖8、有害氣體收集裝置中的水蒸汽過(guò)濾器工作原理圖。
圖9、純空氣源、負(fù)壓源及真空罐的工作區(qū)間。
圖10、真空罐組中，各真空罐的工作程序圖。
圖11、冷凝器工作的溫度區(qū)間。
圖12、通過(guò)冷凝器的管道，其內(nèi)部出現(xiàn)冰堵、結(jié)霜現(xiàn)象時(shí)的除冰除霜裝置。
圖1中，Q為從蒸汽源流過(guò)來(lái)的蒸汽，正沿著箭頭所指的方向進(jìn)入真空罐N，并逐漸的充滿(mǎn)整個(gè)空間，罐中的黑點(diǎn)代表蒸汽分子，罐內(nèi)的蒸汽分子繼續(xù)沿箭頭方向往真空泵Z流去。
在這其間，真空罐N內(nèi)的真空度由很高的狀態(tài)迅速跌至很低的狀態(tài)。只要真空泵從真空罐N內(nèi)抽走一部分蒸汽，蒸汽源就會(huì)補(bǔ)充一部分。又因?yàn)檎婵毡玫某闅馑俾?，不可能使罐N內(nèi)的真空度瞬間跳變到很高，加上蒸汽源的不斷補(bǔ)充，這就造成整個(gè)系統(tǒng)在很低的真空度下工作，自然系統(tǒng)的干燥效率變得低下。
本發(fā)明就能徹底解決長(zhǎng)期以來(lái)得不到解決的問(wèn)題。它能提高整個(gè)系統(tǒng)的“工作真空度”，從而有力地推動(dòng)系統(tǒng)干燥效率的提高。
圖2中，1、電腦或CPU芯片，2、芯片管腳，3、貯水罐，4、電磁閥⑤，5、管道，6、電磁閥④，7、管道，8、氣壓表，9、傳感器⑧，10、真空表及傳感器⑨，11、管道、12、電磁閥或電磁控開(kāi)關(guān)③，13、氣壓表及氣壓傳感器⑦，14、微型氣泵，15、微型電機(jī)及電磁控開(kāi)關(guān)②，16、管道，17、電磁閥或電磁控開(kāi)關(guān)①，18、蒸汽或氣源進(jìn)入管道，19、管道，20、貯氣罐，21、管道，22、真空表及傳感器⑩，23、氣壓表及傳感器，24、25、管道，26、電磁閥或電磁控開(kāi)關(guān)⑥，27、貯水罐、28、通往負(fù)壓源的管道。
根據(jù)實(shí)施例2，程序讓電磁控開(kāi)關(guān)④打開(kāi)電磁閥6，A、B罐同時(shí)與負(fù)壓源接通。負(fù)壓源開(kāi)始工作，使A、B罐的真空度提高到Pa，而負(fù)壓源的極限真空度為Pf，且Pf的真空度＞Pa的真空度。Pa值的大小視不同干燥對(duì)象而定。傳感器⑨和⑩將Pa的數(shù)據(jù)傳送給CPU。CPU接到信號(hào)之后，立即發(fā)出幾個(gè)相應(yīng)的指令<1>令電磁閥6關(guān)閉，結(jié)果，真空罐組與負(fù)壓源的通道被切斷，這時(shí)，真空罐組處在預(yù)備工作狀態(tài)。<2>令電磁閥17打開(kāi)A罐與蒸汽源的通道16和18，讓A罐開(kāi)始工作，B罐等待。
當(dāng)然，以上程序也可以這樣設(shè)計(jì)，先讓A罐抽真空。然后讓B罐抽真空，同時(shí)，讓A罐立即進(jìn)入工作狀態(tài)。
蒸汽通過(guò)管道18、電磁閥17和管道16源源不斷地流入A罐。A罐內(nèi)的壓力隨即上升，即真空度下降。當(dāng)真空度降至Pb(Pb為工作真空度下限，若低于該限度，整個(gè)系統(tǒng)和干燥效率就要降低)時(shí)，真空傳感器10即刻向CPU發(fā)出信號(hào)。CPU依此也發(fā)出一系列相應(yīng)指令<1>令電磁閥17切斷管道16和18之間的通路，打開(kāi)管道18和19的通路，引導(dǎo)蒸汽流向B罐，使B罐處在工作狀態(tài)。<2>通過(guò)電磁控開(kāi)關(guān)③，令電磁閥12動(dòng)作，使管道11和貯氣罐20接通。讓A罐進(jìn)入相變狀態(tài)。高壓純空氣(通過(guò)過(guò)濾器獲得的潔凈而干燥的空氣)注入A罐中，此時(shí)A罐中的壓力馬上處于1.5＜Py＜3(kg/cm2)的范圍之中，罐內(nèi)的水蒸氣隨之達(dá)到飽和，并凝聚成水珠或雨滴落至罐底，形成水洼。
當(dāng)壓力迅速升至3kg/cm2，并持繼若干秒后，傳感器⑧或9又向CPU發(fā)送信號(hào)。CPU依此發(fā)出一系列指令<1>令電磁閥12關(guān)閉管道11和貯氣罐20之間的通路，<2>令電磁閥4或⑤打開(kāi)水槽3和管道5之間的通路。此時(shí)A罐進(jìn)入排水階段。罐內(nèi)的水便被“高壓”氣體逐出。
當(dāng)A罐中的氣壓降到與外界氣壓一致、并持繼1秒鐘時(shí)，傳感器⑧和⑨同時(shí)向CPU發(fā)送信號(hào)。CPU因此又發(fā)出幾個(gè)指令(1)令電磁閥4關(guān)閉，切斷A罐與外界大氣的聯(lián)系。(2)令電磁閥6接通7和28，使A罐與負(fù)壓源相通，讓A罐進(jìn)入抽氣或抽真空階段。
當(dāng)A罐中的壓力降至原來(lái)的工作上限真空度Pa時(shí)，傳感器10或⑨又向CPU發(fā)出信號(hào)。CPU依此發(fā)出指令，令電磁閥6切斷A罐與負(fù)壓源的聯(lián)系。
至此，A罐完成一個(gè)工作循環(huán)，等待下一次循環(huán)。
B罐的工作程序與A罐相同。在此不一一綴述。
圖3中，CPU為電腦芯片，它是控制整個(gè)系統(tǒng)的中樞，它通過(guò)各傳感器和電磁控開(kāi)關(guān)來(lái)控制負(fù)壓源、真空罐組，水、雜質(zhì)及有害氣體處理罐、壓力源或純空氣源、冷凝器與除冰(霜)裝置和汽或氣源等六大工作部件。
其中粗實(shí)線(xiàn)為汽(氣)流走向，虛線(xiàn)為純空氣流向，細(xì)實(shí)線(xiàn)為空制線(xiàn)。
本圖清晰地描述了水蒸汽分離系統(tǒng)各部件的相互關(guān)系及工作原理。
圖3與圖2有幾處不同。圖3對(duì)圖2作了一翻改進(jìn)，增加了如下幾個(gè)裝置(1)冷凝器。它的作用是為了提高真空罐組的工作效率，延長(zhǎng)每一個(gè)真空罐的工作時(shí)間，增加容納水蒸汽的能力，加快汽或氣體的相變速度，擴(kuò)大分離系統(tǒng)的應(yīng)用范圍。(2)除冰除霜裝置。它的作用是服務(wù)于冷凝器，萬(wàn)一冷凝器結(jié)霜或部分管道產(chǎn)生冰堵現(xiàn)象，而影響系統(tǒng)工作時(shí)，除霜除冰裝置就會(huì)馬上發(fā)揮作用，砌底消除“冰霜”現(xiàn)象，并且立即通過(guò)電腦，調(diào)節(jié)冷凝器的工作溫度，使之杜絕這種現(xiàn)象的發(fā)生。(3)有害氣體處理罐(或收集罐)。它的作用就是收集處理有害氣體，不讓其直接排入大氣之中，污染環(huán)境。
上述的三個(gè)裝置增加了原來(lái)(指圖2)、整個(gè)系統(tǒng)的功能和效率，它們之間相互聯(lián)系，相互依賴(lài)，共同構(gòu)成一個(gè)系統(tǒng)，成為該系統(tǒng)不可分割的一部分。
圖4和圖5均為熱學(xué)中揭示氣(汽)一液相變規(guī)律的原理圖。
圖4中，A段為氣體狀態(tài)；BC段為氣一液兩相平衡共存狀態(tài)；CD段為液體狀態(tài)。
沿著該曲線(xiàn)，由A→D說(shuō)明等溫壓縮，壓力增加導(dǎo)致氣體液化過(guò)程。本發(fā)明用該原理，把純空氣注入充滿(mǎn)水蒸汽的真空罐中，使水蒸汽液化。
反之，由D→A說(shuō)明等溫增容，壓力下降，導(dǎo)致液體的氣化。該原理被用于真空干燥。
圖5被分為I區(qū)、II區(qū)、和III區(qū)等三個(gè)區(qū)域。I區(qū)中的每一點(diǎn)都是單一的氣態(tài)；II中每一點(diǎn)都是氣液兩相共存的狀態(tài)，其中氣相是飽和水蒸汽狀態(tài)；III中的每一點(diǎn)都是單一的液態(tài)。
圖5中的每條曲線(xiàn)為等溫線(xiàn)，溫度升高，曲線(xiàn)往上移動(dòng)。K點(diǎn)為臨界點(diǎn)，TK為臨界溫度，相應(yīng)的等溫線(xiàn)為臨界等溫線(xiàn)。溫度高于臨界溫度TK時(shí)，等溫線(xiàn)上不出現(xiàn)水平部分，即等溫壓縮的過(guò)程中不會(huì)出現(xiàn)氣一液兩相平衡共存的狀態(tài)，這時(shí)無(wú)論壓強(qiáng)多大，氣體也不會(huì)液化。
水的臨界溫度為374.2℃。
本發(fā)明的工作溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水的臨界溫度TK(＝374.2℃)，因此，水的汽一液相變雙向變化均能在常溫下進(jìn)行。
若把圖3中的純空氣源改為高壓源；冷凝器改低溫源，則在理論上，本裝置串聯(lián)使用，就可把所有的氣體從真空系統(tǒng)中一一液化分離出來(lái)。
圖6中，1、真空表和傳感器， 2、負(fù)壓罐，3、管道，4、微型步進(jìn)電機(jī)和電磁控開(kāi)關(guān) ，5、三通換向閥E，6、管道，7、真空泵，8、馬達(dá)和電磁控開(kāi)關(guān)。
負(fù)壓源是這樣工作的(先看主視圖)(1)程序令電磁閥40，打開(kāi)某一真空罐(設(shè)為A罐)與負(fù)壓源的通道。令電磁控開(kāi)關(guān) 啟動(dòng)，微型步進(jìn)電機(jī)4使三通換向閥E旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度，接通b與c。這時(shí)，A罐中的純空氣就流向負(fù)壓罐2。兩罐的壓力迅速平衡。設(shè)終值為P1，傳感器把P1值傳輸給CPU，CPU依此發(fā)出指令。
(2)程序令步進(jìn)電機(jī)4啟動(dòng)，使E再轉(zhuǎn)一個(gè)角度，接通a與c(見(jiàn)G-1圖)；再令真空泵運(yùn)轉(zhuǎn)，使A罐的真空度繼續(xù)提高，最后達(dá)到上限工作真空度Pa。此時(shí)程序令電磁閥40(見(jiàn)圖7)關(guān)閉該通道。
(3)程序令E接通b與a，(見(jiàn)G-2圖)，真空泵使負(fù)壓罐2的真空度提高到Pf。
至此，負(fù)壓源完成一個(gè)工作循環(huán)，程序便令真空泵停止，負(fù)壓源處于等待狀態(tài)。
圖7中，1、真空工作罐，2、壓力表和傳感器⑧，3、CPU及各輸入輸出管腳，4、電磁閥及電磁控開(kāi)關(guān)，5、水蒸汽過(guò)濾器，6、管道，7、有害氣體收集罐，8、真空表及傳感器 ，9、壓力表及傳感器⑦，10、管道，11、汽或氣源管道，12、冷凝器，13、小型電機(jī)及傳感器，14、電磁閥及電磁控開(kāi)關(guān)①，15、管道，16、真空表及傳感器 ，17、有害氣體收集罐，18、水蒸汽過(guò)濾器，19、電磁閥及電磁控開(kāi)關(guān)，20、壓力表及傳感器，21、真空表及傳感器⑩、22、真空罐，23、管道，24、電磁閥及電磁控開(kāi)關(guān)⑤⑥，25、排水管道，26、貯水槽，27、管道，28、通負(fù)壓源管道，29、30管道，31、真空表及傳感器⑨，32、電磁閥及電磁控開(kāi)關(guān)③，33、除冰霜裝置預(yù)接頭，34、貯氣罐，35、微型電機(jī)及電磁控開(kāi)關(guān)②，36、微型氣泵，37、38、39、管道，40、電磁閥及電磁控開(kāi)關(guān)④。
圖7是根據(jù)圖2和圖3進(jìn)行設(shè)計(jì)的實(shí)施例2。
圖7的功能比圖2增加了許多，現(xiàn)分述如下(I)冷凝器(在圖中是12和13)，它的進(jìn)口溫度為T(mén)1，出口溫度為T(mén)2(T2＞＞T1)且位于整個(gè)系統(tǒng)的最高位置。當(dāng)汽源的蒸汽經(jīng)過(guò)它時(shí)，就會(huì)降溫、降壓，達(dá)到冷凝點(diǎn)，變成水珠快速落至罐底。這就使罐的真空度下降緩慢，延長(zhǎng)了該罐的工作時(shí)間，提高了系統(tǒng)的分離效率，另外，它還可起到單向閥保護(hù)作用，防止某個(gè)開(kāi)關(guān)誤動(dòng)作，引起汽體倒流，降低系統(tǒng)效率。
(II)有害氣體收集裝置它的位置即可以高于真空罐，也可低于真空罐，這要視有害氣體的比重而定。它的容積大小依據(jù)有害氣體的多寡而定。它的真空度一般要低于工作罐組的真空度，其目的在于形成一種真空“勢(shì)阱”，更有利于吸引或捕獲有害氣體分子。
若把收集罐看作一個(gè)氣源，再串聯(lián)數(shù)個(gè)分離系統(tǒng)，并采用低溫和高壓技術(shù)，就可把數(shù)種有害混合氣體一一分離出來(lái)。
圖8中，1、進(jìn)氣管道，2、水蒸汽過(guò)濾層，3、電阻絲，4、熱幅射反射罩，5、水蒸汽過(guò)濾層，6、出氣管道，7、電源。
箭頭Q所指的方向?yàn)闅饬鞣较?。P1為工作罐的壓力，P2為收集罐的壓力，且P2＜P1。
L為過(guò)濾層與熱幅射反射罩之間的距離。L值越小越好，小到電熱絲發(fā)出的熱不至于燒壞過(guò)濾層為止。一般電熱絲的功率(W)較小，在5～60瓦之間，因此，不存在過(guò)濾層燒壞的問(wèn)題，故可取L＝0。
φ1和φ2分別為進(jìn)氣管道直徑和出氣管直徑。
φ3和φ4分別為反射罩的小孔徑和大孔徑。
電阻絲功率的選定，應(yīng)視管徑φ1而定，φ1大，耗能大，W取值就相應(yīng)大些，反之，W小些。此外，電阻絲功率太小起不到作用，太大不僅會(huì)燒壞過(guò)濾層，而且會(huì)增加不必要的能耗及降低吸引有害氣體分子的能力。
過(guò)濾器的原理如下所述由于收集罐的真空度P2＞工作罐的真空度P1，這就存在一個(gè)壓力差，即真空“勢(shì)阱”，汽或氣體就產(chǎn)生沿管道φ1向φ2方向流動(dòng)的趨勢(shì)。
為了只讓有害氣體進(jìn)入“勢(shì)阱”而不讓水蒸汽進(jìn)入，就必須在管道φ1和φ2之間加過(guò)濾層。
但這還不行，因?yàn)檫^(guò)濾層的空隙很易被水蒸汽堵塞，而阻礙其它氣體的通過(guò)。故將過(guò)濾層設(shè)為兩道，前一道較厚，后一道較薄。并在兩道之間裝上電熱絲和熱幅射反射罩。其目的是使第一道過(guò)濾層內(nèi)部形成一個(gè)溫度梯度。離熱源近、溫度高，反之低。
這個(gè)溫度梯度能阻礙水蒸汽通過(guò)過(guò)濾層，它的方向與壓差(P2-P1)的方向相反，且數(shù)值相等。也就是說(shuō)溫度梯度產(chǎn)生的汽體移動(dòng)勢(shì)和壓差引起的汽體移動(dòng)勢(shì)大小相等、方向相反，即水蒸汽的總移動(dòng)勢(shì)為零。在常溫下，其它氣體分子的動(dòng)能要比水蒸汽的大得多，且不存在粘附問(wèn)題，因此，有害氣體在Q方向的總移動(dòng)勢(shì)不為零。
結(jié)果，水蒸汽不受真空“勢(shì)阱”的吸力作用，無(wú)法堵塞過(guò)濾層的空隙。自然其它氣體就能暢通無(wú)阻地穿過(guò)，最終陷入真空“勢(shì)阱”之中。
圖9縱坐標(biāo)表示壓力的變化，單位為kg/cm2。純空氣源的工作壓力為Py、其值為2-10kg/cm2，Pc為真空罐的相變壓力或排氣壓力，一般取值為Pc＝1.5～3kg/cm2。
負(fù)壓源的極限真空度為Pf＝10-5乇。
真空罐組的上限工作真空度Pa＝10-3乇，下限Pb值視具體情況而定。Pa與Pb之差即為真空罐的工作真空度(如圖Pa與Pb之間的陰影部分)。
圖9中，右邊，P1為大氣壓值。P1～P0為真空區(qū)間，其中I為低度真空區(qū)，II為中度真空區(qū)，III為高度真空區(qū)，IV為超高真空區(qū)。
讓負(fù)壓源工作在高真空區(qū)III；真空罐組工作在中度真空區(qū)(II)或高度真空區(qū)III中的一部分，較為適宜。因?yàn)榈投日婵展ぷ鲄^(qū)，干燥勢(shì)低，系統(tǒng)效率低，總成本升高。在超高真空區(qū)，對(duì)真空泵的要求高，價(jià)格必然高，相應(yīng)地，總成本也升高。
圖10為真空罐的工作程序，現(xiàn)敘述如下虛線(xiàn)開(kāi)始，1到2，真空罐組被抽真空，最后達(dá)到工作真空度Pa，對(duì)圖2而言，2至3為吸汽工作階段，從圖中可以看出，這段曲線(xiàn)較陡，梯度大，真空度下降得很快，工作時(shí)間短，系統(tǒng)效率較低。3至4為相變階段，時(shí)間短、相變速度快。4至5為排水階段，5至7為抽氣階段，達(dá)到工作真度所耗時(shí)間相對(duì)較多。實(shí)施例1至此完成一個(gè)工作循環(huán)。
對(duì)圖3和圖7而言，由于增加了冷凝裝置，至使真空罐的工作時(shí)間拉長(zhǎng)，從2點(diǎn)沿虛線(xiàn)到3點(diǎn)，系統(tǒng)的效率明顯提高。其余工作階段與圖2的基本一致。
圖10為冷凝器的工作溫度t，其中t1為上限溫度，t2為下限溫度，t3為極限溫度。
一般冷凝器工作于t1＜tx＜t3的范圍內(nèi)，且t1＝5℃，t2＝-5℃，t3＝-12℃。
圖12中，1、ε與真空罐A相連，2、電磁閥，3、r排冰霜的出口，4、電磁閥及電磁控開(kāi)關(guān)，5、冷凝器，6、微型步進(jìn)電機(jī)和電磁控開(kāi)關(guān) ，7、電源，8、K2為電磁控關(guān)，9、α為空氣進(jìn)氣口，10、空氣加熱器，11、電磁閥及電磁控開(kāi)關(guān) 12、管道，13同11，14、β為蒸汽源入口，15、可調(diào)節(jié)流閥開(kāi)關(guān)，16、冷凝器馬達(dá)和電磁控開(kāi)關(guān)，17、電磁控開(kāi)關(guān)③，18、W與真空罐B相連。
除冰除霜裝置的工作原理如下所述蒸汽從汽源β開(kāi)始沿管道經(jīng)過(guò)電磁閥13、II、IV進(jìn)入冷凝器5，經(jīng)冷凝后，從VI出來(lái)，繼續(xù)越過(guò)電磁閥2、通往ε。由于某種原因，水蒸汽經(jīng)過(guò)冷凝器5時(shí)，發(fā)生冰堵或結(jié)霜現(xiàn)象，此時(shí)，冷凝器中另一支路被打開(kāi)，讓蒸汽通過(guò)(圖中未畫(huà)出)。原先產(chǎn)生冰堵現(xiàn)象的管道，就處于除霜階段。在冷凝器的進(jìn)出口兩端各置有一真空傳感器，它將冰堵或結(jié)霜現(xiàn)象的信號(hào)傳遞給CPU，CPU依此發(fā)出一系列指令(1)令電磁控開(kāi)關(guān)K2打開(kāi)，電磁閥11打開(kāi)，13關(guān)閉，步進(jìn)電機(jī)6運(yùn)行，電磁閥2關(guān)閉，4打開(kāi)。
(2)蒸汽源無(wú)法通過(guò)電磁閥13、II、IV、VI、ε進(jìn)入A罐。它只能走另一支路。
(3)純空汽α穿過(guò)功率為5～1000瓦加熱器10后，變成熱空氣，熱空氣繼續(xù)經(jīng)過(guò)電磁閥11，在經(jīng)過(guò)I、II點(diǎn)時(shí)分二路；第一路，經(jīng)I、節(jié)流閥開(kāi)關(guān)15、III、V、電磁閥4到出口r；另一路，經(jīng)II、IV、VI、V電磁閥4到出口r。
(4)由于II、IV、VI這一路，產(chǎn)生冰堵現(xiàn)象，熱空氣流無(wú)法立刻通過(guò)，只能從I、III、V這一路通過(guò)。把節(jié)流閥開(kāi)至最大，熱空氣進(jìn)入冷凝器中，首先除霜，而后，從管外對(duì)產(chǎn)生冰堵現(xiàn)象的管子進(jìn)行加熱。在冰堵管子中，靠管壁的冰先溶化，產(chǎn)生移動(dòng)趨勢(shì)。節(jié)流閥被關(guān)小，熱空氣流遇到阻力，產(chǎn)生背壓，這個(gè)背壓反過(guò)來(lái)加到管內(nèi)正在溶化的冰塊上，并推動(dòng)它離開(kāi)冷凝裝置中的管道，沿IV、V、4、r被排出分離系統(tǒng)。
結(jié)果，冰堵、結(jié)霜現(xiàn)象被排除。并聯(lián)于III、IV的除冰、除霜旁路裝置停止工作。
該裝置由熱空氣源，電磁閥和傳感器，節(jié)流閥及管道等組成，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，耗能小，除冰除霜效率高，成本低等優(yōu)點(diǎn)。
(注附圖中的符號(hào)①、②…… 代表電磁控開(kāi)關(guān)和傳感器。)
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)式真空系統(tǒng)中的水蒸汽分離裝置，它由兩個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，一個(gè)由負(fù)壓源、純空氣源、汽源、有害氣體收集裝置、冷凝器、貯水罐和真空罐組等組成工作系統(tǒng)，另一個(gè)由電腦、傳感器、電磁閥和電磁控開(kāi)關(guān)等構(gòu)成控制系統(tǒng)，兩個(gè)系統(tǒng)相互之間分別通過(guò)管道和導(dǎo)線(xiàn)有機(jī)地聯(lián)在一起，其特征在于真空罐組在規(guī)定的程序控制之下依次輪流工作，任何一罐的工作順序可分為抽氣、吸汽、相變和排水等四個(gè)階段，且系統(tǒng)完成這四個(gè)工作階段后，又恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，稱(chēng)為一個(gè)工作循環(huán)，在真空罐組中，從第一罐開(kāi)始，每一罐都輪流工作一次，即完成一個(gè)工作循環(huán)，最后又回到第一罐，稱(chēng)為一個(gè)大循環(huán)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是冷凝器串接于汽源和真空罐組之間，并位于整個(gè)系統(tǒng)的最頂端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是冷凝器使蒸汽產(chǎn)生陡降的溫度梯度，即通過(guò)冷凝器管道的出口溫度T2＜＜其進(jìn)口溫度T1。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是有害氣體收集罐的真空度P2＞工作罐的真空度P1，從而產(chǎn)生一個(gè)真空“勢(shì)阱”，用于吸引或捕獲有害氣體分子。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是有害氣體收集裝置裝有二道水蒸汽過(guò)濾層，電熱絲和熱幅射反射罩，且電熱絲的功率N＝5～60瓦，反射罩呈拋物面，中間開(kāi)有一小孔，反射罩能把電阻絲發(fā)出的大部分熱量集中反射到第一道過(guò)濾層上，形成阻礙水蒸汽通過(guò)的溫度梯度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是在系統(tǒng)排水工作階段，純空氣注入真空罐的壓力Pc＝1.5～3kg/cm2。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是冷凝器的兩端并入一除冰除霜旁路裝置，它由熱空氣源、電磁閥、傳感器、節(jié)流閥控制開(kāi)關(guān)、電磁控開(kāi)關(guān)及管道構(gòu)成，其熱空氣源消耗功率為5～1000瓦，節(jié)流閥可作為開(kāi)關(guān)使用。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征是負(fù)壓源的極限真空度Pf＝10-3～10-8。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于系統(tǒng)工作在中度真空區(qū)和高度真空區(qū)之間。
全文摘要
本發(fā)明為真空系統(tǒng)中的水蒸汽分離技術(shù)及裝置。主要作用是完善和提高真空干燥技術(shù)，擴(kuò)大其應(yīng)用范圍和使用效率，使該技術(shù)能以最經(jīng)濟(jì)的投入實(shí)現(xiàn)最大的效益。本裝置由二個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，一個(gè)由負(fù)壓源，純空氣源、汽源、貯水槽和真空罐組構(gòu)成工作系統(tǒng)；另一個(gè)由電腦、傳感器、電磁閥和電磁控開(kāi)關(guān)構(gòu)成控制系統(tǒng)。兩個(gè)系統(tǒng)相互之間分別通過(guò)管道和導(dǎo)線(xiàn)有機(jī)地聯(lián)在一起。真空罐組在規(guī)定的程序控制之下輪流工作，最終實(shí)現(xiàn)汽體的徹底分離。
文檔編號(hào)F26B5/04GK1119266SQ9411622
公開(kāi)日1996年3月27日 申請(qǐng)日期1994年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年9月22日
發(fā)明者范毅 申請(qǐng)人:范毅