除湿单体、分层温控除湿元件、干燥装置及其温控方法

摘要

本发明提供一种除湿单体、分层温控除湿元件、干燥装置及其温控方法，除湿元件内具有以直热式脱附基材所制成的除湿单体，以对空气执行除湿干燥和脱附再生，其中，利用预热器温度补偿方式与除湿元件的分段温度控制方法，使除湿元件中的气体流道结构可以获得均衡的再升温度控制，以达到除湿元件的再生性能提高以及干燥装置的节能目的。

说明书

技术领域

本发明涉及一种空气除湿干燥与脱附再生技术，尤其是涉及一种除湿单 体、可分层均温控制的分层温控除湿元件、干燥装置及其温控方法。

背景技术

随着工业工艺逐渐自动化与精密化，其生产制造空间与工艺设备的空气品 质要求也随之提高，希望确保工艺的妥善率，其中，压缩空气的湿度对于多种 工艺相当重要，因而湿度控制即为各厂商致力研究的其中一个重要项目。

传统吸附式压缩空气干燥装置，通常包括两个吸附塔，用以吸附压缩空气 中的水分，一般来说，吸附塔内填充有可吸附除湿与脱附再生的吸附剂，如硅 胶颗粒、沸石分子筛或活性碳等，当含水分较高的压缩空气，通过管路进入到 其中一个吸附塔内后，将进行水气吸附除湿处理，而处理完成的干燥压缩空气 会被导引至储气桶中储存备用，此时，已经吸附水气饱和后的吸附塔，其内部 的吸附剂可使用热能方式将吸附剂内水分脱附排出，通常会通过加热器来执 行，也就是利用加热器加热以提供吸附塔内的吸附剂的脱附再生，在脱附再生 过程中，热能通过辐射、对流与固态热质传等方式，将脱附用再生空气加热至 吸附剂可脱附水分的温度后，再引导至吸附塔内，进行吸附剂的脱附再生处理， 而处理完成的高温高湿压缩空气，会被引导而排出吸附塔外，即可完成吸附剂 的再生脱附程序，此状态下的吸附剂可作为下一次吸附除湿使用。

由上可知，脱附再生使用的热空气在输送过程中，会与传送管路的管壁发 生热质传，将造成能量损失。再者，脱附再生时，热能是以热空气对流方式传 送给吸附剂，因此吸附床易有温度分布不均的问题，特别是于热空气入口端最 热，出口端最冷，因此，再生时间势必拉长，另外，于加热过程中，多余的低 温废热空气也必须先排出，因而导致传统吸附式压缩空气干燥装置非常耗能。

因此，有鉴于前述各种热能脱附再生方法的能量损耗或直热脱附再生法的 气体通道再生温度不均与耗能等缺陷，使得现行压缩空气的除湿干燥技术和设 备仍有改进的空间，特别是因能量耗损导致再生效能不佳的问题，其为本技术 领域的人员亟欲解决的技术课题。

发明内容

本发明提供一种除湿单体、分层温控除湿元件、干燥装置及其温控方法， 以达到除湿元件的再生性能提高以及干燥装置的节能目的。

本发明的除湿单体，其包括：一上框架及一下框架，分别设置有多个肋板， 且于任两个相邻的该肋板之间形成有间隙；多个上螺杆与下螺杆，其上下两端 分别固接至该上框架及该下框架；一直热脱附基材，其来回缠绕于该上框架和 下框架的肋板上，以在该直热脱附基材间形成一通道；以及两个导电板，其导 电连接该直热脱附基材两侧的中间层金属薄片，且分别固定于该上框架，以形 成两个电极。

本发明提供一种分层温控除湿元件，其包括：多个除湿单体、预热器、多 个第一温度感应器以及第二温度感应器。该多个除湿单体中的各该除湿单体包 含直热脱附基材，提供气体的吸附除湿与脱附再生，且各该除湿单体分别设置 于由至少一隔板所隔开的多个气室内，各该气室间具有通孔以供该气体于各该 气室构成的平行通道内流动，该预热器设置于该分层温控除湿元件的进气端， 提供该多个除湿单体中的第一组除湿单体的预热和温度补偿，使该第一组除湿 单体保持再生时的均温，该多个第一温度感应器分别设置于各该除湿单体中央 位置，以提供对各该除湿单体于再生时的温度监控与反馈，各该第一温度感应 器的接头设置于该分层温控除湿元件一侧，该第二温度感应器设置于该预热器 的出口，提供该预热器于升温或温度补偿时的温度监控与反馈。

本发明另提出一种可分层均温控制的温控方法，用于直热脱附式干燥装置 内除湿元件于再生程序时的均温控制，该方法包括：于升温控制程序中，以一 预热器加热该除湿元件内的第一个除湿单体，以通过该第一个除湿单体同时加 热与其串联的多个除湿单体，直到达到再生温度范围后，即停止该预热器对该 多个除湿单体的加热；于持温控制程序中，各该除湿单体依据个别的温度差异， 间歇式启动或暂停加热，使该再生温度保持在恒定的误差范围内；以及于降温 控制程序中，停止该预热器对该多个除湿单体的加热，并提供冷却空气以加速 该除湿元件的冷却。

本发明还提出一种可分层均温控制的直热脱附式干燥装置，其包括：进气 管路组、出气管路组、多个直热脱附式干燥组件以及热交换器，其中，出气管 路组位于该进气管路组的上端，各该直热脱附式干燥组件并联设置，通过该进 气管路组和该出气管路组上的控制阀的开启与关闭以控制空气进入各该直热 脱附式干燥组件的压力桶槽内，其中，该压力桶槽内具有多个除湿元件，各该 除湿元件分别具有预热器，以提供各该除湿元件的预热和温度补偿，该压力桶 槽的进出气端分别连接该进气管路组和该出气管路组，通过将该空气送至该压 力桶槽内以由该除湿元件内的除湿单体进行该空气的吸附除湿或对该除湿单 体进行脱附再生，而该热交换器，其与该进气管路组、该出气管路组以及该控 制阀连通提供对该多个直热脱附式干燥组件进行脱附再生后的高温高湿气体 的冷凝以及该多个除湿单体的加速冷却。

相较于现有技术，本发明所提出的除湿单体、分层温控除湿元件、干燥装 置及其温控方法，利用由直热脱附基材制成的除湿元件进行空气干燥，特别是 采用预热器预热以及分层电控加热方式，让除湿元件的气体通道于脱附再生程 序时，可达到均温效果，通过此方式减少能耗，将有助于提高脱附再生程序的 效能。

附图说明

图1A-图1C为本发明的分层温控除湿元件的示意图和剖视图；

图2A-图2C为本发明的分层温控除湿元件的除湿单体的示意图；

图3为本发明的可分层均温控制的温控方法的运作流程图；

图4为本发明的可分层均温控制的直热脱附式干燥装置的示意图；以及

图5A-图5C为本发明的可分层均温控制的直热脱附式干燥装置的直热脱 附式干燥组件的示意图。

附图标记

1：分层温控除湿元件10：除湿单体

11：预热器12：第一温度感应器接头

13：第二温度感应器接头141：侧盖板

142：底板143：进气端板

1431：进气口1432：气密垫圈

144：出气端板1441：出气口

145：上盖板组1451：电击螺丝组

146：预热器盖板1461：电击螺丝组

15：隔板150：气室

151：通孔16：预热器隔板

161：通孔2：除湿单体

21：直热脱附基材211：平行通道

22：上框架221：肋板

222：间隙23：下框架

24：下螺杆25：上螺杆

26：导电板261：螺丝组

27：电极螺孔3：温控方法

31：分层温控除湿元件311：预热器

312：除湿单体32：逻辑控制回路

321：升温控制程序3211：升温控制回路

3212：温度反馈回路3215：湿度信号回路

322：持温控制程序323：降温控制程序

324：反馈处理器325：降温处理器

326：湿度反馈处理器4：直热脱附式干燥装置

41、41A、41B：直热脱附式干燥组件

42：进气管路组421、441、431、442：管路

423、422、432、433：控制阀424：开关

43：出气管路组431：出气管

44：热交换器51：直热脱附式干燥组件

511：桶槽本体5111：固定架

5112：接驳板5112A：温度接头组

5112B：电源接头组5113：固定座板

5114：固定盖板512：进气斗

5121：进气口5122：孔口板

5123：扩散网13：出气斗

5131：出气口5133：过滤网

5132：孔口板

具体实施方式

以下通过特定的具体实施形态说明本发明的技术内容，熟悉此技术的人员 可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的优点与效果。然而本发明也可 通过其它不同的具体实施形态加以施行或应用。

图1A-图1C为本发明的分层温控除湿元件的示意图和剖视图。如图所示， 图1A显示可分层均温控制的分层温控除湿元件1的外观结构，图1B显示分 层温控除湿元件1的内部结构，图1C则显示分层温控除湿元件1的剖视图。

如图1A-图1C所示，分层温控除湿元件1主要包括：多个除湿单体10、 预热器11、多个第一温度感应器接头12、第二温度感应器接头13。

多个除湿单体10中各除湿单体10包含直热脱附基材，提供空气的吸附除 湿与脱附再生，且各除湿单体10分别设置于由至少一隔板15所隔开的多个气 室150内，且在一隔板15中间部位设置一通孔151，使得各该气室150间具 有通孔151以供该气体于各该气室构成的平行通道内流动。

预热器11设置于分层温控除湿元件1的进气端，提供多个除湿单体10 的预热和温度补偿，使多个除湿单体10保持再生时的均温。

多个第一温度感应器接头12，与第一温度感应器(图未示)连接，该些 第一温度感应器分别设置于各除湿单体10中央位置，提供对各除湿单体10 于再生时的温度监控与反馈，而该多个第一温度感应器接头12设置于分层温 控除湿元件1一侧。与第二温度感应器接头13相连接的第二温度感应器(图 未示)设置于预热器11的出口，提供预热器11于升温或温度补偿时的温度监 控与反馈，而第二温度感应器接头13也设置于分层温控除湿元件1的侧边。

具体实施时，分层温控除湿元件1外形如图1A所示，可由侧盖板141、 底板142、进气端板143、出气端板144、上盖板组145及预热器盖板146组 成，上述各组件可形成分层温控除湿元件1的固定框架，其内部再用多个隔板 15分隔成多个气室，每一个气室内分别设置一除湿单体10，使分层温控除湿 元件1具有吸附除湿以及脱附再生的功能，由图1C的剖面图可知，多个隔板 15上具有通孔151，以供空气流通。

预热器隔板16与进气端板143间形成一气室，内部可置放预热器11，提 供分层温控除湿元件1预热与温度补偿之用，预热器11的形式可为正温度系 数电阻(PositiveTemperatureCoefficient；PTC)或一般电热丝，预热器隔板 16上留一通孔161，以供空气流通。此外，进气端板143与出气端板144适当 处留置进气口1431与出气口1441，以供空气流通。必要时，进气端板143上 可设置气密垫圈1432，以供分层温控除湿元件1与整个除湿腔体间的气密， 出气端板144上也设置气密垫圈(图未示)。

为了达到温控的目的，分层温控除湿元件1内部的除湿单体10中央位置 配置有第一温度感应器，并将第一温度感应器接头12固定于框架的侧边，该 些多个第一温度感测器提供分层温控除湿元件1内各个除湿单体10再生时温 度监控与反馈使用。在底板142靠近预热器11出口处，可设置第二温度感应 器并与第二温度感应器接头13相连接，第二温度感应器可提供预热器11进行 升温或温度补偿时的温度监控与反馈用。另外，分层温控除湿元件1还具有逻 辑控制回路(图未示)，可与预热器11、多个第一温度感应器接头12以及第 二温度感应器接头13连接，用于各除湿单体10间的均温控制。关于温度控制， 后面将有详述。

关于除湿单体10于吸附再生以及预热器11加热时的供电机制，可于分层 温控除湿元件1上，通过电击螺丝组1451与分层温控除湿元件1内除湿单体 10上的导电板(图未示)结合，借此提供除湿单体10所需电源，另外，还可 通过电击螺丝组1461与分层温控除湿元件1内的预热器11电源线结合，以提 供预热器11所需电源。

关于除湿单体10内的直热脱附基材的设置方式，将于图2A-图2C中描述。

图2A-图2C为本发明的分层温控除湿元件的除湿单体的示意图。如图所 示，图2A显示除湿单体2(即图1A-图1C的除湿单体10)的整体结构，图 2B显示除湿单体2的正视图，图2C则显示除湿单体2的上下框架的示意图。

如图2A-图2C所示，除湿单体2可使用可调整张力的上、下框架22、23 固定住直热脱附基材21，直热脱附基材21通过上、下框架22、23上的肋板 221与间隙222，采用U型来回缠绕方式，在直热脱附基材21形成一间隙距 离的除湿单体2，该间隙距离以1～10mm效果较佳。而直热脱附基材21两端 的上下两层脱附材剥开，将其中间层的金属薄片分别以导电板26固定，提供 电流导入该直热脱附基材21以进行直热脱附再生程序。

具体实施时，除湿单体2可由上框架22、下框架23、下螺杆24与上螺杆 25组成整体框架，详言之，直热脱附基材21可利用上、下框架22、23上的 肋板221作为支架与间隙板，将直热脱附基材21穿过间隙222的方式，使直 热脱附基材21以U形状态来回缠绕于上、下框架22、23上，即可让直热脱 附基材21间形成平行通道211，如图2B所示，如此可降低元件压损。

直热脱附基材21可以用旋转上、下螺杆25、24的位置，借此将直热脱附 基材21展延绷紧，之后，直热脱附基材21两侧的中间层金属薄片再以螺丝组 261与导电板26固定于上框架22上，形成两个电极，于该导电板26上设置 一电极螺孔27，可与电击螺丝组1451(参照图1A)相结合，以将电流导入导 电板26上，作为脱附再生程序时通电之用。另外，除湿单体2在组合时，可 于进出口端可贴附气密泡棉(图未示)，将有助于增加元件的气密性。

由上可知，通过预热器的使用以使分层温控除湿元件内的空气通道达到均 温效果，将有助于脱附再生的效能，关于如何达到均温状态，可通过温度感应 结果，决定逻辑控制回路是要执行升温、降温或持温程序。

因此，本发明提出一种可分层均温控制的温控方法，其用于直热脱附式干 燥装置内各除湿元件于再生程序时的均温控制，该温控方法可执行升温控制程 序、持温控制程序及降温控制程序。

于升温控制程序中，通过预热器对除湿元件内的第一个除湿单体加热，以 及后续串联的多个除湿单体同时加热，直到达到再生温度范围后，即停止该预 热器以及该多个除湿单体的加热，并进入持温控制程序。也就是说，当除湿元 件内未达到设定的再生温度时，将启动预热器加热与该多个除湿单体进行加 热，其中，常见再生温度范围可例如80℃～160℃，并直到除湿元件内达到设 定的再生温度范围后才进入持温控制程序。

于持温控制程序中，各除湿单体将依据个别的温度差异，间歇式启动或暂 停加热，借此使再生温度保持在恒定的误差范围内。另外，于降温控制程序中， 将停止预热器与该多个除湿单体的加热，并提供冷却空气以加速除湿元件的冷 却。

下面将通过完整温控执行的运作流程，进一步说明升温控制程序、持温控 制程序及降温控制程序的执行状态，以及各程序与预热器和除湿单体间的关 系。

图3为本发明的可分层均温控制的温控方法的运作流程图，可分层均温控 制的温控方法3包括分层温控除湿元件31以及逻辑控制回路32，其中，分层 温控除湿元件31包括预热器311和多个除湿单体312，预热器311用以提供 分层温控除湿元件31预热和温度补偿所需热量，多个除湿单体312是由直热 脱附基材制成，可提供元件吸附除湿与脱附再生功能，预热器311和多个除湿 单体312前面已有说明，故不再赘述。

逻辑控制回路32可执行升温控制程序321、持温控制程序322以及降温 控制程序323。

升温控制程序321提供分层温控除湿元件31进行脱附再生程序时的加温 信号，该加温信号通过升温控制回路3211启动电源，使预热器311与除湿单 体312同时进行加热。各除湿单体312的温度信号会通过温度反馈回路3212 回传至温度反馈处理器324，进行程序判断处理。当温度到达再生所需温度时， 会关闭电源以停止除湿单体312的加热，并启动再生气流，进行分层温控除湿 元件31的脱附再生程序。当温度低于设定的再生温度时，温度反馈处理器324 会启动持温控制程序322，以间歇性启动或关闭电源方式，让预热器311与各 个除湿单体312进行加热温度补偿，其中，加热时间长短会根据温度反馈回路 3212的信号进行调节，借此使分层温控除湿元件31的整个除湿流道保持在恒 定的再生温度。

另外，分层温控除湿元件31的再生程序终结，会通过以湿度控制方式来 停止作业。湿度信号会由安置于最后一组除湿单体312的湿度感应器，通过湿 度信号回路3215反馈给湿度反馈处理器326，经判断后，如达到设定的湿度 以下时，将通知降温处理器325进行降温程序，包括先关闭预热器311和对各 除湿单体312的加热，并停止再生气流的送气。此外，还可启动冷却气流进行 降温作业流程，启动冷却气流的目的在于快速降低分层温控除湿元件31的温 度，以利于下一次的吸附除湿作业，若分层温控除湿元件31本体温度过高， 将不利于水分吸附。

上述的逻辑控制回路32可利用可程式控制器(PLC)或个人计算机(PC) 等硬件，经传输接口进行分层温控除湿元件31的脱附再生流程控制。

图4为本发明的可分层均温控制的直热脱附式干燥装置的示意图。如图所 示，直热脱附式干燥装置4包括两个直热脱附式干燥组件41A和直热脱附式 干燥组件41B、进气管路组42、出气管路组43以及热交换器44，出气管路 组43位于进气管路组42的上端，通常两个直热脱附式干燥组件会一者执行除 湿作业，另一者执行脱附再生作业，可通过控制阀或开关来控制空气该流经何 者。

具体而言，直热脱附式干燥组件41A、41B与进气管路组42相连接，通 过管路421提供外部空气进入直热脱附式干燥组件41A、41B，进行除湿或再 生作业，由控制阀423的开启或关闭，可导引外部潮湿空气进入直热脱附式干 燥组件41A或41B内，进行水分吸附除湿处理，另外，由控制阀422的开启 或关闭，可导引经热交换器44冷凝后的低温低湿或外部空气进入直热脱附式 干燥组件41A或41B内，进行除湿元件的脱附再生处理，而控制阀424的启 闭，可将沉降于直热脱附式干燥组件41A、41B底部的水分予以排出。

两个直热脱附式干燥组件41A或41B，可通过控制阀432与控制阀433 相互交换开启或关闭，得以互相交换进行吸附除湿或脱附再生作业，其中当直 热脱附式干燥组件41A进行除湿处理时，其上端及下端的控制阀432、423为 开启，其上端及直热脱附式干燥组件41B下端的控制阀433、423为关闭，可 将直热脱附式干燥组件处理完成的干燥空气，导引至储气桶存放，同时直热脱 附式干燥组件41B进行脱附再生作业时，其上端及下端的控制阀433、422为 开启，其上端及直热脱附式干燥组件41A下端的控制阀432、422为关闭，可 将直热脱附式干燥组件处理完成的高温高湿再生空气，经由管路442的导引进 入热交换器44中，进行水分冷凝处理成低温低湿空气，进入直热脱附式干燥 组件41B内，进行除湿元件的脱附再生处理。该直热脱附式干燥组件处理完 成的高温高湿再生空气，也可经由管路431排出。另外，当停机时，可将直热 脱附式干燥组件41A或41B及热交换器44下方的开关424打开，使得直热脱 附式干燥组件41A或41B及热交换器44内的冷凝液排出。

两组直热脱附式干燥组件41A或41B，可通过控制阀432与控制阀433 相互交换开启或关闭，得以互相交换进行吸附除湿或脱附再生作业，其中，控 制阀432的开启，可将直热脱附式干燥组件处理完成的干燥空气，经由出气管 431导引至储气桶存放，另外，控制阀433的开启，可将直热脱附式干燥组件 处理完成的高温高湿再生空气，经由管路442的导引进入热交换器44中，进 行水分冷凝处理。

冷凝降温后的空气再循管路441，进入直热脱附式干燥组件41A或41B 中，进行除湿元件的脱附再生处理。再者，经热交换器44冷凝后的再生空气， 可以协助直热脱附式干燥组件41A或41B内的除湿元件加速冷却，借此缩短 再生流程，让除湿元件可快速进入下一个除湿作业流程。

更具体来说，直热脱附式干燥组件41A或41B是并联设置，通过进气管 路组42和出气管路组43上的控制阀的开启与关闭以控制空气进入各该直热脱 附式干燥组件41A或41B的压力桶槽内，其中，压力桶槽内具有以阵列方式 设置的多个除湿元件，各除湿元件分别具有预热器，以提供各除湿元件的预热 和温度补偿，压力桶槽的进出气端分别连接进气管路组42和出气管路组43， 通过将空气送至压力桶槽内以由除湿元件内的除湿单体进行空气的吸附除湿 或对除湿单体进行脱附再生。关于直热脱附式干燥组件41A或41B的内部结 构，将于后面详述。

另外，上述所建置完成的直热脱附式干燥装置4还可包括一固定架(图未 示)，用于固定进气管路组42、出气管路组43以及直热脱附式干燥组件41A 或41B。

图5A-图5C为本发明的可分层均温控制的直热脱附式干燥装置的直热脱 附式干燥组件的示意图。如图所示，图5A显示直热脱附式干燥组件51(即图 4中的直热脱附式干燥组件41A或41B)的外观结构，图5B显示直热脱附式 干燥组件51的剖视图，图5C则显示直热脱附式干燥组件51内的分层温控除 湿元件的示意图。

直热脱附式干燥组件51可包括桶槽本体511、进气斗512、出气斗513。 桶槽本体511可通过固定架5111固定于直热脱附式干燥装置4的框架上，接 驳板5112卸除后，可用以方便在桶槽本体511的一面开孔处，安装分层温控 除湿元件1于桶槽本体511内，于接驳板5112上设置有温度接头组5112A， 可用于与分层温控除湿元件1上温度感应器组连接，此外，接驳板5112上还 设有电源接头组5112B，可用以与分层温控除湿元件1上的除湿单体和预热器 连接，借此提供分层温控除湿元件1所需的电源。

桶槽本体511内底部进气端包含固定座板5113，桶槽本体511内上部出 气端包含固定盖板5114，可于安装时将多个分层温控除湿元件1上下端设置 密封圈压紧，并具有定位与气密之用。桶槽本体511进气端与进气斗512连接， 进气斗512上具有与进气管路连接的进气口5121，以便将处理用空气导入桶 槽本体511内。另外，进气斗512内设有孔口板5122和扩散网5123，其中孔 口板5122孔径较大，扩散网5123孔径较小，用以将欲做除湿处理或再生的空 气扩散均匀，以提高与除湿元件接触效率。

桶槽本体511出气端与出气斗513连接，出气斗513上具有与出气管路连 接的出气口5131，以便将处理完成的干空气或再生空气导出桶槽本体511外。 另外，出气斗513内设有过滤网5133和孔口板5132，用于滤除粉尘或杂物以 净化空气，其中，分层温控除湿元件1于桶槽本体511内是以阵列方式置放。

与现有技术相比较，本发明所提出的除湿单体、分层温控除湿元件、干燥 装置及其温控方法，采用预热器预热以及分层电控加热方式，让除湿元件的气 体通道于脱附再生程序时达到均温效果，如此减少能量损耗，将有助于提高脱 附再生程序的效能。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其效果，而非用于限制本发明。 任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例 进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。