TWI663374B - 壓縮空氣無油淨化及催化反應系統 - Google Patents

Abstract

本發明公開一種壓縮空氣無油淨化及催化反應系統，包括：一有油式空氣壓縮機，用以提供壓縮空氣；一儲氣桶用以儲存壓縮空氣；一低溫過濾乾燥裝置，連接儲氣桶的排氣口，利用低溫減速使油黏度增加，水分子變大，易於水滴與油霧碰撞(impact)而包覆，形成凝結速度加速進而收集壓縮空氣中的水和油污；一觸媒催化機連接低溫過濾乾燥裝置的空氣出口，通過油分子、污染物或病毒和觸媒催化機內的催化材料的氧催化反應達到除污、殺菌和消毒的效果；然後通過一吸附式乾燥機，對觸媒催化機處理完的壓縮空氣進行進一步的過濾，最終成為潔淨、無油和無菌的壓縮空氣。

Description

壓縮空氣無油淨化及催化反應系統

本發明涉及一種壓縮空氣供應系統，特別是一種壓縮空氣無油淨化及催化反應系統。

潔淨無油的空氣是當今精密工業所迫切需求，及節能的運用更是產業的目標，工廠苦無有效之對策，而空氣壓縮機又占工廠耗電量達40%以上，故，好的方法改善，是提昇產業競爭力的最佳利器。市場上，習用空氣精過濾大部分均在24cm/s以上的急速過濾，如此的急速過濾必然造成過濾品質下降的問題。習用無油式空氣壓縮機，其缺失在於相當耗能，就成本效益比而言，顯然成本過高而效益過差。傳統冷凍式乾燥機其缺失有：一、脈衝緩衝區空間小。二、預冷區流速快，造成水凝結效果差。三、橫式冷凝器其水分離效果差。

為了解決上述已知技術存在的問題，本案發明人在已核准的台灣發明專利TW I550245B提出了一種壓縮空氣無油淨化系統，係包含有：一有油式空氣壓縮機，前述有油式空氣壓縮機提供壓縮空氣，一低溫過濾乾燥系統包括一奈米玻纖過濾器及一第一熱交換器，第一熱交換器降低壓縮空氣溫度，利用低溫減速使油黏度增加，水分子變大，易於水滴與油霧碰撞(impact)而包覆，形成凝結速度加速達到油滴，而被奈米玻纖過濾集結，回復成大油滴經電子式自動排污器主動取出，進而輸出潔淨無油空氣。

惟，一般空氣中存在有許多污染物，例如流感病毒、大腸桿菌、冠狀病毒和霉菌，而且某些壓縮空氣供應系統的應用場所對於空氣中所含污染物有較高的或是嚴格的要求；因此，現有的壓縮空氣供應系統技術對於空氣中所含污染物的控制和處理仍有改進之必要，為了控制和處理空氣中所含污染物，已知的壓縮空氣供應系統主要採用兩種技術控制和處理所述的污染物，其中一種是使用過濾材料，另一種是採用高溫殺菌。普通濾芯只能阻隔細菌，不能殺死細菌，由於病毒粒徑小於PM0.3，所以會穿透濾芯，普通濾芯只能起到阻隔作用，無法作到殺菌和過濾病毒的效果，普通濾芯使用後因為表層覆蓋被阻隔的微塵和細菌屍體而變成黑色，同時發生霉變。採用高溫殺菌的方式需要使用能耐高溫的過濾器配合例如蒸氣進行高溫殺菌，例如一種用PTFE過濾膜的過濾器可以耐受142℃/30分鐘的高溫蒸氣進行高溫殺菌的處理，但是這種過濾濾器有一定的使用壽命約1200hrs或是225次的高溫殺菌操作，所要定期更換。

因此，本案發明人不以獲得上述發明專利成果為滿足，針對壓縮空氣供應系統的污染物控制問題為目標之一，進一步研究與創新，本案發明人本於多年從事相關產品之製造開發與設計的專業經驗，針對上述之目標，詳加設計與審慎評估後，終得一確具實用性之本發明。

本發明所要解決的技術問題在於提供一種壓縮空氣無油淨化及催化反應系統，用以提供更加符合ISO8573.1標準的潔淨和無油的壓縮空氣。

基於解決上述的技術問題，本發明壓縮空氣無油淨化及催化 反應系統的一實施例，包括：一有油式空氣壓縮機，用以提供壓縮空氣；一儲氣桶用以儲存壓縮空氣，儲氣桶的一進氣口連接油式空氣壓縮機的一空氣排出口；一低溫過濾乾燥裝置，低溫過濾乾燥裝置的一空氣入口連接儲氣桶的一排氣口，利用低溫減速使油黏度增加，水分子變大，易於水滴與油霧碰撞而包覆，形成凝結速度加速進而收集壓縮空氣中的水和油污；一觸媒催化機，觸媒催化機的一空氣入口連接低溫過濾乾燥裝置的一空氣出口，觸媒催化機之中具有一催化材料；以及一吸附式乾燥機，吸附式乾燥機的一入口連接觸媒催化機的一空氣出口，用以對觸媒催化機處理完的壓縮空氣進行進一步的過濾，最終成為潔淨、無油和無菌的壓縮空氣後從吸附式乾燥機的一出口排出。

其中低溫過濾乾燥裝置包含：一冷凍單元、一容器、一奈米玻纖過濾器和一電子式自動排污器，冷凍單元的一蒸發器和奈米玻纖過濾器一起裝設在容器中，儲氣桶的排氣口連接低溫過濾乾燥裝置的空氣入口，容器的一入口連接低溫過濾乾燥裝置的空氣入口，壓縮空氣進入容器後蒸發器將壓縮空氣減速及降低壓縮空氣溫度至低溫狀態，使低溫分子大於高溫分子，奈米玻纖過濾器設於蒸發器的上方，用以過濾減速低溫的壓縮空氣，潮濕油霧氣體受凡得瓦力定律作用低溫增加分子撞擊，使氣態水及油分子從微小凝聚而漸漸變大，而形成大油滴及水滴，從結合至集合至凝結至回復至還原成為大於3微米，電子式自動排污器以一排污管路連接至奈米玻纖過濾器內的底部以及容器的底部，用以排出水、油污，容器的一 出口連接低溫過濾乾燥裝置的空氣出口。

其中在容器的出口和低溫過濾乾燥裝置的空氣出口之間連接有一熱排，由容器的出口排出的壓縮空氣通過熱排和低溫過濾乾燥裝置的一冷凝器進行熱交換，用以增加排出低溫過濾乾燥裝置的壓縮空氣的溫度。

其中觸媒催化機包含：一觸媒轉化器和一粉塵過濾器；催化材料置於觸媒轉化器之中，觸媒轉化器中設有一加熱裝置用以對催化材料加熱至140℃~150℃的反應溫度，觸媒轉化器的一入口連接觸媒催化機的空氣入口，觸媒轉化器的一出口連接粉塵過濾器的一入口，粉塵過濾器的一出口連接觸媒催化機的空氣出口。

其中在觸媒轉化器的入口和觸媒催化機的空氣入口之間連接有一熱交換器，粉塵過濾器的出口通過熱交換器連接觸媒催化機的空氣出口。

本發明壓縮空氣無油淨化及催化反應系統的優點及功效包括：(1)使用壽命長，本創作觸媒催化時效可逹10000hr(現有技術的使用壽命約1200hrs)；(2)速度快，觸媒催化瞬間活化能立即除菌、殺菌(傳統高溫殺菌需要在高溫條件下持結一段時間，例如142℃/30分鐘)；(3)安全無公害，銀離子破壞病毒、細胞壁，催化成CO2排出，無公(毒)害及第二次污染的問題產生(現有技術採四氯化碳煙燻4hr，會產生廢棄物處理問題)。

10‧‧‧有油式空氣壓縮機

11‧‧‧空氣排出口

20‧‧‧儲氣桶

21‧‧‧進氣口

22‧‧‧排氣口

30‧‧‧觸媒催化機

31‧‧‧空氣入口

32‧‧‧空氣出口

33‧‧‧催化材料

34‧‧‧觸媒轉化器

341‧‧‧入口

342‧‧‧出口

343‧‧‧加熱裝置

35‧‧‧粉塵過濾器

351‧‧‧入口

352‧‧‧出口

36‧‧‧熱交換器

40‧‧‧低溫過濾乾燥裝置

41‧‧‧空氣入口

42‧‧‧空氣出口

43‧‧‧冷凍單元

431‧‧‧壓縮機

432‧‧‧蒸發器

433‧‧‧冷凝器

44‧‧‧容器

441‧‧‧入口

442‧‧‧出口

443‧‧‧隔板

45‧‧‧奈米玻纖過濾器

46‧‧‧電子式自動排污器

461‧‧‧排污管路

47‧‧‧熱排

50‧‧‧吸附式乾燥機

51‧‧‧入口

52‧‧‧出口

第1圖，是本發明壓縮空氣無油淨化及催化反應系統的架構示意圖。

第2圖，是本發明的觸媒催化機的構造示意圖。

在下文的實施方式中所述的位置關係，包括：上，下，左和右，若無特別指明，皆是以圖式中組件繪示的方向為基準。

首先請參閱圖1，是本發明壓縮空氣無油淨化及催化反應系統的架構示意圖。

本發明壓縮空氣無油淨化及催化反應系統的一種實施例構造，包括：一有油式空氣壓縮機10、一儲氣桶20、一觸媒催化機30、一低溫過濾乾燥裝置40以及一吸附式乾燥機50。

有油式空氣壓縮機10用以提供壓縮空氣，所述的壓縮空氣係從有油式空氣壓縮機10的一空氣排出口11排出。

儲氣桶20用以儲存壓縮空氣，儲氣桶20具有一進氣口21和一排氣口22，儲氣桶20的進氣口21連接有油式空氣壓縮機10的空氣排出口11。

低溫過濾乾燥裝置40具有一空氣入口41和一空氣出口42，低溫過濾乾燥裝置40的空氣入口41連接儲氣桶20的排氣口22，利用低溫減速使油黏度增加，水分子變大，易於水滴與油霧碰撞(impact)而包覆，形成凝結速度加速進而收集壓縮空氣中的水和油污。

其中低溫過濾乾燥裝置40包含：一冷凍單元43、一容器44、一奈米玻纖過濾器45和一電子式自動排污器46，冷凍單元43可以採用一般的機械壓縮冷媒的冷凍系統，例如包含：用以壓縮冷媒的壓縮機431、蒸發器432和一冷凝器433的冷凍系統，儲氣桶20的排氣口22連接低溫過濾乾燥裝置40的空氣入口41，其中一種實施方式是容器44的一入口441連接低溫過 濾乾燥裝置40的空氣入口41，容器44的一出口442連接低溫過濾乾燥裝置40的空氣出口42；冷凍單元43的蒸發器432和奈米玻纖過濾器45一起裝設在容器44之中，奈米玻纖過濾器45設於蒸發器432的上方，較佳的實施方式包括在容器44之中設置數個隔板443用以在容器44的入口441至出口442之間形成迂迴的流路，可以增加壓縮空氣和蒸發器432的接觸時間，並且減緩壓縮空氣的流速；從儲氣桶20的排氣口22釋出的壓縮空氣進入容器44之後，蒸發器432將壓縮空氣減速及降低壓縮空氣溫度至低溫狀態，使低溫分子大於高溫分子，奈米玻纖過濾器45用以過濾減速低溫的壓縮空氣，潮濕油霧氣體受凡得瓦力(van der Waals)定律作用低溫增加分子撞擊，使氣態水及油分子從微小凝聚而漸漸變大，而形成大油滴及水滴，從結合至集合至凝結至回復至還原成為大於3微米(micron)。

電子式自動排污器46以一排污管路461連接至奈米玻纖過濾器45內的底部以及容器44的底部，用以排出水、油污，電子式自動排污器46的一種實施方式可以是電磁閥或是由電磁閥和泵浦組合的裝置，通過控制電磁閥的開啟及/或通過控制泵浦排出水、油污。

其中低溫過濾乾燥裝置40的一種較佳實施方式包括：在容器44的出口442和低溫過濾乾燥裝置40的空氣出口42之間連接有一熱排47，熱排47可以併列在冷凝器433的一側，由容器44的出口442排出的壓縮空氣通過熱排47和低溫過濾乾燥裝置40的冷凝器433進行熱交換，用以增加排出低溫過濾乾燥裝置40的壓縮空氣的溫度，有利於壓縮空氣後續在觸媒催化機30中進行氧催化反應。

其中觸媒催化機30具有一空氣入口31和一空氣出口32，空氣 入口31連接低溫過濾乾燥裝置40的空氣出口42，空氣出口32連接吸附式乾燥機50的一入口51；請參閱第2圖，觸媒催化機30之中具有一催化材料33(例如二氧化鈦)，催化材料33可以在140℃~150℃的反應溫度下，進一步和壓縮空氣中的油分子、污染物或病毒發生氧催化反應達到除污、殺菌和消毒的效果。

觸媒催化機30的一種實施方式進一步包含：一觸媒轉化器34和一粉塵過濾器35；催化材料33置於觸媒轉化器34之中，觸媒轉化器34之中設有一加熱裝置343用以對催化材料33加熱至140℃~150℃的反應溫度，觸媒轉化器34的一入口341連接觸媒催化機30的空氣入口31，觸媒轉化器34的一出口342連接粉塵過濾器35的一入口351，粉塵過濾器35的一出口352連接觸媒催化機30的空氣出口32。

催化材料33具有很大的表面面積(約200m2/g的表面面積)，觸媒轉化器34之中的催化材料33對於1m3/min、0.7MPa的壓縮空氣提供500,000m2的接觸面積，任何含有油、水及細菌/病毒的壓縮空氣均能被迅速地處理。催化材料33的氣催化反應可概分為以下三個步驟。

步驟1：壓縮空氣中的油、水中所含的長鏈碳氫化合物CnH(2n+2)和氧氣O2進入觸媒催化機30的觸媒轉化器34，催化材料33的反應溫度約150℃，油、水及細菌/病毒和氧產生催化反應。步驟2：長鏈碳氫化合物在催化反應過程中破裂，催化反應是放熱及產熱，瞬間活化能殺菌，藉由熱能使催化材料33表面的電子吸收足夠能量，以跨越能隙並脫離，而在電子脫離的位置便形成正電的電洞。當空氣中的氧氣接觸到電洞就會生成超氧陰離子，而壓縮空氣中的水分子碰到催化材料33(例如二氧化鈦)表面 時，便會解離出氫氧根離子，並與電洞結合，氧化成極不穩定氫氧自由基，氫氧自由基一旦遇上有機物質，便會將電子奪回，有機物質就因為鏈結被破壞而分崩離析，變成無害的水H2O及二氧化碳CO2，達到除污、殺菌和消毒的功效。

觸媒催化機30的一種較佳實施方式進一步包含：在觸媒轉化器34的入口341和觸媒催化機30的空氣入口31之間連接有一熱交換器36(可以是殼管式熱交換器或雙重管式熱交換器)，粉塵過濾器35的出口352通過熱交換器36連接觸媒催化機30的空氣出口32。因此，由粉塵過濾器35排出的高溫/較熱的壓縮空氣可以藉由熱交換器36對進入觸媒轉化器34的壓縮空氣進行預熱，可以節省能源的消耗。

吸附式乾燥機50具有一入口51和一出口52，吸附式乾燥機50的入口51連接觸媒催化機30的空氣出口32，利用吸附式乾燥機50對觸媒催化機30處理完的壓縮空氣進行進一步的過濾，最終成為潔淨、無油和無菌的壓縮空氣後從吸附式乾燥機50的出口52排出。

依據壓縮空氣品質標準ISO8573.1，通過本發明壓縮空氣無油淨化及催化反應系統提供的壓縮空氣可達到下列的等級：Particle：class 1；Water：class 1；Oil：class 0。

雖然本發明已通過上述的實施方式公開如上，然其並非用以限定本發明，本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，因此本發明的專利保護範圍須視本申請的權利要求所界定者為准。

Claims (3)

1. 一種壓縮空氣無油淨化及催化反應系統，包括：一有油式空氣壓縮機，用以提供壓縮空氣；一儲氣桶用以儲存該壓縮空氣，該儲氣桶的一進氣口連接該油式空氣壓縮機的一空氣排出口；一低溫過濾乾燥裝置，該低溫過濾乾燥裝置的一空氣入口連接該儲氣桶的一排氣口，利用低溫減速使油黏度增加，水分子變大，易於水滴與油霧碰撞而包覆，形成凝結速度加速進而收集壓縮空氣中的水和油污；一觸媒催化機，該觸媒催化機的一空氣入口連接該低溫過濾乾燥裝置的一空氣出口，其中該觸媒催化機包含：一觸媒轉化器、一粉塵過濾器和一熱交換器；該觸媒轉化器之中具有一催化材料，該觸媒轉化器中設有一加熱裝置用以對該催化材料加熱至140℃~150℃的反應溫度，該觸媒轉化器的一出口連接該粉塵過濾器的一入口，在該觸媒轉化器的一入口和該觸媒催化機的該空氣入口之間連接有一熱交換器，該粉塵過濾器的一出口通過該熱交換器連接該觸媒催化機的一空氣出口，由該粉塵過濾器排出的高溫的該壓縮空氣可以藉由該熱交換器對進入該觸媒轉化器的該壓縮空氣進行預熱；以及一吸附式乾燥機，該吸附式乾燥機的一入口連接該觸媒催化機的該空氣出口，用以對該觸媒催化機處理完的該壓縮空氣進行進一步的過濾，最終成為潔淨、無油和無菌的壓縮空氣後從該吸附式乾燥機的一出口排出。
2. 如請求項1所述的壓縮空氣無油淨化及催化反應系統，其中該低溫過濾乾燥裝置包含：一冷凍單元、一容器、一奈米玻纖過濾器和一電子式自動排污器，該冷凍單元的一蒸發器和該奈米玻纖過濾器一起裝設在該容器中，該儲氣桶 的該排氣口連接該低溫過濾乾燥裝置的該空氣入口，該容器的一入口連接該低溫過濾乾燥裝置的該空氣入口，該壓縮空氣進入該容器後該蒸發器將該壓縮空氣減速及降低壓縮空氣溫度至低溫狀態，使低溫分子大於高溫分子，該奈米玻纖過濾器設於該蒸發器的上方，用以過濾減速低溫的壓縮空氣，潮濕油霧氣體受凡得瓦力定律作用低溫增加分子撞擊，使氣態水及油分子從微小凝聚而漸漸變大，而形成大油滴及水滴，從結合至集合至凝結至回復至還原成為大於3微米，該電子式自動排污器以一排污管路連接至該奈米玻纖過濾器內的底部以及該容器的底部，用以排出水、油污，該容器的一出口連接該低溫過濾乾燥裝置的該空氣出口。
3. 如請求項2所述的壓縮空氣無油淨化及催化反應系統，其中在該容器的該出口和該低溫過濾乾燥裝置的該空氣出口之間連接有一熱排，由該容器的該出口排出的該壓縮空氣通過該熱排和該低溫過濾乾燥裝置的一冷凝器進行熱交換，用以增加排出該低溫過濾乾燥裝置的該壓縮空氣的溫度。