压缩空气乾燥设备性能测试方法与测试系统建置.doc

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1、壓縮空氣乾燥設備性能測試方法與測試系統建置摘要本研究參考壓縮空氣乾燥設備性能測試之國際標準ISO7183-2007，建立一套高壓空氣吸附元件性能測試系統於工研院綠能所實驗室，使其各項參數(溫度、壓力、溼度、流量、潔淨度)之均勻度與穩定性皆可符合國際標準，並將其應用於本研究團隊目前正極積開發之通電直熱再生吸附雛型元件之性能測試，以收集相關性能數據與操作參數、耗能驗証與可靠度測試，以做為將來高效率壓縮空氣乾燥設備產品之設計依據，同時可提供國內相關空壓機乾燥設備廠商，做為吸附材料或乾燥設備開發時之測試驗證平台。一、前言完整的壓縮乾空氣系統包括空氣壓縮機、儲氣桶、乾燥設備、過濾設備、輸送管線與

2、壓力閥件等元件設備。由於空氣經過空壓機壓縮後，空氣中所含大量水汽會產生凝結水，加上氣流中微量的雜質與油污，將對精密儀器、氣動工具、氣動設備、儀錶、管路、食品與藥物製程等造成嚴重傷害。故高壓空氣系統的除溼與濾淨處理程序，已成為生產高品質壓縮空氣之必要手段。壓縮空氣水汽去除機制，主要是藉由空氣桶冷卻凝結、冷凍式乾燥機與吸附式乾燥機等設備加以分離去除，其中工業常見的乾燥設備有冷凍式乾燥機、無熱式雙塔吸附式乾燥機、加熱式雙塔吸附式乾燥機、廢熱回收式吸附乾燥機等。一般大氣經空氣壓縮機後，約有65.5%的水氣量會因空氣壓縮冷卻後凝結所排除、30%由冷凍乾燥機冷凝去除，其餘約4.5%水分才由吸附式乾

3、燥機去除。由於冷凍乾燥機最低可處理的濕度為壓力露點約2℃，因此無法提供高壓空氣極低露點-40℃以下之需求，必須藉由吸附式乾燥機才能將壓力露點處理至-40℃甚至是-70℃以下，然而吸附式乾燥機需耗費較高能量用於吸附劑再生，故成為吸附式乾燥器主要缺點。傳統吸附式乾燥機為雙塔並聯之乾燥桶(內裝吸附劑)所組成，當其中一個進行氣體除濕時，另一個則進行再生，再生完成後冷卻備用並交替循環使用。吸附劑種類有矽膠、活性氧化鋁、沸石等，目前仍唯有使用分子篩才將壓力露點溫度降低至-70℃以下，得到露點極低壓縮空氣。無熱式吸附乾燥機之耗能主要源於吸附劑再生需求所致，因此目前有多種改良型式吸附式乾燥機問世。傳統

4、無熱式乾燥設備，其再生方法引入乾燥後壓縮空氣直接進行再生，通常5~15分鐘完成一次再生切換循環，並消耗總供氣量中15～25%的高經濟價值的壓縮空氣，有些不當作操作甚至會高達50%再生氣耗，故其操作費用極為昂貴。改良型式乾燥設備分別有A.加熱式＋空壓氣體吹淨再生，耗氣3～7%的壓縮空氣；B.加熱式＋鼓風機常壓空氣吹淨再生;C.採用空壓機廢熱回收再生，降低加熱元件之能耗。為改善吸附式乾燥設備之耗能，本研究則開發通電直熱式平行通道式吸附元件技術，擬藉由通電直熱方式將熱量直接傳遞至吸附劑孔洞內部脫附水汽分子，其與傳統電熱加熱高壓空氣後再生吸附劑相比，可大幅降低管件熱損失與吸附劑加熱不均之問題，

5、估計節能效益潛力約可達30%。表1為冷凍乾燥機與各類吸附乾燥機之使用範圍、初設成本與運轉費用比較表。表1、各種乾燥設備之使用範圍、初設成本與運轉費用比較表型式大氣露點(℃)初始費用運轉費用耗氣(%)配合空壓機(HP)A、冷凍乾燥機5~-5低低0皆可B、無熱式(高壓空氣體吹淨再生)-20~-40低高10~15400以下C、加熱式(高壓空氣吹淨再生)-40~-70中中3~775~500D、加熱式(外加鼓風機吹淨再生)-40~-70高低0200以上E、熱回收式(空壓機廢熱或冷凍機廢熱再生)-20~-40高極低<220以上，且熱源負載率需＞80%除以上不同的吸附材的再生型式外，在吸附式乾燥機的

6、運作上，控制方式的不同亦對能源消耗有不同的影響。一般最為常見者採固定時間再生週期控制，即以設定時間之方式進行吸附材再生；如每小時進行吸附材再生一次等。另一種較節能方式則以壓力露點溫度監測來進行控制，其再生週期不為定值，此方式雖然固定時間再生較為節能，但缺點在於需額外昂貴線上壓力露點感測器。二、壓縮空氣乾燥設備性能測試標準本研究為了建立一套高壓空氣乾燥設備及其吸附元件性能測試系統，將參考壓縮空氣乾燥設備性能測試之國際標準ISO7183，其屬於ISOTC118SC4WG1之國際高壓空氣氣體濾淨處理與其性能測標準架構下之乾燥設備性能測試標準;而其相關ISO高壓空氣氣體濾淨處理與性能測標準如圖

7、1所示。其中ISO8573-1為高壓空氣氣體潔淨分級標準，依污染物分成氣態污染物(如氨、硫化物等)、水氣、油滴、塵粒、生物(菌類、孢子等)。而一般工業所使用高壓空氣潔淨品質，則偏重水氣、油滴、塵粒之潔淨度控制，其等級區分如表2所示。圖1、ISO有關空壓氣體濾淨處理標準表2、高壓空氣潔淨等級表國際標準ISO7183-2007(Compressed-airdryers-specificationsandtesting)標準規範適用高壓空氣範圍為0.