CN105431701B - 气体压缩机用的热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种热交换器，该热交换器用于气体压缩机，能够在热交换器的集管部除去压缩空气所含的水雾且降低所述集管部的空气阻力，并且还有助于降低从压缩机释放出的噪声。热交换器(53)具备：供压缩气体流动的热交换部(1)；设置在热交换部(1)的上游侧的与热交换部连通的上游侧集管部(2)；设置在热交换部的下游侧的与热交换部连通的下游侧集管部(3)；与上游侧集管部(2)的侧壁面(2b)连接的气体导入管(4)；以及与下游侧集管部(3)的侧壁面(3b)连接的气体出口管(5)。在上游侧集管部(2)、下游侧集管部(3)中的至少一方的与热交换部对置的内壁面(2a、3a)，安装有多孔质系的过滤器兼吸音材料(6)。

Description

气体压缩机用的热交换器
技术领域
本发明涉及一种气体压缩机用的热交换器。
背景技术
作为与空气压缩机用的热交换器相关的技术，具有例如专利文献1所记载的技术。专利文献1所记载的空气压缩机用热交换器是利用分隔板将其低温室与高温室分隔、并使低温室与高温室交替层叠而成的。将层叠方向上的两端侧设为低温室，并且使低温室中的低温侧流体的流通方向与高温室中的高温侧流体的流通方向大致正交。在专利文献1的说明书中记载有，该热交换器被用作螺旋压缩机的中间冷却器或后冷却器。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2002-206876号公报
在此，对于以作为空气源而在工厂等使用的螺旋式为首的空气压缩机，因与压缩工序中的体积变化相关地产生的压力脉动而使得压缩机主体及其周边设备成为主要噪声源的情况较多。
在无油型的多级压缩机中，通过在多个压缩级之间配置中间冷却器来改善压缩效率。另外，大多情况下，在最终压缩级的下游侧，也为了降低压缩空气的温度而配置后冷却器。
当压缩空气在热交换器(中间冷却器或后冷却器)内被迅速冷却时，该压缩空气所含的水分液化而形成为水雾(微小的水滴)，存在于压缩空气内。水雾成为在压缩机长期停止的情况下使压缩机的转子生锈的原因。因此，使冷却后的压缩空气向过滤器通过而从压缩空气中除去水雾。通常，通过在热交换器的热交换部的下游侧集管部内设置过滤器(水雾过滤器)而从压缩空气中除去水雾。
然而，对于以往的过滤器，由于在空气通过该过滤器的内部时捕集水雾，因此存在过滤器成为空气阻力进而成为使压缩机的性能降低的原因的情况。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种气体压缩机用的热交换器，该气体压缩机用的热交换器能够在热交换器的集管部除去压缩空气所含的水雾且降低该集管部的空气阻力，并且还有助于降低从压缩机释放出的噪声。
用于解决课题的手段
本发明涉及一种气体压缩机用的热交换器。该热交换器具有：供压缩气体流动的热交换部；设置在所述热交换部的上游侧的与所述热交换部连通的上游侧集管部；设置在所述热交换部的下游侧的与所述热交换部连通的下游侧集管部；与除了所述上游侧集管部的与所述热交换部对置的壁面之外的、该上游侧集管部的壁面连接的气体导入管；以及与除了所述下游侧集管部的与所述热交换部对置的壁面之外的、该下游侧集管部的壁面连接的气体出口管。在所述上游侧集管部与所述下游侧集管部中的至少一方的与所述热交换部对置的内壁面，安装有多孔质系的过滤器兼吸音材料。
发明效果
根据本发明的热交换器，能够在热交换器的集管部除去压缩空气所含的水雾并能够降低该集管部的空气阻力，并且还能够降低从压缩机释放出的噪声。
附图说明
图1是示出具备本发明的第一实施方式的热交换器的螺旋压缩机的框图。
图2A是本发明的第一实施方式的热交换器的侧剖视图。
图2B是图2A的II-II剖视图。
图3是示出本发明的第二实施方式的热交换器的图。
图4A是本发明的第三实施方式的热交换器的侧剖视图。
图4B是图4A的IV-IV剖视图。
图5A是本发明的第四实施方式的热交换器的侧剖视图。
图5B是图5A的V-V剖视图。
图6A是本发明的第五实施方式的热交换器的侧剖视图。
图6B是图6A的VI-VI剖视图。
图6C是图6A的VII-VII剖视图。
具体实施方式
以下，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。需要说明的是，在以下所示的实施方式中，例示了将本发明的热交换器应用于螺旋压缩机(螺旋式的气体压缩机)的情况，但也能够将本发明的热交换器应用于往复式、涡轮式(离心式)的气体压缩机。
(螺旋压缩机的结构)
如图1所示，螺旋压缩机100是从作为压缩对象的空气被导入的一侧起依次具备过滤器50、第一压缩级51(压缩第一工作台)、消音器52、热交换器53(中间冷却器)、第二压缩级54(压缩第二工作台)、消音器55、以及热交换器56(后冷却器)而成的二级型的气体压缩机。需要说明的是，也能够将本发明的热交换器应用于单级型的螺旋压缩机(气体压缩机)、具有三级以上的压缩级的螺旋压缩机(气体压缩机)。
过滤器50用于除去空气中含有的粉尘等。第一压缩级51是用于压缩空气的该螺旋压缩机100的主要部分，具备螺旋转子等(对于第二压缩级54也是相同的)。
热交换器53(中间冷却器)是用于降低在第一压缩级51被压缩而温度上升的压缩空气的温度的冷却器。热交换器56(后冷却器)是用于降低在第二压缩级54被压缩而温度上升的压缩空气的温度的冷却器。
(第一实施方式的热交换器的结构)
在图2A、2B中表示图1中所示的作为中间冷却器的热交换器53的构造。图2A是热交换器53的侧剖视图，图2B是图2A的II-II剖视图。需要说明的是，图1中所示的作为后冷却器的热交换器56的构造也可以设为与图2A、图2B所示的热交换器53的构造相同的构造。此外，也可以将作为中间冷却器的热交换器53设为以往(公知)构造的热交换器，仅将作为后冷却器的热交换器56的构造设为图2A、图2B所示的热交换器53的构造。
如图2A、图2B所示，热交换器53例如是列管式的水冷式热交换器，是具备供压缩空气流动的热交换部1、设置在热交换部1的上游侧的上游侧集管部2、以及设置在热交换部1的下游侧的下游侧集管部3而成的圆筒形状的热交换器。需要说明的是，也可以采用长方体形状的热交换器。
<热交换部>
热交换部1呈圆筒形状，在内部并列设置有多根笔直的热交换用管1a。在热交换用管1a的周围流动有冷却水(冷却介质)。在该热交换用管1a内流动有作为冷却对象的压缩空气。需要说明的是，设置有多根热交换用管1a的部分被称作管束部。多根热交换用管1a相互平行地配置。用于供冷却水流入、流出的配管等未图示。
<上游侧集管部>
与热交换部1连通的上游侧集管部2呈圆筒形状，设置为从热交换部1向其上游侧延伸。
在上游侧集管部2的侧壁面2b(除了上游侧集管部2的与热交换部1对置的壁面之外的、该上游侧集管部2的壁面)连接有气体导入管4。需要说明的是，在本实施方式中，在热交换器53横置设置的状态(热交换器53的轴向水平)下的上游侧集管部2的上表面连接有气体导入管4。
另外，在上游侧集管部2的与热交换部1对置的内壁面2a，以紧贴状态安装有多孔质系的过滤器6(过滤器兼吸音材料(水雾过滤器兼吸音材料))。多孔质系的过滤器6也被称作除雾器，通过将例如金属制的纤维编织为网状而成，其密度比普通的多孔质系的过滤器高，使得该过滤器6具有吸音性。过滤器6的密度例如是600kg/m3，具有吸音性的过滤器6的密度的范围例如是200～800kg/m3。需要说明的是，并非具备没有处于200～800kg/m3的密度范围的密度的过滤器就完全不具有吸音性。“多孔质系”是指在内部具有微小空隙的构造。作为将不锈钢丝绵、不锈钢线等纤维、线状金属编织成网状的构造以外的“多孔质系”的结构，能够列举出在内部具有连续气泡的发泡金属等(对于后述的配置在下游侧集管部3内的过滤器6也是相同的)。
在上游侧集管部2的侧壁面2b上连接气体导入管4，并且在上游侧集管部2的与热交换部1对置的内壁面2a上安装规定厚度的过滤器6。由此，从气体导入管4向上游侧集管部2内进入的压缩空气不会在从过滤器6的一侧的面(例如表面)进入过滤器6内之后全部从另一侧的面(例如背面)离开(简而言之不会全部通过过滤器6)。从气体导入管4进入上游侧集管部2内的压缩空气的至少一部分与过滤器6碰撞。即，将气体导入管4相对于过滤器6配置为，使从气体导入管4进入上游侧集管部2内的压缩空气没有全部从过滤器6的表面向背面通过，而是与过滤器6发生碰撞。
在本实施方式中，将规定厚度的圆形的过滤器6安装在上游侧集管部2的与热交换部1对置的内壁面2a整面。需要说明的是，不一定在内壁面2a整面上安装过滤器6。
在上游侧集管部2内的热交换部1侧，配置有随着朝向下游侧而其内径逐渐缩径的全体为环状的喇叭口7(整流机构(阻力降低机构))。
<下游侧集管部>
与热交换部1连通的下游侧集管部3呈圆筒形状，设置为从热交换部1向其下游侧延伸。
在下游侧集管部3的侧壁面3b(除了下游侧集管部3的与热交换部1对置的壁面之外的、该下游侧集管部3的壁面)连接有气体出口管5。需要说明的是，在本实施方式中，在热交换器53横置设置的状态(热交换器53的轴向水平)下的下游侧集管部3的上表面连接有气体出口管5。
另外，与上游侧集管部2相同，在下游侧集管部3的与热交换部1对置的内壁面3a，以紧贴状态安装有具有吸音性的密度的多孔质系的过滤器6(过滤器兼吸音材料(水雾过滤器兼吸音材料))。
在下游侧集管部3的侧壁面3b上连接气体出口管5，并且在下游侧集管部3的与热交换部1对置的内壁面3a上安装有规定厚度的过滤器6。由此，从热交换部1进入下游侧集管部3内的压缩空气并非在从过滤器6的一侧的面(例如表面)进入过滤器6内之后全部从另一侧的面(例如背面)离开(简而言之不会全部通过过滤器6)。从热交换部1进入下游侧集管部3内的压缩空气的至少一部分与过滤器6碰撞。即，气体出口管5相对于过滤器6配置为，从热交换部1进入下游侧集管部3内的压缩空气没有全部从过滤器6的表面向背面通过，而是与过滤器6碰撞。
在本实施方式中，将规定厚度的圆形的过滤器6安装于下游侧集管部3的与热交换部1对置的内壁面3a的大致整面。需要说明的是，不一定在内壁面3a的大致整面安装过滤器6。
在过滤器6的下表面与下游侧集管部3的底面之间设置有间隙，该间隙被板11封闭。在下游侧集管部3的位于过滤器6的下方的底面，安装有排水部12(排水部用的喷嘴)。
另外，在本实施方式中，气体出口管5延伸至下游侧集管部3的内部。并且，以使气体出口管5的下游侧集管部3内的开口5a朝向过滤器6的方式(换言之朝向热交换部1的相反方向的方式)将气体出口管5的前端部斜向切削。
(作用、效果)
使压缩空气的流动如图2A中箭头所示那样，从气体导入管4向上游侧集管部2内流入的压缩空气经由热交换部1的多根热交换用管1a而向下游侧集管部3内放出。此时，压缩空气被热交换部1水冷而温度降低。向下游侧集管部3内放出的温度降低的压缩空气在下游侧集管部3内前进，与过滤器6碰撞。压缩空气所含有的水雾在压缩空气与过滤器6碰撞时被该过滤器6捕集，从压缩空气分离。需要说明的是，排水部12设置为能够将积存的水排出。
在通过使压缩空气与过滤器6碰撞而在过滤器6中捕集水雾的本形式中，由于压力高的空气(压缩空气)在其所含有的水雾被除去的同时流向过滤器6的外侧，因此与流体整体通过过滤器的以往形式的过滤器相比，集管部(下游侧集管部3)的空气阻力降低。
另外，由于在具有吸音性的过滤器6的背后存在反射声音的壁面(内壁面3a)，因此在内壁面3a反射声音，声音在具有吸音性的过滤器6中至少通过两次。因此，具有吸音性的过滤器6的吸音效果进一步提高。
另外，在本实施方式中，如上所述，不仅在下游侧集管部3的与热交换部1对置的内壁面3a安装有过滤器6，在上游侧集管部2的与热交换部1对置的内壁面2a也安装有过滤器6。与下游侧集管部3内的过滤器6的情况相同，由于在上游侧集管部2内的过滤器6的背后存在反射声音的壁面(内壁面2a)，因此具有吸音性的过滤器6的吸音效果进一步提高。
需要说明的是，关于上游侧集管部2内的过滤器6，由于该过滤器6的设置位置(与热交换部1对置的内壁面2a部分)是上游侧集管部2内的流速较慢的位置，因此不会成为上游侧集管部2内的流动的较大阻力(关于下游侧集管部3内的过滤器6也是相同的)。
在此，在下游侧集管部3，由于释放出被热交换部1冷却后的压缩空气，因此，大多情况下在该压缩空气中含有水雾。与此相对，由于被第一压缩级51压缩后的压缩空气向上游侧集管部2流入，因此可以认为，与下游侧集管部3相比，在上游侧集管部2流入的压缩空气含有水雾的情况较少。然而，并不能断言，向上游侧集管部2流入的压缩空气完全不含有水雾。即，在向上游侧集管部2流入的压缩空气含有水雾的情况下，上游侧集管部2内的过滤器6与下游侧集管部3内的过滤器6同样地发挥从压缩空气除去水雾的功能。
以上，根据本实施方式的热交换器53，能够利用热交换器53的集管部(上游侧集管部2、下游侧集管部3)除去压缩空气所含的水雾，并且能够降低该集管部的空气阻力，并且还能够降低从压缩机释放出的噪声。
需要说明的是，在本实施方式中，例示了在上游侧集管部2以及下游侧集管部3的与热交换部1对置的内壁面2a、3a分别安装有过滤器6的情况，但只要在上游侧集管部2以及下游侧集管部3中的至少一方的与热交换部1对置的内壁面安装过滤器6，就能够得到上述效果。
另外，在本实施方式中，气体出口管5延伸至下游侧集管部3的内部，并且气体出口管5的下游侧集管部3内的开口5a朝向过滤器6。根据该结构，不会形成图2A中单点划线的箭头所示的压缩空气的流动。即，能够防止从热交换部1释放出的压缩空气不与过滤器6碰撞而是绕过过滤器6从气体出口管5离开。由此，能够进一步除去压缩空气所含的水雾。
(第二实施方式的热交换器的结构)
图3是本发明的第二实施方式的热交换器63的侧剖视图。需要说明的是，关于本实施方式的热交换器63，对于与构成图2A、图2B所示的第一实施方式的热交换器53的元件相同的元件标注有相同的附图标记(对于其他实施方式也是相同的)。
本实施方式的热交换器63与第一实施方式的热交换器53的不同之处在于过滤器(过滤器兼吸音材料)的形状。需要说明的是，关于所谓多孔质系的过滤器的构造、过滤器的密度等，本实施方式的过滤器8与第一实施方式的过滤器6是相同的。
第一实施方式的过滤器6的厚度在任意部位均为恒定，在本实施方式中，为了降低相对于在集管部内流动的压缩空气的流动的阻力而改变过滤器8的厚度。由于配置在上游侧集管部2内的过滤器8与配置在下游侧集管部3内的过滤器8的形状相同，因此作为代表，对于配置在下游侧集管部3内的过滤器8进行说明。
如图3所示，过滤器8的表面设为相对于热交换用管1a的假想的延长方向倾斜的面，使得从多根热交换用管1a向下游侧集管部3内释放出的压缩空气形成在与过滤器8的表面碰撞之后朝向气体出口管5的流动。过滤器8中的下游侧集管部3的底部侧的厚度较厚，气体出口管5侧的厚度较薄。
(作用、效果)
根据过滤器8的该形状，还能够使过滤器8发挥导流叶片的效果，能够降低相对于压缩空气的流动的阻力。另外，通过使过滤器8的厚度根据部位不同而变化，吸音率高的频率范围增大，能够降低较宽频带的噪音。
(第三实施方式的热交换器的结构)
图4A、图4B是示出本发明的第三实施方式的热交换器73的图。图4A是热交换器73的侧剖视图，图4B是图4A的IV-IV剖视图。
本实施方式的热交换器73与第一实施方式的热交换器53的不同之处在于，在热交换器73的下游侧集管部3内设置有遮挡板9。在下游侧集管部3内设置有遮挡板9，以便防止从热交换部1朝向气体出口管5的气体入口部(开口5a)的压缩空气的短路流。
如图4A、图4B所示，在本实施方式中，以从热交换部1的下游侧上端部向斜下方延伸的方式将弯月状(半圆状)的遮挡板9设置在下游侧集管部3内。需要说明的是，在本实施方式中，不使气体出口管5延伸至下游侧集管部3的内部。
(作用、效果)
通过设置遮挡板9，从热交换部1放出的压缩空气向图中右斜下方流动。由此，能够防止该压缩空气不与过滤器6发生碰撞就从气体出口管5直接流出。
(第四实施方式的热交换器的结构)
图5A、图5B是示出本发明的第四实施方式的热交换器83的图。图5A是热交换器83的侧剖视图，图5B是图5A的V-V剖视图。
本实施方式的热交换器83与第一实施方式的热交换器53的不同之处在于气体出口管5的上游侧(气体入口侧)的形状。需要说明的是，在气体出口管5的下游侧集管部3内的开口5a朝向过滤器6这点上，本实施方式与第一实施方式相同。
在本实施方式中，通过将气体出口管5的上游侧(气体入口侧)的端部15向过滤器6所处的方向弯曲，由此使开口5a朝向过滤器6。
(作用、效果)
根据该结构，与第一实施方式的气体出口管5的情况相同，能够防止从热交换部1释放出的压缩空气不与过滤器6碰撞而是绕过过滤器6从气体出口管5离开。
(第五实施方式的热交换器的结构)
图6A、图6B、图6C是示出本发明的第五实施方式的热交换器93的图。图6A是热交换器93的侧剖视图，图6B是图6A的VI-VI剖视图，图6C是图6A的VII-VII剖视图。
本实施方式的热交换器93与第四实施方式的热交换器83的不同之处在于过滤器(过滤器兼吸音材料)的形状。需要说明的是，对于所谓多孔质系的过滤器的构造、过滤器的密度等，本实施方式的过滤器10与第四实施方式(第一实施方式)的过滤器6相同。
本实施方式的过滤器10是通过使第四实施方式的过滤器6的两端部向热交换部1侧延伸而成的。将延长的部分作为过滤器10的侧部10b而示于图6B以及图6C。如图6C所示，过滤器10在俯视剖视下设为U字状。另外，如图6B所示，过滤器10的侧部10b在从正面方向观察热交换器93的情况下设为弯月状的形状。设为弯月状的形状是为了使侧部10b的形状与圆筒形状的下游侧集管部3的弯曲的内壁面的形状吻合。利用上述的侧部10b夹住气体出口管5的上游侧(气体入口侧)的端部15。
需要说明的是，在下游侧集管部3的与热交换部1对置的内壁面3a上，与其他实施方式相同地紧贴固定有过滤器10的基部10a。
(作用、效果)
根据该结构，由于过滤器10的开放侧(热交换部1侧)的表面积增大，因此过滤器10的吸音性提高。另外，由于从热交换部1到气体出口管5的气体入口部(开口5a)的路径增长，并且压缩空气难以直线状流入至气体出口管5的气体入口部(开口5a)，因此过滤器10的水雾的捕集性也提高。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明不限于上述的实施方式，基于权利要求书所记载的内容，能够进行各种变更并加以实施。
在本发明的热交换器中流动的冷却对象即气体(压缩气体)不限于空气(压缩空气)。也可以是氮气(压缩氮气)等空气(压缩空气)以外的气体(压缩气体)。
本申请基于2013年8月1日申请的日本专利申请(特愿2013-160470)主张优先权，作为参照，在此援引其内容。
附图标记说明
1：热交换部
2：上游侧集管部
3：下游侧集管部
4：气体导入管
5：气体出口管
6：过滤器(过滤器兼吸音材料)
53：热交换器

Claims (5)

1.一种热交换器，其应用于气体压缩机，
所述热交换器的特征在于，
所述热交换器具备：
热交换部，其供压缩气体流动；
上游侧集管部，其设置在所述热交换部的上游侧，并与所述热交换部连通；
下游侧集管部，其设置在所述热交换部的下游侧，并与所述热交换部连通；
气体导入管，其与除了所述上游侧集管部的与所述热交换部对置的壁面之外的、该上游侧集管部的壁面连接；以及
气体出口管，其与除了所述下游侧集管部的与所述热交换部对置的壁面之外的、该下游侧集管部的壁面连接，
在所述上游侧集管部与所述下游侧集管部中的至少所述下游侧集管部的与所述热交换部对置的内壁面整面，安装有多孔质系的过滤器兼吸音材料。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，
所述过滤器兼吸音材料的厚度有变化，使得所述过滤器兼吸音材料对在集管部内流动的压缩气体流的阻力降低。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，
所述过滤器兼吸音材料至少安装在所述下游侧集管部的与所述热交换部对置的内壁面。
4.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，
所述气体出口管延伸至所述下游侧集管部的内部，
所述气体出口管的所述下游侧集管部内的开口朝向所述过滤器兼吸音材料。
5.根据权利要求3所述的热交换器，其特征在于，
在所述下游侧集管部内配置有遮挡板，该遮挡板用于防止从所述热交换部朝向所述气体出口管的气体入口部的压缩气体的短路流。
CN201480043138.8A 2013-08-01 2014-07-09 气体压缩机用的热交换器 Active CN105431701B (zh)

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