CN110720019B - 压缩空气用的热交换器、使用了该热交换器的除湿单元、以及具备该除湿单元的除湿系统 - Google Patents

压缩空气用的热交换器、使用了该热交换器的除湿单元、以及具备该除湿单元的除湿系统 Download PDF

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Abstract

提供使流路配置更高效的压缩空气用的热交换器、使用了该热交换器的压缩空气用的除湿单元、以及具备该除湿单元的除湿系统。在内部的主热传递流路(11)上配设冷却用的热源(3)而成的圆筒状的流路管(10)的外周设置有热交换流路部(20)，该热交换流路部(20)通过使两个螺旋状的第一和第二传热壁(24、25)隔着规定的间隙在上述流路管(10)的放射方向上交替地卷绕重叠而形成。而且，通过这些传热壁(24、25)间的间隙，用于将压缩空气导入上述流路管(10)内并从此处导出的导入流路(21)及导出流路(22)在放射方向上交替地形成，在流过这些流路(21、22)的压缩空气间进行热交换。

Description

压缩空气用的热交换器、使用了该热交换器的除湿单元、以及 具备该除湿单元的除湿系统
技术领域
本发明涉及例如用于对压缩空气进行冷却而除湿的压缩空气用的热交换器、使用了该热交换器的压缩空气用的除湿单元、以及具备该除湿单元的压缩空气用的除湿系统。
背景技术
通过冷却对从外部导入的压缩空气进行除湿，并将该除湿后(冷却后)的压缩空气与除湿前(冷却前)的压缩空气进行热交换而再加热(除冷)后导出到外部的除湿单元，如以下的专利文献1、专利文献2所公开的那样已经被公知。该除湿单元具有：主冷却部，具备制冷剂管，用于对导入的压缩空气进行冷却并除湿；以及热交换部，用于通过使热交换在除湿后的压缩空气与除湿前的压缩空气之间进行，对该除湿前的压缩空气进行冷却(辅助冷却)，并且对除湿后的压缩空气进行再加热。
另外，在上述各专利文献所公开的以往的除湿单元中，将沿轴向延伸的上述主冷却部和上述热交换部作为相互独立的部件单独地形成，在主冷却部之上配置热交换部，并且使通过这些主冷却部及热交换部的上述压缩空气的流路在轴向的两端部相互连接。可是，若采用这样的构造，则需要例如在从将压缩空气导入除湿单元起到导出为止的期间，使该压缩空气的流动在轴向上多次折返等，除湿单元内的压缩空气的流路配置繁琐而容易导致效率低下，其结果，有可能导致除湿单元的大型化、压缩空气的压力损失的增大等。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-5374号公报
专利文献2：日本特开平8-131754号公报
发明内容
发明要解决的课题
因此，本发明的技术课题在于提供一种使流路配置更加高效的压缩空气用的热交换器、以及使用了该热交换器的压缩空气用的除湿单元和具备该除湿单元的除湿系统。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题，本申请的第一发明是压缩空气用的热交换器，其特征在于，该热交换器具备：圆筒状的流路管，具有轴向一端的第一端和另一端的第二端，在内部的主热传递流路中，在热源与压缩空气之间进行热授受；以及热交换流路部，具有用于将来自外部的压缩空气导入所述主热传递流路的导入流路、以及用于将热授受后的压缩空气从该主热传递流路向外部导出的导出流路，在流过这些导入流路及导出流路的压缩空气间进行热交换，所述热交换流路部具有形成为螺旋状的第一传热壁以及第二传热壁，该第一传热壁以及第二传热壁将各自的内端气密地固定在所述流路管的外周，并且在相互间隔着规定的间隙的状态下交替地卷绕重叠于该流路管的外周，在该第一传热壁与第二传热壁之间，利用所述间隙交替地形成有所述导入流路和导出流路，在所述热交换流路部的外周部开设有用于使来自外部的压缩空气流入所述导入流路的导入口和用于使压缩空气从所述导出流路流出的导出口，在所述流路管的第一端侧开设有使所述导入流路与所述主热传递流路连通的流入口，在所述第二端侧开设有使所述主热传递流路与所述导出流路连通的流出口。
在所述热交换器中，优选的是，所述第一传热壁以及第二传热壁分别具有在内外一方的面上形成有凹坑并且在另一方的面上形成有突起而成的多个凸状翅片，更优选的是，所述凸状翅片的凹坑的开口缘被倒角为大致圆形，该开口缘的凹坑的内表面与传热壁的所述一方的面所成的角度比90度大，且所述凹坑的深度比该开口缘的半径小。
此外，在所述热交换器中，优选的是，所述第一传热壁以及第二传热壁的内端彼此隔开180度地固定于所述流路管的外周，该第一传热壁以及第二传热壁的外端彼此隔开180度地配置于所述热交换流路部的外周部，更优选的是，所述第一传热壁以及第二传热壁的内端及外端被配置在包括所述流路管的轴在内的同一平面上，所述流入口和流出口分别开设在该流路管中的隔着所述平面的一方的角度范围和另一方的角度范围内。
并且，为了解决上述课题，本申请的第二发明是用于对压缩空气进行除湿的除湿单元，其特征在于，该除湿单元具有：冷却用热源；热交换器，用于通过与除湿前的压缩空气的热交换对由该冷却用热源冷却并除湿了的压缩空气进行再加热；以及中空的壳体，收容有这些热交换器以及冷却用热源，所述热交换器具备：圆筒状的流路管，具有轴向一端的第一端和另一端的第二端，在内部的主热传递流路上配置有所述冷却用热源；以及热交换流路部，具有用于将来自外部的压缩空气导入所述主热传递流路的导入流路、以及用于将在该主热传递流路中被冷却的除湿后的压缩空气导出到外部的导出流路，在流过这些导入流路及导出流路的压缩空气间进行热交换，所述热交换流路部具有形成为螺旋状的第一传热壁以及第二传热壁，该第一传热壁以及第二传热壁将各自的内端气密地固定在所述流路管的外周，并且在相互间隔着规定的间隙的状态下交替地卷绕重叠于该流路管的外周，在该第一传热壁与第二传热壁之间，利用所述间隙交替地形成有所述导入流路和导出流路，在所述热交换流路部的外周部开设有使用于除湿的压缩空气流入所述导入流路的导入口和使除湿后的压缩空气从所述导出流路流出的导出口，在所述流路管的第一端侧开设有使所述导入流路与所述主热传递流路连通的流入口，在所述第二端侧开设有使所述主热传递流路与所述导出流路连通的流出口，在所述壳体上开设有与热交换器的所述导入口连通的输入端口、与热交换器的所述导出口连通的输出端口、和与所述主热传递流路的第二端侧连通，用于将所述热交换器内产生的排出水向外部排出的排水排出端口。
在所述除湿单元中，优选的是，在所述热交换器的周围与壳体之间形成有空隙，该空隙由第一分隔壁及第二分隔壁分割成所述第一端侧的第一空间、所述第二端侧的第二空间、和夹在所述第一空间与第二空间之间的第三空间这三个空间，所述输入端口与所述导入口之间以及所述输出端口与所述导出口之间中的任意一方通过所述第一空间连接，任意另一方通过所述第三空间连接，而且，通过所述第二空间，所述主热传递流路的第二端侧与所述排水排出端口连接。此时，更优选的是，所述输入端口及所述输出端口配置在比排水排出端口高的位置，进一步优选的是，所述输入端口与所述导入口通过所述第一空间连接，所述输出端口与所述导出口通过所述第三空间连接，所述第一传热壁的外端气密地固定于在该第一传热壁的内侧相邻的第二传热壁，在配置于该第一传热壁的最外侧的最外壁部分，开设有所述导入口，通过形成于所述第二传热壁的外端与在该第二传热壁的内侧相邻的第一传热壁之间的间隙，形成有所述导出口。
此外，在所述除湿单元中，优选的是，所述第一传热壁的内端和所述第二传热壁的内端彼此隔开180度地固定于所述流路管的外周，所述第一传热壁的外端和所述第二传热壁的外端彼此隔开180度地配置于所述热交换流路部的外周部，更优选的是，所述第一传热壁的内端及外端和所述第二传热壁的内端及外端被配置在包括所述流路管的轴在内的一个平面上，所述流入口和流出口分别开设在该流路管中的隔着所述平面的一方的角度范围和另一方的角度范围内。此时，进一步优选的是，所述流出口开设在隔着所述平面而位于与所述排水排出端口相反侧的所述流路管的角度范围内。另外，在所述除湿单元中，所述冷却用热源也可以是从所述流路管的第一端插入到所述主热传递流路内并使制冷剂流通的制冷剂管。
并且，为了解决上述课题，具备本发明的所述除湿单元的除湿系统的特征在于，该除湿系统具备制冷回路，该制冷回路通过使由减压器减压了的制冷剂向所述制冷剂管流通，并使在所述主热传递流路中与压缩空气之间进行了热交换的制冷剂通过压缩机和冷凝器再次流通于所述减压器，使所述制冷剂循环，在所述除湿单元的排水排出端口连接有自动排水部。
发明的效果
在本发明的热交换器中，通过在形成主热传递流路的圆筒状的流路管的外周设置将两个螺旋状的传热壁隔着规定的间隙在上述流路管的放射方向上交替地卷绕重叠而形成的热交换流路部，利用这些传热壁间的间隙，在放射方向上交替地形成有用于将压缩空气导入上述流路管内并从此处导出的导入流路及导出流路。因此，即使在上述热交换流路部中通过对流来确保热交换效率，也能够抑制例如压缩空气的流动在轴向上折返而往复等，能够避免压缩空气的流路配置的繁琐，实现更高效的流路配置。即，根据本发明，能够提供一种使流路配置更加高效的压缩空气用的热交换器、使用了该热交换器的压缩空气用的除湿单元、以及具备该除湿单元的除湿系统。
附图说明
图1是具备本发明的除湿单元的除湿系统的概略的说明图。
图2是使用本发明的热交换器的除湿单元的分解立体图。
图3(a)是使用了本发明的热交换器的除湿单元的第一端侧的沿着轴L的主要部分放大图，(b)是第二端侧的沿着轴L的主要部分放大图。
图4是使用本发明的热交换器的除湿单元的、沿着图3(a)中的IV-IV线的剖视图。
图5是使用本发明的热交换器的除湿单元的、沿着图3(b)中的V-V线的剖视图。
图6是表示上述热交换器的凸状翅片的截面、以及它们的周围的压缩空气的概略的流动的图。(a)表示凹坑内的流动，(b)表示突起周围的流动。
图7(a)～(c)是表示本发明的热交换器的制造方法的概略图。
图8是表示本发明的除湿单元的一变形例的概略的外观立体图。
具体实施方式
以下，使用附图对本发明的热交换器1、使用了该热交换器1的除湿单元2、以及具备该除湿单元2的除湿系统100的第一实施方式进行详细说明。
如图1所示，上述除湿系统100由内部收容有热交换器1以及作为冷却用的热源3的蒸发器的除湿单元2、用于使制冷剂相对于上述蒸发器3的制冷剂管110回流的制冷回路101、和用于蓄积从上述除湿单元2排出的排水的自动排水部109构成。并且，从外部导入上述除湿单元2内的被除湿用的压缩空气通过被上述蒸发器3冷却而被除湿，而且，除湿后的压缩空气在上述热交换器1中通过与除湿前的压缩空气的热交换而被再加热(即除湿)后，被输出到该除湿单元2的外部。
在此，上述制冷回路101具有将制冷剂的气液分离的储液器102、对制冷剂进行压缩的压缩机103、使由压缩机压缩了的制冷剂冷凝，并使冷凝热从该制冷剂放出的冷凝器104、和作为使制冷剂减压的减压器的毛细管105。这些储液器102、压缩机103、冷凝器104及毛细管105由铜等金属形成，通过供制冷剂流通的制冷剂管110而串联连接。
并且，在上述压缩机103的一次侧设置有用于测量从除湿单元2导出的制冷剂的温度的温度计106。另外，在上述冷凝器104与毛细管105之间设置有压力开关108，该压力开关108驱动用于向该冷凝器104吹送外部气体的风扇107。并且，在上述压缩机103与冷凝器104之间的制冷剂管110上设置有分支管111，该分支管111用于使由上述压缩机103压缩了的制冷剂的一部分返回到该压缩机103的一次侧。此时，在上述分支管111中流动的制冷剂的流量由设置于该分支管111的容量调整阀112调节。
即，在上述制冷回路101中，首先，在上述除湿单元2中通过与压缩空气的热交换而蒸发了的制冷剂由压缩机103压缩。接着，由该压缩机103压缩了的制冷剂的一部分通过上述分支管111返回该压缩机103的一次侧，剩余部分被导入上述冷凝器104。接着，导入到该冷凝器104的制冷剂通过与由上述风扇107产生的空气流的热交换而被冷却而液化。然后，由该冷凝器104液化了的制冷剂被上述毛细管105减压，该减压后的制冷剂回流到配置在除湿单元2内的蒸发器3的制冷剂管110。
此时，在上述除湿单元2内通过上述压缩空气的除湿而产生的排水通过与该除湿单元2连接的排水排出管109a被蓄积在自动排水部109中。并且，例如，将该自动排水部109中的排水的蓄积量、时间等适当的参数作为触发器，利用从上述除湿单元2通过排水排出管109a供给的压缩空气的压力，将该蓄积的排水从该自动排水部109排出。需要说明的是，上述自动排水部109经由球阀109b与上述除湿单元2连接，但该球阀109b通常打开，在进行自动排水部109的维护等时关闭。
另外，如图1所示，安装于上述除湿系统100的除湿单元2除了上述热交换器1以及蒸发器3之外，还具有用于将它们收容于内部的由不锈钢等金属构成的中空的壳体30。在该壳体30上开设有：连接于外部的压缩机等空气压力源，用于将作为被除湿空气的压缩空气输入到该除湿单元2内的输入端口41；用于将被上述蒸发器3冷却且除湿，并且在上述热交换器1中通过与除湿前的压缩空气的热交换而被再加热(除冷)了的压缩空气输出到所连接的外部的空气压力设备等的输出端口42；以及用于通过连接上述排水排出管109a而与上述自动排水部109连结，将通过上述除湿单元2内的除湿而产生的排水相对于该自动排水部109导出的排水排出端口43。此外，上述排水排出端口43从上述壳体30的最低的位置朝向下方垂直地开设，上述输入端口41及输出端口42开设在比该排水排出端口43高的位置。通过这样配置各端口，在上述除湿单元2内，防止分离后的排水再次混入除湿前后的压缩空气。
更具体地说明上述除湿单元2，如图2～图5所示，上述热交换器1由在轴L方向上延伸的圆筒状的流路管10和卷绕地设置在该流路管10的沿着轴L延伸的外周面上的热交换流路部20构成。
上述流路管10例如由不锈钢、铝、铜等金属形成为两端开口的中空，在轴L方向的一端具有第一端13及第一开口15，在轴L方向的另一端具有第二端14及第二开口16。并且，在该流路管10的内部配置有蒸发器3，由此，在该流路管10内形成有在该蒸发器3与流动的压缩空气之间进行热授受(具体而言，利用上述蒸发器3对从上述输入端口41输入的被除湿用的压缩空气进行冷却)的主热传递流路(主冷却流路)11。即，在此，上述主热传递流路11由被上述流路管10的截面圆形的内周面划分出的圆柱状的单一空间形成。这样，通过在上述主热传递流路11内配置蒸发器3，在该主热传递流路11内，上述被除湿用的压缩空气所含有的水分通过上述冷却而冷凝，作为上述排水被去除，其结果是，该压缩空气被除湿。
另外，上述蒸发器3的制冷剂管110由铜、铝等金属形成，如图3所示，从上述流路管10的第一端13侧的第一开口15沿着轴L插入到上述主热传递流路11内。此时，优选在该蒸发器3的制冷剂管110的外周安装有多个翅片110a，该翅片110a用于提高制冷剂与压缩空气的热交换效率，并且促进水分的冷凝。作为该翅片110a，例如优选使用板翅片、从制冷剂管110的外周面以放射状延伸的刺状翅片。上述翅片110a优选由铝形成，但也可以由铜等其他的传热性优异的金属形成。
另一方面，上述热交换流路部20的截面形成为螺旋状，由具有与上述流路管10的轴L方向长度实质上相同的长度的两个传热壁、即第一传热壁24以及第二传热壁25构成。这些传热壁24、25具有位于最内侧的第一内端24a以及第二内端25a、和位于最外侧的第一外端24b以及第二外端25b，上述第一内端24a和第二内端25a通过焊接等固定方式沿着轴L气密地固定于上述流路管10的外周面中的相互离开约180度的实质上为正相反的位置。而且，这些传热壁24、25在相互间隔着规定的间隙的状态下，在上述流路管10的与轴L正交的整个放射方向、即该流路管10的整个外周上，交替地多次卷绕重叠。
由此，在上述流路管10的周围形成双重的螺旋状的流路，其一方的流路形成用于将从上述输入端口41输入的被除湿用的压缩空气向上述流路管10的主热传递流路11引导的导入流路21，另一方的流路形成用于将由该主热传递流路11冷却并除湿了的除湿后的压缩空气向上述输出端口42引导的导出流路22。
即，如图4及图5所示，这些导入流路21以及导出流路22通过在上述流路管10的周围多次卷绕，被配设成在该流路管10的整周交替地重叠多层，在流过该导入流路21的除湿前的高温的压缩空气与以与该流动相向的方式流过该导入流路22的除湿后的低温的压缩空气之间进行热交换。其结果是，在该热交换流路部20中，在上述主热传递流路11中被冷却的除湿后的压缩空气被再加热(除冷)的同时，从上述输入端口41输入的除湿前的压缩空气被预冷却(预冷)。此时，由于该预冷却也有时在导入流路21内产生排水，但由压缩空气向上述主热传递流路11搬运，从上述排水排出端口43排出。
另外，上述第一以及第二传热壁24、25只要由能够在流过上述导入流路21的除湿前的压缩空气与流过上述导出流路22的除湿后的压缩空气之间进行热交换的材料形成即可，例如能够由不锈钢、铜、铝等金属形成。
另外，如图4及图5所示，在从上述第一传热壁24的第一内端24a以及第二传热壁25的第二内端25a起分别在这些传热壁24、25的卷绕方向上行进约180度的角度范围内，上述导入流路21的内周端部以及导出流路22的内周端部分别形成在流路管10的外表面与第一传热壁24之间、以及该流路管10的外表面与第二传热壁25之间。即，在比包括上述第一内端24a和第二内端25a在内的平面P靠下方，在与上述流路管10直接相邻的位置，形成有导入流路21的内周端部，在比该平面P靠上方，在与上述流路管10直接相邻的位置，形成有导出流路22的内周端部。
因此，在上述流路管10中的上述第一端13的附近，在与上述导入流路21直接相接的角度范围内(比上述平面P靠下半部分)，开设有使该导入流路21与上述主热传递流路11连通的流入口12a。另一方面，在该流路管10中的上述第二端14的附近，在与上述导出流路22直接相接的角度范围内(比上述平面P靠上半部分)，开设有使上述主热传递流路11与上述导出流路22连通的流出口12b。此外，为了避免排水再次混入除湿后的压缩空气，优选开设有该流出口12b的角度范围位于隔着平面P与上述排水排出端口43相反侧。在此，如图4所示，上述流入口12a由贯穿流路管10的多个孔形成，具体而言，由在周向上形成为两列各6个的圆形的孔形成。另外，上述流出口12b通过将流路管10从第二端14起以一定宽度切开成以轴L为中心的扇形而形成，在此，如图5所示，该扇状的开口角度成为比90度大的钝角。可是，上述流入口12a以及流出口12b的数量、形状并不限定于此。
另一方面，在该热交换流路部20的外周部开设有用于将从上述输入端口41输入的被除湿用的压缩空气导入上述导入流路21的导入口26，并且开设有用于将除湿后的压缩空气从上述导出流路22向上述输出端口42导出的导出口29。具体而言，在上述平面P上，上述第一传热壁24的第一外端24b隔着轴L配置在上述第一内端24a的相反侧的位置，并且上述第二传热壁25的第二外端25b隔着轴L配置在上述第二内端25a的相反侧的位置。即，上述各外端24b、25b配置于上述热交换流路部20的外周面中的相互分离约180度的实质上为正相反的位置。而且，上述第一传热壁24的第一内端24a和第一外端24b与上述第二传热壁25的第二内端25a和第二外端25b实质上配置在包括轴L在内的一个平面P上。
其结果，如图4及图5所示，在分别从上述第一传热壁24的第一外端24b及第二传热壁25的第二外端25b起到在与该传热壁24、25的卷绕方向相反的方向上返回各约180度的位置为止的角度范围内，分别由配置于上述第一传热壁24及第二传热壁25的最外侧的最外壁部分形成有上述热交换流路部20的外周、即上述导入流路21和导出流路22的外周端部。
具体而言，在比上述平面P靠下方的位置，上述导入流路21的外周端部形成在上述第一传热壁24的最外壁部分和与其内侧紧相邻的上述第二传热壁25之间。将上述第一传热壁24的第一外端24b通过焊接等沿着轴L气密地固定在与该第一传热壁24的最外壁部分的内侧紧相邻的第二传热壁25的外周面，从而该导入流路21的外周端部被堵住。并且，在上述第一传热壁24的最外壁部分的上述第一端13的附近，朝向与上述平面P正交的方向(图中下方)开设有圆形的上述导入口26。
另一方面，在比上述平面P靠上方的位置，上述导出流路22的外周端部形成在上述第二传热壁25的最外壁部分和与其内侧紧相邻的第一传热壁24之间。该导出流路22的外周端部通过上述第二传热壁25的第二外端25b未气密地固定在与该第二传热壁25的最外壁部分的内侧紧相邻的第一传热壁24的外周面而开放，通过形成于该第二外端25b与第一传热壁24之间的间隙，形成与第三空间53连通的上述导出口29。该导出口29与上述导入口26同样地开设在与上述平面P正交的方向(图中下方)上。
另外，如图4～图6所示，在传热壁24、25的一方的面(图中外表面)形成有凹坑27a并且在朝向与其相反侧的另一方的面(图中内表面)形成有突起27b而成的中空的凸状翅片27在遍及传热壁整体大致均等地分布的状态下被设置有多个。如图6(a)、(b)所示，这些凸状翅片27在上述凹坑27a内以及上述突起27b的周围产生压缩空气的涡流，通过对导入流路21以及导出流路22内的压缩空气的流动进行搅拌，主要用于提高在两个流路21、22内流动的压缩空气间的热交换效率。而且，这些凸状翅片27的前端即突起27b的前端与在放射方向上相邻的传热壁24、25抵接，保持该传热壁24、25间的间隙即导入流路21及导出流路22的高度。
该凸状翅片27的上述凹坑27a的内表面形成为大致球面状，其开口缘27c被倒角为大致圆形。而且，该开口缘27c处的上述凹坑27a的内表面与传热壁24、25的上述一方的面的交叉角度α为大于90度的钝角，上述凹坑27a的深度形成得比上述开口缘27c的半径浅。这些凸状翅片27通过对形成上述传热壁24、25的金属板实施冲压加工而成形，但如上所述，通过将角度α形成为钝角，能够防止在加工时在上述开口缘27c产生龟裂。
基于图7说明上述热交换器1的制造方法的一例。首先，如该图(a)所示，准备轴L方向一端的第一端13及另一端的第二端14开口的圆筒管，假定通过上述平面P(图4)将该圆筒管的周壁一分为二，在该圆筒管的第一端13侧，在属于一方的角度范围(180度)的周壁部分设置多个(例如在周向上6个，在轴L方向上两列)圆形的上述流入口12a，在上述圆筒管的第二端14侧，在属于另一方的角度范围(180度)的周壁部分设置从该第二端14起以一定宽度沿周向切除成扇形而成的流出口12b，从而形成上述流路管10。
另一方面，通过对两个金属板进行冲压加工，使上述凸状翅片27以例如像本实施方式那样排列成格子状等或者排列成交错状等大致均等地分布的状态形成，在其一方贯穿设置上述导入口26而形成第一传热壁24，将另一方作为第二传热壁25。
接着，如图7(b)所示，通过焊接等将上述第一及第二传热壁24、25的内端24a、25a相对于上述流路管10的周壁在上述平面P上的位置气密地固定。而且，以上述第一传热壁24覆盖流路管10中的形成有上述流入口12a的角度范围的外周面且上述第二传热壁25覆盖流路管10中的形成有上述流出口12b的角度范围的外周面的方式，在使两传热壁24、25重叠的状态下将两传热壁24、25在该流路管10的外周卷绕多次。此时，均以两传热壁24、25的凸状翅片27朝向内侧突出设置的方式卷绕。接着，如图7(c)所示，通过焊接等将上述第一传热壁24的第一外端24b相对于在内侧相邻的第二传热壁25的外周面气密地固定。由此，制造上述热交换器1。
接着，对上述壳体30进行具体说明。该壳体30如图2～图5明确所示，由用于内部收容上述热交换器1及蒸发器3的呈圆筒状的壳体本体部31、通过焊接等气密地固定于该壳体本体部31的轴L方向的第一端31a的第一盖构件32、和通过焊接等气密地固定于第二端31b的第二盖构件33构成。
上述第一盖构件32在上述壳体本体部31的第一端31a侧具备与上述热交换流路部20的外周部嵌合的筒状的第一内盖35和将该第一内盖35收容于内部的中空的第一外盖36。在该第一外盖36与上述第一内盖35之间形成有围绕轴L呈环状的第一空间51。上述第一外盖36通过将向轴L方向外侧鼓出的圆顶状的端壁36b一体地连结于圆筒状的周壁36a的一端侧的周缘，并且使另一端侧开口而成。与上述第一空间51连通的上述输入端口41与上述输出端口42同样地，朝向与平面P成直角的平面Q方向(图中上方)开设在上述周壁36a上。
而且，在该第一外盖36的端壁36b上，沿着轴L设置有两个用于在供形成上述蒸发器3的一对制冷剂管110气密地插入的状态下固定该一对制冷剂管110的插通孔36c。而且，上述第一外盖36还具有圆筒状的筒状分隔壁44，该筒状分隔壁44的一端部以包围这些插通孔36c的周围的方式通过焊接等气密地固定于上述端壁36b的内表面，该另一端部紧密地嵌合于上述流路管10的第一端13的内部。即，通过该筒状分隔壁44，上述流路管10的主热传递流路11和上述第一空间51被实质上气密地划分。
另外，第二盖构件33在上述壳体本体部31的第二端31b侧具备嵌合于上述热交换流路部20的外周部的筒状的第二内盖37和将该第二内盖37收容于内部的中空的第二外盖38。在该第二外盖38与第二内盖37之间形成有第二空间52。上述第二外盖38通过由向轴L方向外侧鼓出的圆顶状的端壁38b一体地连结圆筒状的周壁38a的一端侧的周缘，并且使另一端侧开口而成。在上述周壁38a上，与上述第二空间52连通的上述排水排出端口43与上述输入端口41和输出端口42在同一平面Q上朝向相反方向(图中下方)开设。
而且，上述壳体本体部31的轴L方向两端的上述第一及第二端31a、31b分别开口，轴L方向的长度形成得比上述热交换器1的轴L方向的长度短，因此，热交换器1在使其两端从第一及第二端31a、31b突出的状态下插入壳体本体部31。而且，热交换器1的两端的突出部分分别与上述第一盖构件32及第二盖构件33的第一内盖35及第二内盖37嵌合。
上述壳体本体部31的内径比上述热交换器1的外径即上述热交换流路部20的外径大，因此，在上述壳体本体部31与上述热交换器1之间，与上述热交换器1的导出口29连通的第三空间53形成为绕轴L呈环状。另外，在该壳体本体部31的周壁上开设有与上述第三空间53连通的上述输出端口42。并且，该第三空间53与在轴L方向的两侧相邻的第一盖构件32内的第一空间51以及第二盖构件33内的第二空间52由形成于上述第一盖部件32的第一内盖35的第一分隔壁35b和形成于第二盖部件33的第二内盖37的第二分隔壁37b气密地划分。
在上述第一盖构件32中，上述第一内盖35的两端分别开口，在该圆筒状的第一侧壁35a的位于壳体本体部31侧的端缘一体地形成有在与轴L正交的方向上立起的凸缘状的上述第一分隔壁35b。而且，该第一分隔壁35b的外缘部通过焊接等而气密地固定于上述壳体本体部31的第一端31a。另外，如图3(a)所示，上述第一分隔壁35b的外缘部也可以在被夹持于壳体本体部31的第一端31a与第一外盖36的开口端之间的状态下相对于两者气密地固定。另外，在上述第一侧壁35a贯穿设置有贯穿孔39，通过将第一内盖35嵌合于热交换流路部20，该贯穿孔39与上述第一传热壁24的导入口26重叠，该导入口26与上述第一空间51连通。其结果，上述输入端口41通过第一空间51与导入口26连通。
而且，在上述第一内盖35中，在上述圆筒状的第一侧壁35a的与上述第一分隔壁35b相反侧的端部，朝向内方向环状地设置有用于气密地闭塞上述热交换器1的热交换流路部20的一方端面整体(即，呈漩涡状的上述导入流路21以及导出流路22的一方的端部开口整体)的第一闭塞壁23a。优选该第一闭塞壁23a通过焊料或粘接剂等相对于上述热交换流路部20的一方的端面整体气密地固定。另外，在本实施方式中，该第一闭塞壁23a的内周缘到达上述筒状分隔壁44的外周面。
在上述第二盖构件33中，上述第二内盖37的两端分别开口，在该圆筒状的第二侧壁37a中的位于壳体本体部31侧的端缘一体地形成有在与轴L正交的方向上立起的凸缘状的上述第二分隔壁37b。而且，该第二分隔壁37b的外缘部通过焊接等而气密地固定于上述壳体本体部31的第二端31b。此外，如图3(b)所示，上述第二分隔壁37b的外缘部也可以在被夹持于壳体本体部31的第二端31b与第二外盖38的开口端之间的状态下相对于两者气密地固定。
而且，在上述第二内盖37中，在上述圆筒状的第二侧壁37a的与上述第二分隔壁37b相反侧的端部，朝向内方向环状地设置有用于气密地闭塞上述热交换器1的热交换流路部20的另一方的端面整体(即，呈漩涡状的上述导入流路21以及导出流路22的另一方的端部开口整体)的第二闭塞壁23b。优选该第二闭塞壁23b通过焊料或粘接剂等相对于上述热交换流路部20的另一方的端面整体气密地固定。另外，该第二闭塞壁23b的内周缘沿着轴L向第一端13方向稍微弯折而嵌合于上述热交换器1中的流路管10的第二端14内。由此，上述流路管10中的第二端14的第二开口16通过上述第二内盖37和第二空间52与上述排水排出端口43连通。
另外，上述壳体本体部31、以及第一盖构件32的第一内盖35、第二盖构件33的第二内盖37、第一及第二外盖36、38也可以分别由不锈钢等金属形成，但也可以由合成树脂或合成树脂与金属的组合形成。
接着，基于图1及图3～图5，对除湿单元2的作用效果进行具体说明。
例如从与压缩机等空气压力源连接的输入端口41流入到第一空间51的被除湿用的压缩空气通过上述导入口26被导入热交换流路部20的导入流路21。如图4和图5所示，被导入到该导入流路21的压缩空气在热交换流路部20内一边朝向内方向呈螺旋状旋转一边流动。在此期间，在该导入流路21内流动的除湿对象的压缩空气与在相邻的导出流路22内向与该导入流路21内的压缩空气相反的方向流动的除湿后的压缩空气之间进行热交换。此时，除湿后的压缩空气在主热传递流路11内被冷却，与除湿前的压缩空气相比为低温，因此，导入流路21内的压缩空气被预冷却即预冷。该压缩空气的预冷是针对主热传递流路11中的主冷却的预冷，该被预冷了的压缩空气通过上述流入口12a流入主热传递流路11的第一端13侧。
流入到上述主热传递流路11的被除湿用的压缩空气一边与在蒸发器3的制冷剂管110内流动的制冷剂进行热交换，一边朝向该第二端14侧流动而被冷却，此时，压缩空气中含有的水分(水蒸气)冷凝而成为排水，从压缩空气被去除。这样被除湿了的低温的压缩空气通过开设在流路管10的第二端14附近的流出口12b流入上述热交换流路部20的导出流路22。另一方面，上述排水被在主热传递流路11内流动的压缩空气朝向流路管10的第二端14冲走，并通过该第二端14的第二开口16向形成于上述第二盖构件33内的第二空间52被引导。于是，该排水由于重力而在第二空间52内落下，通过开设于上述壳体30的第二外盖38的底部的排水排出端口43排出到除湿单元2之外，蓄积在与该排水排出端口43连接的自动排水部109内。并且，例如，将该自动排水部109中的排水的蓄积量、时间等适当的参数作为触发器，打开设置在自动排水部109内的未图示的阀，该蓄积的排水通过上述压缩空气的压力从该自动排水部109排出。
流入到上述导出流路22的除湿后的低温的压缩空气在热交换流路部20内一边朝向外方向呈螺旋状旋转一边流动。在此期间，在该导出流路22内流动的除湿后的压缩空气与在相邻的导入流路21内向与该导出流路22内的压缩空气相反的方向流动的除湿前的压缩空气之间进行热交换而被再加热。通过该再加热了的除湿后的压缩空气通过导出口29流入第三空间53，通过上述输出端口42向外部的空气压力设备等输出。这样，通过对除湿后的压缩空气进行再加热，能够防止在输出目的地的空气压力设备等中产生结露。
如上所述，根据上述热交换器1及具备该热交换器1的除湿单元2，通过在形成主热传递流路11的圆筒状的流路管10的外周，使两个螺旋状的第一传热壁24和第二传热壁25隔着规定的间隙在上述流路管10的放射方向上交替地卷绕重叠，从而设置有热交换流路部20。并且，通过这些传热壁24、25之间的间隙，在放射方向上交替地形成有用于将压缩空气相对于上述流路管10内导入并导出的导入流路21以及导出流路22。因此，即使在上述热交换流路部20中通过相向流来确保压缩空气间的热交换效率，也能够避免压缩空气的流路配置的繁琐，实现更高效的流路配置，其结果是，能够实现热交换器1、除湿单元2的小型化。
以上，对本发明所涉及的热交换器、除湿单元以及除湿系统的一个实施方式进行了说明，但本发明并不限定于上述的实施方式，当然能够在不脱离权利要求书的主旨的范围内进行各种设计变更。
例如，上述除湿单元2的实施方式是将其轴L水平地使用的实施方式，但并不限定于此，如图8所示，也可以将排水排出端口43设置在第二外盖38的端壁38b的轴L上，将轴L垂直地使用。
另外，在上述除湿单元2的实施方式中，作为冷却用的热源3使用了由制冷剂管110构成的蒸发器，但也可以使用由其他的冷却方式构成的热源3。
另外，关于上述热交换器1，并不限定于冷却、除湿用，也可以用于加热用。
而且，在上述除湿单元2的实施方式中，也能够更换输入输出端口41、42的配置，或者更换热交换流路部20中的导入流路21和导出流路22的配置。
另外，在上述的实施方式中，热交换流路部20通过在将两个板状的传热壁24、25的内端24a、25a固定于流路管10的外周面的基础上将两传热壁24、25围绕流路管10螺旋状地卷绕重叠而形成，但也可以将流路管10和两个螺旋状的传热壁24、25通过挤压加工一体成形。此时，上述凸状翅片27能够取代由上述实施方式那样的凹坑27a以及突起27b构成，例如由沿着轴L延伸的凹槽以及突条构成。可是，这些凸状翅片27的高度形成为比上述导入流路21、导出流路22的高度低，以不妨碍压缩空气的流动。
附图标记的说明
1 热交换器
2 除湿单元
3 热源(蒸发器)
10 流路管
11 主热传递流路(主冷却流路)
12a 流入口
12b 流出口
13 第一端
14 第二端
20 热交换流路部
21 导入流路
22 导出流路
24 第一传热壁
24a 第一内端
24b 第一外端
25 第二传热壁
25a 第二内端
25b 第二外端
26 导入口
27 凸状翅片
27a 凹坑
27b 突起
27c 开口缘
29 导出口
30 壳体
35b 第一分隔壁
37b 第二分隔壁
41 输入端口
42 输出端口
43 排水排出端口
51 第一空间
52 第二空间
53 第三空间
100 除湿系统
101 制冷回路
103 压缩机
104 冷凝器
105 毛细管(减压器)
109 自动排水部
110 制冷剂管
P、Q 平面
L 轴

Claims (14)

1.一种热交换器，是压缩空气用的热交换器，其特征在于，
该热交换器具备：
圆筒状的流路管，具有轴向一端的第一端和另一端的第二端，在内部的主热传递流路中，在热源与压缩空气之间进行热授受；以及
热交换流路部，具有用于将来自外部的压缩空气导入所述主热传递流路的导入流路、以及用于将热授受后的压缩空气从该主热传递流路向外部导出的导出流路，在流过这些导入流路及导出流路的压缩空气间进行热交换，
所述热交换流路部具有形成为螺旋状的第一传热壁以及第二传热壁，该第一传热壁以及第二传热壁将各自的内端气密地固定在所述流路管的外周，并且在相互间隔着规定的间隙的状态下交替地卷绕重叠于该流路管的外周，在该第一传热壁与第二传热壁之间，利用所述间隙交替地形成有所述导入流路和导出流路，
在所述热交换流路部的外周部开设有用于使来自外部的压缩空气流入所述导入流路的导入口和用于使压缩空气从所述导出流路流出的导出口，
在所述流路管的第一端侧开设有使所述导入流路与所述主热传递流路连通的流入口，在所述第二端侧开设有使所述主热传递流路与所述导出流路连通的流出口。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，
所述第一传热壁以及第二传热壁分别具有在内外一方的面上形成有凹坑并且在另一方的面上形成有突起而成的多个凸状翅片。
3.根据权利要求2所述的热交换器，其特征在于，
所述凸状翅片的凹坑的开口缘被倒角为大致圆形，该开口缘的凹坑的内表面与传热壁的所述一方的面所成的角度比90度大，且所述凹坑的深度比该开口缘的半径小。
4.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，
所述第一传热壁以及第二传热壁的内端彼此隔开180度地固定于所述流路管的外周，该第一传热壁以及第二传热壁的外端彼此隔开180度地配置于所述热交换流路部的外周部。
5.根据权利要求4所述的热交换器，其特征在于，
所述第一传热壁以及第二传热壁的内端及外端被配置在包括所述流路管的轴在内的同一平面上，所述流入口和流出口分别开设在该流路管中的隔着所述平面的一方的角度范围和另一方的角度范围内。
6.一种除湿单元，是用于对压缩空气进行除湿的除湿单元，其特征在于，
该除湿单元具有：冷却用热源；热交换器，用于通过与除湿前的压缩空气的热交换对由该冷却用热源冷却并除湿了的压缩空气进行再加热；以及中空的壳体，收容有这些热交换器以及冷却用热源，
所述热交换器具备：
圆筒状的流路管，具有轴向一端的第一端和另一端的第二端，在内部的主热传递流路上配置有所述冷却用热源；以及
热交换流路部，具有用于将来自外部的压缩空气导入所述主热传递流路的导入流路、以及用于将在该主热传递流路中被冷却的除湿后的压缩空气导出到外部的导出流路，在流过这些导入流路及导出流路的压缩空气间进行热交换，
所述热交换流路部具有形成为螺旋状的第一传热壁以及第二传热壁，该第一传热壁以及第二传热壁将各自的内端气密地固定在所述流路管的外周，并且在相互间隔着规定的间隙的状态下交替地卷绕重叠于该流路管的外周，在该第一传热壁与第二传热壁之间，利用所述间隙交替地形成有所述导入流路和导出流路，
在所述热交换流路部的外周部开设有使用于除湿的压缩空气流入所述导入流路的导入口和使除湿后的压缩空气从所述导出流路流出的导出口，
在所述流路管的第一端侧开设有使所述导入流路与所述主热传递流路连通的流入口，在所述第二端侧开设有使所述主热传递流路与所述导出流路连通的流出口，
在所述壳体上开设有与热交换器的所述导入口连通的输入端口、与热交换器的所述导出口连通的输出端口和与所述主热传递流路的第二端侧连通的排水排出端口，该排水排出端口用于将所述热交换器内产生的排出水向外部排出。
7.根据权利要求6所述的除湿单元，其特征在于，
在所述热交换器的周围与壳体之间形成有空隙，该空隙由第一分隔壁及第二分隔壁分割成所述第一端侧的第一空间、所述第二端侧的第二空间和夹在这些第一空间与第二空间之间的第三空间这三个空间，
所述输入端口与所述导入口之间以及所述输出端口与所述导出口之间中的任意一方通过所述第一空间连接，任意另一方通过所述第三空间连接，而且，通过所述第二空间，所述主热传递流路的第二端侧与所述排水排出端口连接。
8.根据权利要求7所述的除湿单元，其特征在于，
所述输入端口及所述输出端口配置在比排水排出端口高的位置。
9.根据权利要求7所述的除湿单元，其特征在于，
所述输入端口与所述导入口通过所述第一空间连接，所述输出端口与所述导出口通过所述第三空间连接，
所述第一传热壁的外端气密地固定于在该第一传热壁的内侧相邻的第二传热壁，在配置于该第一传热壁的最外侧的最外壁部分，开设有所述导入口，
通过形成于所述第二传热壁的外端与在该第二传热壁的内侧相邻的第一传热壁之间的间隙，形成有所述导出口。
10.根据权利要求6所述的除湿单元，其特征在于，
所述第一传热壁的内端和所述第二传热壁的内端彼此隔开180度地固定于所述流路管的外周，所述第一传热壁的外端和所述第二传热壁的外端彼此隔开180度地配置于所述热交换流路部的外周部。
11.根据权利要求10所述的除湿单元，其特征在于，
所述第一传热壁的内端及外端和所述第二传热壁的内端及外端被配置在包括所述流路管的轴在内的一个平面上，所述流入口和流出口分别开设在该流路管中的隔着所述平面的一方的角度范围和另一方的角度范围内。
12.根据权利要求11所述的除湿单元，其特征在于，
所述流出口开设在隔着所述平面而位于与所述排水排出端口相反侧的所述流路管的角度范围内。
13.根据权利要求6所述的除湿单元，其特征在于，
所述冷却用热源是从所述流路管的第一端插入到所述主热传递流路内并使制冷剂流通的制冷剂管。
14.一种除湿系统，具备权利要求13所述的除湿单元，其特征在于，
该除湿系统具备制冷回路，该制冷回路通过使由减压器减压了的制冷剂向所述制冷剂管流通，并使在所述主热传递流路中与压缩空气之间进行了热交换的制冷剂通过压缩机和冷凝器再次流通于所述减压器，使所述制冷剂循环，
在所述除湿单元的排水排出端口连接有自动排水部。
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