CN1408462A - 用于压缩气体制冷干燥器的热交换器组 - Google Patents

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Abstract

本发明是关于一种用于压缩气体制冷干燥器的热交换器组，其中热交换器(20，30)包括一系列叶片状、密集排列的散热片(21，31)，它们为流体的逆流流动构成一系列通道，并且其中气体/气体热交换器(20)位于蒸发器(30)旁边，以使气体/气体热交换器(20)的预冷部分(22)的出口区(28)将压缩气体混合物直接导入蒸发器(30)的冷却部分(32)的入口区(36)。

Description

用于压缩气体制冷干燥器的热交换器组
本发明关于一种用于压缩气体制冷干燥器的热交换器组。
压缩气体制冷干燥器是一种制冷机，一般用于为特定压缩空气或其它任何压缩气体除湿；因此，尽管下文使用了压缩空气，所有公开内容均适用于其它任何压缩气体或压缩气体混合物。
压缩空气中的湿气是腐蚀、管道过早破损及使用压缩空气的机器失灵或完全作废的主要成因，所在必须在将压缩空气供入上述设备之前将其去除。
在传统的压缩空气制冷干燥器使用中，进入干燥器的压缩空气被冷却以使湿气凝结(水蒸汽)。干燥器基本包括一个气体/气体换热器或热交换器和一个蒸发器，在实践中，是两个热交换器。
一个热交换器组指的是上述换热器和上述蒸发器的结合体。
将被干燥的压缩空气含有水蒸汽，一般具有约等于100％的相对湿度。
因此它将在换热器的一个预冷部分中先被预冷，随后压缩空气离开气体/气体交换器的预冷部分，继续在蒸发器的一个冷却部分中被冷却，直到它达到所希望的露点。
一种制冷剂被用在这种冷却过程中，它在蒸发器本身的蒸发部分中蒸发掉。这种蒸发制冷剂由一个制冷循环产生。
在这一点上，压缩空气先在换热器中冷却，然后再到蒸发器，到达空气冷凝器，空气中的水蒸汽在其中凝结，并与空气分离。凝结的水蒸汽随后从凝结水蒸汽释放器释放出去。
从空气凝结器中出来的空气通过加热部分的循环中最初的换热器，以进行预冷。
气体/气体热交换器和蒸发器根据不同的技术，具有许多种型号。
特别地，有压缩气体制冷干燥器，其中换热器的预冷和加热部分、与空气冷却部分和蒸发器的制冷蒸发部分一起全部装有叶片，以提高热交换器组的效率与紧密度。
作为例子，可以采用在专利U.S.5,845,505和U.S.6,085,529中描述的热交换器组。
在此，换热器和蒸发器的特征在于：以交叉流、更具体地说是相互垂直地进行热交换。
进一步说一种特殊和复杂型的叶片被用于达到充分的热交换。
本发明的一个目的是生产一种用于压缩气体制冷干燥器的热交换组，它能更有效地进行热交换。
本发明的一个目的是生产一种用于压缩气体制冷干燥器的热交换组，其体积得到减小。
本发明的进一步目的是用一种极其简单、经济且特别有效的方法解决先有技术中的上述缺点。
为达到上述目的，根据本发明，意在生产一种用于压缩气体制冷干燥器的热交换组，它具有所附的权利要求中特别指出的特征。
本发明的结构特征和功能特征及其相对于先有技术的优点十分明显，并在以下的描述中得到更清楚的定义，附图展示了根据发明本身的创造性原理生产的用于压缩气体制冷干燥器的热交换组。
在图中：
图1表示一种压缩气体制冷干燥器；
图2表示一种根据本发明的用于压缩气体制冷干燥器的热交换器组；
图3是一个轴测图，表示一种气体/气体换热器或热交换器以及图2中所示的干燥器中的蒸发器；
图4是一个轴测图，表示根据本发明的两个干燥器的压缩气体的入口与出口接头，它们互相平行；
图5是一个侧剖面图，表示两个入口与出口收集器，它们分别用于连接如图4所示的入口和出口；
图6是图5中的收集器的前部截面，它具有为干燥器外部接头准备的凸缘；
图7代表26、28、36和38以及22和32部分中的叶片装置的另一种选择；
参照图示，一种压缩气体制冷干燥器被统指为10，图示的例子由一个热交换器组构成，这也是本发明的目的，它包括一个气体/气体热交换器或换热器20和一个蒸发器30。
图1描绘出一种压缩气体制冷干燥器10，根据已知技术，将被干燥的压缩气体进入一个入口管12，然后从出口管14中出来，并被干燥。
如本说明书开始时所述，它具有包括用来使待干燥的压缩气体预冷的部分22和用于干燥的压缩气体的加热部分24的气体/气体热交换器或换热器20，并具有用于压缩气体的冷却的部分32的蒸发器30和用于制冷剂的蒸发部分34，该蒸发部分连着一个制冷回路40；干燥器还包括一个气体冷凝器50和一个用于冷凝后水蒸汽的释放器52。
图2描绘出一个根据本发明的压缩气体制冷干燥器10，在此热交换以逆流的方式进行。
图3描绘出换热器20，它包括一系列具有用于压缩气体的入口区26和出口区的28叶片板21，由一系列具有入口区36和出口区38、装在换热器20旁边的叶片板31组成的蒸发器30。
图4表示根据本发明的两个并排的干燥器，其入口管12和出口管14分别具有共平面的入口接头13和出口接头15，出入口管同在接头中心。
图5和6描绘出一个入口收集器16和一个出口收集器18，由连接杆60固定在入口接头13和出口接头15上，该连接杆穿过位于接头13和15上的孔62以及位于接头16和18上的孔64。
收集器16和18具有一系列侧开口17，与干燥器10的平行排列的接头13和15的数量相似或相同，可以多于图4所示的两个。
收集器16和18每个都装有一个凸缘接头66，以连接杆固定。
在接头13和15以及收集器16和18的开口17中间，有垫片19，而垫片69被插在凸缘接头66和收集器16和18之间。
此外，挡板70在与凸缘接头66相对的面上关闭每个收集器16和18。该挡板70以连接杆68固定，并在收集器16和18与板70之间插入与垫片69型号相同的垫片。
在陈述了本发明的一些特征性构件之后，下面将对如图所示的实施例进行更详细的描述。
热交换器组的热交换以良好的逆流方式完成，它可经以下方法实现。
间隔排列的散热片板21系列为将被干燥的压缩气体和离开气体冷凝器50的气体形成了一系列通道。
将被干燥的压缩气体和离开气体冷凝器50的气体可以采取两种方式流动，一个朝一个方向，相临的那个朝相反的方向，并分别形成预冷部分22和预热部分24。
类似地，间隔排列的散热片31系列为压缩气体和制冷剂形成一系列通道。
压缩气体和制冷回路40中的制冷剂可以采取两种方式流动，一个朝一个方向，相临的那个朝相反的方向，并分别形成冷却部分32和蒸发部分34。
进一步来说，气体/气体交换器20和蒸发器30被并排放置，以使预冷部分22的出口区28直接将压缩气体导入冷却部分32的入口区36。
还应当指出，预冷部分22的入口区26和出口区28及冷却部分32的入口区36和出口区38没有散热片，这可以从图3中清楚看到。
用这种方式，压缩气体在进入预冷部分22和冷却部分32之前一律被导入通道，在其散热片21和31上完成大部分热交换。
或者，用来帮助输导流体的装置，诸如穿孔金属或与部分22与32中使用的散热片相似或相同的装置，都可以插入预冷部分22的入口区26和出口区28以及冷却部分32的入口区36和出口区38。在区26，28，36和38中使用散热片装置，不仅便气体输导通畅，还能加强热交换。进一步来说，为了进一步提高空气通畅性，部分21，24，31和34以及部分22和32的散热片装置可以被如图7所示那样进行分割及定位，以形成前者垂直于后者的方向。
另一方面，加热部分24和蒸发部分34可以在整个长度上装配散热片。
本发明的另一个特征包括将几组图3所示的类型热交换器联接起来，平行排列。
这样，就创造出一个标准形式的结构，形成一个多性能交换器组。
为此，采用入口收集器16和出口收集器18，它们分别与入口接头13和出口接头15连接，故能减少体积和装配人工。
收集器16和18系冲压制成，并经机械加工，使其易于并快速地与压缩气体入口接头13和出口接头15连结。
具有多性能交换器组的每个干燥器10，具有两个收集器16和18。每个收集器都有几个侧开口17，其数量与将要连接的标准形式的交换器组的数量相同。
收集器16和18按标准形式的交换器组的数量进行分割。
为保证标准形式的交换器组和收集器16和18之间完全密封，一个垫片19被用在每个入口接头13和每个出口接头15上。进而，例如，通过为每个接头13或15配四个连接杆60，将其拧进接头13和15之中的孔62内的方法，来进行有效地固定。
为了将接头16和18分别连接到将被干燥的压缩气体的入口管和已被干燥的压缩气体的出口管上，这些元件每个都在其顶端配置了一个凸缘接头66。每个收集器16和18都被一块挡板70在凸缘接头66的对面封闭。
更具体地说，凸缘接头66由一个短筒状导管构成，两个带穿孔的板与导管两端焊接，孔的大小与导管的外直径相等。
一块板具有一系列用于固定的孔，采用相应的连接杆68，使收集器16或18或相对的挡板70和凸缘接头66连接；另一块板通常是一个法兰，起到压缩气体的入口与出口管的接头的作用。
如上所述，收集器16和18与凸缘接头66的那端相对的端部，被挡板70封闭，挡板上具有一系列与凸缘接头66的穿孔板上的孔数量相同的孔。挡板70上的这些孔与板上的孔相应，以使连接杆68能被插入。
先有技术已表明可以用交叉流来影响热交换的效率。
这主要发生在两个流体交叉时的出口温度，例如当流体出口温度被升高时，必须高于被冷却的流体的温度，正如通常在压缩气体干燥器中的那样。
例如，压缩气体的入口温度在预冷部分是35摄氏度，入口温度在气体/气体交换器中的加热部分是3摄氏度，很难通过交叉流热交换来让加热部分出口温度高于25/26摄氏度，即使使用高热交换表面、特殊和精密的散热片也不行。
相反，使用根据本发明的逆流方法，使用同样的热交换表面，传统散热片和同样的压降，就可以以超过30摄氏度的温度离开加热部分，增加了20％多的热量。
类似地，一个在逆流中完美运转的具有与交叉流蒸发器相同的交换表面和相同压降的蒸发器，即使使用传统散热片装置，也能使空气出口温度和蒸发制冷温度之间的差距缩小，总之适用于当后者是不能在常温蒸发的混合气体(比如具有约6摄氏度滑移的R407c)时以及当制冷剂必须升高温度以减少回流入压缩器的液体量时，正如通常在干燥器中发生的那样。
最后结果是在制冷回路中改进了COP(即性能系数)的热动态效率。
由于通过逆向气流提高了热交换效率，要达到与交叉流交换器相同的效果，可以使用传统的散热片装置。
本发明的另一个优点在于提出了两个热交换器，换热器和蒸发器的建议，它们一个挨着一个，以便减少热交换组的体积，保证热交换处于完美的逆流之中。
另外，为了获得体积更小的干燥器，空气冷凝器可以与蒸发器临接，如图2所示。
如上所述，参照图示，可以清楚地看出一个根据本发明的用于压缩气体制冷干燥器的热交换器组是如何用途特别，优点卓著。由此可以达到说明书开始时提到的目的。
本发明的用于压缩气体制冷干燥器的热交换器组的形式，及其材料自然地可以与图示中所举出的说明性的但非限制性的例子不同。
本发明的保护范围由所附权利要求进行限定。

Claims (14)

1.一种用于压缩气体制冷干燥器的热交换器组，其中一个干燥器(10)包括一个气体/气体热交换器(20)，热交换在一个预冷部分(22)中进行，将被干燥的压缩气体混合物，进入上述干燥器(10)，和一个加热部分(24)，已被干燥的气体混合物，从一个空气冷凝器(50)中离开；一个蒸发器(30)，热交换在一个冷却部分(32)以及一个使用制冷剂的蒸发部分(34)之间进行，上述将被干燥的压缩气体混合体从上述气体/气体热交换器(20)中离开；上述干燥器(10)还包括一个连接释放器(52)的上述空气冷凝器(50)，以及至少一个上述制冷剂在其中流动的制冷回路(40)，离开上述冷却部分(32)的上述气体混合体带有一定数量的冷凝水蒸汽，它自上述压缩气体混合体中分离出来，上述压缩气体混合，通过在交换器(20)被预冷和在蒸发器(30)中冷却达到希望的露点，在蒸发器(30)中上述制冷剂被蒸发，其中热交换器组包括上述气体/气体热交换器(20)和上述蒸发器(30)，其特征在于：上述热交换器(20，30)包括一系列密集排列的散热片(21，31)，为上述流体的逆流形成一系列通道；上述气体/气体热交换器(20)放置在上述蒸发器(30)旁边，以将压缩气体混合物通过气体/气体热交换器(20)的预冷部分(22)的出口区(28)，直接导入蒸发器(30)的冷却部分(32)的入口区(36)内。
2.根据权利要求1的热交换器组，其特征在于：上述预冷部分(22)的入口区(26)和出口区(28)以及冷却部分(32)的入口区(36)和出口区(38)中没有散热片，以使压缩气体混合物在经过上述预冷部分(22)和冷却部分(32)之前均匀地导入通道。
3.根据权利要求2的热交换器组，其特征在于：用于协助压缩气体混合物的均匀分布的元件被插入上述预冷部分(22)的入口区(26)和出口区(28)以及上述冷却部分(32)的入口区(36)和出口区(38)。
4.根据权利要求3的热交换器组，其特征在于：在上述预冷部分(22)的入口区(26)和出口区(28)以及上述冷却部分(32)的入口区(36)和出口区(38)中的上述元件，可以由与预冷部分(22)和冷却部分(32)中相似或相同的散热片装置组成。
5.根据权利要求4的热交换器组，其特征在于：在上述区(26)和(28)(36)和(38)中以及在预冷部分(22)与冷却部分(32)中的散热片装置，都被分割并排列成如图7所示的那样，前者的方向与后者相垂直。
6.根据权利要求3的热交换器组，其特征在于：上述元件由带孔金属构成。
7.根据权利要求1的热交换器组，其特征在于：上述空气冷凝器(50)放置成与上述蒸发器(30)的位置紧临。
8.根据权利要求1的热交换器组，其特征在于：至少两个上述干燥器(10)呈平行排列，每个干燥器(10)都装有一个与将被处理的压缩气体混合物的入口管(12)相连的入口接头(13)，以及一个出口接头(15)，该出口接头(15)与一个用于将被处理的压缩气体混合体的出口管(14)相连。
9.根据权利要求8的热交换器组，其特征在于：上述入口接头(13)和出口接头(15)是共平面的并且同样具有一中心。
10.根据权利要求9的热交换器组，其特征在于：上述入口接头(13)由一个入口收集器(16)互相连在一起，上述出口接头(15)由一个出口收集器(18)互相连接在一起。
11.根据权利要求10的热交换器组，其特征在于：上述入口收集器(16)和出口收集器(18)具有一系列侧开口(17)，其数量与上述干燥器(10)的接头(13)和(15)一样多，并平行排列，并通过插入垫片(19)和固定装置固定在上述接头(13，15)上。
12.根据权利要求11的热交换器组，其特征在于：上述固定装置包括连接杆(60)，它穿过位于上述接头(13，15)的表面上的孔(62)，和位于收集器(16，18)上的孔(64)。
13.根据权利要求10或11的热交换器组，其特征在于：每个上述收集器(16，18)都装有分别连接到上述入口管(12)和出口管(14)上的凸缘接头(66)，该凸缘接头位于上述收集器(16，18)的一端。
14.根据权利要求13的热交换器组，其特征在于：上述凸缘接头(66)包括一个短筒状导管，在其端部有两个带孔的板，板孔与导管的外直径一样大，板焊在导管外部，一个板具有一系列孔，该孔与相应的连接杆(68)一起，将凸缘接头(66)固定在收集器(16，18)和一个挡板(70)上，另一板用作与压缩气体混合物的入口(12)和出口(14)管连接，其中上述挡板(70)在与相应的上述凸缘接头(66)的对面位置上封闭了收集器(16，18)。
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