CN1721809A - 具有冷凝液体分离功能的板式热交换器及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有冷凝液体分离功能的板式热交换器，其包括：回热器，其具有多层压具皱板和连接到其内不同压缩空气通道的进入和排出孔；冷却器，其具有多层压具皱板，与其内的工作流体通道连接的工作流体入孔和出孔，和形成于其内的压缩空气通道；及一个壁形管，被构造用来通过提供一个将压缩空气和回热器及冷却器连通的流动线路来分隔回热器和冷却器。绝热膨胀室在冷却器的下部形成，在冷却器中冷却的压缩空气向回热器方向移动的流动线路上。冷凝室形成在连接到绝热膨胀室的回热器的下部。冷凝网筛和排水孔形成在冷凝孔中。

Description

具有冷凝液体分离功能的板式热交换器及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种具有冷凝液体分离功能的板式热交换器及其制造方法，并且尤其涉及一种具有冷凝液体分离功能的集成板式热交换器及其制造方法，其中通过管子连接到该板式热交换器外部的分离器被一体地安装在该板式热交换器内，从而传统的由用于将分离器连接到回热器和冷却器的流体通道引起的热传递损失被防止了，冷凝液体的排放效率被最大化，并且冷却空气干燥机可以变得很小很轻。
背景技术
板式热交换器被用于将热压缩空气变为冷压缩空气，并且板式热交换器通常被用作空气干燥机的一个部件。这样一种空气干燥机将热且湿的饱和空气变为冷且干燥的压缩空气，其可以被用在各种工业设备中。该空气干燥机通常包括板式热交换器和分离器。
在板式热交换器中，考虑到流体的种类、流体的通道和板子的强度，多个形状不规则的板被层压在一起，从而为了热交换的目的被称为热端(hot side)的热且湿的压缩空气和被称为冷端(cold side)的工作流体交替地在板之间流动。也就是说，板之间的夹层通道与大气和相邻通道隔离，并且两种不同的工作流体被板所隔离，以便确保反向流动，所以热和冷的工作流体被依次安置以引起热交换。
板式热交换器通过一个隔膜被分隔成一个回热器部分和一个冷却器部分，并且连接到该冷却器和该回热器的分离器被安装在板式热交换器的外面。这里，该分离器将通过热交换在冷却器中冷凝的液体与冷且干燥的压缩空气分离，然后仅将冷且干燥的压缩空气提供给回热器。
因而，由压缩机压缩的热且湿的饱和空气被引入到板式热交换器的进入孔(introduction hole)，从而通过在回热器中与冷且干燥的压缩空气进行初级热交换被冷却，然后被提供给冷却器用于与工作流体进行二级热交换，然后被引入到分离器中分离成流体和冷且干燥的压缩空气。该冷且干燥的压缩空气然后被再次提供给回热器用于与热且湿的压缩空气进行三级热交换，然后被排出。
传统的板式热交换器在结构上不能独立地分离冷凝液体，所以分离器被另外安装在其外部，并且该分离器通过外部的管子与冷却器和回热器相连。因而，传统的空气干燥机需要额外的区域用于安装分离器，所以几乎不可能减少其大小和重量。此外，用于将回热器和冷却器连接到分离器的流体通道引起热传递损失。
发明内容
本发明被设计用于解决现有技术的问题，因此本发明的一个目的旨在防止在现有技术中由冷凝液体分离器和板式热交换器之间的连接管路引起的额外的安装空间和热传递损失，并且还大大减少了制造成本。
为了达到上述目的，本发明提供了小且轻的板式热交换器。降低了热损失，并由于其内部构造而具有冷凝液体分离功能，在该构造中，为了具备分离器的功能，用于从热且湿的空气中分离水分得到冷且干燥的空气的绝热膨胀室形成在冷却器中，为了提取残留在冷且干燥的空气中的水分，冷凝网筛被安装在回热器中。本发明还提供了以一种简便的方式制造该板式热交换器的方法。
附图说明
本发明的其他的目的和方面将从下面结合附图对实施例的描述中变得很清楚。其中：
图1是根据本发明的板式热交换器的分解立体图；
图2是根据本发明的板式热交换器的截面图；
图3是表示在根据本发明的板式热交换器中的流体流。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明进行详细地描述。
图1是根据本发明的板式热交换器的分解立体图，图2是该板式热交换器的截面图，图3表示在板式热交换器中压缩空气和工作流体的流动。
如图1和2所示，根据本发明具有冷凝液体分离功能的集成板式热交换器100包括一个具有多个在其内层压的具皱板1a的回热器4，其中两个内部空气通道借助层压板1a形成，从而连接到进入孔2和排出孔3；和一个具有多个层压的具皱板1b以在其内形成两个内部通道的冷却器7，其中连接到通道中的工作流体通道的工作流体入孔5和工作流体出孔6形成于其内，并且其中空气是在另一个通道中流动的。在该板式热交换器100中，其中在冷却器7中形成的多个空气通道被结合在一起的绝热膨胀室8在该冷却器7的下部形成在冷却器7中冷却的压缩空气向回热器4移动的流动线路上。此外，具有冷凝网筛9的冷凝室18形成在与绝热膨胀室8连接的回热器4的下部。
这里，在以多层形式被层压以构造回热器4的各个板1a处，用于形成冷凝室18和流动线路14a，14b和14e的孔被分别穿透(perforated)。此外，在构造冷却器7的各个板1b处，用于形成绝热膨胀室8的孔，用于形成流动线路14c的孔，和用于形成工作流体入口通道15和工作流体出口通道16的孔也被穿透。
壁形管10形成在回热器4和冷却器7之间以分隔它们。壁形管10具有一个回热器面的孔(reheater-faced hole)11，通过回热器4的压缩空气被引入该回热器面的孔11中；一个冷却器面的孔12，压缩空气通过该冷却器面的孔12被提供给冷却器7；及一个连接孔13，在壁形管10的下部连通冷却器7和回热器4。
用于引入热且湿的压缩空气的进入孔2形成在该回热器4的上部。与进入孔2连通的流动线路14a通过层压板1a形成以连通板之间的夹层通道。用于连接流动线路14a和与该流动线路14a连通的压缩空气通道的流动线路14b形成在该回热器4的下部以连接到该壁形管10的回热器面的孔11。用于连接在冷却器7内循环为一个线路的压缩空气通道的流动线路14d被形成以与壁形管10的下部连接孔(lowercommunication hole)13连通，从而具有冷凝网筛9的冷凝室18形成在该流动线路14d内。因而，与回热器4的排出孔3连通的内部通道被结合成一体。排水孔17形成该冷凝室18的一侧。
此外，流动线路14c形成在该冷却器7的上部，以连接到该壁形管10的冷却器面的孔12并与该冷却器7的夹层通道连通。该绝热膨胀室8形成在该冷却器7的下部以与该流动线路14c和内部通道连通，并且还与该壁形管10的连接孔13和回热器4的流动线路14d连通。用于引入工作流体的工作流体入孔5和与工作流体入孔5连通的工作流体入口通道15被形成。此外，工作流体入口通道15与内部通道连通(见图1和2)被连接到与工作流体出孔6连通的工作流体出口通道16。
图3表示压缩空气和工作流体在根据本发明的板式热交换器中的流动。在图3中，用虚线表示工作流体，经过回热器4的用实线表示的热且湿的气体通过冷却器7被变为冷且干燥的气体然后再次循环到回热器4。
在如上所述构造的该集成板式热交换器100中，热且湿的压缩空气通过该进入孔2经由连接到该进入孔2的流动线路14a被引入到回热器4，然后流经多个形成在回热器4内的通道。
回热器4内的通道通过层压多个具皱板1a形成，并被分成两部分：一个是通过进入孔2引入的热且湿的压缩空气流动的通道；另一个是经过冷却器7的冷且干燥的压缩空气流动的通道，并与排出孔3连接。因而，回热器4依靠层压板1a形成两种通道，并且通道彼此隔离从而在各个通道内的流体不与另一个通道内的流体相混合，但进行热交换。
因而，通过进入孔2和流体线路14a引入的热且湿的压缩空气通过该内部通道被集聚在流动线路14b内，然后通过壁形管10的回热器面的孔11进入壁形管10内，然后通过冷却器面的孔12被引入到冷却器7的流动线路14c内。在这个过程中，进行了初级的热交换。
形成在冷却器7的上部的流动线路14c内的热且湿的压缩空气然后通过形成在冷却器7内的通道经过绝热膨胀室8。在这个过程中，与通过冷却器7内的另一个通道的工作流体进行二级热交换。工作流体通过冷却器7的下部的工作流体入孔5流入，然后经由工作流体入口通道15和连接到工作流体入口通道15的冷却器7的多个内部通道，通过工作流体出口通道16和工作流体出孔6流出。
当然，由于经过冷却器7的压缩空气和流体被层压板1b分隔并交替流动，所以它们没有被混合，而仅进行正常的二级热交换。
如上所述，随着经过冷却器7，热且湿的压缩空气被分离出水分并变为冷且干燥的压缩空气。此时，被分离的水分落下然后通过形成在冷凝室18下部的排水孔17被排出。
在本发明中，水分的分离是由二级热交换和绝热膨胀引起的。为此，在本发明中绝热膨胀室8一般形成在冷却器7的下部。也就是说，绝热膨胀室8是形成在构成冷却器7的多个板1b的下部末端，在冷却器7中形成的压缩空气的通道在绝热膨胀室8中被结合成一体。
因此，当压缩空气从狭窄的通道流入到宽阔的绝热膨胀室8时，由于压力下降引起绝热膨胀，并且由于内部能量的消耗导致温度下降。因此，残余在空气中的水分被冷凝和分离。
由于绝热膨胀水分被再次除去之后，空气经过壁形管10的下部连接孔13，然后被引入到回热器4的下部流动线路14d内。冷凝室18形成在回热器4的流动线路14d内，并且冷凝网筛9被安装到冷凝室18上。冷凝网筛9具有填充网(dense net)或类似网孔的滤网，并且它具有一个适合于在冷且干燥的空气中最终冷凝并提取水分的结构。也就是说，在绝热膨胀室8从空气中除去大部分水分之后，当空气与冷凝网筛接触时，残余的水分便附着到冷凝网筛上，然后被冷凝和分离。
如上所述被绝热膨胀室8和冷凝室18的冷凝网筛9分离的水分通过排水孔17被排出。
在通过冷凝网筛9之后，空气沿着回热器4的内部通道向上流动，然后通过上部通道14e和排出孔3被排出。此时，沿着回热器4的内部通道流动的空气通过进入孔2和流动线路14a被引入，并且与沿着另一个通道流动的热且湿的压缩空气进行第三级热交换。
具有上述结构和功能的本发明的板式热交换器可以通过层压和铜焊板1a和1b这样的简单方式制造。该制造方法包括如下步骤：通过在一个某种形状的板内穿一个用于形成冷凝室18的孔和用于形成流动线路14a，14b和14e的孔来形成板1a，及在一个某种形状的板内通过穿一个用于形成绝热膨胀室8的孔，一个用于形成流动线路14c的孔和用于形成工作流体入口通道15和工作流体出口通道16的孔来形成板1b；通过层压和铜焊多个板1a构造具有冷凝室18和流动线路14a，14b和14e的回热器4；通过层压和铜焊多个板1b构造具有绝热膨胀室8、流动线路14c和工作流体入口和出口通道15和16的冷却器7；将壁形管10连接在回热器4和冷却器7之间，从而回热器面的孔11与回热器4的流动线路14b连通，冷却器面的孔12与冷却器7的流动线路14c相连通，连接孔13与冷却器7的绝热膨胀室8和回热器4的冷凝室18相连通；将冷凝网筛9插入到冷凝室18中；及完成回热器4和冷却器7的最外面部分。
如上所述，本发明的制造方法保证冷凝室18或绝热膨胀室8仅通过层压和铜焊板1a和1b的容易的方式一体地形成，在板1a和1b内穿有用于形成流动线路等等的孔。也就是说，绝热膨胀室8和冷凝网筛9形成在板式热交换器100内如分离器一样发挥分离水分的功能，当板1a和1b被层压以形成回热器4和冷却器7时，绝热膨胀室8和其中安装有冷凝网筛9的冷凝室18便自然地形成了。如上所提及的，为实现本发明目的的热交换器100可以以一种方式容易地制造，即用于形成冷凝室18的孔和用于形成流动线路14a，14b和14e的孔形成在构成回热器4的板1a内，及用于形成绝热膨胀室8的孔，用于形成流动线路14c的孔，和用于形成工作流体入口和出口通道15和16的孔形成在构成冷却器7的板1b内。
在本发明中，为了从热且湿的压缩空气中除去水分，绝热膨胀室8形成在冷却器7的下部，并且冷凝网筛9被安装在回热器4的下部。因而，安装在外部的传统的分离器可以被除去，所以由通道譬如用于将分离器连接到回热器4和冷却器7的管子引起的热传递损失可以被最小化，同时冷凝液体的排出效率也被最大化了。此外，冷却空气干燥器可以变得更小更轻。而且，由于几个部件譬如分离器和管子没有被使用，本发明确保了较高的生产率并降低了成本。

Claims (9)

1、一种具有冷凝液体分离功能的集成板式热交换器(100)，包括：
具有多个层压于其内的具皱板(1a)的回热器(4)，该回热器具有连接到该回热器内的不同压缩空气通道的进入孔(2)和排出孔(3)；
具有多个层压于其内的具皱板(1b)的冷却器(7)，该冷却器具有连接到其内的工作流体通道的工作流体入孔(5)和工作流体出孔(6)，该冷却器其内具有压缩空气通道；及
壁形管(10)被配置用于将回热器(4)和冷却器(7)分开，并提供了流动线路，从而压缩空气与回热器(4)和冷却器(7)相通；
其中绝热膨胀室(8)在冷却器(7)的下部形成，在冷却器(7)内冷却的压缩空气向回热器(4)移动的流动线路上，冷凝室(18)在与该绝热膨胀室(8)相连的回热器(4)的下部形成，及冷凝网筛(9)和排水孔(17)形成在冷凝室(18)内。
2、如权利要求1所述的集成板式热交换器，其中板(1a)具有形成冷凝室(18)的孔和形成流动线路(14a，14b，14e)的孔。
3、如权利要求1所述的集成板式热交换器，其中板(1b)具有形成绝热膨胀室(8)的孔，形成流动线路(14c)的孔，及形成工作流体入口通道(15)和工作流体出口通道(16)的孔。
4、如权利要求1所述的集成板式热交换器，其中壁形管(10)具有回热器面的孔(11)，回热器(4)的压缩空气被引入该回热器面的孔(11)中；冷却器面的孔(12)，压缩空气通过该冷却器面的孔(12)被提供到冷却器(7)中；及连接孔(13)，该连接孔(13)在其下部将冷却器(7)连通到回热器(4)。
5、如权利要求1所述的集成板式热交换器，其中该绝热膨胀室(8)是通过将多个形成在冷却器(7)内的压缩空气通道结合形成的。
6、如权利要求1所述的集成板式热交换器，其中进入孔(2)形成在该回热器(4)的上部，与进入孔(2)连通的流动线路(14a)通过板(1a)形成从而连通板之间的夹层通道，在回热器(4)下部形成连通流动线路(14a)的流动线路(14b)以连接到壁形管(10)的回热器面的孔(11)，及安装冷凝网筛(9)的流动线路(14d)被形成从而连通该壁形管(10)的下部连接孔(13)。
7、如权利要求1所述的集成板式热交换器，其中流动线路(14c)形成在冷却器(7)的上部，从而连接到壁形管(10)的冷却器面的孔(12)并与冷却器(7)的夹层通道连通，该绝热膨胀室(8)形成在冷却器(7)的下部，从而与流动线路(14c)和内部通道连通，并且还与壁形管(10)的连接孔(13)和回热器(4)的流动线路(14d)连通，用于引入工作流体的工作流体入孔(5)和与该工作流体入孔(5)连通的工作流体入口通道(15)被形成，并且工作流体入口通道(15)与内部通道相连通被连接到与工作流体出孔(6)相连通的工作流体出口通道(16)。
8、如权利要求1所述的集成板式热交换器，其中该冷凝室(18)与连通回热器(4)的排出孔(3)的内部通道结合。
9、一种具有冷凝液体分离功能的集成板式热交换器的制造方法，包括如下步骤：
通过层压和铜焊多个板(1a)构造回热器(4)以形成冷凝室(18)和流动线路(14a，14b和14e)，用于形成冷凝室(18)的孔和用于形成流动线路(14a，14b和14e)的孔形成在每个板(1a)内；及
通过层压和铜焊多个板(1b)构造冷凝器(7)以形成绝热膨胀室(8)、流动线路(14c)、工作流体入口通道(15)和工作流体出口通道(16)，用于形成绝热膨胀室(8)的孔、用于形成流动线路(14c)的孔、用于形成工作流体入口通道(15)的孔和用于形成工作流体出口通道(16)的孔形成在每一个板(1b)内。
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