JP4383444B2 - 熱交換器及び湿性媒体を乾燥する方法 - Google Patents

Description

本発明は、熱交換器及びガス類から溶媒をほぼ除去する方法、例えば、湿性媒体を乾燥する方法に関する。本発明は、熱交換器及び圧縮空気を乾燥する方法として特に有用である。新規な設計により、本発明は、同一のろう付けされている熱交換器パッケージ内で圧縮空気の乾燥を可能にする。

圧縮機空気を乾燥するためには、空気を冷却して水を凝縮させる工程、水を収集する工程、および種々の制御されている装置に圧縮空気を供給するために最終的に空気を加熱する工程が必要である。先行技術において、冷却工程と加熱工程とは、熱交換器の間にサイクロンのようなコンデンサを備えた別々の熱交換器で行われた。このため、高価で嵩張った装置になった。これらの工程をすべて同じ熱交換器パッケージ内で行える方法が実現されていなかった。このため、改善された熱交換器が必要である。

本発明は、内部交差通路を配置し、この通路によって湿性媒体の流れを折り返し、反対側を流れる媒体同士で第１工程による冷却及び第２工程による加熱を実現し、このようにして高い効率を得る熱交換器を提供することにより上記課題を解決する。本発明は、ろう付けされている熱交換器内で水を凝縮し、排出することができる分離領域にも特徴がある。

第１の形態において、本発明は、パッケージ内に配置され、互いにろう付けされて２つの媒体のそれぞれのダクト、すなわち、第１媒体を第１プレート対の間に流せるように構成されている第１ダクトセット、および第２媒体を別のプレート対の間に流せるように構成されている第２ダクトセットを形成し、溝状パターン、入口と出口との接続部を有する複数のプレートを含む熱交換器を提供する。

本発明によると、少なくとも１つの範囲限定ゾーンが前記パッケージ内においてバリアにより形成され、前記バリアは、前記第１媒体用の前記第１ダクトセットの内側の領域を遮断しないが、前記第２媒体用の前記第２ダクトセットの内側の領域を遮断する。前記ゾーンは、前記第１ダクトセットと前記第２ダクトセットとの間に配置された交差通路の形をした入口、および前記第１媒体と熱交換しながら前記範囲限定ゾーン内の前記領域を通って前記第１媒体を循環させるための出口を有する。

１つの実施形態において、少なくとも１つの別の出口が第１ダクトセットに配置され、液体を通過させるためにのみ配置された外側の弁に接続されている。

第１ダクトセットにおいて、第１媒体の流速を下げることができる空間の形で分離領域が配置されるのが好ましい。

第２の形態において、本発明は、前記湿性媒体が、第１媒体として循環され、冷却材がこのような熱交換器における第２媒体として循環される湿性媒体を乾燥する方法を提供する。

湿性媒体は、含水圧縮空気であり、冷却材が商標Ｆｒｅｏｎなどのフッ素化炭化水素である。

以下、添付図面を参照して本発明を詳細に説明する。

プレート型熱交換器は、２種類の媒体間で熱交換をするための装置で一般に公知の装置である。プレート型熱交換器は、様々な状況で使用されるので、本発明は、本明細書で後述される特別な用途に限定されないが、圧縮空気を乾燥する場合は特に有用である。本発明は、全体がろう付けされている型の熱交換器にも非常にたやすく適用される。このように適用されるために、この熱交換器は、主に、溝状パターンを有する複数のプレートと２つの媒体に対する入口及び出口の接続部からなっている。これらのプレートは、パッケージ内に配置され、互いにろう付けされることによって固定装置になっている。このようにして、それぞれのプレート対の間で反対方向に循環する２つの媒体用の個別のダクトが形成される。これを形成するための技法は通常公知であるので、ここでは詳細に記述しないことにする。

本発明は、８ｂａｒ及び４５℃において１００％までの相対湿度を有する圧縮空気の乾燥を可能にする。この空気は、まず、水の凝縮と収集とが起こるように冷却され、次いで再び適切な温度、例えば、３７℃に加熱されるので、乾燥空気が供給される導管や機械装置では凝縮は起きない。後で詳細に説明されるように、流入する湿性空気は、まず、熱交換器の第１部分において流出側乾燥空気と熱交換して冷却される。熱交換器の第２部分において、冷却材と熱交換して空気はさらに冷却される。水の凝縮と収集とは、この第２部分で起きる。最終的に、この乾燥空気は第１部分に戻り、流入側空気と熱交換して加熱される。

図１は、従来と同じような溝及び隆起部のパターンを有する代表的な長方形の熱交換器プレートを全体的に示している。２枚目のプレートは、いずれも従来と同じように、溝及び隆起部が１枚目のプレートと食い違うようにして配置されている。第１ダクトセットは第１プレート対の間に形成され、第２ダクトセットは、従来と同じように、別の第２プレート対の間に形成されている。しかし、一般的な熱交換器とは対照的に、バリア３は熱交換器の第２部分２から第１部分１を隔てるようにして設けられている。この範囲限定ゾーン１は、このプレートのコーナーに適切に位置し、このプレートの略中央まで延在している。このバリア３は、第２ダクトセットにおける流れにのみ影響を及ぼす。第２ダクトセットは、交互になったプレートの接触する溝及び隆起部との間を連続的ろう付けすることにより形成されている。この種のバリアに関するより詳細な説明は、ＥＰ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＡＢが公開したヨーロッパ特許第１０９７３４６号に示されている。

第１ダクトセットは、第１媒体Ａ、すなわち空気の入口４を有する。しかし、第１ダクトセットには、外部への空気の通常の出口がない。代わりに、媒体Ａを第１ダクトセットから第２ダクトセットへ通過させる交差通路５が配置されている。交差通路５は、通常、プレート内にスリットを作ることにより形成される。このスリットは、バリア３の内側、すなわち熱交換器の第１部分１に存在する。交差通路５は、端縁部に近接して適切に配置されている。

第１ダクトセットは、さらに、別の出口を複数備えている。凝縮水用に少なくとも１つの出口６がある。この出口は弁８に接続され、この弁は水のみを通過させ、空気は通さないように工夫されている。凝縮水用に第２の出口７が存在するのも好ましい。この出口は留め金状の収集用隆起部９の留め金部分に配置されている。出口７は、同じ弁８又は別の弁（図示せず）に接続することができる。収集用隆起部９は、バリア３と同じ様式で形成されるが、第１ダクトセットのみに影響を及ぼす。

第１ダクトセットには、溝や隆起部が形成されていない多数の分離領域１０も配置されている。これらの領域の機能は、通過媒体の流速を、例えば、４ｍ／ｓに低下させ、乱れのない層流を得ることである。これは水の凝縮を助長する。

第２ダクトセットは、次のような接続部を有する。交差通路５から流入する第１媒体Ａすなわち空気のための出口１１がある。範囲限定ゾーンの出口１１は、交差通路５に対して斜め方向に適切に設けられている。第２媒体Ｂすなわち冷却材は入口１２から入り、出口１３から出て行く。

図２及び図３に示した流れ図を参照して、この熱交換器の機能について説明する。乾燥処理の間に、空気の入口と出口とは上向きにされるべきであり、一方、水の出口６と７とは下向きにされるべきである。

図２は、第１ダクトセットにおける流れを示している。ここにはバリアがないので、同じ媒体Ａが熱交換器全体にわたり流れている。一方、第２ダクトセットにおいては異種媒体Ａ及びＢについて熱交換をする。バリア３は破線で示されている。湿性空気は、熱交換器の入口４から第１部分１に入る（湿性空気は、１３０〜１４０℃から予め冷却される。）。流出側空気と熱交換をすることにより、流入側空気は、例えば、４５℃から２３℃に冷却される。この空気は、熱交換器の第２の部分を通過し、そこで空気はさらに、例えば、１０℃に冷却される。また、水が凝縮され、出口６及び７を通して集められる。

凝縮効率は、図１に示した分離領域１０により高められる。しかし、流速が十分遅いならば分離領域は必要ではない。流速を十分遅くするためには溝の高さを上げてもよい。溝の高さが、例えば、約３ｍｍである場合、この熱交換器が比較的強い構造を有し、かつ、比較的コンパクトであることから、結果的に約６ｍｍの高さを有する分離領域が好ましくなり、これらのプレートの曲げ及びろう付けを含む製造プロセスが単純化される。

また、収集用隆起部及び出口７は、必ず必要と言うわけではないが、あれば好ましいと言える。この収集用隆起部９は、空気の方向を下方に転じ、凝縮水に対して空気が揚力を発揮することを防止するのに役立つ。

この熱交換器の第２部分において、空気は、上向きに変わり、交差通路５を通りもう一方の側、すなわち第２ダクトセット内に流入する。

第２ダクトセットにおける流れは、図３に示されている。この熱交換器の第１部分１において、空気Ａは、交差通路５を通って流入し、出口１１から流出する。この通過の間に、流出側空気は、流入側空気により、例えば、１０℃から３７℃へ加熱される。

この熱交換器の第２部分において、フッ素化炭化水素、例えば、商標Ｆｒｅｏｎなどの冷却材が、入口１２から流入し、出口１３から流出する。バリア３があるために、本出願では、第２ダクトセットと呼んでいる同じプレート対の間に２つの媒体、すなわち冷却材と空気とが流入しても、第２部分における冷却材は、第１部分における空気から分離される。

本発明が、湿性空気を同一の熱交換器内で乾燥し、必要な冷却及び加熱工程を行うという課題を解決していることを、当業者は認めるであろう。バリアと交差通路とにより形成されている範囲限定ゾーンのために、非常に効率のよいプロセスが得られる。この熱交換器は、一般に、ガスから溶媒を除去するその他のプロセスにも適用できる。この場合、「乾燥する」という用語は、別のガスに溶解している任意の蒸気又はガスを「凝縮する」ことと同等である。本発明の範囲は、以下の請求の範囲によって限定されるのみである。

本発明による代表的な熱交換器プレートの図である。 第１ダクトセットにおける流れの該略図である。 第２ダクトセットにおける流れの該略図である。

Claims (13)

1. パッケージ内に配置され、溝状パターンと、入口及び出口の接続部とを有する複数のプレートを含む熱交換器であって、前記プレートは、互いにろう付けされて２つの媒体（Ａ，Ｂ）に対し個別のダクト、すなわち、第１媒体（Ａ）を第１プレート対の間に流せるように構成されている第１ダクトセット、および第２媒体（Ｂ）を別のプレート対の間に流せるように構成されている第２ダクトセットを形成し、前記熱交換器は、少なくとも１つの範囲限定ゾーン（１）が前記パッケージ内においてバリア（３）により画定され、前記バリア（３）は、前記第１媒体用の前記第１ダクトセット内の領域を遮断せず、前記第２媒体（Ｂ）用の前記第２ダクトセット内の領域を遮断し、前記ゾーン（１）は、前記第１ダクトセットと前記第２ダクトセットとの間に配置された交差通路の形をした入口（５）及び（第１媒体（Ａ）自身を）前記第１媒体（Ａ）と熱交換しながら前記範囲限定ゾーン（１）内の前記領域を通って前記第１媒体（Ａ）を循環させるようにするための出口（１１）を有することを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１に記載された熱交換器であって、少なくとも１つの別の出口（６、７）が、前記第１ダクトセットに配置され、かつ液体のみを通過させるように配置された外側の弁（８）に接続されていることを特徴とする熱交換器。
3. 請求項１又は２に記載された熱交換器であって、前記交差通路（５）が、前記それぞれのプレートに配置されているスリットであることを特徴とする熱交換器。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載された熱交換器であって、前記プレートが略長方形をしており、前記範囲限定ゾーン（１）が前記プレートの１つのコーナーに存在することを特徴とする熱交換器。
5. 請求項４に記載された熱交換器であって、前記交差通路（５）が前記プレートの中央近傍の端縁部に接近して配置され、前記範囲限定ゾーンの前記出口（１１）が前記交差通路（５）の斜め方向に配置されていることを特徴とする熱交換器。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載された熱交換器であって、前記第１ダクトセットにおいて、前記第１媒体（Ａ）の流速を下げることができる空間状の分離領域（１０）が配置されていることを特徴とする熱交換器。
7. 請求項６に記載された熱交換器であって、前記分離領域（１０）が、溝のない平坦な領域の形で配置されていることを特徴とする熱交換器。
8. 請求項６又は７に記載された熱交換器であって、多数の分離領域（１０）が、前記プレートにおいて前記範囲限定ゾーン（１）の外側に配置されていることを特徴とする熱交換器。
9. 請求項２から８のいずれか１つに記載された熱交換器であって、収集用隆起部（９）が、前記プレートにおいて前記範囲限定ゾーン（１）の外側に存在し、前記第１ダクトセットに配置される第２の別の出口（７）に凝縮液体を導くために配置され、液体のみを通過させるように配置された外側の弁（８）に接続されていることを特徴とする熱交換器。
10. 請求項６に記載された熱交換器であって、前記収集用隆起部（９）が留め金状をしており、前記第２の別の出口（７）が前記留め金部分に配置されていることを特徴とする熱交換器。
11. 湿性媒体を乾燥する方法であって、前記第１媒体（Ａ）としての前記湿性媒体および前記第２媒体（Ｂ）としての冷却材を、請求項２から１０のいずれか１つに記載された熱交換器において循環させることを特徴とする方法。
12. 請求項１１に記載された方法であって、前記湿性媒体が水含有圧縮空気であることを特徴とする方法。
13. 請求項１１又は１２に記載された方法であって、前記冷却材が商標Ｆｒｅｏｎなどのフッ素化炭化水素であることを特徴とする方法。

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