专利名称：紧凑空气干燥器及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种紧凑型气体干燥器，其包括在热的受到污染的进入气态介质与干燥的冷的流出气态介质之间交换热量的初级换热器，在来自初级换热器的进入冷气态介质与制冷剂之间交换热量的二级换热器和在排出二级换热器的冷气态介质中捕集可冷凝物质的冷凝捕集器，之后，干燥的冷气态介质与受到污染的进入气态介质在初级换热器中交换热量。
本发明还涉及一种用于制造紧凑型气体干燥器的方法。
背景技术：
例如对压缩空气领域技术人员来说，众所周知，在使用压缩空气之前，经常必须干燥和净化压缩空气。迄今为止，这常常伴随着冷却压缩空气，因此会冷凝空气中的可冷凝物质；然后，冷凝物质与空气分离，之后空气被再次加热，以免在输送空气的管道外面发生冷凝，以及避免由于压缩空气使用时膨胀而结冰。
目前工艺水平的典型系统在US-A-5794453中提到。这里，压缩空气进入主冷却器16′，在这里，空气被冷却，以允许空气中的污染物冷凝。然后将空气送到冷凝捕集器18′，在这里，冷凝污染物与空气分离。最后，空气被送到第二换热器42，在这里加热空气。US-A-5794453中的系统与目前工艺水平的不同之处在于对制冷剂回路采用与众不同的解决方案；代替在进入(热)的空气与流出(冷)的空气之间交换热量，在换热器42中出现了一些制冷剂冷凝(正如所提及的，换热器42用于加热流出的空气)。
在专利文献中，存在几种不同的用于干燥压缩空气的解决方案，参见例如GB-A-2353229、US-A-4638852、US-A-5107919、US-A-3722583和WO-A-01/17665。
所有这些解决方案都有一个共同点；它们都是由离散部件制成，这些离散部件通过管道互连在一起。这使得系统笨重和成本效率低。
发明内容
本发明通过将初级换热器、二级换热器和冷凝捕集器组合成一个单个单元，解决了上述及其它问题。
本发明也通过一种制造方法解决了以上所述问题，所述制造方法包括下列步骤 i.将若干换热器板堆叠成第一叠片组，第一叠片组形成初级换热器； ii.将部件堆叠到所述第一叠片组上，以形成冷凝捕集器； iii.在形成冷凝捕集器的部件上，将换热器板堆叠成第二叠片组，该第二叠片组形成二级换热器； iv.将换热器板叠片组和冷凝捕集器部件放入铜焊炉中，并将叠片组铜焊成一个单个部件空气干燥器。
为了简化上述制造方法，如果将所述单个部件空气干燥器铜焊成整件，则是有利的。
为了最小化初级换热器与二级换热器之间的热传递，如果冷凝捕集器放在初级换热器与二级换热器之间，则是有益的。
从经济的观点来看，初级换热器和二级换热器可以由若干同样的换热器板制造。
为避免氧化和生锈，换热器板优选由不锈钢制成。
在下文中，将参照附带的视图描述本发明，其中 图1是依照本发明的空气干燥器的分解透视图， 图2是构成本发明的空气干燥器的部件的初级空气/空气换热器的分解透视图， 图3是构成本发明的空气干燥器的部件的二级制冷剂/空气换热器的分解图，和 图4是依照本发明的冷凝捕集器的示例性实施例的分解图。
具体实施例方式 在下面的说明书中，依照本发明的装置被称为空气干燥器。然而，对于本领域技术人员来说，显然，依照本发明的装置可用于从任何具有较高冷凝温度的气态介质中分离任何可冷凝物质。
在图1中，以分解透视图显示了空气干燥器100，其包括初级换热器200、二级换热器300和冷凝捕集器400。可以看到，初级换热器200和二级换热器300分别包括若干换热器板210和310。换热器板的数量根据所需的换热器能力而变化，但是换热器板的优选数量可以为例如4个板到200个板，优选为8到100个板。介于所有板之间的是由铜焊材料薄片、例如铜或镍薄片(未显示)。
冷凝捕集器400包括捕集介质。在所示的实施例中，使用了两种不同的捕集介质；初级介质410和二级介质420。初级介质和二级介质可以由例如丝网构成。
下面将更全面地解释空气干燥器的功能。该解释基于流过空气干燥器的空气微粒(air atom)的路径；因此，进入的空气微粒遇到的第一换热器被称为“初级换热器”，不过该换热器也是在空气微粒离开空气干燥器之前该空气微粒所经过的最后的换热器。
初级换热器200具有用于让热的受到污染的空气进入的入口220(参见图2)。污染物优选为可冷凝污染物；对于不可冷凝物质，现有的空气干燥器几乎没有或没有任何效果。热的受到污染的空气通过与冷的流出干燥空气交换热量而冷却下来。流过初级换热器之后，空气通过内管200-300被送到二级换热器300，在所述二级换热器300中，空气的温度通过与制冷剂的热量交换而下降。下降的温度使可冷凝物质、例如水或烃类冷凝。空气从二级换热器300流到冷凝捕集器400，在这里，冷凝物质与空气流分离，并通过排放孔430从系统排出。
流过冷凝捕集器之后，冷的且干燥的空气再次流过初级换热器，以与热的受到污染的进入空气交换热量。
在简单介绍空气干燥器的功能之后，再次参照图2。在图2中，显示了初级换热器200的示意图。热的受到污染的空气进入设置在盖板230中的入口220，并沿着由短划线240表示的路径朝开口245流动。在通过换热器期间，受到污染的空气将与在副入口250进入换热器200的冷的干燥空气交换热量。该冷的干燥空气的来源将在以后解释。
受到污染的空气排出换热器200，并进入管道200-300(图1)，所述管道200-300连接初级换热器200和二级换热器300。
在二级换热器(图3)中，受到污染的进入空气沿着由点划线表示的路径从入口320流到出口330。同时，制冷剂或其它冷介质通过制冷剂入口340进入该换热器，并沿着相对于受到污染的空气流动相反的流动方向如实线所表示地朝着制冷剂出口350流动。制冷剂以一定的方式连接到外部冷却源上；例如，制冷剂可以是HFC、氨或烃类，冷却源可以是与外部冷凝器(未显示)相组合的压缩机等等。
此刻冷的受到污染的空气通过出口330排出二级换热器，并通过第一侧板450中的开口440进入冷凝捕集器400(图4)的下部分，如图4所示。在冷凝捕集器400内部，开口440通向由冷凝捕集器外壳460的底壁和两侧壁、侧板470、侧板450和初级捕集介质410限定的空置空间。初级捕集介质附着于冷凝捕集器400的内表面，使得任何空气都不能流过所述内表面与初级捕集介质410之间。
因此，所有的冷空气将流过捕集介质410。该介质的作用是允许小的冷凝液滴聚结成为足够大而不能跟随空气流的液滴，由此落到外壳460的底部，在这里，可冷凝物质通过排放孔430排放掉。
在流过初级捕集介质410后，空气继续向上流到二级捕集介质420，二级捕集介质420以与初级捕集介质410相同的方式紧固于所述内表面。在二级介质中，可冷凝物质进一步聚结成为足够大而朝外壳460的底部落下的液滴，并通过排放孔430排放掉。
空气通过开口475排出冷凝捕集器400，并通过副入口250进入初级换热器200(图2)。在初级换热器内部，冷空气沿着由图2的实线表示的路径从副入口250流到出口260，并与热的受到污染的进入空气交换热量。
最后的热量交换导致流出的干燥空气温度升高；这降低了从空气干燥器向空气消耗装置延伸的管道被外界空气中冷凝的水覆盖的危险。此外，空气干燥器的效率提高，这是因为进入二级换热器的热的受到污染的空气温度下降，这意味着在二级换热器300中可以使用更低的冷却功率。
依照本发明的空气干燥器优选根据下面将要解释的方法整件地铜焊 在第一制造步骤，将所需数量的相同换热器板210彼此堆叠在一起，以形成初级换热器200，其中将铜焊材料薄片放在换热器板之间；在堆叠板期间，关键在于，每隔一个板相对于相邻板旋转180度。这确保要进行热量交换的空气有合适的路径，这是换热器领域技术人员所众所周知的方法。
在第二制造步骤中，冷凝捕集器400的侧板450、470、外壳460、捕集介质410、420和管道200-300堆叠在换热器板210上。在认为必要的地方，应当将铜焊材料制成的中间薄片放在所述部件之间。
在第三制造步骤中，以与上述换热器板210形成初级换热器200相同的方式，将所要求数量的相同换热器板310堆叠在冷凝捕集器400的上述部件上，以形成二级换热器300。而且这里也将铜焊材料薄片放在板310之间。在该步骤期间，关键在于管道200-300横跨位于初级换热器200和二级换热器300之间的间隙(实际上是开口320与开口245之间的间隙)。
在最后的制造步骤中，将带有铜焊材料制成的中间薄片的堆叠部件放入被排空并加热的炉中。做为选择，所述炉可以充满惰性气体；由于这能够进行更快的制造，所以这是有益的，因为不需在铜焊之前排空铜焊炉。由于加热，铜焊材料将部件铜焊在一起，以形成包含在增压空气流中冷凝可冷凝物质所必不可少的所有功能的单个单元。
在优选实施例中，冷凝捕集器放在初级换热器与二级换热器之间。由于初级换热器与二级换热器之间有温差，这是有益的；初级换热器与二级换热器之间的热传递隔绝是有益的，冷凝捕集器在某种程度上充当这样的绝热体。
对本领域技术人员来说，显而易见，说明书只能作为如何实施本发明的一个例子。例如，不一定必须在换热器板之间设置铜焊材料制成的中间薄片。作为替代，可以使用铜焊软膏或者甚至胶合剂。
尺寸 在本发明的优选实施例中，八个换热器板310用来形成二级换热器300，八个换热器板210用来形成初级换热器200。优选地，换热器板大约为70-120mm宽、190-290mm高。板厚优选为0.3-0.4mm。用于换热器板210、310、外壳460、侧板450、470和捕集介质412、420的优选材料是不锈钢，例如被称为AISI 304或AISI 316型号的不锈钢。
捕集介质410、420优选由密度大约为226kg/m3的不锈钢丝网制成。在优选实施例中，捕集介质410、420的线直径约为0.28mm。
权利要求
1.一种紧凑型气体干燥器(100)，其包括在热的受到污染的进入气态介质与干燥的冷的流出气态介质之间交换热量的初级换热器(200)、在来自初级换热器(200)的进入冷气态介质与制冷剂之间交换热量的二级换热器(300)和在排出二级换热器(300)的冷气态介质中捕集可冷凝物质的冷凝捕集器(400)，在经过冷凝捕集器后，干燥的冷气态介质与受到污染的进入气态介质在初级换热器中交换热量，其特征在于，初级换热器(200)、二级换热器(300)和冷凝捕集器(400)组合成单个单元(100)。
2.如权利要求1所述的紧凑型气体干燥器(100)，其中，组合成的单个单元(100)被整件地铜焊。
3.如权利要求1或权利要求2所述的紧凑型气体干燥器(100)，其中，冷凝捕集器(400)放在初级换热器(200)与二级换热器(300)之间。
4.如前述任一权利要求所述的紧凑型气体干燥器(100)，其中，铜焊材料是铜或镍。
5.如前述任一权利要求所述的紧凑型气体干燥器(100)，其中，初级换热器和二级换热器(200，300)由若干相同的换热器板(210，310)制造。
6.如权利要求5所述的紧凑型气体干燥器(100)，其中，换热器板(210，310)由不锈钢制成。
7.一种用于制造气体干燥器(100)的方法，其特征在于，其包括下列步骤
i.将若干换热器板(210)堆叠成第一叠片组，该第一叠片组形成初级换热器(200)；
ii.将部件(470，450，410，420，460，200-300)堆叠到所述第一叠片组上，形成冷凝捕集器(400)；
iii.在形成冷凝捕集器(400)的部件(470，450，410，420，460，200-300)上，将换热器板(310)堆叠成第二叠片组，该第二叠片组形成二级换热器(300)；
iv.将换热器板(210，310)的叠片组和冷凝捕集器部件(470，450，410，420，460，200-300)放入铜焊炉中，将叠片组铜焊成单件的空气干燥器(100)。
8.如权利要求7所述的方法，其中，将铜焊材料薄片放在所述换热器板(210，310)之间。
9.如权利要求8所述的方法，其中，铜焊材料薄片由铜或镍制成。
10.如权利要求7-9任一所述的方法，其中，换热器板(210，310)和冷凝捕集器(400)部件(470，450，410，420，460，200-300)由不锈钢制成。
全文摘要
一种紧凑型气体干燥器(100)，其包括在热的受到污染的进入气态介质与干燥的冷的流出气态介质之间交换热量的初级换热器(200)、在来自初级换热器(200)的进入冷气态介质与制冷剂之间交换热量的二级换热器(300)和在排出二级换热器(300)的冷气态介质中捕集可冷凝物质的冷凝捕集器(400)。之后，干燥的冷气态介质与受到污染的进入气态介质在初级换热器中交换热量。初级换热器(200)、二级换热器(300)和冷凝捕集器(400)组合成单个单元(100)。
文档编号B01D53/26GK101252981SQ200680031367
公开日2008年8月27日 申请日期2006年6月26日 优先权日2005年7月22日
发明者B·费尔根豪尔 申请人:Swep国际股份公司