一种冷干机的制作方法与工艺

本发明涉及一种气体除湿干燥装置，更具体地说，它涉及一种换热效率高的冷干机。

背景技术：
冷干机是冷冻式干燥机的简称，它是利用制冷装置降低饱和压缩气体的温度，析出部分水蒸汽，并通过气水分离器分离排出，从而降低压缩气体的露点温度，使压缩气体得到干燥。冷干机的换热部件主要为预冷器、蒸发器及冷凝器。压缩气体在蒸发器中被强制冷却，压缩气体中饱和的水蒸汽因此凝结呈液态水，由气水分离器分离排出。预冷器主要作用是为了减少蒸发器的热交换负荷进而减少制冷压缩机功率，另外有助于提高压缩气体的排气温度以防输送压缩气体的管道结露。冷凝器是制冷系统维持运行的换热部件。目前，大部分冷干机的预冷器、蒸发器及冷凝器三者是分体式设置的，这在无形当中增加了很多外部连接管道，管道越多接口越多，潜在的漏点也越多，容易造成能量的浪费，从而降低换热效率。而且分体式的结构使冷干机整体结构庞大，占地空间大，制造成本高。中国专利公告号CN202061530U，公开了一种冷干机，包括箱体、安装在箱体内的饿制冷压缩机、冷凝器、蒸发器、气水分离器以及用于安装连接的管道和阀门，蒸发器的上端部开有通孔，通孔通过管道依次与阀门、制冷压缩机、冷凝器连接，蒸发器的下端部通过管道与气水分离器连接，蒸发器内的换热器采用波纹板片式换热器。采用波纹板式的换热器可以提高换热器的换热效果，简化装置、降低成本。但是冷凝器和蒸发器是分体式设置的，这在无形当中增加了很多外部连接管道，管道越多接口越多，潜在的露点也越多，容易造成能量的浪费，从而降低换热效率。而且分体式的结构使冷冻机整体结构庞大，占地空间大，制造成本高。板片式由于流体通道小，阻力大，流体通过时压力损失大，因此造能源浪费。另外没有预冷器，制冷负荷大，能耗高。

技术实现要素：
本发明克服了现有技术中冷干机的预冷器、蒸发器及冷凝器三者是分体式设置的，容易造成能量的浪费，从而降低换热效率；而且预冷器较小，蒸发器负荷大导致制冷功率高，整体能耗高；以及冷干机整体结构庞大，占地空间大，制造成本高的不足，提供了一种冷干机，它将预冷器、蒸发器及冷凝器三者合体设置，不易造成能量的浪费，换热效率高；冷干机结构紧凑，体积小，占地空间小，制造成本低。为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：一种冷干机，包括制冷装置、与制冷装置通过管道连接的换热装置，换热装置包括筒体、安装在筒体内的若干换热管，换热管的两端均呈台阶状结构，换热管从内往外依次为制冷剂蒸发器管、压缩气体蒸发器管、压缩气体预冷器管、制冷剂冷却管，制冷剂蒸发器管外壁与压缩气体蒸发器管内壁之间、压缩气体蒸发器管外壁与压缩气体预冷器管内壁之间以及压缩气体预冷器管外壁与制冷剂冷却管内壁之间均设有换热片；筒体内从上往下依次设有相互密封隔离的制冷剂蒸发器上腔、压缩气体蒸发器上腔、压缩气体预冷器上腔、冷却水冷凝器上腔、制冷剂冷凝腔、冷却水冷凝器下腔、压缩气体预冷器下腔、压缩气体蒸发器下腔、制冷剂蒸发器下腔，制冷剂蒸发器管的两端分别连通制冷剂蒸发器上腔和制冷剂蒸发器下腔，压缩气体蒸发器管的两端分别连通压缩气体蒸发器上腔和压缩气体蒸发器下腔，压缩气体预冷器管两端分别连通压缩气体预冷器上腔和压缩气体预冷器下腔，制冷剂冷却管两端分别连通冷却水冷凝器上腔和冷却水冷凝器下腔；筒体上制冷剂蒸发器上腔位置设有制冷剂蒸发器出口，制冷剂蒸发器下腔位置设有制冷剂蒸发器进口，压缩气体蒸发器上腔位置设有压缩气体原料进口，压缩气体蒸发器下腔位置设有压缩气体蒸发器出口，压缩气体预冷器上腔位置设有压缩气体成品出口，压缩气体预冷器下腔位置设有压缩气体预冷器进口，冷却水冷凝器上腔位置设有冷却水出口，冷却水冷凝器下腔位置设有冷却水进口，制冷剂冷凝腔位置设有制冷剂冷凝器进口和制冷剂冷凝器出口，压缩气体蒸发器出口连接气水分离器的进口，气水分离器的出口连接压缩气体预冷器进口。制冷装置输送出的气液混合低温（2-3℃左右）制冷剂从制冷剂蒸发器进口e1送入到制冷剂蒸发器下腔e0内，并通过制冷剂蒸发器管输送到制冷剂蒸发器上腔e内，最后制冷剂（19-25℃左右）从制冷剂蒸发器出口输出到制冷装置内。制冷装置送出的高温（70℃左右）制冷剂从制冷剂冷凝器进口a1送入到制冷剂冷凝腔的下腔a0位置，制冷剂经过制冷剂冷凝腔的冷凝后从制冷剂冷凝腔的上腔a位置的制冷剂冷凝器出口a2输出到制冷装置内。冷却水从冷却水进口b1进入到冷却水冷凝器下腔b0内，流经制冷剂冷却管后到达冷却水冷凝器上腔b内，并从冷却水冷凝器出口b2流出。压缩气体从筒体上的压缩气体原料进口d1进入到压缩气体蒸发器上腔d内，并通过压缩气体预冷器管流到压缩气体蒸发器下腔d0内，从筒体上的压缩气体蒸发器出口d2输出到气水分离器内，压缩气体经过气水分离器分离出液态水并由排水器排出，经过气水分离器后的压缩气体通过压缩气体预冷器进口输入压缩气体预冷器下腔c0内，然后流经压缩气体预冷器管到达压缩气体预冷器上腔c，最后压缩气体（38℃左右）从压缩气体成品出口c2输送出。制冷剂蒸发器管内的低温制冷剂对压缩气体蒸发器管内的压缩气体进行冷却，使从压缩气体蒸发器出口d2送出的压缩气体成2-3℃的气液混合物，并经过气水分离器分离出液体水排出气水分离器，而气体通过压缩气体预冷器进口c1输送到压缩气体预冷器下腔c0内，并通过压缩气体预冷器管的换热作用后从压缩气体成品出口c2输出。制冷剂冷却管内的冷却水一方面对制冷剂冷凝腔内的制冷剂进行冷凝，另一方面对压缩气体蒸发器内的压缩气体进行加热。压缩气体预冷器管内的压缩气体对压缩气体蒸发器管内的压缩气体进行预冷却，换热面积大，预冷器负荷大，蒸发器负荷小，降低了制冷装置的功率，降低功耗。而且由于换热面积大，从压缩气体成品出口输出的成品气体温度相对一般的冷干机较高，输送成品气体的管道不易结霜。制冷剂蒸发器管外壁与压缩气体蒸发器管内壁之间、压缩气体蒸发器管外壁与压缩气体预冷器管内壁之间以及压缩气体预冷器管外壁与制冷剂冷却管内壁之间均设有换热片，大大增加了换热管的换热效果。冷干机将预冷器、蒸发器及冷凝器三者合体设置，和外界的接触面积小，能量损失少，不易造成能量的浪费，换热效率高，资源利用率高；冷干机结构紧凑，体积小，占地空间小，制造成本低。作为优选，换热片呈长筒状结构，换热片的截面包括若干连接加强段和若干振动段，连接加强段和振动段交替设置并首尾相连，连接加强段径向设置，振动段呈波浪形结构。长筒状结构的换热片方便气体和液体的通过，换热片没有弯头和折弯，压力损失小，制冷系数高，换热效果显著，综合能耗低。换热片大大增加了换热面积，增强换热效果。相邻两连接加强段之间连接振动段构成N形结构，换热片较薄具有一定的柔韧性，在压力介质的冲击下波浪形的振动段产生振动，同时振动段的振动反作用于介质，使介质产生一定的紊流效果，增强介质的换热效果，而振动段是沿一圈均布设置的，因此振动段产生的应力会相互抵消，不会对换热管产生冲击。平面状结构连接加强段增加了换热片与换热管的连接强度，保证换热片连接的可靠性，另一方面它能够吸收振动段产生的振动，具有吸振的效果，防止振动段的振动过大而使换热片脱离换热管。作为优选，制冷装置包括制冷压缩机、膨胀阀、制冷干燥过滤器，筒体上的制冷剂蒸发器出口与制冷压缩机的进口连接，筒体上制冷剂冷凝器进口和制冷压缩机出口连接，制冷剂冷凝器出口依次连接制冷干燥过滤器、膨胀阀，膨胀阀连接筒体上制冷剂蒸发器进口，膨胀阀还连接有热气旁通阀，制冷压缩机出口通过热气旁通阀连接制冷剂蒸发器进口。制冷装置结构简单，制冷效果好，作为优选，制冷剂冷却管外壁上沿轴向设有若干环形的换热筋片。在制冷剂冷却管外壁上设置环形换热筋片增加了换热面积，增加了换热效果。作为优选，筒体内相邻两腔体之间通过隔板密封隔离，筒体内设有若干根轴向设置的连接杆，连接杆将所有隔板连接在一起，换热管连接在隔板上。通过连接杆将所有隔板连接在一起增加了换热装置整体的结构强度。作为优选，筒体外壁上制冷剂冷凝腔的上、下两端分别设有环形的第一连接盘、第二连接盘，筒体外壁上冷却水冷凝器上腔的下端设有环形的第三连接盘，筒体外壁上冷却水冷凝器下腔的上端设有环形的第四连接盘，第一连接盘和第三连接盘通过螺栓连接，第二连接盘和第四连接盘通过螺栓连接，第三连接盘的下端面上靠近内圈位置设有环形上限位槽，第一连接盘的上端面上靠近内圈位置设有环形下限位槽，冷却水冷凝器上腔和制冷剂冷凝腔之间的隔板设置在第一连接盘和第三连接盘之间，并且该隔板的外边缘位置设置在上限位槽和下限位槽之间，隔板和上限位槽以及下限位槽的槽底之间均连接有密封垫圈；第二连接盘和第四连接盘之间设有O形密封圈。隔板设置在上限位槽和下限位槽之间，使筒体在装配连接的时候定位方便，保证筒体装配好后具有较好的同轴度，而且第一连接盘和第三连接盘以及第二连接盘和第四连接盘之间均通过螺栓连接，拆装方便。密封垫圈增加了隔板与第一连接盘和第三连接盘连接的密封性能，也就增加了冷却水冷凝器上腔和制冷剂冷凝腔的密封性能。O形密封圈增加了第二连接盘和第四连接盘连接的密封性能，也就增加了制冷剂冷凝腔和冷却水冷凝器下腔的密封性能。同时可以保证换热管热胀冷缩时在轴向小范围移动，以防止换热管热胀冷缩对筒体产生破坏。作为优选，相邻两腔体之间的隔板均设置有两片，隔板中间设有和换热管适配的连接孔，隔板靠近边缘位置设有和连接杆连接的紧固孔，连接杆上连接有用于紧固两隔板的紧固螺母，两隔板之间紧固孔和连接孔位置均设有密封圈。相邻两腔体之间的两片隔板之间的紧固孔和连接孔位置设置密封圈，密封性能好，而且相邻两腔体之间的介质会对隔板有压力的作用，因此密封圈越压越紧，大大增加了密封性能。作为优选，除制冷剂冷凝器上下两端位置以外的隔板的外边缘与筒体内壁之间设有X形密封圈，X形密封圈包裹着隔板的外边缘，X形密封圈贴合连接在连接环内圈上，连接环固定焊接在筒体内壁上。当换热管以及隔板热胀冷缩产生变形时，X密封圈和隔板可以在轴向和径向方向小范围移动，避免换热管热胀冷缩对筒体的破坏。作为优选，制冷剂冷凝腔内壁上连接有若干折流板。折流板增加了制冷剂在制冷剂冷凝腔内流过的路径，增加换热效果。作为优选，设置在制冷剂冷凝腔下端位置的两片隔板，上方的隔板外圈贴合在第二连接盘内壁上，下方的隔板外圈贴合在第四连接盘内壁上，上方隔板的下表面设置在第二连接盘下表面的上方，下方隔板的上表面设置在第四连接盘上表面的上方，第二连接盘的下表面设置在下方隔板上表面的下方，第四连接盘的上表面内边缘设有倒角，O形密封圈设置在倒角和下方隔板的外壁之间。O形密封圈设置在第四连接盘上端边缘的倒角位置，而且靠近上端的外边缘贴合在第二连接盘的内壁上，这种结构设置密封可靠。与现有技术相比，本发明的有益效果是：（1）冷干机将预冷器、蒸发器及冷凝器三者合体设置，和外界的接触面积小，能量损失少，不易造成能量的浪费，换热效率高，资源利用率高；冷干机结构紧凑，体积小，占地空间小，制造成本低；（2）换热片有连接加强段和振动段构成，换热效果好；（3）换热装置密封性能好，能够避免换热管热胀冷缩对筒体的破坏；（4）预冷器换热面积大，减少了蒸发器的负荷，制冷压缩机功率小，是同类产品能耗的70%。附图说明图1是本发明的一种结构示意图；图2是本发明的换热管的结构示意图；图3是本发明的换热管端面结构示意图；图4是本发明的换热片的结构示意图；图5是本发明的隔板的连接结构示意图；图6是本发明的四个连接盘与筒体的连接结构示意图；图中：1、制冷装置，2、换热装置，3、筒体，4、换热管，5、制冷剂蒸发器管，6、压缩气体蒸发器管，7、压缩气体预冷器管，8、制冷剂冷却管，9、换热片，10、制冷剂蒸发器上腔，11、压缩气体蒸发器上腔，12、压缩气体预冷器上腔，13、冷却水冷凝器上腔，14、制冷剂冷凝腔，15、冷却水冷凝器下腔，16、压缩气体预冷器下腔，17、压缩气体蒸发器下腔，18、制冷剂蒸发器下腔，19、制冷剂蒸发器出口，20、制冷剂蒸发器进口，21、压缩气体原料进口，22、压缩气体蒸发器出口，23、压缩气体成品出口，24、压缩气体预冷器进口，25、冷却水出口，26、冷却水进口，27、制冷剂冷凝器进口，28、制冷剂冷凝器出口，29、气水分离器，30、连接加强段，31、振动段，32、制冷压缩机，33、膨胀阀，34、制冷干燥过滤器，35、热气旁通阀，36、换热筋片，37、隔板，38、连接杆，39、第一连接盘，40、第二连接盘，41、第三连接盘，42、第四连接盘，43、上限位槽，44、下限位槽，45、密封垫圈，46、O形密封圈，47、连接孔，48、紧固孔，49、紧固螺母，50、密封圈，51、X形密封圈，52、连接环，53、折流板，54、排水器。具体实施方式下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：实施例：一种冷干机（参见附图1），包括制冷装置1、与制冷装置通过管道连接的换热装置2，换热装置包括两端封闭的筒体3、安装在筒体内的若干根换热管4（参见附图2），本实施例中设置一根换热管，换热管的两端均呈三级台阶状结构，换热管从内往外依次为制冷剂蒸发器管5、压缩气体蒸发器管6、压缩气体预冷器管7、制冷剂冷却管8，四根管子长度从内往外依次减小，制冷剂蒸发器管外壁与压缩气体蒸发器管内壁之间、压缩气体蒸发器管外壁与压缩气体预冷器管内壁之间以及压缩气体预冷器管外壁与制冷剂冷却管内壁之间均设有换热片9（参见附图3、附图4），换热片呈长筒状结构，换热片的截面包括若干连接加强段30和若干振动段31，连接加强段和振动段交替设置并首尾相连，连接加强段径向设置，振动段呈波浪形结构，本实施例中波浪形的振动段包括一个波峰和一个波谷。四个换热片两端分别和四根换热管的两端平齐。制冷剂冷却管外壁上沿轴向设有若干环形的换热筋片36，换热筋片增加了换热面积，增加换热效果。筒体内从上往下依次设有相互密封隔离的制冷剂蒸发器上腔10、压缩气体蒸发器上腔11、压缩气体预冷器上腔12、冷却水冷凝器上腔13、制冷剂冷凝腔14、冷却水冷凝器下腔15、压缩气体预冷器下腔16、压缩气体蒸发器下腔17、制冷剂蒸发器下腔18，制冷剂蒸发器管的两端分别连通制冷剂蒸发器上腔和制冷剂蒸发器下腔，压缩气体蒸发器管的两端分别连通压缩气体蒸发器上腔和压缩气体蒸发器下腔，压缩气体预冷器管两端分别连通压缩气体预冷器上腔和压缩气体预冷器下腔，制冷剂冷却管两端分别连通冷却水冷凝器上腔和冷却水冷凝器下腔；筒体上制冷剂蒸发器上腔位置设有制冷剂蒸发器出口19，制冷剂蒸发器下腔位置设有制冷剂蒸发器进口20，压缩气体蒸发器上腔位置设有压缩气体原料进口21，压缩气体蒸发器下腔位置设有压缩气体蒸发器出口22，压缩气体预冷器上腔位置设有压缩气体成品出口23，压缩气体预冷器下腔位置设有压缩气体预冷器进口24，冷却水冷凝器上腔位置设有冷却水出口25，冷却水冷凝器下腔位置设有冷却水进口26，制冷剂冷凝腔位置设有制冷剂冷凝器进口27和制冷剂冷凝器出口28，压缩气体蒸发器出口连接气水分离器29的进口，气水分离器的出口连接压缩气体预冷器进口。制冷装置包括制冷压缩机32、膨胀阀33、制冷干燥过滤器34，筒体上的制冷剂蒸发器出口与制冷压缩机的进口连接，筒体上制冷剂冷凝器进口和制冷压缩机出口连接，制冷剂冷凝器出口依次连接制冷干燥过滤器、膨胀阀，膨胀阀连接筒体上制冷剂蒸发器进口，膨胀阀还连接有热气旁通阀35，制冷压缩机出口通过热气旁通阀连接制冷剂蒸发器进口。筒体内相邻两腔体之间通过隔板37密封隔离，筒体内设有若干根轴向设置的连接杆38，连接杆将所有隔板连接在一起，换热管连接在隔板上。筒体外壁上制冷剂冷凝腔的上、下两端分别设有环形的第一连接盘39、第二连接盘40（参见附图6），筒体外壁上冷却水冷凝器上腔的下端设有环形的第三连接盘41，筒体外壁上冷却水冷凝器下腔的上端设有环形的第四连接盘42，第一连接盘和第三连接盘通过螺栓连接，第二连接盘和第四连接盘通过螺栓连接，第三连接盘的下端面上靠近内圈位置设有环形上限位槽43，第一连接盘的上端面上靠近内圈位置设有环形下限位槽44，冷却水冷凝器上腔和制冷剂冷凝腔之间的隔板设置在第一连接盘和第三连接盘之间，并且该隔板的外边缘位置设置在上限位槽和下限位槽之间，隔板和上限位槽以及下限位槽的槽底之间均连接有密封垫圈45；第二连接盘和第四连接盘之间设有O形密封圈46。相邻两腔体之间的隔板均设置有两片，隔板中间设有和换热管适配的连接孔47，隔板靠近边缘位置设有和连接杆连接的紧固孔48，连接杆上连接有用于紧固两隔板的紧固螺母49，两隔板之间紧固孔和连接孔位置均设有密封圈50。设置在制冷剂冷凝腔下端位置的两片隔板，上方的隔板外圈贴合在第二连接盘内壁上，下方的隔板外圈贴合在第四连接盘内壁上，上方隔板的下表面设置在第二连接盘下表面的上方，下方隔板的上表面设置在第四连接盘上表面的下方，第二连接盘的下表面设置在下方隔板上表面的下方，第四连接盘的上表面内边缘设有倒角，O形密封圈设置在倒角和下方隔板的外壁之间。除制冷剂冷凝器上下两端位置以外的隔板的外边缘与筒体内壁之间设有X形密封圈51（参见附图5），X形密封圈包裹着隔板的外边缘，X形密封圈贴合连接在连接环内圈上，连接环固定焊接在筒体内壁上。制冷剂冷凝腔内壁上连接有若干折流板53，折流板与连接杆紧固连接，高温制冷剂在制冷剂冷凝腔内经过折流板的多次折流作用大大增加了换热效果。制冷装置输送出的气液混合低温（2-3℃左右）制冷剂从制冷剂蒸发器进口e1送入到制冷剂蒸发器下腔e0内，并通过制冷剂蒸发器管输送到制冷剂蒸发器上腔e内，最后制冷剂（19-25℃左右）从制冷剂蒸发器出口输出到制冷装置内。制冷装置送出的高温（70℃左右）制冷剂从制冷剂冷凝器进口a1送入到制冷剂冷凝腔的下腔a0位置，制冷剂经过制冷剂冷凝腔的冷凝后从制冷剂冷凝腔的上腔a位置的制冷剂冷凝器出口a2输出到制冷装置内。冷却水从冷却水进口b1进入到冷却水冷凝器下腔b0内，流经制冷剂冷却管后到达冷却水冷凝器上腔b内，并从冷却水冷凝器出口b2流出。压缩气体从筒体上的压缩气体原料进口d1进入到压缩气体蒸发器上腔d内，并通过压缩气体预冷器管流到压缩气体蒸发器下腔d0内，从筒体上的压缩气体蒸发器出口d2输出到气水分离器内，压缩气体经过气水分离器的分离并通过压缩气体预冷器进口输入压缩气体预冷器下腔c0内，然后流经压缩气体预冷器管到达压缩气体预冷器上腔c，最后压缩气体（38℃左右）从压缩气体成品出口c2输送出。制冷剂蒸发器管内的低温制冷剂对压缩气体蒸发器管内的压缩气体进行冷却，使从压缩气体蒸发器出口d2送出的压缩气体成2-3℃的气液混合物，并经过气水分离器后液体被分离出由排水器54排出气水分离器，而气体通过压缩气体预冷器进口c1输送到压缩气体预冷器下腔c0内，并通过压缩气体预冷器管的换热作用后从压缩气体成品出口c2输出。制冷剂冷却管内的冷却水一方面对制冷剂冷凝腔内的制冷剂进行冷凝，另一方面对压缩气体蒸发器内的压缩气体进行加热。压缩气体预冷器管内的压缩气体对压缩气体蒸发器管内的压缩气体进行预冷却，换热面积大，降低了制冷装置的功率，降低功耗。而且由于换热面积大，从压缩气体成品出口输出的成品气体温度相对一般的冷干机较高，输送成品气体的管道不易结霜。制冷剂蒸发器管外壁与压缩气体蒸发器管内壁之间、压缩气体蒸发器管外壁与压缩气体预冷器管内壁之间以及压缩气体预冷器管外壁与制冷剂冷却管内壁之间均设有换热片，大大增加了换热管的换热效果。冷干机将预冷器、蒸发器及冷凝器三者合体设置，和外界的接触面积小，能量损失少，不易造成能量的浪费，换热效率高，资源利用率高；冷干机结构紧凑，体积小，占地空间小，制造成本低。以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，并非对本发明作任何形式上的限制，在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。