(57)【要約】  入口管路（２１ｉ、２２ｉ；３１ｉ、３２ｉ；４１ｉ）および出口管路（２１ｕ、２２ｕ；３１ｕ、３２ｕ；４１ｕ）を備え、冷却器／加熱器（２）を通して高温多湿空気（Ａ１）の入ってくる流れと冷却された低温空気（Ａ４）の出ていく流れとを得るため、互いに向流でそこを通る流れが発生する、冷却器／加熱器（２）と、蒸発器（３）と、凝縮物分離器（４）とを備える、熱交換器（１）。冷却器／加熱器（２）、蒸発器（３）、および凝縮物分離器（４）は、互いに独立したユニットであり、外表面（１２）上に入口管路（２１ｉ、２２ｉ；３１ｉ、３２ｉ；４１ｉ）および出口管路（２１ｕ、２２ｕ；３１ｕ、３２ｕ；４１ｕ）が設けられた単一ブロック本体（１１）を画成するように、接続手段（８）によって接合される。第１の導管（５）は、出口管路（４１ｕ）を第２の入口管路（２２ｉ）と連通させ、第２の導管（６）は、第１の出口管路（２１ｕ）を第１の入口管路（３１ｉ）と連通させ、第３の導管（７）は、第１の出口管路（３１ｕ）を第１の入口管路（４１ｉ）と連通させる。導管（５、６、７）は、単一ブロック本体（１１）の境界を定める外表面（１２）から突出する。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入口管路（２１ｉ）と第１の出口管路（２１ｕ）との間に延在する、高温多湿空気（Ａ１）が流れる第１の経路（２１）と、
第２の入口管路（２２ｉ）と第２の出口管路（２２ｕ）との間に延在する、低温の除湿された空気（Ａ４）が流れる第２の経路（２２）と、
を備える、２つの向流経路を間に画成するように構成された、熱交換面を備える冷却器／加熱器（２）と、
第１の入口管路（３１ｉ）と第１の出口管路（３１ｕ）との間に延在する、前記冷却器／加熱器（２）の前記第１の出口管路（２１ｕ）から送られる部分的に冷却された多湿空気（Ａ２）が流れる第１の経路（３１）と、
第２の入口管路（３２ｉ）と第２の出口管路（３２ｕ）との間に延在する、外部供給源から送られる冷却液（Ｆｒ）用の第２の経路（３２）と、
を備える、２つの向流経路を間に画成するように構成された、熱交換面を備える蒸発器（３）と、
入口管路（４１ｉ）と出口管路（４１ｕ）との間に延在する、前記蒸発器（３）の前記第１の出口管路（３１ｕ）から送られる冷却された多湿空気（Ａ３）の経路（４１）を間に画成するように構成された、凝縮器表面が設けられた凝縮物分離器（４）と、を備え、
前記冷却器／加熱器（２）、前記蒸発器（３）、および前記凝縮物分離器（４）が、接続手段（８）によって接合された互いに独立したユニットであって、前記入口管路（２１ｉ、２２ｉ；３１ｉ、３２ｉ；４１ｉ）および前記出口管路（２１ｕ、２２ｕ；３１ｕ、３２ｕ；４１ｕ）が外表面（１２）に設けられた単一ブロック本体（１１）を画成する、
空気を冷却し除湿するように特に適合された熱交換器（１）であって、
前記凝縮物分離器（４）の前記出口管路（４１ｕ）を前記冷却器／加熱器（２）の前記第２の入口管路（２２ｉ）と連通させる、第１の導管（５）と、
前記冷却器／加熱器（２）の前記第１の出口管路（２１ｕ）を前記蒸発器（３）の前記第１の入口管路（３１ｉ）と連通させる、第２の導管（６）と、
前記蒸発器（３）の前記第１の出口管路（３１ｕ）を前記凝縮物分離器（４）の前記第１の入口管路（４１ｉ）と連通させる、第３の導管（７）とを備え、
前記導管（５、６、７）が前記単一ブロック本体（１１）の境界を定める前記外表面（１２）から外部に突出して配置されることを特徴とする、熱交換器（１）。
【請求項２】
前記導管（５、６、７）が、前記単一ブロック本体（１１）の前記外表面（１２）と、凹状の外形（５１ａ；６１ａ；７１ａ）を有するカバー（５１、６１、７１）との間に画成され、前記凹状の外形がそれぞれ、前記単一ブロック本体（１１）の前記外表面（１２）に封止される形で、前記接続手段（８）を通して前記管路の各対（２２ｉ、４１ｕ；２１ｕ、３１ｉ；３１ｕ、４１ｉ）の周囲の外部に固定される、周縁部（５１ｂ；６１ｂ；７１ｂ）を有することを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器（１）。
【請求項３】
前記カバー（５１、６１、７１）が、
前記冷却器／加熱器（２）の前記第２の入口管路（２２ｉ）および前記凝縮物分離器（４）の前記第１の出口管路（４１ｕ）に適用される、前記第１の導管（５）を画成する第１のカバー（５１）と、
前記冷却器／加熱器（２）の前記第１の出口管路（２１ｕ）および前記蒸発器（３）の前記第１の入口管路（３１ｉ）に適用される、前記第２の導管（６）を画成する第２のカバー（６１）と、
前記蒸発器（３）の前記第１の出口管路（３１ｕ）および前記凝縮物分離器（４）の前記第１の入口管路（４１ｉ）に適用される、前記第３の導管（７）を画成する第３のカバー（７１）と
を備えることを特徴とする、請求項２に記載の熱交換器（１）。
【請求項４】
前記冷却器／加熱器（２）の前記第２の入口管路（２２ｉ）および前記第２の出口管路（２２ｕ）、ならびに前記蒸発器（３）の前記第２の入口管路（３２ｉ）および前記第２の出口管路（３２ｕ）がそれぞれ、対応する入口または出口配管と接続するように適合された接合スリーブ（９）と連通することを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の熱交換器（１）。
【請求項５】
前記第３のカバー（７１）に、凝縮物を排出する孔開きスリーブ（７２）が設けられることを特徴とする、請求項４に記載の熱交換器（１）。
【請求項６】
前記冷却器／加熱器（２）、前記蒸発器（３）、および前記凝縮物分離器（４）が向流を伴うフィン付きタイプのものであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の熱交換器（１）。
【請求項７】
前記凝縮物分離器（４）が合体式のものであることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の熱交換器（１）。
【請求項８】
前記接続手段（８）が溶接部（８１）であることを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器（１）。
【請求項９】
前記接続手段がフランジ付き接合部であることを特徴とする、請求項１または２に記載の熱交換器（１）。
【請求項１０】
圧縮機ユニットによって生成された圧縮空気を冷却し乾燥する少なくとも１つの熱交換器を備え、請求項１から９のいずれか一項にしたがって前記熱交換器が実現されることを特徴とする、圧縮空気乾燥システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、向流熱交換器に関し、好ましくは、ただし非排他的に、特に圧縮空気を乾燥するように適合された、フィン付きのタイプのものに関する。
【０００２】
本発明はまた、本発明の熱交換器を使用する圧縮空気乾燥システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
知られているように、圧縮空気生成システムでは、圧縮機から出る空気は、使用されるときに行われる断熱減圧の間、空気中に含まれる湿気が凝縮しないように適切に除湿されなければならない。
【０００４】
その目的のため、圧縮機からの高温多湿の圧縮空気がユーザに送られる前に冷却され除湿される、向流熱交換器を実質的に備える、連続稼働する直接膨張式冷却サイクル乾燥機が使用される。
【０００５】
従来技術によれば、記載したタイプの熱交換器は、２つの熱交換ユニットと凝縮物分離ユニットとで構成され、それらは動作可能に相互作用するとともに、
冷却器／加熱器と、
冷却器／加熱器からの空気の冷却蒸発器と、
蒸発器からの空気に含まれる湿気が大きい液滴の形で凝縮して除去される、凝縮物分離器とを備える。
【０００６】
特に、加熱器／冷却器は、凝縮物分離器から送られる低温の除湿された圧縮空気との向流熱交換によって、圧縮機の送達管から送られる高温多湿の圧縮空気を大幅に予冷する。
【０００７】
蒸発器は次に、入口で、冷却器／加熱器から出る予冷空気を受け入れ、蒸発器自体を向流で循環する冷却液との熱交換によって、空気を所望の露点まで冷却する。
【０００８】
このように、予冷空気に、ならびに更なる冷却プロセスにも、除湿プロセスが行われる。
【０００９】
最後に、低温空気は凝縮物分離器に入り、そこで、蒸発器内で形成された非常に小さい水滴が水の状態で底部に集まる。
【００１０】
除湿された低温空気は次に冷却器／加熱器に入り、上述したように、圧縮機の送達管に達する高温多湿の圧縮空気が大幅に予冷される。
【００１１】
低温乾燥空気は、次に、冷却器／加熱器から出て、ユーザまで搬送されることが可能である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
記載した既知のタイプの熱交換器は、ユーザの要件を満たすように適合された条件で、冷却され除湿された空気を供給することができるが、いくつかの不利な点および制限が認識されている。
【００１３】
第１に、従来技術によれば、熱交換器を形成するとともに、上述したように、冷却器／加熱器と、蒸発器と、凝縮物分離器とを備える機能的要素は、単一ブロックで作られており、したがって、冷却器／加熱器、蒸発器、および凝縮物分離器を互いに連通させる全ての導管および流路はブロックの内部にある。
【００１４】
したがって、接続および封止の質は、組立てが完了した後に検証し得るものである。
【００１５】
更に、組立てが完了すると、交換器は単一の機能的ブロックとして提示されるので、それを備える機能的要素のいずれかに漏れまたは封止不良の可能性があるかを特定することができない。
【００１６】
最後に、操作者が完全に組立てられた交換器に介入しなければならないので、潜在的な修理の際の介入は非常に複雑になり、したがって高価であり、このことによって、漏れがあった場合には交換器全体を解体するのが好ましいことが示唆される。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、列挙した欠点および制限を克服しようとするものである。
【００１８】
特に、本発明の第１の目的は、要素自体の処理サイクルにしたがって他の要素とは独立して実現される、独立要素をそれぞれ構成する機能的要素を備える熱交換器を実現することで達せられる。
【００１９】
別の目的は、本発明による交換器が、交換器を備える様々な機能的要素の構築に続いて、機能的要素自体の機械的組立てによって実現されることである。
【００２０】
更なる目的はまた、連通している異なる機能的要素の流路となる導管が、機能的要素自体の組立てに続いて実現されることである。
【００２１】
列挙した目的は、参照する主要クレームによる熱交換器によって達せられる。
【００２２】
従属クレームは、本発明の熱交換器の他の特性を説明する。
【００２３】
有利には、本発明の熱交換器は、最初にそれぞれ互いに独立している機能的要素の構築を、その後に初めて交換器全体を実現する組立てを構想するので、従来技術の類似の熱交換器よりも構成が簡単で合理的である。
【００２４】
更に、有利には、組立て前に各機能的要素を独立して試験することができ、このようにして、いずれの修理にも介入することが可能であり、それによって無駄が低減される。
【００２５】
更に、有利には、熱交換器の構造上、機能上、および品質上の反復性が得られる可能性を向上する、より信頼性の高い製品が得られる。
【００２６】
最後に、機能的要素のモジュール性、および組立ての前後に試験できるという事実によって、生産サイクル全体を制御するとともに最終製品の品質を改善することができる。
【００２７】
列挙した目的および利点は、添付の図面を参照して非限定例を用いて後述する、本発明の交換器の説明においてより良好に強調される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の交換器を示す不等角投影図である。
【図２】図１の側面図である。
【図３】図１の部分分解組立図である。
【図４】図１の別の側面図である。
【図５】図１の別の部分分解組立図である。
【図６】図１の更なる図である。
【図７】図６の部分断面図である。
【図８】図６の部分分解組立図である。
【図９】本発明の交換器を部分に分解した概略不等角投影図である。
【図１０】本発明の交換器の部分的分解を示す別の不等角投影図である。
【図１１】図１の不等角投影図を部分的に分解した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明による熱交換器が図１〜１１に示され、熱交換器は１で全体が示される。
【００３０】
特に図１〜９を参照すると、３つの機能的要素を備えること、より詳細には、互いに機械的に接続され、後述するように動作可能に接続された、２で全体が示される冷却器／加熱器と、３で全体が示される蒸発器と、４で全体が示される凝縮物分離器とを備えることが分かる。
【００３１】
冷却器／加熱器２に関して、第１の入口管路２１ｉと第１の出口管路２１ｕとの間に延在する、高温多湿空気Ａ１が流れる第１の経路２１と、第２の入口管路２２ｉと第２の出口管路２２ｕとの間に延在する、除湿低温空気Ａ４が流れる第２の経路２２とを備える、２つの向流経路を間に画成するように構成された、熱交換面が内部に設けられる。
【００３２】
蒸発器３に関して、同様に、第１の入口管路３１ｉと第１の出口管路３１ｕとの間に延在する、冷却器／加熱器２の第１の出口管路２１ｕから送られる部分的に冷却された多湿空気Ａ２が流れる第１の経路３１と、第２の入口管路３２ｉと第２の出口管路３２ｕとの間に延在する、外部供給源から送られる冷却液Ｆｒ用の第２の経路３２とを備える、２つの向流経路を間に画成するように構成された、熱交換面が内部に設けられる。
【００３３】
最後に、凝縮物分離器４に関して、入口管路４１ｉと出口管路４１ｕとの間に延在する、蒸発器３の第１の出口管路３１ｕから送られる冷却された多湿空気Ａ３用の経路４１を間に画成するように構成された、凝縮器表面が中に設けられる。
【００３４】
冷却器／加熱器２および蒸発器３に関して、両方とも、本質的に既知のタイプの向流を伴うフィン付きタイプのものであると規定するのが適切である。
【００３５】
この理由から、それらの内部構造は本質的に既知の構造を指すため、それについては後述しない。
【００３６】
既知の合体式のものである凝縮物分離器４に関しても、同じことが言える。
【００３７】
しかしながら、冷却器／加熱器２および蒸発器３の熱交換面、ならびに凝縮器４の凝縮面は、従来技術による任意のタイプのものであり得ることが理解されるべきである。
【００３８】
本発明によれば、冷却器／加熱器２、蒸発器３、および凝縮物分離器４は、互いに独立したユニットであり、外表面１２上に入口管路２１ｉ、２２ｉ；３１ｉ、３２ｉ；４１ｉおよび出口管路２１ｕ、２２ｕ；３１ｕ、３２ｕ；４１ｕが設けられた単一ブロック本体１１を画成するように、接続手段８によって接合される。
【００３９】
特に図２〜８を参照すると、熱交換器１には、凝縮物分離器４の出口管路４１ｕを冷却器／加熱器２の第２の入口管路２２ｉと連通させる、第１の導管５があることが分かる。
【００４０】
冷却器／加熱器２の第１の出口管路２１ｕを蒸発器３の第１の入口管路３１ｉと連通させる、第２の導管６も設けられる。
【００４１】
最後に、蒸発器３の第１の出口管路３１ｕを凝縮物分離器４の第１の入口管路４１ｉと連通させる、第３の導管７が設けられる。
【００４２】
図で分かるように、導管５、６、７は、単一ブロック本体１１の境界を定める外表面１２から突出し、それぞれ、単一ブロック本体１１の外表面１２とそれぞれのカバー５１、６１、７１との間に画成される。
【００４３】
各カバーは、単一ブロック本体１１の外表面１２に封止される形で、接続手段８を通して管路の各対２２ｉ、４１ｕ；２１ｕ、３１ｉ；３１ｕ、４１ｉの周囲の外部に固定される、周縁部５１ｂ、６１ｂ、７１ｂによって境界が定められる、凹状の外形５１ａ、６１ａ、７１ａを有することが分かる。
【００４４】
この点について、単一ブロック本体１１の表面１２に対するカバー５１、６１、７１の、ならびにそれらの間の冷却器／加熱器２、蒸発器３、および凝縮物分離器４の接続手段８は、溶接部８１で構成されることが規定される。
【００４５】
本明細書に記載しない別の実施形態では、接続手段は、場合によってはフランジ付き接合部で構成され、やはり場合によっては溶接またはボルト締めを用いて接合され得る。
【００４６】
カバー５１、６１、７１に関して、次のものを備えることが分かる。
冷却器／加熱器２の第２の入口管路２２ｉ上および凝縮物分離器４の第１の出口管路４１ｕ上に適用される、第１の導管５を画成する第１のカバー５１と、
冷却器／加熱器２の第１の出口管路２１ｕ上および蒸発器３の第１の入口管路３１ｉ上に適用される、第２の導管６を画成する第２のカバー６１と、
蒸発器３の第１の出口管路３１ｕ上および凝縮物分離器４の第１の入口管路４１ｉ上に適用される、第３の導管７を画成する第３のカバー７１。
【００４７】
また、冷却器／加熱器２の第２の入口管路２２ｉおよび第２の出口管路２２ｕは、蒸発器３の第２の入口管路３２ｉおよび第２の出口管路３２ｕとともに、必須ではないが好ましくは、溶接によって冷却器／加熱器２および蒸発器３それぞれに固定された、接合スリーブ９とそれぞれ連通していることが分かる。
【００４８】
したがって、各接合スリーブ９は、冷却器／加熱器２および蒸発器３を外部配管に接続するのに使用することができる。
【００４９】
また、第３のカバー７１は、凝縮物分離器４内で合体によって形成される水を重力によって排水するため、第３の導管７を外部環境と連通させる、図示されない水抜き栓を支持することができる、孔開きスリーブ７２を備えることが分かる。
【００５０】
この目的のため、図面では、熱交換器１は、重力によって凝縮水を第３のカバー７１の底部上へと運ぶ垂直位置で配置されるように、支持面への接続穴を有する、ブラケット１５を備えることが分かる。
【００５１】
動作可能なように、本発明の熱交換器内における空気の循環を、特に図９の分解組立不等角投影図を参照して以下に記載する。
【００５２】
図面には図示されない圧縮機の送達管から送られる高温多湿空気Ａ１の流れは、第１の入口管路２１ｉを通って冷却器／加熱器２に入り、それに沿って第１の経路２１にしたがって第１の出口管路２１ｕに達するまで移動することが分かる。
【００５３】
図面から分かるように、冷却器／加熱器２に沿って垂直上向きの方向で移動する、かかる経路の間、高温多湿空気の流れＡ１は、凝縮物分離器４の第１の出口４１ｕから送られて第２の入口管路２２ｉと第２の出口管路２２ｕとの間で冷却器／加熱器２に沿って下向きに移動する、低温の除湿された空気Ａ４の流れに向流でぶつかる。
【００５４】
冷却器／加熱器２に沿って、空気Ａ１およびＡ４の流れは、上述したように向流で、混ざることなく流れるので、高温多湿空気Ａ１の流れは冷却されて、低温の除湿された空気Ａ４の流れに対する熱が生まれる。
【００５５】
したがって、冷却器／加熱器２では、第１のカバー６１によって境界が定められた第２の導管６と交差する、部分的に冷却された多湿空気Ａ２の流れが出る冷却器／加熱器２の第１の出口管路２１ｕから、蒸発器３内へと搬送される際に、熱交換の最初の部分が行われ、冷却器／加熱器２の第２の出口管路２２ｕから出る除湿された低温空気Ａ４の流れを搬送して使用することができる。
【００５６】
部分的に冷却された多湿空気Ａ２の流れは、第１の入口管路３１ｉを通して蒸発器３に入り、それを下向きに横切って、第２の入口管路３２ｉから入って第２の出口管路３２ｕから出る、蒸発し蒸発器３を通る冷却液で構成される冷却液Ｆｒとの向流での、熱交換による冷却除湿プロセスを経る。
【００５７】
冷却液は、気液二相状態で外部供給源から送られることができ、蒸発器３へと上向きに流入して、冷却圧縮機によって吸引される。
【００５８】
冷却液は、圧縮空気から吸収する感受性が高い潜熱のおかげで蒸発し、圧縮空気はそれによって冷却される。
【００５９】
したがって、冷却された多湿空気Ａ３の流れは、蒸発器３の第１の出口管路３１ｕから出て、第３のカバー７１によって境界が定められた第３の導管７を通り、入口管路４１ｉを通って凝縮物分離器４に入る。
【００６０】
冷却された多湿空気Ａ３に含まれる水蒸気は、第３の導管７内で凝縮し始め、凝縮物分離器４内に向かって上昇しつつ凝縮し続け、最終的には凝縮水の形で第３のカバー７１に落ちることによって回収され、排水スリーブ７２を通してカバーから除去される。
【００６１】
したがって、出口管路４１ｕを通して、除湿された低温空気Ａ４の流れは凝縮物分離器４から出て、第１のカバー５１によって境界が定められた第１の導管５を通り、冷却器／加熱器２の第２の入口管路２２ｉ内へと搬送され、そこでサイクルが完結する。
【００６２】
導入部で言及したように、本発明はまた、圧縮機によって生成される圧縮空気の乾燥システムに関し、かかる乾燥システムは、少なくとも１つの本発明の完成された交換器を備える。
【００６３】
説明に基づいて、本発明の交換器は、導入部で列挙した全ての目的および全ての利点に至ることが理解される。
【００６４】
第一に、本発明の目的は、要素自体の処理サイクルにしたがって他の要素とは独立して実現される、独立要素をそれぞれ構成する独立した機能的要素を備える熱交換器を実現することである。
【００６５】
更に、連通している異なる機能的要素の流路となる導管が、機能的要素自体の組立てに続いて実現される。
【００６６】
このことは、交換器の機能的要素を通る流体の流路が全て、機能的要素が互いに接続されたとき、それらで構成される機能的ブロックの外表面上で実現されることによって可能になる。
【００６７】
更に、かかる管路は、互いと連通する必要がある管路の上方および周囲で、互いに接続された機能的要素を備える機能的ブロックの外側に固定された適切な凹状のカバーを適用することによって得られる、前記チャネルを通して互いに連通する。
【００６８】
したがって、有利には、本発明の熱交換器は、最初にそれぞれ互いに独立している機能的要素の構築を、その後に初めて交換器全体を実現する組立てを構想するので、従来技術の類似の熱交換器よりも構成が簡単で合理的である。
【００６９】
やはり有利には、この特定のタイプの構築によって、各機能的要素を組立て前に独立して試験することができ、これによって、不具合がある機能的要素があればそれを特定することができるので、それらを修理するかまたは場合によっては排除することができる。
【００７０】
これは、上述したように、既知のタイプの熱交換器では不可能である。
【００７１】
動作段階の間、本明細書で言及せず図面にも示さなかった修正および変形が、本発明の熱交換器に対して行われ得る。
【００７２】
しかしながら、かかる修正および変形が以下の特許請求の範囲内にある場合、それらは全て本特許によって保護されるものと見なされることが理解される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2021500526.tif 000009
【図８】
2021500526.tif 000010
【図９】
2021500526.tif 000011
【図１０】
2021500526.tif 000012
【図１１】
2021500526.tif 000013
【国際調査報告】
2021500526.tif 000014
2021500526.tif 000015
2021500526.tif 000016