ТЕПЛООБМЕННИК СЖАТОГО ВОЗДУХА, УСТАНОВКА ОСУШЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЭТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА И СИСТЕМА ОСУШЕНИЯ, СНАБЖЕННАЯ УСТАНОВКОЙ ОСУШЕНИЯ
COMPRESSED AIR HEAT EXCHANGER, DEHUMIDIFICATION UNIT USING THIS HEAT EXCHANGER, AND DEHUMIDIFICATION SYSTEM EQUIPPED WITH DEHUMIDIFICATION UNIT

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
[0001] Настоящее изобретение относится к теплообменнику сжатого воздуха, используемому, например, для осушения сжатого воздуха путем его охлаждения, к установке осушения сжатого воздуха с использованием такого теплообменника и системе осушения сжатого воздуха, снабженной установкой осушения.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[0002] Как описано в патентной литературе (патентные документы PTL1 и PTL2), установка осушения, в которой происходит осушение подаваемого извне сжатого воздуха путем его охлаждения, повторное нагревание (понижение степени охлаждения) сжатого воздуха после осушения (после охлаждения) посредством теплообмена со сжатым воздухом до осушения (до охлаждения) и отведение сжатого воздуха вовне, уже хорошо известна. Установка осушения включает: основную охладительную часть, снабженную трубопроводом хладагента, в которой происходит осушение подаваемого сжатого воздуха путем его охлаждения; и теплообменную часть, в которой происходит предварительное охлаждение (дополнительное охлаждение) сжатого воздуха перед осушением и повторное нагревание сжатого воздуха после осушения посредством теплообмена между сжатым воздухом до осушения и сжатым воздухом после осушения.
[0003] В существующих установках осушения, описанных в каждом из патентных документов, основная охладительная часть и теплообменная часть, простирающиеся в осевом направлении, индивидуальны и независимы друг от друга, теплообменная часть расположена на основной охладительной части, канала потока сжатого воздуха, проходящего через основную охладительную часть и теплообменную часть, соединены друг с другом на обоих концах в осевом направлении. Однако, при использовании такой конструкции, например, необходимо много раз менять направление потока сжатого воздуха в осевом направлении с момента поступления сжатого воздуха в установку осушения до момента отведения сжатого воздуха. Поэтому системе каналов потока сжатого воздуха в установке осушения свойственна сложность и неэффективность. В результате, может увеличиваться размер установки осушения, или может увеличиваться падение давления сжатого воздуха.
Список цитируемой литературы
Патентная литература
[0004] PTL1: Публикация нерассмотренной патентной заявки Японии № 2011–5374
PTL2: Публикация нерассмотренной патентной заявки Японии № 8–131754
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Техническая задача
[0005] Технической целью настоящего изобретения является обеспечение теплообменника сжатого воздуха с более эффективной системой каналов потока, установки осушения сжатого воздуха с использованием такого теплообменника и системы осушения, снабженной установкой осушения.
Решение поставленной задачи
[0006] Указанная цель достигается посредством первого аспекта настоящего изобретения, представляющего собой теплообменник сжатого воздуха, включающий: цилиндрическую проточную трубу, в которой имеется первый конец на одном из концов в осевом направлении и второй конец на другом конце в осевом направлении, и в которой возможно осуществление теплообмена между источником тепла и сжатым воздухом в основном канале теплопередачи внутри нее; теплообменную проточную часть, которая включает впускной канал для введения сжатого воздуха извне в основной канал теплопередачи и выпускной канал для выведения сжатого воздуха после теплообмена из основного канала теплопередачи, и в которой возможно осуществление теплообмена между сжатым воздухом, проходящим по впускному каналу, и сжатым воздухом, проходящим по выпускному каналу. Теплообменная проточная часть включает первую теплопередающую стенку и вторую теплопередающую стенку, каждая из которых имеет спиральную форму, внутренний конец каждой из первой теплопередающей стенки и второй теплопередающей стенки герметично закреплен на наружной периферии проточной трубы, первая теплопередающая стенка и вторая теплопередающая стенка попеременно намотаны вокруг наружной периферии проточной трубы в таком состоянии, в котором между ними имеется заданный зазор, и впускной канал и выпускной канал попеременно образованы зазором между первой теплопередающей стенкой и второй теплопередающей стенкой. В наружной периферии теплообменной проточной части образованы впускное отверстие для подачи сжатого воздуха извне во впускной канал и выпускное отверстие для отведения сжатого воздуха из выпускного канала. Входное отверстие, посредством которого сообщаются друг с другом впускной канал и основной канал теплопередачи, находится на первом конце проточной трубы, выходное отверстие, посредством которого сообщаются друг с другом основной канал теплопередачи и выпускной канал, расположено на втором конце проточной трубы.
[0007] В этом теплообменнике, предпочтительно, каждая из первой теплопередающей стенки и второй теплопередающей стенки включает множество выпуклых ребер, каждое из которых изготовлено путем создания углубления в одной из ее поверхностей – внутренней и наружной, и создания выступа на другой ее поверхности. Более предпочтительно, открытый край углубления каждого из выпуклых ребер закруглен, по существу, до круглой формы, и угол между внутренней поверхностью углубления и поверхностью теплопередающей стенки у открытого края больше 90 градусов, а глубина углубления меньше радиуса открытого края.
В этом теплообменнике, предпочтительно, внутренние концы первой теплопередающей стенки и второй теплопередающей стенки прикреплены к наружной периферии проточной трубы так, что отстоят друг от друга на 180 градусов, а наружные концы первой теплопередающей стенки и второй теплопередающей стенки расположены на наружной периферии теплообменной проточной части так, что отстоят друг от друга на 180 градусов. Более предпочтительно, внутренние концы и наружные концы первой теплопередающей стенки и второй теплопередающей стенки расположены в той же плоскости, которая включает ось проточной трубы, а входное отверстие и выходное отверстие, соответственно, образованы в одном угловом диапазоне и другом угловом диапазоне проточной трубы, которые расположены так, что эта плоскость находится между ними.
[0008] Указанная цель достигается посредством второго аспекта настоящего изобретения, представляющего собой установку осушения для осушения сжатого воздуха, при этом, установка осушения сжатого воздуха включает: источник холода; теплообменник для повторного нагревания сжатого воздуха, охлажденного и осушенного источником холода, посредством теплообмена со сжатым воздухом до осушения; и полый корпус, в котором содержаться теплообменник и источник холода. Теплообменник включает цилиндрическую проточную трубу, в которой имеется первый конец на одном из концов в осевом направлении и второй конец на другом конце в осевом направлении, и в которой, на основном канале теплопередачи внутри нее расположен источник холода, и теплообменную проточную часть, которая включает впускной канал для введения сжатого воздуха извне в основной канал теплопередачи и выпускной канал для выведения сжатого воздуха после осушения, охлажденного в основном канале теплопередачи, из основного канала теплопередачи наружу, и в которой возможно осуществление теплообмена между сжатым воздухом, проходящим по впускному каналу, и сжатым воздухом, проходящим по выпускному каналу. Теплообменная проточная часть включает первую теплопередающую стенку и вторую теплопередающую стенку, каждая из которых имеет спиральную форму, внутренний конец каждой из первой теплопередающей стенки и второй теплопередающей стенки герметично закреплен на наружной периферии проточной трубы, первая теплопередающая стенка и вторая теплопередающая стенка попеременно намотаны вокруг наружной периферии проточной трубы в таком состоянии, в котором между ними имеется заданный зазор, и впускной канал и выпускной канал попеременно образованы зазором между первой теплопередающей стенкой и второй теплопередающей стенкой. В наружной периферии теплообменной проточной части образованы впускное отверстие для подачи подлежащего осушению сжатого воздуха во впускной канал и выпускное отверстие для отведения сжатого воздуха после осушения из выпускного канала. Входное отверстие, посредством которого сообщаются друг с другом впускной канал и основной канал теплопередачи, находится на первом конце проточной трубы, выходное отверстие, посредством которого сообщаются друг с другом основной канал теплопередачи и выпускной канал, расположено на втором конце проточной трубы. В данном случае, имеется входной канал, сообщающийся со впускным отверстием теплообменника, выходной канал, сообщающийся с выпускным отверстием теплообменника, и дренажный канал, сообщающийся со вторым концом основного канала теплопередачи, через который выводится образовавшаяся в теплообменнике дренажная вода.
[0009] В установке осушения, предпочтительно, между периферией теплообменника и корпусом образовано полое пространство, которое разделено первой разделительной стенкой и второй разделительной стенкой на три пространства: первое пространство на первом конце, второе пространство на втором конце, третье пространство между первым пространством и вторым пространством; одно из соединений: соединение между входным каналом и впускным отверстием и соединение между выходным каналом и выпускным отверстием выполнено через первое пространство, а другое соединение выполнено через третье пространство, второй конец основного канала теплопередачи соединен с дренажным каналом через второе пространство. При этом, более предпочтительно, входной канал и выходной канал расположены выше дренажного канала. Также предпочтительно, входной канал и впускное отверстие соединены через первое пространство, выходной канал и выпускное отверстие соединены через третье пространство; наружный конец первой теплопередающей стенки герметично прикреплен ко второй теплопередающей стенке вблизи внутренней части первой теплопередающей стенки, впускное отверстие выполнено в самой наружной части первой теплопередающей стенки, наиболее удаленной от центра; выпускное отверстие выполнено как зазор между наружным концом второй теплопередающей стенки и первой теплопередающей стенки вблизи внутренней части наружного конца.
[0010] Предпочтительно, в установке осушения внутренний конец первой теплопередающей стенки и внутренний конец второй теплопередающей стенки прикреплены к наружной периферии проточной трубы так, что отстоят друг от друга на 180 градусов, и наружный конец первой теплопередающей стенки и наружный конец второй теплопередающей стенки расположены на наружной периферии теплообменной проточной части так, что отстоят друг от друга на 180 градусов. Более предпочтительно, внутренний конец и наружный конец первой теплопередающей стенки и внутренний конец и наружный конец второй теплопередающей стенки расположены в одной плоскости, которая включает ось проточной трубы, входное отверстие и выходное отверстие, соответственно, выполнены в одном угловом диапазоне и другом угловом диапазоне проточной трубы, которые расположены так, что эта плоскость находится между ними. При этом, также предпочтительно, выходное отверстие выполнено в угловом диапазоне проточной трубы, который расположен на противоположной стороне от дренажного канала, и плоскость находится между ними. В установке осушения источник холода представляет собой трубопровод хладагента, который введен в основной канал теплопередачи через первый конец проточной трубы, и по которому протекает хладагент.
[0011] Для достижения поставленной цели, система осушения, снабженная установкой осушения, соответствующей настоящему изобретению, включает холодильный контур, обеспечивающий протекание хладагента, декомпрессированного в декомпрессоре, в трубопровод хладагента и циркулирующий хладагент после теплообмена со сжатым воздухом в основном канале теплопередачи за счет обеспечения протекания хладагента снова через компрессор и конденсатор в декомпрессор. С дренажным каналом установки осушения соединен автоматический слив.
Преимущества изобретения
[0012] В теплообменнике, соответствующем настоящему изобретению, теплообменная проточная часть образована путем попеременной намотки двух спиральных теплопередающих стенок вокруг наружной периферии цилиндрической проточной трубы основного канала теплопередачи в радиальном направлении проточной трубы с заданным зазором между ними. Впускной канал и выпускная канала, предназначенные для введения сжатого воздуха и отведения сжатого воздуха из проточной трубы, образованы попеременно в радиальном направлении зазором между теплопередающими стенками. Следовательно, при сохранении высокой эффективности теплообмена вследствие использования противотока в теплообменной проточной части, возможно реализовать более эффективную систему каналов сжатого воздуха, уменьшив ее сложность, например, за счет сокращения количества изменений направления потока сжатого воздуха в осевом направлении. То есть, благодаря настоящему изобретению становится возможно обеспечение теплообменника сжатого воздуха с более эффективной системой каналов, установки осушения сжатого воздуха с использованием такого теплообменника и системы осушения, снабженной такой установкой осушения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
[0013] Фиг. 1 представляет собой схематичное изображение системы осушения, снабженной установкой осушения, соответствующей настоящему изобретению.
Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе с пространственным разделением деталей установки осушения, снабженной теплообменником, соответствующим настоящему изобретению.
Фиг. 3(а) представляет собой частичный увеличенный вид установки осушения, снабженной теплообменником, соответствующим настоящему изобретению, ее первого конца по оси L, фиг. 3(b) представляет собой частичный увеличенный вид второго конца по оси L.
Фиг. 4 представляет собой вид в сечении установки осушения, снабженной теплообменником, соответствующим настоящему изобретению, по IV–IV на фиг. 3(а).
Фиг. 5 представляет собой вид в сечении установки осушения, снабженной теплообменником, соответствующим настоящему изобретению, по V–V на фиг. 3(b).
На фиг. 6 показано поперечное сечение выпуклых ребер теплообменника и направление потоков сжатого воздуха вокруг выпуклых ребер. На фиг. 6(а) показаны потоки в углублениях, на фиг. 6(b) показаны потоки вокруг выступов.
Фиг. 7(а) – 7(с) представляют собой схематичное пояснение способа производства теплообменника, соответствующего настоящему изобретению.
Фиг. 8 представляет собой схематичный внешний вид в перспективе одной из модификаций установки осушения, соответствующей настоящему изобретению.
ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[0014] Далее описаны теплообменник 1, установка 2 осушения, снабженная теплообменником 1, и система 100 осушения, снабженная установкой 2 осушения, соответствующие первому варианту осуществления настоящего изобретения.
Как показано на фиг. 1, система 100 осушения включает установку 2 осушения, в которой имеется теплообменник 1 и испаритель 3, выполняющий функцию источника холода; холодильный контур 101, предназначенный для возвращения хладагента в трубопровод 110 хладагента испарителя 3; и автоматический слив 109 для сбора дренажной воды, выводимой из установки 2 осушения. Подлежащий осушению сжатый воздух, который подают в установку 2 осушения извне, осушают путем охлаждения при помощи испарителя 3. После осушения сжатый воздух нагревают (то есть, снижают степень охлаждения) путем теплообмена со сжатым воздухом до осушения в теплообменнике 1. Затем сжатый воздух выводят из установки 2 осушения.
[0015] Холодильный контур 101 включает сборник 102, в котором от хладагента отделяется жидкость и пар, компрессор 103, где осуществляют сжатие хладагента, конденсатор 104 для конденсации хладагента, сжатого в компрессоре, и выделения теплоты конденсации хладагента и капиллярную трубку 105 в качестве декомпрессора для уменьшения давления хладагента. Сборник 102, компрессор 103, конденсатор 104 и капиллярная трубка 105, каждый, изготовлены из металла, такого как медь, и соединены последовательно трубопроводом 110 хладагента, по которому протекает хладагент.
[0016] На первичной стороне компрессора 103 расположен термометр 106 для изменения температуры хладагента, выходящего из установки 2 осушения. Между конденсатором 104 и капиллярной трубкой 105 расположено реле давления 108, приводящее в действие вентилятор 107 для обдувания наружным воздухом конденсатора 104. В трубопроводе 110 хладагента между компрессором 103 и конденсатором 104 имеется отводная труба 111, предназначенная для возвращения части хладагента, сжатого в компрессоре 103, на первичную сторону компрессора 103. При этом, расход хладагента в отводной трубе 111 регулируют при помощи регулировочного клапана 112, установленного в отводной трубе 111.
[0017] Таким образом, в холодильном контуре 101, во–первых, хладагент, испарившийся в результате теплообмена со сжатым воздухом в установке 2 осушения, сжимают при помощи компрессора 103. Затем, часть хладагента, сжатого компрессором 103, возвращают на первичную сторону компрессора 103 по отводной трубе 111, а оставшуюся часть хладагента подают в конденсатор 104. После этого, хладагент, поданный в конденсатор 104, охлаждают и сжижают посредством теплообмена с потоком воздуха, создаваемым вентилятором 107. Сжиженный в конденсаторе 104 хладагент декомпрессируют в капиллярной трубке 105, декомпрессированный хладагент снова направляют в трубопровод 110 хладагента испарителя 3, расположенный в установке 2 осушения.
[0018] При этом, дренажную воду, образовавшуюся в установке 2 осушения в результате осушения сжатого воздуха, собирают в автоматическом сливе 109, который посредством дренажной трубы 109а соединен с установкой 2 осушения. Например, при использовании в качестве пускового сигнала надлежащего параметра, такого как количество дренажной воды, накопившейся в автоматическом сливе 109, или времени, накопившуюся дренажную воду отводят из автоматического слива 109 под действием давления сжатого воздуха, который подают из установки 2 осушения по дренажной трубе 109а. Автоматический слив 109 соединен с установкой 2 осушения через поплавковый клапан 109b. Поплавковый клапан 109b обычно открыт и закрыт во время технического обслуживания автоматического слива 109 и т.п.
[0019] Как показано на фиг. 1, установка 2 осушения, установленная в система 100 осушения, помимо теплообменника 1 и испарителя 3 включает полый корпус 30, в котором они содержаться. Корпус 30 изготовлен из металла, такого как нержавеющая сталь. В корпусе 30 выполнены следующие каналы: входной канал 41, который соединен с источником сжатого воздуха, таким как наружный компрессор, и по которому подлежащий осушению сжатый воздух подают в установку 2 осушения; выходной канал 42, по которому охлажденный и осушенный испарителем 3 сжатый воздух, повторно нагретый (со сниженной степенью охлаждения) в результате теплообмена со сжатым воздухом до осушения в теплообменнике 1, выводят в соединенное с ним наружное устройство сжатого воздуха и т.п.; и дренажный канал 43, который соединен дренажной трубой 109а с автоматическим сливом 109 и по которому дренажная вода, образующаяся при осушении в установке 2 осушения, выводится в автоматический слив 109. Дренажный канал выполнен так, что отходит вертикально вниз от самой нижней точки корпуса 30. Входной канал 41 и выходной канал 42 расположены выше, чем дренажный канал 43. При расположении каналов таким образом, предотвращается повторное смешивание отделенной дренажной воды со сжатым воздухом до и после осушения в установке 2 осушения.
[0020] Далее более подробно описана установка 2 осушения. Как показано на фиг. 2–5, теплообменник 1 включает цилиндрическую проточную трубу 10, простирающуюся в направлении оси L, и теплообменную проточную часть 20, которая намотана вокруг наружной периферийной поверхности проточной трубы 10, простирающейся в направлении оси L.
Проточная труба 10 изготовлена, например, из металла, такого как нержавеющая сталь, алюминий или медь, и имеет полую форму, оба конца которой открыты. Проточная труба 10 имеет первый конец 13 и первое отверстие 15 на одном из ее концов в направлении оси L. Испаритель 3 расположен в проточной трубе 10, таким образом, в проточной трубе 10 образован основной канал 11 теплопередачи (основной канал охлаждения). Основной канал 11 теплопередачи обеспечивает осуществление теплообмена между испарителем 3 и протекающим по нему сжатым воздухом (более конкретно, охлаждение поступающего по входному каналу 41 подлежащего осушению сжатого воздуха при помощи испарителя 3). То есть, основной канал 11 теплопередачи образована как единое цилиндрическое пространство, определяемое внутренней периферийной поверхностью проточной трубы 10 и имеющее круглое поперечное сечение. Благодаря расположению испарителя 3 в основном канале 11 теплопередачи таким образом, вода, присутствующая в подлежащем осушению сжатом воздухе, конденсируется в основном канале 11 теплопередачи в результате охлаждения и выводится как дренажная вода. В результате, происходит осушение сжатого воздуха.
[0021] Трубопровод 110 хладагента испарителя 3 изготовлен из металла, такого как медь или алюминий. Как показано на фиг. 3, трубопровод 110 хладагента введен в основной канал 11 теплопередачи вдоль оси L через первое отверстие 15 проточной трубы 10 на стороне первого конца 13. При этом, к наружной периферии трубопровода 110 хладагента испарителя 3, предпочтительно, прикреплено множество ребер 110а для повышения эффективности теплообмена меду хладагентом и сжатым воздухом и для ускорения конденсации воды. В качестве ребер 110а, предпочтительно, используют пластинчатые ребра или тангенциальные ребра, которые отходят радиально от наружной периферийной поверхности трубопровода 110 хладагента. Хотя ребра 110а, предпочтительно, изготовлены из алюминия, ребра 110а могут быть изготовлены из другого металла с высокой теплопроводностью, такого как медь.
[0022] С другой стороны, теплообменная проточная часть 20 включает две теплопередающих стенки, каждая из которых имеет поперечное сечение спиральной формы и, по существу, такую же длину, как и длина проточной трубы 10 в направлении оси L, то есть, первую теплопередающую стенку 24 и вторую теплопередающую стенку 25. Первая теплопередающая стенка 24 и вторая теплопередающая стенка 25 имеют первый внутренний конец 24а и второй внутренний конец 25а, которые расположены на ближайшей к центру стороне, первый наружный конец 24b и второй наружный конец 25b, которые расположены на самой дальней от центра стороне. Первый внутренний конец 24а и второй внутренний конец 25а герметично прокреплены вдоль оси L, по существу, в противоположных положениях к наружной периферийной поверхности проточной трубы 10, которые отстоят друг от друга, приблизительно, на 180 градусов, таким способом прикрепления, как сварка. Теплопередающие стенки 24 и 25 попеременно обвиты множество раз вокруг всего радиального направления, перпендикулярного оси L проточной трубы 10, то есть вокруг всей наружной периферии проточной трубы 10 в таком состоянии, в котором между ними имеется заданный зазор.
Таким образом, вокруг проточной трубы 10 созданы канала в форме двойной спирали. Одна из каналов образует впускной канал 21 для направления подлежащего осушению сжатого воздуха, который подают по входному каналу 41, в основной канал 11 теплопередачи проточной трубы 10. Другой канал образует выпускной канал 22 для направления сжатого воздуха после осушения, который охлажден и осушен в основном канале 11 теплопередачи, в выходной канал 42.
[0023] То есть, как показано на фиг. 4 и 5, благодаря многократному обвитию вокруг проточной трубы 10, впускной канал 21 и выпускной канал 22 расположены так, что оказываются многократно наложенными друг на друга множеством слоев вокруг всей периферии проточной трубы 10. Теплообмен осуществляется между сжатым воздухом до осушения с высокой температурой, который поступает во впускной канал 21, и сжатым воздухом после осушения с низкой температурой, который проходит по выпускному каналу 22 в противотоке относительно сжатого воздуха с высокой температурой. В результате, в теплообменной проточной части 20 сжатый воздух после осушения, который охлажден в основном канале 11 теплопередачи, повторно нагревается (снижается степень его охлаждения), и, в то же время, сжатый воздух до осушения, поступающий из входного канала 41, предварительно охлаждается. При этом, во впускном канале в результате предварительного охлаждения может образовываться дренажная вода. Однако, дренажная вода увлекается сжатым воздухом в основной канал 11 теплопередачи и выводится через дренажный канал 43.
Нужно только, чтобы материал, из которого изготовлены первая и вторая теплопередающие стенки 24 и 25, являлся материалом, обеспечивающим возможность теплообмена между сжатым воздухом до осушения, проходящим по впускному каналу 21, и сжатым воздухом после осушения, проходящим по выпускному каналу 22. Этот материал может представлять собой, например, металл, такой как нержавеющая сталь, медь или алюминий.
[0024] Как показано на фиг. 4 и 5, в угловых диапазонах, приблизительно, 180 градусов в направлении намотки теплопередающих стенок 24 и 25, соответственно, от первого внутреннего конца 24а первой теплопередающей стенки 24 и второго внутреннего конца 25а второй теплопередающей стенки между наружной поверхностью проточной трубы 10 и первой теплопередающей стенкой 24 и между наружной поверхностью проточной трубы 10 и второй теплопередающей стенкой образованы, соответственно, внутренний периферийный конец впускного канала 21 и внутренний периферийный конец выпускного канала 22. То есть, ниже плоскости Р, которая включает первый внутренний конец 24а и второй внутренний конец 25а, внутренний периферийный конец впускного канала 21 образован в положении, непосредственно прилегающем к проточной трубе 10; и выше плоскости Р внутренний периферийный конец выпускного канала 22 образовал в положении, непосредственно прилегающем к проточной трубе 10.
[0025] У первого конца 13 проточной трубы 10, в угловом диапазоне, находящемся в непосредственном контакте с впускным каналом 21 (нижняя половина под плоскостью Р), образованы входные отверстия 12а, через которые сообщаются друг с другом впускной канал 21 и основной канал 11 теплопередачи. У второго конца 14 проточной трубы 10, в угловом диапазоне, находящемся в непосредственном контакте с выпускным каналом 22 (верхняя половина над плоскостью Р), образовано выходное отверстие 12b, через которое сообщаются друг с другом основной канал 11 теплопередачи и выпускной канал 22. Для предотвращения повторного смешивания дренажной воды со сжатым воздухом после осушения, предпочтительно, угловой диапазон, в котором образовано выходное отверстие 12b, находится на противоположной стороне от дренажного канала 43, и плоскость Р находится между ними. Как показано на фиг. 4, входные отверстия 12а выполнены как множество сквозных отверстий в проточной трубе 10, а именно, шесть круглых отверстий в каждом из двух рядов выходное отверстие 12b выполнено как вырез в проточной трубе 10 в форме сектора вокруг оси L с заданной шириной от второго конца 14. При этом, как показано на фиг. 5, центральный угол сектора представляет собой тупой угол более 90 градусов. Однако, число и форма входных отверстий 12а и выходного отверстия 12b не ограничиваются указанными.
[0026] В наружной периферии теплообменной проточной части 20 имеется впускное отверстие 26 для поступления подлежащего осушению сжатого воздуха из входного канала 41 во впускной канал 21 и выпускное отверстие 29 для поступления осушенного сжатого воздуха из выпускного канала 22 в выходной канал 42. Более конкретно, в плоскости Р первый наружный конец 24b первой теплопередающей стенки 24 расположен на противоположной стороне от первого внутреннего конца 24а, и ось L находится между ними, второй наружный конец 25b второй теплопередающей стенки 25 расположен на противоположной стороне от второго внутреннего конца 25а, и ось L находится между ними. То есть, наружные концы 24b и 25b размещены, по существу, в противоположных положениях на наружной периферийной поверхности теплообменной проточной части 20, отстоящих друг от друга на 180 градусов. Первый внутренний конец 24а и первый наружный конец 24b первой теплопередающей стенки 24 и второй внутренний конец 25а и второй наружный конец 25b второй теплопередающей стенки 25 расположены, по существу, на одной плоскости Р, включающей ось L.
[0027] В результате, как показано на фиг. 4 и 5, в угловых диапазонах в обратном направлении, соответственно, противоположном направлению намотки теплопередающих стенок 24 и 25, от первого наружного конца 24b первой теплопередающей стенки 24 и второго наружного конца 25b второй теплопередающей стенки 25 на, примерно, 180 градусов, наружные периферийные части теплообменной проточной части 20, то есть, наружные периферийные концы впускного канала 21 и выпускного канала 22, соответственно, образованы наиболее удаленными от центра частями первой теплопередающей стенки 24 и второй теплопередающей стенки 25, расположенными на дальней от центра стороне.
Более конкретно, под плоскостью Р наружный периферийный конец впускного канала 21 образуется между дальней от центра частью первой теплопередающей стенки 24 и второй теплопередающей стенки 25, непосредственно прилегающей к ее внутренней стороне. Наружный периферийный конец впускного канала 21 закрыт благодаря герметичному прикреплению первого наружного конца 24b первой теплопередающей стенки 24 к наружной периферийной поверхности второй теплопередающей стенки 25, непосредственно прилегающей к ее внутренней стороне, вдоль оси L путем сварки и т.п. В самой удаленной от центра части первой теплопередающей стенки 24 вблизи первого конца 13 выполнено впускное отверстие 25 круглой формы, обращенное в направлении, перпендикулярном плоскости Р (на чертеже – вниз).
[0028] Над плоскостью Р наружный периферийный конец выпускного канала 22 образуется между дальней от центра частью второй теплопередающей стенки 25 и первой теплопередающей стенки 24, непосредственно прилегающей к ее внутренней стороне. Наружная периферийная часть выпускного канала 22 открыта, так как второй наружный конец 25b второй теплопередающей стенки 25 не прикреплен герметично к наружному периферийному концу первой теплопередающей стеки 24, непосредственно прилегающему к ее внутренней стороне. Выпускное отверстие 29, сообщающееся с третьим пространством 53, образовано зазором между вторым наружным концом 25b и первой теплопередающей стенкой 24. Как и впускное отверстие 26, выпускное отверстие 29 направлено перпендикулярно плоскости Р (на чертеже – вниз).
[0029] Как показано на фиг. 4–6, каждая из теплопередающий стенок 24 и 25 снабжена множеством полых выпуклых ребер 27, каждое из которых выполнено путем образования углубления 27а в одной из ее поверхностей (на чертеже – наружной поверхности), обращенной в противоположную сторону. Выпуклые ребра 27, по существу, равномерно распределены по всей площади теплопередающих стенок. Как показано на фиг. 6а и 6b, выпуклые ребра 27 порождают вихревое течение сжатого воздуха в углублениях 27а и вокруг выступов 27b и перемешивание потока сжатого воздуха во впускном канале 21 и выпускном канале 22, тем самым, повышая эффективность теплообмена между сжатым воздухом, проходящим по канала 21 и сжатым воздухом, проходящим по канала 22. Вершины выпуклых ребер 27, т.е., вершины выступов 27b контактируют с теплопередающими стенками 24 и 25, близлежащими в радиально направлении, и поддерживают зазор между теплопередающими стенками 24 и 25, т.е., размер по высоте впускного канала 21 и выпускного канала 22.
[0030] Внутренняя поверхность углублений 27а каждого из выпуклых ребер 27 имеет, по существу, сферическую форму, открытый край 27с выпуклого ребра 27 закруглен, по существу, до круглой формы. Угол α пересечения внутренней поверхности углубления 27а и поверхности теплопередающей стенки 24 и 25 у открытого края 27с представляет собой тупой угол больше 90 градусов. Глубина углубления 27а меньше радиуса открытого края 27с. Выпуклые ребра 27 выполнены путем прессования металлических пластин, представляющих собой теплопередающие стенки 24 и 25. Благодаря тому, что угол α тупой, может быть предотвращено образование трещин у открытого края 27с во время прессования.
[0031] Далее со ссылкой на фиг. 7 описан пример способа производства теплообменника 1. Как показано на фиг. 7(а), подготавливают цилиндрическую трубу, открытую на первом конце 13, который представляет собой один из ее концов в направлении оси L, и на втором конце 14, который представляет собой другой конец в направлении оси L. Допуская, что периферийная стенка цилиндрической трубы делится надвое плоскостью Р (фиг. 4), проточную трубу 10 выполняют следующим образом: на стороне первого конца 13 цилиндрической трубы в одном угловом диапазоне (180 градусов) периферийной стенки выполняют множество круглых входных отверстий 12а (например, шесть отверстий вдоль окружности в каждом из двух рядов в направлении оси L); на стороне второго конца 14 цилиндрической трубы в другом угловом диапазоне (180 градусов) периферийной стенки выполняют выходное отверстие 12b, представляющее собой вырез в форме сектора вдоль окружности с заданной шириной от второго конца 14.
[0032] Путем прессования двух металлических пластин выполняют выпуклые ребра 27, например, в порядке координатной сетки, как в данном варианте осуществления изобретения, в шахматном порядке и т.п., в котором они распределены, по существу, равномерно. Впускное отверстие 26 выполняют в той металлической пластине, которая будет использоваться в качестве первой теплопередающей стенки 24, другую металлическую пластину используют в качестве второй теплопередающей стенки 25.
Затем, как показано на фиг. 7(b), внутренние концы 24а и 25а первой и второй теплопередающих стенок 24 и 25 герметично прикрепляют к периферийной стенке проточной трубы 10 в положениях, лежащих в плоскости Р, путем сварки и т.п. Затем, теплопередающие стенки 24 и 25 обматывают множество раз вокруг наружной периферии проточной трубы 10 в состоянии, когда они наложены друг на друга так, что первая теплопередающая стенка 24 покрывает наружную периферийную поверхность проточной трубы 10 в том угловом диапазоне, где выполнены входные отверстия 12а, а вторая теплопередающая стенка 25 покрывает наружную периферийную поверхность проточной трубы 10 в том угловом диапазоне, где выполнено выходное отверстие 12b. При этом, теплопередающие стенки 24 и 25 наматывают так, что выпуклые ребра 27 обеих стенок выдаются внутрь. Затем, как показано на фиг. 7(с), первый наружный конец 24b первой теплопередающей стенки 24 герметично прикрепляют к наружной периферийной поверхности второй теплопередающей стенки 25, прилегающей к ее внутренней стороне, путем сварки и т.п. Таким образом, изготавливают теплообменник 1.
[0033] Далее подробно описан корпус 30. Как хорошо видно на фиг. 2–5, корпус 30 включает цилиндрическую обечайку 31, в которой находятся теплообменник 1 и испаритель 3, первый узел 32 крышки, герметично прикрепленный к первому концу 31а обечайки 31 в направлении оси L путем сварки и т.п., второй узел 33 крышки, герметично прикрепленный ко второму концу 31b путем сварки и т.п.
[0034] Первый узел 32 крышки включает расположенную на стороне первого конца 31а обечайки 31 первую трубчатую внутреннюю крышку 35, размер которой соответствует наружной периферии теплообменной проточной части 20, первую полую наружную крышку 36, в которой находится первая внутренняя крышка 35. Первое пространство 51, имеющее форму кольца вокруг оси L, образуется между первой наружной крышкой 36 и первой внутренней крышкой 35. Первая наружная крышка 36 выполнена путем соединения в единое целое куполообразной концевой стенки 36b, выступающей наружу в направлении оси L, с периферийным краем одного из концов цилиндрической периферийной стенки 36а при открытом конце с другой стороны. Входной канал 41, сообщающийся с первым пространством 51, выполнен в периферийной стенке 36а в направлении плоскости Q (на чертеже – направление вверх), перпендикулярной плоскости Р, как и выходной канал 42.
[0035] Кроме этого, два установочных отверстия 36с выполнены в концевой стенке 36b первой наружной крышки 36 вдоль оси L. Установочные отверстия 36с предназначены для герметичного крепления двух трубопроводов 110 хладагента испарителя 3. Кроме этого, первая наружная крышка 36 включает цилиндрическую трубчатую разделительную стенку 44. Один конец трубчатой разделительной стенки 44 герметично прикреплен ко внутренней поверхности концевой стенки 36b путем сварки и т.п. так, что окружает установочные отверстия 36с, другой конец трубчатой разделительной стенки 44 плотно вставлен в первый конец 13 проточной трубы 10. То есть, трубчатая разделительная стенка 44, по существу, герметично изолирует основной канал 11 теплопередачи проточной трубы 10 от первого пространства 51.
[0036] Второй узел 33 крышки включает расположенную на стороне второго конца 31b обечайки 31 вторую трубчатую внутреннюю крышку 37, размер которой соответствует наружной периферии теплообменной проточной части 20, и вторую полую наружную крышку 38, в которой находится вторая внутренняя крышка 37. Второе пространство 52 образуется между второй наружной крышкой 38 и второй внутренней крышкой 37. Вторая наружная крышка 38 выполнена путем соединения в единое целое куполообразной концевой стенки 38b, выступающей наружу в направлении оси L, с периферийным краем одного из концов цилиндрической периферийной стенки 38а при открытом конце с другой стороны. Дренажный канал 43, сообщающийся со вторым пространством 52, выполнен в периферийной стенке 38а обращенным в направлении, противоположном (на чертеже – направление вниз) направлению входного канала 41 и выходного канала 42, в той же плоскости Q.
[0037] Первый и второй концы 31а и 31b по обеим сторонам обечайки 31 в направлении оси L открыты, длина обечайки 31 в направлении оси L меньше длины теплообменника 1 в направлении оси L. Следовательно, когда теплообменник 1 вставлен в обечайку 31, оба его конца выступают из первого и второго концов 31а и 31b. Выступающие части на концах теплообменника 1, соответственно, вставлены в первую внутреннюю крышку 35 и вторую внутреннюю крышку 37 первого узла 32 крышки и второго узла 33 крышки.
[0038] Внутренний диаметр обечайки 31 больше, чем наружный диаметр теплообменника 1, т.е., наружный диаметр теплообменной проточной части 20. Следовательно, между обечайкой 31 и теплообменником 1 образуется третье пространство 53, сообщающееся с выпускным отверстием 29 теплообменника 1 и имеющее форму кольца вокруг оси L. Выходной канал 42, сообщающийся с третьим пространством 53, выполнен в периферийной стенке обечайки 31. Третье пространство 53 герметично изолировано от первого пространства 51 в первом узле 32 крышки и второго пространства 52 во втором узле 33 крышки, прилегающих к нему с обеих сторон в направлении оси L, первой разделительной стенкой 35b первой внутренней крышки 35 первого узла 32 крышки и второй разделительной стенкой 37b второй внутренней крышки 37 второго узла 33 крышки.
[0039] В первом узле 32 крышки оба конца первой внутренней крышки 35 открыты. Первая разделительная стенка 35b, имеющая форму фланца, расположенного перпендикулярно оси L, выполнена как единое целое на крае первой цилиндрической боковой стенки 35а, расположенной на стороне обечайки 31. Наружным краем первая разделительная стенка 35b герметично прикреплена к первому концу 31а обечайки 31 путем сварки и т.п. Как показано на фиг. 3(а), наружный край первой разделительной стенки 35b может быть герметично прикреплен и к первому концу 31а обечайки 31, и к открытому концу первой наружной крышки 36 в состоянии, когда он находится между первым концом 31а и открытым концом. Сквозное отверстие 39 проходит сквозь первую боковую стенку 35а. Когда первая внутренняя крышка 35 установлена на теплообменной проточной части 20, сквозное отверстие 39 накладывается на впускное отверстие 26 первой теплопередающей стенки 24, и впускное отверстие 26 сообщается с первым пространством 51. В результате, входной канал 41 сообщается со впускным отверстием 26 через первое пространство 51.
[0040] Кроме этого, в первой внутренней крышке 35 у конца первой цилиндрической боковой стенки 35а на стороне, противоположной первой разделительной стенке 35b, размещена первая замыкающая стенка 23а, предназначенная для герметизации всей поверхности теплообменной проточной части 20 теплообменника 1 (т.е., всего концевого отверстия впускного канала 21 и выпускного канала 22, имеющего спиральную форму) и имеющая форму кольца в направлении внутрь. Предпочтительно, первая замыкающая стенка 23а герметично прикреплена ко всей концевой поверхности одного конца теплообменной проточной части 20 при помощи припоя, клея и т.п. В данном варианте осуществления изобретения внутренний периферийный край первой замыкающей стенки 23а доходит до наружной периферийной поверхности трубчатой разделительной стенки 44.
[0041] В втором узле 33 крышки оба конца второй внутренней крышки 37 открыты. Вторая разделительная стенка 37b, имеющая форму фланца, расположенного перпендикулярно оси L, выполнена как единое целое на крае второй цилиндрической боковой стенки 37а, расположенной на стороне обечайки 31. Наружным краем вторая разделительная стенка 37b герметично прикреплена ко второму концу 31b обечайки 31 путем сварки и т.п. Как показано на фиг. 3(b), наружный край второй разделительной стенки 37b может быть герметично прикреплен и ко второму концу 31b обечайки 31, и к открытому концу второй наружной крышки 38 в состоянии, когда он находится между вторым концом 31b и открытым концом.
[0042] Кроме этого, во второй внутренней крышке 37 у конца второй цилиндрической боковой стенки 37а на стороне, противоположной второй разделительной стенке 37b, размещена вторая замыкающая стенка 23b, предназначенная для герметизации всей поверхности теплообменной проточной части 20 теплообменника 1 (т.е., всего концевого отверстия впускного канала 21 и выпускного канала 22, имеющего спиральную форму) и имеющая форму кольца в направлении внутрь. Предпочтительно, вторая замыкающая стенка 23b герметично прикреплена ко всей концевой поверхности другого конца теплообменной проточной части 20 при помощи припоя, клея и т.п. Внутренний периферийный край второй замыкающей стенки 23b слегка изогнут вдоль оси L в направлении первого конца 13 и вставлен во второй конец 14 проточной трубы 10 теплообменника 1. Таким образом, второе отверстие 16 второго конца 14 проточной трубы 10 сообщается с дренажным каналом 43 через вторую внутреннюю крышку 37 и второе пространство 52.
[0043] Обечайка 31, первая внутренняя крышка 35 первого узла 32 крышки, вторая внутренняя крышка 37 второго узла 33 крышки и первая и вторая наружные крышки 36 и 38, каждая, могут быть изготовлены из металла, такого как нержавеющая сталь, синтетической пластмассы или сочетания синтетической пластмассы и металла.
[0044] Далее со ссылкой на фиг. 1 и 3–5 подробно описано функционирование установки 2 осушения.
Подлежащий осушению сжатый воздух, который поступил в первое пространство 51 через входной канал 41, соединенный с источником сжатого воздуха, таким как компрессор, входит во впускной канал 21 теплообменной проточной части 20 через впускное отверстие 26. Как показано на фиг. 4 и 5, сжатый воздух, поступивший во впускной канал 21, перемещается в теплообменной проточной части 20 в направлении внутрь, вращаясь по спирали. В этом время подлежащий осушению сжатый воздух, проходящий по впускному каналу 21, обменивается теплом с осушенным сжатым воздухом, проходящим по смежному выпускному каналу 22 в направлении, противоположном сжатому воздуху во впускном канале 21. В это время, поскольку осушенный сжатый воздух охлажден в основном канале 11 теплопередачи и имеет меньшую температуру, чем сжатый воздух, подлежащий осушению, сжатый воздух во впускном канале 21 предварительно охлаждается. Предварительное охлаждение сжатого воздуха является предварительным охлаждением относительно основного охлаждения в основном канале 11 теплопередачи. Предварительно охлажденный сжатый воздух поступает в первый конец 13 основного канала 11 теплопередачи через входные отверстия 12а.
[0045] Подлежащий охлаждению сжатый воздух, поступивший в основной канал 11 теплопередачи, при продвижении ко второму концу 14 охлаждается, обмениваясь теплом с хладагентом, протекающим по трубопроводу 110 хладагента испарителя 3. В это время вода (водяной пар), присутствующая в сжатом воздухе, конденсируется и превращается в дренажную воду, удаленную из сжатого воздуха. Сжатый воздух, осушенный таким образом и имеющий низкую температуру, входит в выпускной канал 22 теплообменной проточной части 20 через выходное отверстие 12b, выполненное у второго конца 14 проточной трубы 10. С другой стороны, дренажная вода проталкивается сжатым воздухом, проходящим по основному каналу 11 теплопередачи, перемещается ко второму концу 14 проточной трубы 10 и направляется во второе пространство 52, образованное во втором узле 33 крышки, через второе отверстие 16 у второго конца 14. Затем дренажная вода под действием силы тяжести опускается во втором пространстве 52, выводится из установки 2 осушения через дренажный канал 43, выполненный в нижней части второй наружной крышки корпуса 30, и накапливается в автоматическом сливе 109, соединенном с дренажным каналом 43. После этого, например, используя в качестве пускового сигнала надлежащий параметр, такой как количество дренажной воды, накопившейся в автоматическом сливе 109, или время, клапан (не показан), расположенный в автоматическом сливе 109, открывается, и накопившаяся дренажная вода выводится из автоматического слива 109 под действием давления сжатого воздуха.
[0046] Сжатый воздух с низкой температурой после осушения, поступивший в выпускной канал 22, движется в теплообменной проточной части 20 наружу, вращаясь по спирали. В это время осушенный сжатый воздух в выпускном канале 22 нагревается в результате теплообмена со сжатым воздухом до осушения, проходящим по смежному впускному каналу 21 в направлении, противоположном движению сжатого воздуха в выпускном канале 22. Нагретый осушенный сжатый воздух поступает в третье пространство 53 через выпускное отверстие 29 и выводится во внешнее устройство сжатого воздуха и т.п. через выходной канал 42. Таким образом, путем повторного нагревания осушенного сжатого воздуха может быть предотвращена конденсации росы в устройстве сжатого воздуха, в которое подается сжатый воздух.
[0047] Как описано выше, в теплообменнике 1 и установке 2 осушения, снабженной теплообменником 1, теплообменная проточная часть 20 образована путем попеременной намотки двух (первой и второй) спиральных теплопередающих стенок 24 и 25 с заданным зазором между ними вокруг наружной периферии цилиндрической проточной трубы 10 основном канале 11 теплопередачи в радиальном направлении проточной трубы 10. Впускной канал 21 и выпускной канал 22, предназначенные для введения и отведения сжатого воздуха из проточной трубы 10, образованы попеременно в радиальном направлении посредством зазора между теплопередающими стенками 24 и 25. Следовательно, при сохранении высокой эффективности теплообмена между потоками сжатого воздуха благодаря наличию противотока в теплообменной проточной части 20, возможно реализовать более эффективную систему каналов сжатого воздуха, уменьшив ее сложность, и, в результате этого, возможно сократить размер теплообменника 1 и установки 2 осушения.
[0048] Выше описаны теплообменник, установка осушения и система осушения, соответствующие настоящему изобретению. Настоящее изобретение не ограничивается описанным выше вариантом его осуществления, излишне заявлять, что возможны различные конструкционные изменения, входящие в объем формулы изобретения.
Например, описанный выше вариант осуществления установки 2 осушения применяют в состоянии, когда ось L горизонтальна. Однако, установка 2 осушения этим не ограничивается. Как показано на фиг. 8, дренажный канал 43 может быть выполнен в концевой стенке 38b второй наружной крышки 38 на оси L, и установка 2 осушения может быть применена в состоянии, когда ось L вертикальна.
В описанном варианте осуществления установки 2 осушения испаритель, представляющий собой трубопровод 110 хладагента, используется в качестве источника 3 холода. Однако, может быть применен источник 3 холода, основанный для другом принципе охлаждения. Теплообменник 1 может быть использован не только для охлаждения и осушения, но и для нагревания.
[0049] Кроме того, в описанном выше варианте осуществления установки 2 осушения можно поменять местами входной и выходной каналы 41 и 42, или можно поменять местами положение впускного канала 21 и выпускного канала 22 теплообменной проточной части 20.
В описанном выше варианте осуществления изобретения теплообменная проточная часть 20 образована путем прикрепления внутренних концов 24а и 25а двух плоских теплопередающих стенок 24 и 25 к наружной периферийной поверхности проточной трубы 10 и спиральной намотки теплопередающих стенок 24 и 25 вокруг проточной трубы 10. Однако, проточная труба 10 и две спиральных теплопередающих стенки 24 и 25 могут быть выполнены как единое целое путем экструзии. В этом случае выпуклые ребра 27, вместо углублений 27а и выступов 27b, как в данном варианте осуществления, могут быть образованы, например, канавками и линейными выступами, идущими вдоль оси L. Однако, высота выпуклых ребер 27 должна быть меньше, чем высота впускного канала 21 и выпускного канала 22, чтобы не мешать потоку сжатого воздуха.
Список позиций на чертежах
[0050] 1 теплообменник
2 установка осушения
3 источник холода (испаритель)
10 проточная труба
11 основной канал теплопередачи (основной канал охлаждения)
12а входное отверстие
12b выходное отверстие
13 первый конец
14 второй конец
20 теплообменная проточная часть
21 впускной канал
22 выпускной канал
24 первая теплопередающая стенка
24а первый внутренний конец
24b первый наружный конец
25 вторая теплопередающая стенка
25а второй внутренний конец
25b второй наружный конец
26 впускное отверстие
27 выпуклое ребро
27а углубление
27b выступ
27с открытый край
29 выпускное отверстие
30 корпус
35b первая разделительная стенка
37b вторая разделительная стенка
41 входной канал
42 выходной канал
43 дренажный канал
51 первое пространство
52 второе пространство
53 третье пространство
100 система осушения
101 холодильный контур
103 компрессор
104 конденсатор
105 капиллярная трубка (декомпрессор)
109 автоматический слив
110 трубопровод хладагента
P, Q плоскость
L ось