阅读说明：本技术 一种用于高压冷冻式压缩空气干燥机的换热器 (A kind of heat exchanger for high pressure frozen compressed air dryer ) 是由 陈荣耀 张剑敏 于 2019-09-29 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于高压冷冻式压缩空气干燥机的换热器,涉及压缩空气后处理技术领域,包括圆筒形壳体,两端设有上封盖和下封盖；上封盖与下封盖之间自上而下设有至少一第一预冷再热器芯体、至少一第二预冷再热器芯体、蒸发器芯体以及气水分离器芯体；圆筒形壳体一侧壁自上而下设有第一压缩空气通孔、第二压缩空气通孔、第三压缩空气通孔和第四压缩空气通孔,且第四压缩空气通孔与第三压缩空气通孔通过一连通管连通；第一冷媒通孔,设置于圆筒形壳体的侧壁；第二冷媒通孔,设置于第一冷媒通孔的下方；冷凝水排放通孔,设置于下封盖的底部。本发明安全可靠,组装极为方便；结构简单,便于采购制作,减少加工周期及成本。(The present invention provides a kind of heat exchanger for high pressure frozen compressed air dryer, is related to compressed air post-processing technology field, including cylindrical shell, and both ends are equipped with upper capping and lower capping；At least one first pre-cooling reheater core, at least one second pre-cooling reheater core, evaporator core and moisture trap core are equipped between upper capping and lower capping from top to bottom；Cylindrical shell one side wall is equipped with the first compressed air through-hole, the second compressed air through-hole, third compressed air through-hole and the 4th compressed air through-hole from top to bottom, and the 4th compressed air through-hole is connected to third compressed air through-hole by a connecting pipe；First refrigerant through-hole, is set to the side wall of cylindrical shell；Second refrigerant through-hole is set to the lower section of the first refrigerant through-hole；Condensed water elimination through-hole is set to the bottom of lower capping.The present invention is safe and reliable, assembles extremely convenient；Structure is simple, convenient for buying production, reduces process-cycle and cost.)

一种用于高压冷冻式压缩空气干燥机的换热器

技术领域

本发明涉及压缩空气后处理设备技术领域，尤其涉及一种用于高压冷冻式压缩空气干燥机的换热器。

背景技术

在现代化工业生产中，压缩空气是一种重要的能源，压缩空气主要通过空气压缩机将空气压缩后取得，在气源系统中从空气压缩机直接排出的空气中含有很多杂质，其中主要由水、油及颗粒杂质所构成，如果不对其进行处理而直接使用，空气中的杂质会对系统中的元件造成很大的危害，使设备的维护成本上升，使用寿命缩短，严重时污染产品造成产品的报废。同时压缩空气中含有百分之百相对湿度的水份，随着其在管道的冷却，其水份将析出，在压缩空气系统中，如果有水份，增加运行和维修成本，即对仪表、电磁阀、气缸等元件的维修费用会上升，设备的工作效率低，并有可能造成生产中断，整个生产线的设备投资成本增加。压缩空气后处理设备可以帮助企业提升生产工艺，降低生产能耗，其中尤以水份干燥处理难度最大。工业用压缩空气中含有大量的水分，需要进行干燥，冷冻式压缩空气干燥机作为压缩空气干燥设备已经得到非常广泛的应用。

冷冻式压缩空气干燥机除了制冷系统外，最核心的部件就是由压缩空气预冷-再热器、蒸发器和气水分离器组成的组合换热器。适用于不同压力的组合换热器，具有不同的结构和形式。在压力小于1.2MPa的低压冷冻式干燥机中，其组合换热器多采用管壳式换热器、板翅式换热器、板式换热器；在压力大于1.2MPa至10MPa以下的中压冷冻式干燥机中，多采用管壳式换热器，部分小型冷冻式干燥机也有采用套管式换热器，但使用效果不是很理想；但在压力大于10MPa至100MPa以下的高压冷冻式压缩空气干燥机，目前没有成熟的产品，其主要原因就在于传统管壳式高压组合换热器的结构设计复杂，加工难度大、周期长，材料成本和监检成本高，且安全性难以保证。采用传统的焊接及胀接等工艺制作而成的高压冷冻式压缩空气干燥机，容易由于微小工艺缺陷造成压缩空气或冷媒泄露窜气的风险，同时焊接工艺容易对材料强度、应力的不良影响。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于高压冷冻式压缩空气干燥机的换热器，具体包括：

圆筒形壳体，所述圆筒形壳体的顶端设有与所述圆筒形壳体螺纹连接的一上封盖，且所述圆筒形壳体的底端设有与所述圆筒形壳体螺纹连接的一下封盖；

所述上封盖与所述圆筒形壳体的内壁之间采用一第一O型密封圈径向密封，且所述下封盖与所述圆筒形壳体的内壁之间采用一第二O型密封圈径向密封；

换热芯体，设置于所述圆筒形壳体的内部，所述换热芯体包括：

至少一第一预冷再热器芯体，设置于所述圆筒形壳体内部的靠近所述上封盖一端；

所述第一预冷再热器芯体具有相互垂直但不连通的若干第一轴向通孔和若干第一径向通孔，且所述第一预冷再热器芯体的外壁设有若干第一凹槽，各所述第一凹槽相互错位排布；

至少一第二预冷再热器芯体，设置于所述第一预冷再热器芯体的下方，且所述第二预冷再热器芯体与所述第一预冷再热器芯体之间采用一第三O形线圈密封；

所述第二预冷再热器芯体具有相互垂直但不连通的若干第二轴向通孔和若干第二径向通孔，且所述第二预冷再热器芯体的外壁设有若干第二凹槽，各所述第二凹槽相互错位排布；

蒸发器芯体，设置于所述第二预冷再热器芯体的下方；

所述蒸发器芯体具有相互垂直但不连通的若干第三轴向通孔和若干第三径向通孔，且所述蒸发器芯体的外壁设有若干第三凹槽，各所述第三凹槽相互错位排布；

气水分离器芯体，设置于所述蒸发器芯体的下方；

通孔，分别设置于所述圆筒形壳体的侧壁和底部，且各所述通孔均连接有螺纹卡套接头，所述通孔包括：

第一压缩空气通孔，设置于所述圆筒形壳体侧壁的靠近所述上封盖一端，且所述第一压缩空气通孔对应的所述螺纹卡套接头的末端采用一第四O形密封圈端面密封；

第二压缩空气通孔，设置于所述圆筒形壳体的侧壁并位于所述第一压缩空气通孔的下方，且所述第二压缩空气通孔与靠近所述第一预冷再热器芯体顶端的所述第一凹槽连通；

第三压缩空气通孔，设置于所述圆筒形壳体的侧壁并位于所述第二压缩空气通孔的下方，且所述第三压缩空气通孔与靠近所述第二预冷再热器芯体底端的所述第二凹槽连通；

第四压缩空气通孔，设置于所述圆筒形壳体的侧壁且位于所述第三压缩空气通孔的下方，且所述第四压缩空气通孔与所述第三压缩空气通孔通过设置于所述圆筒形壳体外部的一连通管连通；

第一冷媒通孔，设置于所述圆筒形壳体的侧壁，所述第一冷媒通孔对应的所述螺纹卡套接头的末端采用一第五O形密封圈端面密封，且所述第一冷媒通孔与靠近所述蒸发器芯体顶端的所述第三凹槽连通；

第二冷媒通孔，设置于所述圆筒形壳体的侧壁并位于所述第一冷媒通孔的下方，所述第二冷媒通孔对应的所述螺纹卡套接头的末端采用一第六O形密封圈端面密封，且所述第二冷媒通孔与靠近所述蒸发器芯体底端的所述第三凹槽连通；

冷凝水排放通孔，设置于所述下封盖的底部，且所述冷凝水排放通孔对应的所述螺纹卡套接头的末端采用一第七O形密封圈端面密封。

优选的，所述圆筒形壳体内部还设有一第一气腔，设置于设置于所述上封盖与所述第一预冷再热器芯体之间，所述第一气腔包括：

第一喇叭形气腔，所述第一喇叭形气腔开口向下；

第一环形凹槽，设置于所述第一喇叭形气腔的***，且所述第一环形凹槽与所述第一压缩空气通孔连通；

若干第四径向通孔，设置于所述第一喇叭形气腔的外壁且朝向所述第一环形凹槽方向延伸；

第一圆饼形气腔，设置于所述第一喇叭形气腔的开口下方；

第一密封环，设置于所述第一圆饼形气腔的开口处，且所述第一密封环与所述圆筒形壳体之间采用一第八O形密封圈径向密封。

优选的，所述圆筒形壳体内部还设有一第二气腔，设置于设置于所述下封盖与所述蒸发器芯体之间，所述第二气腔包括：

第二喇叭形气腔，所述第一喇叭形气腔开口向上；

第二环形凹槽，设置于所述第二喇叭形气腔的***，且所述第二环形凹槽与所述第四压缩空气通孔连通；

若干第五径向通孔，设置于所述第二喇叭形气腔的外壁且朝向所述第二环形凹槽方向延伸；

第二圆饼形气腔，设置于所述第二喇叭形气腔的开口上方；

第二密封环，设置于所述第二圆饼形气腔的开口处，且所述第二密封环与所述圆筒形壳体之间采用一第九O形密封圈径向密封。

优选的，所述第二密封环、所述圆筒形壳体内壁和所述蒸发器芯体之间采用一第十O形密封圈径向密封，并采用一第十一O形密封圈端面密封。

优选的，所述气水分离器芯体安装于所述第二密封环与所述下封盖之间，所述气水分离器芯体包括：

大圆环，设置于所述第二喇叭形气腔内且靠近所述第二密封环一侧；

小圆环，设置于所述第二喇叭形气腔内且靠近所述下封盖一侧；

若干多孔薄壁圆筒，设置于所述大圆环和所述小圆环之间，各所述多孔薄壁圆筒具有相同的长度和不同的直径，且各所述多孔薄壁圆筒上的排孔相互错位设置。

优选的，所述第一径向通孔为两组，且两组所述第一径向通孔相互垂直并连通构成网状通道。

优选的，所述第二径向通孔为两组，且两组所述第二径向通孔相互垂直并连通成网状通道。

优选的，所述第三径向通孔为两组，且两组所述第三径向通孔相互垂直并连通成网状通道。

优选的，所述圆筒形壳体的内壁与所述蒸发器芯体的外壁之间采用的加工工艺包括温差法和/或锤击法，以实现所述圆筒形壳体的内壁与所述蒸发器芯体的外壁之间的连接。

优选的，所述圆筒形壳体的内壁与所述蒸发器芯体的外壁之间的连接方式为过渡配合或过盈配合。

上述技术方案具有如下优点或有益效果：

1)通过将预冷再热器芯体、蒸发器芯体及气水分离器芯集装一体，且各组件与圆筒形壳体之间的连接全部采用螺纹连接和O形圈密封方式，设计时只需要校验结构强度，无需复杂的疲劳分析设计，彻底避免了高压换热器的胀接、焊接等复杂工序和严格的工艺要求，解决了由于焊接、胀接的微小工艺缺陷导致压缩空气或冷媒泄漏窜气的风险，安全可靠，组装极为方便；

2)结构简单，便于采购制作，减少了加工周期及成本。

附图说明

图1为本发明的较佳的实施例中，一种用于高压冷冻式压缩空气干燥机的换热器的结构示意图；

图2为本发明的较佳的实施例中，一种用于高压冷冻式压缩空气干燥机的换热器的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本发明并不限定于该实施方式，只要符合本发明的主旨，则其他实施方式也可以属于本发明的范畴。

本发明的较佳的实施例中，基于现有技术中存在的上述问题，现提供一种用于高压冷冻式压缩空气干燥机的换热器，如图1和图2所示，具体包括：

圆筒形壳体1，圆筒形壳体1的顶端设有与圆筒形壳体1螺纹连接的一上封盖2，且圆筒形壳体1的底端设有与圆筒形壳体1螺纹连接的一下封盖3；

上封盖2与圆筒形壳体1的内壁之间采用一第一O型密封圈40径向密封，且下封盖3与圆筒形壳体1的内壁之间采用一第二O型密封圈41径向密封；

换热芯体，设置于圆筒形壳体1的内部，换热芯体包括：

至少一第一预冷再热器芯体11，设置于圆筒形壳体1内部的靠近上封盖2一端；

第一预冷再热器芯体11具有相互垂直但不连通的若干第一轴向通孔和若干第一径向通孔31，且第一预冷再热器芯体11的外壁设有若干第一凹槽51，各第一凹槽51相互错位排布；

至少一第二预冷再热器芯体12，设置于第一预冷再热器芯体11的下方，且第二预冷再热器芯体12与第一预冷再热器芯体11之间采用一第三O形线圈42密封；

第二预冷再热器芯体12具有相互垂直但不连通的若干第二轴向通孔和若干第二径向通孔32，且第二预冷再热器芯体12的外壁设有若干第二凹槽52，各第二凹槽52相互错位排布；

蒸发器芯体13，设置于第二预冷再热器芯体12的下方；

蒸发器芯体13具有相互垂直但不连通的若干第三轴向通孔和若干第三径向通孔33，且蒸发器芯体13的外壁设有若干第三凹槽53，各第三凹槽53相互错位排布；

气水分离器芯体14，设置于蒸发器芯体13的下方；

通孔，分别设置于圆筒形壳体1的侧壁和底部，且各通孔均连接有螺纹卡套接头100，通孔包括：

第一压缩空气通孔61，设置于圆筒形壳体1侧壁的靠近上封盖2一端，且第一压缩空气通孔61对应的螺纹卡套接头4的末端采用一第四O形密封圈43端面密封；

第二压缩空气通孔62，设置于圆筒形壳体1的侧壁并位于第一压缩空气通孔61的下方，且第二压缩空气通孔62与靠近第一预冷再热器芯体11顶端的第一凹槽51连通；

第三压缩空气通孔63，设置于圆筒形壳体1的侧壁并位于第二压缩空气通孔62的下方，且第三压缩空气通孔63与靠近第二预冷再热器芯体12底端的第二凹槽52连通；

第四压缩空气通孔64，设置于圆筒形壳体1的侧壁且位于第三压缩空气通孔63的下方，且第四压缩空气通孔64与第三压缩空气通孔63通过设置于圆筒形壳体1外部的一连通管200连通；

第一冷媒通孔61，设置于圆筒形壳体1的侧壁，第一冷媒通孔61对应的螺纹卡套接头100的末端采用一第五O形密封圈44端面密封，且第一冷媒通孔61与靠近蒸发器芯体13顶端的第三凹槽53连通；

第二冷媒通孔62，设置于圆筒形壳体1的侧壁并位于第一冷媒通孔61的下方，第二冷媒通孔62对应的螺纹卡套接头100的末端采用一第六O形密封圈45端面密封，且第二冷媒通孔62与靠近蒸发器芯体13底端的第三凹槽53连通；

冷凝水排放通孔63，设置于下封盖3的底部，且冷凝水排放通孔63对应的螺纹卡套接头100的末端采用一第七O形密封圈46端面密封。

具体地，本实施例中，本发明的用于高压冷冻式压缩空气干燥机的换热器中，优选将传统冷冻式压缩空气干燥机中的管壳式换热器或板式换热器、板翅式换热器中的预冷再热器芯体、蒸发器芯体13部分全部采用钻铣机加工预制，并将气水分离器芯体14集装一体，与圆筒形壳体1的连接全部采用螺纹连接和O形圈密封方式，彻底避免了高压换热容器的胀接、焊接等复杂工序和严格的工艺要求，解决了由于焊接、胀接的微小工艺缺陷导致压缩空气或冷媒泄漏窜气的风险，安全可靠，组装极为方便。由于结构简单，便于采购制作，减少了加工周期及成本。

本实施例中，第一预冷再热器芯体11和第二预冷再热器芯体12可以有多个，并通过叠加安装在圆筒形壳体1的内部。本发明的所有组件优选为机加工而成，其中，圆筒形壳体1、上封盖2和下封盖3的加工材料优选采用Q345R、304等碳钢和低合金钢Ⅳ级锻件，并经超声波探伤合格后，进行机加工；第一预冷再热器芯体11、第二预冷再热器芯体12和蒸发器芯体13的加工材料优选为采用紫铜、防锈铝等致密无砂眼气孔且导热性能较好的材料；气水分离器芯体14和各螺纹卡套接头100的加工材料优选为采用304不锈钢；各O形密封圈的加工材料优选为采用PTFE材质。

本实施例中，第一轴向通孔、第二轴向通孔和第三轴向通孔均沿圆筒形壳体的轴向设置，图中未示出。

本发明的较佳的实施例中，圆筒形壳体1内部还设有一第一气腔，设置于设置于上封盖2与第一预冷再热器芯体11之间，第一气腔包括：

第一喇叭形气腔71，第一喇叭形气腔71开口向下；

第一环形凹槽72，设置于第一喇叭形气腔71的***，且第一环形凹槽72与第一压缩空气通孔61连通；

若干第四径向通孔73，设置于第一喇叭形气腔71的外壁且朝向第一环形凹槽72方向延伸；

第一圆饼形气腔74，设置于第一喇叭形气腔71的开口下方；

第一密封环75，设置于第一圆饼形气腔74的开口处，且第一密封环75与圆筒形壳体1之间采用一第八O形密封圈47径向密封。

本发明的较佳的实施例中，圆筒形壳体1内部还设有一第二气腔，设置于设置于下封盖3与蒸发器芯体13之间，第二气腔包括：

第二喇叭形气腔81，第一喇叭形气腔81开口向上；

第二环形凹槽82，设置于第二喇叭形气腔81的***，且第二环形凹槽82与第四压缩空气通孔64连通；

若干第五径向通孔83，设置于第二喇叭形气腔81的外壁且朝向第二环形凹槽82方向延伸；

第二圆饼形气腔84，设置于第二喇叭形气腔81的开口上方；

第二密封环85，设置于第二圆饼形气腔84的开口处，且第二密封环85与圆筒形壳体1之间采用一第九O形密封圈48径向密封。

本发明的较佳的实施例中，第二密封环85、圆筒形壳体1内壁和蒸发器芯体13之间采用一第十O形密封圈49径向密封，并采用一第十一O形密封圈50端面密封。

本发明的较佳的实施例中，气水分离器芯体14安装于第二密封环85与下封盖3之间，气水分离器芯体14包括：

大圆环141，设置于第二喇叭形气腔81内且靠近第二密封环85一侧；

小圆环142，设置于第二喇叭形气腔81内且靠近下封盖3一侧；

若干多孔薄壁圆筒143，设置于大圆环141和小圆环142之间，各多孔薄壁圆筒143具有相同的长度和不同的直径，且各多孔薄壁圆筒143上的排孔相互错位设置。

本发明的较佳的实施例中，第一径向通孔31为两组，且两组第一径向通孔31相互垂直并连通构成网状通道。

具体地，本实施例中，附图中仅示出其中一组第一径向通孔31，另外一组第一径向通孔31与图中示出的第一径向通孔31相互垂直，且另外一组第一径向通孔31的两端开口分别与各第一凹槽51连通。

本发明的较佳的实施例中，第二径向通孔32为两组，且两组第二径向通孔32相互垂直并连通成网状通道。

具体地，本实施例中，附图中仅示出其中一组第二径向通孔32，另外一组第二径向通孔32与图中示出的第二径向通孔32相互垂直，且另外一组第二径向通孔32的两端开口分别与各第二凹槽52连通。

本发明的较佳的实施例中，第三径向通孔33为两组，且两组第三径向通孔33相互垂直并连通成网状通道。

具体地，本实施例中，附图中仅示出其中一组第三径向通孔33，另外一组第三径向通孔33与图中示出的第三径向通孔33相互垂直，且另外一组第三径向通孔33的两端开口分别与各第三凹槽53连通。

本发明的较佳的实施例中，圆筒形壳体1的内壁与蒸发器芯体13的外壁之间采用的加工工艺包括温差法和/或锤击法，以实现圆筒形壳体1的内壁与蒸发器芯体13的外壁之间的连接。

本发明的较佳的实施例中，圆筒形壳体1的内壁与蒸发器芯体13的外壁之间的连接方式为过渡配合或过盈配合。

进一步地，本实施例中，本发明的用于高压冷冻式压缩空气干燥机的换热器对高压压缩空气进行冷却析湿除水的过程具体如下：

1)未经冷却的高压压缩空气首先经由第一压缩空气通孔61进入圆筒形壳体1内部，再通过第一环形凹槽71并经由各第四径向通孔73进入第一喇叭形气腔71，该高压压缩空气在第一喇叭形气腔71内向下运动，并由第一圆饼形气腔74进入第一预冷再热器芯体11的各第一轴向通孔21进行预冷降温同时析出部分液态水份，随后进入第二预冷再热器芯体12的各第二轴向通孔22进一步进行预冷降温同时析出部分液态水份。

2)经预冷却的高压压缩空气随后进入蒸发器芯体14的各第三轴向通孔23以及通过蒸发器芯体14的第三凹槽53进入由两组第三径向通孔33组成的网状通道，高压压缩空气在该网状通道内进行低温冷媒热交换后冷却降温，同时析出大部分液态水份；随后经由第二圆饼形气腔84进入气水分离芯体7的多孔薄壁圆筒143，并由内向外进入第二喇叭形气腔81中，高压压缩空气中的液态水份经由碰撞、旋转、涡流等作用，颗粒不断长大，并由高压压缩空气中分离后通过冷凝水排放通孔63排出；

3)经冷却降温并分离出液态水份后的高压压缩空气随后经由各第五径向通孔83进入第二环形凹槽82，并由第二环形凹槽进入第四压缩空气通孔64中，随后经由连通管200进入第三压缩空气通孔63，并通过第二凹槽52进入由两组第二径向通孔32组成的网状通道，并通过第一凹槽51进入由两组第一径向通孔31组成的网状通道，与未经冷却的高压压缩空气进行热交换后排出，高压压缩空气的温度得到回升同时相对湿度降低。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。