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JP4042990B2 - 凝縮流体分離機能を有する一体型板型熱交換機及びその製造方法 - Google Patents

凝縮流体分離機能を有する一体型板型熱交換機及びその製造方法 Download PDF

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JP4042990B2 JP2005112893A JP2005112893A JP4042990B2 JP 4042990 B2 JP4042990 B2 JP 4042990B2 JP 2005112893 A JP2005112893 A JP 2005112893A JP 2005112893 A JP2005112893 A JP 2005112893A JP 4042990 B2 JP4042990 B2 JP 4042990B2
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Description

本発明は、凝縮流体の分離機能を有する板型熱交換機およびその製造方法に関するもの、さらに詳しくは、冷凍式エアドライヤー製品を小型且つ軽量化できる、冷却機能と凝縮流体の分離機能を有する、一体型の板型熱交換機およびこれを容易に製造できる方法に関するものである。
板型熱交換機は高温の圧縮空気を低温の圧縮空気に変換するのに使われるもので、エアドライヤー(空気乾燥機)の構成品等に使われる。このようなエアドライヤーは高温多湿の飽和圧縮空気を低温乾燥状態の圧縮空気に変換させ各種産業機器に利用できるようにする裝置であり、板型熱交換機とセパレーターで構成される。このような板型熱交換機は、流体の種類及び流路、強度等を考慮し凹凸形に成形した板を多数個積層させその層間に加熱流体(高温側)の高温多湿の圧縮空気と、受熱流体(低温側)である冷媒等を交互に流し熱交換させる裝置である。板の間の層間流路は大気と隣接流路と遮断されており、相異なる二種類の流体が板によって分離され対向流に流れるようになる構造で、高温と低温の流体が一層ずつ交叉しながら熱交換が起こる。このような板型熱交換機は、隔壁によってレヒーター(rｅhｅａtｅr)とチラー(ｃhillｅr)の部分に区画され、板型熱交換機の外部にチラーおよびレヒーターと管路で連結されるセパレーター(sｅpａrａtor)が設置されて構成される。ここでセパレーターは、チラーにて熱交換を通じて凝縮された凝縮流体を低温の乾燥圧縮空気と分離した後低温の乾燥圧縮空気だけをレヒーターへ送る裝置である。従って、圧縮機によって圧縮された高温多湿の飽和圧縮空気は、板型熱交換機の流入孔へ流入され、レヒーターにて低温の乾燥圧縮空気と１次的に熱交換がなされて冷却され、チラーへ移送されて冷媒と２次熱交換がなされ、セパレーターへ流入されて水分と低温の乾燥圧縮空気に分離され、低温の乾燥圧縮空気は再びレヒーターへ入り高温多湿の圧縮空気と３次熱交換がなされた後に吐出される。このような従来の板型熱交換機はそれ自体では凝縮流体を分離できない構造になっていたため、別途のセパレーターが外部に設置され、上記セパレーターが板型熱交換機のチラーとレヒーターに外部配管で連結される構造を有していた。
本発明の目的は、このような板型熱交換機における、熱伝達損失を防止し、連結管路の設置空間を低減し、製作費用を大幅に減らすことにある。
このような目的を達成するため、本発明は、板型熱交換機の内部構造がセパレーターの機能を有するようチラーの内部に高温多湿の空気から水分を分離し低温の乾燥した圧縮空気を造るための断熱膨脹室が形成され、上記低温の乾燥圧縮空気に残っている水分を再抽出するためレヒーターの内部に凝縮網体が設置されることによって、板型熱交換機を小型軽量化し熱損失を低減させた凝縮流体分離機能を有する一体型板型熱交換機及びこれを容易に製造する方法を提供する。
本発明の１つの局面において、
内部に積層されてなる多数個の皺の寄った板(１ａ)を有し、内部に異なる圧縮空気流路に連結されてなる流入孔(２)および流出孔(３)を有する、レヒーター(４)；
内部に積層されてなる多数個の皺の寄った板(１ｂ)を有し、内部に冷媒流路に連結された冷媒入口(５)および冷媒出口(６)を有し、内部に圧縮空気流路を有する、チラー(７)；及び
上記レヒーター(４)とチラー(７)を区画すると共に、圧縮空気がレヒーター(４)およびチラー(７)へ疏通するように管路を提供する、壁体管(１０)から成る、板型熱交換機(１００)において；
上チラー(７)で冷却された圧縮空気がレヒーター(４)へ行く管路上のチラー(７)の下部に、断熱膨脹室(８)が形成され；
該断熱膨脹室(８)と連結されたレヒーター(４)の下部に、凝縮室(１８)が形成され；該凝縮室(１８)に、凝縮網体(９)および排水孔(１７)が設置されて成ることを特徴とする、凝縮流体分離機能を有する一体型板型熱交換機が提供される。
また、本発明の他の局面において、
凝縮室を形成する孔および管路を形成する孔が形成された板を多数個積層させブレージング(ｂrａzing)することによって、凝縮室と管路が形成されるように、レヒーターを構成する段階；及び断熱膨脹室を形成する孔と管路を形成する孔と冷媒流入管路および冷媒出口管路を形成する孔が形成された板を多数個積層させブレージングすることによって、断熱膨脹室と管路と冷媒流入管路および冷媒出口管路が形成されるように、チラーを構成する段階を含むことを特徴とする、凝縮流体-分離機能を有する一体型板型熱交換機の製造方法が提供される。
（発明の実施の形態）
以下、本発明の構成を、添付図面の実施例により、詳細に説明する。
図１は本発明の全体分解斜視図であり、図２は本発明の断面図、図３は本発明による圧縮空気及び冷媒の流れ状態図である。
図１及び図２に図示されるように、本発明の凝縮流体の分離機能を有する一体型板型熱交換機は、レヒーター(４)とチラー(７)から構成された板型熱交換機(１００)において；チラー(７)から冷却された空気がレヒーター(４)へ行く管路上のチラー(７)の下部にチラー(７)内部に形成された多数個の空気流路が一つに合流された断熱膨脹室(８)が形成され；上記断熱膨脹室(８)と連結されたレヒーター(４)の下部に凝縮網体(９)が設置された凝縮室(１８)を具備することにその特徴がある。
ここで、レヒーター(４)には、多数個の皺の寄っている板(１ａ)が積層され、積層された板(１ａ)によって二つの内部空気流路が形成され、それぞれ流入孔(２)および流出孔(３)に連結するように、レヒーター(４)が形成されており；チラー(７)には、多数個の皺寄りの板(１ｂ)が積層され、二つの内部流路が形成され、上記流路の中に冷媒が流れる流路と連結された冷媒入口(５)および冷媒出口(６)が形成され、他の一つの流路に空気が流れるようにチラー(７)が形成されている。
多重に積層されてレヒーター(４)を構成する、各板(１ａ)には、凝縮室(１８)と管路(１４ａ、１４ｂ、１４ｅ)を形成する孔がそれぞれ穿孔されている。又チラー(７)を構成する、各板(１ｂ)にも、断熱膨脹室(８)と管路(１４ｃ)を形成する孔、および冷媒流入管路(１５)と冷媒出口管路(１６)を形成する孔がそれぞれ穿孔されている。
上記のレヒーター(４)とチラー(７)の間には、これを区画する壁体管(１０)が設置される。上記壁体管(１０)は、レヒーター(４)を通過した圧縮空気が流入するレヒーター対向孔(１１)とチラー(７)へ圧縮空気が送出されるチラー対向孔(１２)が形成されると共に、チラー(７)とレヒーター(４)を連結する連通孔(１３)が下部に貫通された、構造を有する。
又、上記レヒーター(４)の上部には、高温多湿の圧縮空気が流入する流入孔(２)が形成され、上記流入孔(２)と疏通する管路(１４ａ)が多数個の積層された板(１ａ)を貫通し層間の流路と疏通するように形成され；レヒーター(４)の下部には上記管路(１４ａ)及びこれと疏通する圧縮空気流路を連結して疏通させる管路(１４ｂ)が壁体管(１０)のレヒーター対向孔(１１)と連結するよう形成され；チラー(７)を経て循環された圧縮空気流路を一つに連結する管路(１４ｄ)が壁体管(１０)の下部連通孔(１３)と疏通するように形成されている。上記管路(１４ｄ)には、凝縮網体(９)が設置された凝縮室(１８)が形成されているが、これはレヒーター(４)の流出孔(３)と疏通する内部流路が一つに合流される形状であり、上記凝縮室(１８)の一側に排水孔(１７)が管出されている。
又、上記チラー(７)の上部には、壁体管(１０)のチラー対向孔(１２)と連結されチラー(７)の層間流路と疏通する管路(１４ｃ)が形成されており；下部には、上記管路(１４ｃ)及び内部流路と疏通され壁体管(１０)の連通孔(１３)及びレヒーター(４)の管路(１４ｄ)と通じる断熱膨脹室(８)が形成されており；冷媒が流入される冷媒入口(５)と上記冷媒入口(５)と疏通する冷媒流入管路(１５)が形成され、上記冷媒流入管路(１５)が内部流路と疏通されて冷媒出口(６)と疏通される冷媒出口管路(１６)と連結される構造を有する。(図１乃至図２參照。)
図３は、本発明による、圧縮空気及び冷媒の流れ状態であり；点線による冷媒の流れと、レヒーター(４)を通る太い実線で表示された高温多湿の空気がチラー(７)を通りながら低温乾燥空気に変わり再びレヒター(４)へ循環する流れが図示されている。
このような構成から成る一体型板型熱交換機(１００)においては、高温多湿の圧縮空気が、流入孔(２)からレヒーター(４)に流入され、流入孔(２)と連結された管路(１４ａ)を通じてレヒーター(４)の内部へ流入され、レヒーター(４)の内部に形成された多数個の流路へ流れるようになる。
レヒーター(４)の内部に形成された流路は、二つの部分に区別されるが；一つは、流入孔(２)へ流入された高温多湿の圧縮空気が流れる流路であり；他の一つは、チラー(７)を通った低温乾燥圧縮空気が流れる流路で流出孔(３)と連結される流路である。従って、レヒーター(４)には、多数個の板(１ａ)が積層され、二つの流路が形成されている。但し、それらは相隔離されて、それぞれを流れる流体は混わらないで熱交換ばかり行なうようになる。
従って、流入孔(２)と管路(１４ａ)を通って流入した高温多湿の圧縮空気は、内部流路を経て管路(１４ｂ)に集まり、壁体管(１０)のレヒーター対向孔(１１)を通じて壁体管(１０)の内部へ流れた後に、チラー対向孔(１２)を通じてチラー(７)の管路(１４ｃ)へ流入する過程で１次熱交換が成される。
チラー(７)の上部に形成された管路(１４ｃ)の高温多湿の圧縮空気は、チラー(７)の内部に形成された流路を通じて下部の断熱膨脹室(８)を通って、チラー(７)内部の他の流路を通る冷媒と２次熱交換が成される。冷媒は、下部の冷媒入口(５)に入り、冷媒流入管路(１５)とこれに連結された多数のチラー(７)内部流路を経て、上部の冷媒出口管路(１６)と冷媒出口(６)を通じて出るようになる。
勿論、チラー(７)の内部に流れる圧縮空気と冷媒は、多数個の積層された板(１ｂ)にそれぞれ区画され交互に流れるため、混わらずに本格的な２次熱交換だけを遂行するようになる。
上記のように、チラー(７)を通りながら、高温多湿の圧縮空気は、水分と分離され、低温乾燥圧縮空気に変わるようになる。この時に、分離された水分は、下へ落ちて、凝縮室(１８)の下側に形成された排水孔(１７)を通じて、排水される。
又、本発明は、上記の２次熱交換による水分の分離と共に、断熱膨脹による水分の分離効果をもたらすが；このために、本発明において断熱膨脹室(８)はチラー(７)を構成する多数個の板(１ｂ)の下端部に形成されたもので、チラー(７)の内部に狹い流路から広い断熱膨脹室(８)へ圧縮空気が流入される時に、圧力の低下により断熱膨脹され、この時に内部エネルギーの消耗によって温度が下がるようになり空気中に含まれている余分の水分は凝結されて分離される。
上記の断熱膨脹によって、再び水分が除去された空気は、壁体管(１０)の下部連通孔(１３)を通って、レヒーター(４)の下部管路(１４ｄ)へ流入される。レヒーター(４)の管路(１４ｄ)には、凝縮室(１８)が形成されており；ここには凝縮網体(９)が設置されている。凝縮網体(９)は、稠密な網またはメッシユ形状の網体でできているもので、低温乾燥空気に残っている水分を最終的に凝結させ抽出する構造を有する。即ち、断熱膨脹室(８)で大部分の水分が除去された空気は、凝縮網体(９)と接触しながら、残っていた水分が付着凝結され分離される。
このように、断熱膨脹室(８)と凝縮室(１８)の凝縮網体(９)によって分離された水分は、排水孔(１７)を通じて外部へ排出される。
凝縮網体(９)を通った空気は、レヒーター(４)の内部流路を通じて、上部へ流れながら、上部の管路(１４ｅ)と流出孔(３)を通じて排出される。この時にレヒター(４)の内部流路を通って流れる空気は、流入孔(２)と管路(１４ａ)を通じて流入され、内部の別の流路を通じて流れる高温多湿の圧縮空気と３次熱交換されるようになる。
上記の構成及び作用を有する本発明の板型熱交換機は、板(１ａ、１ｂ)を積層させブレージングして一体型に簡単に製造される。その製造方法を説明すると、一定形状の板体に凝縮室(１８)を形成する孔と管路(１４ａ、１４ｂ、１４ｅ)を形成する孔を形成して板(１ａ)を構成し、一定形状の板体に断熱膨脹室(８)を形成する孔と管路(１４ｃ)を形成する孔と冷媒流入管路(１５)及び冷媒出口管路(１６)を形成する孔とを形成して、板(１ｂ)を構成する段階；板(１ａ)を多数個積層させブレージングすることによって、凝縮室(１８)と管路(１４ａ、１４ｂ、１４ｅ)が形成されるように、レヒーター(４)を構成する段階;板(１ｂ)を多数個積層させてブレージングすることによって、断熱膨脹室(８)と管路(１４ｃ)と冷媒流入管路(１５)及び冷媒出口管路(１６)が形成されるように、チラー(７)を構成する段階；上記レヒーター(４)とチラー(７)の間に壁体管(１０)を付着し、但しレヒーター対向孔(１１)はレヒーター(４)の管路(１４ｂ)と疏通しチラー対向孔(１２)はチラー(７)の管路(１４ｃ)と疏通し、連通孔(１３)はチラー(７)の断熱膨脹室(８)とレヒーター(４)の凝縮室(１８)と疏通するように付着させる段階；凝縮室(１８)に凝縮網体(９)を挿入する段階；及びレヒーター(４)及びチラー(７)の最外郭を締め切る段階を含めて構成される。
このように、本発明の製造方法は、管路等を形成させる孔が形成された板(１ａ、１ｂ)を積層させブレージングするだけで下面凝縮室(１８)や断熱膨脹室(８)が容易に一体に形成されることに、その製造方法の特徴がある。即ち、上記のように、断熱膨脹室(８)と凝縮網体(９)が板型熱交換機(１００)の内部に形成され、セパレーターと共に、水分を分離する機能を発揮することになるが；これは板(１ａ、１ｂ)が積層されレヒーター(４)とチラー(７)が形成される時に自然に断熱膨脹室(８)と凝縮網体(９)が設置される凝縮室(１８)が形成されるのである。
このように本発明の目的を達成する熱交換機(１００)を容易に製造できるのは積層されてレヒーター(４)を構成する板(１ａ)に凝縮室(１８)を形成する孔及び管路(１４ａ、１４ｂ、１４ｅ)を形成する孔が形成されており、チラー(７)を構成する板(１ｂ)に断熱膨脹室(８)を形成する孔、管路(１４ｃ)を形成する孔、冷媒流入管路(１５)と冷媒出口管路(１６)を形成する孔を形成することによって可能である。
このように、本発明は、高温多湿の圧縮空気から水分を除去するためにチラー(７)の下部に断熱膨脹室(８)を形成し、レヒーター(４)の下部に凝縮網体(９)を設置することによって、従来は外部に管路で連結設置されていたセパレーターが板型熱交換機の内部に一体化され、外部に設置されていたセパレーターの代替となるため、セパレーターをレヒーター(４)とチラー(７)に接続するための配管等の流路による熱伝達損失を最小化することができ、凝縮流体の排出効率を極大化することができて、冷凍式エアドライヤー製品を小型且つ軽量化できる効果を奏すると共に、セパレーター及び配管等の種々の付属品等を使わないため、製造上の効率の増大と原価節減の効果をも奏する。
本発明の全体分解斜視図 本発明の断面図 本発明による流体の流れ状態図
符号の説明
１ａ、１ｂ:板
２:流入孔
３:流出孔
４:レヒーター
５:冷媒入口
６:冷媒出口
７:チラー
８:断熱膨脹室
９:凝縮網体
１０:壁体管
１１:レヒーター対向孔
１２:チラー対向孔
１３:連通孔
１４ａ、１４ｂ、１４ｃ、１４ｄ、１４ｅ:管路
１５:冷媒流入管路
１６:冷媒出口管路
１７:排水孔
１８:凝縮室
１００:板型熱交換機

Claims (9)

  1. 内部に積層されてなる多数個の皺の寄った板（１ａ）を有し、内部に異なる圧縮空気流路に連結されてなる流入孔(２)および流出孔（３）を有する、レヒーター（４）；
    内部に積層されてなる多数個の皺の寄った板（１ｂ）を有し、内部に冷媒流路に連結された冷媒入口（５）および冷媒出口（６）を有し、内部に圧縮空気流路を有する、チラー（７）；及び
    上記レヒーター（４）とチラー（７）を区画すると共に、圧縮空気がレヒーター（４）およびチラー（７）へ疏通するように管路を提供する、壁体管(１０)から成る、板型熱交換機（１００）において；
    上記チラー（７）で冷却された圧縮空気がレヒーター（４）へ行く管路上のチラー（７）の下部に、断熱膨脹室（８）が形成され；
    該断熱膨脹室（８）と連結されたレヒーター（４）の下部に、凝縮室（１８）が形成され；該凝縮室（１８）に、凝縮網体（９）および排水孔（１７）が設置されて成ることを特徴とする、凝縮流体分離機能を有する一体型板型熱交換機。
  2. 板（１ａ）には、凝縮室（１８）を形成する孔、および管路（１４ａ、１４ｂおよび１４ｅ）を形成する孔が形成されている、請求項１記載の一体型板型熱交換機。
  3. 板（１ｂ）には、断熱膨脹室（８）を形成する孔、管路（１４ｃ）を形成する孔、および冷媒流入管路（１５）と冷媒出口管路（１６）を形成する孔が形成されている、請求項１または２記載の一体型板型熱交換機。
  4. 壁体管（１０）には、レヒーター（４）から圧縮空気が流入されるレヒーター対向孔（１１）、およびチラー（７）へ圧縮空気が送出されるチラー対向孔（１２）が形成されると共に、チラー（７）とレヒーター（４）を連結する連通孔（１３）が下部に形成されている、請求項１、２または３記載の一体型板型熱交換機。
  5. チラー（７）の内部に形成された多数個の圧縮空気流路が一つに合流されて、断熱膨脹室（８）が形成されている、請求項１〜４の何れか記載の一体型板型熱交換機。
  6. レヒーター（４）の上部に流入孔(２)が形成され、該流入孔（２）と疏通される管路（１４ａ）が板（１ａ）を貫通し層の間の流路と疏通するように形成され、レヒーター（４）の下部に該管路（１４ａ）と疏通する管路（１４ｂ）が壁体管（１０）のレヒーター対向孔（１１）と連結するように形成され、凝縮網体（９）が設置された管路（１４ｄ）が壁体管（１０）の下部連通孔（１３）と疏通するように形成されている、請求項１〜５の何れか記載の一体型板型熱交換機。
  7. チラー（７）の上部に壁体管（１０）のチラー対向孔（１２）と連結されチラー（７）の層間流路と疏通するように管路（１４ｃ）が形成され、チラー（７）の下部に該管路（１４ｃ）及び内部流路と疏通され壁体管(（１０）の連通孔（１３）及びレヒーター（４）の管路（１４ｄ）と通じる断熱膨脹室（８）が形成され、冷媒が流入する冷媒入口（５）と該冷媒入口（５）と疏通する冷媒流入管路（１５）が形成され、該冷媒流入管路（１５）が内部流路と疏通されて冷媒出口（６）と疏通する冷媒出口管路（１６）と連結されている、請求項１〜６の何れか記載の一体型板型熱交換機。
  8. レヒーター（４）の流出孔（３）と疏通する内部流路が一つに合流されて、凝縮室（１８）が形成されている、請求項１〜７の何れか記載の一体型板型熱交換機。
  9. 凝縮室（１８）を形成する孔と管路（１４ａ、１４ｂおよび１４ｅ)を形成する孔が形成された板（１ａ）を多数個積層させブレージングすることによって、凝縮室（１８）と管路（１４ａ、１４ｂおよび１４ｅ）が形成されるように、レヒーター（４）を構成する段階;及び断熱膨脹室（８）を形成する孔と管路（１４ｃ）を形成する孔と冷媒流入管路（１５）および冷媒出口管路（１６）を形成する孔が形成された板（１ｂ）を多数個積層させてブレージングすることによって、断熱膨脹室（８）と管路（１４ｃ）と冷媒流入管路（１５）および冷媒出口管路（１６）が形成されるように、チラー（７）を構成する段階を含むことを特徴とする、凝縮流体分離機能を有する一体型板型熱交換機の製造方法。
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