描述
本发明涉及一种逆流热交换器，并且优选地但非排他地是翅片填塞类型的，其特别适于干燥压缩空气。
本发明还涉及一种使用本发明热交换器的压缩空气干燥系统。
众所周知，在压缩空气生产系统中，离开压缩机的空气必须被适当地除湿，以防止在其使用时所经历的绝热减压期间，其中所含的湿气冷凝。
为此目的，使用连续运行的直接膨胀式冷却循环干燥机，该干燥机主要包括逆流热交换器，在该逆流热交换器中，来自压缩机的热且潮湿的压缩空气在被送至使用者之前被冷却和除湿。
根据现有技术，所述类型的热交换器包括两个热交换单元和一个冷凝物分离器单元，它们操作地相互作用，并且包括：
-冷却器/加热器；
-来自冷却器/加热器的空气的冷却蒸发器；
-冷凝物分离器，来自蒸发器的空气中所含的湿气在该冷凝物分离器冷凝成大液滴的形式并被移除。
特别地，通过与来自冷凝物分离器的冷且除湿的压缩空气逆流换热，加热器/冷却器显著地预冷了来自压缩机的递送管的热且潮湿的压缩空气。
蒸发器进而在入口处接收从冷却器/加热器离开的预冷空气，并通过与在蒸发器自身中逆流循环的冷却剂流体热交换而将该预冷空气冷却至期望的露点。
这样一来，预冷空气以及该进一步的冷却过程也经历了除湿过程。
最后，冷空气进入冷凝物分离器，在冷凝物分离器中，已在蒸发器中形成的微小水滴以水的形式聚集在底部。
然后，除湿的冷空气进入冷却器/加热器，如上所述，在该处，其显著地预冷到达压缩机的递送管的热且潮湿的压缩空气。
然后，冷且干燥的空气离开冷却器/加热器并可传送给使用者。
所描述的已知类型的热交换器尽管能够在适于满足使用者需求的条件下供应冷却且除湿的空气，但是其确实具有一些能被认识到的缺点和局限性。
首先，根据现有技术，构成热交换器的功能元件如上所述包括冷却器/加热器、蒸发器和冷凝物分离器，这些功能元件制成为单块，因此，使冷却器/加热器、蒸发器和冷凝物分离器相互连通的所有导管和通道管线都在块内。
因此，只有在组装完成后才能验证连接部和密封件的质量。
此外，由于一旦组装完成，交换器就作为单个功能块呈现，因此将不可能识别出可能的泄漏或密封缺陷位于它包括的哪个或哪些功能元件中。
最后，可能的修复干预将非常复杂且因此昂贵，这是因为操作员必须干预完全组装好的交换器，而这意味着在发生泄漏的情况下，优选是将整个交换器报废。
本发明旨在克服列出的缺点和局限性。
特别地，本发明的第一目的在于，实现一种包括功能元件的热交换器，所述功能元件中的每一个构成独立的元件，根据其自身的处理周期彼此独立地实现。
另一个目的在于，根据本发明的交换器在构造它包括的各种功能元件之后通过各功能元件自身的机械组装而实现。
另外的目的在于，使不同功能元件的通道管线连通的导管也在各功能元件自身的组装之后实现。
所列出的目的通过根据独立权利要求所述的热交换器来实现，将参考该独立权利要求。
从属权利要求描述了本发明的热交换器的其他特征。
有利地，相对于现有技术的类似热交换器，本发明的热交换器构造更容易且更合理，这是因为其首先设想了功能元件的构造，每个功能元件彼此独立，并且随后仅将其组装而实现整个交换器。
此外，有利的是，每个功能元件都可以在组装之前进行单独测试；这样一来就可能进行任何修复干预，因而减少浪费。
更有利的是，获得了更可靠的产品，该产品提高了获得热交换器的结构、功能和质量的重复性的可能性。
最后，功能元件的模块化以及可以在组装之前和之后进行测试的事实使得能够控制整个生产周期，并提升最终产品的质量。
在描述本发明的交换器的过程中，将更好地突出所列目的和优点，该描述在下文通过参考附图的非限制性示例提供，附图中：
-图1示出了本发明的交换器的轴测图；
-图2示出了图1的侧视图；
-图3示出了图1的部分分解图；
-图4示出了图1的另一侧视图；
-图5示出了图1的另一部分分解图；
-图6示出了图1的另一视图；
-图7示出了图6的局部剖视图；
-图8示出了图6的部分分解图；
-图9示出了本发明的交换器的示意性轴测图，该交换器分解为它所包括的各部分；
-图10以另一轴测图示出了本发明的交换器的部分分解图；
-图11示出了图1的轴测图的部分分解图。
在图1至图11中示出根据本发明的热交换器，在图1至图11中，热交换器总地用1标示。
具体参考图1和9，观察到的是，它包括三个功能元件，更具体地是，总地用2标示的冷却器/加热器、总地用3标示的蒸发器以及总地用4标示的冷物分离器，如下文将描述的，它们彼此机械地连接且彼此操作地连接。
关于冷却器/加热器2，其内设有热交换表面，这些热交换表面被构造成在它们之间限定两个逆流路径，该两个逆流路径包括在第一入口管线21i与第一出口管线21u之间延伸的用于热湿空气流a1的第一路径21以及在第二入口管线22i与第二出口管线22u之间延伸的用于除湿的冷空气流a4的第二路径22。
关于蒸发器3，其内设有热交换表面，这些热交换表面被构造成在它们之间限定两个逆流路径，该两个逆流路径包括在第一入口管线31i与第一出口管线31u之间延伸的用于来自冷却器/加热器2的第一出口管线21u的部分冷却的潮湿空气流a2的第一路径31以及在第二入口管线32i与第二出口管线32u之间延伸的用于来自外源的冷却剂流体fr的第二路径32。
最后，关于冷凝物分离器4，其中设有冷凝器表面，这些冷凝器表面被构造成在它们之间限定在入口管线41i与出口管线41u之间延伸的用于来自蒸发器3的第一出口管线31u的冷却的潮湿空气a3的路径41。
可适当地规定，关于冷却器/加热器2和蒸发器3，两者都是翅片填塞类型的，而逆流是本身已知类型的。
由于该原因，下文将不描述其内部构造，因为这涉及本身已知的结构。
上述内容也适用于已知的聚结类型的冷凝物分离器4。
然而，应当理解的是，冷却器/加热器2和蒸发器3的热交换表面以及冷凝器4的冷凝表面可以是根据现有技术的任何类型。
根据本发明，冷却器/加热器2、蒸发器3和冷凝物分离器4是彼此独立的单元，并且通过连接装置8结合在一起，用于限定单块主体11，在该单块主体11的外表面12上设有入口管线21i、22i、31i、32i、41i和出口管线21u、22u、31u、32u、41u。
特别是参考图2至8，观察到的是，在热交换器1中存在第一导管5，其使冷凝物分离器4的出口管线41u与冷却器/加热器2的第二入口管线22i连通。
还设有第二导管6，其使冷却器/加热器2的第一出口管线21u与蒸发器3的第一入口管线31i连通。
最后，设置第三导管7，其使蒸发器3的第一出口管线31u与冷凝物分离器4的第一入口管线41i连通。
可以注意到的是，导管5、6、7从界定单块主体11的外表面12突出，并且它们中的每一个都被限定在单块主体11的外表面12与相应的盖51、61、71之间。
所观察到的是，每个盖具有由周界边缘51b、61b、71b界定的凹形轮廓51a、61a、71a，该周界边缘通过连接装置8以密封的方式固定于单块主体11的外表面12且在每对管线22i、41u；21u、31i；31u、41i的周界外。
此处作出以下规定：盖51、61、71与单块主体11、冷却器/加热器2、蒸发器3和冷凝物分离器4的表面12的各连接装置8包括它们之间的焊接部81。
在本文中未描述的另一实施例中，连接装置可能包括法兰接头，也可能通过焊接或栓接结合。
关于盖51、61、71，观察到它们包括：
-第一盖51，其被施加在冷却器/加热器2的第二入口管线22i上和冷凝物分离器4的第一出口管线41u上，用以限定第一导管5；
-第二盖61，其被施加在冷却器/加热器2的第一出口管线21u上和蒸发器3的第一入口管线31i上，用以限定第二导管6；
-第三盖71，其被施加在蒸发器3的第一出口管线31u上和冷凝物分离器4的第一入口管线41i上，用以限定第三导管7。
还观察到，冷却器/加热器2的第二入口管线22i和第二出口管线22u以及蒸发器3的第二入口管线32i和第二出口管线32u分别与接头套管9连通，该接头套管9分别优选地但非必须地通过焊接固定于冷却器/加热器2和蒸发器3。
因此，每个接头套管9可用于将冷却器/加热器2和蒸发器3连接到外管。
还观察到，第三盖71设有穿孔套管72，该穿孔套管72可以支承未示出的排水旋塞，该排水旋塞使第三导管7与外部环境连通，以通过重力排出在冷凝物分离器4中通过聚结形成的水。
为此目的，在附图中观察到，热交换器1设有支架15，该支架15具有通至支承表面的连接孔，以便被布置在竖直位置，从而通过重力将冷凝水传送到第三盖71的底部。
在操作上，现在特别参照图9的分解轴测图描述本发明的热交换器中的空气循环。
观察到，来自附图中未示出的压缩机的递送管的热且潮湿的空气流a1通过第一入口管线21i进入冷却器/加热器2，并沿着第一入口管线21i根据第一路径21行进，直到到达第一出口管线21u为止。
如可以观察到的，在沿着冷却器/加热器2沿竖直向上方向行进的这种路径期间，热且潮湿的空气流a1与来自冷凝物分离器4的第一出口嘴41u且在第二入口管线22i与第二出口管线22u之间沿着冷却器/加热器2向下行进的冷的除湿空气流a4逆流相遇。
如上所述，空气流a1和a4沿着冷却器/加热器2逆流而不混合，从而使热且潮湿的空气流a1被冷却，从而将热量给冷的除湿空气流a4。
因此，在冷却器/加热器2中发生热交换的初始部分，部分冷却的湿空气流a2从冷却器/加热器2的第一出口管线21u离开，该部分冷却的湿空气流a2穿过由第一盖61界定的第二导管6，被传送到蒸发器3中，而从冷却器/加热器2的第二出口管线22u离开的除湿的冷空气流a4可以被传送以供使用。
部分冷却的湿空气流a2通过蒸发器3的第一入口管线31i进入蒸发器3中，然后向下穿过蒸发器3，通过与冷却流体fr逆流热交换而经历冷却和除湿过程，冷却流体fr包括蒸发并穿过蒸发器3的冷却剂流体，其从第二入口管线32i进入并通过第二出口管线32u离开。
冷却剂流体可以在液－气两相状态下来自外源，并且向上流入蒸发器3中，被冷却压缩机抽吸。
冷却剂流体由于其从压缩空气吸收的潜热和显热而蒸发，压缩空气因此被冷却。
因此，冷却的潮湿空气流a3从蒸发器3的第一出口管线31u离开，该冷却的潮湿空气流a3通过由第三盖71界定的第三导管7，通过入口管线41i进入冷凝物分离器4。
包含在冷却的潮湿空气a3中的水蒸气开始在第三导管7中冷凝，继续并在上升到冷凝物分离器4中时继续冷凝，最后通过以冷凝水的形式落入第三盖71中而被收集，并将其通过排水套管72从第三盖71移除。
因此，通过出口管线41u，除湿的冷空气流a4从冷凝物分离器4离开，并通过由第一盖51界定的第一导管5，被传送到冷却器/加热器2的第二入口管线22i中，从而完成循环。
如在引言部分中提到的，本发明还涉及一种由压缩机产生的压缩空气的干燥系统，并且这种干燥系统包括至少一个本发明改进的交换器。
基于本说明书，应当理解的是，本发明的交换器达到了引言部分中列出的所有目的和所有优点。
首先，达到了本发明的目的：实现一种包括独立的功能元件的热交换器，所述功能元件中的每一个构成独立的元件，根据其自身的处理周期彼此独立地实现。
此外，使不同功能元件的通道管线连通的导管在各功能元件自身的组装之后实现。
由于通过交换器的功能元件的流体通道管线在它们彼此连接时全部在包括功能元件的功能块的外表面上实现，故而使这成为可能。
此外，这些管线通过前述通道彼此连通，这些通道通过在需要彼此连通的管线的上方和外围施加适当的凹形盖而获得，该凹形盖固定在包括相互连接的功能元件的功能块的外部。
因此，有利地，相对于现有技术的类似热交换器，本发明的热交换器构造更容易且更合理，这是因为其首先设想了功能元件的构造，每个功能元件彼此独立，并且随后仅将其组装而实现整个交换器。
同样有利地，这种特定类型的构造使得能够在组装之前单独测试每个功能元件，并且这使得能够识别出任何有故障的功能元件，以便能够对其进行修复或(可能地)消除。
如已经提到的，这在已知类型的热交换器中是不可能的。
在操作阶段中，可以对本发明的热交换器进行说明书中未提及并且附图中也未示出的修改和变型。
然而，应当理解的是，只要这种修改和变型落入下附权利要求的范围内，则它们都被认为受本专利的保护。
1.一种特别适于空气的冷却和除湿的热交换器(1)，包括：
-冷却器/加热器(2)，所述冷却器/加热器设有换热表面，该换热表面构造成在它们之间限定两个逆流路径，这两个逆流路径包括：
-用于热且潮湿的空气流(a1)的第一路径(21)，该第一路径在第一入口管线(21i)与第一出口管线(21u)之间延伸；
-用于冷的除湿的空气流(a4)的第二路径(22)，该第二路径在第二入口管线(22i)与第二出口管线(22u)之间延伸；
-蒸发器(3)，所述蒸发器设有换热表面，该换热表面构造成在它们之间限定两个逆流路径，这两个逆流路径包括：
-用于来自所述冷却器/加热器(2)的所述第一出口管线(21u)的部分冷却的潮湿空气流(a2)的第一路径(31)，该第一路径在第一入口管线(31i)与第一出口管线(31u)之间延伸；
-用于来自外源的冷却剂流体(fr)的第二路径(32)，该第二路径在第二入口管线(32i)与第二出口管线(32u)之间延伸；
-冷凝物分离器(4)，在所述冷凝物分离器中设有冷凝器表面，所述冷凝器表面被构造成在它们之间限定用于来自所述蒸发器(3)的所述第一出口管线(31u)的冷却的潮湿空气(a3)的路径(41)，该路径在入口管线(41i)与出口管线(41u)之间延伸；
所述冷却器/加热器(2)、所述蒸发器(3)和所述冷凝物分离器(4)是彼此独立的单元，并且通过连接装置(8)结合，用于限定单块主体(11)，在所述单块主体的外表面(12)上设有所述入口管线(21i、22i；31i、32i；41i)和所述出口管线(21u、22u；31u、32u；41u)，其特征在于，包括：
-第一导管(5)，所述第一导管使所述冷凝物分离器(4)的所述出口管线(41u)与所述冷却器/加热器(2)的所述第二入口管线(22i)连通；
-第二导管(6)，所述第二导管使所述冷却器/加热器(2)的所述第一出口管线(21u)与所述蒸发器(3)的所述第一入口管线(31i)连通；
-第三导管(7)，所述第三导管使所述蒸发器(3)的所述第一出口管线(31u)与所述冷凝物分离器(4)的所述第一入口管线(41i)连通；
所述导管(5、6、7)布置成从界定所述单块主体(11)的所述外表面(12)向外突出。
2.根据权利要求1所述的热交换器(1)，其特征在于，所述导管(5、6、7)被限定在所述单块主体(11)的所述外表面(12)与具有凹形轮廓(51a、61a、71a)的盖(51、61、71)之间，每个所述凹形轮廓具有周界边缘(51b、61b、71b)，所述周界边缘通过所述连接装置(8)密封地固定于所述单块主体(11)的所述外表面(12)且在每对所述管线(22i、41u；21u、31i；31u、41i)的周界外。
3.根据权利要求2所述的热交换器(1)，其特征在于，所述盖(51、61、71)包括：
-第一盖(51)，所述第一盖被施加于所述冷却器/加热器(2)的所述第二入口管线(22i)和所述冷凝物分离器(4)的所述出口管线(41u)，用以限定所述第一导管(5)；
-第二盖(61)，所述第二盖被施加于所述冷却器/加热器(2)的所述第一出口管线(21u)和所述蒸发器(3)的所述第一入口管线(31i)，用以限定所述第二导管(6)；
-第三盖(71)，所述第三盖被施加于所述蒸发器(3)的所述第一出口管线(31u)和所述冷凝物分离器(4)的所述第一入口管线(41i)，用以限定所述第三导管(7)。
4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的热交换器(1)，其特征在于，所述冷却器/加热器(2)的所述第二入口管线(22i)和所述第二出口管线(22u)以及所述蒸发器(3)的所述第二入口管线(32i)和所述第二出口管线(32u)各自与适于与对应的入口管或出口管连接的接头套管(9)连通。
5.根据权利要求4所述的热交换器(1)，其特征在于，在所述第三盖(71)中设置有用于排出冷凝物的穿孔套管(72)。
6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的热交换器(1)，其特征在于，所述冷却器/加热器(2)、所述蒸发器(3)和所述冷凝物分离器(4)是具有逆流的翅片填塞类型的。
7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的热交换器(1)，其特征在于，所述冷凝物分离器(4)是聚结类型的。
8.根据权利要求1或2所述的热交换器(1)，其特征在于，所述连接装置(8)是焊接部(81)。
9.根据权利要求1或2所述的热交换器(1)，其特征在于，所述连接装置(8)是法兰接头。
10.一种压缩空气干燥系统，包括用于冷却和干燥由压缩机单元产生的压缩空气的至少一个热交换器，其特征在于，所述热交换器根据权利要求1至9中任一权利要求实现。
技术总结