CN102077049A - 双向冷却器 - Google Patents

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C·E·爱德华兹
M·J·格罗斯
D·A·斯托克
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W·D·瓦伦丁
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Abstract

一种使用在以冷却流体流冷却压缩气体流中的换热器包括本体部分，本体部分具有第一端部、第二端部、以及位于第一端部和第二端部之间的空间。管束包括第一管板、第二管板、以及多个延伸于第一管板和第二管板之间的管。管束从第一端部或第二端部能***空间内。第一封头包括入口和出口，第一封头连接到第一端部，并能连接到第二端部；第二封头连接到第二端部，并能连接到第一端部，使得冷却流体进入入口，通过多个管的一部分，接触第二封头并流动通过多个管的第二部分至出口。

Description

双向冷却器
相关申请的交叉引用
本专利申请要求2008年4月30日提交的美国临时专利申请序列号第61/049,272号的优先权，其全部内容经引用并入本文。
技术领域
本发明涉及一种用于压缩机***的冷却器。特别地，本发明涉及一种设置成便利于有效维护的用于压缩机***的冷却器。
发明内容
在一种实施方式中，本发明提供一种压缩机***，其包括换热器，换热器具有第一封头、壳体以及管束。换热器便利在压缩机***内部进行方便安装和现场更改。
在另一构造中，本发明提供一种使用在以冷却流体流冷却压缩气体流中的换热器。换热器包括本体部分，本体部分具有第一端部、第二端部、以及位于第一端部和第二端部之间的空间。管束包括第一管板、第二管板、以及多个延伸于第一管板和第二管板之间的管。管束从第一端部或第二端部能***空间内。第一封头包括入口和出口，第一封头连接到第一端部，并能连接到第二端部；第二封头连接到第二端部，并能连接到第一端部，使得冷却流体进入入口，通过多个管的一部分，接触第二封头并流动通过多个管的第二部分至出口。
在再一构造中，本发明提供一种使用在以冷却流体流冷却压缩气体流中的换热器。换热器包括本体部分，本体部分具有第一端部、第二端部、以及位于第一端部和第二端部之间的空间。本体部分限定第一端部和第二端部之间的第一轴向长度。管束包括第一管板、第二管板、以及多个延伸于第一管板和第二管板之间的管。管束限定第一管板和第二管板之间的第二轴向长度。第二轴向长度比第一轴向长度大。第一封头连接到第一管板以限定它们之间的第一密封，并连接到本体部分以限定它们之间的第二密封。第二封头连接到第二管板以限定它们之间的第三密封，并连接到本体部分以限定它们之间的第四密封。第一封头和第二封头协作以完全地支撑位于空间内部的管束。
在又一构造中，本发明提供一种使用在以冷却流体流冷却压缩气体流中的换热器。换热器包括本体部分，本体部分具有第一端部、第二端部、以及位于第一端部和第二端部之间的空间。管束包括第一管板、第二管板、以及多个延伸于第一管板和第二管板之间的管。管束定位于空间内。第一封头包括入口和出口。第一封头连接到第一端部，分配器耦接到第一封头，并与第一封头和第一管板协作以封闭入口空间和出口空间。入口空间提供入口和多个管的第一部分之间的流体连通，且出口空间提供出口和多个管的第二部分之间的流体连通。第二封头连接到第二端部。第二封头与第二管板协作以限定封头空间，封头空间提供第一多个管和第二多个管之间的流体连通。
通过考虑具体实施方式和附图将清楚本发明的其他方面。
附图说明
图1是压缩机***的示意图。
图2是图1的压缩机***的换热器的立体图。
图3是图2的换热器的左视图。
图4是沿图3的4-4线所剖得的图2的换热器的剖视图。
图5是图2的换热器的主视图。
图6是沿图5的6-6线所剖得的图2的换热器的剖视图。
图7是图2的换热器的俯视图。
图8是图1的压缩机***的另一换热器的主视图。
图9是图1的压缩机***的另一换热器的剖视图。
图10是图1的压缩机***的另一换热器的剖视图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何实施方式前，需要理解的是，本发明并不将其应用局限于以下描述中所提出的或以下附图中图示的构造细节和部件配置。本发明可以具有其他实施方式以及以多种方法实践或实施。并且，需要理解的是，本文所用的措词和术语用于描述目的，不应当视为限制。本文所用的“包括”、“包含”或“具有”及其变化形式是指涵盖其后所列各项及其等同项以及其他项。除非另外说明或限制，否则，用语“安装”、“连接”、“支撑”以及“耦接”及其变化形式在广义范围内使用，并涵盖直接和间接的安装、连接、支撑以及耦接。进一步地，“连接”和“耦接”并不限制于物理的或机械的连接或耦接。
图1示意性地图示压缩机***10，压缩机***10限定流体回路，并包括第一压缩机14、第一换热器18、第一干燥器22、第二压缩机26、第二换热器30、第二干燥器34、以及使用点38。在图示构造中，压缩机***10是用于产生压缩空气的空气压缩机***。在其他构造中，根据需要可压缩其他流体。另外，压缩机***10可根据需要包括或多或少的压缩机、换热器和/或干燥器。此外，可添加或去除其他部件(例如阀、贮存器、过滤器、冷却器、加热器、压力调节器等)。
回路中图示的的第一压缩机14和第二压缩机26优选地为压缩空气的旋转式压缩机(例如螺杆式压缩机或涡旋式压缩机)。空气进入第一压缩机14，被压缩，然后从第一压缩机14排出。排出的空气通过第一换热器18，以将空气从第一温度冷却到第二温度。通过第一换热器18之后，空气由第一干燥器22干燥。在空气被冷却和干燥后，空气进一步由第二压缩机26压缩。从第二压缩机26排出的空气由第二换热器30冷却，由第二干燥器34干燥，并流到使用点38。在其他构造中，压缩机***10可包括其他类型的压缩机(例如离心式、往复式等)或其他类型的干燥器。如将清楚的，压缩机***10的实际配置对于本发明的功能而言并不重要。
图示的第一换热器18和第二换热器30相似地配置，但可基于期望的温度变化、流量、压缩流体的密度、或其他因素而具有不同尺寸。参见图2，将详述第一换热器18。然而，以下描述也适用于第二换热器30。
换热器18包括壳体42、第一封头46、第二封头50、以及管束54(参见图4)。如可看到的，换热器18的配置与管壳式换热器相似，且很适合用作为例如空气冷却器。然而，在其他构造中，换热器18可用来冷却或加热其他流体。
参见图4，图示的壳体42包括本体部分58、冷却入口62、冷却出口66、第一凸缘端部70、以及第二凸缘端部74。本体部分58包括实质上圆柱形壁77，实质上圆柱形壁77限定实质上恒定的内部尺寸78和实质上恒定的厚度79。在图示构造中，本体部分58是圆柱形的，且内部尺寸78是本体部分58的直径。在其他构造中，本体部分58可为椭圆形、方形或具有其他形状。
冷却入口62形成为壳体42的部分，并自本体部分58突出。图示的冷却入口62包括凹槽80，凹槽80容置O型环(未示出)，该O型环用于与将待冷却的空气供应到换热器18的供应管(未示出)密封到一起。
冷却出口66与冷却入口62相似，并也形成为壳体42的部分。图示的冷却出口66包括凹槽81，凹槽81容置O型环(未示出)，该O型环用于与将来自换热器18的已冷却空气回流到压缩机***10的回流管(未示出)密封到一起。参见图7，图示的冷却入口62和冷却出口66相对于换热器18的中心线彼此错开设置。冷却入口62和冷却出口66两者都形成流体密封(例如空气密封)，该流体密封实质上阻止流体从冷却入口62和冷却出口66分别与供应管和回流管之间所形成的密封泄漏出。在其他构造中，冷却入口62和冷却出口66可具有凸缘端部、扩口型端部、或另外的耦接配置，使得换热器18实质上密封地耦接到供应管和回流管。另外，O型环可根据需要去除、和/或用垫圈或其他密封件替换，使得制成实质上气密性连接。在更其他的实施方式中，冷却入口62和冷却出口66可为阻止流体泄漏的流体密封。例如，供应管和回流管可在无大量泄漏的情况下分别供应和回流水。
继续参见图4，图示的第一凸缘端部70定位于圆柱形壁77的一个端部处，并限定自本体部分58径向延伸的第一环形凸缘71和第一端部开口72。第一环形凸缘71包括实质上平面形的第一配合表面73，第一配合表面73借助于紧固件直接耦接到第一封头46。
图示的第二凸缘端部74定位在与第一凸缘端部70相对的端部处，并限定自本体部分58径向延伸的实质上平面形的第二环形凸缘75和第二端部开口69。第二环形凸缘75包括第二配合表面76，第二配合表面76借助于紧固件直接耦接到第二封头50。
图示的第一封头46包括入口82、出口86、分配器90(参见图3)、板部94、以及配合部98。当附接到壳体42时，第一封头46实质上封闭壳体42的第一端部开口72。
图示的入口82形成为第一封头46的部分，并自第一封头46突出。图示的入口82包括凹槽83，凹槽83容置O型环(未示出)，该O型环用于与将冷却流体(例如水、乙二醇等)供应到换热器18的供应管(未示出)密封到一起。
图示的出口86与入口82相似，并也形成为第一封头46的部分。图示的出口86包括凹槽87，凹槽87容置O型环(未示出)，该O型环用于与将来自换热器18的冷却流体排出的回流管(未示出)密封到一起。入口82和出口86两者都形成流体密封，该流体密封实质上阻止冷却流体从入口82和出口86分别与供应管和回流管之间所形成的密封泄漏出。在其他构造中，入口82和出口86可具有凸缘端部、扩口型端部、或另外的耦接配置，使得换热器18以阻止泄漏的配置耦接到供应管和回流管。另外，O型环可根据需要去除、和/或用垫圈或其他密封件替换。
参见图3和4，图示的分配器90在入口82和出口86之间形成为第一封头46的部分。分配器90自第一封头46的外壁91轴向延伸到板平面92，使得在入口82、第一封头46、外壁91、分配器90以及板平面92之间形成入口腔室102，以为冷却流体提供在进入换热器18内之后聚集的空间。在出口86、第一封头46、外壁91、分配器90以及板平面92之间形成出口腔室106，以为冷却流体提供在通过出口86从换热器18排出之前聚集的空间。分配器90实质上阻止从入口腔室102到出口腔室106的流体流动。在其他构造中，分配器90可根据需要具有不同配置。例如，分配器90可为由第一封头46形成的隔离件，或可为弹性膜等其他可有效阻止从入口82到出口86的流动的配置。
图示的板部94形成为第一封头46的部分，并在第一封头46密封地接合管束54之处提供密封部107。密封部107也包括与板平面92重合的表面。
图示的配合部98包括凸缘，该凸缘与壳体42的第一凸缘端部70配合。配合部98也包括凹槽108，凹槽108容置O型环110，O型环110实质上密封配合部98和第一凸缘端部70之间的连接。在其他构造中，配合部98可根据需要具有其他配置和密封结构。例如，凹槽108和O型环110可去除，和/或用垫圈、粘合剂或其他密封类型替换。另外，虽然图示配合部98具有凹槽108和O型环110，但清楚地，第一凸缘端部70可包括相似的凹槽和O型环、或其他密封结构。此外，图示的配合部98包括多个形成容置螺栓的尺寸的开孔。螺栓使将第一封头46附接到第一凸缘端部70变得便利。替代地，其他紧固件类型也考虑到(例如卡箍(band clamp))，并可根据需要利用。
继续参见图4，图示的第二封头50限定回流空间114，并包括板部118和配合部122。第二封头50的板部118和配合部122与第一封头46的板部94和配合部98实质上相同。当附接到壳体42时，第二封头50实质上封闭壳体42的第二端部开口69。此外，壳体42的第二凸缘端部74与第一凸缘端部70相似，使得第一封头46和第二封头50可以能互换方式安装在第一凸缘端部70或第二凸缘端部74上。
在图8示出的实施方式中，第二封头50与第一封头46相同，并包括两个安置在入口82和出口86内的插塞126(仅一个可见)，以阻止通过此处的流动。第二封头50相对于第一封头46成90度角地耦接到第二凸缘端部70，使得第二封头50的分配器90不妨碍流体流动。在其他构造中，相对于第一封头46的不同角度可为合适的。另外，第一封头46和第二封头50可根据需要由一个或多个零件形成。在一种构造中，第二封头50的入口82和出口86突出，且固定有盲凸缘盖帽(blind flangecap)以阻止通过入口82和出口86的流动。在其他构造中，可根据需要使用其他插塞或密封件。
如图4所示，管束54包括第一管板130、第二管板134、以及多个管138。图示的第一管板130是限定与板平面92重合的平面圆形区139(参见图6)的圆柱形盘，并包括具有密封件146的密封部142。密封部142接合第一封头46的板部94，并借助于紧固件保持到板部94。另外，第一管板130密封抵靠第一封头46的分配器90，使得通过在分配器90和第一管板130之间所形成的密封阻止流体在入口腔室102和出口腔室106之间流动。在图示构造中，密封件146是O型环。在其他构造中，可使用不同密封件(例如垫圈)，或可利用更多密封件。另外，根据需要，板部94可包括密封件146，或密封件146可去除。第二管板134与第一管板130实质上相同，并包括相同特征。
第一管板130和第二管板134具有比本体部分58的内部尺寸78略小的外部尺寸147，使得管束54可从第一凸缘端部70或第二凸缘端部74***穿过壳体42。第一封头46和第二封头50的板部94、118分别密封地接合管束54。
多个管138在第一管板130和第二管板134之间延伸，且每一个管是直接连接到第一管板130和第二管板134两者的中空圆筒体。如图6所示，在图示构造中，管138通过钻孔方法而形成为格栅图案。在其他构造中，管138可根据需要通过卷制方法或另外的方法形成。另外，管138可形成为第一管板130和第二管板134的部分，或独立地形成并通过焊接、粘合剂、软焊或另外的方法直接连接到第一管板130和第二管板134。管138、第一管板130、以及第二管板134提供第一封头46和第二封头50之间的封闭流体通道，使得阻止了冷却流体泄漏进壳体42内。
管138可包括翅片或其他突出部以增强热传递，或可为光滑的。管138可具有不同形状(例如方形或椭圆形)，或可根据需要设置成不同于图示的构造。
参见图9和10，示出本发明的另一构造，其中换热器200与换热器18相似。换热器200与换热器18的不同之处在于，第一封头210和第二封头214包括拱顶形腔218，且管板222、226各自均包括具有两个密封件234的密封部230。与实质上横向于换热器18轴向而突出的换热器18的入口82和出口86相对比，第一封头210包括沿轴向远离换热器200突出的入口238和出口242。图10所示构造与图8所示构造相似，并包括第二封头214，第二封头214与第一封头210实质上相同，并包括插塞246或止挡以阻止通过入口238和出口242的流动。
操作中，换热器18安装在压缩机***10内部，同时第一封头46和第二封头50设置在壳体42的第一凸缘端部70或第二凸缘端部74上，使得供应管和回路管可根据需要定位在换热器18的任一端部上，且安装进压缩机***10变得便利，并且可能够实现将来的维护或现场更改。另外，管束54可从第一端部开口72或第二端部开口69***壳体42，以便利于安装和清洁操作。
然后，换热器18在压缩机***10中运转，以冷却压缩回路内部的流体。当冷却时，流体(例如空气)流通过冷却入口62，经过管束54上，并离开冷却出口66。当流体流通过换热器18时，冷却流体流通过入口82，通过壳体42的本体部分58内部的管束54，并离开出口86。热在通过管138的冷却流体与流体之间传递。
当清洁换热器18时，从换热器18移出第一封头46和/或第二封头50，从而提供至管束54的通道。然后，为了清洁程序，可通过第一端部开口72或第二端部开口69移出管束54。替代地，在管束54在壳体42内部位于适当位置时可从第一端部开口72或第二端部开口69对管束54进行清洁。根据换热器18在压缩机***10内部的配置而定，可通过第一端部开口72或第二端部开口69移出管束54以便利于从壳体42移出。
本发明提供的另一优点是在清洁操作过程中维持所有流体连接装置位于适当的位置的能力。当使用者移出第一封头46和/或第二封头50以执行清洁操作时，入口82、出口86、冷却入口62、以及冷却出口66可全部保持连接到相应的管道或管。
在清洁了换热器18之后，将管束重新放置于壳体42内部，并将第一封头46和/或第二封头50重新放置。然后，换热器18在压缩机***10内部运转，直到下一次清洁为止。
根据需要，换热器的其他配置可以与本发明一起实践。例如，可使用翅片式换热器。另外，流体和冷却流体可与例示的不同。此外，第二封头50可去除，且壳体42的第二凸缘端部74可密封以提供回流空间114。

Claims (26)

1.一种使用在以冷却流体流冷却压缩气体流中的换热器，所述换热器包括：
本体部分，其具有第一端部、第二端部、以及位于所述第一端部和所述第二端部之间的空间；
管束，其包括第一管板、第二管板、以及多个延伸于所述第一管板和所述第二管板之间的管，所述管束从所述第一端部或所述第二端部能***所述空间内；
第一封头，其包括入口和出口，所述第一封头连接到所述第一端部，并能连接到所述第二端部；以及
第二封头，其连接到所述第二端部，并能连接到所述第一端部，使得冷却流体进入所述入口，通过所述多个管的一部分，接触所述第二封头并流动通过所述多个管的第二部分至所述出口。
2.如权利要求1所述的换热器，其中，所述本体部分包括从所述第一端部延伸到所述第二端部的实质上均匀的内径。
3.如权利要求1所述的换热器，其中，所述本体部分限定所述第一端部和所述第二端部之间的第一长度，所述管束限定所述第一管板和所述第二管板之间的第二长度，所述第二长度比所述第一长度大。
4.如权利要求3所述的换热器，其中，所述第一封头和所述第二封头完全地支撑位于所述空间内部的管束。
5.如权利要求4所述的换热器，还包括第一密封构件和第二密封构件，所述第一密封构件定位于所述第一管板和所述第一封头之间以限定它们之间的第一径向密封，所述第二密封构件定位于所述第二管板和所述第二封头之间以限定它们之间的第二径向密封。
6.如权利要求5所述的换热器，还包括第三密封构件和第四密封构件，所述第三密封构件定位于所述第一封头和所述本体部分之间以限定它们之间的第一轴向密封，所述第四密封构件定位于所述第二封头和所述本体部分之间以限定它们之间的第二轴向密封。
7.如权利要求1所述的换热器，其中，所述本体部分限定纵向轴线，且其中，所述第一封头在相对于所述纵向轴线的多个不同方位处能附接到所述本体部分。
8.如权利要求1所述的换热器，还包括分配器，所述分配器耦接到所述第一封头，并与所述第一封头和所述第一管板协作以封闭入口空间和出口空间，所述入口空间提供所述入口和所述多个管的第一部分之间的流体连通，且所述出口空间提供所述出口和所述多个管的第二部分之间的流体连通。
9.如权利要求8所述的换热器，其中，所述第二封头与所述第二管板协作以限定封头空间，所述封头空间提供第一多个管和第二多个管之间的流体连通。
10.一种使用在以冷却流体流冷却压缩气体流中的换热器，所述换热器包括：
本体部分，其具有第一端部、第二端部、以及位于所述第一端部和所述第二端部之间的空间，所述本体部分限定所述第一端部和所述第二端部之间的第一轴向长度；
管束，其包括第一管板、第二管板、以及多个延伸于所述第一管板和所述第二管板之间的管，所述管束限定所述第一管板和所述第二管板之间的第二轴向长度，所述第二轴向长度比所述第一轴向长度大；
第一封头，其连接到所述第一管板以限定它们之间的第一密封，并连接到所述本体部分以限定它们之间的第二密封；以及
第二封头，其连接到所述第二管板以限定它们之间的第三密封，并连接到所述本体部分以限定它们之间的第四密封，所述第一封头和所述第二封头协作以完全地支撑位于所述空间内部的管束。
11.如权利要求10所述的换热器，其中，所述管束从所述第一端部或所述第二端部能***所述空间。
12.如权利要求10所述的换热器，其中，所述本体部分包括延伸于所述第一端部和所述第二端部之间的实质上均匀的内径。
13.如权利要求10所述的换热器，其中，所述本体部分限定纵向轴线，且其中，所述第一封头在相对于所述纵向轴线的多个不同方位处能附接到所述本体部分。
14.如权利要求10所述的换热器，其中，所述第一封头包括入口和出口。
15.如权利要求14所述的换热器，还包括分配器，所述分配器耦接到所述第一封头，并与所述第一封头和所述第一管板协作以封闭入口空间和出口空间，所述入口空间提供所述入口和所述多个管的第一部分之间的流体连通，且所述出口空间提供所述出口和所述多个管的第二部分之间的流体连通。
16.如权利要求15所述的换热器，其中，所述第二封头与所述第二管板协作以限定封头空间，所述封头空间提供第一多个管和第二多个管之间的流体连通。
17.如权利要求10所述的换热器，其中，所述第一封头和所述第二封头各自能选择性地附接到所述第一端部和所述第二端部。
18.一种使用在以冷却流体流冷却压缩气体流中的换热器，所述换热器包括：
本体部分，其具有第一端部、第二端部、以及位于所述第一端部和所述第二端部之间的空间；
管束，其包括第一管板、第二管板、以及多个延伸于所述第一管板和所述第二管板之间的管，所述管束定位于所述空间内；
第一封头，其包括入口和出口，所述第一封头连接到所述第一端部；
分配器，其耦接到所述第一封头，并与所述第一封头和所述第一管板协作以封闭入口空间和出口空间，所述入口空间提供所述入口和所述多个管的第一部分之间的流体连通，且所述出口空间提供所述出口和所述多个管的第二部分之间的流体连通；以及
第二封头，其连接到所述第二端部，所述第二封头与所述第二管板协作以限定封头空间，所述封头空间提供第一多个管和第二多个管之间的流体连通。
19.如权利要求18所述的换热器，其中，所述本体部分限定所述第一端部和所述第二端部之间的第一长度，且所述管束限定所述第一管板和所述第二管板之间的第二长度，所述第二长度比所述第一长度大。
20.如权利要求18所述的换热器，其中，所述第一封头和所述第二封头完全地支撑位于所述空间内部的管束。
21.如权利要求20所述的换热器，还包括第一密封构件和第二密封构件，所述第一密封构件定位于所述第一管板和所述第一封头之间以限定它们之间的第一径向密封，所述第二密封构件定位于所述第二管板和所述第二封头之间以限定它们之间的第二径向密封。
22.如权利要求21所述的换热器，还包括第三密封构件和第四密封构件，所述第三密封构件定位于所述第一封头和所述本体部分之间以限定它们之间的第一轴向密封，所述第四密封构件定位于所述第二封头和所述本体部分之间以限定它们之间的第二轴向密封。
23.如权利要求18所述的换热器，其中，所述本体部分限定纵向轴线，且其中，所述第一封头在相对于所述纵向轴线的多个不同方位处能附接到所述本体部分。
24.如权利要求18所述的换热器，其中，所述管束从所述第一端部或所述第二端部能***所述空间。
25.如权利要求18所述的换热器，其中，所述本体部分限定所述第一端部和所述第二端部之间的实质上均匀的内径。
26.如权利要求18所述的换热器，其中，所述第一封头和所述第二封头各自能选择性地附接到所述第一端部和所述第二端部。
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