專利名稱：水分離器及系統(tǒng)的制作方法
水分離器及系統(tǒng)優(yōu)先權聲明本申請要求于2009年5月6日提交的第61/176，071號美國臨時專利申請的優(yōu)先權，其通過引用并入本文。
背景技術：
當潮濕的環(huán)境空氣在空氣壓縮機中被壓縮時，出現(xiàn)使空氣溫度和露點溫度升高的熱力學過程。本文所使用的露點溫度使這樣的溫度，在該溫度下，相對濕度變?yōu)?00%飽和并且壓縮空氣中的水蒸氣開始凝結為液體。溫度升高可能重要到足以使壓縮空氣相當熱且不可用于許多應用。為了將壓縮空氣的溫度降至可用范圍，某些空氣壓縮機系統(tǒng)使用水冷或風冷式后冷卻器——如此命名是由于其位于壓縮機的下游。后冷卻器將壓縮空氣冷卻至低于露點的溫度。離開后冷卻器的壓縮空氣可含有大量懸浮在空氣流中的凝結水滴。圖1示出了傳統(tǒng)的風冷式后冷卻器10，其帶有外部濕氣分離器12。外部濕氣分離器12可能占據(jù)相當大的空間且增加系統(tǒng)的重量和成本。

發(fā)明內容
通過僅出于說明目的且非限制性地用括號引用所公開的實施方式的相應部件、部分或表面，本發(fā)明提供了具有壓縮空氣后冷卻器(110、210)的水分離器和系統(tǒng)(100)，壓縮空氣后冷卻器(110、210)帶有水/濕氣分離器(112、212)?！矫?，提供了包括多個偏置的散熱片(154)的除霧器核心(150、250)。另一方面，本發(fā)明提供了用于對壓縮空氣進行冷卻的后冷卻器，該后冷卻器包括多個大體上豎直的壓縮空氣路徑和多個相應的后冷卻器出口，后冷卻器出口位于壓縮空氣路徑的底部，其中，壓縮空氣路徑通過冷卻空氣路徑彼此分離，冷卻空氣路徑被配置以運送冷卻空氣，其中，壓縮空氣路徑和冷卻空氣路徑彼此之間處于熱交換關系；水分離器，與后冷卻器出口鄰近，該水分離器包括(a)大體上水平的隔室，直接位于后冷卻器出口下方且與后冷卻器出口流體連通，該水平的隔室接納從出口排出的壓縮空氣；(b)除霧器核心，位于水平的隔室的下游且與該水平的隔室流體連通，其中，除霧器核心包括多個散熱片，散熱片被配置以產生穿過除霧器核心的波狀流從而將水從壓縮空氣分離；以及(c)離開隔室，位于除霧器核心的下游，該離開隔室具有壓縮空氣出口。另一方面，水分離器包括流速降低區(qū)域，該流速降低區(qū)域緊鄰水平的隔室且與該水平的隔室流體連通，該流速降低區(qū)域具有比水平的隔室更大的橫截面積，以降低經過流速降低區(qū)域的壓縮空氣的水平速度。另一方面，冷卻和除水裝置和系統(tǒng)包括用于向后冷卻器提供壓縮空氣的空氣壓縮機。另一方面，水平的隔室或流速降低區(qū)域包括大體上豎直的穿孔板，該穿孔板從水平的隔室或流速降低區(qū)域的底部向上延伸。另一方面，后冷卻器被配置以接收最低溫度為約80攝氏度以及最高溫度為約140攝氏度的壓縮空氣。又一方面，后冷卻器將壓縮空氣的溫度冷卻至最低25攝氏度以及最高45 攝氏度。另一方面，除霧器核心不具有傳熱通道和/或包括以偏置模式布置且焊接在一起的壓制的鋁片。本發(fā)明的另一方面提供了具有冷卻單元的冷卻和除水系統(tǒng)，冷卻單元具有多個隔室設置在第一隔室內的后冷卻器；設置在第二隔室內的水平空氣流動路徑；設置在第三隔室內的除霧器核心；以及位于除霧器核心的下游的離開隔室。另一方面，附加的隔室，即流速降低隔室包括在內，其緊鄰第二隔室且與水平空氣流動路徑流體連通，其中，流速降低隔室具有比第二隔室更大的橫截面積，以降低水平的空氣流的水平速度。一方面，壓縮空氣后冷卻器包括壓縮空氣核心，壓縮空氣核心具有一個或多個后冷卻器入口、后冷卻器出口以及一個或多個第一傳熱通道。另一方面，冷卻器核心包括一個或多個第二傳熱通道，第二傳熱通道穿過冷卻器核心延伸并與一個或多個第一傳熱通道處于熱交換關系，并且第二傳熱通道被配置以將一個或多個第一傳熱通道中的壓縮空氣冷卻。又一方面，系統(tǒng)包括濕氣分離器(112、212)，濕氣分離器大體上一體地附接至后冷卻器出口(124、224)。在一個實施方式中，大體上水平的第一區(qū)域或隔室與后冷卻器出口鄰近； 設有擴大區(qū)域，其與水平的第一區(qū)域鄰近且與該水平的第一區(qū)域流體連通。在該實施方式中，擴大區(qū)域被配置以降低經過該擴大區(qū)域的壓縮空氣的水平速度。本發(fā)明的另一方面提供了除霧器核心，其與水平的區(qū)域和/或擴大區(qū)域流體連通。在某些方面，除霧器核心包括多個偏置的散熱片，散熱片產生穿過除霧器核心的波狀流。此外，系統(tǒng)可包括位于除霧器核心的下游的離開區(qū)域，其中，離開區(qū)域具有空氣出口 (例如位于濕氣分離器的頂部)(116、216)以及凝結物排出道(例如，位于濕氣分離器的底部)(144,244) ο


圖1示出現(xiàn)有技術的帶有外部濕氣分離器的風冷式后冷卻器；圖2示出本發(fā)明的一個實施方式的帶有一體的水分離器的風冷式后冷卻器；圖3是圖2所示的水分離器的剖視圖；圖4示出本發(fā)明的一個實施方式的除霧器核心；圖5是除霧器核心的沿線5-5取得的放大剖視圖；圖6是本發(fā)明的一個實施方式的水分離器及后冷卻器的剖視圖；圖7示出本發(fā)明的一個實施方式的帶有一體的水分離器的風冷式后冷卻器，其具有穿孔板；以及圖8是圖7的穿孔板的正視圖。
具體實施例方式在開始時，應明確理解，貫穿若干附圖，相似的參考數(shù)字始終旨在表示相同的結構構件、部分或表面，而這些構件、部分或表面可由整個書面說明書進一步描述或解釋，這種描述是說明書的組成部分。除非另有所指，附圖旨在與說明書一起被閱讀(例如，剖面線、 零件的布置、比例、度等)，并且被考慮為本發(fā)明的整個書面說明書的一部分。在下面描述中所使用的用語“水平的”、“豎直的”、“左”、“右”、“上”和“下”以及其形容詞和副詞形式的衍生詞(例如，“水平地”、“向右地”、“向上地”等)在具體附圖面向讀者時僅指所示結構的定向。類似地，視情況而定，用語“向內”和“向外” 一般指表面相對于其延伸軸線或轉動軸線的定向。下面對本發(fā)明的優(yōu)選實施方式的描述僅為示例，而非旨在限制本發(fā)明的范圍、可用以實施本發(fā)明各方面的方式、或其應用或使用。圖2示出具有后冷卻器110的冷卻和除水/除濕系統(tǒng)100的一個實施方式，后冷卻器110帶有基本上一體的水分離器112。本文所使用的用語“一體的”例如包括水分離器附接或附連至后冷卻器；或水分離器緊鄰或鄰近后冷卻器；或水分離器位于包含后冷卻器的殼體或后冷卻器中，例如位于后冷卻器的殼體內的隔室中，或水分離器形成包含后冷卻器的殼體或后冷卻器的一部分。通過將濕氣分離器112結合在流出管路114中，圖2中所示的實施方式減少了在風冷式后冷卻器110中進行水/濕氣分離的空間、重量和/或成本需求。參照圖3，后冷卻器110具有在散熱片例如122A、122B之間延伸的一個或多個冷卻空氣通道例如123A、123B。冷卻空氣在散熱片之間經過并以從后冷卻器的一個面到相反側的熱交換關系通過后冷卻器?？諝饪捎娠L扇(未示出)驅動并通過冷卻空氣通道。處理空氣沿由方向箭頭例如121A、121B所表示的豎直路徑通過多通道例如120A、120B。在圖3所示的實施方式中，通過將載有微滴的空氣流從后冷卻器出口例如124A、 1MB、124C引導到位于后冷卻器(和后冷卻器出口)下方的大體上水平的隔室135中，實現(xiàn)濕氣分離。在水平隔室中，例如，載有微滴的空氣的流動一般以132A和132B指示。在一個實施方式中，如方向箭頭134A和134B所示的那樣，通過將水平隔室的橫截面積擴大到擴大區(qū)域130，可以使載有微滴的空氣的水平速度降低。其它實施方式不包括擴大區(qū)域；在這種實施方式中，在除霧器核心的表面處或表面附近實現(xiàn)水平速度的降低。然后，空氣被引導穿過豎直定向的真空釬焊的除霧器核心或除霧器區(qū)域150，如圖 3、圖4及圖5中所示，通過迫使穿過除霧器核心的空氣流的方向改變以引起較小的空氣微滴(droplet)匯合成較大的空氣微滴以及通過對重力的有利使用，除霧器核心或除霧器區(qū)域150將微滴機械地分離。在一個實施方式中，在與除霧器核心的表面鄰近的位置可添加穿孔板160，以改變空氣流在除霧器核心的整個表面上的分布(如圖7和圖8所示)。然后， 空氣從除霧器核心150經過并進入離開區(qū)域140，在離開區(qū)域140，空氣例如沿由方向箭頭 142A、142B示出的路徑向上行進并離開空氣出口 116。較大的水微粒不太可能被移動較慢的空氣運送，從而滴落至收集盤146并通過該實施方式中的凝結物排出道144移除。該實施方式的一個方面在于除霧器核心150的幾何構造。本文所使用的用語“除霧器核心”指這樣的裝置，該裝置提供大的表面積對體積比率并且不與熱交換器鄰近，這種大的表面積對體積比率很適于提供使水微滴接觸及匯合的接觸表面。在第5，845，505號和第6. 085，529號美國專利中公開了釬焊的除霧器核心的結構的示例，其通過引用并入本文。圖4的實施方式中示出的除霧器核心150由沖壓鋁的分離的片例如152A、152B、152C 制成，形成鋁散熱片例如154A、1MB、154C。對多個沖壓鋁的分離的片進行設置，以使得鋁散熱片偏置，形成偏置的矩形鋁散熱片例如154A、1MB、154C的矩陣(matrix)。然后，在將分離的片適當定向時，通過使用與用于釬焊鋁桿及板式熱交換器例如風冷式油冷卻器和壓縮空氣后冷卻器的方法相同的那些生產方法，以及本領域技術人員已知的其它方法，將分離的片釬焊成一體的除霧器核心150。通過鋁桿及板釬焊技術可容易且經濟地制造該實施方式中的除霧器核心150。在該實施方式中，散熱片位于不發(fā)生任何熱傳遞之處，S卩，在除霧器核心中不存在任何熱傳遞/交替冷卻液通過。釬焊的除霧器核心置于熱交換后冷卻器的下游，在此處，除霧器核心將微滴從已冷卻的壓縮空氣中移除。在此方面，除霧器核心僅用作分尚器。在下文中進一步描述來自壓縮機后冷卻器出口例如124A、1MB、124C的空氣的流動。從后冷卻器流動到分離器的空氣流由傳熱通道例如120A、120B引導至位于后冷卻器的底部的后冷卻器出口例如124A、1MB。包含凝結的濕氣微滴(凝結物)的飽和的被冷卻空氣進入水平流入通道(或隔室)，并且以大體上水平的模式且以第一水平速度行進，如示例性方向箭頭132A、132B所示的那樣。當空氣從水平流入通道或隔室經過并進入擴大區(qū)域 130中時，空氣的水平速度降低至第二水平速度。在空氣和微滴的水平速度降低之后，其穿過除霧器核心150。微滴在除霧器核心上匯合并向下排出到分離器收集盤146中且通過凝結物排出道144移除。穿過除霧器核心進入離開區(qū)域140的空氣并不向下排出，而是如方向箭頭142A、142B所示的那樣向上行進并離開空氣出口 116。如圖5中所示，并且參照圖3和圖4，通過使載有夾帶的水微粒例如159A、159B、 159C的飽和空氣以降低的水平速度移動并以由示例性方向箭頭156A、156B、156C所示的波狀和/或非平坦路徑經過堆疊鋁片的偏置散熱片例如1MD、154E、1MF，釬焊的除霧器核心 150將濕氣分離。移動較慢的凝結物撞擊在散熱片上并使懸浮的微滴匯合成較大的水微粒例如 158A、158B、158C?，F(xiàn)在參照圖6，示出了具有后冷卻器210的冷卻和除水系統(tǒng)的替代實施方式，后冷卻器210帶有一體的濕氣分離器212。在該實施方式中，后冷卻器212包括在散熱片例如 222A、222B之間延伸的一個或多個冷卻空氣通道例如223A、223B。冷卻空氣在散熱片之間經過并以從后冷卻器的一個面到相反側的熱交換關系通過后冷卻器?？諝饪捎娠L扇(未示出)驅動并通過冷卻空氣通道。在該實施方式中，處理空氣沿由方向箭頭例如221A、221B、 22IC表示的水平路徑通過多水平通道例如220A、220B。在該實施方式中，通過以下來實現(xiàn)濕氣分離對來自后冷卻器出口的載有微滴的空氣進行導入，以通過將多水平通道220A、220B的橫截面積直接擴大到隔室或擴大區(qū)域 230來降低該載有微滴的空氣的水平速度，如由示例性方向箭頭232A、232B所示的那樣。然后，將空氣引導穿過豎直定向的真空釬焊的除霧器核心250，通過迫使穿過除霧器核心的氣流的方向改變而使較小的空氣微滴匯合成較大的空氣微滴以及通過對重力的有利使用，除霧器核心250將微滴機械地分離。然后，空氣流到離開區(qū)域240中，在離開區(qū)域M0，空氣沿由方向箭頭M2A、242B示出的路徑向上行進并離開空氣出口 216。從空氣移除的水在分離器的底部聚集并通過凝結排出道244移除。圖7為圖3的實施方式外加穿孔板160的示意圖，穿孔板160與除霧器核心150 的表面鄰近、齊平或位于該表面附近。圖8中示出穿孔板的正視圖。在該示意圖中，與除霧器核心相比，穿孔板相對較薄。添加穿孔板在除霧器核心150的整個表面上產生更好/更有效的分布。雖然已對被認為是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式進行了描述，但本領域技術人員可認識到，在不背離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，可對本發(fā)明進行其它的或進一步的改變和修改。因此，本發(fā)明不限于本文示出且描述的具體細節(jié)和代表性實施方式，并且本發(fā)明可以以其它具體形式實施。因此，上述的實施方式被認為是說明性而非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附的權利要求書而非上面的描述來指示，因此處于權利要求的等同意義和范圍內的所有改變、可替換方案、修改和實施方式趨于被包含在本發(fā)明的范圍內。此外，本文使用的術語和用語用于描述的目的并且不應視為限制。
權利要求
1.冷卻和除水裝置，包括后冷卻器，用于對壓縮空氣進行冷卻，所述后冷卻器包括多個大體上豎直的壓縮空氣路徑和多個相應的后冷卻器出口，后冷卻器出口位于所述壓縮空氣路徑的底部；所述壓縮空氣路徑通過冷卻空氣路徑彼此分離，所述冷卻空氣路徑被配置以運送冷卻空氣；所述壓縮空氣路徑與所述冷卻空氣路徑彼此之間處于熱交換關系；以及水分離器，與所述后冷卻器出口鄰近以將水從通過所述后冷卻器出口排出的壓縮空氣中移除，所述水分離器包括(a)大體上水平的隔室，直接位于所述后冷卻器出口下方且與所述后冷卻器出口流體連通，大體上水平的隔室被配置以接納通過所述后冷卻器出口排出的壓縮空氣；(b)除霧器核心，位于水平的隔室的下游并且與該水平的隔室流體連通，所述除霧器核心包括多個散熱片，散熱片被配置以產生穿過所述除霧器核心的波狀流，由此將水與所述壓縮空氣分離；以及(c)離開隔室，位于所述除霧器核心的下游，所述離開隔室具有壓縮空氣出口。
2.如權利要求1所述的冷卻和除水裝置，所述水分離器還包括(d)流速降低區(qū)域，緊鄰水平的隔室并且與該水平的隔室流體連通，所述流速降低區(qū)域具有比水平的隔室更大的橫截面積以降低經過所述流速降低區(qū)域的壓縮空氣的水平速度。
3.如權利要求2所述的冷卻和除水裝置，其中，所述流速降低區(qū)域包括大體上豎直的穿孔板，所述大體上豎直的穿孔板從所述流速降低區(qū)域的底部向上延伸。
4.如權利要求1所述的冷卻和除水裝置，還包括用于向所述后冷卻器提供壓縮空氣的空氣壓縮機。
5.如權利要求1所述的冷卻和除水裝置，其中，所述水分離器被形成為與所述后冷卻器基本上一體。
6.如權利要求1所述的冷卻和除水裝置，其中，所述離開隔室包括水排出道。
7.如權利要求1所述的冷卻和除水裝置，其中，水平的隔室包括大體上豎直的穿孔板， 所述大體上豎直的穿孔板從水平的隔室的底部向上延伸。
8.如權利要求1所述的冷卻和除水裝置，其中，所述后冷卻器接收最低溫度為約80攝氏度以及最高溫度為約140攝氏度的壓縮空氣。
9.如權利要求1所述的冷卻和除水裝置，其中，所述后冷卻器將所述壓縮空氣的溫度冷卻至最低25攝氏度以及最高45攝氏度。
10.如權利要求1所述的冷卻和除水裝置，其中，所述除霧器核心不具有傳熱通道。
11.如權利要求1所述的冷卻和除水裝置，其中，所述除霧器核心包括以偏置模式布置并且釬焊在一起的壓制的鋁片。
12.—種冷卻和除水系統(tǒng)，包括冷卻單元，具有多個隔室，所述冷卻單元包括后冷卻器，設置在第一隔室內，所述后冷卻器包括壓縮空氣核心，所述壓縮空氣核心具有第一傳熱通道和后冷卻器出口 ；以及冷卻器核心，具有第二傳熱通道，所述第二傳熱通道與所述第一傳熱通道處于熱交換關系，所述后冷卻器被配置且被布置以對壓縮空氣進行冷卻；水平空氣流動路徑，設置在第二隔室內，所述第二隔室與所述第一隔室鄰近并且被配置以接納從所述第一隔室排出的壓縮空氣；除霧器核心，設置在第三隔室內，所述第三隔室與所述第二隔室流體連通，所述除霧器核心包括多個散熱片以產生穿過所述除霧器核心的壓縮空氣的波狀流；以及離開隔室，與所述第三隔室鄰近且位于所述除霧器核心的下游，所述離開隔室具有壓縮空氣出口。
13.如權利要求12所述的冷卻和除水系統(tǒng)，還包括流速降低隔室，緊鄰所述第二隔室且與所述水平空氣流動路徑流體連通，所述流速降低隔室具有比所述第二隔室更大的橫截面積以降低水平的空氣流的水平速度。
14.如權利要求12所述的冷卻和除水系統(tǒng)，還包括用于向所述后冷卻器提供壓縮空氣的空氣壓縮機。
15.如權利要求12所述的冷卻和除水系統(tǒng)，其中，所述后冷卻器被配置為接收最大壓強為1400KPa的壓縮空氣。
16.如權利要求12所述的冷卻和除水系統(tǒng)，其中，所述壓縮空氣以第一速度經過所述后冷卻器出口，并且隨后以較低的、約每秒1米的第二速度經過所述除霧器核心。
17.如權利要求12所述的冷卻和除水系統(tǒng)，其中，所述除霧器核心不具有傳熱通道。
18.如權利要求12所述的冷卻和除水系統(tǒng)，其中，所述除霧器核心包括以偏置模式布置并且釬焊在一起的壓制的鋁片。
19.如權利要求12所述的冷卻和除水系統(tǒng)，其中，所述壓縮空氣的溫度降低至最低25 攝氏度以及最高45攝氏度。
20.如權利要求12所述的冷卻和除水系統(tǒng)，其中，所述離開隔室包括水排出道。
21.如權利要求12所述的冷卻和除水系統(tǒng)，其中，所述第二隔室包括大體上豎直的穿孔板，所述大體上豎直的穿孔板從所述第二隔室的底部向上延伸，所述大體上豎直的穿孔板改變空氣流在所述除霧器核心的整個表面上的分布。
全文摘要
水分離器和系統(tǒng)包括壓縮空氣后冷卻器和具有除霧器核心的水/濕氣分離器，除霧器核心包括多個偏置的散熱片。在一個實施方式中，壓縮空氣后冷卻器包括壓縮空氣核心，壓縮空氣核心具有后冷卻器入口、位于壓縮空氣核心的底部的后冷卻器出口、以及一個或多個傳熱通道。一方面，系統(tǒng)包括與后冷卻器基本上一體的濕氣分離器。另一方面，系統(tǒng)包括大體上水平的第一區(qū)域，該第一區(qū)域位于后冷卻器出口下方且與其鄰近；以及擴大區(qū)域，與水平的第一區(qū)域鄰近且與第一區(qū)域流體連通，擴大區(qū)域被配置以降低經過該擴大區(qū)域的壓縮空氣的水平速度。另一方面，除霧器核心與擴大區(qū)域流體連通。在某些方面，除霧器核心包括多個偏置的散熱片，散熱片產生波狀/不平坦的流和/或產生空氣流方向改變。另一方面包括位于除霧器核心的下游的離開區(qū)域，其中，離開區(qū)域具有壓縮空氣出口和凝結物排出道。
文檔編號F28F17/00GK102239380SQ200980148497
公開日2011年11月9日 申請日期2009年12月7日 優(yōu)先權日2009年5月6日
發(fā)明者約翰·斯特羅麥琪, 蒂莫西·J·加魯斯, 蒂莫西·彼馳勒 申請人:艾普爾換熱器集團公司