專利名稱：釬焊板式熱交換器及裝備該熱交換器的空氣蒸餾設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及釬焊板式熱交換器，這種熱交換器包括至少一個在第一方向延伸的流體通道，具有基本平行于第一方向的交換葉片，并且在其長度的中間部分至少有一個再分配區(qū)，再分配區(qū)至少與一個側(cè)集流管連接，并且具有至少沿第二方向延伸的偏轉(zhuǎn)葉片，第二方向與第一方向形成一個角，所述再分配區(qū)占據(jù)了通道的整個寬度，橫向于第一方向，偏轉(zhuǎn)葉片均與交換葉片相通。
文獻(xiàn)“釬焊鋁薄板熱交換器制造商協(xié)會標(biāo)準(zhǔn)”，ALPEMA，1994年第一版，描述了這種熱交換器的不同配置。
本發(fā)明特別涉及(盡管非唯一地)用于加壓液體、特別是加壓致冷液體的蒸發(fā)的熱交換器。
所謂的“泵式”空氣分離器，產(chǎn)生至少一種液態(tài)空氣氣體(一般為氧氣)，在其蒸發(fā)前通過泵進(jìn)行加壓，這樣可避免采用壓縮機(jī)對生成的純氣態(tài)物質(zhì)進(jìn)行壓縮，這在經(jīng)濟(jì)上和技術(shù)上特別有利，并且用氧氣更可靠。加壓液體的加熱和蒸發(fā)在熱交換線內(nèi)進(jìn)行，熱交換線一般由一個或幾個熱交換器殼構(gòu)成，典型的為釬焊鋁板式熱交換器。在加壓液體停止蒸發(fā)的熱交換器處，可以看到該流體的交換系數(shù)急劇變化，這一變化來自于生成物從高交換系數(shù)的二相混合狀態(tài)至低交換系數(shù)的純氣態(tài)的流量變化。這使壁或板以及熱交換器葉片的溫度在局部發(fā)生明顯變化。當(dāng)蒸發(fā)的流體和鄰近的載熱流體之間的溫差很大時，可能大大超過10℃，典型的在10℃和30℃之間，壁和葉片的局部溫度可迅速急劇變化，典型的以重復(fù)方式從5至15℃，這足以引起熱疲勞現(xiàn)象。
當(dāng)所述波動發(fā)生在熱交換器的均勻區(qū)時，疲勞非常有限。相反，與載熱流體通道內(nèi)的偏轉(zhuǎn)葉片比較，當(dāng)流體停止蒸發(fā)時，則疲勞加大。該狀態(tài)對應(yīng)于例如被部分冷卻的空氣的輸出，冷卻空氣通過渦流風(fēng)扇保持設(shè)備的冷卻。熱疲勞現(xiàn)象實(shí)際上由于結(jié)構(gòu)受熱和受力不均勻而加劇，因?yàn)榉峙淙~片或偏轉(zhuǎn)葉片比交換葉片的間距更大、更厚，因而剛度更大，在保證要求的機(jī)械強(qiáng)度的同時，為流體通道提供的剛度更弱。偏轉(zhuǎn)葉片的間距一般大于交換葉片，以減少分配區(qū)的壓力損失，并且，這些偏轉(zhuǎn)葉片因此更厚，以便經(jīng)受壓力。其它不利因素是在再分配區(qū)內(nèi)出現(xiàn)死區(qū)，并且可能有分離棒。
這樣可以看到，在偏轉(zhuǎn)葉片的極限區(qū)域，板有斷裂的趨勢。
在載熱流體輸出和/或進(jìn)入熱交換器處的中間再分配區(qū)內(nèi)，所述熱疲勞現(xiàn)象尤其難以避免。事實(shí)上，根據(jù)設(shè)備的運(yùn)行方式，相鄰?fù)ǖ纼?nèi)蒸發(fā)停止的水平變化很大，而且不可能中和加熱通道很大的高度從而定位再分配區(qū)。
本發(fā)明的目的是提出一種熱交換器結(jié)構(gòu)，它包括至少一個尤其可避免所述缺陷的再分配區(qū)。
為此，本發(fā)明的目的是一個上述類型的熱交換器，其特征在于，偏轉(zhuǎn)葉片的剛度和交換葉片基本相同。
采用根據(jù)本發(fā)明的配置，可以消除再分配區(qū)內(nèi)的死區(qū)，這樣可阻止熱交換器的面積僅隨蒸發(fā)的液體溫度變化，并且保證再分配區(qū)和交換區(qū)之間良好的受熱和受力均勻性。熱疲勞現(xiàn)象因此大大減少。
有了這種配置，分配區(qū)的剛度可與通道剩余部分匹配，并且有利于與溫度變化最小并且最慢的流體進(jìn)行熱交換。
根據(jù)本發(fā)明的一個特征，偏轉(zhuǎn)葉片的幾何比例和交換葉片基本一樣，即，剛度相對較小，并提供良好的熱交換面。在該情況下，最好不使用習(xí)慣上置于再分配區(qū)上下游之間的內(nèi)部分離或密封棒。
相反，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，偏轉(zhuǎn)葉片和交換葉片可以為不同類型(穿孔和非穿孔，及/或交錯的和非交錯的)。
本發(fā)明的目的還在于將這種熱交換器應(yīng)用于加壓液體的蒸發(fā)，典型地用于加壓致冷液體的蒸發(fā)。
這就是為什么本發(fā)明的另一個目的是一種空氣蒸餾設(shè)備，它產(chǎn)生至少一種加壓致冷液體，并且裝備至少一個這種熱交換器，用于蒸發(fā)所述液體。
本發(fā)明的其它特征將在下面參照示意性、但非限定性的實(shí)施方式的描述中體現(xiàn)出來，描述參照附圖進(jìn)行，附圖中—

圖1為根據(jù)本發(fā)明熱交換器的再分配區(qū)的實(shí)施方式示意圖；—圖2為根據(jù)本發(fā)明熱交換器的再分配區(qū)的另一種實(shí)施方式的示意圖；—圖3為根據(jù)本發(fā)明熱交換器的再分配區(qū)的又一種實(shí)施方式的示意圖。
在下面的描述中，并且在圖中，相同或相似元件采用相同的數(shù)字標(biāo)號。為了便于閱讀，圖中未遵照確切的幾何比例。
圖1中以示意的方式示出了金屬釬焊板式熱交換器的壁或板1，將兩個流體通道分開，其中一個是P，如圖1左部橫向剖面所示，它輸送流體，流體通過蒸發(fā)從液態(tài)2轉(zhuǎn)換為氣態(tài)3。在受壓液相停止蒸發(fā)處的分界區(qū)4，在以縱向剖面示出的相鄰?fù)ǖ繮’中，示出了再分配區(qū)5，在此，通常在熱交換器主循環(huán)方向(圖上垂直向下)沿壁1流動的載熱流體從側(cè)面轉(zhuǎn)向集流管6，從而有一部分排出熱交換器(箭頭E)。
傳統(tǒng)上，壁1上有平行的交換葉片7，比較細(xì)并且間距很緊湊(為了不使圖太復(fù)雜，比圖上所示的要緊湊得多)。根據(jù)本發(fā)明，在圖1的實(shí)施方式中，流量通過區(qū)域5的偏轉(zhuǎn)葉片8從側(cè)集流管6流出和流入，偏轉(zhuǎn)葉片8的幾何特性(厚度、形狀、密度)與交換葉片7基本相同，但這里它與交換葉片成直角延伸。正如在圖1上看到的，葉片8順截面為V的棱形區(qū)域分布，棱形區(qū)域在由交換葉片7限定的通道整個橫向截面上延伸，中間葉片8a將通道分為兩個區(qū)，一個是上部，在此，沿葉片7由上往下的載熱流體的全部流量F轉(zhuǎn)向集流管6，另一個是下部，在此，匯入集流管6的載熱流體的一部分向通道P’的下部再分配進(jìn)入交換葉片7。
根據(jù)本發(fā)明，這種配置可消除內(nèi)部密封棒，內(nèi)部密封棒造成力學(xué)上的非均勻性，并形成與流體通道隔離的死區(qū)，因此對壁另一邊唯一的溫度變化而敏感。
為了改善流量在偏轉(zhuǎn)葉片8內(nèi)的分配，最好在偏轉(zhuǎn)葉片的上游(如圖所示)及/或下游設(shè)置一個流動阻力或壓力損失，典型地由一個短截面交換葉片10構(gòu)成，呈硬通道排列，即正交于流量F，并帶有呈擋板或交錯棋盤式排列的間隙。
圖2示出了一種實(shí)施方式，這里，通過對進(jìn)入的流量F預(yù)先確定部分的分流，預(yù)選出分流流體E，其中一部分通過再分配直接穿過再分配區(qū)5。
這里，偏轉(zhuǎn)葉片8和交換葉片7形成一個角，該角大于分配面對角線的角，其高度由集流管6確定。與交換葉片7連接的其中一個葉片8b確定分流進(jìn)入集流管6的流量和直接穿過再分配區(qū)5的流量之間的分離。再分配區(qū)因此有一個矩形梯形截面，其頂點(diǎn)位于與集流管6相對的通道邊上，而其斜邊對著高度。
圖3示出了與圖2接近的實(shí)施方式，但偏轉(zhuǎn)葉片8這次是平行于分配面的對角線，在此用中間偏轉(zhuǎn)葉片8a標(biāo)注，在主通道的一邊至另一邊橫向延伸。這樣，區(qū)域5有一個矩形截面，并且，所有的進(jìn)入流量F都以圖1實(shí)施方式相似的方式向右邊的集流管6d分流，一條外線9將一部分從右集流管6d出來的流量送入左集流管6g，給葉片8供一半的料，葉片8與交換葉片7相通，交換葉片位于再分配區(qū)5的下面。這里再一次指出，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，再分配區(qū)5完全去掉內(nèi)部密封棒，在位于對角線葉片8a兩邊的區(qū)域之間輕微的內(nèi)部寄生滲漏不會產(chǎn)生問題。
在每一種實(shí)施方式中，再分配區(qū)5側(cè)向通往相連的每一個集流管或集流管的整個高度。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，在所有情況下，和交換葉片的類型相同或不相同的偏轉(zhuǎn)葉片8，在形態(tài)上與交換葉片相似，間距相等或相似(達(dá)±10％、±20％或±30％)并且厚度也相等或相似(達(dá)±10％、±20％或±30％)，典型的在0.15和0.5毫米之間，并且為鋁材。最好，壓力損失形成葉片10也一樣，也可以在圖2和3的情況中考慮，如虛線所示。
如上所述，這種熱交換器-分配器結(jié)構(gòu)，典型地通過釬焊部件組裝實(shí)現(xiàn)，采用鋁材或至少部分用不銹鋼，特別可在致冷空氣蒸餾設(shè)備中應(yīng)用，尤其在蒸發(fā)前用泵加壓產(chǎn)生加壓液態(tài)氧，在所述熱交換器中，特別與加壓空氣進(jìn)行熱交換。
權(quán)利要求
1.釬焊板式熱交換器，它包括至少一個沿第一方向延伸的流體通道(P’)，具有基本平行于第一方向的交換葉片(7)，并在其長度的中間部位包括至少一個再分配區(qū)(5)，再分配區(qū)至少與一個側(cè)集流管(6)相連，并且有至少沿第二方向延伸的偏轉(zhuǎn)葉片(8)，第二方向與第一方向形成角，所述再分配區(qū)占據(jù)通道的整個寬度，橫向于第一方向，所有的偏轉(zhuǎn)葉片(8)都與交換葉片(7)相通，其特征在于，偏轉(zhuǎn)葉片(8)的剛度與交換葉片(7)基本相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換器，其特征在于，偏轉(zhuǎn)葉片(8)在形態(tài)上與交換葉片(7)相似。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的熱交換器，其特征在于，偏轉(zhuǎn)葉片(8)和交換葉片(7)的厚度相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的熱交換器，其特征在于，偏轉(zhuǎn)葉片(8)和交換葉片(7)的厚度之間最多相差30％。
5.根據(jù)權(quán)利要求2的熱交換器，其特征在于，偏轉(zhuǎn)葉片(8)和交換葉片(7)的厚度之間最多相差20％。
6.根據(jù)權(quán)利要求2的熱交換器，其特征在于，偏轉(zhuǎn)葉片(8)和交換葉片(7)的厚度之間最多相差10％。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任意一條的熱交換器，其特征在于，偏轉(zhuǎn)葉片(8)和交換葉片(7)的間距相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任意一條的熱交換器，其特征在于，偏轉(zhuǎn)葉片(8)和交換葉片(7)的間距最多相差30％。
9.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任意一條的熱交換器，其特征在于，偏轉(zhuǎn)葉片(8)和交換葉片(7)的間距最多相差20％。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任意一條的熱交換器，其特征在于，偏轉(zhuǎn)葉片(8)和交換葉片(7)的間距最多相差10％。
11.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的熱交換器，其特征在于，偏轉(zhuǎn)葉片(8)的幾何特征和交換葉片(7)基本相同。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一的熱交換器，其特征在于，偏轉(zhuǎn)葉片(8)的類型與交換葉片(7)的不同。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至11之一的熱交換器，其特征在于，偏轉(zhuǎn)葉片(8)的類型和交換葉片(7)相同。
14.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的熱交換器，其特征在于，再分配區(qū)(5)沒有內(nèi)部密封棒。
15.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的熱交換器，其特征在于，偏轉(zhuǎn)葉片(8)與第一方向成正交。
16.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的熱交換器，其特征在于，偏轉(zhuǎn)葉片(8a)從分配區(qū)的一條側(cè)邊延伸至另一條側(cè)邊。
17.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其特征在于，再分配區(qū)(5)有一個V型截面，在通道整個橫向截面上逐步延伸。
18.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的系統(tǒng)，其特征在于，再分配區(qū)(5)有一個梯形截面。
19.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的熱交換器，其特征在于，在再分配區(qū)上連接了兩個相對的側(cè)集流管(6d，6g)，兩個集流管在外部(9)彼此直接相通。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的熱交換器，其特征在于，再分配區(qū)包括斜的偏轉(zhuǎn)葉片(8a)，平行于所述區(qū)的對角線，該區(qū)呈矩形截面。
21.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的熱交換器，其特征在于，交換葉片(7)與產(chǎn)生壓力損失的結(jié)構(gòu)(10)連接，所述結(jié)構(gòu)(10)位于再分配區(qū)(5)的上游和/或下游。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的熱交換器，其特征在于，產(chǎn)生壓力損失的結(jié)構(gòu)(10)由硬通道葉片組成，它的剛度與交換葉片(7)的剛度匹配。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的熱交換器，其特征在于，硬通道葉片(10)在形態(tài)上與交換葉片(7)相似，間距相似達(dá)±30％，厚度相似達(dá)±30％。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的熱交換器，其特征在于，硬通道葉片(10)的類型與交換葉片(7)相同。
25.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的熱交換器，其特征在于，所述通道(P’)是一個載熱流體通道，與液體蒸發(fā)通道(P’)相鄰。
26.根據(jù)上述權(quán)利要求之一的熱交換器，其特征在于，它由釬焊部件組裝而成。
27.上述權(quán)利要求之一的熱交換器的應(yīng)用，用于液體的蒸發(fā)，特別是加壓致冷液體的蒸發(fā)。
28.空氣蒸餾設(shè)備，產(chǎn)生至少一種加壓致冷液體，并裝備有至少一個根據(jù)權(quán)利要求1至26之一的用于該液體蒸發(fā)的熱交換器。
全文摘要
一種熱交換器,可用于加壓液體的蒸發(fā),包括至少一個在第一方向延伸的流體通道(P),具有基本平行于第一方向的交換葉片(7),并在其長度的中間部位包括至少一個再分配區(qū)(5),再分配區(qū)至少與一個側(cè)集流管(6)連接,并且有至少沿第二方向延伸的偏轉(zhuǎn)葉片(8),第二方向與第一方向形成角度,所述再分配區(qū)占據(jù)通道的整個寬度,橫向于第一方向,所有偏轉(zhuǎn)葉片(8)都與交換葉片(7)相通。偏轉(zhuǎn)葉片(8)的剛度與交換葉片(7)基本相同。本發(fā)明應(yīng)用于泵式空氣蒸餾設(shè)備的熱交換器。
文檔編號F28D9/00GK1342258SQ0080442
公開日2002年3月27日 申請日期2000年3月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年3月1日
發(fā)明者讓－伊夫·萊曼 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司