專利名稱：改進的帶釬焊板的熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及帶釬焊板和具有主要沿縱向的流體循環(huán)的熱交換器，該類型的交換器包括一堆平行板和位于這些平行板之間的波紋形隔板，每一對平行板構(gòu)成一個大體呈平的流體通道。它們特別適用在蒸餾空氣的裝置中所用的低溫熱交換器中。
在工業(yè)流程中當使用帶釬焊板的熱交換器時，必須使流體在一部分交換器長度上循環(huán)，而當流程中交換器的互補溫度范圍內(nèi)不必涉及另一種液體的循環(huán)時，人們就面臨下列選擇或者是相應(yīng)通道長度的互補部分構(gòu)成交換器中的會降低總性能的熱滯止空間，或者是在這種隔板中循環(huán)另一種流體，后者在由流體影響的溫度范圍內(nèi)返回到一個較小的流動區(qū)段。該第二種解決辦法從熱量觀點看是較為滿意的，但在本技術(shù)中，它涉及交換器結(jié)構(gòu)的明顯復雜化。特別是增加許多個流體入口/出口用的側(cè)向箱筒。
本發(fā)明的目的是允許選用上述第二解決方案，但費用較低。
為此，根據(jù)第一實施例，本發(fā)明有一個上述類型的帶釬焊板和具有大致流體呈縱向循環(huán)的熱交換器，其特征在于，至少一個第一通道在交換器長度的中間的第一位置處是封閉的，而且剛巧在該位置的旁邊與至少有一個第二通道與之直接連通。
上述第二通道可以在位于相對于第一和第二通道之間的連通點越過第一中間位置的交換器長度中間的第二位置處呈封閉，然后第一和第二通道剛巧在越過該第二中間位置處也相互連通。
在第一改型中，上述第一和第二通道是鄰接的并通過一系列開孔相互連通。
在第二改型中，則相反，上述第一和第二通道由一個用于另一種流體循環(huán)的第三通道所隔開，并通過一組穿過該第三通道的管子而彼此連通。
根據(jù)本發(fā)明的第二實施例，上述類型的帶釬焊板和具有大致流體呈縱向循環(huán)的熱交換器其特征在于，至少一個通道沿其厚度在其長度的兩個中間位置之間被一個中間板分為兩個分通道，第一分通道在上述第一中間位置處封閉并在上述第二中間位置處自由地打開進入上述通道，而第二分通道在上述第二中間位置處封閉并在上述第一中間位置處自由地打開進入上述通道。
根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，上述類型的帶釬焊板和具有大致流體呈縱向循環(huán)的熱交換器其特征在于，至少一個通道沿其長度分為兩個分通道，其中一個分通道在沿交換器長度的第一中間位置處是封閉的。
在這種情況下，另一分通道在沿交換器長度相對于第一中間位置偏置的第二中間位置處是封閉的，使得上述通道在其長度的中間區(qū)域包括一個總的成S形的分隔壁。
下面參照
本發(fā)明的實施例，其中圖1示意表示應(yīng)用本發(fā)明的空氣蒸餾裝置；圖2示意表示該裝置根據(jù)常規(guī)構(gòu)造的主要熱交換器的一部分；圖3示意表示該交換器的同一部分，但按照本發(fā)明的第一實施例配置；
圖4是一種改型的類似視圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明第二實施例的類似視圖；圖6是相應(yīng)的透視示意圖；圖7表示本發(fā)明的第三實施例；圖8是與熱交換器的另一部分有關(guān)的與圖3類似的視圖。
圖1中示出的裝置基本上是FR—A—2688052的圖1中說明的裝置。這種裝置適合于在高壓(例如40巴的數(shù)量級)下生產(chǎn)氣體氧。它主要包括一個由頂上裝有在稍大于1巴的絕對壓力下操作的低壓柱塔3和在約6巴的絕對壓力下操作的中壓柱塔2構(gòu)成的雙蒸餾塔1、一個熱交換管線4、一個低溫冷卻器5、一個液氧泵6、一個冷鼓風機7、一個其轉(zhuǎn)子與冷鼓風機同軸安裝的第一渦輪8和一個由合適的制動器10如交流發(fā)電機制動的第二渦輪9。
熱交換管線4是由釬焊板型的單一熱交換器所組成。
眾所周知，帶釬焊板的熱交換器由一堆通常為矩形的完全相同的平行板組成，它們兩個兩個地形成多個平面通道。板的尺寸可以是大的，例如，對于蒸餾空氣用的裝置的熱交換器，對應(yīng)約1.40m的寬度它們可以具有長達約6m的長度。另一方面，通道的厚度非常小，通常為5至10mm的數(shù)量級。通道的數(shù)目可以為120至150的數(shù)量級。
板的相互間隔是由波紋形的隔板來保證的，隔板同時起散熱片的作用。這些波紋板可以用穿孔的波紋金屬板或通過在其側(cè)面開切口來構(gòu)成(后者是所謂“鋸齒狀”波紋板)，并波紋板具有正方形的、矩形的、正弦波形狀的截面。
通道的周邊全部利用縱向桿和橫向桿密封，除了有限的向外開放區(qū)域外，所有厚度都相同且等于波紋板的高度。這些開放區(qū)域形成流體的垂直對準的入口/出口窗系列，每一系列窗口用一個流體的入口/出口箱筒密封蓋上，箱筒通常為半圓筒形的，設(shè)有一個引入或流回流體用的導管。與一個一定的箱筒相聯(lián)接的窗口自然準備用于相對應(yīng)的流體只包含一定數(shù)目的通道，對于沿軸向從交換器的一端到另一端循環(huán)的流體，箱筒則鄰接交換器的兩端，而沿交換器還設(shè)有補充的箱筒，在本實例中用于中間溫度的流體的入口/出口。
板、波紋板和密封桿通常都用鋁或鋁合金制造，并在釬焊爐中進行釬焊并在一次操作中裝配成密封關(guān)系。而后通過焊接與入口/出口箱筒相連。除了下文在與圖5有關(guān)情況下指明以外，每個通道在其整個長度上具有相同的厚度。
從圖上可以看到雙柱塔的常規(guī)導管，即收集在柱塔2底部的“富液”(富氧的空氣)用的導管11在低溫冷卻器5中低溫冷卻和在膨脹閥12中膨脹成低壓后升至柱塔3的中點；從柱塔2頭部流回的“貧液”(相當純的氮)用的導管13在低溫冷卻器5中進行低溫冷卻和在膨脹閥14中膨脹到低壓后升至柱塔3的頭部；以及用于生產(chǎn)構(gòu)成裝置殘余氣體的不純氮的導管15，該導管通過低溫冷卻器5而后連接到通道16上，用于在熱交換管路4中重新加熱氮氣。這樣重新加熱到環(huán)境溫度的不純氮氣通過導管17從裝置中移出。
泵6從柱塔3底部抽取絕對壓力約1巴的液態(tài)氧，使其達到所要的生產(chǎn)壓力并將其引至熱交換管線的氧蒸發(fā)—再熱通道18。
待蒸餾的空氣在通常為12至17巴的絕對壓力下通過導管19到達并進入兩個系列的通道20、20′，用于在熱交換管線中冷卻空氣。
在小于環(huán)境溫度而接近氧的蒸發(fā)溫度TV(如果氧的生產(chǎn)壓力為超臨界，則為假蒸發(fā)溫度)，該空氣的一部分即由通道20載帶的那一部分由導管21從熱交換管線流出，并引入冷鼓風機7的入口。冷鼓風機使這部分空氣達到19至25巴的絕對壓力，這樣壓縮的空氣通過導管22以大于T1的溫度T2返回到熱交換管線，并在該冷鼓風機的增壓空氣通道23中繼續(xù)冷卻。由通道23輸送的一部分空氣以小于T1的第二中間溫度T3從熱交換管線再一次流回，并在渦輪8中膨脹到中壓(絕對壓力5至6巴)。而離開該渦輪的空氣進入相分離器24，然后，部分送入柱2的底部。從相分離器24來的蒸汽相的一部分在熱交換管線的冷段通道25中受到局部再加熱到比T3低的中間溫度T4，于是在渦輪9中膨脹到低壓，并在中間點處通過導管26引入柱塔3。
由導管20′輸送的空氣繼續(xù)其冷卻過程到熱交換管線的冷端，并液化再低溫冷卻。然后在膨脹閥27中膨脹至中等壓力并引入柱塔2底部上方的幾塊板中。同樣，由通道23輸送而未受渦輪膨脹的空氣則冷卻在熱交換管線28的冷端，然后在膨脹閥28中膨脹到中等壓力并引入柱塔2底部上方的幾塊板中。
這樣，從接近氧液化階段的中間溫度T1壓縮至少一部分進入空氣到溫度T2，將大體上補償由這種蒸發(fā)產(chǎn)生的過冷的熱量引入這兩個溫度之間的熱交換管線中。應(yīng)當注意到，在T2和T1之間，氧與所有處于12至17巴的空氣和被增壓到19至25巴的空氣交換熱量。因此可以獲得一個在熱交換管線熱端非常有利的熱交換圖(縱坐標上為熱焓，橫坐標上為溫度)，只有2至3℃數(shù)量級的小的溫度差。
這種壓縮的鼓風機7由渦輪8驅(qū)動，因而不需要外加能量。如果機械損失一定，由該渦輪產(chǎn)生的致冷量稍大于壓縮熱量，多余的熱量用于保持裝置的致冷。由渦輪9供給這種保持致冷所需的熱平衡。
可以看出，在圖1的實施例中，僅為交換器長度一小部分的流體循環(huán)問題出現(xiàn)兩次一方面，對于在沿交換器4長度的分別對應(yīng)于溫度T2和T1的兩個中間位置之間的增壓空氣用的通道23，而另一方面，對于僅僅從交換器的冷端沿對應(yīng)于溫度T4的長度延伸到中間位置的再熱中壓空氣的通道25。
讓我們首先考慮與圖2—7有關(guān)的通道23。
為了避免因在溫度T2和T1之間存在通道23而在交換器中存在熱滯止的空間，根據(jù)先有技術(shù)，如圖2中所示地引導一個通道向前。
一個通道通過一或兩個入口箱筒28將一小部分待增壓的高壓空氣引入兩組通道20—1和20—2內(nèi)。通道20—1和20—2在兩個分別對應(yīng)于溫度T2和T1的中間點處被橫向桿29和30中斷。
在溫度T2處，空氣通過側(cè)向箱筒31離開，并通過側(cè)向箱筒32僅引入通道20—1，箱筒31和32位于桿29的相對兩側(cè)。通道20—2被桿29擋住而成為通道23。剛巧在桿30(溫度T1)前面，高壓空氣通過側(cè)向箱筒33離開通道20—1，并受鼓風機7增壓而通過鄰近桿29的側(cè)向箱筒34引入通道23。剛巧在桿30前面，該增壓空氣通過側(cè)向箱筒35離開，并正好在桿30之后通過側(cè)向箱筒36重新引入延長通道20—1的通道23—1和延長通道20—2和23的通道23—2內(nèi)。
可以看到，熱滯止空間的過壓要求存在六個側(cè)向入口/出口箱筒31至36。
圖3表示，根據(jù)本發(fā)明，限止交換器的通道20—1和20—2，通過僅僅利用兩個側(cè)向入口/出口箱筒可達到同樣結(jié)果。
桿21僅僅擋住通道20—1，而桿30僅僅擋住通道20—2。通道20—1的延伸部包括一個剛好在桿29之后由側(cè)向入口箱筒37蓋住的側(cè)向入口窗口，而通道20—2包括一個剛好在桿30之前由側(cè)向入口箱筒38蓋住的側(cè)向出口窗口。鼓風機連接在箱筒38的上游和箱筒37的下游。通道20—1通過一系列剛好位于桿29前面的開孔39與通道20—2連通，而通道20—1通過一系列剛好位于桿30后面的開孔40與通道20—2連通。
比較圖2和3，將會看到，通道23是位于桿29和30之間的通道20—1的延伸部中的通道，而在桿30后設(shè)置了增壓空氣用的通道23—1和23—2。
圖3中也示意地表示一個與箱筒37聯(lián)結(jié)的分配波紋板41和一個與箱筒38聯(lián)結(jié)的相似的收集波紋板41。這些波紋板具有釬焊板熱交換器技術(shù)中常見的部分傾斜結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)使交換器的整個寬度可分配沿橫向引入的流體，或者甚至向著橫向出口窗口收集在所述通道的整個寬度上流動的流體。類似的分配/收集波紋板自然也出現(xiàn)在與圖2的入口/出口箱筒28和31至36相聯(lián)結(jié)的情況中。
如在圖3中看到的，因為通道20—1和20—2是鄰接的，所以在通道20—1和20—2或23—1和23—2之間產(chǎn)生由開孔39保證的直接連通。這就有一個缺點，就是這些通道除了通過其兩個表面之一以外在再過熱過程中并不與流體交換熱量。
為了避免這個缺點，可以使用圖4中所示的裝置，其中每個通道20—1或20—2以夾層形式配置在兩個通道42之間，從雙柱塔1來的在加熱過程中的流體就在通道42中循環(huán)。然后利用管子39A、40A在一方面使通道20—1和20—2連通而在另一方面使23—1和23—2連通，管子39A、40A開有開孔39、40，并在每一端裝有圍繞相應(yīng)開孔釬焊的外套管43。
圖5和6表示另一種裝置，允許在同一用途中只使用兩個側(cè)向箱筒37和38。在這種情況下，只有一組通道20。從溫度T2到溫度T1，這些每個通道通過一個中間板44沿其厚度分為兩個分通道。橫桿29A只封閉一個分通道的熱端(對應(yīng)于溫度T2)，而另一個橫桿30A只封閉另一分通道的冷端(對應(yīng)于溫度T1)。第一分通道剛好在桿29A之后通過一個被側(cè)向入口箱筒37蓋住的入口窗口而沿側(cè)向打開，而第二分通道剛好在桿30A之前通過一個被側(cè)向出口箱筒38蓋住的出口窗口而沿側(cè)向打開。每個分通道包含一個相應(yīng)厚度的波紋隔板，通過分配(或收集)波紋板41A完成各分通道面對箱筒37、38的配置。
這樣，在圖5和6的實施例中，通道20具有從T2到T1減少的厚度，其厚度的其余部分由通道23所占。這些通道23具有通道20越過下游桿30A之后的全厚度。
在圖7的實施例中，再一次利用通道20在溫度T2和T1之間的分層，但這種分層利用三個連續(xù)桿橫穿這些通道的寬度，這三個連續(xù)桿在一起構(gòu)成一個通常為S形的分隔壁桿45從交換器的一個側(cè)邊延伸到其寬度的中點；縱向桿46；桿47平行于桿45，從桿46的冷端延伸到交換器的另一側(cè)邊。
一個連到桿45上游側(cè)的傾斜三角形波紋板48將通道20中包含的空氣從桿46的單獨側(cè)(在圖中該桿下方)引導到與側(cè)向出口箱筒38相聯(lián)結(jié)的收集波紋板41B，出口箱筒38剛巧安置在桿47的前面。同樣，側(cè)向入口箱筒37與其分配波紋板41B一起剛好位于在桿45之后。由鼓風機7增壓的空氣首先在余下的半個通道(在圖中桿46的上方)中循環(huán)，然后由連接到桿47下游側(cè)的第二個三角形傾斜波紋板49重新分配到交換器的整個長度上。
相對于圖5和6的實施例，圖7的實施例都具有結(jié)構(gòu)簡化、成本降低與在溫度T2和T1之間壓力降較小的優(yōu)點。
圖8例示將本發(fā)明的圖3實施例用于再熱從圖1中來自渦輪8的中壓空氣，從熱交換器4的冷端到溫度T4再熱通道25在該溫度T4由橫向桿50所封閉，橫向桿50則通過收集波紋板51和側(cè)向出口箱筒52與冷側(cè)相接，側(cè)向出口箱筒52連接在圖1的渦輪9的入口上。在再熱過程中的另一流體(最好來自雙柱塔1的低壓流體)在與通道25鄰接的通道53中循環(huán)，并通過剛好安置在桿50之后(相對于該流體的流動方向)的開孔54與通道25的延伸部55在熱側(cè)上連通。所以在交換器中沒有產(chǎn)生熱滯止空間的中等壓空氣的中間溫度出口能利用一個單一的側(cè)向箱筒52而實現(xiàn)，而常規(guī)的釬焊板熱交換器裝置需要三個側(cè)向箱筒。
當然，在圖8的應(yīng)用中也可以使用圖4的變改型和圖5、6、7的實施例。
權(quán)利要求
1.一種帶有釬焊板和流體呈縱向循環(huán)的熱交換器，它包括一堆平行板和位于這些平行板之間的波紋形隔板，每對平行板形成一個通常為平的流體通道；其特征在于至少一個第一通道在交換器長度中間的一個位置處是封閉的，而剛好在該位置旁邊，與至少一個第二通道直接連通。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換器，其特征在于，上述第二通道在沿交換器長度的一個第二中間位置處是封閉的，該第二中間位置相對于第一和第二通道之間的連通點越過上述第一中間位置，而且其中該第一和第二通道在剛好越過該第二中間位置處也彼此連通。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換器，其特征在于，該第一和第二通道是鄰接的并通過一系列開孔彼此連通。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換器，其特征在于，該第一和第二通道被一個用于循環(huán)另一種流體的第三通道所隔開，并通過一系列穿過該第三通道的管子互相連通。
5.一種帶有釬焊板和流體呈縱向循環(huán)的熱交換器，包括一堆平行板和位于這些平行板之間的波紋形隔板，每對平行板形成一個通常為平的流體通道；其特征在于至少一個上述通道沿其厚度在其長度的兩個中間位置之間被一個中間板分為兩個分通道，第一分通道在上述第一中間位置處封閉并在上述第二中間位置處自由地打開進入上述通道，而第二分通道在上述第二中間位置處封閉并在上述第一中間位置處自由地打開進入上述通道。
6.一種帶有釬焊板和流體呈縱向循環(huán)的熱交換器，包括一堆平行板和位于這些平行板之間的波紋形隔板，每對平行板形成一個通常為平的流體通道；其特征在于至少一個上述通道穿過其寬度而分為兩個分通道，其中一個沿交換器長度在第一中間位置處封閉。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的熱交換器，其特征在于，另一分通道在沿交換器長度相對于第一中間位置偏移的第二中間位置處是封閉的，使得上述通道在其長度的中間區(qū)域包括一個總的成S形的分隔壁。
全文摘要
一種熱交換器，包括一堆平行板和位于這些板之間的波紋形隔板，每對平行板形成一個通常為平的流體通道。某些通道(20)在其長度的一部分上在沿縱向互相偏移的位置處分成兩個封閉的分通道(在45、47處)。用于空氣蒸餾裝置的低溫熱交換器中。
文檔編號F25J3/04GK1129479SQ95190531
公開日1996年8月21日 申請日期1995年4月12日 優(yōu)先權(quán)日1994年4月15日
發(fā)明者弗朗西斯·卡布里, 佛朗哥斯·德海恩, 莫里斯·格奈爾, 馬克·瓦格納 申請人:喬治·克勞德方法的研究開發(fā)空氣股份有限公司