專利名稱：流體入口/出口腔和與之有關(guān)的流體循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體入口/出口腔，它用在該流體循環(huán)裝置的主體部分上，該主體部分包括一個供所說流體流入或流出的表面，該腔用來與上述表面密閉地連接。
本發(fā)明特別適用于溫差環(huán)流型或降膜型熱交換器，該交換器主要處理至少一種兩相流體，這方面的例子有常壓蒸餾裝置的蒸發(fā)器/冷凝器，冷凍裝置的蒸發(fā)器，蒸餾塔的再沸器；或者，本發(fā)明適用于放置在狹窄空間的一些熱交換器，如，某些壓縮機(jī)的級間交換器。
本發(fā)明的目的是提供一種便利的入口/出口腔，它易于連接在矩形或正方形輪廓件上，它尤其能很好地承受內(nèi)部壓力而且在與流體輸入或排出管連接時提供了靈活性。
為達(dá)此目的，本發(fā)明的主題即為一種上述的入口/出口腔，其特征在于該腔至少有一部分是由至少一球面或橢球面部分和與該球面或橢球面部分相切的錐形扇面所組成。
特別一提的是，該入口/出口腔可被用來與所說表面的整個周邊相連接。在這種情況下，當(dāng)所說表面是矩形或正方形時，該腔可尤其包括兩個球面或橢球面部分形狀的第一曲面，這兩個第一曲面與矩形或正方形的兩個相對的邊基本上相切；以及四個圓錐形扇面形狀的第二曲面，其頂點分別位于所說表面的四個角上，并且這四個第二曲面成對地與兩個第一曲面相切。
在一個實施例中，所說的球面或橢球面部分為球面或橢球面的四分之一，其子午平面位于所說的表面上，并且所說的圓錐形扇面為錐角為90°的半圓錐面。
在一個實施例中，當(dāng)所說表面為正方形時，兩個第一曲面結(jié)成一體形成一個單一球曲面。
在另一個實施例中，在所說表面具有兩個短邊和兩個長邊的情形下，所說的相對的兩邊是指兩個短邊，并且該腔還包括一個圓柱面，該圓柱面與兩個第一曲面的圓形邊緣相連接，該圓形邊緣與所說的表面相垂直。
該入口/出口腔此外還可包括從上述球面或橢球面部分接出的進(jìn)流或排流管，該管或是直接從上述球面部分或橢球面部分接出的，或是經(jīng)由一過渡曲面從上述球面或橢球面部分接出的，該過渡曲面具有截錐的形狀，尤其是，它是一個與上述球面或橢球面部分相切的曲面。
在一個實施例中，該入口/出口腔相對于所說殼體部分伸出超過所說表面，并且亦被用來與所說殼體的鄰接表面密閉地連接起來。
在這種情況下，根據(jù)一個實施例，該球面或橢球面部分是一個覆蓋住連接兩個所說表面的頂棱的半球或半橢球面，并且該腔還包括由三個軸線相互垂直的圓柱面所形成的另一部分。
根據(jù)一個較好的實施例，該腔完全由曲面組成，尤其是完全由球面或橢球面、圓錐面和圓柱面相切地連接在一起所組成。
本發(fā)明的主題還包括一種流體循環(huán)裝置，它由具有一流體入口/出口表面的一主體部分和如上所述的一入口/出口腔組成，該腔與前述表面密封地相連接。
在所說主體部分是由一排其間構(gòu)成扁平通道的平行板、設(shè)置在這些平行板之間的波紋狀隔離片和用來密封上述通道的擋板所組成時，該擋板對所說流體來說并未封住該流體的入口/出口，則在一個對所說流體處于加壓情形特別有利的實施例中，所說的腔與所說主體部分僅沿由其平行板的端部或密封擋板所形成的該部分的區(qū)域相連接。
在所說裝置的一個實施例中，該腔與所說殼體部分相切地連接。
下面參照附圖對本發(fā)明的實施例進(jìn)行描述，圖中

圖1為按本發(fā)明之熱交換器的局部側(cè)視圖；圖2為該交換器的平面視圖；圖3和圖4分別為類似圖1和圖2的視圖，但是對應(yīng)于另一實施形式；圖5為按本發(fā)明之另一種熱交換器的沿圖6箭頭V的方向視圖；圖6為圖5所示交換器的平面圖；圖7為沿圖6箭頭VII方向的視圖；圖8為沿圖6箭頭VIII方向的視圖，表示了一替換實施形式；圖9為類似圖5的另一替換形式的視圖；圖10為按本發(fā)明之另一種熱交換器的平面圖；圖11為沿圖10箭頭XI方向的視圖。
圖1和圖2示意地表示了一種熱交換器主體1的上部，該熱交換器具有平行六面體形狀，沿鉛垂方向延伸，為板釬焊型。例如，這種交換器是一種常壓蒸餾雙塔的主蒸發(fā)器/冷凝器，屬于溫差環(huán)流型，用來在大氣壓下或在較高壓力下通過冷凝氮來蒸發(fā)液氧，所謂較高壓力為絕對壓力可高達(dá)5巴或更高。以下將參照此例。
更具體地說，主體1由一排鉛垂且相互平行的長方形板2組成，其間設(shè)置有波紋狀隔離片，該隔離片亦形成熱肋片。各對板2限定一通常為扁平形的通道。至少存在有兩組通道，其一組用于構(gòu)成處理流體以氧的循環(huán)，而另一組用來循環(huán)氮，它構(gòu)成在冷凝過程中產(chǎn)生熱的輔助流體。
通道周圍由擋板密封。然而，相應(yīng)于處理流體的擋板在主體1的頂表面3和底表面處被取消。于是，該交換器作為一溫差環(huán)流系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)，被蒸發(fā)的氧進(jìn)行上行循環(huán)，產(chǎn)生液氧。兩相混合物經(jīng)由頂表面3離開主體1。
此外，在主體1的鉛垂側(cè)面上，密封擋板的設(shè)置還應(yīng)使其未封住水平排列的數(shù)排氮入口/出口窗。這些窗由一般為圓柱形的入口/出口箱覆蓋住，如附圖中所示的箱4，該箱設(shè)在主體的上部，用作氣氮經(jīng)由管道5進(jìn)入氮通道的入口。
主體1上還要安裝上一凸殼6，該殼以后將詳述。
主體1由一排板、隔離片和擋板并通過爐中釬焊工藝一步制得。入口/出口箱，諸如箱4，同腔6一樣，是焊在主體1上的。
凸殼6蓋住主體1的與箱4相對的頂棱7，并且具有一寬大的開口，該開口作為單一部分制得，其邊緣位于相互垂直的兩平面中，沿主體的與頂棱7相對的頂棱8及沿主體1的其它兩個頂棱9和10，將開口邊緣密閉地焊接到表面3上。此外，開口邊緣還密閉地焊接到主體1的鉛垂面11上，該鉛垂面沿頂棱7與表面3相鄰。該表面11以下為方便計稱之為“前面”。
凸殼6包括一后部12，該后部具有半穹形狀，由三個金屬板組成～中央金屬板13，具有四分之一圓柱面形狀，該圓柱面具有一水平軸線14，該軸線在交換器主體1的上表面3上并且與頂棱7和8均平行，該金屬板13始于后棱8；和兩個圓柱形側(cè)金屬板15、16，其半徑與金屬板13相同，且具有共同的軸線17，該軸線在表面3上并且位于表面3的中間與頂棱7相垂直，這兩個金屬板分別始自同一表面3的兩側(cè)頂棱9和10。
三個金屬板13、15和16沿其雙截交線18焊在一起，該截交線18從圖2這個平面圖上看具有直角的V形。
凸殼6還包括一球一錐形狀的前部19。更確切地說，該前部基本上由一截頭半球面20組成，該截頭半球面從與金屬板15和16的分界半圓21開始向前延伸，并蓋住主體1的前頂棱7，該分界半圓鉛垂落在軸線14上。在截頭半球面的兩側(cè)設(shè)有金屬板22，該金屬板具有四分之三錐面形狀，其頂點落在主體1的相應(yīng)前頂角上，這兩個錐狀金屬板具有適當(dāng)?shù)拈_口，以便其沿圓23與所說半球面相切地連接，并且其母線分別與頂棱9、10重合。所說半球面位子圓23內(nèi)的部分已被去掉。
由于上述布置，沿交換器主體的三個頂棱8至10將凸殼邊緣焊在主體上所得到的焊縫是直線，并且可將凸殼密封地連在主體的前面11上。凸殼與前面的連接首先沿所說表面11的鉛垂棱進(jìn)行，連接的長度相應(yīng)于沿錐面22的母線，然后沿所說半球面22與所說表面11的截交線上的一段圓弧將凸殼與前面連接起來。
圖3和圖4所表示的替換實施形式與前述實施形式的不同之處僅在于使錐面22、23的頂點向前落在與半球20相切的垂直平面上，結(jié)果，這時兩圓錐的圓錐角為90°。
可見，凸殼6的開口邊緣沿頂棱8、9、10和前面11與主體焊在一起，頂棱8是由板2和擋板的頂端部分形式的，頂棱9和10分別是由最外層的板2A和2B的頂端部分所形成的，而前面11則是由平行板2和密封擋板的鉛垂端部分形成的。
在交換器工作時，離開所說表面3的兩相氧收集在凸殼6中，該凸殼形成一相分離器，并且凸殼相對于主體1向前伸出的那部分形成一儲液容器。為在交換器底部循環(huán)液氧，液氧經(jīng)由靠近凸殼最下端位置的一液體流出孔24排出來，同時，氣態(tài)氧則經(jīng)由位于凸殼最上端位置附近的一氣體流出孔25排出。兩個孔24和25均在半球面20上。
在一附圖中設(shè)有表示的替換形式中，凸殼6可從主體1的兩側(cè)，即前后兩側(cè)向外伸出。這時，金屬板13、15和16用軸線為軸線17的單個半圓柱形金屬板來替換，一等同于前部19的凸殼部分設(shè)在后側(cè)，設(shè)凸殼部分蓋住頂棱8，一方面，將其與半圓柱金屬板和頂棱9和10相連接，另一方面，將其與交換器主體后面相連接。
在又一替換形式中，凸殼6的寬度，即圖2中所示的垂直方向尺寸，可以小于主體1的寬度。這時，軸線為軸線17或與軸線17平行的半圓柱金屬板最好設(shè)置在凸殼的部分12和19之間。
圖5至7表示一流體入口或出口圓頂6A，該圓頂沿交換器主體1的頂表面3的整個周邊與之焊接在一起，所說的上表面是正方形的。該圓頂由五個金屬板組成
一個半球形中央金屬板20A，其鉛垂中心軸線X-X與表面3的一致；和四個金屬板22A，它們具有半錐面形狀，且錐角為90°。每個金屬板22A其頂點在表面3的一個角上，并且每個金屬板均沿一半圓26與金屬板20A相切。
以半圓26為界的半球部分被去掉，將金屬板20A、22A沿這四個半圓焊在一起。圓頂6A沿四個半錐面的八個底部的母線焊在主體1上。
圓頂6A，同圖1至4所示的凸殼6一樣，也很容易連接到平行六面體形狀的熱交換器主體上。而且，它們還特別耐得住內(nèi)部壓力，以致在加壓流體流入或流出而通過它們時的許多應(yīng)用場合下，均可使用它們。
圖5至7中還表示有一圓柱管道27，該管道用來輸入或排出流體，其軸線為X-X并且沿圓28直接與半球20A相連接。當(dāng)然，金屬板20A的位于圓28內(nèi)的球形頂蓋被去掉了。
然而，如圖8所示，管道27可相對軸線X-X傾斜，傾斜得越厲害，其直徑就越小，關(guān)鍵是要保證該管道的整個周邊與半球面相交。
由此可見，圓頂6A的結(jié)構(gòu)給從其上接出輸入或排出管道以很大的靈活性。這本身又使得可較容易地將交換器主體連接到占據(jù)空間相對較小的裝置上，例如，某些壓縮機(jī)的級間熱交換器。
為了在管道27和圓頂腔體之間平滑過渡，從而減少壓頭損耗，作為一替換形式(見圖9)，一過渡金屬板29可通過其小底與管道27相連接，而通過其大底與所說金屬板20A相連接，該過渡金屬板為截頭圓錐形其軸線與管道軸線重合，且其錐角例如為90°。
圖10和11表示了圓頂6A的一個替換形式6B，適于長方形表面3的情形，例如主體1是由兩個沿鉛垂焊縫線30并排焊在一起的相同主體所組成時的情形。
這時，將圓頂6A一分兩半，每一半均包括一個四分之一球面20B和兩個半錐面22A，然后再加上一附加半圓柱形金屬板31，將此金屬板通過其軸向端部與金屬板20B的邊界半圓32相連接，將其邊緣與交換器主體的側(cè)頂棱9和10相連接，由此可得圓頂6B。
可見，上述結(jié)構(gòu)形式使得圓頂可任意加長，結(jié)果，相同的結(jié)構(gòu)也可用來構(gòu)成交換器的入口/出口箱，如圖1和2中的箱4。
在沒畫出的其它替換形式中，所說的腔6、6A和6B可在水平方向或鉛垂方向作相近似的修改，即將所說圓柱面變成圓或橢圓柱面，將所說球面變成橢球面和將所說圓錐面變成橢圓錐面。
此外，無論其形狀如何，所說的腔均可由單一金屬板變形而得，更具體地說，就是通過深拉、鍛壓連續(xù)成形等由單一金屬板制得所說的腔。用少量金屬板，避免按相應(yīng)于如上所述的各種幾何曲面進(jìn)行剪裁也是可能的。
在所有情況下，按本發(fā)明之所說的腔是由曲面沿其連接線互相相切地連在一起所組成的這樣能保證由壓力引起的應(yīng)力場有有利的連續(xù)性。
權(quán)利要求
1.一種用于流體的入口/出口腔，該腔是一種該流體在其中循環(huán)的裝置的一主體(1)所需用的，所說的主體部分包括一用于所說流體的入口/出口表面(3)，該腔(6；6A；6B)是用來與所說表面密封地連接的，其特征在于至少該腔的一部分是由至少一個球面或橢球面部分(20；20A；20B)和與所說球面或橢球面部分相切的圓錐形扇面(22；22A)所組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所說的入口/出口腔，用來與所說表面(3)的全部周邊(8至10)相連接，其特征在于在所說表面(3)為長方形或正方形的情況下，該腔(6A；6B)包括兩個球面或橢球面部分形狀的第一曲面(20A；20B)，這兩個第一曲面基本上與所說長方形或正方形的兩個相對的邊相切；以及四個具有圓錐形扇面形狀的第二曲面(22A)，其頂點分別位于所說表面的四個角上，并且四個第二曲面成對地與兩個第一曲面(20A；20B)相切。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所說的入口/出口腔，其特征在于所說的球面或橢球面部分均為一個球或橢球的四分之一，其子午平面位于所說表面(3)上，所說的圓錐形扇面(22A)是錐角為90°的半圓錐面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所說的入口/出口腔，其特征在于在所說表面(3)為正方形的情形下，所說的兩個第一曲面結(jié)成一體形成一個單一球面(20A)。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3所說的入口/出口腔，其特征在于在所說表面(3)具有兩個短邊和兩個長邊的情形下，所說的相對的兩邊為短邊，該腔(6B)此外還包括一個圓柱面(30)，該圓柱面與所說的兩個第一曲面的圓形邊緣相連接，該圓形邊緣與所說的表面相垂直。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項所說的入口/出口腔，其特征在于該腔包括直接從所說的球形或橢球形部分(20；20A；20B)接出的進(jìn)流/排流管(24，25；27)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任意一項所說的入口/出口腔，其特征在于該腔包括經(jīng)由一過渡曲面(29)從所說的球形或橢球形部分(20A)接出一進(jìn)流/排流管(27)，該過濾曲面具有截錐的形狀，特別是一個與所說的球形或橢球形部分相切的曲面。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中的任意一項所說的入口/出口腔，其特征在于該腔相對于所說主體伸出超過所說表面(3)；并且它亦被用來與所說主體的鄰接表面(11)密封地相連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所說的入口/出口腔，其特征在于所說的球面或橢球面部分是一個覆蓋住頂棱(7)的半球或半橢球面，該棱(7)將所說的兩個表面(3，11)連接起來；并且，該腔(6)此外還包括由三個軸線相互垂直的圓柱形曲面(13，15，16)所形成的另一部分(12)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中的任意一項所說的入口/出口腔，其特征在于它完全由曲面組成，尤其是由球面或橢球面、圓錐面和圓柱面所組成，這些曲面相切地連在一起。
11.流體循環(huán)裝置由包括一流體入口/出口表面(3)的一主體(1)的一部分和按權(quán)利要求1至10中任意一項所說的一入口/出口腔(6；6A；6B)組成，該腔與上述表面密封地連接。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所說的裝置，其中，上述主體(1)的所說部分是由一排其間構(gòu)成扁平通道的平行板(2)、置于這些板之間的波紋狀隔離片和用于密封上述通道的檔板所組成，該檔板對所說流體來說并未封住該流體在所說表面(3)上的入口/出口，其特征在于上述腔(6；6A；6B)與所說主體部分(1)僅沿其由所說的平行板(2)的端部和密封檔板所形成的區(qū)域(3，11；3)相連接。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所說的裝置，其特征在于所說的腔(6A；6B)與所說的主體部分(1)相切地連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種流體輸入/輸出腔，該腔是一種該流體在其中循環(huán)的裝置的主體(1)的一部分所需要的，上述殼體的這部分包括一個供所說流體流入/流出的表面(3)，所說的腔(6A)用來與該表面密封地連接。該腔至少其一部分是由至少一個球面或橢球面部分(20A)和與該球面或橢球面部分相切的圓錐形扇面(22A)所組成。本發(fā)明可應(yīng)用于板釬焊型熱交換器。
文檔編號F25J3/00GK1133431SQ9512018
公開日1996年10月16日 申請日期1995年12月22日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月23日
發(fā)明者克勞德·熱拉爾 申請人:喬治·克勞德方法的研究開發(fā)空氣股份有限公司, 諾頓制冷技術(shù)公司