專利名稱：流體循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種流體循環(huán)裝置，一方面，它包括一個呈兩面體形狀的殼體，在兩面體的第一面上，至少有一個輸入/輸出流體的孔口，另一方面，它還包括輸入/輸出上述流體的凸殼，該凸殼密閉地蓋住前述孔口。
本發(fā)明特別適用于處理至少一種兩相流體的熱虹吸管型或降膜型的熱交換器，如常壓蒸餾設(shè)置的蒸發(fā)器/冷凝器、制冷裝置的蒸發(fā)器或蒸餾塔的再沸器，或者，本發(fā)明可應(yīng)用于替換置于狹窄空間的交換器，如某種壓縮機的中間交換器。
在上述第一個應(yīng)用場合下，出于安全的考慮，通常必須避免將所述的蒸發(fā)器/冷凝器蒸干。因此，已蒸發(fā)的產(chǎn)物，如來自常壓蒸餾雙塔之低壓塔的底氧，以兩相態(tài)離開交換器，所以必須通過相分離器，以便將液滴從氣相中分離出并且使回收液體成為可能。
在這些熱交換器的傳統(tǒng)工藝中，兩相流體，為將其分離成兩相，借助于一般的半圓柱形輸出箱進行收集并且經(jīng)由一管道，將其傳輸?shù)浇粨Q器的獨立的凸殼中。為制造這種交換器，這種方法涉及許多較為困難的焊接操作，并且會導致一相對復雜、笨重并昂貴的結(jié)構(gòu)。
同樣，在上述第二種應(yīng)用中，交換器殼體通常包括用于輸入/輸出流體的半圓柱箱作其兩端，這就使得將這些箱連接到壓縮機其它部分上變得復雜，并且使得所連起來的裝置顯得笨重。
本發(fā)明的目的是簡化上述類型的熱交換器的結(jié)構(gòu)。為達此目的，本發(fā)明的主題是這種類型的一種熱交換器，其特征在于凸殼相對于所述殼體突出二面體的邊沿外，并且由圓柱形、球形和/或橢球形的金屬板焊接組合而成。
按本發(fā)明之熱交換器可包括一個或多個下述特征所說殼體在所說第一面和一個鄰接的第三面之間形成一第二二面體，凸殼相對于所述殼體亦突出于該第二二面體的邊沿外；凸殼跨過二面體或每個二面體的邊沿，并密閉地連接于二面體或每個二面體的各個表面；所說殼體由一組其間構(gòu)成扁平通道的平行板、置于這些平行板間的波紋狀隔離片和用于密封平行通道的擋板組成，擋板相對于所說流體來說并未封其孔口，凸殼僅在由平行板的端部或擋板所形成部分的表面與所說殼體相連接；凸殼沿與二面體或各個二面體的邊沿垂直的二條線，特別是沿與上述邊沿垂直的表面的兩個邊緣，和所說第一面相連；凸殼由三個圓柱形金屬板組成，兩端金屬板的軸線與中間金屬板的軸線垂直相交；該裝置構(gòu)成一熱交換器，其中，所說殼體與在其上或下端的所說第一面形成平行六面體，所說流體為兩相流體，它經(jīng)由所說孔口離開該殼體，球殼包括位于其底部位置附近的一液體出口和位于其頂部位置附近的一氣體出口；所說的第一面是所說殼體的上表面，液體出口與位于殼體下部的液體入口相連接；
凸殼亦蓋住殼體下表面，該下表面設(shè)有所說的液體入口。
下面參照附圖對本發(fā)明之實施例進行描述，圖中

圖1為按本發(fā)明之熱交換器的示意側(cè)視圖，與第一個實施例相對應(yīng)；圖2為沿圖1箭頭II方向的同一交換器的一個視圖；圖3為表示相同交換器的透視圖；圖4為同一交換器的類似圖2部分的替換形式視圖；圖5為沿圖4箭頭V的方向視圖；圖6為圖4交換器的平面圖；圖7為同一交換器類似圖1部分的另一替換形式的局部視圖；圖8為圖7交換器的底視圖；圖9為同一交換器類似圖1部分的又一變化形式的視圖；圖10為沿圖9箭頭X的方向視圖；圖11為同一交換器類似圖1部分的又另一替換形式的視圖；圖12為圖11熱交換器的底視圖；圖13為同一交換器類似圖1部分的再另一替換形式的視圖；圖14為類似圖13的一替換形式的視圖；圖15為類似圖13的又一替換形式的視圖；圖16為圖15交換器的底視圖；圖17至19為分別類似于圖2至4的視圖，圖18為沿圖17箭頭XVIII的方向視圖，這些視圖對應(yīng)于按本發(fā)明之熱交換器的另一實施例；圖20為類似于圖17的視圖，它表示了本發(fā)明應(yīng)用于熱虹吸管形式的蒸發(fā)器/冷凝器；
圖21為圖20沿箭頭XXI方向視圖；圖22為類似于圖20的一替換形式的視圖；圖23為另一替換形式的類似的視圖；圖24至圖27為示意局部側(cè)視圖，表示了按本發(fā)明之熱交換器可能的修改；圖28和圖29為分別對應(yīng)于圖26和圖27的正視圖；圖30為類似圖2表示其一種替換形式的局剖視圖；圖31為類似圖15表示其一種替換形式的局部視圖；圖32為表示本發(fā)明另一應(yīng)用的示意圖。
熱交換器1示意地表示在圖1至圖3中，該交換器是，例如，常壓蒸餾雙塔的主蒸發(fā)器/冷凝器，或是降膜型主蒸發(fā)器/冷凝器，用來通過冷凝在5至6巴數(shù)量級的絕對壓力下的氮來部分地蒸發(fā)大氣壓下的液氧。這樣的蒸發(fā)器/冷凝器的例子的公開見EP-A-0130122。
交換器1包括一平行六面體形狀的殼體，殼體沿垂直方向延伸，并裝有各種附件。至于稱之為“處理的流體”的一特定的流體，在交換器中循環(huán)并且在殼體2中有部分蒸發(fā)或冷凝發(fā)生，即是說，在所研究的例子中，這些附件包括入口箱3和凸殼5，入口箱3與管道4相連用于向其中供給單相處理流體，而凸殼5則用于將輸出的兩相流體分離成液相和汽相。殼體2還設(shè)有箱6和箱7，它們被分別用于輔助流體(本例中為氮)的輸入和輸出，并分別連于管道8和9上。
更確切地說，殼體2包括一組鉛垂并相互平行的矩形板10，其間設(shè)有波紋狀隔離片，并且形成熱肋片。每對矩形板10構(gòu)成一通常扁平型的通道。至少存在兩組通道，其中之一組用來循環(huán)處理流體而另一組用來循環(huán)輔助流體。
在通道邊緣，用檔板11將其封住。但是，對應(yīng)于處理流體部分的檔板在通道的一側(cè)并未封閉，并且在殼體2的上部，一排該流體的入口窗蓋住了箱3。此外，擋板11對應(yīng)于同一流體部分在殼體2的下面全部去掉。
至于輔助流體，檔板11并未封密與箱3同側(cè)的一組入口窗，但是，在殼體2的底部，這些窗被箱6蓋住。檔板11也未封密位于另一側(cè)和殼體2頂部的一組出口窗，而由箱7蓋住。
殼體2通過碼起矩形板、隔離片和檔板并采用爐中釬焊方法一次釬焊而成。入口/出口箱3、6和7具有通常的半圓柱形狀。它們與下面要討論的凸殼5一樣，通過焊接方法與殼體2連接。
凸殼5由三個圓柱形金屬板焊接而成一方面，中間金屬板12的軸線與水平交線13同軸，該交線13由殼體2的底面與殼體背對箱3和6的鉛垂面相交而得，該中間金屬板其半徑等于矩形板10(見圖1)的寬度W，另一方面，兩側(cè)端金屬板14，其圓柱半徑亦為W，軸線15、16與交線13垂直相交，并且兩側(cè)的矩形板10A和10B(見圖21)，與兩金屬板14分別相切于矩形板10A、10B的下底邊。正如圖1和圖3所示的，每個金屬板14各自水平地延伸至與中間金屬板12的交線處，金屬板12起始于與棱13相對的殼體2的水平棱15，終止于與該殼體相對的鉛垂平面。
這樣得到的具有一個寬孔口的球殼5就制成為一單件，其邊緣是這樣的U型輪廓線與殼體2底面的三個依次相連的邊一致，即兩側(cè)板10A、10B的下邊緣和邊緣15，邊緣15由矩形板和檔板的邊緣組成，曲線輪廓線與U型輪廓線的兩端相接，它由兩圓弧18與一直線段19相連而成(見圖3)。U型輪廓線相應(yīng)地焊在殼體2的三個邊緣上，而曲線輪廓線則焊在相鄰接的鉛垂面20上，鉛垂面20由矩形板10和檔板11的端部構(gòu)成。面20為簡化描述以下稱之為“前面”。
當然，通道在其下部自由地引入球殼5中，該球殼5用作相分離器并向下和向前延伸超出殼體2。所收集的液氧經(jīng)由出口小孔21排出，該小孔22位于球殼的底部位置，而氣態(tài)氧則經(jīng)由位于球殼上部位置的出口小孔22排出。
圖4至圖6所示的替換型式與上述部分僅在以下兩方面不同其一，液氧在殼體2的頂部經(jīng)由入口箱23輸入，入口箱23將該殼體的上面全部蓋??；其二，由側(cè)金屬板14到中間金屬板12的過渡分許多段地完成，即采用許多圓柱扇形體，象柑橘果瓣那樣，彼此之間偏置一定角度，象管道肘形彎管那樣的實現(xiàn)上述過渡。在圖示例子中，在每一側(cè)各有兩個居間過渡金屬板24，每個金屬板24在其相鄰金屬板之間占據(jù)30°角度。
將居間過渡金屬板的數(shù)目增至無窮大，就會得到圖7和圖8中所示的方案，在圖7和圖8中，原金屬板14和24的接合由一個四分之一球面所取代。此外，在圖7、圖8中，已使兩四分之一球面同心，從而不再有中間圓柱金屬板12的側(cè)面，結(jié)果沿邊向外突出的凸殼部分則成一半球面。
上述這種替換型式尤其適于壁厚比較薄的一種簡易交換器殼體的情形，而存在金屬板12卻非常適于并排焊在一起的復式交換器，如圖4中鉛垂焊縫26所示意表示的那樣，即相應(yīng)于一雙體熱交換器。
圖4至圖8的示例，同圖1至圖3中的示例一樣，其位于殼體2下面的凸殼由三個圓柱金屬板12、14組成，圓柱體金屬板12的軸線與金屬板14的軸線垂直，沿其截交線相互焊在一起，從而在平面圖(圖8)中形成一V字形焊縫。這種構(gòu)造以下稱之為“半圓穹”形。
到目前為止所描述的全部實施例，不僅可如降膜型蒸發(fā)器/冷凝器一樣，用在兩相流體基本上處于大氣壓力時，還可用于該流體加壓的情形。實際上，在各個方向呈圓穹形的凸殼形狀使其能夠承受住內(nèi)壓，此外，其與交換器殼體的連接全是連在板10的端部和隔板11上，從而由于凸殼內(nèi)壓而作用在殼體上的拉力永遠不會作用在側(cè)板10A、10B上。
另一方面，對兩相流體處于大氣壓下的應(yīng)用情形，凸殼可與板10A、10B相固接，并且凸殼可采用較簡單的結(jié)構(gòu)形式。因此，在圖9和圖10的實施例中，采用了具有水平軸線26的簡單圓柱金屬板12，圓柱體由殼體2截至其水平徑平面，并且從板10A延伸至板10B。該金屬板焊在殼體2的下后棱15和前面20上。凸殼在金屬板12的每一端均用形狀為半橢圓軸截面的端板27焊在金屬板12的端部和相應(yīng)的板10A或10B上將其密封。泵28用于送回凸殼5中收集的液氧，該泵亦可用于上述各實施例中。
圖11至圖16表示可用于兩相流體在大氣壓下或加壓下的凸殼5的其它可能結(jié)構(gòu)形式。所有這些替換形式都有一位于殼體2后部超過其整個厚度的半穹形部分29。
在圖11和圖12的情形下，半穹形部分的側(cè)金屬板14向前部延伸，并且凸殼包括一圓柱體30，該圓柱體30軸線鉛垂并與側(cè)金屬板14相交，交線為曲線31，該曲線在平面P上，平面P過棱13并向底部和后部傾斜，傾角為45°。高于棱13的圓柱體30的一半被殼體2截去。一半橢圓部分32作端板焊接在圓柱體30的下端，該下端比金屬板14的水平高度要低，而圓柱體30的上端亦被另一個具有水平軸線的圓柱金屬板33截去，該金屬板33夾于面20中以形成一上半穹部分。于是，構(gòu)成凸殼5的29-30-32-33的組合部分仍完全沿板10的下端部分和在前面20上連接到殼體2上。
一種替換形式，即向前伸出的凸殼5的一部分的高度只到棱13水平位置，見圖11點劃線所示。此外，位于平面P中的加強板可自棱13附著于凸殼中。
圖13的替換形式與上述部分的不同之處僅在于半穹部分29的金屬板14向前部延伸進入一單半圓柱體，結(jié)果平面P過棱13向底部和前面傾斜。安置在圓柱體30的半圓柱體部分中用于分離液滴的一適當裝置35也已在圖35中表示出來。
此外，圖14所表示的替換形式還包括一延伸件14A，該件從金屬板14的底部位置向下延伸，從而增加凸殼的液體存貯容量。
在圖15和圖16所表示的實施例中，金屬板14的圓柱體部分延伸進入具有水平軸線的一整圓柱體36并超過面20，在其前部用半橢圓部分37作端板將其密封。
圖17至圖27表示了適于兩相流體從殼體2的上面38流出情形的各種實施例，例如，用在熱虹吸管型的常壓蒸餾雙塔的主蒸發(fā)器/冷凝器。在所有情況下，凸殼蓋過該面38的全部并延伸超過殼體2的前面，從而得到分別高于和低于面38的一頂點和一底點。此外，在所有情況下，凸殼的邊緣并不焊在端板10A、10B上，其原因前面已作闡述。
圖17至圖19所示實施例可通過簡單地顛倒圖1至圖3的實施例而得到。然而，應(yīng)該指出的是，在所研究的蒸發(fā)器/冷凝器中，氮與氧逆流地冷凝，于是為在交換器的下行方向冷凝。圖19業(yè)已簡化，結(jié)果僅表示出殼體2和凸殼5的結(jié)構(gòu)。
在圖20和圖21所示的替換形式中，簡單地加裝了一管道39，該管道39從孔21引出通至箱3，用來返回凸殼5所收集的液氧至箱3，用于進入交換器殼體的液氧的輸入。
同樣，將圖11和圖12所示替換形式顛倒，則可得到如圖22所示的替換形式，在凸殼底部所收集的液氧經(jīng)由一管道41返回進入交換器的一下穹形部分40中，該下穹形部分40焊在殼體2的下面的周邊上。
在圖23所示的替換形式中，凸殼的半圓柱30向下延伸直至與半圓柱伸出部分相交，該半圓柱伸出部分是朝穹形部分40的側(cè)金屬板的前面方向的。交線42在平面P上，該平面P過棱13朝前面和下部傾斜。這樣，一大部分的單一空間把殼體2的上面、前面和下面全部蓋住了。
在圖22和圖23所示方案中，待蒸發(fā)的液氧經(jīng)由管道4A流入凸殼5。
如圖23中點劃線所示，從半圓柱30向半圓柱41的過渡可以是逐漸的，如圓形過渡。
圖24至圖31表示了上述形式可被修改的方式由圖17至圖19所示的結(jié)構(gòu)形式，在圖24中又用點劃線表示出來，圓柱體的中心可被偏置，在側(cè)視圖中，朝底部和后部方向偏置(見圖24)，或者水平地朝后部偏置(見圖25)。這些修改使得，在每一特定應(yīng)用條件下，能夠改變總的空間規(guī)格和儲液容量。
此外，如圖26至29所示，所有這些結(jié)構(gòu)形式可作些水平方向或鉛垂方向的類似變形，即把圓柱體改成橢圓柱體及把球體改成橢球體。
又，凸殼5的寬度可小于殼體2的厚度(見圖30)和/或凸殼5可向殼體2前面和后面延伸并超出殼體2(見圖31)。
圖32表示了如何將本發(fā)明有效地用在不是處理兩相流體的場合一熱交換器體2，亦是板釬焊形式，用在加熱或冷卻一種單相流體，該流體從裝置43，如一壓縮機級中經(jīng)由管道44流出來，并經(jīng)由一管道45流回。借助設(shè)在殼體2各端并橫向突出的凸殼5的結(jié)構(gòu)形式，管道44和45的連接極其便利，并且該組合裝置占空間較小。當然，本發(fā)明適于殼體2只有一端設(shè)有凸殼5的情形。
權(quán)利要求
1.一種流體循環(huán)裝置，它包括其一，一具有兩面體形狀的殼體(2)，在兩面體的第一面上，至少有一個用于輸入/輸出流體的孔口，其二，用于輸入/輸出流體的凸殼(5)，它密閉地蓋住上述孔口；其特征在于凸殼相對于所說的殼體(2)突出于二面體的邊棱(13；54)外，并且由圓柱形、球形和/或橢球形的金屬板(12，14；12，14，24；12，14，25；12，14，30，32，33；12，14，30，36，37)焊接組合而制成。
2.按權(quán)利要求1所述的流體循環(huán)裝置，其中所說的殼體(2)在所說第一面與鄰接的第三面之間形成第二個二面體，其特征在于凸殼(5)相對于所說殼體亦突出于第二個二面體的邊棱(15)外。
3.按權(quán)利要求1或2所述的流體循環(huán)裝置，其特征在于凸殼(5)跨過二面體或每個二面體的邊棱(13，15)，并且密閉地連接于二面體或每個二面體的每一表面。
4.按權(quán)利要求1至3中任意一項所述的流體循環(huán)裝置，其中所說的殼體(2)由一組其間構(gòu)成扁平通道平行板(10)、置于這些扁平通道之間的波紋狀隔離片和用于密封通道的檔板11所組成，檔板對所說流體來說并未封其所說的孔口，其特征在于凸殼(5)僅在由板(10)的端部和檔板(11)所形成的部分表面與所說的殼體(2)相連接。
5.按權(quán)利要求4所說的流體循環(huán)裝置，其特征在于凸殼(5)沿與二面體或每個二面體的邊棱(13，15)相垂直的兩條線，特別是沿與上述邊棱相垂直的表面的兩個邊緣，同所說的第一面相連接。
6.按權(quán)利要求1至5中任一項所說的流體循環(huán)裝置，其特征在于凸殼由三個圓柱金屬板(12，14)組成，兩端金屬板(14)的軸線均與中間金屬板(12)的軸線垂直相交。
7.按權(quán)利要求1至6中任一項所說的流體循環(huán)裝置，它構(gòu)成一熱交換器，其中，所說的殼體(2)與位于其上端或下端的所說的第一面形成平行六面體，所說的流體為兩相流體，它經(jīng)由所說孔口離開該殼體，其特征在于凸殼(5)包括在其底部位置左右的液體出口(21)和在其頂部位置左右的氣體出口。
8.按權(quán)利要求7所說的流體循環(huán)裝置，其中，所說第一面為所說殼體的上表面，其特征在于液體出口(21)與位于殼體(2)較低位置的液體入口(3)相連接。
9.按權(quán)利要求8所說的流體循環(huán)裝置，其特征在于凸殼(5)亦蓋住設(shè)有所說液體入口的殼體(2)的下表面。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種流體循環(huán)裝置，一方面，該裝置包括呈兩面體形狀的殼體(2)，在兩面體的第一面上至少有一個用于輸入/輸出流體的孔口，另一方面，它還包括密封地蓋住上述孔口用于上述流體輸入/輸出的凸殼(5)。凸殼相對于所說殼體(2)伸出于二面體的邊棱(13)外，并且是由圓柱形、球形和/或橢球形的金屬板組合相互焊在一起而得。本發(fā)明應(yīng)用于將板釬焊型熱交換器和相分離器結(jié)合起來或者應(yīng)用于該種交換器中的流體的輸入/輸出。
文檔編號F25J3/04GK1133429SQ95120870
公開日1996年10月16日 申請日期1995年12月20日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月21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)Snc公司