專利名稱：帶銅焊板的熱交換器和相應(yīng)的用于處理雙相流體的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶銅焊板的熱交換器，包括一組由波紋翅片隔板分開的板，和一組由所述板限定的通常為平的形狀的通道，即一系列用于循環(huán)雙相流體的第一通道，各第一通道與至少一個(gè)用于循環(huán)另一加熱或致冷流體的第二通道相鄰。
這種類型的熱交換器可通過在與用于雙相流體的循環(huán)的通道相鄰的通道中分別是冷凝或加熱流體的輔助流體的循環(huán)進(jìn)行氣體的冷凝和/或液體的蒸發(fā)。
為了避免會(huì)降低交換器性能的板的某些區(qū)域的干燥，通常只部分地進(jìn)行液體的蒸發(fā)。同樣地，例如用于低溫氣體純化的冷凝操作通常也只是部分地進(jìn)行。
在這些應(yīng)用中，至少在交換器的長度的一個(gè)區(qū)域中需要能夠分離處理流體的液體和蒸氣相。
在通常的方法中，將需要分離的兩相送至一與交換器相關(guān)但與其結(jié)構(gòu)不同的自由空間中。
本發(fā)明的一個(gè)目的是通過交換器自身的結(jié)構(gòu)來進(jìn)行相的分離，從而簡化整個(gè)裝置的結(jié)構(gòu)。
為此，本發(fā)明提供了一種上述類型的熱交換器，其特征在于，所述第一通道中的至少一個(gè)在其長度的至少一個(gè)區(qū)域包括一通道橫截面的增加，和用于接受和排出雙相流體的兩相之一的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的熱交換器可包括下述特征中的一個(gè)或多個(gè)
熱交換器具有一雙相流體的向上循環(huán)，并且限定所述第一通道的板之一和用于所述其它流體的循環(huán)的一相鄰第二通道的相對板向上延伸超過所述兩通道的分隔板的上端分隔板延伸到所述第二相鄰?fù)ǖ赖纳喜糠忾]桿之上；熱交換器具有一雙相流體的向上循環(huán)，并且所述第二通道向上由上封閉桿限定，其中所有的板向上延伸超過上封閉桿，并且至少除了端板之外的某些板在所述封閉桿的高度之上設(shè)有孔；熱交換器在板之上具有一用于接受所述雙相流體的氣相的頂部汽室；熱交換器在其上端在各中間板間間隙中包括一在出口開口的蒸氣收集器出口分配器，和一覆蓋所有所述出口的蒸氣收集盒；所述上封閉桿為傾斜的；所述第一通道在所述區(qū)域的上游側(cè)包括一中間板，其自由橫截面向上至所述區(qū)域減小，并與封閉半桿形成一用于接受雙相流體的兩相中的一相的空間；熱交換器具有雙相流體的向下循環(huán)，并且所述穴由封閉半桿向上限定并在所述半桿之下包含一在一蒸氣出口上橫向開口的出口分配器；所述區(qū)域靠近所述第一通道的下端，并且所述通道的底部由一封閉桿封閉，該封閉桿是傾斜的并橫向延伸到一液體出口；所述穴朝向上端開口并且下部由傾斜的封閉半桿限定；所述第一通道包括多個(gè)沿其長度隔開的中間板；本發(fā)明還提供了一種用于在一帶銅焊板的熱交換器中處理雙相流體的方法，其特征在于，它包括如下步驟在用于雙相流體的循環(huán)的各通道的長度的至少一個(gè)區(qū)域中增加用于所述雙相流體的橫截面；以及接受其兩相中的一相。
下面參照附圖對本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行描述，附圖中

圖1為根據(jù)本發(fā)明的熱交換器的示意圖；圖2為沿圖1中II-II線截取的放大的部分截面圖；圖3為與圖2相似的視圖，但示出另一實(shí)施例；圖4為與圖1相似的視圖，但示出另一實(shí)施例；圖5為根據(jù)本發(fā)明的熱交換器的另一實(shí)施例的部分縱截面視圖；圖6為沿圖5中線VI-VI截取的部分截面視圖；圖7為將根據(jù)本發(fā)明的熱交換器應(yīng)用于氣體的低溫純化中的示意圖；和圖8為圖7中所示交換器的結(jié)構(gòu)的示意圖。
圖1和2中所示的熱交換器1為具有銅焊板型的。它主要包括一由一組矩形金屬板2構(gòu)成的平行側(cè)的主體，矩形金屬板由波紋翅片隔板3隔開。波紋翅片隔板可為帶孔的波紋板(如圖2中示意地表示)，或者，在另一實(shí)施例中，波紋板在其波紋的側(cè)面上具有鋸齒，叫做＂鋸齒波紋翅片＂。板2的尺寸例如可達(dá)6m×2m。
板2之間限定大量通常為平的形狀的通道。在所示的實(shí)施例中，這些通道被分成兩交替的組用于在蒸發(fā)過程中向上循環(huán)雙相流體F的第一通道4，和用于向下循環(huán)加熱流體f的第二通道5。板2的下邊緣均在同一高度，而向上交替延伸到一較高的高度N1(板2A)和低于N1的高度N2(板2B)。端板向上延伸到較高的高度N1。
如現(xiàn)有技術(shù)中周知，通道4和5的下部各側(cè)由封閉或密封桿限定，留下用于流體自由通過的成排的入口/出口，這些入口/出口由具有半圓柱形的入/出口盒或頂蓋覆蓋。因此，為流體F的入口設(shè)有一底部盒6，為流體f的入口設(shè)置一側(cè)向盒7，為流體f的出口設(shè)置一側(cè)向盒8。各通道5上部由一從流體f的相應(yīng)入口的上部點(diǎn)傾斜的上閉合桿9限定。在板2A和2B之間的各通道5中于桿9之上限定一自由空間10，板2A和2B設(shè)置在通道的各側(cè)。
在各相應(yīng)通道中朝向各盒或蓋6-8以通常的方式設(shè)有一由波紋翅片組件形成的入/出口分配器，其中一些翅片是傾斜的。因而，在交換器的各下部封閉桿之上設(shè)置一分配器，它是在通道4中用于流體F的入口分配器和在通道5中的用于流體f的側(cè)向出口分配器。此外，在各上部桿9之下設(shè)置一用于流體f的側(cè)向入口分配器11。這些分配器在圖1中以點(diǎn)劃線示意地示出。
交換器終止在一上部汽室12，汽室以通常的方式由4塊四分之一圓柱形的板沿其交線焊接在一起而構(gòu)成，其下邊緣沿兩端板2A的上邊緣和交換器的其它兩個(gè)上邊緣焊接在一起?？梢岳斫猓@其它兩個(gè)邊緣由板2A的上邊緣和側(cè)向封閉桿形成。在汽室12的頂部焊接一用于流體F的蒸氣相的出口管13。
只有板2A保留在高度N1和N2之間。這些板然后由波紋翅片14隔開，翅片14的波紋高度只相應(yīng)于一個(gè)節(jié)距，它顯然大于通常的波紋翅片或熱交換器波紋翅片3的波紋的節(jié)距。
在操作中，從液體源通過盒6供應(yīng)至各通道4的流體F逐漸蒸發(fā)。它以雙相狀態(tài)到達(dá)高度N2，在此處提供給流體的通道的橫截面突然增加，即幾乎加倍。流體的速度因而突然下降，這將引起液相的分離，液相在重力作用下下落。然而，在通道4中上升的快速雙相流體使得液體在該通道中不再下降，而是聚集在位于相應(yīng)的通道5的上部桿9之上的穴10中。由于桿9傾斜，液體沿桿下降，通過剛好設(shè)置在該桿的下端之上的液體出口而落入覆蓋這些出口的收集盒15中。
流體F的蒸氣相Fv聚集在汽室12中并通過管道13排出。
在圖3所示的另一個(gè)實(shí)施例中，通道4的橫截面以下述方式增加所有板2向上延伸至上部高度N1，在高度N1和N2之間除了兩個(gè)端板之外，所有的板設(shè)有孔16。
在高度N2之上，板2可由波紋翅片17隔開，其波紋具有和熱交換器的波紋翅片3相同的高度，但具有較大的節(jié)距，從而增加提供給流體F的開口橫截面。
因此，在高度N2之上，板2形成連續(xù)的空間，基本上是提供給上升的雙相流體的橫截面的兩倍。記住該流體在通道4中的速度，液體只回落滴入桿9之上的區(qū)域，并如前所述在側(cè)向排出之前聚集在穴10中。
圖4示意地示出熱交換器的另一個(gè)實(shí)施例，由于它只涉及用于排出蒸氣Fv的裝置，因而它既可應(yīng)用于圖2所示結(jié)構(gòu)，也可應(yīng)用于圖3所示結(jié)構(gòu)。
在圖4所示的結(jié)構(gòu)中取消汽室12，而板2A(在圖2中)或2(在圖3中)向上延伸超過高度N1。在高度N1之上各相分離通道中，即在各限定于板2A(圖2)或2(圖3)之間的通道中設(shè)置一適于使蒸氣Fv返回到通道的中間區(qū)域的出口分配器18。如圖4中所示，分配器18包括兩個(gè)傾斜的波紋翅片19，20，它們向上收斂至一頂點(diǎn)朝下的垂直中間三角形波紋翅片21。該波紋翅片21開口到一上部出口，并且所有出口均由一通常為半圓柱形的出口盒或頂蓋22覆蓋，管13從其中穿出。
圖4中所示的布置使得可以處理頂部汽室不能再接受的高壓雙相流體。
圖5和6示出將本發(fā)明用于下降雙相流體F的情形的可能性，例如在上升的輔助加熱流體f的部分逆流蒸發(fā)的過程中(圖6)。
各通道4的下端由一具有傾斜上表面的下封閉或密封桿23封閉。一中間板24將通道4分割成兩個(gè)位于與桿23分開的一區(qū)域之上的分通道25，26。分通道25是開口的，而分通道26在板24的上邊緣的高度處由一封閉半桿27封閉。在封閉半桿27之下，分通道26包含一由傾斜波紋翅片29和一水平波紋翅片30形成的出口分配器28(圖5)，水平波紋翅片30在一橫向半開口31上開口。所有的半開口均由一出口盒32覆蓋。
在操作中，雙相流體F到達(dá)分通道25中時(shí)加速，然后當(dāng)其在板24的下邊緣流過時(shí)突然減速。蒸氣相Fv在分通道26中上升，然后通過分配器28和盒32排出，而液體相FL向下滴落并聚集在下桿23上，然后通過一出口盒33橫向排出。
圖7示出在根據(jù)本發(fā)明的熱交換器中通過壓力氣體F的重雜質(zhì)的冷凝而純化氣體的過程的示意圖。氣體F在交換器的通道4中向上循環(huán)。在不同的高度，冷凝餾分FL1，F(xiàn)L2，F(xiàn)L3被抽出，在一膨脹閥34中膨脹并大致在交換器的相同高度以逆流方式(即向下)返回到通道5以產(chǎn)生一冷的狀態(tài)。在交換器的冷端(即其上端)，純化氣體F以逆流方式返回到通道5，以恢復(fù)其可感覺到的熱量。
在該過程中，在部分冷凝過程中流體F的兩相必須在需要抽出一液體餾分的高度分開。這可由圖8所示的裝置來完成，下面對其進(jìn)行描述。
各通道4在其高度的主要部分在其厚度內(nèi)由中間分隔板35分隔開。下部板35從兩下部封閉半桿36延伸，在其一側(cè)(圖8中為右側(cè))，由其所限定的半通道由位于距板35的上邊緣之下較短距離的上封閉半桿37封閉。同樣地，各中間板35在其相同側(cè)包括以相同方式設(shè)置的一下封閉半桿36和一上封閉半桿37。
因此可看出各通道4包括一用于流體F的向上循環(huán)的主動(dòng)部分38(圖8中左側(cè)部分)，其厚度為限定通道的兩板2之間的距離的一半(或者在另一個(gè)實(shí)施例中是不同的分?jǐn)?shù))，而只是在分開中間板35的區(qū)域39其厚度等于該距離。
因而，在操作中，在通道4底部通過一分配器40引入的流體F在下部區(qū)域38以相對較高的速度循環(huán)，然后在第一區(qū)域39突然減速，然后在第二區(qū)域38加速，等等。以這種方式，相應(yīng)于增加的較輕的雜質(zhì)的連續(xù)的液體相在區(qū)域39中被分離。由于流體在區(qū)域38中的向上的速度，液體在區(qū)域39的平靜部分，即其右半部分流動(dòng)并收集在限定在桿37之上的空間中。桿37可如前所述傾斜以利于液體的橫向排出。
各對半桿36，37之間的空間42可不使用，或可用于循環(huán)適當(dāng)?shù)牧黧w。
權(quán)利要求
1.一種帶銅焊板的熱交換器，包括一組由波紋翅片隔板分開的板，和一組由所述板限定的通常為平的形狀的通道，即一系列用于循環(huán)雙相流體的第一通道，各第一通道與至少一個(gè)用于循環(huán)另一加熱或致冷流體的第二通道相鄰，其特征在于，所述第一通道中的至少一個(gè)在其長度的至少一個(gè)區(qū)域包括一通道橫截面的增加，和用于接受和排出雙相流體的兩相之一的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換器，其特征在于，具有一雙相流體的向上循環(huán)，其中，限定所述第一通道的板之一和用于所述其它流體的循環(huán)的一相鄰第二通道的相對板向上延伸超過所述兩通道的分隔板的上端，分隔板延伸到所述第二相鄰?fù)ǖ赖纳喜糠忾]桿之上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換器，其特征在于，具有一雙相流體的向上循環(huán)，其中，所述第二通道向上由上封閉桿限定，其中所有的板向上延伸超過上封閉桿，并且至少除了端板之外的某些板在所述封閉桿的高度之上設(shè)有孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3的熱交換器，其特征在于，在板之上具有一用于接受所述雙相流體的氣相的頂部汽室。
5.根據(jù)權(quán)利要求2或3的熱交換器，其特征在于，在其上端在各中間板間間隙中包括一在出口開口的蒸氣收集器出口分配器，和一覆蓋所有所述出口的蒸氣收集盒。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項(xiàng)的熱交換器，其特征在于，所述上封閉桿為傾斜的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的熱交換器，其特征在于，所述第一通道在所述區(qū)域的上游側(cè)包括一中間板，其自由橫截面向上至所述區(qū)域減小，并與封閉半桿形成一用于接受雙相流體的兩相中的一相的空間。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的熱交換器，其特征在于，具有雙相流體的向下循環(huán)，其中所述穴由封閉半桿向上限定并在所述半桿之下包含一在一蒸氣出口上橫向開口的出口分配器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的熱交換器，其特征在于，所述區(qū)域靠近所述第一通道的下端，并且所述通道的底部由一下封閉桿封閉，該封閉桿是傾斜的并橫向延伸到一液體出口窗。
10.根據(jù)權(quán)利要求7的熱交換器，其特征在于，具有一雙相流體的上升循環(huán)，其中所述穴朝向上端開口并且下部由傾斜的封閉半桿限定。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的熱交換器，其特征在于，所述第一通道包括多個(gè)沿其長度隔開的中間板。
12.用于在一帶銅焊板的熱交換器中處理雙相流體的方法，其特征在于，它包括如下步驟在用于雙相流體的循環(huán)的各通道的長度的至少一個(gè)區(qū)域中增加用于所述雙相流體的橫截面；以及接受其兩相中的一相。
全文摘要
帶銅焊板的熱交換器，包括一系列用于雙相流體循環(huán)的第一通道(4)，各通道與至少一個(gè)用于循環(huán)另一加熱或致冷流體的第二通道(5)相鄰。第一通道(4)中的至少一個(gè)在其長度的至少一個(gè)區(qū)域包括一通道橫截面的增加，和用于接受和排出雙相流體的兩相之一的裝置(9，11)。本發(fā)明應(yīng)用于氣體的低溫純化。
文檔編號(hào)F25J3/00GK1160185SQ96104630
公開日1997年9月24日 申請日期1996年4月12日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月14日
發(fā)明者讓-伊維斯·萊曼 申請人:喬治·克勞德方法的研究開發(fā)空氣股份有限公司