专利名称：温度等级集成式换热器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种换热设备，尤其涉及一种温度等级集成式换热器。
背景技术：
在板翅式换热器中，往往有某些流体它的组分相同但是有不同的温度等级需求， 或某一股流体它是分几股在不同的温度等级下进入换热器或在不同的温度等级下抽出换 热器。图1显示了理论上用一台换热器来进行氮气液化的流程图，原料气是同一股40°c的 氮气，但有分别冷却到5°C、-60°C、-120°C、-170°C的需求5°C的氮气进高温膨胀机，-600C 的氮气进中温膨胀机，_120°C的氮气进低温膨胀机，_170°C是被液化的氮气。使用的冷源仅 仅一股-气液两相的氮气。目前，完成上述流程实践中通常需要用五台换热器一台常温冷却器(把氮气 冷却到5°C )，一台高温冷却器(把氮气冷却到-60°C )，一台中温冷却器(把氮气冷却 到-120°C )，一台低温冷却器(把氮气冷却到-170°C )和一台液化器(把氮气液化温度保 持-170°C )。则上述流程变为如图2所示，在第I台换热器中，氮气被冷却到5°C，抽出所 需进入高温膨胀机部分后，剩余部分进入第II台换热器。在第II台换热器中，氮气被冷却 到-60°C，抽出所需进入中温膨胀机部分后，剩余部分进入第III台换热器。在第III台换 热器中，氮气被冷却到-120°C，抽出所需进入低温膨胀机部分后，剩余部分进入第IV台换 热器。在第IV台换热器中，氮气被冷却到-170°C后进入第V台液化器，氮气被液化后流出 第V台换热器。气液两相的低温氮气先进入第V台液化器蒸发，再陆续进入第IV、III、II、 I台换热器，完成复热30°c后离开换热系统。如此配置的换热系统不仅要制造五台单独的 换热器，而且五台换热器之间的管路连接、支架的设置都很麻烦。整个保温箱的体积也要增 大，冷量损失也要加大，能耗也会增加。
发明内容为了解决现有技术存在的上述问题，本实用新型采用的技术方案为一种温度等级集成式换热器，包括芯体，芯体包括叠加放置的多个最小换热单元， 最小换热单元包括非抽出层和抽出层，抽出层在侧面设有一个或一个以上的抽出口。本实用新型可以从抽出层的不同抽出口中分别抽出不同温度的流体，可在同一台 换热器中完成不同温度流体的换热，除了仅制造一台换热器减少了制造工作量、成本以外， 更重要的是取消了换热器之间的管路连接和支架数量，从而使保冷箱内部结构简化紧凑、 体积缩小、冷量损失及能耗降低、制造成本材料消耗减少。
图1为理论上用一台换热器来进行氮气液化的流程图；图2为目前实践中采用多台换热器来进行氮气液化的流程图；图3为本实用新型最小换热单元的结构示意图；[0010]图4为图3中非抽出层的结构示意图；图5为图3中抽出层的结构示意图。
以下结合附图对本实用新型作详细描述。
具体实施方式
本实用新型温度等级集成式换热器包括芯体以及封头、接管等附件。封头和接管 的结构，以及封头、接管以及芯体之间的连接与现有的换热器相同，是本技术领域的普通技 术人员所熟知的技术，在本实用新型中不再作详细描述。本实用新型与现有技术的区别在 于对芯体结构的改进。温度等级集成式换热器的芯体由多个(三个以上)最小换热单元组 成，多个最小换热单元叠加放置，整台换热器的最小换热单元数量由流体的流量来决定。为 了更有效的提高整台换热器的换热效率，把芯体的通道数配置比例设为1 1，一层通道中 通入热流体，另一层通道中通入冷流体。图3示出了本实用新型温度等级集成式换热器的最小换热单元结构。参见图3，最 小换热单元包括非抽出层1和抽出层2。参见图4，非抽出层1采用现有换热器的结构，层 内部设置翅片12，流体入口和流体出口分别设置在非抽出层1的下端部和上端部。在本实 施例中，冷源采用两相的氮气，为了使氮气更均勻的分布于整个非抽出层1的换热断面上， 先把氮气气液分离，气体由下端部的流体入口通入，液体通过液体分配器从非抽出层1的 两个侧面导入，气体氮和液体氮在翅片中流动复温后由上端部的流体出口流出非抽出层1。参见图5，抽出层2由封条71、72、73、74、75、76和77构成流体的对外密封，其余无 封条密封处设置流体进出口，在流体进出口处设有导流片。在该层的上端部设置流体入口 61和导流片40、41，在下端部设置流体出口 62和导流片48、49。在抽出层2的侧面设有三 个抽出口 51、52和53，三个抽出口大概在抽出层2的中部并且分别处在抽出层2的三个不 同高度位置处，这里所述的中部为除了两端部以外适合设置抽出口的位置。在分别与抽出 口 51、52和53对应的位置处设置导流片42、43，导流片44、45以及导流片46、47。在两层 导流片之间分别设置翅片31、32、33和34。在抽出层2中，原料气氮由上端部的流体入口 61进入，经导流片40、41导流转弯后进入翅片31，原料气氮经换热温度达到5°C时，部分氮 气由导流片42、43导流后从第一个抽出口 51抽出，其余部分氮气经导流片42、43导流后进 入翅片32。氮气第一次抽出量的多少由导流片42、43的几何尺寸调节。在翅片32中流动 的氮气当温度达到-60 0C时，部分氮气经导流片44、45导流后从第二个抽出口 52抽出，其余 部分氮气经导流片44、45导流后重新均勻分布进入翅片33。氮气第二次抽出量的多少，由 导流片44、45的几何尺寸调节。在翅片33中流动的氮气当温度达到-120°C时，部分氮气经 导流片46、47导流后从第三个抽出口 53抽出，其余部分氮气经导流片46、47导流后重新均 勻分布进入翅片34。氮气第三次抽出量的多少，由导流片46、47的几何尺寸调节。氮气在 换热翅片34中流动，温度由-120°C继续降低，直至达到液化温度并全部液化，最后由导流 片48、49导流转弯后从流体出口 62流出抽出层2。这样，原料气氮在抽出层中完成整个降 温、液化过程。本实用新型冷热流体通道数的总量由具体的流体总流量、采用的翅片规格等因素 决定。芯体尺寸的大小由总流量的大小决定。一般把芯体的宽度和高度尺寸安排成相接近 的程度，使芯体的断面接近于正方形。而最大的芯体尺寸，由制造厂的工艺设备规模决定。如一个最大的芯体尺寸还不能满足总流量的要求时，可以使用多个芯体并联解决。总之，要 把换热器的数量降到最少，达到使设备外形尺寸最紧凑的目的。从而使整套设备的生产周 期降低，制造成本降低，材料消耗降低，能耗降低，设备的占地面积降低。提高了整套设备的 技术档次。 把上述实施例的流体流动方向旋转180度(进口变出口，出口边进口)，并把热流 体和冷流体对换，则在该换热器的抽出层中一股流体分几股在不同的温度等级下进入换热器。
权利要求温度等级集成式换热器，包括芯体，其特征在于，所述芯体包括叠加放置的多个最小换热单元，所述最小换热单元包括非抽出层(1)和抽出层(2)，所述抽出层(2)在侧面设有一个或一个以上的抽出口(51、52、53)。
2.根据权利要求1所述的温度等级集成式换热器，其特征在于，所述抽出口的数量为 三个，所述抽出口分别设置在所述抽出层(2)的三个不同高度位置处。
3.根据权利要求2所述的温度等级集成式换热器，其特征在于，在所述抽出层(2)中与 所述抽出口对应位置处设置导流片。
专利摘要本实用新型涉及一种温度等级集成式换热器，包括芯体，芯体包括叠加放置的多个最小换热单元，最小换热单元包括非抽出层和抽出层，抽出层在侧面设有一个或一个以上的抽出口。本实用新型利用同一台换热器完成不同温度流体的换热，减少了制造工作量和制造成本，取消了换热器之间的管路连接和支架数量，从而使保冷箱内部结构简化紧凑、体积缩小、冷量损失及能耗降低、制造成本材料消耗减少。
文档编号F28D9/00GK201672830SQ20102019072
公开日2010年12月15日 申请日期2010年5月13日 优先权日2010年5月13日
发明者张国兴, 章有虎, 陈环琴 申请人:杭州中泰过程设备有限公司