具有用于抑制液体运动的通道的换热器的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1所述的用于在第一媒介和第二媒介之间间接传热的换热器。
背景技术：
：这样的换热器通常具有壳体和至少一个(也称作“芯”)，该壳体限定用于接收第一媒介的液相的壳体空间，所述换热器块具有用于接收第一媒介的第一传热通路和用于接收第二媒介的第二传热通路，从而热量能间接地在两种媒介之间传递，其中换热器块以其可被位于壳体空间内的第一媒介的液相包围的方式布置在壳体空间中。这样一种换热器例如在“Thestandardsofthebrazedaluminiumplate-finheatexchangermanufacturer'sassociation(ALPEMA)”，第三版，2010年，第67页的图9-1中所示。换热器的这种构造也称作“芯壳式(core-in-shell)”或“块壳式(block-in-shell)”换热器。优选由气化引起的热虹吸效应产生使第一媒介(如制冷剂)穿过至少一个换热器块流动的驱动力。然而，换热器的壳体空间不仅执行存储罐的目的，而且也用作使得第一媒介的产生的蒸气与第一媒介的制冷剂液体或液相分离的分离装置。因此，为了与系统相关的原因，第一媒介的液相的自由表面形成在壳体空间中。在这种情况下，换热器的优选为圆筒形形状的壳体就涉及的纵轴线或圆筒体轴线而言可被水平且竖直地布置。原则上，制冷剂液体主要向上流过换热器块。特别地，没有限制待冷却的流体(第二媒介)的流过方向。如果换热器设置在移动式基座上，例如设置在漂浮体(例如船)上，会带来一些已知的随着充满液体的容器而产生的问题，尤其是容器或壳体空间中的液体能来回移动，从而例如在壳体空间中的多个位置获得随时间变化的液位。因此，例如，换热器块在第一媒介的液相中的浸入深度会变化，这例如可能会降低传热的有效性。因此，必须尽可能地抑制浴(bath)的液体运动到能够确保安全和可靠操作的程度。技术实现要素：针对该背景，本发明的目的因此在于提供一种在本文开始所提及类型的换热器，其能缓解上述问题。该问题通过具有根据权利要求1的特征的换热器解决。因此，提供了多个用于引导第一媒介的圆筒形通道，所述圆筒形通道相互平行地延伸、并且尤其仅与浴或液相流动连接或者浴或液相能流过所述圆筒形通道，所述圆筒形通道相对于所述至少一个换热器块侧向地设置在所述壳体空间中。此处，圆筒形在通常意义上的含义为圆筒体的底部区域(在本申请中为通道的横截面区域)可具有任何所期望的平面区域，其尤其可以以圆形(圆筒体)、矩形、正方形、三角形、或六边形的方式形成。在该情况下，通过沿着不位于平面区域的平面中、且优选垂直于该平面区域或横截面区域延伸的直线或纵轴移动所述平面区域而形成相应的圆筒体。同样，各个通道优选通过壁体在它们的圆周上彼此分离，精确而言所述壁体优选为外周壁体的形式，尤其是完全封闭的壁体。在这种完全封闭的壁体的情况下，在相应通道中沿着通道的纵轴线流动的媒介不能进入(在相对于纵轴线的横向上)相邻的通道。有可能一个通道、一些通道、或所有通道具有它们自己的单独的外周壁体。同样存在这样的可能性，即通道的壁体也形成相邻通道的壁体的一部分。这也可以适用于多个通道或所有通道。基于本发明的方案，当存在换热器的波动运动时，能有利地使换热器的壳体空间中的第一媒介的液相静止。在该情况下，波动运动尤其理解为这样一种运动，即壳体的纵轴线或圆筒体轴线尤其周期性地改变了其空间位置或倾斜度(譬如由于当换热器布置在水体上的漂浮体上时的浪涌)。假如对于按照期望所布置的换热器而言(下文都有这样的假定)，通道例如沿着竖直线对齐，则在换热器的操作期间，液相会在换热器块的上端逸出并且相对于换热器块在横向上再次穿过通道向下流回。在该情况下，通道代表水平方向上的流阻，其抑制了第一媒介的液相沿着水平方向的运动。在通道水平定向的情况下，在换热器的波动运动期间所在通道中的液相可能会来回流动，通道由于受限的流动横截面同样在水平方向上起到流阻的作用，因此抑制第一媒介的液相的相应运动。如果平行通道的纵轴线水平地对齐，尤其会抑制由纵轴线的倾度变化的波动运动引起的液体运动。原则上，所述至少一个换热器块可以为能将热尤其间接地从第二媒介传递至第一媒介的所有可能换热器中的任何一种。然而，换热器块优选为板式换热器。这种板式换热器通常具有多个板或片，所述多个板或片布置成彼此平行并且形成用于传热中所包含媒介的多个传热通路。板式换热器的优选实施例具有多个导热结构，其例如为部分曲折的，尤其是波纹或折叠的，片的形式(已知为翅片)，这些导热结构分别布置在板式换热器的两个平行的分离板或片之间，板式换热器的两个最外层由盖板形成。以该方式，在每两个分离板之间或在分离板和盖板之间由于在中间分别布置的翅片而形成了多个媒介能通过其流动的平行通道或传热通路。因此，能在相邻传热通路中流动的媒介之间进行传热，分配给第一媒介的传热通路称作第一传热通路，且分配给第二媒介的传热通路相应地称作第二传热通路。在每两个相邻分离板之间或在盖板和相邻分离板之间，设置到侧面的优选为用于封闭相应传热通路的终端杆(已知为侧杆)。第一传热通路沿着竖直线向上和向下敞开并且尤其不被终端杆封闭，从而第一媒介的液相能从下方进入第一传热通路并且能在板式换热器的顶部作为液相和/或气相离开第一传热通路。盖板、分离板、翅片和侧杆优选由铝制成并且例如在炉中钎焊在一起。使用具有喷嘴的适当集流室(header)，例如为第二媒介的媒介可被引入分配的传热通路并从这些传热通路排出。换热器的壳体尤其可具有外周、(圆形)圆筒形的壁体，所述壁体在换热器在按期望布置的情况下优选以以下方式对准，即所述壁体或壳体的纵轴线(圆筒体轴线)沿水平线或沿竖直线延伸。在端面上，壳体优选具有彼此相对的、连接至所提到的壁体、并且相对于纵轴线或圆筒体轴线横向延伸的壁。至于换热器的操作模式，正如一开始所解释的那样，优选这样设置，即至少一个板式换热器设计成相对于在相邻第一传热通路中引导的第一媒介冷却和/或至少部分液化在第二传热通路中引导的第二媒介，使得形成第一媒介的气相，所述壳体空间被设计用于收集所述气相。还优选这样设置，即至少一个板式换热器设计成在换热器的操作期间，第一媒介在至少一个板式换热器中上升，具体是在至少一个板式换热器的为此目的设置的第一传热通路中上升，所述至少一个板式换热器尤其设计成在第二传热通路中与第一媒介逆流或横流的方式引导第二媒介。在板式换热器的上端与气相一起离开的第一媒介的液相可以在竖直定向的通道中在板式换热器的侧面再次向下流动。根据本发明的优选实施例，这样设置，即通道或其壁体以它们形成互连单元的方式相互固定，该互连单元也称作管风琴管列(register)。该单元优选由换热器块和/或壳体单独地形成。另外，根据本发明的优选实施例，这样设置，即通道或通道中的至少一些通道形成为沿着它们的各自纵轴线(圆筒体轴线)纵向延伸，即沿着各自纵轴线的延伸长度大于相对于相应纵轴线垂直的各个通道的最大内径。因此，第一媒介的液相能沿着通道的相应纵轴线或圆筒体轴线流过通道，其在两个端面的每个处分别具有开口，液相能借助所述开口进入和离开相应的通道。在该情况下，通道的两个开口沿着相应通道的纵轴线或圆筒体轴线成彼此相对的状态，即相互成一直线。根据本发明的优选实施例，这样设置，即相对于纵轴线，所有通道具有相同的长度。可替换地，根据本发明的优选构造，这样设置，即相对于纵轴线，通道中的一部分或所有通道具有不同的长度以使得所述单元适应于换热器壳体的内侧的弯曲区域。这允许实现复合单元的外侧的遵循内侧区域(例如在中空圆筒形壳体的情况下)轮廓的阶梯式分级(steppedgraduation)。原则上，存在将布置在壳体空间中的单元固定至壳体的可能，使得该单元尤其不与至少一个换热器块接触。可替换地，所述单元也可固定至至少一个换热器块或固定至单独的承载件。根据本发明的一种构造，特别优选这样设置，即各个通道由中空型材形成。优选由金属(例如铝或钢)制成的中空型材在该情况下形成包围各个通道的壁体并由此界定或形成各个通道。中空型材优选以形成所提到的互连单元的方式相互连接。在该情况下，中空型材可相互焊接或通过其它紧固手段适当地彼此固定，从而产生所提到的单元或中空型材管列。根据本发明的另一实施例，通道由多个互连的板形元件(例如片)形成。这些元件可形成为平坦的(例如平坦薄板)或者具有一种结构(例如所提到的元件可形成为横截面上波纹的、或折叠的、或阶梯形的、或锯齿状的元件/片)。各个元件例如可通过彼此装入而相互固定，并且可能会附加地相互紧固。为了实现固定或紧固。可想到钎焊和/或焊接连接、铆钉连接、或其它互锁的摩擦接合和/或材料粘结连接。根据本发明的优选实施例，这样设置，即还相对于按照预期所布置的换热器，通道的纵轴线平行于竖直线延伸。在该情况下，对于卧式壳体而言，通道的纵轴线能相对于壳体的纵轴线或圆筒体轴线垂直地延伸。对于直立壳体而言，竖直通道的纵轴线优选平行于壳体的纵轴线或圆筒体轴线延伸。根据本发明的可替换优选实施例，这样设置，即还相对于按照预期所布置的换热器，通道的纵轴线平行于水平线延伸。在该情况下，对于卧式壳体而言，通道的纵轴线能平行于壳体的纵轴线或圆筒体轴线延伸。对于直立壳体而言，水平通道的纵轴线优选相对于壳体的纵轴线或圆筒体轴线垂直地延伸。根据本发明的优选实施例，也这样设置，即对于水平延伸的通道，所述通道中的至少一些通道具有流动阻滞件或是闭合的，从而对液相产生特定的效果。根据本发明的优选实施例，还这样设置，即所述单元或者可能通道，沿着竖直线的长度至少大于所述至少一个板式换热器或换热器块沿着竖直线的高度的一半，优选大于或等于所述至少一个板式换热器或换热器块沿着竖直线的高度。对于水平通道而言还可以这样设置，即水平通道在其纵轴线上短于在同一方向上可能侧向布置的换热器块的长度。由多个通道或中空型材制成的单元优选布置在至少一个换热器块和壳体或壳体的与所述块水平相对的一部分或内侧区域之间。如果多个分开的换热器块布置在壳体空间中，所述单元也可设置在两个这样的块之间。最后，在一个换热器块和多个换热器块这两种情况下，可设置各自具有多个通道的多个单元，随后各个单元优选布置在换热器块中的一个换热器块和壳体之间(如上所述)或布置在两个相邻换热器块之间。在该情况下，可以上文描述的方式设计各个单元。另外的换热器块优选依次设计成板式换热器，尤其设计成上文描述的形式。附图说明本发明的其他细节和优点将借助下文基于附图对示例性实施例的附图的描述进行解释。所附权利要求中也明确规定了本发明的有利实施例。在附图中：图1为根据本发明的具有直立壳体和竖直通道的换热器的示意性局部剖视图；图2为图1中所示的竖直通道的细节形式的平面图；图3为根据本发明的具有卧式壳体和竖直通道的另一换热器的示意性局部剖视图；图4为根据本发明的具有直立壳体和水平通道的换热器的示意性局部剖视图；图5为图4中所示的水平通道的细节形式的平面图；图6为根据本发明的具有卧式壳体和水平通道的另一换热器的示意性局部剖视图；以及图7为例如可用于图1、图3、图4和图6的实施例的板式换热器的两个传热通路的示意性剖视图。具体实施方式图1连同图2示出了具有直立的、优选(圆形)圆筒形壳体2的换热器1，所述壳体限定了换热器1的壳体空间3。在该情况下，壳体2具有外周、圆筒形的壁体14，该壁体在端面处由两个彼此相对的壁15界定。壳体2的纵轴线或圆筒体轴线与竖直线z重合。在本实施例中，在由壳体2围成的壳体空间3中存在两个水平上布置成彼此紧邻的换热器块4、5，所述换热器块为具有多个平行传热通路P、P’(参照图7)的板式换热器4、5。在本实施例中，各个板式换热器4、5具有多个可以为片的导热结构41，所述片在横截面上形成为曲折的，也就是说例如为波纹、锯齿状的或具有矩形轮廓。这些结构41也被称作翅片41并且分别布置在板式换热器4、5的两个平坦分离板或片40之间。以这种方式，在每两个分离板40之间(或分离板与盖板之间，参见下文描述)形成多个平行通道或者形成传热通路P、P’，相应的媒介M1、M2能流过所述平行通道或传热通路。两个最外层40由板式换热器4、5的盖板形成，并且在每两个相邻的分离板或分离盖板40之间，存在设置到侧面的终端杆42。图7通过示例以细节形式示出了由翅片41和两个相邻分离板40形成的用于第一媒介M1的第一传热通路P以及同样由翅片41和两个相邻分离板40形成的用于第二媒介M2的相邻第二传热通路P’。优选在各个板式换热器4、5中重复通路的这种布置，使得多个第一和第二传热通路P、P’以交替方式相互紧邻地布置。在换热器1操作期间，壳体空间3充满着第一媒介M1。进入换热器1的该进入流通常为两相的，但也可以仅为液体。随后，第一媒介M1的液相F1形成包围板式换热器4、5的浴，第一媒介M1的气相G1在壳体空间3上部区域(该气相可从该上部区域处排出)中在液相F1上方聚集。第一媒介M1的液相F1在板式换热器4、5的第一传热通路P中上升，并且由于间接传热而被待冷却的第二媒介M2部分气化，第二媒介M2在板式换热器4、5的第二传热通路P’中相对于第一媒介M1例如以横流(cross-flow)的方式被引导。由此产生的第一媒介M1的气相G1能在板式换热器4、5的上端处离开并且在块4、5的上方从壳体空间3排出。液相F1的一部分继续在壳体空间3中循环，所提到的这部分在板式换热器4、5中于第一传热通路P中从底部向上传输，随后再次向下流动到壳体空间3中的板式换热器4、5的外部。第二媒介M2被导入板式换热器4、5中，并且在流过所分配的第二传热通路P’后以冷却或液化形态从板式换热器4、5排出。随后，为了当壳体2存在波动运动时(纵轴线或圆筒体轴线绕着竖直线z波动)使壳体空间3中的液相F1静止，如图1所示设置了三个单元100，每个单元具有多个平行通道10，所述平行通道分别沿着平行于壳体2的纵轴线z的纵轴线L延伸。根据图2，这些通道10优选由多个被适当地彼此连接的中空型材11形成、例如界定了圆形-圆筒形通道10、并且同时在两侧的每个端面处具有开口10a、10b，其中一个开口10a朝上并且沿着竖直线z大致布置在相应板式换热器4、5的上端的高度处，且另一相反的开口10b分别朝下并且沿着竖直线z在块4、5的下方终止。通道10优选沿着两个正交的空间方向布置成相互靠近。于是，竖直通道10允许正在上端从第一通路P离开相应板式换热器4、5的液相F1再次向底部循环，在此处液相F1随后在板式换热器4、5的下端进入第一传热通路P，并且由于热虹吸效应被再次向上吸引，由此被部分气化并冷却第二媒介M2。在该实施例中，竖直通道10代表水平方向上的流阻，并因此抑制第一媒介M1的液相F1的相应水平运动，并同时保护所提到的通过通道10的竖直循环。根据图1，单元100中在两个板式换热器4、5之间的一个单元相对于两个块4、5侧向地布置。两个其它的单元100分别布置在板式换热器4、5和壳体2的外周壁体14的水平相邻部分或内侧区域2a之间。图3示出了根据图1的换热器1的变型，其与图1的不同之处在于具有卧式、纵向延伸的壳体2，该壳体沿着与水平线重合的纵轴线或圆筒体轴线延伸，即相对于竖直线z垂直地延伸。与图1不同，此处两个板式换热器4、5沿着壳体2的纵轴线一个在另一个后方地布置，两个块4、5各自横向地在两侧上由以上文所述方式设计的单元100侧接，所述单元100沿着壳体2的纵轴线在两个块4、5的整个组合长度上分别侧接两个块4、5。图4示出了根据图1的换热器1的另一变型，其与图1的不同之处在于通道10水平地延伸，也就是说相对于直立壳体2的与竖直线z重合的纵轴线垂直地延伸。于是，通道10的开口10a、10b分别在水平方向上朝向。根据图1，单元100相对于板式换热器4、5布置，两个块4、5之间的单元100相比于在块4、5的外侧的单元100具有带有更大流动横截面积的通道10。所有单元100沿着竖直线z突出超过板式换热器4、5的上、下端，从而当换热器1存在波动运动时尽可能地使第一媒介M1的液相F1的整个填充液位保持静止，在该波动运动中根据图4的壳体2的纵轴线z改变了其倾斜度，尤其是到了纸张平面的外部。在该实施例中，由液相F1在水平通道中经历的流阻，例如在通道10的开口10a、10b之间来回流动时，产生了静止。根据图4，通道10或单元100可形成有多个横截面为矩形或正方形的中空型材或者由彼此装配或相互紧固的板形元件、尤其是片(参见上文)形成。根据图5，竖直通道10不仅如图4的实施例所示的那样在横截面上形成为矩形，而且可为圆形的。其它的形式同样是可以想到的。为了增大水平方向上的流阻，各个水平通道10可设有附加的流动阻滞件(例如横截面上的阻塞物)12或者被完全封闭。最后图6按照图4的方式示出了具有水平通道10的换热器1，此时换热器的壳体2按照图3的方式形成并且布置成卧式。在该实施例中，在根据图3所放置的一个在另一个后方布置的板式换热器4、5的两侧，每种情况下均在各个块4、5和壳体2的外周壁体14的水平相邻内侧区域或部分之间设置具有多个水平通道10的单元100，这些水平通道一个布置在另一个之上且彼此靠近，但水平通道沿着壳体2的纵轴线的延伸长度小于块3、4沿着该方向的延伸长度。这允许液相F1的竖直循环存在最小的可能扰动(参见上文)。根据图6，另一单元100也沿着壳体2的纵轴线布置在两个块4、5之间。此处，同样以上文基于图4所描述的方式实现第一媒介的液相F1的静止。原则上，互连的(或者各个)中空型材11或通道10可以以不同的横截面形式(例如圆形、矩形、蜂窝形)和长度设置在未被各个板式换热器4、5占据的壳体空间3的任何位置，而主要是在液体填充区域(即靠近块4或5、块4和5、和/或在块4和5之间)。单元或管列100的数量是可适应的。仅由液相F1在竖直方向上或水平方式上流过这些单元100。该组件本身代表了水平方向上的流阻。因此，抑制了水平流动。单元100或通道10在竖直尺寸和水平尺寸上均可适应于各种要求，并且还可能被再分。各个通道10的横截面尺寸是灵活的，并且同样能适应于各种要求。单元100的各个通道10可具有不同的长度。尤其在水平通道10或中空型材11的情况下，为了适应于流阻，各个型材11可被封闭。因此，抑制了水平流动。总之，根据本发明的单元或中空型材管列100允许对容器2中的循环液体F1的流动方向施加大的影响，而不需要为此所设置的很多个单独部件。板式换热器4、5外部的液体体积能在很大程度上被分割，然而为此所进行的生产和组装花费仍然是相对较低的。该分割也允许单元100或通道10/中空型材11具有小的壁厚，这是因为组件100代表了结实本体100并且仅允许小规模的液体运动。适配各个元件10的尺寸和组件100整体上的尺寸实现了对容器2或壳体空间3中的振荡液体F1的自然频率的影响以及对运动的抑制。因此，能避免自然频率激发和高的振幅。特别优选地，根据本发明的换热器1在水体上的漂浮体上使用，例如用作生产液化天然气(LNG)的浮动设施的部件。附图标记列表1换热器2壳体2a内侧3壳体空间4、5板式换热器10通道10a、10b开口11中空型材14壁体15壁40分离板41导热结构或翅片42侧杆100单元M1第一媒介M2第二媒介G1第一媒介的气相F1第一媒介的液相P第一传热通路P’第二传热通路Z竖直线当前第1页1 2 3