专利名称：钎焊板式热交换器及装备该热交换器的空气蒸馏设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及钎焊板式热交换器，这种热交换器包括至少一个在第一方向延伸的流体通道，具有基本平行于第一方向的交换叶片，并且在其长度的中间部分至少有一个再分配区，再分配区至少与一个侧集流管连接，并且具有至少沿第二方向延伸的偏转叶片，第二方向与第一方向形成一个角，所述再分配区占据了通道的整个宽度，横向于第一方向，偏转叶片均与交换叶片相通。
文献“钎焊铝薄板热交换器制造商协会标准”，ALPEMA，1994年第一版，描述了这种热交换器的不同配置。
本发明特别涉及(尽管非唯一地)用于加压液体、特别是加压致冷液体的蒸发的热交换器。
所谓的“泵式”空气分离器，产生至少一种液态空气气体(一般为氧气)，在其蒸发前通过泵进行加压，这样可避免采用压缩机对生成的纯气态物质进行压缩，这在经济上和技术上特别有利，并且用氧气更可靠。加压液体的加热和蒸发在热交换线内进行，热交换线一般由一个或几个热交换器壳构成，典型的为钎焊铝板式热交换器。在加压液体停止蒸发的热交换器处，可以看到该流体的交换系数急剧变化，这一变化来自于生成物从高交换系数的二相混合状态至低交换系数的纯气态的流量变化。这使壁或板以及热交换器叶片的温度在局部发生明显变化。当蒸发的流体和邻近的载热流体之间的温差很大时，可能大大超过10℃，典型的在10℃和30℃之间，壁和叶片的局部温度可迅速急剧变化，典型的以重复方式从5至15℃，这足以引起热疲劳现象。
当所述波动发生在热交换器的均匀区时，疲劳非常有限。相反，与载热流体通道内的偏转叶片比较，当流体停止蒸发时，则疲劳加大。该状态对应于例如被部分冷却的空气的输出，冷却空气通过涡流风扇保持设备的冷却。热疲劳现象实际上由于结构受热和受力不均匀而加剧，因为分配叶片或偏转叶片比交换叶片的间距更大、更厚，因而刚度更大，在保证要求的机械强度的同时，为流体通道提供的刚度更弱。偏转叶片的间距一般大于交换叶片，以减少分配区的压力损失，并且，这些偏转叶片因此更厚，以便经受压力。其它不利因素是在再分配区内出现死区，并且可能有分离棒。
这样可以看到，在偏转叶片的极限区域，板有断裂的趋势。
在载热流体输出和/或进入热交换器处的中间再分配区内，所述热疲劳现象尤其难以避免。事实上，根据设备的运行方式，相邻通道内蒸发停止的水平变化很大，而且不可能中和加热通道很大的高度从而定位再分配区。
本发明的目的是提出一种热交换器结构，它包括至少一个尤其可避免所述缺陷的再分配区。
为此，本发明的目的是一个上述类型的热交换器，其特征在于，偏转叶片的刚度和交换叶片基本相同。
采用根据本发明的配置，可以消除再分配区内的死区，这样可阻止热交换器的面积仅随蒸发的液体温度变化，并且保证再分配区和交换区之间良好的受热和受力均匀性。热疲劳现象因此大大减少。
有了这种配置，分配区的刚度可与通道剩余部分匹配，并且有利于与温度变化最小并且最慢的流体进行热交换。
根据本发明的一个特征，偏转叶片的几何比例和交换叶片基本一样，即，刚度相对较小，并提供良好的热交换面。在该情况下，最好不使用习惯上置于再分配区上下游之间的内部分离或密封棒。
相反，根据本发明的一个方面，偏转叶片和交换叶片可以为不同类型(穿孔和非穿孔，及/或交错的和非交错的)。
本发明的目的还在于将这种热交换器应用于加压液体的蒸发，典型地用于加压致冷液体的蒸发。
这就是为什么本发明的另一个目的是一种空气蒸馏设备，它产生至少一种加压致冷液体，并且装备至少一个这种热交换器，用于蒸发所述液体。
本发明的其它特征将在下面参照示意性、但非限定性的实施方式的描述中体现出来，描述参照附图进行，附图中—
图1为根据本发明热交换器的再分配区的实施方式示意图；—图2为根据本发明热交换器的再分配区的另一种实施方式的示意图；—图3为根据本发明热交换器的再分配区的又一种实施方式的示意图。
在下面的描述中，并且在图中，相同或相似元件采用相同的数字标号。为了便于阅读，图中未遵照确切的几何比例。
图1中以示意的方式示出了金属钎焊板式热交换器的壁或板1，将两个流体通道分开，其中一个是P，如图1左部横向剖面所示，它输送流体，流体通过蒸发从液态2转换为气态3。在受压液相停止蒸发处的分界区4，在以纵向剖面示出的相邻通道P’中，示出了再分配区5，在此，通常在热交换器主循环方向(图上垂直向下)沿壁1流动的载热流体从侧面转向集流管6，从而有一部分排出热交换器(箭头E)。
传统上，壁1上有平行的交换叶片7，比较细并且间距很紧凑(为了不使图太复杂，比图上所示的要紧凑得多)。根据本发明，在图1的实施方式中，流量通过区域5的偏转叶片8从侧集流管6流出和流入，偏转叶片8的几何特性(厚度、形状、密度)与交换叶片7基本相同，但这里它与交换叶片成直角延伸。正如在图1上看到的，叶片8顺截面为V的棱形区域分布，棱形区域在由交换叶片7限定的通道整个横向截面上延伸，中间叶片8a将通道分为两个区，一个是上部，在此，沿叶片7由上往下的载热流体的全部流量F转向集流管6，另一个是下部，在此，汇入集流管6的载热流体的一部分向通道P’的下部再分配进入交换叶片7。
根据本发明，这种配置可消除内部密封棒，内部密封棒造成力学上的非均匀性，并形成与流体通道隔离的死区，因此对壁另一边唯一的温度变化而敏感。
为了改善流量在偏转叶片8内的分配，最好在偏转叶片的上游(如图所示)及/或下游设置一个流动阻力或压力损失，典型地由一个短截面交换叶片10构成，呈硬通道排列，即正交于流量F，并带有呈挡板或交错棋盘式排列的间隙。
图2示出了一种实施方式，这里，通过对进入的流量F预先确定部分的分流，预选出分流流体E，其中一部分通过再分配直接穿过再分配区5。
这里，偏转叶片8和交换叶片7形成一个角，该角大于分配面对角线的角，其高度由集流管6确定。与交换叶片7连接的其中一个叶片8b确定分流进入集流管6的流量和直接穿过再分配区5的流量之间的分离。再分配区因此有一个矩形梯形截面，其顶点位于与集流管6相对的通道边上，而其斜边对着高度。
图3示出了与图2接近的实施方式，但偏转叶片8这次是平行于分配面的对角线，在此用中间偏转叶片8a标注，在主通道的一边至另一边横向延伸。这样，区域5有一个矩形截面，并且，所有的进入流量F都以图1实施方式相似的方式向右边的集流管6d分流，一条外线9将一部分从右集流管6d出来的流量送入左集流管6g，给叶片8供一半的料，叶片8与交换叶片7相通，交换叶片位于再分配区5的下面。这里再一次指出，根据本发明的一个方面，再分配区5完全去掉内部密封棒，在位于对角线叶片8a两边的区域之间轻微的内部寄生渗漏不会产生问题。
在每一种实施方式中，再分配区5侧向通往相连的每一个集流管或集流管的整个高度。
根据本发明的一个方面，在所有情况下，和交换叶片的类型相同或不相同的偏转叶片8，在形态上与交换叶片相似，间距相等或相似(达±10％、±20％或±30％)并且厚度也相等或相似(达±10％、±20％或±30％)，典型的在0.15和0.5毫米之间，并且为铝材。最好，压力损失形成叶片10也一样，也可以在图2和3的情况中考虑，如虚线所示。
如上所述，这种热交换器-分配器结构，典型地通过钎焊部件组装实现，采用铝材或至少部分用不锈钢，特别可在致冷空气蒸馏设备中应用，尤其在蒸发前用泵加压产生加压液态氧，在所述热交换器中，特别与加压空气进行热交换。
权利要求
1.钎焊板式热交换器，它包括至少一个沿第一方向延伸的流体通道(P’)，具有基本平行于第一方向的交换叶片(7)，并在其长度的中间部位包括至少一个再分配区(5)，再分配区至少与一个侧集流管(6)相连，并且有至少沿第二方向延伸的偏转叶片(8)，第二方向与第一方向形成角，所述再分配区占据通道的整个宽度，横向于第一方向，所有的偏转叶片(8)都与交换叶片(7)相通，其特征在于，偏转叶片(8)的刚度与交换叶片(7)基本相同。
2.根据权利要求1的热交换器，其特征在于，偏转叶片(8)在形态上与交换叶片(7)相似。
3.根据权利要求2的热交换器，其特征在于，偏转叶片(8)和交换叶片(7)的厚度相等。
4.根据权利要求2的热交换器，其特征在于，偏转叶片(8)和交换叶片(7)的厚度之间最多相差30％。
5.根据权利要求2的热交换器，其特征在于，偏转叶片(8)和交换叶片(7)的厚度之间最多相差20％。
6.根据权利要求2的热交换器，其特征在于，偏转叶片(8)和交换叶片(7)的厚度之间最多相差10％。
7.根据权利要求2至6中任意一条的热交换器，其特征在于，偏转叶片(8)和交换叶片(7)的间距相等。
8.根据权利要求2至6中任意一条的热交换器，其特征在于，偏转叶片(8)和交换叶片(7)的间距最多相差30％。
9.根据权利要求2至6中任意一条的热交换器，其特征在于，偏转叶片(8)和交换叶片(7)的间距最多相差20％。
10.根据权利要求2至6中任意一条的热交换器，其特征在于，偏转叶片(8)和交换叶片(7)的间距最多相差10％。
11.根据上述权利要求之一的热交换器，其特征在于，偏转叶片(8)的几何特征和交换叶片(7)基本相同。
12.根据权利要求1至11之一的热交换器，其特征在于，偏转叶片(8)的类型与交换叶片(7)的不同。
13.根据权利要求1至11之一的热交换器，其特征在于，偏转叶片(8)的类型和交换叶片(7)相同。
14.根据上述权利要求之一的热交换器，其特征在于，再分配区(5)没有内部密封棒。
15.根据上述权利要求之一的热交换器，其特征在于，偏转叶片(8)与第一方向成正交。
16.根据上述权利要求之一的热交换器，其特征在于，偏转叶片(8a)从分配区的一条侧边延伸至另一条侧边。
17.根据上述权利要求之一的系统，其特征在于，再分配区(5)有一个V型截面，在通道整个横向截面上逐步延伸。
18.根据上述权利要求之一的系统，其特征在于，再分配区(5)有一个梯形截面。
19.根据上述权利要求之一的热交换器，其特征在于，在再分配区上连接了两个相对的侧集流管(6d，6g)，两个集流管在外部(9)彼此直接相通。
20.根据权利要求19的热交换器，其特征在于，再分配区包括斜的偏转叶片(8a)，平行于所述区的对角线，该区呈矩形截面。
21.根据上述权利要求之一的热交换器，其特征在于，交换叶片(7)与产生压力损失的结构(10)连接，所述结构(10)位于再分配区(5)的上游和/或下游。
22.根据权利要求21的热交换器，其特征在于，产生压力损失的结构(10)由硬通道叶片组成，它的刚度与交换叶片(7)的刚度匹配。
23.根据权利要求22的热交换器，其特征在于，硬通道叶片(10)在形态上与交换叶片(7)相似，间距相似达±30％，厚度相似达±30％。
24.根据权利要求23的热交换器，其特征在于，硬通道叶片(10)的类型与交换叶片(7)相同。
25.根据上述权利要求之一的热交换器，其特征在于，所述通道(P’)是一个载热流体通道，与液体蒸发通道(P’)相邻。
26.根据上述权利要求之一的热交换器，其特征在于，它由钎焊部件组装而成。
27.上述权利要求之一的热交换器的应用，用于液体的蒸发，特别是加压致冷液体的蒸发。
28.空气蒸馏设备，产生至少一种加压致冷液体，并装备有至少一个根据权利要求1至26之一的用于该液体蒸发的热交换器。
全文摘要
一种热交换器,可用于加压液体的蒸发,包括至少一个在第一方向延伸的流体通道(P),具有基本平行于第一方向的交换叶片(7),并在其长度的中间部位包括至少一个再分配区(5),再分配区至少与一个侧集流管(6)连接,并且有至少沿第二方向延伸的偏转叶片(8),第二方向与第一方向形成角度,所述再分配区占据通道的整个宽度,横向于第一方向,所有偏转叶片(8)都与交换叶片(7)相通。偏转叶片(8)的刚度与交换叶片(7)基本相同。本发明应用于泵式空气蒸馏设备的热交换器。
文档编号F28D9/00GK1342258SQ0080442
公开日2002年3月27日 申请日期2000年3月1日 优先权日1999年3月1日
发明者让－伊夫·莱曼 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司