块式热交换器、使用块式热交换器的方法以及属于该交换器的热交换块与流程

本发明涉及块式热交换器的技术领域。本发明更具体地涉及如下块式热交换器：该块式热交换器配备有用于识别在该交换器中循环的流体之一的潜在泄漏的装置。

背景技术：

已知多种热交换器，应当特别提到的有板式交换器、管式交换器或翼式交换器。本发明更具体地涉及包括外壳的块式热交换器，在该外壳中容纳有至少一个热交换块。通常，该外壳收纳彼此上下层叠的多个这些块。

每个块由导热材料制成，导热材料例如是可选地与例如聚合物类型的添加物相关联的石墨。该块(其可以是平行六面体的或圆筒形的)被挖空，使得其具有彼此垂直延伸的两组通道。这些通道旨在用于两种流体的循环，以便这两种流体的相互热交换。通常，第一流体例如为酸，而第二流体为传热流体，特别为水。

对上述热交换块的实施例而言，存在两种主要设计。根据第一种设计，第一通道是纵向的，并在主体的正面上开口，而第二通道是横向的，并在主体的相反侧面上开口。在可选设计中，第一通道和第二通道都是纵向的并在主体的正面上开口。

属于两个邻近层叠块的相反正面相互支撑。此外，末端块被分别放置成抵靠在该外壳的底部和盖件。盖件最终配备有不同的管子，以供应两组通道中的流体以及从这些通道中排出流体。例如从ep-a-0196548或wo-a-2006/081965可以知道块式热交换器。

应理解的是，在该类型的交换器中，密封的技术问题特别重要。事实上，如果在通道中循环的两种流体之一发生泄漏，则存在这些流体之间发生混合的风险。因为彼此接触的流体不再是可用的，所以该泄漏至少造成经济损失，或者如果流体的混合物是危险的(特别是如果混合物是爆炸性的)，则材料和人面临危险。

为了监测在热交换器中循环的流体之间的符合要求的密封，已经提出了各种方案。应特别指出下述文献：wo-a-2005/119197,de-a-19501467或de-a-4331314。然而，这些不同构造不可应用于(至少不可直接应用于)块式交换器。

最后，从fr1421491和fr1465780可以知道由至少两个块形成的热交换器，每个块均被挖空但具有不同的通道。这些通道沿着同心管线分布，两个相邻管线被相应的密封件隔开。然而，就密封问题而言，这种构造不总是符合要求。事实上，以上构造不适合于容纳潜在泄漏物或简单且快速地通知操作者这种泄漏的发生。

也就是说，本发明的一个目的在于提供一种这样的块式热交换器：该块式热交换器相对于现有技术中已知的相同类型的交换器表现出增强的密封。

本发明的另一个目的在于提供一种这样的热交换器：该热交换器能够有效地监测在该交换器的通道中循环的两种流体之间的密封。

本发明的另一个目的在于提供一种这样的热交换器：该热交换器具有相对简单的结构，并可以在不具有任何特别的机械破裂风险(特别是对于在属于该交换器的块中挖空而成的通道而言)的情况下被制造。

技术实现要素：

本发明的一个目的在于提供一种热交换器，其包括：

外壳，其具有底部、盖件和外围套管；

至少一个块，其布置在底部与盖件之间，每个块均包括：主体；所谓的第一纵向通道，其沿着块的纵向形成在主体中，纵向通道在主体的两个相反正面上开口；

热交换器还包括：用于第一流体进入第一通道的第一入口装置；用于第二流体进入第二通道的第二入口装置；用于第一流体离开第一通道的第一出口装置；用于第二流体离开第二通道的第二出口装置；密封装置，其位于第一流体与第二流体之间，

热交换器的特征在于，在两个相反正面之间的界面中的至少一个界面上密封装置包括：至少一个所谓的径向内周密封件，每个内周密封件均在纵向通道的至少一部分的开口区域外部径向地延伸；以及所谓的径向外周密封件，其与一个或多个内周密封件和相反正面一起限定空间，该空间用于容纳一种流体或另一种流体的可能泄漏物，相反正面属于盖件和邻近盖件的块、底部和邻近底部的块、可选的两个邻近块。

根据本发明的交换器的另一个特征，

第二通道是横向的，并且设置有在纵向通道的开口区域外部径向地延伸的单个径向内密封件，容纳空间的形状为环形；

第二通道也是纵向的，并设置有：至少一个第一径向内密封件，每个第一内密封件在第一纵向通道的至少一部分的开口区域外部延伸；以及至少一个第二径向内密封件，每个第二内密封件均在第二纵向通道的至少一部分的开口区域外部延伸；

第一纵向通道和第二纵向通道布置在一系列交替行中，每行的开口区域被相应的径向内密封件包围；

密封装置包括位于两个邻近块之间的所有界面处的所述至少一个内周密封件和所述外周密封件；

密封装置包括位于所有所述界面处的所述至少一个内周密封件和所述外周密封件；

热交换器还包括检测装置，检测装置适合于检测在至少一个环形容纳空间内部中出现的第一流体和第二流体中的至少一者；

热交换器还包括报警器，报警器适合于被检测装置启动；

热交换器包括排出装置，排出装置适合于将容纳在至少一个环形空间中的一种流体或另一种流体的所述潜在泄漏物排出到外壳的外部；

排出装置借助于流体与检测装置通信；

检测装置与外壳相距一定距离，并且设置有适合于将检测装置和排出装置的开口连接起来的连接管部；

排出装置包括至少一个排出管道，每个排出管道均设置在相应块中，并将两个相邻容纳空间连接起来；

排出装置包括排出通道，排出通道布置在底部和/或盖件中，排出通道将容纳空间和外壳外部连接起来；

密封件是被收纳在沟槽中的o形环，这些沟槽分别设置在两个相反正面上。

本发明的另一个目的在于提供一种使用诸如上述热交换器等热交换器的方法，其中，第一流体和第二流体在第一通道和第二通道中循环，以能够使第一流体和第二流体热交换，并且如果在至少一个环形容纳空间中检测到出现所述流体，则停止至少一种流体的循环。

根据本发明的方法的另一个特征，

如果在至少一个环形容纳空间中检测到出现第一流体，则替换至少一个内密封件；

如果在至少一个环形容纳空间中检测到出现第二流体，则替换外密封件。

本发明的一个目的在于提供一种热交换块，其包括：主体；所谓的第一纵向通道，其沿着块的纵向形成在主体中，该第一纵向通道在主体的两个相反正面上开口；所谓的第二横向通道，其沿着块的横向形成在该主体中，该第二横向通道在主体的两个相反正面上开口，

块的特征在于，块在每个正面上还包括：

至少一个所谓的径向内周底座，底座在纵向通道的开口区域外部径向地延伸，该底座适合于收纳第一密封件，

所谓的径向外周底座，其适合于收纳第二密封件，该外周底座与内周底座一起限定环形中间区段；

并且块的特征还在于，至少一个排出管道将相反正面连接起来，并在两个相反环形区段上开口。

本发明可以实现上述目标。本发明所针对的类型的热交换器限定热交换器的组成元件的相反正面之间的一定数量的界面。因此，可以观察到盖件和邻近盖件的块之间的第一界面、底部与相邻块之间的相反界面以及每对邻近块之间的可能额外界面。

本发明涉及两种主要类型的热交换器。根据第一实施例，仅旨在用于第一流体(称为处理流体)的循环的第一通道是纵向的，并在各个块的正面上开口。另一方面，旨在用于传热流体的循环的第二通道是横向的，并在各个块的侧面上开口。在该情况下，内密封件(一个或多个)仅包围位于正面水平上的第一通道的开口。通常提供单个内密封件，从而与外密封件形成环形容纳空间。

根据可选实施例，第一通道和第二通道都是纵向的并在各个块的正面上开口。在该情况下，设置有至少两个内密封件，其中一个内密封件包围第一通道的开口，而另一个内密封件包围第二通道的开口。可以根据各个通道的布置来设置更多数量的内密封件。在第一通道与第二通道布置在一系列交替行的典型情况下，设置有与行数对应数量的内密封件。

本发明首先借助于内密封件(一个或多个)来确保进行热交换的两种流体之间的密封。在该内密封件/这些内密封件发生故障的情况下，由于存在外密封件而容纳流体的潜在泄漏物。在上述界面中的至少一个界面上(特别是在每对邻近块之间的所有界面上，优选地在上述所有界面上)设置该双重保险。特别是与涉及这两种流体之间的单个密封件的方案相比，本发明提供了增强的密封和安全性。

就这一点而言，应指出的是，在根据fr1421491和fr1465780的交换器中，观察到在开口区域外部延伸的单个密封件。换句话说，该交换器的所有密封件对限定了正常流体流动通道开口的空间。因此，该交换器不会限定容纳潜在泄漏物的空间。

在一个密封件发生故障的情况下，本发明基本上还可以立即通知操作者。根据容纳在环形空间中且随后被排出到交换器外部的流体的类型，操作者知道这两个密封件中的哪一个密封件没有工作。然后，操作者在恢复使用本设备之前对该有缺陷的密封件进行完全替换。

应注意的是，本发明可以基本上消除两种流体之间的任何接触风险。事实上，仅在如下情况下发生这种接触(实际上极不可能发生)：两个密封件从工作状态同时改变成缺陷状态。在最常见的情况下，仅这些密封件中的一个密封件停止工作，而其他密封件仍然工作。操作者被立即告知，并且切断流体的流动并替换有缺陷的密封件。

因此，根据本发明的交换器特别适合于两种高临界流体之间的热交换。应当指出例如如下情况：两种流体中的一种流体具有高纯度而使得这种流体不接受任何污染的情况或者这些流体之间的混合物可能导致爆炸或有害气体的排放的情况。

最后，与根据现有技术的常规块相比，属于根据本发明的交换器的块具有较少数量的附加机械部件。此外，这些机械部件设置在距流体流动通道一定距离处。因此，这些块的制造不会导致破裂风险的显著增大。此外，在操作中，这些块表现出良好的鲁棒性和使用寿命。

附图说明

在下文中将参考附图并给出非限制性实例来描述本发明，其中：

图1是示出了根据本发明的热交换器的纵向剖视图；

图2是示出了属于图1的交换器的块的剖切透视图；

图3是更详细地示出了根据本发明的热交换器的纵向端部的与图1类似的纵向剖视图；以及

图4至图6是以非常大的比例示出了两个块之间的接合区域的纵向剖视图，这两个块分别处于密封构造以及处于在该交换器中循环的两种流体中的一者或另一者的两种泄漏构造。

图7是示出了属于根据本发明的可选实施例的热交换器的热交换块的俯视图。

图8和图9是示出了在图7的交换器中循环的两种流体中的一者或另一者的两种泄漏构造的与图7类似的俯视图。

具体实施方式

在附图中使用下述附图标记。

如图1具体地示出的那样，根据本发明的第一实施例的热交换器大体上包括多个热交换块1至3、底部4、盖件5和外围套管6。在实例中，已示出了彼此上下层叠的三个块，但应理解的是，可以设想不同数量的块。这些组成元件的相反正面之间的界面从上至下被标记为135、123、112和114。

在下文中，将更具体地描述块1的结构，应理解的是，块2和块3具有类似结构。这些块2和3的与块1的机械元件等同的机械元件被分配相同的附图标记，前缀“1”分别被“2”或“3”替换。这些不同的块由现有技术中已知的任意合适的材料(例如石墨)制成。

如图2具体示出的那样，块1具有横截面为圆形的圆筒形状。作为选择，块1可以具有不同的形状，特别是平行六面体，更特别是立方体。l1指的是块1的与交换器的主轴线l平行的主轴线或纵轴线。考虑到旨在进行相互热交换的两种流体的流动，以本身已知的方式挖空该块1，使得块1具有不同的通道。

首先，观察与轴线l1平行的第一组通道10(被称为纵向通道)，第一组通道10在块的相反正面11和11’上开口。此外，倾斜地(特别是垂直于轴线l1)延伸的第二组横向通道12在块的相反侧面13和13’上开口。在运行中，分别在第一组通道和第二组通道中循环的两种流体进行热交换。这些通道彼此分开，即，这些通道彼此不相通。

在正面11上，用虚线示出了纵向通道的所谓的开口区域14。圆形的该区域14连接外围纵向通道的外边缘。类似的开口区域(未示出)与另一正面11’相关联。

每个正面均被挖空有两个同心沟槽，这两个同心沟槽中的一个同心沟槽15或15’指的是径向内沟槽，而另一个同心沟槽16或16’指的是径向外沟槽。每个内沟槽15和15’均形成在开口区域的外部，即，该沟槽的内边缘远离外围通道的开口。

沟槽15、15’、16和16’适合于形成例如o形环类型的密封部件的底座。在所示实施例中，沟槽15、15’、16和16’具有呈圆弧形状的横截面。然而，沟槽15、15’、16和16’可以采用适合于收纳前述密封部件的任意其他外形。由内沟槽和外沟槽的相反边缘限定的两个环形中间区段被标记为17和17’。

块1挖空有沿着方向l1完全延伸的管道18，管道18通过将两个中间区段17和17’连接起来而在正面11和11’上开口。可以设想到设置与管道18类似的多个管道，这些管道优选地规则且成角度地分布。非限制性的是，每个管道的横截面均在0.1mm(毫米)与50mm之间。

就制造过程而言，以常规方式形成通道10和20。同样在制作通道之前或之后基于类似方法对管道18穿孔。最后，同样在制作通道之前或之后利用任意合适方式形成各个沟槽15、15’、16或16’。

再次参考图1，底部4被挖空有开口41，开口41旨在用作第一流体进入通道10的入口。该入口与位于上游侧且未示出的流体源连接。类似的是，盖件5被挖空有开口51，开口51旨在用作第一流体从通道10流出的出口。该出口与位于下游侧且未示出的回收箱连接。

块1至3的层叠体被套管6包围，套管6与底部和盖件一起限定收纳外壳。通常来说，该套管具有边缘61，边缘61适合于将套管固定到属于底部的板42上(见图3)。类似的是，本发明设置有适合于将套管固定到盖件上的装置。

该套管与块的相反壁部一起限定外围腔体62，外围腔体62用于旨在与块1至3中的第一流体进行热交换的第二流体的循环。因此，套管配备有该第二流体的相应入口63和出口64，入口63和出口64分别与流体源和回收箱连接。

在最后三段中列举的各个机械元件是本身已知的类型。因此，在下文中将不会更详细地描述这些机械元件。

图4示出了位于块1与块2之间的层叠部。各个沟槽15、25’、16和26’中收纳有两个o形环j1和j2。块的正面11和21’构造为面对，从而提供功能间隙i1和i2，为了清晰示出，已在附图中放大了间隙i1和i2的厚度。

此外，属于区段17、27’以及密封件j1、j2的相反壁部之间形成有所谓的插入容纳空间e。该空间为环形，即，该空间在界面112的整个外周上延伸。在块1和2中成中空的管道18和28通向该空间e中。

如图3所示，块1和底部4之间的层叠部与块1和块2之间的上述层叠部类似。观察两个o形环j’1和j’2，这两个o形环j’1和j’2被插入到该块1与该底部4的相反正面之间。这些密封件和这些正面限定与上述容纳空间e类似的环形容纳空间e’。

底部4被进一步挖空有排出通道43，排出通道43将环形空间e’与外壳外部连接起来。该通道的位于盖件的外侧正面上的开口被标记为44。该开口的壁部收纳任意适合类型的管部70的第一端，其中，管部70的另一端与检测部件80接合。当检测部件80检测到在不同的块1至3中循环的两种流体中的一者或另一者到达时，检测部件80适合于借助于报警器82向操作者发送信号。该信号可以是任意合适的类型，特别是声音、图像或电子音乐。

观察类似的层叠部，首先观察块2与块3之间的层叠部，其次观察块3与盖件5之间的层叠部。分别在各个界面123和135处，两个o形环被插入到这些机械元件的相反面之间，从而限定另外两个容纳空间。此外，块3被挖空有与形成在块1中的管道18类似的管道。另一方面，盖件没有配备例如底部的通道43等通道。

现在在下文中将说明上述热交换器的使用。

进行热交换的第一流体经由入口开口41进入，并在经由出口开口51被排出之前依次流动到通道10、20和30中。第二流体经由入口管子63进入，并在经由出口管子64被排出之前流动到通道12、22和32中。在图1中，这些流动用分别呈虚线和点划线的箭头表示。

图4更具体地示出了块1与块2之间的流体的流动，应理解的是，在块2与块3之间、在块1与底部之间以及在块3与盖件之间，该流动是类似的。当这些流体渗入到各个间隙i1和i2时，这些流体与密封件j1和j2接触。在图4所示的正常操作中，这些密封件j1和j2可操作为使得：密封件j1和j2阻止流体朝环形空间流动，并且这些流体之间没有发生混合。如在该图4中示意性示出的那样，没有流体流动到管部70中，因此检测器80和报警器82未启动，从而用虚线表示管部70。

另一方面，如图5所示，现在让我们假设内密封件j1是有缺陷的。因此，发生第一流体的从间隙i1朝安全空间e的泄漏。应注意的是，由于存在仍然工作的密封件j2，因此该第一流体不能与出现在间隙i2中的第二流体进行接触。该第一流体然后沿着管道18前进，并随后沿着通道43前进。

第一流体随后经由管部70从外壳朝检测部件80排出。检测部件80启动报警器82，报警器82通知操作者需要关闭设备的运行。操作者被进一步告知以该方式排出的流体的性质，以能够执行对第一密封件j1的完全替换。

如图6所示，现在让我们假设外密封件j2是有缺陷的，发生第二流体的从间隙i2朝安全空间e的第二泄漏。应注意的是，由于存在仍然工作的密封件j1，因此该第二流体不能与出现在间隙i1中的第一流体进行接触。

该第二流体随后经由管道18、通道43和管部70朝检测部件前进。如在先前情况中那样，操作者被告知该故障，从而停止设备的使用，并执行对该第二密封件j2的替换。

如果在上方的块3与盖件5之间的界面处发生一种流体或另一种流体的泄漏，则流体在经由通道43被排出之前依次沿着管道38、28和18被排出。如果在块2与3之间的界面处发生该泄漏，则流体在经由通道43被排出之前依次沿着管道28和18被排出。最后，如果在下方的块1与底部4之间的界面处发生该泄漏，则流体直接经由通道43被排出。

管道18、28、38和通道43形成适合于使流体的潜在泄漏物前进到外壳外部的排放装置。无论这些管道和该通道是纵向取向的还是横向取向的，他们都不会通向到流体流动通道中。

图7示出了属于根据本发明的可选实施例的热交换器的热交换块201。在该附图中，与前述附图中的机械元件等同的机械元件被分配了数字增加200的相同附图标记。

图7中的块201与图1至图6中的块的区别首先在于块201的形状是矩形，它们的区别还在于两组通道是平行的并在各个块的正面上开口，在该附图中，仅示出一个正面211。因此，首先，观察与前述附图中的第一组通道10类似的第一组通道210。与前述附图中的横向通道12相反的是，第二组通道由纵向通道212形成。

这些不同通道210和212大致平行，即，这些通道彼此不相通。如在前述附图中的实施例中那样，分别在第一组通道和第二组通道中循环的两种流体进行热交换。这两种流体具有与上述两种流体相同的类型。

更具体地说，通道由在俯视图中交替布置的平行行形成。这样，观察第一通道210的三行r1至r3以及第二通道212的两行r’1和r’2。在图7中，用虚线示出了纵向通道的各个开口区域(即，用于第一组的行的dr1至dr3和用于第二组的行的dr’1、dr’2)。具有矩形形状的各个区域沿着通道的各行的外围延伸。

正面211被挖空有所谓的内矩形沟槽，每个内矩形沟槽均在相应开口区域的外部延伸。不同的内沟槽收纳例如与第一实施例的密封件j1等同的各个密封部件jr1至jr3以及jr’1和jr’2。该正面211被进一步挖空有所谓的外围矩形沟槽，外围矩形沟槽包围上述不同的内沟槽。该外沟槽收纳例如与第一实施例的密封部件j2等同的密封部件jp。

由上述内沟槽和外沟槽的相反边缘限定的中间区段被标记为217。在块201的另一正面上类似地限定有中间区段(未示出)。该块被进一步挖空有多个管道218，这些管道218通常平行于通道210和212并在正面上开口，从而将上述限定的两个中间区段连接起来。在所示实例中，提供了这些管道中的被置于块的拐角附近的四个管道，应理解的是，可以设想不同数量的管道和/或这些管道的不同布置。

当块201被层叠在类似块(未示出)上时，这些邻近块限定与前述附图中的容纳空间e类似的容纳空间e201。该空间被属于区段217和邻近块的第二区段(未示出)的相反面、密封件jp、jr1至jr3和jr’1、jr’2限定。如在第一实施例中那样，其他容纳空间由其他邻近块的相反壁部、底部和邻近该底部的块的相反壁部以及盖件和邻近该盖件的相反壁部有利地形成。

在图7所示的正常操作中，内密封件可操作为使得：它们阻止流体朝容纳空间流动，并且这些流体之间没有发生混合。

让我们假设密封件jr1至jr3中的一个密封件(例如密封件jr1)是有缺陷的，因此，发生第一流体朝安全空间e201的泄漏。应注意的是，由于存在仍然工作的密封件jr’1和jr’2，因此该第一流体不能与第二流体进行接触。该第一流体随后沿着管道218(沿着图8中所示的虚线)前进。第一流体然后如第一实施例中那样在被排出到外壳外部之前流动到与通道43类似的通道(未示出)中。

现在，让我们假设密封件jr’1或jr’2中的一个密封件(例如密封件jr’1)是有缺陷的，发生第二流体朝安全空间e201的泄漏。应注意的是，由于存在仍然工作的密封件jr1至jr3，因此该第二流体不能与第一流体进行接触。该第二流体随后沿着管道218(沿着图9中所示的点划线)前进。然后，第二流体在被排出到外壳外部之前流动到上一段落提到的通道(未示出)中。

本发明不限于以上描述和表示的实例。具体而言，已示出了o形环分别作为内密封部件和外密封部件。然而，可以设想到用例如多重密封件等任意其他合适的密封件来替换这些o形环。