具有用于排放液相的收集通道的换热器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种换热器(1)，其用于在第一介质(F1)与第二介质(F2)之间间接交换热量，所述换热器包括壳体(2)，所述壳体具有用于接收所述第一介质(F1)的液相(L1)的壳空间(3)；以及至少一个板式换热器(4)，所述板式换热器被布置在所述壳空间(3)中，用于接收所述第一介质和第二介质(F1，F2)，当如所意图操作时，所述板式换热器(4)被所述第一介质(F1)的液相(L1)围绕。根据本发明，提供位于所述壳空间(3)中的收集通道(5)以便将所述第一介质(F1)的液相(L1)的一部分排出所述壳空间(3)。
【专利说明】具有用于排放液相的收集通道的换热器
[0001]本发明涉及一种如例如在“Thestandards of the brazed aluminium plate-fin heat exchanger manufacturer’s associat1n(ALPEMA)，，，第三片反，2010年，第67页的图9-1中所示的换热器。所述换热器具有壳体(casing)( “壳”)，所述壳体围绕壳空间；以及布置在所述壳空间中的至少一个板式换热器(“芯”)。换热器的这种实施方案还被称为“壳中芯”型或“壳中块”型换热器。
[0002]在这种换热器的情况下，在换热器的操作中形成围绕板式换热器的浴并且在板式换热器中(沿垂直方向)从底部上升至顶部(即所谓的热虹吸管效应)的第一介质能够特别地与第二介质(例如，待液化的气相或待冷却的液相)进行间接传热，这优选地在板式换热器中产生与第一介质的逆流或横流。由此产生的第一介质的气相被收集在板式换热器上方的壳空间中，并且可以从那里排出。此外，第一介质的液相的至少一部分可以经由分配的出口连接管排出所述壳空间。在板式换热器的上端，离开的液相连同正在产生的气相优选地被引回至围绕至少一个板式换热器的浴中。
[0003]在上述类型的换热器中，第一介质的液体的全量通常通过至少一个入口连接管被引入至壳空间中。所述液体的一部分在垂直方向上向下流动，然后从下方进入至少一个板式换热器中，并且在所述板式换热器处部分蒸发。另一部分，即，将要排出壳空间的第一介质的液相(这优选地呈现来自壳中芯型换热器的与过程相关的、受控的且尽可能连续的流体排出形式，并且出于排空所述壳空间的目的优选地不是来自所述换热器的液体排放)在主要水平的方向上流动至用于第一介质的液相的出口连接管。此横流的最大体积流率由此在用于第一介质的液相的出口连接管的区域中发生。取决于液体通过至少一个入口连接管引入壳空间中的位置以及存在于所述壳空间中的水力条件，水平和垂直流动可能对彼此都具有负面影响。此外，相对高的流速可以特别地在用于第一介质的液相的出口连接管附近的夹点处发生;这些可能对壳中芯型换热器的操作具有负面影响。
[0004]此外，在将第一介质的液相排出壳空间过程中，应确保没有涡流产生且没有气泡携带在液流中。此外，相对高的流速(特别是局部流速)应避免，否则存在形成气泡的风险。为此，通常要求不允许配件能够影响在用于第一介质的液相的出口连接管的区域中的流动，并且还要求不要将液体引入壳空间的这一区域中。这导致需要更长的壳体长度，这将因此导致更高的成本和更大的重量。
[0005]为了确保壳空间中的最小液位(liquid level)，在US5651270A中提出应在所述壳空间内布置堰(weir)。所述堰将壳空间分成换热区域和排出区域。这种解决方案也导致需要更长的壳体长度，其因此导致更高的成本和更大的重量。
[0006]此外，作为安装其他阻力构件(例如堰)的结果，流动在水平方向上在一定程度上受到严重干扰。为了克服上述类型的每种这样的构件，需要超压，所述超压通过在所述构件前面的升高的液位产生。这具有以下后果:构件之间的区域具有不同的液位，这可能对壳中芯型换热器的操作有负面影响。
[0007]因为为了克服所关心构件所需的超压是体积流率的函数，所述影响升高。因此在此适用的是，体积流率越高，超压必须更高。
[0008]从这一基础开始，本发明的根本任务是提供在引言中所提及类型的改进的换热器。这一问题通过具有权利要求1的特征的换热器来解决。
[0009]布置在壳空间中的收集通道因此出于将第一介质的液相的至少一部分排出所述壳空间的目的而提供;其具有限定收集通道的内部区域的壁，所述壁以纵向延伸的方式沿水平延伸方向在壳空间中延伸。
[0010]根据本发明的一种配置，也可在壳空间中提供数个板式换热器;这些板式换热器可例如并联或串联操作。
[0011]这类类型的板式换热器通常具有彼此平行布置的多个板或片，所述板和片形成用于参与传热过程的介质的多个传热通路。板式换热器的实施方案的优选形式具有多个波纹或折叠的片(所谓的翅片)，所述翅片在每种情况下布置在所述板式换热器的两个平行分离板或片之间，其中所述板式换热器的两个最外层由盖板形成。以此方式形成多个平行通道， 即传热通路，通过所述通道，介质可以在每对分离板之间流动，或在分离板与盖板之间流动，在每种情况下凭借布置在它们之间的翅片。因此，传热可以在相邻传热通路中流动的介质之间发生，其中分配给第一介质的传热通路被指定为第一传热通路，分配给第二介质的传热通路相应地被指定为第二传热通路。
[0012]出于封闭各自传热通路的目的，在侧面，优选地在每对相邻的分离板之间或者在盖板与相邻的分离板之间提供封闭条带(所谓的侧杆)。第一传热通路沿垂直方向向上和向下打开，尤其未通过封闭条带封闭，以使第一介质的液相可以从底部进入第一传热通路中， 并且可以在板式换热器的顶部从第一传热通路以液相或气相离开。
[0013]盖板、分离板、翅片和侧杆优选地以铝制造，并且例如在炉中铜焊在一起。经由具有连接管的适当集管(header)，介质例如像第二介质可被引入分配的传热通路中或可从后者排出。[0〇14]换热器的壳体可具体地具有(圆形)圆柱形的外周(peripheral)壁，所述外周壁在如所意图布置的换热器的情况下优选地对准，使得所述壁或壳体的纵轴线(圆柱形轴线)沿水平延伸。在端面上，壳体优选具有彼此相对定位且与外周壁连接的壁，所述壁横向于水平、即横向于纵轴线延伸。
[0015]对于连接通道，优选地将其布置在壳空间的下部区域中(参考如所打算布置的换热器)，例如布置在壳体面向内部区域的内表面上。连接通道优选地布置在壳体、尤其壳体的外周壁与至少一个板式换热器之间。此外，优选地将连接通道沿垂直方向布置在至少一个板式换热器的下方。此外，板式换热器可以沿水平方向、也沿板式换热器的边布置。由此， 连接通道优选地沿垂直方向布置在壳空间中的第一介质的液相的表面下方，使得第一介质的液相可以使用所述连接通道相应地排出所述壳空间。[〇〇16]参考换热器的操作模式，如已在引言中提出的，优选地将至少一个板式换热器设计用于冷却和/或至少部分地液化第二介质的目的，所述第二介质与引入相邻的第一传热通路的第一介质相反而被引入第二换热器通路，以使第一介质的气相形成，其中设计壳空间以便收集所述气相。
[0017]此外，对于至少一个板式换热器，优选地将其设计成使得在换热器的操作期间，第一介质在所述至少一个板式换热器中升高，即在为此目的提供的至少一个板式换热器的第一和/或第二传热通路中升高，其中尤其出于以与第一介质逆流或横流将第二介质引导通过第二传热通路的目的而设计所述至少一个板式换热器。
[0018]出于排放第一介质的液相的目的，就流体流动而言收集通道优选地与出口连接管连接，所述出口连接管尤其被布置在壳体的下表面上，使得第一介质的液相可经由所述出口连接管从收集通道排出。就流体流动而言，收集通道也可与数个、例如两个或三个出口连接管连接，所述出口连接管优选地在收集通道的长度上以分散的方式布置。
[0019]在本发明的实施方案的一种形式中，进一步规定收集通道沿平行于壳体的纵向轴线(圆柱形轴线)而对准的延伸方向、即沿水平方向延伸，由此，优选地横向于延伸方向(纵向轴线)，收集通道具有例如管状(尤其圆形)或者例如有角的、尤其矩形的横截面。收集通道优选地沿延伸方向在换热器长度的至少60 %、70 %、80 %或90 %上延伸，优选地沿延伸方向在换热器的壳空间的整个长度上延伸。
[0020]此外，收集通道优选地具有围绕所述收集通道的内部区域的壁，其中液相可以流动至所述出口连接管。在此，收集通道的壁的指向换热器的下表面的区域，即沿垂直向下指向的区域被指定为所述收集通道的下表面，且所述收集通道的壁的指向换热器的上表面的相对的区域相应地代表收集通道的上表面。收集通道的上表面和下表面优选地通过沿壳体的纵向轴线延伸的收集通道的侧壁彼此连接。在其端部，收集通道优选地以彼此相对定位的端面为边界，所述端面在每种情况下将上表面和下表面以及侧壁彼此连接。收集通道还可以配置为以便在其端部是打开的。
[0021]本发明的一种变例还提供收集通道的壁的一个或多个上述区域由换热器的壳体形成。收集通道的下表面、即收集通道的壁的下表面优选地由换热器的壳体形成。侧壁和端面因此相应地从壳空间连接至壳体。
[0022]出于排放液相的目的，收集通道优选地具有至少一个入口开口，特别优选具有数个入口开口，所述入口开口尤其被设计在收集通道的上表面上，此外如果需要，入口开口可设计在收集通道的彼此相对定位的侧壁上。在此，在收集通道的上表面上形成的入口开口优选地被设计成槽缝(slot)的形式，而在侧壁上提供的任何入口开口优选地具有圆形轮廓(例如，钻的孔)。
[0023]对于相邻的入口开口之间的距离，尤其在上表面或在侧壁上提供的入口开口之间的距离而言，优选地是其朝向收集通道的各自端面减小。即，位于靠近收集通道的端面中的一个的两个相邻入口开口优选地具有沿所述收集通道的延伸方向在它们之间比更接近收集通道的中心布置的两个相邻入口开口(相对于延伸方向)更小的距离。
[0024]入口开口的数量、分布、大小和/或形状优选地选择为使得第一介质的液相的速度场优选地在收集通道中是均匀的。尤其，相邻壳空间中的流动应该也由此尽可能少地受负面影响。
[0025]此外，根据本发明的一个方面，在与收集通道的延伸方向成直角的平面中收集通道的横截表面区域(和任选地轮廓)应选择为使得第一介质的液相的优选均匀的速度场因而在收集通道中发生。尤其，相邻壳空间中的流动应该也由此尽可能少地受负面影响。
[0026]这可优选地通过收集通道的横截面的膨胀/扩大直至出口连接管和/或通过收集通道上的入口开口的限定的布置、形状和大小来促进实现。
[0027]出口连接管优选地从中心开口进入收集通道中，即进入收集通道的内部区域中。
[0028]此外，换热器可以具有布置在壳空间中的数个本发明的收集通道，所述收集通道就流体流动而言在每种情况下与出口连接管或与一个或多个出口连接管连接。[0〇29]在此，收集通道的位置、尺寸和对准(alignment)优选地选择为使得第一介质的液相的速度场优选地在各自收集通道中是均匀的。
[0030]此外，壳体当然还可以具有数个出口连接管，所述出口连接管可以与如上所述的一个收集通道连接，或者如果需要与上述类型的数个收集通道连接。
[0031]最后，根据本发明的实施方案的另一种形式，对于入口开口，尤其收集通道的侧壁上的入口开口，可规定其在壳体的下表面上沿垂直方向与壳体的内表面具有限定的分离距离。这可实现对液体排放的限制，例如，在工厂未在操作中的情况下或在入口流动中断的情况下(即，限定的残余量留在壳空间中)。
[0032]此外，对液体排出的限制也可以通过壳空间中收集通道的适当布置、例如通过在壳体的下表面之上的限定高度处布置收集通道来实现。
[0033]此外，单个或所有入口开口可以设置有涡流破坏器，所述涡流破坏器可防止涡流的产生或加剧。原则上每个入口开口可以单独地配置。
[0034]通过本发明的解决方案，壳中芯型换热器的速度场可控制，尤其可更好地控制。通过这种方式，接收区域即壳空间的整体尺寸可以得到更好利用。取决于具体的操作要求，可以特别实现较小的壳体尺寸。
[0035]此外，通过收集通道的合适定位(例如在板式换热器下方)和入口开口的配置，可以防止涡流的产生，也可以防止与液流一起携带气体。
[0036]此外，相对高的(局部)流速可以通过收集通道的本发明配置来避免。[〇〇37]此外，通过入口开口的合适定位，待排出的液体可以以靶向方式从接收区域的区域即壳空间中引出，其中出于板式换热器中部分汽化的目的，较少液体会在垂直方向上向下流动。以此方式，尤其可防止流动对彼此有负面影响。
[0038]由于能够实现的更小的壳体尺寸，就材料、生产和维护而言，本发明换热器的总成本有利地降低。隔热的成本也更低。[〇〇39]此外，收集通道是非加压部件，因此关于壁厚、材料和生产仅需要满足较低的要求。此外，它的横截面形状可自由地配置而不影响其强度。
[0040]此外，壳中芯型换热器的液体连接管的位置更加可变。例如，在壳体的下表面上的出口连接管可布置在中心或布置在边缘。因此对周围部件的设计限制较小。
[0041]本发明的其他细节和优点将借助于附图通过实施方案的实施例的以下描述进行解释。本发明的实施方案的有利形式此外在所附权利要求中具体指出。
[0042]在此:
[0043]图1示出本发明换热器的截面视图，[〇〇44]图2示出所述换热器的沿图1中线I1-1I的截面的另一视图，和
[0045]图3示出根据到图1和图2的换热器的本发明收集通道中的俯视图。
[0046]图1、结合图2和图3显示了换热器1，所述换热器具有横向(圆形)圆柱形壳体2,所述壳体限定了换热器1的壳空间3的边界。在此壳体2具有圆柱形外周壁14,所述外周壁在其端面上以彼此相对而定位的两个壁15作为边界。
[0047]板式换热器4布置在由壳体2包封的壳空间3中；其具有数个平行的传热通路。
[0048]板式换热器4在此具有多个例如波纹或折叠的片(所谓的翅片)，所述片在每种情况下布置在板式换热器4的两个平面分离板或片之间。以此方式，在每对分离板之间(或在分离板与盖板之间，参见以下)形成多个平行通道，即传热通路，相应的介质F1、F2可以流动通过所述通道。两个最外面的层由板式换热器4的盖板形成;在两侧，在每对相邻的分离板之间或分离板与盖板之间提供盖板。
[0049]在换热器1的操作期间，壳空间3经由设置在壳体2的上表面8上的入口连接管60填充第一介质F1。进入换热器1中的这种入口流通常是两相的，但也可以仅呈液体形式。第一介质F1的液相L1随后形成围绕板式换热器4的浴，其中第一介质F1的气相G1聚集在壳空间3 的上部区域34中的液相L1之上。
[0050]第一介质F1的液相L1可以在板式换热器4的分配的第一传热通路中上升，并由此因为从待冷却的第二介质F2的间接传热而部分气化，例如以与第一介质F1横流的方式，所述第二介质被引入板式换热器4的经分配的第二传热通路中。由此产生的第一介质F1的气相G1可以在板式换热器4的上端部离开，并且在换热器1的壳空间3中上升，所述气相G1可以从此处经由壳体2的上表面8上的适当出口连接管40排出。[0051 ]此外，液相L1的一部分在壳空间3中循环，其中所述部分在板式换热器4中在第一传热通路中从底部上升至顶部，然后再次在壳空间3中向下流动到板式换热器4的外部。
[0052]第二介质F2经由合适的入口连接管0被引入板式换热器4中，在通过分配的第二传热通路之后，其经由出口连接管〇’以冷却的或液化的状态从板式换热器4中排出。[〇〇53]盒型收集通道5布置在换热器1的下表面16上，在壳体2的面向壳空间3的内表面2a 上；收集通道5沿着延伸方向7延伸。在此，收集通道尤其以延长的方式设计，并且相应地具有沿着延伸方向7比其横向于同一延伸方向7更大的程度。[〇〇54]此外，收集通道5具有壁W，所述壁限制收集通道5的内部区域I的边界，第一介质F1 的液相L1可以通过所述壁排出壳空间3。详细地，壁W具有上表面9,连同从所述上表面延伸的两个侧壁11，所述侧壁沿着延伸方向7延伸，并且经由与上表面9相对地(opposite)定位的收集通道5的底面(下表面)10彼此连接，底面由壳体2形成。此外，收集通道5,即其壁W具有两个端面1 la、1 lb，所述端面沿着延伸方向7彼此相对地定位。[〇〇55]为了在换热器1的操作期间使第一介质F1的液相L1、尤其连续排出壳空间3,优选圆形的入口开口 13现提供在侧壁11和/或入口开口 12上，优选槽缝形的入口开口现提供在收集通道5的上表面9上，液相L1可通过所述入口开口进入收集通道5。入口开口 12、13由此沿着延伸方向7彼此相邻布置，其中从出口连接管6开始，相邻的入口开口 12、13之间的距离优选地沿着延伸方向7朝向收集通道5的两个端面lla、llb中的每个减小。同时，槽缝形入口开口 12在每种情况下的纵轴线横向于收集通道5的延伸方向7延伸。
[0056]收集通道5此外与壳体2的出口连接管6连接，所述出口连接管进入收集通道5的下表面10上的收集通道5中，使得已进入收集通道5的内部区域I中的第一介质F1的液相L1可经由出口连接管6从收集通道5中排出。
[0057]出口连接管6优选地沿延伸方向7中心地布置在收集通道5上，其中连接通道5的上表面9优选地具有朝向出口连接管6升高的两个区段(Secti〇n)9a、9b，所述区段优选地在出口连接管6之上交汇。[〇〇58]从端面lla、llb开始，在每种情况下收集通道5的横截面优选地在朝向出口连接管 6的方向上增加(变宽)，以便在收集通道5中获得第一介质F1的液相L1的尽可能均匀的速度场。尤其，液相L1在相邻壳空间3中的流动由此也应尽可能小地受负面影响。 [〇〇59] 附图标记列表
[0060]1换热器[0061 ]2壳体
[0062]2a内表面
[0063]3壳空间[〇〇64]4板式换热器
[0065]5收集通道
[0066]6出口连接管
[0067]7延伸方向
[0068]8壳体的上表面[〇〇69]9收集通道的上表面[〇〇7〇]9a, 9b上表面区段
[0071]10收集通道的下表面[〇〇72]11收集通道的侧壁
[0073]11a，lib 端面
[0074]12槽缝形入口开口
[0075]13圆形入口开口
[0076]14壳体的外周壁[〇〇77]15壳体的端面壁
[0078]16壳体的下表面[〇〇79]33壳空间的下部区域[〇〇8〇]34壳空间的上部区域
[0081]40用于气相的出口连接管
[0082]60入口连接管[〇〇83]F1第一介质[〇〇84]L1第一介质的液相[〇〇85]G1第一介质的气相
[0086]F2第二介质[〇〇87]1收集通道的内部区域[〇〇88]0用于第二介质的入口连接管[〇〇89]0’用于第二介质的出口连接管[〇〇9〇]V液相L1的速度场
[0091]W收集通道的外周壁
【主权项】
1.一种换热器(1)，其用于第一介质(F1)与第二介质(F2)之间的间接换热，所述换热器 具有:-壳体(2)，其具有用于接收所述第一介质(F1)的液相(L1)的壳空间(3)，以及-至少一个板式换热器(4)，其具有用于接收所述第一介质(F1)的第一传热通路，连同 用于接收所述第二介质(F2)的第二传热通路，使得热量可以在所述两种介质(F1，F2)之间 间接地交换，其中所述板式换热器(4)布置在所述壳空间(3)中，使得它可以被位于壳空间 (3)中的第一介质(F1)的液相(L1)所围绕，以及-收集通道(5)，其布置在所述壳空间(3)中，用于将所述第一介质(F1)的液相(L1)排出 所述壳空间(3)，其特征在于，所述收集通道(5)具有壁(W)，所述壁限定所述收集通道(5)的内部区域(I)，并且所述 壁(W)以在纵向方向上延伸的方式沿水平延伸方向(7)在所述壳空间(3)中延伸。2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于所述收集通道(5)布置在所述壳空间(3) 的下部区域(33)中。3.根据权利要求1或2所述的换热器，其特征在于所述收集通道(5)布置在至少一个板 式换热器(4)的下方或邻近至少一个板式换热器(4)，尤其在所述壳体(2)与至少一个板式 换热器(4)之间。4.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于所述壳空间(3)、尤其壳空间 (3)的上部区域(34)设计用于收集第一介质(F1)的气相(G1)，所述气相特别地是在两种介 质(FI，F2)之间的间接换热过程中产生。5.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于至少一个板式换热器(4)设 计成使得在换热器(1)的操作中，所述第一介质(F1)在所述至少一个板式换热器(4)中上 升，其中尤其所述至少一个板式换热器(4)被设计以便以相对于所述第一介质(F1)逆流或 横流地导引所述第二介质(F2)通过至少一个板式换热器(4)。6.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于数个板式换热器(4)被布置 在所述壳空间(3)中。7.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于所述收集通道(5)、尤其收集 通道(5)的内部区域(I)与在所述壳体(2)上提供的出口连接管(6)连接，使得所述第一介质 (F1)的液相(L1)可经由所述出口连接管(6)从所述壳空间(3)中排出。8.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于所述收集通道(5)的壁(W)沿 所述壳体(2)的下表面(16)延伸。9.根据权利要求7和8中任一项所述的换热器，其特征在于所述出口连接管(6)优选地 相对于所述延伸方向(7)从中心开口进入所述收集通道(5)的内部区域(I)。10.根据权利要求7和根据权利要求8或9中任一项所述的换热器，其特征在于横向于所 述延伸方向(7)，所述收集通道(5)的内部区域(I)具有朝向出口连接管(6)增加的横截面， 以使尤其所述收集通道(5)中的第一介质(F1)的液相(L1)的速度场(V)尽可能均匀，并且还 尤其使相邻的壳空间(3)中第一介质(F1)的液相(L1)的流动尽可能小地受负面影响。11.根据权利要求1至10中任一项所述的换热器，其特征在于所述收集通道(5)的壁(W) 具有上表面(9)和相对的下表面(10)，其中所述上表面(9)和下表面(10)通过所述壁(W)的侧壁(11)彼此连接，所述侧壁彼此相对定位。12.根据权利要求1至11中任一项所述的换热器，其特征在于所述收集通道(5)的壁(W)的区域、尤其所述壁(W)的下表面(10)由所述壳体(2)形成。13.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于所述收集通道(5)具有至少一个入口开口，尤其具有数个入口开口( 12，13)，所述入口开口被设计用于所述第一介质(Fl)的液相(LI)流入所述收集通道(5)，其中尤其在所述壁(W)中的入口开口或数个入口开口(12，13)尤其被设计在所述收集通道(5)的上表面(9)中和/或在侧壁(11)中，并且其中尤其所述收集通道(5)中的入口开口(12，13)的数目、分布、大小和/或形状选择使得所述收集通道(5)中的第一介质(Fl)的液相(LI)的速度场(V)尽可能均匀，并且还有，尤其相邻的壳空间(3)中的第一介质(Fl)的液相(LI)的流动尽可能小地受负面影响。14.根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于所述壳体(2)具有横向于所述延伸方向(7)周边延伸的圆柱形的壁(14)，所述壁将壳体(2)的两个端面壁(15)彼此连接。15.根据权利要求7和14中任一项所述的换热器，其特征在于所述出口连接管(6)布置在壳体(2)的外周壁(14)上，尤其布置在所述壳体(2)的壁(14)的下部区域(16)中。
【文档编号】F28D9/00GK105980803SQ201480066116
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2014年12月2日
【发明人】S·凯泽, S·布伦纳
【申请人】林德股份公司