专利名称：流体循环装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流体循环装置，一方面，它包括一个呈两面体形状的壳体，在两面体的第一面上，至少有一个输入/输出流体的孔口，另一方面，它还包括输入/输出上述流体的凸壳，该凸壳密闭地盖住前述孔口。
本发明特别适用于处理至少一种两相流体的热虹吸管型或降膜型的热交换器，如常压蒸馏设置的蒸发器/冷凝器、制冷装置的蒸发器或蒸馏塔的再沸器，或者，本发明可应用于替换置于狭窄空间的交换器，如某种压缩机的中间交换器。
在上述第一个应用场合下，出于安全的考虑，通常必须避免将所述的蒸发器/冷凝器蒸干。因此，已蒸发的产物，如来自常压蒸馏双塔之低压塔的底氧，以两相态离开交换器，所以必须通过相分离器，以便将液滴从气相中分离出并且使回收液体成为可能。
在这些热交换器的传统工艺中，两相流体，为将其分离成两相，借助于一般的半圆柱形输出箱进行收集并且经由一管道，将其传输到交换器的独立的凸壳中。为制造这种交换器，这种方法涉及许多较为困难的焊接操作，并且会导致一相对复杂、笨重并昂贵的结构。
同样，在上述第二种应用中，交换器壳体通常包括用于输入/输出流体的半圆柱箱作其两端，这就使得将这些箱连接到压缩机其它部分上变得复杂，并且使得所连起来的装置显得笨重。
本发明的目的是简化上述类型的热交换器的结构。为达此目的，本发明的主题是这种类型的一种热交换器，其特征在于凸壳相对于所述壳体突出二面体的边沿外，并且由圆柱形、球形和/或椭球形的金属板焊接组合而成。
按本发明之热交换器可包括一个或多个下述特征所说壳体在所说第一面和一个邻接的第三面之间形成一第二二面体，凸壳相对于所述壳体亦突出于该第二二面体的边沿外；凸壳跨过二面体或每个二面体的边沿，并密闭地连接于二面体或每个二面体的各个表面；所说壳体由一组其间构成扁平通道的平行板、置于这些平行板间的波纹状隔离片和用于密封平行通道的挡板组成，挡板相对于所说流体来说并未封其孔口，凸壳仅在由平行板的端部或挡板所形成部分的表面与所说壳体相连接；凸壳沿与二面体或各个二面体的边沿垂直的二条线，特别是沿与上述边沿垂直的表面的两个边缘，和所说第一面相连；凸壳由三个圆柱形金属板组成，两端金属板的轴线与中间金属板的轴线垂直相交；该装置构成一热交换器，其中，所说壳体与在其上或下端的所说第一面形成平行六面体，所说流体为两相流体，它经由所说孔口离开该壳体，球壳包括位于其底部位置附近的一液体出口和位于其顶部位置附近的一气体出口；所说的第一面是所说壳体的上表面，液体出口与位于壳体下部的液体入口相连接；
凸壳亦盖住壳体下表面，该下表面设有所说的液体入口。
下面参照附图对本发明之实施例进行描述，图中
图1为按本发明之热交换器的示意侧视图，与第一个实施例相对应；图2为沿图1箭头II方向的同一交换器的一个视图；图3为表示相同交换器的透视图；图4为同一交换器的类似图2部分的替换形式视图；图5为沿图4箭头V的方向视图；图6为图4交换器的平面图；图7为同一交换器类似图1部分的另一替换形式的局部视图；图8为图7交换器的底视图；图9为同一交换器类似图1部分的又一变化形式的视图；图10为沿图9箭头X的方向视图；图11为同一交换器类似图1部分的又另一替换形式的视图；图12为图11热交换器的底视图；图13为同一交换器类似图1部分的再另一替换形式的视图；图14为类似图13的一替换形式的视图；图15为类似图13的又一替换形式的视图；图16为图15交换器的底视图；图17至19为分别类似于图2至4的视图，图18为沿图17箭头XVIII的方向视图，这些视图对应于按本发明之热交换器的另一实施例；图20为类似于图17的视图，它表示了本发明应用于热虹吸管形式的蒸发器/冷凝器；
图21为图20沿箭头XXI方向视图；图22为类似于图20的一替换形式的视图；图23为另一替换形式的类似的视图；图24至图27为示意局部侧视图，表示了按本发明之热交换器可能的修改；图28和图29为分别对应于图26和图27的正视图；图30为类似图2表示其一种替换形式的局剖视图；图31为类似图15表示其一种替换形式的局部视图；图32为表示本发明另一应用的示意图。
热交换器1示意地表示在图1至图3中，该交换器是，例如，常压蒸馏双塔的主蒸发器/冷凝器，或是降膜型主蒸发器/冷凝器，用来通过冷凝在5至6巴数量级的绝对压力下的氮来部分地蒸发大气压下的液氧。这样的蒸发器/冷凝器的例子的公开见EP-A-0130122。
交换器1包括一平行六面体形状的壳体，壳体沿垂直方向延伸，并装有各种附件。至于称之为“处理的流体”的一特定的流体，在交换器中循环并且在壳体2中有部分蒸发或冷凝发生，即是说，在所研究的例子中，这些附件包括入口箱3和凸壳5，入口箱3与管道4相连用于向其中供给单相处理流体，而凸壳5则用于将输出的两相流体分离成液相和汽相。壳体2还设有箱6和箱7，它们被分别用于辅助流体(本例中为氮)的输入和输出，并分别连于管道8和9上。
更确切地说，壳体2包括一组铅垂并相互平行的矩形板10，其间设有波纹状隔离片，并且形成热肋片。每对矩形板10构成一通常扁平型的通道。至少存在两组通道，其中之一组用来循环处理流体而另一组用来循环辅助流体。
在通道边缘，用档板11将其封住。但是，对应于处理流体部分的档板在通道的一侧并未封闭，并且在壳体2的上部，一排该流体的入口窗盖住了箱3。此外，挡板11对应于同一流体部分在壳体2的下面全部去掉。
至于辅助流体，档板11并未封密与箱3同侧的一组入口窗，但是，在壳体2的底部，这些窗被箱6盖住。档板11也未封密位于另一侧和壳体2顶部的一组出口窗，而由箱7盖住。
壳体2通过码起矩形板、隔离片和档板并采用炉中钎焊方法一次钎焊而成。入口/出口箱3、6和7具有通常的半圆柱形状。它们与下面要讨论的凸壳5一样，通过焊接方法与壳体2连接。
凸壳5由三个圆柱形金属板焊接而成一方面，中间金属板12的轴线与水平交线13同轴，该交线13由壳体2的底面与壳体背对箱3和6的铅垂面相交而得，该中间金属板其半径等于矩形板10(见图1)的宽度W，另一方面，两侧端金属板14，其圆柱半径亦为W，轴线15、16与交线13垂直相交，并且两侧的矩形板10A和10B(见图21)，与两金属板14分别相切于矩形板10A、10B的下底边。正如图1和图3所示的，每个金属板14各自水平地延伸至与中间金属板12的交线处，金属板12起始于与棱13相对的壳体2的水平棱15，终止于与该壳体相对的铅垂平面。
这样得到的具有一个宽孔口的球壳5就制成为一单件，其边缘是这样的U型轮廓线与壳体2底面的三个依次相连的边一致，即两侧板10A、10B的下边缘和边缘15，边缘15由矩形板和档板的边缘组成，曲线轮廓线与U型轮廓线的两端相接，它由两圆弧18与一直线段19相连而成(见图3)。U型轮廓线相应地焊在壳体2的三个边缘上，而曲线轮廓线则焊在相邻接的铅垂面20上，铅垂面20由矩形板10和档板11的端部构成。面20为简化描述以下称之为“前面”。
当然，通道在其下部自由地引入球壳5中，该球壳5用作相分离器并向下和向前延伸超出壳体2。所收集的液氧经由出口小孔21排出，该小孔22位于球壳的底部位置，而气态氧则经由位于球壳上部位置的出口小孔22排出。
图4至图6所示的替换型式与上述部分仅在以下两方面不同其一，液氧在壳体2的顶部经由入口箱23输入，入口箱23将该壳体的上面全部盖住；其二，由侧金属板14到中间金属板12的过渡分许多段地完成，即采用许多圆柱扇形体，象柑橘果瓣那样，彼此之间偏置一定角度，象管道肘形弯管那样的实现上述过渡。在图示例子中，在每一侧各有两个居间过渡金属板24，每个金属板24在其相邻金属板之间占据30°角度。
将居间过渡金属板的数目增至无穷大，就会得到图7和图8中所示的方案，在图7和图8中，原金属板14和24的接合由一个四分之一球面所取代。此外，在图7、图8中，已使两四分之一球面同心，从而不再有中间圆柱金属板12的侧面，结果沿边向外突出的凸壳部分则成一半球面。
上述这种替换型式尤其适于壁厚比较薄的一种简易交换器壳体的情形，而存在金属板12却非常适于并排焊在一起的复式交换器，如图4中铅垂焊缝26所示意表示的那样，即相应于一双体热交换器。
图4至图8的示例，同图1至图3中的示例一样，其位于壳体2下面的凸壳由三个圆柱金属板12、14组成，圆柱体金属板12的轴线与金属板14的轴线垂直，沿其截交线相互焊在一起，从而在平面图(图8)中形成一V字形焊缝。这种构造以下称之为“半圆穹”形。
到目前为止所描述的全部实施例，不仅可如降膜型蒸发器/冷凝器一样，用在两相流体基本上处于大气压力时，还可用于该流体加压的情形。实际上，在各个方向呈圆穹形的凸壳形状使其能够承受住内压，此外，其与交换器壳体的连接全是连在板10的端部和隔板11上，从而由于凸壳内压而作用在壳体上的拉力永远不会作用在侧板10A、10B上。
另一方面，对两相流体处于大气压下的应用情形，凸壳可与板10A、10B相固接，并且凸壳可采用较简单的结构形式。因此，在图9和图10的实施例中，采用了具有水平轴线26的简单圆柱金属板12，圆柱体由壳体2截至其水平径平面，并且从板10A延伸至板10B。该金属板焊在壳体2的下后棱15和前面20上。凸壳在金属板12的每一端均用形状为半椭圆轴截面的端板27焊在金属板12的端部和相应的板10A或10B上将其密封。泵28用于送回凸壳5中收集的液氧，该泵亦可用于上述各实施例中。
图11至图16表示可用于两相流体在大气压下或加压下的凸壳5的其它可能结构形式。所有这些替换形式都有一位于壳体2后部超过其整个厚度的半穹形部分29。
在图11和图12的情形下，半穹形部分的侧金属板14向前部延伸，并且凸壳包括一圆柱体30，该圆柱体30轴线铅垂并与侧金属板14相交，交线为曲线31，该曲线在平面P上，平面P过棱13并向底部和后部倾斜，倾角为45°。高于棱13的圆柱体30的一半被壳体2截去。一半椭圆部分32作端板焊接在圆柱体30的下端，该下端比金属板14的水平高度要低，而圆柱体30的上端亦被另一个具有水平轴线的圆柱金属板33截去，该金属板33夹于面20中以形成一上半穹部分。于是，构成凸壳5的29-30-32-33的组合部分仍完全沿板10的下端部分和在前面20上连接到壳体2上。
一种替换形式，即向前伸出的凸壳5的一部分的高度只到棱13水平位置，见图11点划线所示。此外，位于平面P中的加强板可自棱13附着于凸壳中。
图13的替换形式与上述部分的不同之处仅在于半穹部分29的金属板14向前部延伸进入一单半圆柱体，结果平面P过棱13向底部和前面倾斜。安置在圆柱体30的半圆柱体部分中用于分离液滴的一适当装置35也已在图35中表示出来。
此外，图14所表示的替换形式还包括一延伸件14A，该件从金属板14的底部位置向下延伸，从而增加凸壳的液体存贮容量。
在图15和图16所表示的实施例中，金属板14的圆柱体部分延伸进入具有水平轴线的一整圆柱体36并超过面20，在其前部用半椭圆部分37作端板将其密封。
图17至图27表示了适于两相流体从壳体2的上面38流出情形的各种实施例，例如，用在热虹吸管型的常压蒸馏双塔的主蒸发器/冷凝器。在所有情况下，凸壳盖过该面38的全部并延伸超过壳体2的前面，从而得到分别高于和低于面38的一顶点和一底点。此外，在所有情况下，凸壳的边缘并不焊在端板10A、10B上，其原因前面已作阐述。
图17至图19所示实施例可通过简单地颠倒图1至图3的实施例而得到。然而，应该指出的是，在所研究的蒸发器/冷凝器中，氮与氧逆流地冷凝，于是为在交换器的下行方向冷凝。图19业已简化，结果仅表示出壳体2和凸壳5的结构。
在图20和图21所示的替换形式中，简单地加装了一管道39，该管道39从孔21引出通至箱3，用来返回凸壳5所收集的液氧至箱3，用于进入交换器壳体的液氧的输入。
同样，将图11和图12所示替换形式颠倒，则可得到如图22所示的替换形式，在凸壳底部所收集的液氧经由一管道41返回进入交换器的一下穹形部分40中，该下穹形部分40焊在壳体2的下面的周边上。
在图23所示的替换形式中，凸壳的半圆柱30向下延伸直至与半圆柱伸出部分相交，该半圆柱伸出部分是朝穹形部分40的侧金属板的前面方向的。交线42在平面P上，该平面P过棱13朝前面和下部倾斜。这样，一大部分的单一空间把壳体2的上面、前面和下面全部盖住了。
在图22和图23所示方案中，待蒸发的液氧经由管道4A流入凸壳5。
如图23中点划线所示，从半圆柱30向半圆柱41的过渡可以是逐渐的，如圆形过渡。
图24至图31表示了上述形式可被修改的方式由图17至图19所示的结构形式，在图24中又用点划线表示出来，圆柱体的中心可被偏置，在侧视图中，朝底部和后部方向偏置(见图24)，或者水平地朝后部偏置(见图25)。这些修改使得，在每一特定应用条件下，能够改变总的空间规格和储液容量。
此外，如图26至29所示，所有这些结构形式可作些水平方向或铅垂方向的类似变形，即把圆柱体改成椭圆柱体及把球体改成椭球体。
又，凸壳5的宽度可小于壳体2的厚度(见图30)和/或凸壳5可向壳体2前面和后面延伸并超出壳体2(见图31)。
图32表示了如何将本发明有效地用在不是处理两相流体的场合一热交换器体2，亦是板钎焊形式，用在加热或冷却一种单相流体，该流体从装置43，如一压缩机级中经由管道44流出来，并经由一管道45流回。借助设在壳体2各端并横向突出的凸壳5的结构形式，管道44和45的连接极其便利，并且该组合装置占空间较小。当然，本发明适于壳体2只有一端设有凸壳5的情形。
权利要求
1.一种流体循环装置，它包括其一，一具有两面体形状的壳体(2)，在两面体的第一面上，至少有一个用于输入/输出流体的孔口，其二，用于输入/输出流体的凸壳(5)，它密闭地盖住上述孔口；其特征在于凸壳相对于所说的壳体(2)突出于二面体的边棱(13；54)外，并且由圆柱形、球形和/或椭球形的金属板(12，14；12，14，24；12，14，25；12，14，30，32，33；12，14，30，36，37)焊接组合而制成。
2.按权利要求1所述的流体循环装置，其中所说的壳体(2)在所说第一面与邻接的第三面之间形成第二个二面体，其特征在于凸壳(5)相对于所说壳体亦突出于第二个二面体的边棱(15)外。
3.按权利要求1或2所述的流体循环装置，其特征在于凸壳(5)跨过二面体或每个二面体的边棱(13，15)，并且密闭地连接于二面体或每个二面体的每一表面。
4.按权利要求1至3中任意一项所述的流体循环装置，其中所说的壳体(2)由一组其间构成扁平通道平行板(10)、置于这些扁平通道之间的波纹状隔离片和用于密封通道的档板11所组成，档板对所说流体来说并未封其所说的孔口，其特征在于凸壳(5)仅在由板(10)的端部和档板(11)所形成的部分表面与所说的壳体(2)相连接。
5.按权利要求4所说的流体循环装置，其特征在于凸壳(5)沿与二面体或每个二面体的边棱(13，15)相垂直的两条线，特别是沿与上述边棱相垂直的表面的两个边缘，同所说的第一面相连接。
6.按权利要求1至5中任一项所说的流体循环装置，其特征在于凸壳由三个圆柱金属板(12，14)组成，两端金属板(14)的轴线均与中间金属板(12)的轴线垂直相交。
7.按权利要求1至6中任一项所说的流体循环装置，它构成一热交换器，其中，所说的壳体(2)与位于其上端或下端的所说的第一面形成平行六面体，所说的流体为两相流体，它经由所说孔口离开该壳体，其特征在于凸壳(5)包括在其底部位置左右的液体出口(21)和在其顶部位置左右的气体出口。
8.按权利要求7所说的流体循环装置，其中，所说第一面为所说壳体的上表面，其特征在于液体出口(21)与位于壳体(2)较低位置的液体入口(3)相连接。
9.按权利要求8所说的流体循环装置，其特征在于凸壳(5)亦盖住设有所说液体入口的壳体(2)的下表面。
全文摘要
本发明公开了一种流体循环装置，一方面，该装置包括呈两面体形状的壳体(2)，在两面体的第一面上至少有一个用于输入/输出流体的孔口，另一方面，它还包括密封地盖住上述孔口用于上述流体输入/输出的凸壳(5)。凸壳相对于所说壳体(2)伸出于二面体的边棱(13)外，并且是由圆柱形、球形和/或椭球形的金属板组合相互焊在一起而得。本发明应用于将板钎焊型热交换器和相分离器结合起来或者应用于该种交换器中的流体的输入/输出。
文档编号F25J3/04GK1133429SQ95120870
公开日1996年10月16日 申请日期1995年12月20日 优先权日1994年12月21日
发明者克劳德·热拉尔 申请人:乔治·克劳德方法的研究开发空气股份有限公司, 诺顿制冷技术Snc公司