釬焊板式熱交換器及裝備該熱交換器的空氣蒸餾設備制造技術

一種熱交換器，可用于加壓液體的蒸發，包括至少一個在第一方向延伸的流體通道（Ｐ），具有基本平行于第一方向的交換葉片（７），并在其長度的中間部位包括至少一個再分配區（５），再分配區至少與一個側集流管（６）連接，并且有至少沿第二方向延伸的偏轉葉片（８），第二方向與第一方向形成角度，所述再分配區占據通道的整個寬度，橫向于第一方向，所有偏轉葉片（８）都與交換葉片（７）相通。偏轉葉片（８）的剛度與交換葉片（７）基本相同。本發明專利技術應用于泵式空氣蒸餾設備的熱交換器。（*該技術在2020年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及釬焊板式熱交換器，這種熱交換器包括至少一個在第一方向延伸的流體通道，具有基本平行于第一方向的交換葉片，并且在其長度的中間部分至少有一個再分配區，再分配區至少與一個側集流管連接，并且具有至少沿第二方向延伸的偏轉葉片，第二方向與第一方向形成一個角，所述再分配區占據了通道的整個寬度，橫向于第一方向，偏轉葉片均與交換葉片相通。文獻“釬焊鋁薄板熱交換器制造商協會標準”，ALPEMA，1994年第一版，描述了這種熱交換器的不同配置。本專利技術特別涉及(盡管非唯一地)用于加壓液體、特別是加壓致冷液體的蒸發的熱交換器。所謂的“泵式”空氣分離器，產生至少一種液態空氣氣體(一般為氧氣)，在其蒸發前通過泵進行加壓，這樣可避免采用壓縮機對生成的純氣態物質進行壓縮，這在經濟上和技術上特別有利，并且用氧氣更可靠。加壓液體的加熱和蒸發在熱交換線內進行，熱交換線一般由一個或幾個熱交換器殼構成，典型的為釬焊鋁板式熱交換器。在加壓液體停止蒸發的熱交換器處，可以看到該流體的交換系數急劇變化，這一變化來自于生成物從高交換系數的二相混合狀態至低交換系數的純氣態的流量變化。這使壁或板以及熱交換器葉片的溫度在局部發生明顯變化。當蒸發的流體和鄰近的載熱流體之間的溫差很大時，可能大大超過10℃，典型的在10℃和30℃之間，壁和葉片的局部溫度可迅速急劇變化，典型的以重復方式從5至15℃，這足以引起熱疲勞現象。當所述波動發生在熱交換器的均勻區時，疲勞非常有限。相反，與載熱流體通道內的偏轉葉片比較，當流體停止蒸發時，則疲勞加大。該狀態對應于例如被部分冷卻的空氣的輸出，冷卻空氣通過渦流風扇保持設備的冷卻。熱疲勞現象實際上由于結構受熱和受力不均勻而加劇，因為分配葉片或偏轉葉片比交換葉片的間距更大、更厚，因而剛度更大，在保證要求的機械強度的同時，為流體通道提供的剛度更弱。偏轉葉片的間距一般大于交換葉片，以減少分配區的壓力損失，并且，這些偏轉葉片因此更厚，以便經受壓力。其它不利因素是在再分配區內出現死區，并且可能有分離棒。這樣可以看到，在偏轉葉片的極限區域，板有斷裂的趨勢。在載熱流體輸出和/或進入熱交換器處的中間再分配區內，所述熱疲勞現象尤其難以避免。事實上，根據設備的運行方式，相鄰通道內蒸發停止的水平變化很大，而且不可能中和加熱通道很大的高度從而定位再分配區。本專利技術的目的是提出一種熱交換器結構，它包括至少一個尤其可避免所述缺陷的再分配區。為此，本專利技術的目的是一個上述類型的熱交換器，其特征在于，偏轉葉片的剛度和交換葉片基本相同。采用根據本專利技術的配置，可以消除再分配區內的死區，這樣可阻止熱交換器的面積僅隨蒸發的液體溫度變化，并且保證再分配區和交換區之間良好的受熱和受力均勻性。熱疲勞現象因此大大減少。有了這種配置，分配區的剛度可與通道剩余部分匹配，并且有利于與溫度變化最小并且最慢的流體進行熱交換。根據本專利技術的一個特征，偏轉葉片的幾何比例和交換葉片基本一樣，即，剛度相對較小，并提供良好的熱交換面。在該情況下，最好不使用習慣上置于再分配區上下游之間的內部分離或密封棒。相反，根據本專利技術的一個方面，偏轉葉片和交換葉片可以為不同類型(穿孔和非穿孔，及/或交錯的和非交錯的)。本專利技術的目的還在于將這種熱交換器應用于加壓液體的蒸發，典型地用于加壓致冷液體的蒸發。這就是為什么本專利技術的另一個目的是一種空氣蒸餾設備，它產生至少一種加壓致冷液體，并且裝備至少一個這種熱交換器，用于蒸發所述液體。本專利技術的其它特征將在下面參照示意性、但非限定性的實施方式的描述中體現出來，描述參照附圖進行，附圖中—附圖說明圖1為根據本專利技術熱交換器的再分配區的實施方式示意圖；—圖2為根據本專利技術熱交換器的再分配區的另一種實施方式的示意圖；—圖3為根據本專利技術熱交換器的再分配區的又一種實施方式的示意圖。在下面的描述中，并且在圖中，相同或相似元件采用相同的數字標號。為了便于閱讀，圖中未遵照確切的幾何比例。圖1中以示意的方式示出了金屬釬焊板式熱交換器的壁或板1，將兩個流體通道分開，其中一個是P，如圖1左部橫向剖面所示，它輸送流體，流體通過蒸發從液態2轉換為氣態3。在受壓液相停止蒸發處的分界區4，在以縱向剖面示出的相鄰通道P’中，示出了再分配區5，在此，通常在熱交換器主循環方向(圖上垂直向下)沿壁1流動的載熱流體從側面轉向集流管6，從而有一部分排出熱交換器(箭頭E)。傳統上，壁1上有平行的交換葉片7，比較細并且間距很緊湊(為了不使圖太復雜，比圖上所示的要緊湊得多)。根據本專利技術，在圖1的實施方式中，流量通過區域5的偏轉葉片8從側集流管6流出和流入，偏轉葉片8的幾何特性(厚度、形狀、密度)與交換葉片7基本相同，但這里它與交換葉片成直角延伸。正如在圖1上看到的，葉片8順截面為V的棱形區域分布，棱形區域在由交換葉片7限定的通道整個橫向截面上延伸，中間葉片8a將通道分為兩個區，一個是上部，在此，沿葉片7由上往下的載熱流體的全部流量F轉向集流管6，另一個是下部，在此，匯入集流管6的載熱流體的一部分向通道P’的下部再分配進入交換葉片7。根據本專利技術，這種配置可消除內部密封棒，內部密封棒造成力學上的非均勻性，并形成與流體通道隔離的死區，因此對壁另一邊唯一的溫度變化而敏感。為了改善流量在偏轉葉片8內的分配，最好在偏轉葉片的上游(如圖所示)及/或下游設置一個流動阻力或壓力損失，典型地由一個短截面交換葉片10構成，呈硬通道排列，即正交于流量F，并帶有呈擋板或交錯棋盤式排列的間隙。圖2示出了一種實施方式，這里，通過對進入的流量F預先確定部分的分流，預選出分流流體E，其中一部分通過再分配直接穿過再分配區5。這里，偏轉葉片8和交換葉片7形成一個角，該角大于分配面對角線的角，其高度由集流管6確定。與交換葉片7連接的其中一個葉片8b確定分流進入集流管6的流量和直接穿過再分配區5的流量之間的分離。再分配區因此有一個矩形梯形截面，其頂點位于與集流管6相對的通道邊上，而其斜邊對著高度。圖3示出了與圖2接近的實施方式，但偏轉葉片8這次是平行于分配面的對角線，在此用中間偏轉葉片8a標注，在主通道的一邊至另一邊橫向延伸。這樣，區域5有一個矩形截面，并且，所有的進入流量F都以圖1實施方式相似的方式向右邊的集流管6d分流，一條外線9將一部分從右集流管6d出來的流量送入左集流管6g，給葉片8供一半的料，葉片8與交換葉片7相通，交換葉片位于再分配區5的下面。這里再一次指出，根據本專利技術的一個方面，再分配區5完全去掉內部密封棒，在位于對角線葉片8a兩邊的區域之間輕微的內部寄生滲漏不會產生問題。在每一種實施方式中，再分配區5側向通往相連的每一個集流管或集流管的整個高度。根據本專利技術的一個方面，在所有情況下，和交換葉片的類型相同或不相同的偏轉葉片8，在形態上與交換葉片相似，間距相等或相似(達±10％、±20％或±30％)并且厚度也相等或相似(達±10％、±20％或±30％)，典型的在0.15和0.5毫米之間，并且為鋁材。最好，壓力損失形成葉片10也一樣，也可以在圖2和3的情況中考慮，如虛線所示。如上所述，這種熱交換器-分配器結構，典型地通過釬焊部件組裝實現，采用鋁材或至少部分用不銹鋼，特別可在致冷空氣蒸餾設備中應用，尤其在蒸發前用泵加壓產生加壓液態氧，在所述熱交本文檔來自技高網...

【技術保護點】
釬焊板式熱交換器，它包括至少一個沿第一方向延伸的流體通道（Ｐ’），具有基本平行于第一方向的交換葉片（７），并在其長度的中間部位包括至少一個再分配區（５），再分配區至少與一個側集流管（６）相連，并且有至少沿第二方向延伸的偏轉葉片（８），第二方向與第一方向形成角，所述再分配區占據通道的整個寬度，橫向于第一方向，所有的偏轉葉片（８）都與交換葉片（７）相通，其特征在于，偏轉葉片（８）的剛度與交換葉片（７）基本相同。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：讓伊夫萊曼，
申請(專利權)人：液體空氣喬治洛德方法利用和研究的具有監督和管理委員會的有限公，
類型：發明
國別省市：FR[法國]