專利名稱：整體式主換熱器與過冷器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及的是一種熱交換設(shè)備，尤其是一種用于空分設(shè)備中進(jìn)行不同溫度介質(zhì)進(jìn)行熱交換的設(shè)備，屬于間壁式換熱設(shè)備。
背景技術(shù)：
目前空分裝置中由空氣和/或增壓空氣利用低溫返流(包括氮?dú)夂?或污氮?dú)夂?/或氧氣等)的冷量，實(shí)現(xiàn)冷卻的換熱器通常稱主換熱器，液空和/或液氮利用氮?dú)夂?或污氮?dú)獾睦淞浚瑢?shí)現(xiàn)過冷的換熱器稱過冷器。從分餾塔頂部抽出的氮?dú)夂?或污氮?dú)獾臏囟缺葟姆逐s塔中部抽出的氧氣溫度低，通常就將氮?dú)夂?或污氮?dú)庀扰c液空和/或液氮換熱，使之過冷，再同氧氣等返流氣體一起與空氣和/或增壓空氣等換熱，復(fù)熱至常溫。傳統(tǒng)空分裝置中主換熱器和過冷器因其需實(shí)現(xiàn)的目的不相同、流體的換熱特性不同而分別單獨(dú)設(shè)置，相同介質(zhì)再用管道連接，給總體布置帶來了困難，而且分次釬接，制造成本高，同時(shí)由于增設(shè)了管道，流體的阻力也增大，不僅材料浪費(fèi)，所配套的空分能耗也相應(yīng)增加。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服已有主換熱器與過冷器分置的不足，提供一種換熱效果好，能降低制造和/或運(yùn)行成本的整體式主換熱器與過冷器。它包括有至少一空氣和/ 或增壓空氣與包括由氧氣和/或氮?dú)夂?或污氮?dú)鈽?gòu)成的返流氣體在各自的換熱流道進(jìn)行熱交換的主換熱器芯體部分，一液空和/或液氮與氮?dú)夂?或污氮?dú)?，液空還與氧氣在各自的換熱流道進(jìn)行熱交換的過冷器芯體部分；所述的主換熱器芯體與過冷器芯體在長度方向疊加后形成一個(gè)整體式芯體，氧氣和/或氮?dú)夂?或污氮?dú)庠诮?jīng)過與所述液空和/或液氮相交布置成錯(cuò)流傳熱后成為所述的返流氣體。所述的空氣是單程流換熱流道布置，其換熱流道與包括由氧氣和/或氮?dú)夂?或污氮?dú)鈽?gòu)成返流氣體的換熱流道交替布置成間壁逆流傳熱，所述的液空和/或液氮是單程流或多程流換熱流道布置，其換熱流道與氮?dú)夂?或污氮?dú)鈸Q熱流道相交布置成錯(cuò)流傳熱，同時(shí)液空的換熱流道與氧氣換熱流道相交布置成使氧氣的冷量從原主換熱器部分轉(zhuǎn)移至液空過冷部分的錯(cuò)流傳熱。所述氮?dú)夂臀鄣獨(dú)庥傻撞繉?dǎo)流口進(jìn)入過冷器芯體部分，在其換熱流道中先與液氮換熱流道錯(cuò)流傳熱，將液氮過冷至所需溫度，再與液空換熱流道錯(cuò)流傳熱，將液空過冷至所需溫度；所述氮?dú)夂臀鄣獨(dú)庠谕瓿闪伺c所述液空或/和液氮的原過冷器段的換熱后，繼續(xù)向上再與所述的空氣和/或增壓空氣換熱流道進(jìn)行逆流傳熱。所述的換熱芯體內(nèi)包括有氮?dú)夂?或污氮?dú)夂?或氧氣換熱流道以及液空和/或液氮換熱流道，所述的氮?dú)夂?或污氮?dú)獾膿Q熱流道先與液氮錯(cuò)流換熱，再和氧氣與液空錯(cuò)流換熱，芯體內(nèi)液氮與液空以封條進(jìn)行隔開，這兩段合并成過冷段。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果其一是該結(jié)構(gòu)提高了液空和/ 或液氮的流速，提高了該側(cè)的換熱系數(shù)，彌補(bǔ)了錯(cuò)流中溫差的修正，不因錯(cuò)流換熱降低換
3熱效率；其二是將氧氣的冷量從原主換熱器部分轉(zhuǎn)移至液空過冷部分，由于氣_液換熱比氣-氣換熱效率高，所以實(shí)現(xiàn)同樣的換熱量，利用本實(shí)用新型技術(shù)的換熱器所需金屬消耗少，降低制造成本；其三將常規(guī)的主換熱器與過冷器合理組合成一體，不僅減少了釬焊次數(shù)，而且減少了返流氮?dú)夂?或污氮?dú)膺M(jìn)出口的封頭與接管(每單元兩組)，降低了整體金屬消耗和制造成本；其四是與傳統(tǒng)主換熱器與過冷器分開制造，用管路連接的方式相比，可以簡化了配管；其五是可以降低氮?dú)夂?或污氮?dú)獾确盗髁黧w的流動(dòng)阻力，節(jié)省了運(yùn)行成本，達(dá)到節(jié)能目的。

圖1是本實(shí)用新型的換熱流道布置示意圖。圖2是圖1所示換熱流道布置的對應(yīng)芯體結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是本實(shí)用新型的另一種換熱流道布置示意圖。圖4是圖3所示換熱流道布置的對應(yīng)芯體結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是本實(shí)用新型的又一種換熱流道布置示意圖。圖6是圖5所示換熱流道布置的對應(yīng)芯體結(jié)構(gòu)示意圖。圖7是本實(shí)用新型的又一種換熱流道布置示意圖。圖8是圖7所示換熱流道布置的對應(yīng)芯體結(jié)構(gòu)示意圖。圖9是本實(shí)用新型的再一種換熱流道布置示意圖。圖10是圖1所示換熱流道布置的對應(yīng)芯體結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作詳細(xì)的介紹本實(shí)用新型所述的氮?dú)夂?或污氮?dú)庥傻撞繉?dǎo)流口進(jìn)入換熱通道，先與所述的液空或/和液氮換熱流道進(jìn)行換熱，再與所述的空氣換熱流道進(jìn)行換熱，其余返流如氧氣等則根據(jù)溫度梯度分布，在合適的位置進(jìn)入換熱芯體，消除了中間的連接管道，制造上可以實(shí)現(xiàn)一次釬焊成型。圖1、2所示，它包括有至少一空氣和/或增壓空氣與包括由氧氣和/或氮?dú)夂? 或污氮?dú)鈽?gòu)成的返流氣體在各自的第一和第二換熱流道1、2進(jìn)行熱交換的主換熱器芯體部分3，一液空和/或液氮與氮?dú)夂?或污氮?dú)?，液空還與氧氣在各自的第三、第四和第五換熱流道4、5、6進(jìn)行熱交換的過冷器芯體部分7 (參見圖6)；所述的主換熱器芯體部分3與過冷器芯體部分7在長度方向疊加后形成一個(gè)整體式芯體，氧氣和/或氮?dú)夂?或污氮?dú)庠诮?jīng)過與所述液空和/或液氮相交布置成錯(cuò)流傳熱后成為所述的返流氣體。所述的空氣是單程流換熱流道布置，其換熱流道與包括由氧氣和/或氮?dú)夂?或污氮?dú)鈽?gòu)成返流氣體的換熱流道交替布置成間壁逆流傳熱，所述的液空和/或液氮是單程流或多程流換熱流道布置，其換熱流道與氮?dú)夂?或污氮?dú)鈸Q熱流道相交布置成錯(cuò)流傳熱，同時(shí)液空的換熱流道與氧氣換熱流道相交布置成使氧氣的冷量從原主換熱器部分轉(zhuǎn)移至液空過冷部分的錯(cuò)流傳熱。所述氮?dú)夂臀鄣獨(dú)庥尚倔w底部導(dǎo)流口進(jìn)入過冷器芯體部分7，在其第四換熱流道中先與液氮第三換熱流道錯(cuò)流傳熱，將液氮過冷至所需溫度，再與液空換熱流道錯(cuò)流傳熱， 將液空過冷至所需溫度；所述氮?dú)夂臀鄣獨(dú)庠谕瓿闪伺c所述液空或/和液氮的原過冷器段的換熱后，繼續(xù)向上再與所述的空氣和/或增壓空氣在各自的第二和第一換熱流道進(jìn)行逆流傳熱。本實(shí)用新型主要包括有空氣和/或增壓空氣等與返流氣體(氧氣和/或氮?dú)夂? 或污氮?dú)獾?在各自的換熱流道進(jìn)行逆流熱交換，液空和/或液氮與氮?dú)夂臀鄣獨(dú)庠诟髯缘膿Q熱流道進(jìn)行錯(cuò)流熱交換的芯體。所述的空氣和/或增壓空氣等與返流氣體(氧氣和/ 或氮?dú)夂?或污氮?dú)獾?相交布置成逆流傳熱，這部分換熱流道起到了通常稱主換熱器的作用，以下圖3、4，圖5、6，圖7、8結(jié)構(gòu)相同；所述的液空和/或液氮是單程流換熱流道布置， 其換熱流道與氮?dú)夂臀鄣獨(dú)鈸Q熱流道相交布置成錯(cuò)流傳熱，這部分換熱流道起到了通常稱過冷器的作用。附圖3、4所示，本實(shí)用新型至少包括有液空和液氮與氮?dú)夂?或污氮?dú)庠诟髯缘膿Q熱流道進(jìn)行熱交換的芯體，所述的液空和液氮是單程流換熱流道布置，其換熱流道與氮?dú)夂?或污氮?dú)鈸Q熱流道相交布置成錯(cuò)流傳熱。附圖5、6所示，本實(shí)用新型至少包括有液空和液氮與氮?dú)夂臀鄣獨(dú)庠诟髯缘膿Q熱流道進(jìn)行熱交換的芯體，所述的液空為雙程流、液氮為雙程流換熱流道布置，其換熱流道與氮?dú)夂臀鄣獨(dú)鈸Q熱流道相交布置成錯(cuò)流傳熱，氧氣進(jìn)口則與液空出口高度一致，參與與液空的錯(cuò)流換熱。附圖7、8所示，本實(shí)用新型至少包括有有液空和液氮與氮?dú)夂?或污氮?dú)庠诟髯缘膿Q熱流道進(jìn)行熱交換的芯體，所述的液空雙程流、液氮多程流換熱流道布置，其換熱流道與氮?dú)夂臀鄣獨(dú)鈸Q熱流道相交布置成錯(cuò)流傳熱，氧氣進(jìn)口與液空出口高度一致，參與與液空的錯(cuò)流換熱。附圖9、10所示，本實(shí)用新型至少包括有液空和液氮與氮?dú)夂?或污氮?dú)庠诟髯缘膿Q熱流道進(jìn)行熱交換的芯體，所述的液空多程流、液氮多程流換熱流道布置，其換熱流道與氮?dú)夂臀鄣獨(dú)鈸Q熱流道相交布置成錯(cuò)流傳熱，氧氣進(jìn)口與液空出口高度一致，參與與液空的錯(cuò)流換熱。本實(shí)用新型將通常稱為主換熱器和過冷器的兩個(gè)換熱器在長度方向進(jìn)行疊加，合二為一，是一種整體式主換熱器與過冷器。所述芯體中包括有空氣和/或增壓空氣與返流氣體(氧氣和/或氮?dú)夂?或污氮?dú)獾?相交布置成逆流傳熱，這部分換熱流道起到了通常稱主換熱器的作用。所述芯體中還包括有液空和/或液氮換熱流道與氮?dú)夂?或污氮?dú)鈸Q熱流道相交布置成錯(cuò)流傳熱，液空與氧氣換熱流道相交布置成錯(cuò)流傳熱，這部分換熱流道起到了通常稱過冷器的作用。所述氮?dú)夂?或污氮?dú)庥傻撞繉?dǎo)流口進(jìn)入芯體，在其換熱流道中先與液氮換熱流道錯(cuò)流傳熱，將液氮過冷至所需溫度，再和/或氧氣一起與液空換熱流道錯(cuò)流傳熱，將液空過冷至所需溫度。所述氮?dú)夂?或污氮?dú)夂?或氧氣在完成了與所述液空或/和液氮的原過冷器段的換熱后，繼續(xù)向上再與所述的空氣換熱流道進(jìn)行逆流傳熱，參與了原主換熱器段的換熱。所述的芯體內(nèi)包括有液氮和/或液空換熱流道，所述液空和/或液氮換熱流道根據(jù)需要可以是單程流，如附圖1、2，圖3、4所示，也可以是雙程流，如附圖5、6，圖7、8所示， 還可以是多程流，如附圖9、10所示。
5[0032] 本實(shí)用新型在同樣氣量和溫差條件下，實(shí)現(xiàn)了原主換熱器和過冷器的一次釬焊成型，簡化了配管，降低了制造成本，縮短了制造周期。本發(fā)明包括用鋁、不銹鋼、銅等金屬制成的整體式板翅式換熱器與過冷器，提高了整套空分設(shè)備的性能及經(jīng)濟(jì)效益。使我國的空分設(shè)備技術(shù)水平提高到一個(gè)新的檔次。
權(quán)利要求1.一種整體式主換熱器與過冷器，它包括有至少一空氣或增壓空氣與返流氣體在各自的換熱流道進(jìn)行熱交換的主換熱器芯體部分，一液空或液氮與氮?dú)饣蛭鄣獨(dú)猓嚎者€與氧氣在各自的換熱流道進(jìn)行熱交換的過冷器芯體部分；其特征在于所述的主換熱器芯體與過冷器芯體在長度方向疊加后形成一個(gè)整體式芯體，返流氣體所通過的換熱流道與所述液空或液氮通過的換熱流道在所述整體式芯體中相交布置成相鄰的錯(cuò)流傳熱流道。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整體式主換熱器與過冷器，其特征在于所述的空氣是單程流換熱流道布置，其換熱流道與返流氣體的換熱流道交替布置成間壁逆流傳熱流道，所述的液空或液氮是單程流或多程流換熱流道布置，其換熱流道與氮?dú)饣蛭鄣獨(dú)鈸Q熱流道相交布置成錯(cuò)流傳熱流道，同時(shí)液空的換熱流道與氧氣換熱流道相交布置成使氧氣的冷量從原主換熱器部分轉(zhuǎn)移至液空過冷部分的錯(cuò)流傳熱流道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的整體式主換熱器與過冷器，其特征在于所述的過冷器芯體部分設(shè)置有供氮?dú)夂臀鄣獨(dú)庥傻撞窟M(jìn)入的導(dǎo)流口，其在整體式芯體中的換熱流道與液氮換熱流道構(gòu)成錯(cuò)流傳熱流道，且還與液空換熱流道也構(gòu)成錯(cuò)流傳熱流道；所述氮?dú)夂臀鄣獨(dú)獾膿Q熱流道還與所述的空氣或增壓空氣換熱流道構(gòu)成兩個(gè)逆流傳熱流道。
專利摘要一種整體式主換熱器與過冷器，它包括有至少一空氣和/或增壓空氣與包括由氧氣和/或氮?dú)夂?或污氮?dú)鈽?gòu)成的返流氣體在各自的換熱流道進(jìn)行熱交換的主換熱器芯體部分，一液空和/或液氮與氮?dú)夂?或污氮?dú)猓嚎者€與氧氣在各自的換熱流道進(jìn)行熱交換的過冷器芯體部分；所述的主換熱器芯體與過冷器芯體在長度方向疊加后形成一個(gè)整體式芯體，氧氣和/或氮?dú)夂?或污氮?dú)庠诮?jīng)過與所述液空和/或液氮相交布置成錯(cuò)流傳熱后成為所述的返流氣體；它不僅提高了換熱效率，減少了整體金屬消耗，還節(jié)省了中間連接管道，可以實(shí)現(xiàn)一次釬焊成型，節(jié)省制造成本，減小阻力損耗，節(jié)省運(yùn)行成本，提高液體的流速，彌補(bǔ)了錯(cuò)流換熱中溫差的修正所需增的換熱面積。
文檔編號F25J5/00GK201945139SQ201020130680
公開日2011年8月24日 申請日期2010年3月12日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月12日
發(fā)明者朱平, 毛央平, 毛紹融 申請人:杭州杭氧股份有限公司