用于換熱器的交換元件、包括該交換元件的換熱器和用于制造該交換元件的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于換熱器的交換元件，所述換熱器用于從稱為發(fā)熱流體的至少一種主流體向稱為冷卻流體的至少一種次流體傳遞熱量。此外，本發(fā)明涉及一種用于低溫氣體分離單元的換熱器，該換熱器包括多個根據(jù)本發(fā)明的交換元件。此外，本發(fā)明涉及一種用于制造這種交換元件的制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]本發(fā)明特別地發(fā)現(xiàn)了在低溫氣體分離領(lǐng)域、尤其是用于制造加壓氣態(tài)氧的低溫空氣分離(已知英語縮寫為“ASU”，代表空氣分離單元)領(lǐng)域的應(yīng)用。
[0003]US6951245B1公開了一種用于從發(fā)熱流體向冷卻流體傳遞熱量的換熱器。該換熱器包括多個板、在每個板上延伸成突出部的肋、以及圍繞所述板延伸的封閉板條。
[0004]所述板的功能是支承所述肋和引導(dǎo)發(fā)熱或冷卻流體。所述肋具有形成用于所述發(fā)熱或冷卻流體流的通道的功能。周邊封閉板條具有封閉所述通道的功能。
[0005]在US6951245B1的換熱器中，所述板、肋和封閉板條通過釬焊連結(jié)在一起。換句話說，所述肋和封閉板條釬焊到所述板上。
[0006]然而，現(xiàn)有技術(shù)的這種換熱器出現(xiàn)制造缺陷的風(fēng)險，因為它難以完全控制釬焊工藝。特別是，一些焊接接頭可能有缺陷。這種制造缺陷造成換熱器失效的風(fēng)險。這些失效風(fēng)險隨著用于流體的工作壓力的增加而增大。對于某些應(yīng)用，流體可達到介于50巴和100巴之間的壓力。
[0007]此外，當(dāng)在由鋁合金制成的換熱器中低溫分離空氣時，氧氣在高壓下的流動可以引起鋁合金在由塑性變形、釬焊斷開、顆粒沖擊、流體摩擦等而局部產(chǎn)生的熱點處直接點燃。這樣，直接點燃的風(fēng)險隨工作壓力的增加而增大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明旨在全部或部分地解決上面提到的問題。
[0009]為此，本發(fā)明的一個目的是用于換熱器的交換元件(交換器元件)，該換熱器用于從稱為發(fā)熱流體的至少一種主流體向稱為冷卻流體的至少一種次流體傳遞熱量，該交換元件包括:
[0010]-至少一個板，該板是實心的；
[0011]-在板的至少一面上延伸成突出部的肋，每個肋形成設(shè)計用于發(fā)熱流體或冷卻流體的流動的各個通道的壁的至少一部分；和
[0012]-沿著所述板的邊緣延伸從而封閉至少部分通道的封閉板條；
[0013]所述交換元件的特征在于，板、至少一部分肋和至少一部分封閉板條是一體的。
[0014]換句話說，所述板、至少一部分肋和至少一部分封閉板條被制成一個單件，因此由單一的相同材料制成。交換元件的部件因此是一體的，并且需要很少或不需要釬焊。
[0015]因此，這種交換元件具有非常高的機械強度，這使得換熱器可以在超過50巴A、甚至80巴A、或甚至100巴A的發(fā)熱流體壓力和/或冷卻流體壓力下工作。此外，由于這種交換元件包括很少或完全沒有釬焊接頭，在空氣分離情況下直接點燃的風(fēng)險被降低。
[0016]在本申請中，術(shù)語“實心”是指整塊的，即沒有中空或腔體的板。
[0017]根據(jù)本發(fā)明，所述板、全部肋和全部封閉板條都是一體的。
[0018]US-A-1662870公開了根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分所述的交換元件，但不具有允許流體交換的分配通道。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的一個主題，提供了根據(jù)權(quán)利要求1所述的交換元件。
[0020]因此，這種交換元件具有特別高的機械強度，這使得該換熱器可以在超過50巴A、甚至80巴A、或甚至100巴A的發(fā)熱流體壓力和/或冷卻流體壓力下工作。
[0021]根據(jù)前述實施例的變型，所述封閉板條設(shè)置成使得所述板的全部邊緣具有沿其布置的至少一個封閉板條。因此，該換熱器被封閉板條沿其每一個邊緣密封，該封閉板條是一體的，因此機械強度高。
[0022]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，板的總體形狀為矩形，交換元件包括分別沿該板的四個邊緣延伸的四個封閉板條。
[0023]因此，利用矩形板，換熱器具有通過堆疊板的直線邊緣形成的平面，使其更容易與流體入口集管和流體出口集管裝配。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，板的僅一個面包括肋。
[0025]因此，每個肋的制造公差相對較大，因為交換元件的肋與所述堆疊的交換元件的板直接接觸。
[0026]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，板的兩個面均包括肋。
[0027]因此，這種交換元件具有高密度的肋，因此提供了大的用于熱交換的表面區(qū)域。
[0028]根據(jù)前述實施例的一個實施形式，第一面的肋相對于第二面的肋發(fā)生偏移，所述肋優(yōu)選在每個面上均勻分布。
[0029]換句話說，第一面的肋不與第二面上的肋對齊。
[0030]因此，肋的這種偏移布置使得換熱器可以實現(xiàn)密度非常高的肋。這是因為兩個相鄰的交換元件可以在它們各自的肋分開的情況下疊加，從而形成數(shù)個通道。
[0031]根據(jù)本發(fā)明的一個變型，所述肋具有矩形且彼此相似的橫截面。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的一個變型，槽具有可以根據(jù)制造模式(機械加工、乳制或化學(xué)加工)而變化的橫截面。
[0033]因此，這種肋的形狀相對容易實現(xiàn)。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的一個變型，在板的第一面上，兩個相鄰的肋相距第一間距，在板的第二面上，兩個相鄰的肋相距第二間距，該第二間距大于第一間距，優(yōu)選介于第一間距的I倍和2倍之間。因此，這種肋可以通過交換元件的堆疊形成通道，該通道根據(jù)待引導(dǎo)的流體的性質(zhì)、流速和/或壓力而具有不同的寬度。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一個變型，在板的每個面上，橫向肋(側(cè)肋)、即最接近板的邊緣的肋與相應(yīng)的封閉板條相距大約所述間距的I倍，對向的橫向肋、即最接近板的對向邊緣的肋與相應(yīng)的封閉板條相距大約所述間距的2倍。這樣，面朝上的交換元件可以與面朝下的相同的交換元件交替，使得能形成寬度根據(jù)所述板的兩個側(cè)面而不同的通道。
[0036]根據(jù)本發(fā)明的一個變型，板的第一面的肋具有第一高度，板的第二面的肋具有第二高度，該第二高度與第一高度不同。這樣，肋可以根據(jù)待引導(dǎo)的第一流體和第二流體的性質(zhì)、流速和/或壓力來適配。
[0037]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，每個肋的寬度介于0.3mm和1.6mm之間、優(yōu)選介于0.4mm和1.5mm之間，每個肋的高度介于0.8mm和2.7mm之間、優(yōu)選介于1.0mm和2.5mm之間，并且所述板的厚度介于0.6mm和1.7mm之間，優(yōu)選介于0.8mm和1.5mm之間。
[0038]因此，這種肋寬為每個肋提供了較高的機械強度，尤其是使得可以在流體為氧時減少鋁點燃的風(fēng)險，因為一體的交換元件可以制造成肋的寬度大于現(xiàn)有技術(shù)中的肋的寬度。
[0039]因此，這種肋寬為所述板提供了較高的機械強度，尤其是使得可以在流體為氧時減少鋁點燃的風(fēng)險，因為一體的交換元件可以制造成板的厚度比現(xiàn)有技術(shù)中更大。
[0040]根據(jù)本發(fā)明的一個變型，所述肋具有凹槽/底切，所述凹槽布置成允許相鄰的通道之間的相互連通。因此，這種凹槽允許發(fā)熱流體或冷卻流體在兩個相鄰的通道之間流動。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的一個變型，所述肋布置成使得每個通道的寬度介于0.8mm和1.2mm之間。因此，這種通道允許實現(xiàn)發(fā)熱流體和冷卻流體的高流速。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，用于制成一體的板、肋和封閉板條的材料從包括以下材料的組中選擇:銅，銅合金，不銹鋼，銷，鋁合金、特別是3003、3004、3104和3005型，敷釬料合金4004、4104、4343、4045、4047A，以及它們與3000組的那些材料的組合