換熱器組件的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及換熱器組件，用于形成主流體與次流體之間沒有接觸的熱傳遞單元，例如基于低溫的氣體分離單元。此外，本發(fā)明涉及包含該換熱器組件的基于低溫的氣體分離裝置。
[0002]本發(fā)明尤其適用于氣體分離領(lǐng)域，例如采用低溫的空氣分離。
【背景技術(shù)】
[0003]在已有技術(shù)中，基于低溫的空氣分離單元通常包括帶有釬焊板的主換熱器，主換熱器形成基于低溫的空氣分離單元的主換熱路徑。
[0004]這些熱交換器使處于室溫的空氣與來自一個(gè)或多個(gè)精餾塔的低溫流體位于熱交換關(guān)系中。在此換熱器的輸出端，空氣具有的溫度為-175°C量級(jí)的，而被再加熱流體大致處于室溫(大約25°C)。因而在換熱器的入口和出口之間的溫度梯度約為200K，平均對(duì)數(shù)溫差在2K至1K之間。
[0005]每一換熱器包括一堆限定流體通道的平行板，隔板或者換熱波(波狀件)限定用于這些流體的通路。外圍封閉條確保流體通路的密封嚴(yán)密性。
[0006]本身眾所周知的，這種換熱器整體形式為長(zhǎng)方體。該換熱器的長(zhǎng)度典型為從4至8m,它的寬度從I至1.5m,它的高度為I至2m。
[0007]根據(jù)慣例，換熱器的長(zhǎng)度為限定流體通道的平行板的最大尺寸。換熱器的寬度沿著垂直于長(zhǎng)度的方向測(cè)量。換熱器高度沿著板的堆疊方向測(cè)量。
[0008]另外，已知通過組裝(例如通過并排焊接)若干單獨(dú)釬焊的換熱器來實(shí)現(xiàn)該換熱器的高度的增加，該方法不能用于增加長(zhǎng)度或?qū)挾取?br>[0009]該換熱器的技術(shù)現(xiàn)狀為流體流動(dòng)方向在長(zhǎng)度方向上逆流換熱來從最大尺寸中獲利以換熱。
[0010]FR-A-2844040提出了具有流體流動(dòng)方向?yàn)閷挾确较虻膿Q熱器，以此來顯著減少待并行布置的換熱器的數(shù)目(通常減少到1/4至1/6)。
[0011]然而，為了能夠利用低的溫差和最有效的換熱隔板-波狀件(例如具有短的鋸齒長(zhǎng)度和很高密度的所謂的鋸齒波)實(shí)現(xiàn)200K量級(jí)的熱梯度，必須將換熱器的寬度增加至2.5m或者3.5m?，F(xiàn)在這種換熱器寬度與已有的所有釬焊爐不兼容。另外，增加釬焊爐的尺寸會(huì)導(dǎo)致技術(shù)可行性問題。
[0012]為了克服這個(gè)問題，W0-A-2007149345描述了包括兩個(gè)并列放置的換熱器的換熱器組件。在這種情況下，待釬焊的換熱器的數(shù)目減少到1/2至1/3，該減少系數(shù)也非常顯著。
[0013]另外，W0-A-2007149345中的換熱器組件包括用于流體連接并列放置的換熱器的裝置。在恰當(dāng)?shù)睦又?，主流體為高壓壓縮空氣，次流體為低壓雙氮。
[0014]然而，在W0-A-2007149345的換熱器之間，主流體通過傾斜的所謂的分配隔板收集，分配隔板將次流體引入至兩個(gè)側(cè)向的供給箱(在換熱器的各側(cè)有一個(gè)供給箱)，分配隔板具有產(chǎn)生顯著的壓頭損失的小的排出截面。類似地，主流體通過兩個(gè)側(cè)向的供給箱和傾斜的分配隔板供給至第二換熱器中，產(chǎn)生了顯著的壓頭損失。
[0015]因此，為了抵消壓頭損失的這種增加，有必要增加換熱截面。然而，換熱器的尺寸受到其中制造換熱器的釬焊爐的尺寸的限制。因此這種換熱器組件使得必須釬焊更多的換熱器和增加制造它們所需要的材料量。
[0016]本發(fā)明尤其用于全部或部分地解決上述的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]為此，本發(fā)明的主題為換熱器組件，用于形成在主流體與次流體之間沒有接觸的熱傳遞單元，換熱器組件包括兩個(gè)換熱器，即第一換熱器和第二換熱器，第一換熱器和第二換熱器適用于至少一種主流體例如高壓壓縮空氣與至少一種次流體例如低壓雙氮之間的換熱。
[0018]-各換熱器包括在所謂的堆疊方向彼此平行放置的數(shù)個(gè)板構(gòu)成的堆垛，用以至少限定出:i)設(shè)置為用于主流體流動(dòng)的主通道和ii)設(shè)置為用于次流體流動(dòng)的次通道，主通道和次通道根據(jù)預(yù)先確定的堆疊模式一個(gè)接一個(gè)。
[0019]-第一換熱器的板堆定義出與第一換熱器主通道流體連接的第一連接面，第二換熱器的板堆定義出與第二換熱器主通道流體連接的第二連接面；
[0020]-換熱器組件的特征在于第一換熱器與第二換熱器布置為第一連接面與第二連接面相鄰；和
[0021]其中它還包括:
[0022]-由第一連接面、第二連接面、在第一連接面與第二連接面之間延伸的箱容積限定出的至少一個(gè)箱體，
[0023]-在箱容積內(nèi)設(shè)置的至少一個(gè)主腔室，用來在第一換熱器與第二換熱器之間將全部或部分主流體輸送通過第一連接面和第二連接面，
[0024]-在容積箱內(nèi)設(shè)置的區(qū)別于所述至少一個(gè)主腔室的至少一個(gè)次腔室，用來在第一換熱器和第二換熱器之間將全部或部分次流體輸送通過第一連接面和第二連接面。
[0025]換句話說，本發(fā)明涉及通過使主流體通過與次流體相同的連接面來增加主流體供給箱的個(gè)數(shù)(數(shù)目嚴(yán)格大于2)。
[0026]在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)“相鄰”表示元件位于另一元件的附近，因而靠近這另一元件或在這另一元件旁邊。特別地，兩個(gè)連接面當(dāng)它們沿著各自的邊或者各自的部分接觸時(shí)相鄰。
[0027]在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)“低壓雙氮”指的是與空氣相比富氮的流體，其在比進(jìn)入換熱器的空氣壓力顯著低的壓力下制造。
[0028]典型地，預(yù)先確定的堆疊模式可包括其中主通道“P”被兩個(gè)次通道“S”包圍的“-S-P-S-”序列，在相應(yīng)的換熱器的整個(gè)高度上重復(fù)這種堆疊模式。
[0029]可替換地，預(yù)先確定的堆疊模式可包括由一個(gè)主通道“P”與一個(gè)次通道“S”構(gòu)成的序列，除了端部的次通道外，次通道的高度大于主通道的高度，以避免在端部處熱交換不平衡。在端部處，序列模式為:
[0030]“S，-P-S-P-S-P-S-，，和 “-S-P-S-P-S”。
[0031]這樣，主腔室和次腔室能夠?qū)⑷康闹髁黧w和全部的次流體通過第一連接面和第二連接面從一個(gè)換熱器輸送至相鄰的換熱器。因此，該熱交換器組件可以增加主流體和次流體之間的換熱表面面積，而不需要更改制造工具，尤其是釬焊爐。
[0032]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變型，箱容積由包絡(luò)箱容積的箱體壁限定。
[0033]因而，該箱體壁限定了密封的或準(zhǔn)密封的箱容積。
[0034]在本申請(qǐng)中，術(shù)語(yǔ)“準(zhǔn)密封”限定泄漏率可接受(即低于5%，甚至低于引入流體整個(gè)容積的1% )的容積。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一連接面整體為平面，并且與第一換熱器的所述板垂直，第二連接面整體為平面，并且與第二換熱器的板垂直。
[0036]換句話說，每一換熱器整體為長(zhǎng)方體形式。
[0037]因而，該換熱器具有相對(duì)容易制造的形狀。
[0038]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一連接面整體為平面，并且與第一換熱器的所述板垂直，第二連接面整體為平面，并且與第二換熱器的板垂直。
[0039]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一連接面與第二連接面平行并且相對(duì)設(shè)置。
[0040]這樣，該換熱器組件可以非常緊湊，其具有最小的箱容積，使得能夠減少主流體和次流體流動(dòng)中的壓頭損失。
[0041]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一換熱器和第二換熱器并排設(shè)置，第一連接面和第二連接面定向成各自的法線方向基本平行，第一連接面和第二連接面優(yōu)選設(shè)置成具有相鄰邊或共同邊。
[0042]換句話說，箱體整體為半圓柱形或者半圓環(huán)形。這樣，該換熱器組件可以在與第一和第二連接面垂直的方向上具有相對(duì)較小的尺寸。另外，換熱器的該布置簡(jiǎn)化了換熱器組件的制造，因?yàn)榫哂懈嗟挠糜诤附雍瓦B接換熱器的空間。
[0043]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一連接面和第二連接面基本彼此正交，第一連接面和第二連接面優(yōu)選設(shè)置成具有相鄰邊或共同邊。
[0044]換句話說，箱體整體為四分之一圓柱或四分之一圓環(huán)形狀。因此，該換熱器組件可具有適于特定應(yīng)用的體積。另外，換熱器的該布置簡(jiǎn)化了換熱器組件的制造，因?yàn)榫哂懈嗟挠糜诤附雍瓦B接換熱器的空間。
[0045]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，箱容積構(gòu)成次腔室。
[0046]因此，不需要提供用于輸送次流體的任何特殊導(dǎo)管，簡(jiǎn)化了熱交換器組件的結(jié)構(gòu)。
[0047]根據(jù)該實(shí)施例的一個(gè)變型，熱交換器組件包括在箱體與第一連接面和第二連接面之間的密封裝置。因此，該密封裝置保證了箱體的密封嚴(yán)密性。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，第一連接面整體為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)方形的邊由第一換熱器的堆疊方向上的長(zhǎng)和高限定，第二連接面整體為長(zhǎng)方形，長(zhǎng)方形的邊由第二換熱器的堆疊方向上