CN101203723A - 冷凝器型焊接板式热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种冷凝器型热交换器(1),该热交换器包括一组焊接板,所述一组焊接板共同限定相互连通的流体系统。根据本发明,所述热交换器的特征在于其包括:至少两个焊接板模块(52、53),每个模块都配置有独立的制冷回路(CF1、CF2),其中流体(CF2)优选地冷于流体(CF1);以及连接腔(66),所述连接腔(66)将两个模块以串接方式连接到待冷凝的流体的回路,从而使得当待冷凝流体自一个模块(52)进入下一模块(53)时所述待冷凝流体的流动方向(VD、VA)发生倒转。

Description

冷凝器型焊接板式热交换器
技术领域
本发明涉及热交换器领域,尤其涉及用作冷凝器的交换器。
特别地,本发明涉及板式交换器,所述板式交换器属于焊接板式交换器系列,不同于通过将板组装在一起且以外围密封件进行分隔而制成的板式交换器。
焊接板式热交换器在设计上更加坚固耐用,因为其仅由金属部件构成并且不包括由弹性体或类似材料制成的任何可压缩的防漏密封件。因此,焊接板式交换器的所述设计使其能够对许多流体进行处理,尤其是会对弹性体材料造成损害的流体。特别地,有可能涉及对溶剂进行处理的应用情形。
因此,更具体地说,本发明涉及一种用作冷凝器的新型热交换器结构。
背景技术
通常,焊接板式交换器能够用于旨在确保能够进行蒸汽冷凝的应用场合。这种冷凝器的原理在于:使带有可冷凝物质的蒸汽与冷源接触。
在焊接板式交换器中,多个不同板限定相互连通的流体系统。
在冷凝器领域中,已经提出各种提高简单冷凝器的效率的解决方案。重要之处在于:在可冷凝物质流过冷凝器时,从蒸汽相中除掉最大量的可冷凝物质,以便限制其排放到大气中并防止过多冷凝的悬浮物质渗入冷凝器下游的部件以及防止所述部件遭到损害的风险。
因此,第一解决方案为:将两个单个冷凝器以串接方式组合在一起,由此确保能够具有两个连续的冷凝阶段。更具体地说,在第一冷凝器中,待冷凝流体沿下行流向流动,从而使得能够分离掉蒸汽中所含有的部分液体。在冷凝器内部冷凝的液体以自然方式排出,从而使得能够收集冷凝物的第一部分。接着,将含有未冷凝馏分和一定数量的悬浮液滴的蒸汽引向第二冷凝器。第二冷凝器通常具有用于蒸汽的上行环流以及用于冷凝物的下行环流,为此,所述第二冷凝器称为回流冷凝器。需要可包括或可不包括在冷凝器中的称作除雾器的装置,以便在其离开第二冷凝器时除掉不可冷凝的气体中的悬浮液滴。
优选地,流体冷却剂以比第一冷凝器中的冷却剂更低的温度流过第二冷凝器,使得能够提高其处理效率。
已经提出的另一解决方案为:设计出其蒸汽系统沿两个相反方向流动的冷凝器。因此,称作双流冷凝器的此类冷凝器具有第一部分,在所述第一部分中,蒸汽流向下行进,接着蒸汽系统沿着蒸汽流在其中上行流动的部分继续流动。在该部分中,根据万有引力定律而向下流动的冷凝物被上行蒸汽流以细微液滴形式部分地牵引。类似于两个独立的冷凝器,也需要除雾装置,以提高冷凝作用的效率。此外,使用单一冷却剂降低了如此构造的冷凝器的热性能。
也可将几个此类冷凝器以串接方式布置,以便提高效率以及在更大程度上清除可冷凝产物。
然而,两个冷凝器以串接方式进行联接会引起机械问题。
这种组装件需要相互连接起来的冷凝器中存在两个蒸汽系统,所述连接必须承受处理设施中产生的机械振动、热冲击和其他机械应力。
此外,这些冷凝器装置通常定位在处理设施的上部,而且,足够坚固因而相当重的机械支撑件的使用已经被证明是一个相当大的缺点。
本发明的目的在于提供一种冷凝器,所述冷凝器在冷凝效率方面具有优良的性能,同时在制造以及在组装到完整设施内部方面相对比较简单。
发明内容
因此,本发明涉及一种冷凝器型热交换器,所述热交换器以公知方式包括一组焊接板,所述焊接板共同限定相互连通的流体系统。
根据本发明,所述交换器的特征在于其包括至少两个焊接板模块,每个模块具有独立的冷却系统。所述交换器还包括连接腔,所述连接腔沿着待冷凝的流体系统以串连方式连接两个模块,从而使得当待冷凝流体自一个模块转移到下一个模块时所述待冷凝流体的流动方向发生倒转。
换言之,本发明涉及使用单个交换器但是以两个阶段进行冷凝操作,即在第一阶段中通过第一冷却剂在第一板模块上进行冷凝。第一冷凝之后便是第二阶段,所述第二阶段在第二焊接板模块内部进行,其中冷却剂能够有利地以较低的温度流过所述第二模块。有利地,将板的轮廓设计成确保能够在冷凝器内部进行除雾。
由于两个板模块是串联的,因此待冷凝流体优选地在第一模块中沿下行流向流动且在第二模块中向上行进。上行流向以及温度较低的冷却剂的采用提高了冷凝效率,即降低未冷凝物质在经过处理的蒸汽中的百分率。
上述组合在单个交换器中实现,从而通过限制将交换器结合到生成待冷凝蒸汽的设备中所需的基础设施而有利于对交换器进行定位。
在实践中,连接腔能够由将板模块的两个表面和交换器的外壁分开的空间限定,其中所述两个表面位于交换器相同侧部上。换言之,连接腔连接板模块的位于交换器的相同侧部上的两个入口。因此,在最简单的构造中,待冷凝蒸汽沿下行流向经由下表面离开第一模块,并且沿上行流向经由第二模块的下表面流入第二模块。
连接腔在外侧通过交换器框架限定,而内表面则由在两个板模块之间延伸的壁限定。所述壁能够由位于两个板模块之间的实心中间部件构成或者优选地由设置在两个模块之间的焊接板构成以确保连接腔的密封性。因此,能够在模块和连接板之间使用将与蒸汽接触的相同材料。
有利地,在实践中连接腔的壁能够根据模块之间的方向发生弹性变形。换言之,构成壁的板的形状能够补偿由于两个板模块之间的温度差而产生的机械应力,例如使用膨胀波纹管。
在实践中,根据所要求的应用情形,尤其是根据待冷凝蒸汽的组成,包括在交换器中的各种板模块的容积可以不同。
因此,在具有两个模块的交换器的最简单的形式中,第一模块的容积可大于第二模块的容积,原因在于这样的事实,即待冷凝产品的数量大于第二模块中待冷凝产品的数量。
在所做描述的其余部分中,所给出的根据本发明的交换器的形式为包括两个焊接板模块,但毫无疑问,同样能够通过增加独立冷却系统的数量以及连接腔的数量而增加模块的数量,而不会偏离本发明的范围。
在可替代实施方式中,每个模块中的待冷凝的流体系统可包括两个串接的区段,所述两个区段朝向相反。换言之,能够在每个模块内部使用合适的挡板以便规划待冷凝流体,所述待冷凝流体的第一部分具有下行流向,其后便是具有上行流向的部分。双流交换器在每个模块中的优点变得显而易见,其中下行冷凝以及回流循环区域的接续性使得能够提高冷凝和除雾方面的效率。
附图说明
通过以下对实施方式的简短描述,将更好地理解用于实现本发明的方法及其优点,所述描述参照附图进行,所述附图为:
图1为根据本发明的交换器的示意性立体图;
图2为图1所示交换器的示意性分解立体图,图中将所述外板示出为与其他部件分开;
图3为图1所示交换器的内部的示意性分解立体图,图中将所述焊接板模块示出为与其他部件分开;
图4为用于形成连接腔的连接板的实施方式的示意性立体图;
图5为示出图1所示交换器的操作的概略图;
图6为示出可替代实施方式的操作的概略图。
具体实施方式
如上所述,本发明涉及一种热交换器,所述热交换器能够主要用在冷凝器应用场合。这种交换器示出在图1中,并且其总体形状为由一组外壁限定的矩形箱体,所述外壁为:下壁(2)、前壁(3)、上壁(4)、侧壁(5、6)和如图2所示的后壁(7)。
上壁(4)上设置有流体入口(10)和出口(11),所述流体包含待冷凝的物质。
前壁(3)包括两个冷却系统的入口。更具体地说,如图1所示,前壁(3)包括:第一冷却系统上的出口(15)的入口(14);以及第二冷却系统上的出口(17)的入口(16)。后壁(7)确保冷却剂能够回流。
交换器(1)的下壁(2)包括冷凝物的出口(18)。
交换器(1)的内部构造更详细地示出在图2中,图中将各个外壁示出为与交换器的中央分开。因此,上壁(4)示出为处于拆分状态且包括两块独立面板(41、42),每块所述面板(41、42)布置到交换器中央的一个部分。每块板包括孔口(43),待冷凝流体的入口和出口连接导管穿过所述孔口(43)。类似地,前壁(3)也包括两块面板(31、32),所述面板(31、32)在相互面对的部位具有切割部分(33、34),所述切割部分(33、34)使得两块面板能够槽接在一起以便借助孔口(35)有效地紧固到热交换器的中央部分上。显然前壁也能够由单块面板构成,而不会偏离本发明的范围。
后壁不包括用于使连接导管穿过其中的孔口,并且所述后壁以类似于前壁的方式制成为两块面板,所述两块面板槽接在一起并紧固到交换器的中央部分。交换器(1)上的下壁(2)由单块面板构成,所述单块面板包括孔口(44),其中冷凝物的连接导管(18)将穿过所述孔口(44)。
前壁(3)上的每块面板(31、32)还包括旨在将连接导管(14、15、16、17)连接到冷却系统的孔口(36、37、38、39)。交换器(50)的中央部分更清楚地示出在图3中,图3中没有示出外壁。
更具体地说,交换器上的内部部分(50)主要包括两个焊接板模块(52、53),所述焊接板模块(52、53)沿其对准的边缘通过柱件(55-58)进行组装并通过中间壁(59)相互分隔开。
根据申请人的欧洲专利第0 165 179号所公开的原理,每个焊接板模块(52)的设计方案本身为公知技术。简单地说,这种模块(52)包括一组通过连接部分焊接起来的波纹板。因此,这种模块(52)包括第一流体系统,所述第一流体系统连通到图3所示模块的前表面和后表面上。在本示例中旨在收集待冷凝流体的第二流体系统穿过交换器一从模块(52)的上表面流到下表面。更具体地说,模块(52、53)的下表面(67、70)均连通到自由空间内,其中所述自由空间的下部由下外壁(2)限定。
因而,限定在下壁(2)和使模块(52)向下延伸的部分(61、62)之间的容积(63)限定一段特征性连接腔(66)。因此,连接腔(66)沿交换器的整个长度延伸并且将第一模块(52)的下表面(67)连接到第二模块(53)的下表面(70),其中所述第一模块(52)的下表面(67)构成将在第一模块中进行冷凝的流体系统的出口,而所述第二模块(53)的下表面(70)则构成将在新模块中进行冷凝的流体系统的入口。
模块(52、53)均借助它们的侧表面与中间壁(59)以机械方式接触。中间壁包括旨在确保连接腔(66)沿交换器的长度的连续性的凹部(72)。
凹部(72)的内表面具有图2所示连接板(83),所述连接板(83)构成限定介于两个模块(52、53)之间的连接腔的壁。如图3所示,连接板(83)通过将两个连接部分(81、82)组装起来而构成,其中所述两个连接部分(81、82)将焊接在一起。在图4所示优选实施方式中,每个连接部分(81)包括将要焊接到模块(52、53)之一的平坦部分(85)。优选地制成单个部分的每个连接部分(81、82)具有以支脚(87)延伸的呈倒U形的中央部分(86)。
根据本发明的另一特征,连接板(83)的每个连接部分(81、82)具有位于每个连接部分(81)的中央部分(86)的中央部位的膨胀波纹管(88)。波纹管(88)使得所述板能够沿方向D扭曲变形,所述方向D与连接腔(66)内的待冷凝流体的流向相一致,从而与限定于模块(52、53)之间的方向相一致。特别地,膨胀波纹管可通过冲压工艺制成。
在对模块进行组装之前,先将连接板的两个部分(81、82)分别焊接到板模块(52、53)之一上。然后将两个连接部分焊接在一起而构成连接板(83)。为防止因焊接形成任何污染,凹部(72)容纳槽接在中间壁(59)和连接板的两个部分(81、82)之间的大体上呈倒U形的保护板(74)。当对模块(52、53)进行焊接以便组装时,由与连接部分(81、82)相同的高等级材料制成的保护板(74)旨在使所述连接部分(81、82)与由较低等级材料制成的中间壁(59)隔离开。
所述交换器的操作示出在图5中。因而,待冷凝流体V流入(VIN)交换器并进入焊接板的第一模块。因此,位于第一模块内部的待冷凝流体系统(V)流过第一部分VD,所述第一部分VD位于第一模块(52)中且以下行箭头标示。通过与第一冷却系统(CF1)接触,因此待冷凝流体在第一模块中与部分冷凝液体分离,其中所述第一液体在连接腔(66)中流动,然后流到冷凝物出口(C)。
含有待冷凝物质的流体按照箭头VL继续在连接腔(66)中流动并流入第二模块(53),其中所述流体在第二模块内沿箭头VA标示的上行回路流过所述第二模块(53),所述第二模块通过冷却系统CF2冷却,所述冷却系统CF2可以是例如乙二醇-水。在第二模块(53)中,待冷凝的流体向上行进,因而形成改进除雾作用的回流。
本发明使得能够有利地选择不同的冷却剂以优化冷凝现象。还能改变冷却剂的体积和流动速率以优化交换器的热性能。
因此,部分冷凝物沿与流体循环相反的方向流动以提高冷凝过程的效率。冷凝物的附加部分同样也通过用于排除冷凝物的出口(18)排出。
应当注意的是,可设置比以上附图所示的两个焊接板模块更多的焊接板模块以便在适当情形下从更多的冷却系统中受益。
如图6所示,还能够制造具有可替代实施方式的特征的交换器。在该示例中,挡板(90、91)设置在每个焊接板模块中,从而所述挡板(90、91)将每个基本模块(92、93)分成两个不同区域(95、96、97、98)。在该示例中,待冷凝的流体VIN在第一模块(92)的第一区域(95)中沿下行流向VD1流动并在相同模块(92)的第二部分(96)中沿上行流向VA1向上行进。中间壁(99)向下延伸从而限定连通区域(100),使得待冷凝流体VL1能够从第一模块(92)中的第一部分(95)流动到第二部分(96),同时使连通区域(101)与第二模块(93)隔离开。流体系统通过经由第一模块(92)的上部分进行排放并且连通到连接腔(103)内而得以延伸,其中所述连接腔(103)由挡板(90、91)以及板(105)限定,所述板(105)可类似于包括两个连接部分(81、82)的连接板,所述两个连接部分(81、82)之一示出在图4中。
接着,流体系统通过第二模块(93)中的第一部分(97)中的下行部分VD2、连接腔(101)中的部分VL2、以及第二模块(93)中的第二部分(98)中的上行部分VA2而得以延伸。
因此获得一种交换器,在该交换器中,每个冷却系统(CF1、CF2)中形成两个具有回流(VA1、VA2)的除雾阶段。
在该形式中,能够独立地收集冷凝物(C1、C2),从而有利于具体应用情形---比如在蒸馏塔的两个不同水平线处回收冷凝物。
通过以上描述可清楚地看出,根据本发明的交换器具有许多优点,尤其是兼备冷凝过程中的高效率以及使得所述交换器易于装配在许多设施中的紧凑性。此外,这种冷凝器意味着待冷凝的流体能够被容易地连接。
此类交换器的工业应用包括:在蒸馏塔的顶部进行冷凝,或者对源于应用在精细化工或制药工业中的反应器的流出物进行冷凝。

Claims (10)

1.一种冷凝器型热交换器(1),该热交换器包括一组焊接板,所述一组焊接板共同限定相互连通的流体系统,其特征在于,所述热交换器包括:至少两个焊接板模块(52、53),每个模块具有独立的冷却系统(CF1、CF2);连接腔(66),所述连接腔(66)沿着待冷凝的流体系统V以串接方式连接两个模块,从而使得当待冷凝流体从一个模块(52)转移到下一模块(53)时,所述待冷凝流体的流动方向(VD、VA)发生倒转。
2.如权利要求1所述的热交换器,其特征在于,第二模块(53)中的冷却剂(CF2)的温度低于第一模块(52)中的冷却剂(CF1)的温度。
3.如权利要求1所述的热交换器,其特征在于,连接腔(66)由将所述模块的两个表面(67、70)和所述交换器的外壁(2)分开的空间限定,其中所述两个表面(67、70)定向成位于所述交换器的相同侧部上。
4.如权利要求1所述的热交换器,其特征在于,连接腔(66)具有位于所述两个模块(52、53)之间的壁(83)。
5.如权利要求4所述的热交换器,其特征在于,所述连接腔的壁(83)由位于所述模块(52、53)之间并且组装在一起的两个连接部分(81、82)构成。
6.如权利要求4所述的热交换器,其特征在于,壁(83)能够根据所述模块之间的方向发生弹性变形。
7.如权利要求6所述的热交换器,其特征在于,壁(83)具有膨胀波纹管(88)。
8.如权利要求1所述的热交换器,其特征在于,所述两个模块(52、53)具有不同的容积。
9.如权利要求8所述的热交换器,其特征在于,待冷凝的流体系统流过其中的第二模块(53)的容积小于所述第一模块(52)的容积。
10.如权利要求1所述的热交换器,其特征在于,在每个模块中,待冷凝的流体系统包括两个朝向相反的串接区段(VD1、VA1、VD2、VA2)。
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