CN102735075A

CN102735075A - 具有芯管和环形槽的热交换器

Info

Publication number: CN102735075A
Application number: CN2012101148651A
Authority: CN
Inventors: M·施泰因鲍尔; C·克贝尔; J·施普雷曼; L·马塔莫罗
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde GmbH
Priority date: 2011-04-14
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2012-10-17
Anticipated expiration: 2032-04-13
Also published as: CN102735075B; US9273913B2; US20120261103A1; DE102011017030A1

Abstract

本发明涉及热交换器，其具有：管束(10)，其具有多个围绕芯管(100)缠绕的管道，包围管束(10)的外壳(20)，其限定围绕管束(10)的外壳空间(200)，及液体分布器(30)，其具有用于在外壳空间(200)中将液体(F)分布在管束(10)上的分布器臂(300)，其中为了向分布器臂(300)供应液体(F)，分布器臂(300)经过下行管(340)与沿着外壳(20)的圆周环绕的环形槽(400)以导流的方式连接。根据本发明，为了对容纳在分布器臂(300)中的待分布的液体(F)进行脱气，芯管(100)与分布器臂(300)以导流的方式连接。

Description

具有芯管和环形槽的热交换器

技术领域

本发明涉及根据权利要求1的主题的热交换器系统。

背景技术

此类热交换器是为了在至少一种在管束中穿过的第一介质和一种在外壳空间中穿过的(气/液)两相混合物之间进行间接热交换而设立和设置的，其中该管束具有围绕芯管的多个管道，和其中外壳空间由包围管束的外壳定义。此外，设置液体分布器，其具有在外壳空间内将所述液体分布在管束上用的分布器臂，其中为了向该分布器臂供应液体，该分布器臂通过下行管与沿着外壳圆周环绕的环形槽以导流的方式连接。

从DE 10 2004 040 974 A1已知这种热交换器。

在外壳侧为了使待分布的液体脱气和静止，液体分布系统可以进一步以如下方式设计，使得气/液两相混合物例如，在一个预分布系统中静止和脱气，预分布系统主要具有一个环形槽和在第二级具有收集槽。接着，通过下降管使脱气后的液体拥挤以产生压力并引入主分布系统本身。该液体从下降管引入分布器臂，液体由此通孔洒在处于其下的管束上。然而，由于液体在该下降管中的下落可能将气泡带进液体。在该下降管中下落速度是如此之高，以致封闭的气泡不能逆着流而上升。因此，它们被进一步带入分布器臂，而且这时液体分布可能对能束(Energiebuendel)产生负面的影响。

发明内容

因此，本发明的目的在于，在将液体在外壳空间上分布方面进一步改善前述类型的热交换器。

该问题是通过具有权利要求1的特征的热交换器系统解决的。

据此，为了对容纳在分布器臂中的待分布的液体进行脱气，芯管与分布器臂以导流

的方式连接。换而言之，特别是之前通过芯管向下引导液体，该芯管现在起脱气烟囱(Entgasungskamin)的作用或者作为脱气烟囱形成。

因此，一方面避开之前的系统的两级特性(见上文)，因为在根据本发明的热交换器中液体从环形槽经过下行管直接流入所属的分布器臂中，其中额外地产生了对容纳在环形槽中的液体进行脱气的有效可能性，即通过作为用静止的液体填充的脱气装置的芯管。通过根据本发明将液体流引入环形槽，尤其是可以实现明显更长的停留时间并因此减小了该液体的下降速度。

此外，通过允许从一个分布器臂输送液体至另一个分布器臂，即为了将液体均匀分布在管束上，分布器臂优选通过芯管以导流的方式彼此连接，甚至尤其是通过狭缝状的通孔通往芯管，根据本发明该芯管优选具有抑制在分布器臂之间的可能的错误分布的功能。

在一个根据规定

设定的状态下，该芯管优选沿着垂直线延伸，其中该芯管优选沿着优选基本上呈中空圆柱形的外壳的纵向轴(圆柱体轴)延伸，甚至特别是与外壳以同轴方式设置。所述狭缝状的通孔优选同样沿着垂直线在芯管上延伸。

因此，容纳在分布器臂中的待分布的液体可以通过芯管进行脱气，在芯管中优选设置脱气烟囱(或者脱气烟囱仅由该芯管形成)，其中该脱气烟囱或分布器烟囱与各个分布器臂以导流的方式连接，甚至特别是通过所述狭缝状的通孔。

为了促进液体在分布器臂中脱气，基于该热交换器根据规定设定的状态，分布器臂优选具有用于向上加以限定的顶部，其向着分布器臂的各个底部(孔底)倾斜延伸，待分布的液体通过该底部洒在设置于其下方的管束上，该顶部甚至沿着朝向芯管的方向升高，各个分布器臂由芯管(在外壳的径向上)下降。因此，被带入分布器臂中的气泡容易在分布器臂的向内升高的顶部以朝向芯管/脱气烟囱的向内方向移动，于是任选经过芯管或容纳在其中的脱气烟囱逸出。

为了将液体引入环形槽中，液体分布器优选具有沿着芯管延伸的用于容纳待分布的液体的布料盒(Prallkasten)，该布料盒(基于该热交换器根据规定设定的状态)向下在侧面通入环形槽内。在此，该布料盒优选具有沿着芯管延伸的挡板(Prallwand)，为了将液体引入布料盒中该挡板在外壳的径向上与液体分布器的入口相对地设置，从而使通过所述入口引入布料盒中的液体流在挡板上，然后向下下落。在此，流入的液体撞击在液体表面上。现在气体和液体具有充足的时间在环形槽内分离，并且可能被向下夹带的气泡可以逆着液体流动而上升。

此外，该布料盒向上优选以封闭的方式形成。为此，该布料盒可以具有顶部，该顶部从该挡板向外壳延伸，其可以在背离芯管的一侧限定该布料盒。

该挡板优选可以向下以自由的末端区域伸入环形槽中，从而可以使挡板处的液体流入环形槽内，其中挡板的该自由的末端区域尤其是以与环形槽的环绕的面向芯管的内壁彼此隔开的方式设置。该布料盒还可以向下延伸，于是气体和液体仅于侧面向下流动。于是，液体在环形槽内落在底部的两侧。

因此，带入布料盒中的气泡可以容易地排出，该布料盒优选在挡板的两侧具有开放侧。

因此，根据本发明的液体分布器结果形成单级系统，其中该液体分布器特别是以如下方式设计，该液体在热交换器根据规定运行时在环形槽内具有确定的装料高度。这对于经保证的部分负载情况应当通常已经是有效的。

通过改善液体分布，可以最优地利用热交换器的加热面。这一概念同样可以用于浮动天然气液化装置，因为该环形空间或环形槽可以简单的方式分成区段，从而防止该系统溢出或振荡，换而言之，该环形槽优选以如下方式分成区段，位于环形槽中的液体在环形槽的空间位置(Raumlage)改变时通过将环形槽分成区段而静止。这些区段优选各自通过两个彼此相对的从环形槽的底部突出的壁形成，其中该液体优选可以从某个液位起从一个区段到达围绕的区段(通过各个壁的溢流)。

此外，存在的热交换器可以设置有可调节的液体分布器。为此，该环形槽可以分成区段，于是这些区段向不同的分布器臂供料。在分布器臂的底部中形成的通孔的不同实施方案或者分布中，液体通过该通孔洒在处于其下方的管束上，于是可以针对性地影响管束的特定扇区上的液体给料量。在此，各个区段的给料优选针对每个区段以可以单独调节的方式形成(例如借助于相应的属于各个区段的阀门)。

下面依照附图通过附图描述实施例阐述本发明的其他特征和优点。

附图说明

图1所示为具有液体分布器的热交换器的部分剖面示意图；及

图2所示为根据图1的液体分布器的环形槽的部分剖开的示意性俯视图。

具体实施方式

图1连同图2一起显示根据本发明的热交换器1。热交换器1具有承受压力的、特别是中空圆柱形的外壳20，外壳沿着纵向轴(圆柱体轴)延伸，基于热交换器1根据规定设定的状态，纵向轴平行于垂直线Z。外壳20限定外壳空间200，在外壳空间中设置有至少一个限定管空间的管束10，该管束由多个管道形成，这些管道(在多个位置上)围绕芯管100缠绕，其纵向轴与外壳20的纵向轴重合。该管空间用于容纳第一介质，第一介质与在外壳空间200中引导的液体F进行间接热交换。

在管束10的上方设置有液体分布器30，形成该液体分布器是为了将该液体F分布在垂直于垂直线Z的外壳空间200的截面上或者供应至管束10上。

为了能够向液体分布器30供应液体F，在外壳20上设置入口510(例如是设置在外壳20上的接管Stutzen的形式)，该入口接入布料盒50中，布料盒在外壳空间200中沿着垂直线Z延伸。布料盒50向外通过由外壳20形成的外壁504限定，其中相对地设置布料盒50的挡板500，相对于入口510设置该挡板，使得从入口510流入布料盒50中的液体F撞击在挡板500上并向下流入布料盒50中，其中该布料盒向下接入环形槽400中，在环形槽中以如下方式收集液体F，液体F在热交换器1根据规定运行时位于环形槽400(液面F′高于分布器臂300，见下文)中。液体F由此可以有利地静止和脱气。该布料盒50向上通过顶部502限定，但是挡板500的两侧优选具有开放侧503，由液体F夹带的气泡G可以通过该开放侧从液体分布器30向上逸出。此外，该挡板500可以具有自由的末端区域501(或者下面可以具有底板)，末端区域伸入环形槽400中并与其内壁402(见下文)沿着径向R彼此隔开。因此，液体F总是可以在挡板500处流向环形槽400中。

该环形槽400本身沿着外壳20的圆周在垂直于外壳20的纵向轴取向的平面内环绕，其中环形槽400的环绕的外壁401由外壳20形成，其与环形槽400的环绕的内壁402相对地设置。环形槽400的外壁和内壁401，402经过环形槽400的环绕的底部403彼此连接，该底部向下限定该环形槽400。

环形槽400就其而言经过沿着垂直线Z延伸的多个下行管340与多个分布器臂300连接，分布器臂从芯管100出发在外壳20的径向R上向外朝向外壳20延伸，其中分布器臂300尤其是可以形成蛋糕块状(扇形)。因此，可以从环形槽400向分布器臂300供应液体F。在分布器臂300之间特别是可以形成空隙(通过区域)，管束10的管道可以通过该空隙沿着垂直线Z穿过。

分布器臂300向下各自通过底部301限定，其中该底部(孔底)301各自具有多个通孔，位于分布器臂300中的液体F可以通过这些通孔洒在管束10上，从而液体F可以与在管空间中引导的介质进行间接热交换。此外，分布器臂300各自经过优选为狭缝状的通孔310与在芯管100中同轴设置的脱气烟囱110连接，脱气烟囱具有环绕的级，从而脱气烟囱分段地具有小于芯管100的相应内径的外径。带入分布器臂300中的气泡经过该脱气烟囱110向上(经过芯管100)逸出。为了促进脱气，该分布器臂300各自具有顶部320，该顶部朝向芯管100上升，即朝向各自的底部301相应地倾斜，气泡可以沿着该顶部在脱气烟囱110中上升。因此，根据本发明，芯管100不是发挥分布器臂300的入口的作用，而是发挥脱气烟囱或分布器烟囱的作用。

附图标记

1 热交换器 400 环形槽

10 管束 401 外壁

20 外壳 402 内壁

30 液体分布器 403 底部

50 布料盒 500 挡板

100 芯管 501 自由的末端区域

110 脱气烟囱 502 顶部

200 外壳空间 504 外壁

300 分布器臂 510 入口

301 底部 F 液体

310 通孔 F′ 液面

320 顶部 R 径向

340 下行管 Z 垂直线

Claims

1.热交换器，其具有：

-管束(10)，其具有多个围绕芯管(100)缠绕的管道，

-包围管束(10)的外壳(20)，其限定围绕管束(10)的外壳空间(200)，及

-液体分布器(30)，其具有用于在外壳空间(200)中将液体(F)分布在管束(10)上的分布器臂(300)，其中为了向分布器臂(300)供应液体(F)，分布器臂(300)经过下行管(340)与沿着外壳(20)的圆周环绕的环形槽(400)以导流的方式连接，其特征在于，

为了对容纳在分布器臂(300)中的待分布的液体(F)进行脱气，芯管(100)与分布器臂(300)以导流的方式连接。

2.根据权利要求1的热交换器，其特征在于，为了将液体(F)均匀分布在管束(10)上，分布器臂(300)经过芯管(100)彼此以导流的方式连接。

3.根据权利要求1或2的热交换器，其特征在于，分布器臂(300)经过狭缝状的通孔(310)与芯管(100)连接。

4.根据前述权利要求之一的热交换器，其特征在于，在芯管(100)中设置有脱气烟囱(110)，该脱气烟囱为了对容纳在分布器臂(300)中的待分布的液体(F)进行脱气而与分布器臂(300)以导流的方式连接，其中分布器臂(300)特别是经过狭缝状的通孔(310)与脱气烟囱(110)连接。

5.根据前述权利要求之一的热交换器，其特征在于，基于热交换器(1)根据规定设定的状态，分布器臂(300)向上各自通过朝向芯管(100)上升的顶部(320)限定。

6.根据前述权利要求之一的热交换器，其特征在于，分布器臂(300)各自在外壳(20)的径向(R)上垂直于芯管(100)。

7.根据前述权利要求之一的热交换器，其特征在于，为了将液体引入环形槽(400)中，液体分布器(30)具有用于容纳待分布的液体(F)的布料盒(50)，该布料盒向下接入环形槽(400)中。

8.根据权利要求7的热交换器，其特征在于，布料盒(50)具有沿着芯管(100)延伸的挡板(500)，为了将液体(F)引入布料盒(50)中该挡板与液体分布器(30)的入口(510)相对地设置，从而使经过入口(510)引入布料盒(50)中的液体(F)撞击在挡板(500)上，并向下流入布料盒(50)中，其中特别是布料盒(50)向上以封闭的方式形成，其中特别是该挡板(500)向下以自由的末端区域(501)伸入环形槽(400)中或者带有底板，及其中该自由的末端区域(501)尤其是以与环形槽(400)的环绕的面向芯管(100)的内壁(402)彼此隔开的方式设置。

9.根据权利要求8的热交换器，其特征在于，为了排出被液体(F)夹带的气体(G)，布料盒(50)在挡板(500)两侧具有彼此相对的开放侧(503)。

10.根据前述权利要求之一的热交换器，其特征在于，液体分布器(30)以如下方式设计，液体(F)在热交换器(1)根据规定运行时在环形槽(400)中具有确定的装料高度。

11.根据前述权利要求之一的热交换器，其特征在于，环形槽(400)尤其是以如下方式分成区段，位于环形槽(400)中的液体(F)在环形槽(400)的空间位置改变时通过分成区段而静止，其中特别是该环形槽(400)的区段各自通过两个从环形槽(400)的底部(403)突出的壁形成。

12.根据权利要求11的热交换器，其特征在于，环形槽(400)的第一区段向第一分布器臂供应待分布的液体(F)，而环形槽(400)的第二区段向不同于第一分布器臂的第二分布器臂供应待分布的液体(F)。

13.根据权利要求12的热交换器，其特征在于，第一分布器臂和第二分布器臂各自具有多个通孔，待分布的液体(F)通过这些通孔供应至管束(10)上，其中第一分布器臂的至少一个通孔的截面积在大小上不同于第二分布器臂的通孔的截面积，和/或这两个分布器臂的通孔沿着分布器臂以不同的方式分布。