CN102735098A - 在外壳空间内具有额外的液体调节装置的热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于至少一种第一介质与第二介质之间的间接热交换的热交换器，其具有：用于容纳第一介质的由多个围绕芯管(100)缠绕的管形成的管束(10)，环绕管束(10)的外壳(20)，其限定用于容纳第二介质的包围管束(10)的外壳空间(200)的，以及液体分配器(40)，设立和设置该液体分配器是为了将液体(F)形式的第二介质在外壳空间(200)内引导的流(S)在外壳空间(200)内分配。根据本发明设置有调节装置(33)，设立和设置该调节装置是为了调节额外地在外壳空间(200)内引导的液体(F)的其他的流(S′)在外壳空间(200)内的分配，和/或调节液体(F)的流(S)在外壳空间(200)内的分配。

Description

在外壳空间内具有额外的液体调节装置的热交换器
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的主题的热交换器。
背景技术
此类热交换器用于第一与第二介质之间的间接热交换，并且具有至少一个用于容纳第一介质的管束、环绕至少一个管束的外壳，该外壳确定用于容纳液体形式的第二介质的、包围管束的外壳空间，还具有液体分配器，设置该液体分配器是为了将在外壳空间内引导的第二介质的流(主流)在外壳空间的截面上分配。管束优选由多个围绕芯管缠绕的管形成，沿着外壳的纵轴(圆柱体轴)在外壳空间内延伸。
DE 102004040974A1公开了此类热交换器。
在具有降膜蒸发装置的热交换器中，即待蒸发的液体从上向下通过蒸发室(外壳空间)流动并在此部分蒸发，外壳侧(外壳空间)与管侧(管束)之间的热传递是基于两侧的均匀热量供应。在管侧将该流均匀分配到所有位置上。但是外部条件，例如在否则是纯液体的流内的气体夹杂物，会损害该均匀的分配。在外壳侧，以如下方式设计液体分配器系统，使得两相的液体/气体混合物(第二介质)在预分配器系统内静置和脱气。随后经脱气的液体经过用于产生压力的下降管阻挡并输送到真正的主分配器系统。液体通过在下降管下部中的固定安装的流动减速器减速并继续脱气。主分配器系统与负载无关并且是静态的，由此在整个系统内产生的变化(例如气体比例、负载)会对分配的好坏产生影响。
发明内容
本发明由此出发是基于以下问题，对前述类型的热交换器在所述的分配好坏方面进行改进。
该问题是通过具有权利要求1所述特征的热交换器解决的。
据此设置调节装置，设置该调节装置是为了控制额外地在外壳空间内平行于流(主流)在外壳空间内引导的液体的其他流(部分流)的分配和/或控制外壳空间内液体的流(主流)的分配。
因此，根据本发明特别是在外壳侧(和需要时在管侧，参见下文)影响所提供的热量，从而由此可以对各自所处的状态作出反应。为此特别是在外壳侧平行于所述(主)流实施一部分液体(其他的流)的分配和输送。由此液体分配可以有针对性地从外部与热交换器内的条件相适应。
通过分离地在外壳侧调节液体的部分流或其他的流，可以有针对性地抵抗可通过温度测量检测的错误分配和/或不连续性。该错误分配或不连续性可以从热交换器外部留下痕迹
Figure BSA00000720112200021
或者经过热交换器的管束内的热力学过程产生。通过在外壳侧调节的液体分配，可以最佳地利用热交换器的热面积，并且即使在不利的状态下也可以保持效率高于没有上述调节的情况。
为了分配所述(主)流的待分配的液体，液体分配器在管束上方具有主分配器，该主分配器具有贯通孔(孔底)，液体经过该贯通孔可以洒在管束上。
优选具有至少一个利用调节装置可调节的额外的管道，其具有至少一个设置在管束上方的出口，液体的其他的流可以经过该出口以可调节的方式供应在管束上。在此，用于控制液体的其他的流在管束上分配的调节装置具有所述管道的至少一个阀，利用该阀例如可以改变该管道的有效截面。
此外，主分配器具有至少一个贯通区域，管束的管延伸穿过该贯通区域，其中该贯通区域特别是通过主分配器的两个分配器臂限定，液体可以经过该分配器臂供应在管束上。优选至少一个管道也穿过该贯通区域，从而能够以可预先确定的方式将其他的流(部分流)分配到设置在主分配器下方的管束上。
当然，为了引导一股或多股其他的流，还可以设置多个各自具有至少一个出口的管道，经过这些管道可以额外地将液体以可调节的方式供应在管束上，其中出口优选以如下方式分布在外壳空间(垂直于外壳纵轴定向)的截面上，液体的其他的流可以在外壳的径向上以可变的方式至少分配到管束的两个(或多个)区段上和/或在外壳的切线方向(Umfangsrichtung)上，因此可以对于每个区段分离地调节其他的流在这些区段上的分配。
为了分配液体的所述流(主流)，主分配器优选具有多个分配器臂，这些分配器臂特别是各自在外壳的径向上延伸。在此，分配器臂特别是各自具有蛋糕块(扇形)的形状。于是优选相应地形成贯通区域。
为了给主分配器供应待分配的液体的流(主流)，液体分配器具有至少一个下降管，该下降管优选设置在管束的芯管内，并且其外径特别是小于芯管内径。在此，主分配器经过至少一个下降管与液体分配器的预分配器相连接，该预分配器用于收集和静置液体。
在本发明的一个改变的方案中，将用于以可变的方式(可调节的方式)分配液体的流(主流)的分配器臂在径向上至少划分成两个(或多个)分离的区段，这些区段各自具有至少一个贯通孔，液体可以经过这些贯通孔洒在管束上，其中设立和设置该调节装置是为了对于每个区段分离地调节液体向两个(或多个)区段的输送，从而将液体在外壳的径向上以可变的方式分配到管束的至少两个(或相应地多个)区段上。为此可以为单个区段分配有(例如带有阀的)下降管，经过这些下降管可以向所述区段以可调节的方式供应所述流(主流)的液体，从而可以对于每个区段分离地调节液体在这两个区段(或多个区段)上的分配。
在另一个实施例中，设置至少两个(或多个)分配器臂是为了沿外壳的径向给管束的各个不同的区段供应液体。在此，为了将流(主流)的液体分配到区段上，所述分配器臂各自具有至少一个贯通孔，液体可以经过该贯通孔供应在管束上，其中这些贯通孔沿径向以不同方式定位，从而利用分配器臂可以选择性地向管束的区段(以可调节的方式)供应液体。为了向分配器臂供应待分配的液体，优选设置多个下降管，其中每一个下降管向至少一个，特别是两个分配器臂供应液体。在此，这些下降管特别是设置在芯管内，或者通过将芯管划分成区段而形成。通过(例如借助阀门)调节液体经过这些下降管的输送，同样可以对于每个区段分离地调节液体的所述流(主流)在管束的区段上的分配。
管侧的调节也可以与外壳侧的调节共同发挥作用，其方法是管束或管空间的管以如下方式围绕芯管缠绕，从而至少形成管束的上述第一和第二区段(或更多个区段)。在此，这些区段彼此单独地构成，并且均环绕芯管，其中第二区段包围管束的第一区段，即这些区段在外壳的径向上划分管束，其纵轴或圆柱体轴与芯管的纵轴(圆柱体轴)重合。可以存在多于两个区段，例如三个区段。
若两个通过这些区段形成的空心圆柱体彼此至少部分地重叠，则第一和第二区段彼此贯穿。径向上最内侧的区段在此情况下从芯管向外延伸直至给定的半径R1。第二区段从芯管向外由半径R2延伸直至半径R3。若第二区段包围第一区段，则半径R2至少与半径R1一样大。若第二区段贯穿第一区段，则半径R2小于R1。通过区段形成的两个空心圆柱体因此至少部分地重叠。在本发明的范畴内，这两个区段也可以完全重叠。
取决于本发明的具体实施方案，3个或更多个区段也是有利的，其中单个区段可以彼此包围或贯穿。类似于前述情况有利的是，第三区段包围第二区段，该第二区段又包围第一区段。在一个替代性的实施方案中，同样有利的是，第三区段贯穿第二区段，该第二区段贯穿第一区段。将包围的区段与贯穿的区段相组合，如同多于3个区段的情况，同样是本发明的针对性的替代性实施方案。
此外，分离的(空心圆柱体形状的)区段各自具有至少一个所属的入口，从而这些区段各自可以分离地供应第一介质。与此相关地，可以设置另一个调节装置，利用该调节装置可以对经过一个区段的各个入口供应第一介质的过程与经过其他区段的入口供应第一介质的过程分离地进行调节(例如借助分配给这些入口的阀门)。此外，单个区段各自包括至少一个所属的出口，其用于从管空间或外壳排出第一介质。
优选取决于在热交换器的一个或多个位置的温度测量，在管侧和/或在外壳侧进行调节。针对性地，热交换器至少具有光波导，其与适合于从光波导的信号测定温度的装置相连接。使用光波导可以通过分析处理来自喇曼散射、布里渊散射或布喇格光栅上的散射的光学信号确定在光导的任意一个和任意多个位置的温度。所有这些信号与温度相关，并因此适合于测定温度。光波导在此有利地直接固定在热交换器的管上或管内。
下面依照附图在实施例的以下附图说明中阐述本发明的其他特征和优点。
附图说明
图1所示为具有待分配的液体的可调节的部分流的热交换器的局部示意性截面图；
图2所示为用于调节待分配的液体的主流的分配的热交换器的液体分配器的分配器臂的示意性俯视图；及
图3所示为具有构成可以分离地(以可调节的方式)供应的径向区段的管束的热交换器的另一个示意性截面图。
具体实施方式
图1所示为热交换器1，该热交换器具有特别是空心圆柱体的承受压力的外壳20(在图1中未示出)，其纵轴或圆柱体轴基于热交换器1按规定设置的状态沿着垂线Z延伸。外壳20限定外壳空间200，在外壳空间中设置有缠绕的管束10。该管束具有多个管，它们在多个位置上围绕芯管100缠绕，其纵轴与外壳20的纵轴重合。因此，管束10相对于外壳20以同轴方式排列。
将至少一种第一介质送入管空间(管束10)中，该第一介质沿着垂线Z向上流动。外壳空间200用于容纳液体F形式的第二介质，该第二介质供应在至少一个管束10上，并且在外壳空间内沿着垂线Z向下流动。由于管束10作为缠绕的管束构成，第一介质因此在相对于液体F的交叉逆向流(Kreuzgegenstrom)中引导。
为了在外壳空间200内分配液体F，将液体F的导入外壳20内的流S在预分配器43内收集，静置并脱气。在此，为了容纳液体F，预分配器43具有环绕的壁，其从垂直于外壳20的纵轴分布的底部向上延伸。预分配器的底部经过在芯管100内延伸的下降管380与主分配器44相连接，从而向其供应液体F的流S，其中为了在外壳空间200垂直于垂线Z的整个截面上分配液体F的流S，该主分配器44具有多个分配器臂300(参见图2)，这些分配器臂各自以扇形在外壳20的径向R上从芯管100向外延伸，从而在分配器臂300之间形成贯通区域45(参见图2)，管束10的管可以穿过这些贯通区域从主分配器44旁经过。
分配器臂300各自具有带有多个贯通孔的底部(所谓的孔底)，经过这些贯通孔可以将导入分配器臂300内的液体F洒在沿着垂线Z设置在其下方的管束10上。
为了可以影响液体F在外壳空间内的分配及在需要时例如可以抵抗不均匀分配，现在在外壳侧平行于(主)流S实施至少一种其他的流S′的形式的一部分液体F的分配和输送。
为此，设置有用于引导一股其他的流S′(或多股其他的流)的额外的管道330，该管道经过相应的入口/接管332导入外壳空间200中并各自具有至少一个出口331，经过这些出口液体F可以额外地以可调节的方式供应在至少一个管束10上。管道330因此各自具有阀333。为了可以受控制地将液体F经过管道330供应在管束10上，管道330穿过主分配器44的所述贯通区域45，其出口331设置在管束10上方，而且特别是管束10在外壳20的径向R上可以按区段分离地以可调节的方式供应液体F。外壳的所述区段在此均围绕芯管100，并且在此以空心(圆)柱体形状构成。单个区段因此均包围在径向上更加位于内部的区段。
图2所示为用于调节主流S的可能性。在此，按照图1类型的主分配器44的以扇形构成的分配器臂300通过所述贯通区域45彼此分离，为了在径向R上以可变的方式分配液体F的流S，该分配器臂至少划分成例如三个分离的区段351、352、353，它们各自具有至少一个贯通孔370，通过该贯通孔液体F可以洒在位于其下方的管束10上。若现在对于每个区段351、352、353分离地调节液体F向所述区段351、352、353内的输送，其方法例如是经过借助阀可调节的下降管(例如从预分配器43)向每个区段351、352、353进行供应，则液体F的流S在外壳20的径向R上以可变的方式分配到管束的数量对应于区段数量的区段上(参见上文)。
替代性地，设计分配器臂300是为了向管束10的不同区段供应液体F，例如通过依据图2沿着径向R相应地分布分配器臂300的贯通孔371。为了图示说明这一点，依据图2的分配器臂300各自具有一个贯通孔371，其相对于相邻分配器臂300的相应贯通孔371在径向R上偏移。其他类型的分配，特别是每个分配器臂300具有多个贯通孔，同样是可想象的。现在为了可以向单个分配器臂300供应(主)流S的液体F，优选将芯管100划分成区段381-386，从而形成相应数量的下降管，它们各自优选以可调节的方式构成(例如借助阀)并且各自向至少一个所属的分配器臂300供应液体F(参照图2)。也是可以想象的，芯管100的区段381-386向多于一个分配器臂300，例如两个分配器臂300供应液体F。例如又可以由依据图1的预分配器43向所述下降管381-386进行供应。
此外，图3借助热交换器1的示意性截面图显示出用于相应地分区段分配或调节管流的额外的可能性。为此，优选相对于热交换器1的外壳20以同轴方式排列的管束10的管以如下方式围绕芯管100(未示出)缠绕，从而现在示例性地形成管束10的第一、第二和第三空心圆柱体形状的区段11、12、13，它们彼此分离地构成并且均围绕芯管100，其中第二区段12包围管束10的第一区段11，第三区段13包围另外两个区段11、12。现在可以如上所述以分离地可调节的方式将液体F洒在这些区段11、12、13上。此外，不仅分离地经过位于外壳20下端的至少一个所属的入口E、E′、E″向这三个区段11、12、13供应第一介质，而且在管侧的供应也可以经过另一个调节装置30的分配给入口E、E′、E″的阀301、302、303加以调节，作为对于外壳侧的调节的补充。导入区段11、12、13内的介质最后可以在外壳20的上端经过至少每个区段各自一个出口A、A′、A″从管束10排出。
附图标记
1热交换器             330管道
10管束                331出口
11第一区段            332入口
12第二区段            333阀
13第三区段            351区段
20外壳                352区段
30另一个调节装置      353区段
33调节装置            370贯通孔
40液体分配器          371贯通孔
43预分配器            380下降管
44主分配器            381-386下降管区段
45贯通区域            A、A′、A″出口
100芯管               E、E′、E″入口
200外壳空间           S流
300分配器臂           S′其他的流
301阀                 R径向
302阀                 Z垂线
303阀                 U切线方向

Claims (15)

1.用于至少一种第一介质与第二介质之间的间接热交换的热交换器，其具有：
-用于容纳第一介质的由多个围绕芯管(100)缠绕的管形成的管束(10)，
-环绕管束(10)的外壳(20)，其限定用于容纳第二介质的包围管束(10)的外壳空间(200)的，及
-液体分配器(40)，设立和设置该液体分配器是为了将液体(F)形式的第二介质在外壳空间(200)内引导的流(S)在外壳空间(200)内分配，
其特征在于，设置有调节装置(33)，设立和设置该调节装置是为了
-调节额外地在外壳空间(200)内引导的液体(F)的其他的流(S′)在外壳空间(200)内的分配，和/或
-调节液体(F)的流(S)在外壳空间(200)内的分配。
2.根据权利要求1的热交换器，其特征在于，液体分配器(40)在管束(10)的上方具有主分配器(44)，其用于容纳所述流(S)的待分配的液体(F)，其中主分配器(44)具有贯通孔，液体(F)经过该贯通孔供应在管束(10)上。
3.根据权利要求1或2的热交换器，其特征在于，设置有至少一个具有至少一个出口的额外的管道(300)，经过该管道将液体(F)的其他的流(S′)以可调节的方式供应在管束(10)上，其中特别是用于调节液体(F)的其他的流(S′)的分配的调节装置(33)具有用于该管道(300)的至少一个阀(333)。
4.根据权利要求2或者在反引权利要求2时根据权利要求3的热交换器，其特征在于，主分配器(44)具有至少一个贯通区域(45)，管束(10)的管穿过该贯通区域，其中该贯通区域(45)特别是通过主分配器(44)的两个分配器臂(300)限定，液体(F)经过该分配器臂供应在管束(10)上。
5.根据权利要求3或4的热交换器，其特征在于，至少一个管道(330)穿过至少一个贯通区域(45)。
6.根据权利要求3或者在反引权利要求3时根据权利要求4至5之一的热交换器，其特征在于，设置有多个各自具有至少一个出口(331)的管道(330)，经过这些管道将液体(F)的其他的流(S′)以可调节的方式供应在管束(10)上，其中出口(331)以如下方式分布在外壳空间(200)的截面上，液体(F)的其他的流(S′)在外壳(20)的径向(R)上以可变的方式至少分配到管束(10)的第一和第二区段(11、12、13)上和/或在外壳(20)的切线方向(U)上。
7.根据权利要求2或者在反引权利要求2时根据权利要求3至6之一的热交换器，其特征在于，主分配器(44)具有多个分配器臂(300)，这些分配器臂特别是各自在外壳(20)的径向(R)上延伸。
8.根据权利要求7的热交换器，其特征在于，为了以可变的方式分配液体(F)的流(S)，将分配器臂(300)在径向(R)上至少划分成两个分离的区段(351、352、353)，这些区段各自具有至少一个贯通孔(370)，经过这些贯通孔将液体(F)供应在管束(10)上，其中设立和设置调节装置(33)是为了分离地调节液体(F)向这两个区段(351、352、353)内的输送，从而将液体(F)在外壳(20)的径向(R)上以相应地可变的方式分配到管束(10)的至少一个第一和第二区段(11、12、13)上。
9.根据权利要求7的热交换器，其特征在于，设立和设置至少一个分配器臂(300)是为了沿着外壳(20)的径向(R)向管束的第一区段(11)供应液体(F)，设立和设置至少一个其他的分配器臂(300)是为了沿着外壳(20)的径向(R)向管束的与此不同的第二区段(12)供应液体(F)，其中为了将液体(F)分配到这两个区段(11、12)上，特别是这两个分配器臂(300)各自具有至少一个贯通孔(371)，经过该贯通孔将液体(F)供应在管束(10)上，其中该贯通孔(371)沿着径向(R)以不同的方式定位，以及其中特别是为了给分配器臂(300)供应液体(F)，设置有多个下降管(381-386)，其中下降管(381-386)各自向至少一个，特别是两个分配器臂(300)供应液体(F)，以及其中特别是下降管(381-386)设置在芯管(100)内或者通过将芯管(100)划分成区段(381-386)而形成。
10.根据权利要求6、8或9的热交换器，其特征在于，管束(10)的管以如下方式围绕芯管(100)缠绕，从而至少形成管束(10)的第一和第二区段(11、12、13)，其中这两个区段(11、12、13)彼此分离地构成并且各自围绕芯管(100)，其中第二区段(12)包围管束(10)的第一区段(11)，以及其中这两个区段(11、12)各自具有至少一个所属的入口(E、E′)，从而能够分离地向这两个区段(11、12)供应第一介质。
11.根据权利要求11的热交换器，其特征在于，设置有另一个调节装置(30)，利用该调节装置对经过第一区段(11)的入口(E)向管束(10)的第一区段(11)内供应第一介质的过程与经过第二区段(12)的入口(E′)向管束(10)的第二区段(12)内供应第一介质的过程分离地进行调节。
12.根据权利要求12的热交换器，其特征在于，所述另一个调节装置(30)包括至少一个用于第一区段(11)的入口(E)的阀(301)以及用于第二区段(12)的入口(E′)的阀(332)。
13.根据权利要求11至13之一的热交换器，其特征在于，这两个区段(11、12)各自具有至少一个用于排出第一介质的所属的出口(A、A′)。
14.根据权利要求11至14之一的热交换器，其特征在于，所述管以如下方式围绕芯管(100)缠绕，形成管束(10)的其他的环绕的第三区段(13)，该第三区段包围第二区段(12)，其中第三区段(13)具有至少一个所属的入口(E″)，从而与两个其他的区段(11、12)分离地向第三区段(13)供应第一介质，以及其中设立和设置该调节装置(30)特别是为了对经过第三区段(13)的入口(E″)向管束(10)的第三区段(13)内供应第一介质的过程与经过其他入口(E、E′)供应第一介质的过程分离地进行调节，以及其中该调节装置(30)特别是包括用于第三区段(13)的入口(E″)的至少一个阀(303)，以及其中第三区段(13)具有至少一个所属的出口(A″)，其用于从管束(10)的第三区段(13)排出第一介质。
15.根据前述权利要求之一的热交换器，其特征在于，所述热交换器至少具有光波导，其与适合于从光波导的信号测定温度的装置相连接。
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