CN109312996A - 具有在罩衬和最后的管层之间的嵌入件的缠绕式热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种热交换器(1)，其用于在第一流体(S)和至少一个第二流体(S’)之间进行间接的热传递，所述热交换器具有沿着纵轴线(z)延伸的外壳(10)、布置在所述外壳空间(M)中的管束(2)和布置在所述外壳空间(M)中的罩衬(3)，所述外壳包围用于接收所述第一流体(S)的外壳空间(M)，所述管束具有多个用于接收所述至少一个第二流体(S’)的管(20)，其中，所述管(20)构成多个管层，所述罩衬围绕所述管束(2)的沿该管束(2)的径向方向(R)处于最外面的管层(200)，其中，在所述罩衬(3)和所述最外面的管层(200)之间布置有沿着所述纵轴线(z)延伸的间距保持装置(60)，并且其中，在每两个在所述罩衬(3)的周向方向(U)上相邻的间距保持装置(60)之间以及在所述罩衬(3)与最上方的管层(200)之间存在中间空间(M’)，其中，根据本发明，在相应的中间空间(M’)中分别布置有流动阻碍装置(300)，所述流动阻碍装置构造为用于至少在所述相应的中间空间(M’)的沿着所述纵向轴线(z)延伸的部分区段上阻碍或者抑制所述第一流体(S)在所述相应的中间空间(M’)中的流动。

Description

具有在罩衬和最后的管层之间的嵌入件的缠绕式热交换器
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的热交换器以及一种根据权利要求14的用于将流动阻碍装置布置在热交换器中的方法。
背景技术
这种热交换器具有承载压力的外壳，该外壳沿着优选垂直取向的纵轴线延伸，并且限界用于接收第一流体的外壳空间。在所述外壳空间中布置有具有多个用于接收至少一个第二流体的管的管束，其中，这些管构成管束的多个管层，所述管层在管束的径向方向上彼此叠置地布置。因此，所述至少一个第二流体能够与在外壳空间中被导向的第一流体进行间接的热交换。此外，这种热交换器具有布置在外壳空间中并且包围管束的罩衬，该罩衬优选具有柱体外壳的形状，其中，在罩衬和最外部的管层之间布置有平行于纵轴线延伸的间距保持装置。借助所述间距保持装置尤其可以减小在罩衬和管束之间的热感应的应力，罩衬可以通过所述间距保持装置固定在最外部的管层上。为此，间距保持装置可以沿管束的径向方向可弹性变形地构造。然而，由于存在间距保持装置，在每两个沿罩衬的周向方向相邻的间距保持装置之间以及在罩衬与最上方的管层之间存在小的中间空间，该中间空间尤其分别具有柱体外壳部分壳体的形状。这些中间空间减弱了罩衬的抑制第一流体在管束上的过量旁通流动的作用，因为这种流动将对热交换器的效率产生负面影响。一方面，在降膜式蒸发器的情况下，过大的旁通流动能够导致在热交换器的水槽中增加的液体积聚。如果液体液位在此上升得过高，则必须减小这样的热交换器的功率或者必须从系统中抽取液体(第一流体)，以便尤其防止设备关闭。另一方面，由于该旁通流动，能够减小热交换器的传递的热效率。
发明内容
因此，由此出发，本发明所基于的问题在于，提供一种热交换器以及一种方法，所述热交换器或者所述方法减少开头所描述的旁通流动的缺点。
该问题通过具有权利要求1特征的热交换器以及通过具有权利要求14特征的方法来解决。本发明的这些方面的有利构型在相应的从属权利要求中给出并且在下面进行说明。
根据本发明的权利要求1提出，在相应的中间空间中分别布置有流动阻碍装置，所述流动阻碍装置构造为用于至少在相应中间空间的沿着纵轴线延伸的部分区段上阻碍或者抑制第一流体在所述相应中间空间中的流动。
此外，根据本发明的热交换器的一个优选的实施方式提出，所述相应的中间空间垂直于纵轴线具有横截面，其中，相应的流动阻碍装置沿着其在纵轴线方向上的整个长度占据配属的中间空间的横截面的50％以上、优选60％以上、优选70％以上、优选80％以上、优选90％以上、优选95％以上、优选99％以上，尤其100％。
此外，根据本发明的热交换器的一个优选的实施方式提出，流动阻碍装置具有柔韧的材料层，使得该材料层能够围绕相对较坚硬的、例如由金属制成的承载结构放置。例如，根据一个优选的实施方式，这种材料层可以具有小于10000MPa(兆帕)、优选小于2000MPa、特别优选小于1000MPa、进一步特别优选在100至1000MPa范围内并且尤其特别优选在300至1000MPa范围内的压缩弹性模量(例如根据DIN EN ISO 604)。
根据一个实施方式，柔韧的材料层具有PTFE(聚四氟乙烯)或由PTFE构成。
为了尤其便于将相应的流动阻碍装置插入到配属的中间空间中，根据一个实施方式优选提出，所述相应的流动阻碍装置具有承载结构。在此，该承载结构也可以成型到材料层上或者材料层可以成型到承载结构上。
在此，承载结构例如可以板形地构造。如果相邻的间距保持装置沿罩衬的周向方向的间距足够小，则承载结构例如可以构造为扁平的或者平面的板、尤其板材。在相邻的间距保持装置彼此间的间距较大时，这种承载结构也可以具有这样的曲率，该曲率相应于最外部的管层沿罩衬的周向方向的曲率或者遵从该最外部的管层的走势。
原则上，根据一个实施方式，承载结构可以具有金属或可以由金属构成。
此外，根据本发明的热交换器的一个优选的实施方式提出，所述相应的流动阻碍装置的材料层在外壳的纵轴线竖直定向的情况下围绕流动阻碍装置的承载结构的上棱边放置或者走向(例如在成型上的承载结构/材料层的情况下，参见上文)，使得材料层至少区段地、优选完全地覆盖该上棱边以及承载结构的前侧以及承载结构的背离所述前侧的背侧。在此，相应的承载结构的前侧面向罩衬并且背离最外部的管层。
此外，根据本发明的热交换器的一个优选的实施方式提出，所述相应的流动阻碍装置在外壳的纵轴线竖直定向的情况下分别从下方插入到相应的中间空间中。由此，尤其也能够对已经构建好的热交换器后补地配备根据本发明的流动阻碍装置(也参见下文)。在此，例如可以使用热交换器外壳的存在的开口，例如呈进入孔形式的开口，以便获得进入热交换器的入口。
此外，根据本发明的热交换器的一个优选的实施方式提出，所述相应的流动阻碍装置以材料层的围绕上棱边放置的区段向前插入到配属的中间空间中或者说布置在那里。在此，承载结构有利地用于加固材料层，该材料层优选配置为用于密封相应的中间空间。以这种方式也可以将相对极柔韧的密封材料或者说相应的材料层插入到在罩衬和最外部的管层之间的较窄中间空间中。优选地，承载结构保留在热交换器中。然而，原则上也可以考虑：承载结构仅被用作定位辅助装置并且在布置相应的材料层之后被再次移除。
关于现有中间空间的密封，特别有意义的是，保护管束的下区段以防旁通流动。因此，根据本发明的热交换器的一个实施方式提出，所述相应的流动阻碍装置在外壳的纵轴线竖直定向的情况下仅沿着管束的下区段在相应的中间空间中延伸。该下区段尤其从管束的最下方的端部(对于以准备好运行的状态布置的、纵轴线平行于竖直线延伸的热交换器而言)向上延伸。所述下区段在此优选具有沿纵轴线方向的延伸尺度或者说长度，该延伸尺度或者说长度尤其小于管束沿着纵轴线的总长度的50％、30％、20％、10％或者5％。
此外，根据本发明的一个实施方式提出，所述相应的流动阻碍装置沿罩衬的周向方向在间距保持装置之间在相应中间空间的整个周向延伸尺度上延伸，并且尤其也在径向方向上完全填满相应的中间空间。由此可以至少在中间空间的部分区段上抑制在相应中间空间中的流动，相应的流动阻碍装置沿着纵轴线在所述部分区段上延伸。
此外，根据本发明的热交换器的一个优选的实施方式提出，为了构造管层，所述管分别螺旋形地缠绕到热交换器的芯管上或者说围绕热交换器的芯管缠绕，该芯管构造为用于承受所述管的负载。在此，优选提出，热交换器在相应的管层和相应地位于它们下方的、沿径向方向更靠内部地布置的管层之间具有另外的间距保持装置，其中，所述间距保持装置分别沿着纵轴线延伸。在此，优选地，各个管层通过每个管层恒定数量的间距保持装置支撑在相应地布置在这些管层下方的管层上，并且因此最终支撑在芯管上。该芯管优选沿着外壳的纵轴线延伸，并且此外，优选与外壳同轴地布置在外壳空间中。
所述间距保持装置优选沿径向方向分别准确地布置在配属的、位于其下方的间距保持装置上方。此外，(沿管束的径向方向)最外部的间距保持装置优选沿径向方向可弹性变形地构造，使得所述间距保持装置能够补偿罩衬和管束之间的热感应的应力。为此，间距保持装置可以由相应的材料制成或者具有单独的弹簧器件(例如螺旋弹簧)。
本发明的另一方面涉及一种用于将流动阻碍装置布置、尤其加装在热交换器中的方法，所述热交换器具有沿着纵轴线延伸的外壳，该外壳包围用于接收第一流体的外壳空间，其中，热交换器还具有布置在外壳空间中的管束以及布置在外壳空间中的罩衬，所述管束具有多个管，用于接收至少一个第二流体，所述管构成多个管层，所述罩衬围绕管束的沿该管束的径向方向处于最外部的管层，其中，在罩衬和最外部的管层之间布置有沿着纵轴线延伸的间距保持装置，其中，在每两个沿罩衬的周向方向相邻的间距保持装置之间以及在罩衬与最上方的管层之间存在中间空间，并且其中，流动阻碍装置被插入到相应的中间空间中，所述流动阻碍装置构造为用于至少在相应中间空间的沿着纵轴线延伸的部分区段上阻碍或者抑制第一流体沿着纵轴线在相应中间空间中的流动。
在根据本发明的方法的各个实施方式中，流动阻碍装置能够以上面所说明的方式构造。
流动阻碍装置分别优选地从下方被插入到相应的中间空间中，并且然后，沿着(优选竖直的)纵轴线在热交换器的外壳中被向上推移。
如上面已经提及的那样，这根据本方法的一个实施方式在已经准备好运行的热交换器中后补地进行，用于更好地抑制在中间空间中的旁通流动。
优选沿着纵轴线从下方被插入到相应中间空间的下区段中的相应的流动阻碍装置尤其具有带有上棱边的承载结构，围绕所述承载结构放置材料层(所述材料层也可以成型到承载结构上，参见上文)，使得材料层的一区段包围所述上棱边，其中，流动阻碍装置以所述区段向前的方式从下方被插入到相应的中间空间中。材料层或者承载结构可以具有上面相应地说明的材料或者由上面相应地说明的材料构成。
附图说明
通过下面根据附图对实施例的附图说明来阐述本发明的另外的细节和优点。
附图示出了：
图1根据本发明的热交换器的局部的剖视图；
图2根据本发明的热交换器的上方管层的部分剖开的局部的立体视图，其中，在最上方的管层上布置有外罩，该外罩通过间距保持装置固定在最上方的管层上，其中，在外罩和最上方的管层之间设置有流动阻碍装置(在图2中为了清楚起见仅示出一个流动阻碍装置)；和
图3根据本发明的按照图2类型的流动阻碍装置的剖视图。
具体实施方式
图1结合图2和3示出根据本发明的热交换器1的一个实施方式，该热交换器具有多个流动阻碍装置300。
热交换器1构造为用于在第一和至少一个第二流体S,S’之间进行间接的热传递，并且具有外壳10，该外壳包围用于接收第一流体S的外壳空间M，该第一流体可经由在外壳10上的进入接管101被引入到外壳空间M中并且可经由在外壳10上的相应的排出接管102又从外壳空间M中被排出，其中，第一流体S从上方加载热交换器的布置在外壳空间M中的管束2。
热交换器1的外壳10沿着纵轴线z延伸，对于热交换器1的按规定布置的状态，所述纵轴线沿着竖直线延伸。管束2具有多个管20，用于接收至少一个第二流体S’。不同的第二流体S’例如可以在管束2的配属的管或者管组中被导向，即管束2相应于待引导的第二流体S’的数量被划分。管20螺旋形地缠绕到芯管21上，使得构成多个管层200、201，所述管层在垂直于纵轴线z的径向方向R上彼此叠置地布置，其中，芯管21同样沿着纵轴线z延伸并且同心地布置在外壳空间M中。此外，各个管层200、201通过沿着纵轴线z延伸的间距保持装置彼此固定，其中，多个间距保持装置6分别在管束2的径向方向R上彼此叠置地布置。在此，在相邻的管层之间优选设置有恒定数量的间距保持装置6。
多个管20可以分别在管底部104中汇集，其中，第二流体S’或者多个第二流体S’可以经由在外壳10上的进入接管103被引入到所述管20中并且可以经由排出接管105从管20中被排出。因此，在第一流体S和至少一个第二流体S’之间可以间接地传递热量，其中，这些流体S,S’例如以对流方式穿过热交换器1被导向。
外壳10以及芯管21至少区段地实施为柱形，使得纵轴线z构成外壳10和在该外壳中同心地延伸的芯管21的柱体轴线。此外，在外壳空间M中布置有优选构造为空心柱形的罩衬3，该罩衬围绕管束2，使得在管束2和所述罩衬3之间构造有包围管束2的环形缝隙。在该环形缝隙中布置有沿着纵轴线z延伸的间距保持装置60，罩衬3通过所述间距保持装置固定在管束2上、尤其在最外部的管层200上。所述间距保持装置60优选沿着纵轴线z在管束2的整个长度上延伸并且沿径向方向R分别优选可弹性变形地构造，以便能够补偿在管束2和罩衬3之间的热感应的应力。由于存在间距保持装置60，在罩衬3和最外部的管层200之间、在每两个沿罩衬3的周向方向U相邻的间距保持装置60之间存在沿着纵轴线z延伸的中间空间M’。
在所述中间空间M’中，优选布置有流动阻碍装置300，所述流动阻碍装置在理想情况下在流动阻碍装置300的区域中完全禁止第一流体S到中间空间M’中的旁通流动或者尤其至少这样地阻碍该旁通流动，使得实现热交换器1的效率显著提高或者负责流体S的至少一部分(优选全部流体S)从相应的中间空间M’又被引导到管束2中。
根据一个实施方式，流动阻碍装置300具有承载结构302(例如呈矩形板材的形式)以及例如由PFTE构成的材料层301，该材料层围绕承载结构302的上棱边302b放置，使得材料层301借助相应的区段301a,301b,301c覆盖所述上棱边302b以及承载结构302的面向罩衬3的前侧302a以及承载结构302的背离前侧302a的背侧302c。在此，承载结构302用于加固相应的流动阻碍装置300的材料层301，所述流动阻碍装置优选分别从下方沿导入方向E(参见图2和3)以围绕相应的上棱边302b放置的区段301b被导入到配属的中间空间M’中并且被向上推移。在此，导入方向E例如在热交换器1竖立时沿着纵轴线z沿竖直方向向上指向。当然，流动阻碍装置300也可以在热交换器1平放时被引入，其中，导入方向E相应地总是水平地取向。优选地，相应的按照规定布置的流动阻碍装置300紧挨地填满相应中间空间M’的至少一个下区段，并且因此，优选在该区域中防止第一流体S在管束2旁的旁通流动。
有利地，在已经存在的缠绕式热交换器1中能够后补地执行这种密封。
附图标记列表
1 热交换器
2 管束
3 罩衬
6 间距保持装置
10 外壳
20 管
21 芯管
60 最外部的间距保持装置
101 进入接管
102 排出接管
103 排出接管
104 管底部
105 排出接管
200 最外部的管层
201 管层
300 流动阻碍装置
301 材料层
301a,301b,301c 材料层区段
302 承载结构
302a 前侧
302b 上棱边
302c 背面
E 导入方向
R 径向方向
Z 纵轴线
M 外壳空间
M’ 中间空间
U 周向方向

Claims (15)

1.一种热交换器，所述热交换器用于在第一流体(S)和至少一个第二流体(S’)之间进行间接的热传递，所述热交换器具有：
-沿着纵轴线(z)延伸的外壳(10)，所述外壳包围用于接收所述第一流体(S)的外壳空间(M)，
-布置在所述外壳空间(M)中的管束(2)，所述管束具有多个用于接收所述至少一个第二流体(S’)的管(20)，其中，所述管(20)构成多个管层，和
-布置在所述外壳空间(M)中的罩衬(3)，所述罩衬围绕所述管束(2)的沿该管束(2)的径向方向(R)处于最外部的管层(200)，其中，在所述罩衬(3)和所述最外部的管层(200)之间布置有沿着所述纵轴线(z)延伸的间距保持装置(60)，并且其中，在每两个沿所述罩衬(3)的周向方向(U)相邻的间距保持装置(60)之间以及在所述罩衬(3)与最上方的管层(200)之间存在中间空间(M’)，
其特征在于，
在相应的中间空间(M’)中布置有流动阻碍装置(300)，所述流动阻碍装置构造为用于至少在所述相应的中间空间(M’)的沿着所述纵轴线(z)延伸的部分区段上阻碍或者抑制所述第一流体(S)在所述相应的中间空间(M’)中的流动。
2.根据权利要求1所述的热交换器，其特征在于，所述相应的中间空间垂直于所述纵轴线(z)具有横截面，其中，相应的流动阻碍装置(300)沿着其在所述纵轴线(z)的方向上的整个长度占据所述横截面的50％以上、优选60％以上、优选70％以上、优选80％以上、优选90％以上、优选95％以上、优选99％以上、尤其100％。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器，其特征在于，所述相应的流动阻碍装置(300)沿所述罩衬(3)的周向方向(U)在所述相应的中间空间(M’)的整个周向延伸尺度上在所述间距保持装置(60)之间延伸。
4.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述相应的流动阻碍装置(300)具有柔韧的材料层(301)。
5.根据权利要求4所述的热交换器，其特征在于，所述柔韧的材料层(301)具有PTFE或者由PTFE构成。
6.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述相应的流动阻碍装置(300)具有承载结构(302)。
7.根据权利要求6所述的热交换器，其特征在于，所述承载结构板形地构造。
8.根据权利要求6或7所述的热交换器，其特征在于，所述承载结构具有金属或者由金属构成。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述材料层(301)围绕所述承载结构(302)的上棱边放置或者围绕所述上棱边(302b)走向，使得所述材料层(301)至少区段地、优选完全地覆盖所述上棱边以及所述承载结构(302)的前侧(302a)以及所述承载结构(302)的背离所述前侧(302a)的背侧(302c)。
10.根据权利要求4或5并且根据权利要求6至9中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述承载结构(302)成型到所述材料层(301)上。
11.根据权利要求4并且根据引用权利要求4的权利要求5至10中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述相应的流动阻碍装置(300)以所述材料层(301)的围绕所述上棱边(302b)放置或者围绕所述上棱边(302b)走向的区段(301b)向前的方式布置在配属的中间空间(M’)中。
12.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，所述相应的流动阻碍装置(300)仅沿着所述管束(2)的下区段在所述相应的中间空间(M’)中延伸。
13.根据前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，为了构造管层(200)，所述管(20)分别被缠绕到所述热交换器(1)的芯管(21)上，所述芯管构造为用于承受所述管(20)的负载，其中，优选地，所述热交换器(1)在相应的管层(200,201)和相应地位于所述管层下方的、沿所述径向方向(R)更靠内部地布置的管层(201)之间具有另外的间距保持装置(6)，其中，所述间距保持装置(6)分别沿着所述纵轴线(z)延伸。
14.一种用于在热交换器(1)中引入、尤其加装流动阻碍装置(300)的方法，所述热交换器具有沿着纵轴线(z)延伸的外壳(10)，所述外壳包围用于接收第一流体(S)的外壳空间(M)，其中，所述热交换器还具有布置在所述外壳空间(M)中的管束(2)以及布置在所述外壳空间(M)中的罩衬(3)，所述管束具有多个用于接收至少一个第二流体(S’)的管(20)，所述管构成多个管层，所述罩衬围绕所述管束(2)的沿该管束(2)的径向方向(R)处于最外部的管层(200)，其中，在所述罩衬(3)和所述最外部的管层之间布置有沿着所述纵轴线(z)延伸的间距保持装置(60)，其中，在每两个沿所述罩衬(3)的周向方向(U)相邻的间距保持装置(60)之间以及在所述罩衬(3)与最上方的管层(200)之间存在中间空间(M’)，并且其中，流动阻碍装置(300)被插入到相应的中间空间(M’)中，所述流动阻碍装置构造为用于至少在所述相应的中间空间(M’)的沿着所述纵轴线(z)延伸的部分区段上阻碍或者抑制所述第一流体(S)在所述相应的中间空间(M’)中的流动。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述相应的流动阻碍装置(300)具有带有上棱边(302b)的承载结构(302)，围绕所述上棱边放置材料层(301)，使得所述材料层(301)的一区段(301b)包围该上棱边(302b)，其中，所述相应的流动阻碍装置(300)以该区段(301b)向前的方式从下方插入到所述相应的中间空间(M’)中。
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