CN111795590B - 用于实现不同液体装载的盘管式换热器的可控液体分配器 - Google Patents

用于实现不同液体装载的盘管式换热器的可控液体分配器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种换热器(1)，包括：包围换热器(1)的壳体空间(3)的壳体(2)，该壳体空间接纳流体第一介质(M)；在壳体空间中延伸的芯管(4)；具有缠绕在芯管周围的若干管(50)的管束(5)，该管束接纳流体第二介质(M')，使得热可间接地在第一介质和第二介质之间传递；布置在壳体空间中管束上方的液体分配器(6)，用于向管束施加第一介质的液相(F)并具有从芯管在径向(R)上突出的分配器臂(60)；在壳体的周向(U)上延伸到分配器臂上方的环形通道(61)，以及由芯管形成的收集器槽(62)，其中环形通道和收集器槽收集第一介质。根据本发明，分配器臂形成第一容器(60a)和与该第一容器分离的第二容器(60b)。

Description

用于实现不同液体装载的盘管式换热器的可控液体分配器
相关申请的交叉引用
本发明涉及一种换热器以及一种用于操作这种换热器的方法。
盘管式换热器用于例如天然气液化厂中。此处，经由降膜蒸发的第一流体介质作为制冷剂被引入壳体侧上。在该蒸发过程中，可发生所谓的穿过管束的分配不均，使得一些管得到太多制冷剂，而其他管得到太少制冷剂。为了抵消这种效应，可调控管侧(例如，被引导在管束中的介质)，以便获得介质的分配，这抵消了第一介质或制冷剂的壳体侧分配不均。另选地，也可在壳体侧上调控第一介质或制冷剂，以补偿分配不均。
当实现可控液体分配器时，有必要能够将不同量的制冷剂施用到管束的不同区域。
就这一点而言，已发现，布置在壳体空间内或管束上的阀以及换热器内部的可移动部件只能够通过较大的努力来实施。
因此，本发明所基于的目的是指明用于间接热传递的换热器和对应的方法，其允许第一介质在管束的径向上的表面相关任务的位移，具体地连续位移，同时使附加仪器的费用尽可能地低。
该目的通过具有本发明的特征的换热器以及通过具有本发明的特征的方法来实现。
本发明的这些方面的有利发展在相应的技术方案中指明，并且在下文有所描述。
根据本发明的技术方案，公开了一种换热器，其包括：
-壳体，该壳体包围换热器的壳体空间，其中壳体空间被设计成接纳流体第一介质，
-芯管，该芯管在壳体空间中延伸，
-管束，该管束具有缠绕芯管周围的若干管，其中管束被设计成接纳至少一种流体第二介质，使得热可间接地在第一介质和至少一种第二介质之间传递，以及
-液体分配器，该液体分配器布置在壳体空间中的管束上方，以用于向管束施加第一介质的液相，其中液体分配器具有从芯管在径向上突出的分配器臂，环形通道，该环形通道在壳体的周向上延伸到分配器臂上方，以及由芯管形成的收集器槽，其中环形通道和收集器槽各自被设计成收集第一介质。
根据本发明，用于将第一介质的液相施加到管束的分配器臂具有至少一个第一容器和与该第一容器分离的至少一个第二容器，其中第一容器与环形通道流体连接使得第一介质的液相能够从环形通道引入至少一个第一容器中并且从该第一容器经由第一容器的出口开口分布在管束的第一区域上，并且其中至少一个第二容器与收集器槽流体连接使得第一介质的液相能够从收集器槽引入至少一个第二容器中并且从该第二容器经由第二容器的出口开口分布在管束的第二区域上。
分配器臂能够各自被成形为如圆形节段。此外，在壳体或芯管的周向上相邻的两个分配器臂能够分别由间隙分离，管束的管能够穿过间隙被引导(例如，到设置在壳体上的喷嘴)。
根据本发明的一个实施方案，换热器具有至少一个第一可调控阀，环形通道能够经由第一可调控阀装填有第一介质，并且/或者换热器具有至少一个第二可调控阀，芯管的收集器槽能够经由第二可调控阀装填有第一介质。
此外，根据本发明的一个实施方案，环形通道与布置在壳体上的第一入口流动连接，使得第一介质能够经由第一入口被引入环形通道中，其中第一阀具体地被布置在第一入口的上游。
此外，根据一个实施方案，芯管的收集器槽与布置在壳体上的第二入口流动连接，使得第一介质能够经由第二入口被引入收集器槽中，其中第二阀具体地被布置在第二入口的上游。
此外，根据本发明的一个实施方案，第一容器和第二容器能够通过对阀的对应调节而在每种情况下以第一介质的可变质量流同时装入。
在一个优选的实施方案中，另外提供的是：第一容器和第二容器以使得每单位面积和时间施加到管束的液相的量能够通过对两个阀的调节而在管束的径向上改变或调节的方式被布置在管束上方。
这样，可以简单的方式实现第一介质(例如，制冷剂)在管束的径向上的液相的表面相关任务的位移，具体地连续位移，同时有利地保持用于附加仪器的费用相对较低。
为了借助于容器有效地调节液相在径向上的分布，根据本发明的一个实施方案，第一容器和第二容器的出口开口的布置被设计成使得能够调节径向不同量的液体。例如，第二容器可具有比第一容器的出口开口在径向上更向内定位的出口开口。因此，第二容器可例如仅具有用于管束的内半部的出口开口，而第一容器仅具有用于管束的外半部的出口开口。
具体地，由于容器在所述管束上方的布置和对阀的对应调节，所述量可在所述管束的径向上以使得在所述管束的径向上的所述量单调向外增大或单调向外减小的方式改变或调节。
此外，根据本发明的一个实施方案，至少一个第一容器由液体分配器的第一分配器臂形成，并且至少一个第二容器由液体分配器的第二分配器臂形成。
此外，根据本发明的另选实施方案，至少一个第一容器由分配器臂的第一区域形成，并且至少一个第二容器由分配器臂的与第一区域分离的第二区域形成。
根据一个实施方案，在这方面提供：这两个区域在分配器臂沿其延伸的径向上彼此相邻地延伸。在这种情况下，根据一个实施方案，另外可提供的是：这两个区域在流动方面通过分配器臂的在径向上延伸的分隔壁而彼此分离。
根据一个另选的实施方案，另外可提供的是：这两个区域在分配器臂沿其延伸的径向上处于彼此相对。就这一点而言，根据一个实施方案，另外可提供的是：这两个区域通过在芯管的周向上延伸的分隔壁而彼此分离。
本发明的另一方面涉及用于使用根据本发明的换热器在至少一种第一流体介质和第二流体介质之间进行间接热传递的方法，其中第二介质被引入管束中，并且其中第一介质的第一质量流经由环形通道被引入至少一个第一容器中，并且其中(具体地，同时)第一介质的第二质量流经由收集器槽被引入至少一个第二容器中，其中对所述两个质量流进行调节(例如，使用所述阀)以便在所述管束的所述径向上改变或调节经由所述至少一个第一容器的所述出口开口和所述至少一个第二容器的所述出口开口而每单位面积和时间施加到所述管束的所述第一介质的所述液相的量。
根据所述方法的一个实施方案，此处以使得第一介质的液相在管束的径向上的所述量单调向外增大或单调向外减小的方式对第一介质的两个质量流进行调节。
下文参考附图来说明本发明的实施方案以及本发明的其他特征和优点。示出为：
图1是根据本发明的换热器的一个实施方案的示意性截面图；
图2是沿图1的平面A-A的示意性截面图；
图3是本发明的另一个实施方案的示意性截面图；并且
图4是本发明的另一个实施方案的示意性截面图。
图1结合图2示出了根据本发明的换热器1的一个实施方案，其使得有可能抵消引导在壳体空间3内的第一介质M(例如，制冷剂)在换热器1的管束5上的分配不均。
为此，换热器1详细地具有壳体2，该壳体包围壳体空间3；芯管4，该芯管在壳体空间3内延伸并且管束5的管50缠绕到其上，其中管束5被设计成接纳至少一种流体第二介质M'，使得热可间接地在第一介质M和至少一种第二介质'之间传递。在换热器1的制造中，芯管4具体地用作管束的芯或载体，其中单独的管50被缠绕到水平布置的芯管4上，其中间隔器相互定位。在换热器1的操作期间，芯管4沿竖直轴线延伸，并且优选地支撑管束5的管50的负荷的至少一部分。单独的管50优选地至少以多个区段螺旋地缠绕到芯管4上或周围。因此，此类换热器也被称为盘管式换热器1。
此外，换热器1具有与芯管4的竖直轴线或纵向轴线z相关的液体分配器6，其被布置在壳体空间3内的管束5上方，以用于向管束5施加第一介质M的液相F，其中液体分配器6具有分配器臂60，该分配器臂从芯管3沿径向方向R突出，并且例如在沿纵轴z的平面图中可以设计成圆形节段形状(另外参见图2至图4)。分配器臂60各自具有底部60g，以及从底部60g上升并从芯管4向外延伸到环形通道61的侧壁60d。
此外，液体分配器6优选地具有环形通道61，该环形通道在壳体2的周向U上延伸到分配器臂60上方或绕该分配器臂延伸，以及由芯管4形成的收集器槽62，其中环形通道61和收集器槽62各自被设计成收集第一介质M，该第一介质具体地为两相混合物。第一介质M可以在收集器槽62中以及在环形通道61中或随后在容器60a、60b或区域60a、60b中压延和脱气，使得第一介质或制冷剂M的液相F最终可经由分配器臂60分布在管束5上。
如从图1和图2可以看出，提供的是：分配器臂60形成至少一个第一容器60a和与第一容器60a分离的至少一个第二容器60b，其中至少一个第一容器60a与环形通道61流体连接使得第一介质M的液相F可从环形通道61引入至少一个第一容器60a中并且从第一容器经由至少一个第一容器60a的底部60g的出口开口600分布在管束5的第一区域5a上，并且其中至少一个第二容器60b与收集器槽62流体连接使得第一介质M的液相F可从收集器槽62引入至少一个第二容器60b中并且从第二容器经由至少一个第二容器60b的底部60g的出口开口601分布在管束5的第二区域5b上。
如具体地参考图2可以看出，可提供的是：液体分配器6具有多个(此处，例如，四个)分配器臂60，其中在径向R上彼此相对的两个分配器臂60各自形成第一容器60a，该第一容器与收集器槽62或芯管4流体分离(例如，通过芯管4的壁区段60f)并且仅通过例如环形通道61的内壁61c的开口61a经由环形通道61从外部供给有第一介质M的液相F。如从图2可以看出，内壁61c与环形通道61的外圆周壁61b处于相对，其中两个壁均从环形通道61的底部61d上升。环形通道61也可附接到壳体2，使得例如外壁61b可由壳体2形成。
此外，在径向R上彼此相对的两个另外的分配器臂60各自形成第二容器60b，其中，与相应的第一容器60a相反，相应的第二容器60b与环形通道61流体分离(例如，通过环形通道61的内壁61c的区段60e)并且仅经由收集器槽62或芯管4从内部供给第一介质M的液相F。为此，芯管4的壁在每种情况下均可具有对应的开口4a。容器60a、60b各自被分配到管束5的上侧的区域5a或5b(参见图1)，使得液相F在管束5上的分布可受到到区域5a、5b的液体递送差异的影响。
为了影响液相F的分布，其可例如提供第一容器60a和第二容器60b允许不同的液体状态，从而也允许不同的流速。此外，第一容器60a和第二容器60b的出口开口600、601的布置可被设计成使得可调节径向上不同量的液体。例如，连接到芯管4的第二容器60b可具有比第一容器60a的出口开口600在径向R上更向内定位的出口开口601。例如，第二容器60b可因此仅具有用于管束5的内半部的出口开口601，并且连接到环形通道61的第一容器60a仅可具有用于管束5的外半部的出口开口600。在这种情况下，出口开口600、601也可在尺寸上变化，或者可以提供第一容器60a的出口开口600与第二容器60b的出口开口601相对于径向的重叠。
如图1更进一步所示，优选地提供的是：环形通道61可经由第一阀7并经由后续的第一入口或喷嘴9装填有第一介质M，使得可相应地控制第一介质M到环形通道61和第一容器或分配器臂60a中的对应质量流。此外，提供的是：收集器槽62可经由第二阀8并另外经由后续的第二入口或喷嘴10装填有第一介质M，该第二入口或喷嘴设置在壳体2上居中地位于收集器槽62上方，使得可同样相应地控制第一介质M到收集器槽62或第二容器或分配器臂60b中的对应质量流。
通过对应地调节阀7、8或调控第一介质M的两个质量流，现在可改变沿着管束5的径向R施加到管束5或区域5a、5b的液相F的量，以便抵消液相F在壳体空间3中的分配不均。
在根据图2的示例性实施方案中，分配器臂60因此经由环形通道61(第一容器60a)从外部或经由设置在芯管4中的收集器槽62(第二容器60b)从内部供给，以便在必要时改变或调节在径向R上递送到管束5的液体。
相比之下，图3示出了液体分配器6的另选实施方案，其中至少一个第一容器60a由分配器臂60的第一区域60a形成，并且其中至少一个第二容器60b由与第一区域60a流体分离的相同分配器臂60的第二区域60b形成。在这种情况下，优选地根据图3提供的是：两个区域60a、60b在径向R上从芯管4并排延伸到壳体2，分配臂60沿着该径向R延伸，其中两个区域60a、60b优选地通过在分配器臂60的径向R上延伸的分隔壁60c彼此分离。此处，第一区域60a继而经由环形通道61，并且特别是经由环形通道61的内壁61c中的开口61a从外部供应有第一介质M的液相F。此外，第一区域60a例如通过芯管4的壁区段60f与芯管4或收集器槽62流体分离。
相比之下，至少一个第二区域60b经由芯管4的开口4a从收集器槽62供给有第一介质M的液相F，并且通过例如环形通道61的内壁61c的区段60e而与环形通道61流体分离。
具体地，根据图3，所有(例如，四个)分配器臂60以这种方式被分成单独的第一区域60a和第二区域60b。
同样在图3中，环形通道61经由第一阀7可变地供应有液相F，而收集器槽62经由第二阀8可变地供应有第一介质M的液相F。
通过相应地调节阀7、8或调控第一介质M进入环形通道61或收集器槽的两个质量流，现在可改变沿着管束5的径向R施加到管束5或区域5a、5b的液相F的量，以便抵消液相F在壳体空间3中的分配不均。
在这种情况下，再次根据一个实施方案提供的是：第一容器60a和第二容器60b的出口开口600、601被设计成使得可调节径向上不同量的液体。例如，连接到芯管4的第二容器60b可具有比第一容器60a的出口开口600在径向R上更向内定位的出口开口601。例如，第二容器60b可仅具有用于管束5的内半部的出口开口601，并且连接到环形通道61的第一容器60a仅可具有用于管束5的外半部的出口开口600(见上文)。
图4示出了根据本发明的换热器1的另外变体，其中，又在此，至少一个第一区域60a和至少一个第二区域60b由分配臂形成，其中，与图3相比，将两个区域60a、60b流体分离的分隔壁60c在壳体2或芯管4的周向U上延伸，使得两个区域60a、60c在分配器臂沿其从芯管延伸到壳体2的径向R上处于彼此相对。此处，第一区域经由例如环形通道的内壁61c的开口61a供应有液相F，而第二区域60b经由例如芯管4的开口4a从收集器槽62供应有液相F。在这种情况下，第一容器60a的出口开口600在径向R上比第二容器60b的出口开口601更向外。
具体地，根据图4，所有(例如，四个)分配器臂60再次以这种方式被分成单独的第一区域60a和第二区域60b。
如先前已经提及的，根据图4的环形通道61经由第一阀7可变地供应有液相F，而收集器槽62经由第二阀8可变地供应有第一介质M的液相F。
通过相应地调节阀7、8或调控第一介质M进入环形通道61或收集器槽62的两个质量流，现在可改变沿着管束5的径向R施加到管束5或区域5a、5b的液相F的量，以便抵消液相F在壳体空间3中的分配不均。例如，如果第一介质M的质量流增加到收集器槽62中或减少到环形通道61中，则更多的液体F将经由内部第二区域60b而不是经由外部第一区域60b而被传递至管束5。
由于根据本发明的液体分配器，可能最佳地对方法的一部分的任何影响作出反应，并且抵消壳体的一部分上的分配不均，使得换热器的性能总体上得到改善。
两个区域60a、60b也可通过借助于分体式环形通道61(例如，两个半圆形环形通道或两个同心环形通道)或分体式芯管4(例如，嵌套的同心芯管或具有分割直径的芯管)来实现。分配器臂60也可具有任何其他空间分离。此外，还可使用多于两个的阀或容器来调节管束的径向上的液体分布。

Claims (14)

1.一种换热器(1)，包括：
-壳体(2)，所述壳体包围所述换热器(1)的壳体空间(3)，
其中所述壳体空间(3)被设计成接纳流体第一介质(M)，
-芯管(4)，所述芯管在所述壳体空间(3)中延伸，
-管束(5)，所述管束具有缠绕在所述芯管(4)周围的若干管(50)，其中所述管束(5)被设计成接纳至少一种流体第二介质(M')，使得热能够间接地在所述第一介质(M)和所述至少一种第二介质(M')之间传递，
-液体分配器(6)，所述液体分配器布置在所述壳体空间(3)中的所述管束(5)上方，以用于向所述管束(5)施加所述第一介质(M)的液相(F)，其中所述液体分配器(6)具有从所述芯管(4)在所述管束(5)的径向(R)上突出的分配器臂(60)；环形通道(61)，所述环形通道在所述壳体(2)的周向(U)上延伸到所述分配器臂(60)上方，以及由所述芯管(4)形成的收集器槽(62)，其中所述环形通道(61)和所述收集器槽(62)各自被设计成收集所述第一介质(M)，
其特征在于
用于将所述第一介质(M)的所述液相(F)施加到所述管束(5)的所述分配器臂(60)形成至少一个第一容器(60a)和与所述第一容器(60a)分离的至少一个第二容器(60b)，其中所述至少一个第一容器(60a)与所述环形通道(61)流体连接使得所述第一介质(M)的所述液相(F)能够从所述环形通道(61)引入所述至少一个第一容器(60a)中并且从所述第一容器经由所述至少一个第一容器(60a)的出口开口(600)分布在所述管束(5)的第一区域(5a)上，并且其中所述至少一个第二容器(60b)与所述收集器槽(62)流体连接使得所述第一介质(M)的所述液相(F)能够从所述收集器槽(62)引入所述至少一个第二容器(60b)中并且从所述第二容器能够经由所述至少一个第二容器(60b)的出口开口(601)分布在所述管束(5)的第二区域(5b)上。
2.根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，所述换热器(1)具有第一阀(7)，所述环形通道(61)能够经由所述第一阀装填有所述第一介质(M)，并且/或者所述换热器(1)具有第二阀(8)，所述芯管(4)的所述收集器槽(62)能够经由所述第二阀装填有所述第一介质(M)。
3.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述环形通道(61)与布置在所述壳体(2)上的第一入口(9)流动连接，使得所述第一介质(M)能够经由所述第一入口(9)被引入所述环形通道(61)中，其中所述第一阀(7)被布置在所述第一入口(9)的上游。
4.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述芯管(4)的所述收集器槽(62)与布置在所述壳体(2)上的第二入口(10)流动连接，使得所述第一介质(M)能够经由所述第二入口(10)被引入所述收集器槽(62)中，其中所述第二阀(8)被布置在所述第二入口(10)的上游。
5.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述至少一个第一容器(60a)和所述至少一个第二容器(60b)以使得每单位面积和时间施加到所述管束(5)的所述第一介质(M)的液相(F)的量能够通过对第一阀(7)和第二阀(8)的调节而在所述管束(5)的径向(R)上改变的方式被布置在所述管束(5)上方。
6.根据权利要求2所述的换热器，其特征在于，所述至少一个第一容器(60a)和所述至少一个第二容器(60b)能够通过对所述第一阀(7)和第二阀(8)的对应调节而在每种情况下以所述第一介质(M)的可变质量流同时装填。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的换热器，其特征在于，所述至少一个第一容器(60a)由所述液体分配器(6)的第一分配器臂(60)形成，并且所述至少一个第二容器(60b)由所述液体分配器(6)的第二分配器臂(60)形成。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的换热器，其特征在于，所述至少一个第一容器(60a)由分配器臂(60)的第一区域形成，并且所述至少一个第二容器(60b)由所述分配器臂(60)的与所述第一区域分离的第二区域形成。
9.根据权利要求8所述的换热器，其特征在于，所述第一区域和第二区域在所述分配器臂(60)沿其延伸的所述径向(R)上彼此相邻地延伸。
10.根据权利要求8所述的换热器，其特征在于，所述第一区域和第二区域通过所述分配器臂(60)的在所述径向(R)上延伸的分隔壁(60c)而彼此分离。
11.根据权利要求8所述的换热器，其特征在于，所述第一区域和第二区域在所述分配器臂(60)沿其延伸的所述径向(R)上处于彼此相对。
12.根据权利要求8所述的换热器，其特征在于，所述第一区域和第二区域通过在所述芯管(4)的周向(U)上延伸的分隔壁(60c)而彼此分离。
13.根据权利要求1-6和9-12中的任一项所述的换热器，其特征在于，所述至少一个第一容器(60a)的所述出口开口(600)中的一个或多个比所述至少一个第二容器(60b)的所述出口开口(601)在所述管束的径向(R)上更向外定位，或者所述至少一个第二容器(60b)的所述出口开口(601)中的一个或多个比所述至少一个第一容器(60a)的所述出口开口(600)在所述管束的径向(R)上处于更向外。
14.一种用于使用根据权利要求1-13中的任一项所述的换热器(1)在至少一种第一流体介质(M)和一种第二流体介质(M')之间执行间接热传递的方法，其中所述第二介质(M')被引入所述管束(5)中，并且其中所述第一介质(M)的第一质量流经由所述环形通道(61)被引入所述至少一个第一容器(60a)中，并且其中所述第一介质(M)的第二质量流经由所述收集器槽(62)被引入所述至少一个第二容器(60b)中，其中对所述两个质量流进行调节以便在所述管束(5)的径向(R)上改变经由所述至少一个第一容器(60a)的出口开口(600)和所述至少一个第二容器(60b)的出口开口(601)而每单位面积和时间施加到所述管束(5)的所述第一介质(M)的所述液相(F)的量。
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