RU2750511C2 - Теплообменник со смесительным устройством для жидкости/газа, имеющим отверстия с улучшенной формой - Google Patents

Abstract

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в пластинчатых теплообменниках, в которых по меньшей мере один поток текучей среды представляет собой жидкостно-газовую или многокомпонентную смесь. В теплообменнике (1), содержащем множество пластин (2), расположенных параллельно так, чтобы образовать первый ряд проходов (10) для направления по меньшей мере одной первой текучей среды (F1) и второй ряд проходов (20) для направления по меньшей мере одной второй текучей среды (F2), которая предназначена для приведения в теплообменный контакт, по меньшей мере, с указанной первой текучей средой (F1), смесительное устройство (3), расположенное в указанном по меньшей мере одном проходе (10) первого ряда и содержащее по меньшей мере один первый канал (31) для потока первой фазы (61) первой текучей среды (F1), следующей в направлении потока (z), по меньшей мере один второй канал (32) для потока второй фазы (62) первой текучей среды (F1) и по меньшей мере одно отверстие (34), соединяющее по текучей среде первый канал (31) со вторым каналом (32), отверстие (34) содержит первую часть (34a), ведущую в первый канал (31), при этом указанная первая часть (34a) имеет первое поперечное сечение, и вторую часть (34b), расположенную между первой частью (34a) и вторым каналом (32), при этом вторая часть (34b) имеет второе поперечное сечение, при этом первое поперечное сечение больше второго поперечного сечения. Технический результат - повышение равномерности распределения жидкостно-газовой смеси по ширине прохода теплообменника. 13 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Настоящее изобретение относится к теплообменнику, содержащему ряд проходов для каждой из текучих сред, которые приводят в теплообменный контакт, при этом теплообменник содержит по меньшей мере одно смесительное устройство, выполненное с возможностью распределения по меньшей мере одной смеси, имеющей две жидкостно-газовые фазы, в один из ряда проходов.

В частности, настоящее изобретение может быть применено в отношении теплообменника, который испаряет по меньшей мере один поток жидкостно-газовой смеси, в частности, поток многокомпонентной смеси, например, смеси углеводородов посредством теплообмена по меньшей мере с еще одной текучей средой, например, природным газом.

Технология, обычно применяемая в отношении теплообменника, относится к технологии для алюминиевых паяных пластинчато-ребристых теплообменников, которая позволяет получить устройства, которые весьма компактны и обеспечивают большую площадь поверхности теплообмена.

Эти теплообменники содержат пластины, между которыми вставляют гофрированные элементы для теплообмена, образованные из последовательности ребер и изломов гофров, таким образом образовывая пучки проходов для испарения и проходов для конденсации, один из которых предназначен для испарения охлаждающей жидкости, а другой предназначен для конденсации теплотворного газа. Теплообмен между текучими средами может происходить с изменением фазы или без изменения фазы.

С целью обеспечения правильной работы теплообменника, использующего жидкостно-газовую смесь, соотношение жидкой фазы и газовой фазы должно быть одинаковым во всех проходах и должно быть равномерным в одном и том же проходе.

Размеры теплообменника рассчитывают, исходя из предположения о равномерном распределении фаз и, следовательно, о единой температуре в конце испарения жидкой фазы, равной точке росы смеси.

В случае с многокомпонентной смесью температура в конце испарения будет зависеть от соотношения жидкой фазы и газовой фазы в проходах.

В случае неравномерного распределения двух фаз температурный профиль первой текучей среды в этом случае будет варьировать от прохода к проходу, или даже варьировать внутри одного и того же прохода. По причине этого неравномерного распределения существует возможность того, что текучая среда (среды), находящаяся в теплообменном контакте с двухфазной смесью, может иметь температуру на выпуске теплообменника, которая выше планируемой температуры, что, следовательно, ухудшает эксплуатационные показатели теплообменника.

Одно из решений по распределению жидкой и газовой фаз смеси максимально равномерно состоит в том, чтобы вводить их в теплообменник по отдельности, затем смешивать их друг с другом после того, как они попадут внутрь теплообменника.

В документе FR-A-2563620 описан такой теплообменник, в котором пруток с канавками вставлен в ряд проходов, который предназначен для направления двухфазной смеси. Это смесительное устройство содержит отдельные каналы для жидкой фазы и для газовой фазы и выпуск для распределения жидкостно-газовой смеси по зоне теплообмена.

Проблема, которая возникает у такого типа смесительных устройств, касается распределения жидкостно-газовой смеси по ширине прохода, содержащего смесительное устройство. Для смешения двух фаз смесительное устройство по сути содержит первый канал для потока одной фазы. Этот канал снабжен рядом отверстий, расположенных вдоль канала, при этом каждое отверстие соединено по текучей среде со вторым каналом для потока другой фазы. Когда на впуск в первый канал подается текучая среда, расход текучей среды стремиться к уменьшению по мере протекания текучей среды по каналу. Причина этого в том, что поток текучей среды уменьшается при подаче на отверстия.

Отверстия по сути выточены перпендикулярно продольному направлению текучей среды, и поэтому подача на них ниже, когда скорость текучей среды выше. Подача на отверстия, расположенные на стороне впуска канала, следовательно, имеет тенденцию к избыточности, тогда как подача на отверстия, расположенные на основании канала, является недостаточной. Это приводит к неравномерному введению соответствующей фазы в канал для другой фазы, и, следовательно, неравномерному распределению жидкостно-газовой смеси по ширине прохода теплообменника.

Чтобы минимизировать это явление, одно решение заключается в выполнении подачи на соответствующий канал через два противоположных впуска канала. Тем не менее, это приводит к усложнению теплообменника, а проблема неравномерного распределения остается по меньшей мере в центральной части канала.

Увеличение количества каналов также не является идеальным решением ввиду механической прочности и высокотемпературной пайки устройства.

Другое известное решение заключается в размещении отверстий цилиндрической формы с различными диаметрами вдоль канала. Тем не менее, такое решение может оказаться недостаточным для определенных процессов.

Целью настоящего изобретения является решение полностью или частично вышеупомянутых задач, в частности, путем предложения теплообменника, в котором распределение жидкой и газовой фаз смеси является максимально равномерным, и осуществления этого без чрезмерного усложнения конструкции теплообменника или увеличения его размера.

Решением согласно настоящему изобретению, следовательно, является теплообменник, содержащий несколько пластин, размещенных параллельно таким образом, чтобы образовывать первый ряд проходов для направления по меньшей мере одной первой текучей среды и второй ряд проходов для направления по меньшей мере одной второй текучей среды, которая предназначена для приведения в теплообменный контакт по меньшей мере с указанной первой текучей средой, смесительное устройство, расположенное в указанном по меньшей мере одном проходе первого ряда и содержащее:

- по меньшей мере один первый канал для потока первой фазы первой текучей среды в направлении потока, и

- по меньшей мере один второй канал для потока второй фазы первой текучей среды,

- по меньшей мере одно отверстие, соединяющее по текучей среде первый канал (31) со вторым каналом,

характеризующийся тем, что указанное по меньшей мере одно отверстие содержит первую часть, имеющую первое поперечное сечение, и вторую часть, имеющую второе поперечное сечение, при этом первое поперечное сечение больше второго поперечного сечения.

В зависимости от случая, теплообменник согласно настоящему изобретению может иметь одну или несколько из следующих технических особенностей:

- вторая часть (34b) открывается во второй канал;

- первая часть (34a) и/или вторая часть (34b) являются цилиндрическими;

- указанное отверстие проходит между первым каналом и вторым каналом в вертикальном направлении;

- первая часть по меньшей мере одного отверстия имеет первое поперечное сечение, которое варьирует в вертикальном направлении;

- первое поперечное сечение первой части увеличивается в направлении первого канала;

- указанная первая часть имеет форму усеченного конуса;

- первая часть содержит периферийную стенку, образующую угол от 5° до 70° относительно вертикального направления;

- отношение между высотой первой части и высотой отверстия, измеренной в вертикальном направлении, составляет от 0,1 до 0,7;

- отверстие содержит периферийный заплечик, выступающий в радиальном направлении относительно вертикального направления, при этом указанный заплечик расположен между первой частью и второй частью отверстия;

- первый канал содержит по меньшей мере два отверстия, каждое из которых имеет первую часть, в которой первое поперечное сечение изменяется от одного из двух отверстий по отношению к другому;

- первый канал содержит по меньшей мере два отверстия, каждое из которых имеет вторую часть, в которой второе поперечное сечение изменяется от одного из отверстий по отношению к другому;

- каждое из указанных по меньшей мере двух отверстий содержит первую часть цилиндрической формы, диаметр и/или высота которой изменяется от одного из отверстий по отношению к другому;

- каждое из указанных по меньшей мере двух отверстий содержит первую часть, имеющую форму усеченного конуса, угол и/или высота которой изменяется от одного из отверстий по отношению к другому;

- первая текучая среда представляет собой охлаждающую текучую среду;

- вторая текучая среда представляет собой теплотворную текучую среду.

Настоящее изобретение может быть применено в отношении теплообменника, который испаряет по меньшей мере один поток жидкостно-газовой смеси, в частности, поток многокомпонентной смеси, например, смеси углеводородов, посредством теплообмена по меньшей мере с еще одной текучей средой, например, природным газом.

Выражение «природный газ» относится к любой композиции, содержащей углеводороды, в том числе по меньшей мере метан. Оно предусматривает «необработанное» соединение (до любой обработки или промывки) и также любое соединение, которое было частично, по существу или полностью обработано для уменьшения содержания и/или извлечения одного или нескольких соединений, включая без ограничения серу, диоксид углерода, воду, ртуть и некоторые тяжелые и ароматические углеводороды.

Настоящее изобретение будет более понятным благодаря следующему описанию, приведенному исключительно в качестве неограничивающего примера и составленному со ссылкой на прилагаемые графические материалы, среди которых:

- на фиг. 1 представлен схематический вид в плоскости сечения, параллельной пластинам теплообменника, части прохода теплообменника, в который подают жидкостно-газовую двухфазную смесь, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

- на фиг. 2 представлен схематический вид в сечении в плоскости, перпендикулярной плоскости по фиг. 1, изображающий смесительное устройство по фиг. 1;

- на фиг. 3 показан схематический трехмерный вид, изображающий один вариант осуществления смесительного устройства согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

- на фиг. 4A и 4B представлены схематические виды в разрезе, изображающие варианты осуществления смесительного устройства согласно настоящему изобретению.

На фиг. 1 изображен теплообменник 1, содержащий набор пластин 2 (не показано), которые проходят в двух измерениях параллельно плоскости, образованной направлениями z и y. Пластины 2 расположены параллельно и друг над другом с промежутками, и, таким образом, формируют множество проходов для текучих сред, находящихся в косвенном теплообменном контакте через указанные пластины.

Предпочтительно каждый проход имеет плоскую и подобную параллелепипеду форму. Разделение между двумя следующими друг за другом пластинами невелико по сравнению с длиной и шириной каждой последующей пластины.

Теплообменник 1 может содержать ряд пластин в количестве более 20 или даже более 100, с образованием между ними первого ряда проходов 10 для направления по меньшей мере одной первой текучей среды F1, и второго ряда проходов 20 (не виден на фиг. 1) для направления по меньшей мере одной второй текучей среды F2, при этом поток указанных текучих сред в целом происходит в направлении y. Все или некоторые из проходов 10 первого ряда могут быть расположены с чередованием или смежно со всеми или некоторыми из проходов 20 второго ряда.

Хорошо известным образом теплообменник 1 содержит средства 40, 52, 45, 54, 55 распределения и сброса, выполненные с возможностью распределения различных текучих сред в проходы 10, 20 и сброса указанных текучих сред из указанных проходов 10, 20.

Уплотнение проходов 10, 20 по краям пластин 2 главным образом осуществляется за счет поперечных и продольных уплотнительных полос 4, прикрепленных к пластинам 2. Поперечные уплотнительные полосы 4 не полностью блокируют каналы 10, 20, но преимущественно оставляют впускные и выпускные отверстия для текучей среды в диагонально противоположных углах каналов.

Отверстия проходов 10 первого ряда расположены одно над другим с совмещением, тогда как отверстия проходов 20 второго ряда размещены в противоположных углах. Отверстия, расположенные друг над другом, объединены друг с другом соответственно в коллекторах 40, 45, 50, 55 полутрубчатой формы, посредством которых текучие среды распределяют и сбрасывают.

Как изображено на фиг. 1, полутрубчатые коллекторы 50, 45 используют для введения текучих сред в теплообменник 1, и полутрубчатые коллекторы 40, 55 используют для сброса этих текучих сред из теплообменника 1.

В этой альтернативной форме варианта осуществления коллектор, подающий одну из текучих сред, и коллектор, сбрасывающий другую текучую среду, расположены на одном и том же конце теплообменника, таким образом, текучие среды F1, F2 текут встречными потоками через теплообменник 1.

Согласно другому альтернативному варианту осуществления первая и вторая текучие среды могут в равной мере циркулировать в виде сопутствующего потока, при этом средства, подающие одну из текучих сред, и средства, сбрасывающие другую текучую среду, в таком случае расположены в противоположных концах теплообменника 1.

Предпочтительно направление у ориентировано вертикально во время работы теплообменника 1. Первая текучая среда F1 обычно течет вертикально и вверх в этом направлении. Разумеется, без отступления от объема настоящего изобретения возможны другие направления и ориентации потока текучих сред F1, F2.

Следует отметить, что в контексте настоящего изобретения одна или несколько первых текучих сред F1 и одна или несколько вторых текучих сред F2 различного рода могут протекать в проходах 10, 20 первого и второго рядов одного и того же теплообменника.

Средства распределения и сброса преимущественно содержат распределительные гофрированные элементы 51, 54, расположенные между двумя следующими друг за другом пластинами 2 в форме гофрированных листов, которые проходят от впускных и выпускных отверстий. Распределительные гофрированные элементы 51, 54 обеспечивают равномерное распределение и утилизацию текучих сред по всей ширине проходов 10, 20.

Кроме того, проходы 10, 20 преимущественно содержат теплообменные конструкции, размещенные между пластинами 2. Эти конструкции предназначены для увеличения площади поверхности теплообмена теплообменника. Конкретно, теплообменные конструкции находятся в контакте с текучими средами, циркулирующими в проходах, и передают тепловой поток за счет теплопроводности смежным пластинам 2, к которым они могут быть прикреплены посредством высокотемпературной пайки, тем самым повышая механическую прочность теплообменника.

Теплообменные конструкции также служат разделителями между пластинами 2, в особенности когда теплообменник собирают посредством высокотемпературной пайки, во избежание любой деформации пластин во время использования текучих сред под давлением. Они также обеспечивают направление потоков текучей среды в проходах теплообменника.

Предпочтительно эти конструкции содержат гофрированные элементы 11 для теплообмена, которые преимущественно проходят по ширине и длине проходов 10, 20 параллельно пластинам 2 по протяженности распределительных гофрированных элементов по длине проходов 10, 20. Проходы 10, 20 теплообменника, таким образом, демонстрируют главную часть своей длины, образовывая собственную часть теплообменника, которая покрыта теплообменной конструкцией, при этом указанная главная часть окружена распределительными частями, которые покрыты распределительными гофрированными элементами 51, 54.

На фиг. 1 проиллюстрирован проход 10 первого ряда 1, выполненный с возможностью распределения первой текучей среды F1 в форме жидкостно-газовой двухфазной смеси. Первую текучую среду F1 разделяют в разделительном устройстве 6 на жидкую фазу 61 и газовую фазу 62, которые вводят по отдельности в теплообменник 1 через боковой коллектор 30 и коллектор 50. Две фазы 61, 62 затем смешивают вместе с помощью смесительного устройства 3, расположенного в проходе 10. Преимущественно несколько проходов 10 или даже все проходы 10 первого ряда содержат смесительное устройство 3.

На фиг. 2 представлен схематический вид в разрезе в плоскости, перпендикулярной плоскости по фиг. 1, смесительного устройства 3, преимущественно содержащего прут или стержень, расположенный в проходе 10.

Предпочтительно смесительное устройство 3 проходит в сечении прохода 10 почти на всю, или даже на всю высоту прохода 10, так что смесительное устройство находится в контакте с каждой пластиной 2a, 2b, которая образует проход 10.

Смесительное устройство 3 преимущественно крепится к пластинам 2 посредством высокотемпературной пайки.

Смесительное устройство 3 преимущественно в целом имеет форму параллелепипеда.

Смесительное устройство 3 может иметь параллельно поперечному направлению у первое измерение в диапазоне от 20 до 200 мм, и параллельно направлению потоку z - второе измерение в диапазоне от 100 до 1400 мм.

Как показано на фиг. 2, смесительное устройство 3 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения содержит несколько первых каналов 31a, 31b, …, приспособленных для потока первой фазы 61 текучей среды F1. Несколько отверстий 34 (только одно показано на фиг. 2) расположены последовательно в направлении z потока первой фазы 61, что в изображенном примере представляет собой первую жидкую фазу 61 в первом канале 31a. Эти отверстия 34 расположены так, чтобы соединять по текучей среде первый канал 31a с по меньшей мере одним вторым каналом 32, предназначенным для потока другой фазы 62, в изображенном примере - газовой фазы 62. Первые каналы 31a, 31b, … и вторые каналы 32a, 32b, … проходят параллельно пластинам 2. Отверстия 34 различных первых каналов 31a, 31b, … могут располагаться в шахматном порядке, как показано на фиг. 3, который способствует более однородному распределению первой фазы 61 во втором канале 32a, 32b, …

На фиг. 3 показано смесительное устройство 3 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения с несколькими отверстиями 34, соединяющими по текучей среде ряд первых каналов и ряд вторых каналов.

Согласно настоящему изобретению по меньшей мере одно отверстие 34 содержит первую часть 34a, открывающуюся в первый канал 31, при этом указанная первая часть 34a имеет первое поперечное сечение, и вторую часть 34b, расположенную между первой частью 34a и вторым каналом 32, при этом указанная вторая часть 34b имеет второе поперечное сечение, при этом первое поперечное сечение больше второго поперечного сечения.

Следует отметить, что термин «поперечное сечение» обозначает участок поверхности отверстия 34, измеряемый перпендикулярно отверстию 34, как правило, перпендикулярно оси симметрии A отверстия 34, при этом отверстие 34 предпочтительно осесимметричное. В случае отверстия 34, проходящего в вертикальном направлении x, поперечное сечение измеряется в плоскости поперечного сечения, проходящей перпендикулярно направлению x. В приведенных примерах на фиг. 2, 3, 4A и 4B, поперечное сечение отверстия 34, таким образом, определяется в плоскости, содержащей направления y и z.

Путем размещения первой части с большим сечением на впуске в по меньшей мере одно отверстие 34 можно способствовать потоку текучей среды, введенной в конкретное отверстие 34. Таким образом, когда первая фаза 61 протекает с различными скоростями по первому каналу 31, можно соответствующим образом регулировать поток текучей среды внутри отверстий 34, которые расположены последовательно вдоль направления z, так чтобы нормировать подачу в них.

Это приводит к более однородному распределению жидкостно-газовой смеси по ширине прохода 10. Это решение предлагает преимущества, заключающиеся в простоте реализации, в том, что оно не меняет размер теплообменника и не усложняет его конструкцию.

В зависимости от случая, первое поперечное сечение может быть постоянным вдоль отверстия 34, т.е. первая часть 34a является цилиндрической, или может быть изменяемой, оставаясь при этом больше второго поперечного сечения второй части 34b вдоль отверстия 34. В частности, первое поперечное сечение первой части 34a может увеличиваться в направлении первого канала 31.

Второе поперечное сечение второй части 34b также может быть постоянным или изменяться вдоль отверстия 34.

Предпочтительно, первый канал 31 содержит по меньшей мере два отверстия, каждое из которых имеет первую часть 34a, в которой первое поперечное сечение изменяется от одного из двух отверстий по отношению к другому.

Изменение поперечного сечения прохода первой части 34a относительно другой первой части может, к примеру, быть получено путем изменения диаметра в случае цилиндрических первых частей. Оно также может быть получено путем изменения угла в случае первых частей в форме усеченного конуса.

Отверстия с большим поперечным сечением преимущественно расположены выше по потоку в первом канале 31, где скорость первой фазы 61 больше, и отверстия с меньшим поперечным сечением впуска расположены ниже по потоку в первом канале 31.

В частности, первый канал 31 может содержать первое и второе отверстие 34, открывающиеся внутрь канала 31 через первый впуск и второй впуск 341, соответственно. Поперечное сечение по меньшей мере одного первого канала 31 изменяется по меньшей мере на уровне соответствующих впусков 341.

Согласно конкретному варианту осуществления, по меньшей мере два отверстия 34, расположенные последовательно или нет, в одном и том же канале 31 имеют различные формы. Например, отверстие 34 с первой цилиндрической частью и отверстие 34 с первой частью в форме усеченного конуса могут располагаться в одном и том же первом канале. Отверстие 34, расположенное на стороне впуска 311 первого канала 31, предпочтительно имеет форму, способствующую введению первой фазы 61 в отверстие 34, так чтобы компенсировать влияние более высокой скорости на впуске первого канала. Форма отверстия 34 может изменяться, в частности, посредством изменения формы первой части 34a по меньшей мере одного отверстия 34 относительно другого.

Размещение отверстий 34 с изменяемой формой вдоль направления z потока делает возможной даже более тонкую регулировку потока текучей среды в отверстия 34, расположенные последовательно вдоль направления z.

В контексте настоящего изобретения количество различных форм, их размеры и распределение в одном и том же канале 31 или между несколькими первыми каналами 31a, 31b,... может изменяться как функция требуемого распределения жидкостно-газовой смеси.

В зависимости от случая, форма отверстия 34 может изменяться относительно другого отверстия 34 путем изменения поперечного сечения отверстия на впуске или выпуске отверстия вдоль всего или части отверстия и/или путем изменения формы внутреннего профиля одного отверстия относительно другого. Как правило, форма отверстий 34 изменяется путем регулирования внутренних размеров указанного отверстия.

На фиг. 3 показан пример смесительного устройства 3 в форме прута, при этом отверстия 34 просверлены в основании нескольких первых каналов 31.

Смесительное устройство 3 в целом образует параллелепипед, ограниченный, в частности, первой поверхностью 3a, предназначенной для размещения лицом к пластине 2 теплообменника, и второй поверхностью 3b, размещенной лицом к другой пластине 2. Первая и вторая поверхности 3a, 3b предпочтительно проходят главным образом параллельно пластинам 2. Смесительное устройство 3 предпочтительно расположено в проходе 10, так что первая и вторая поверхности 3a, 3b находятся в контакте с пластинами 2.

Первые каналы 31a, 31b преимущественно принимают форму углублений, предусмотренных в смесительном устройстве 3. Они также могут открываться на уровне поверхностей 3a и/или 3b, длина которых больше ширины, измеренной в поперечном направлении y, или высоты, измеренной в вертикальном направлении x, перпендикулярно направлениям y и z.

Отверстия 34 преимущественно представляют собой просверленные отверстия 34, выполненные в материале устройства 3 и проходящие между первым каналом 31 и вторым каналом 32, предпочтительно в вертикальном направлении x. При работе первая фаза 61 тогда протекает главным образом в вертикальном направлении x внутрь отверстия 34.

Отверстия 34 предпочтительно имеют высоту, измеренную в направлении x, равную по меньшей мере 0,5 мм.

Отношение между высотой первой части 34a и общей высотой отверстия 34, измеренной в вертикальном направлении, преимущественно составляет от 0,1 до 0,7. Такой диапазон предпочтительно применяется в случае первой части в форме усеченного конуса. В случае цилиндрической первой части, отношение высот составляет предпочтительно от 0,3 до 0,5.

Отверстия 34 предпочтительно осесимметричны относительно оси симметрии A.

На фиг. 4A и 4B показаны варианты осуществления отверстий 34, которые могут использоваться в смесительном устройстве по фиг. 3. Одно или более отверстий, выполненных согласно одному или нескольким из этих вариантов, может располагаться по меньшей мере в одном первом канале 31, при этом указанный первый канал также может содержать традиционные цилиндрические отверстия 34, как показано на фиг. 2. Такие отверстия 34 предпочтительно расположены на стороне впуска 311.

Согласно первому варианту осуществления, изображенному на фиг. 4A, отверстие 34 содержит первую часть 34a, открывающуюся в первый канал 31 через впуск 341, и вторую часть 34b, открывающуюся во второй канал 32 через выпуск 342 отверстия 34. Первая и вторая части 34a, 34b являются цилиндрическими, при этом поперечное сечение первой части 34a больше поперечного сечения второй части 34b. Другими словами, первая часть 34a имеет первый диаметр, который больше второго диаметра второй части 34b.

Увеличение поперечного сечения прохода отверстия 34 на стороне первого канала способствует потоку первой фазы 61 в направлении отверстия 34. Одно или несколько отверстий 34 этого типа могут располагаться в первом канале 31, при этом поперечное сечение первой части отверстий 34 может изменяться вдоль одного и того же первого канала 31. В описании фиг. 4A разграничение первой и второй частей 34a, 34b достигается посредством заплечика, выступающего в радиальном направлении относительно вертикального направления x.

Согласно второму варианту осуществления, показанному на фиг. 4B, первая часть 34a имеет форму усеченного конуса и расходится в направлении первого канала 31.

Эта форма отверстия 34 позволяет увеличить поперечное сечение прохода соответствующего отверстия на стороне первого канала 31, создавая при этом более плавную кривую, когда часть первой фазы 61, протекающей в первом канале, попадает в отверстие 34, которое дополнительно облегчает подачу через него первой фазы 61. Такая форма усеченного конуса может быть получена, например, путем сверления отверстия 34 с помощью конического сверла, продвижение вперед которого регулируется как функция необходимой формы.

Угол α, образованный периферийной стенкой первой части 34a в форме усеченного конуса с вертикальным направлением x, может изменяться между отверстиями 34, расположенными в одном и том же канале 31 вдоль направления z потока, и от одного первого канала 31 к другому. Периферийная стенка указанной первой части предпочтительно образует угол α от 5° до 70° относительно вертикального направления x.

Форма второй части 34b, расположенной ниже по потоку от первой части 34a, может в некоторых случаях меняться от одного отверстия 34 к другому и, в частности, иметь форму усеченного конуса.

Отверстия 34 с первой и второй частями 34a, 34b, описанными выше, предпочтительно получают после первого этапа просверливания нескольких отверстий 34b в смесительном устройстве 3, при этом одно или несколько из этих отверстий 34b затем повторно сверлят на втором этапе на высоту, соответствующую высоте первой части 34a.

Устройство 3 может содержать несколько поперечных каналов 32, расположенных последовательно в устройстве 3, и/или несколько первых каналов 31, при этом первый и второй каналы 31, 32 предпочтительно параллельны друг другу.

Следует отметить, что формы и количества каналов 31 и 32 могут быть одинаковыми или отличаться. Расстояния между последовательными первыми каналами 31 и расстояния между последовательными вторыми каналами 32 также могут изменяться.

Разумеется, настоящее изобретение не ограничивается конкретными примерами, описанными и проиллюстрированными в настоящей заявке. Без отступления от объема настоящего изобретения также могут быть рассмотрены другие альтернативные формы или варианты осуществления в пределах компетенции специалистов в данной области техники.

Например, теплообменник согласно настоящему изобретению главным образом описан для случая, в котором проходы 10, 20 проходят в поперечном направлении y, первый продольный канал 31 проходит в направлении z потока, и поперечный канал 32 проходит в поперечном направлении y, ортогональном направлению z. Возможно и обратное, а именно, первый канал 31, проходящий в поперечном направлении y, и поперечный канал 32, проходящий в направлении z потока. Направления y и z также могут не быть взаимно ортогональными.

Кроме того, по меньшей мере один первый продольный канал 31 может содержать одно или несколько отверстий 34 с первой частью 34a, которая сама по себе образована из нескольких подчастей в форме цилиндра и/или усеченного конуса.

Claims (18)

1. Теплообменник (1), содержащий несколько пластин (2), размещенных параллельно таким образом, чтобы образовывать первый ряд проходов (10) для направления по меньшей мере одной первой текучей среды (F1) и второй ряд проходов (20) для направления по меньшей мере одной второй текучей среды (F2), которая предназначена для приведения в теплообменный контакт, по меньшей мере, с указанной первой текучей средой (F1), смесительное устройство (3), расположенное в указанном по меньшей мере одном проходе (10) первого ряда и содержащее:

- по меньшей мере один первый канал (31) для потока первой фазы (61) первой текучей среды (F1) в направлении (z) потока,

- по меньшей мере один второй канал (32) для потока второй фазы (62) первой текучей среды (F1) и

- по меньшей мере одно отверстие (34), соединяющее по текучей среде первый канал (31) со вторым каналом (32),

отличающийся тем, что по меньшей мере одно указанное отверстие (34) содержит первую часть (34a), открывающуюся в первый канал (31), при этом указанная первая часть (34a) имеет первое поперечное сечение, и вторую часть (34b), расположенную между первой частью (34a) и вторым каналом (32), при этом указанная вторая часть (34b) имеет второе поперечное сечение, при этом первое поперечное сечение больше второго поперечного сечения.

2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что вторая часть (34b) открывается внутрь второго канала (32).

3. Теплообменник по одному из пп. 1 или 2, отличающийся тем, что первая часть (34a) и/или вторая часть (34b) являются цилиндрическими.

4. Теплообменник по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что отверстие (34) проходит между первым каналом (31) и вторым каналом (32) в вертикальном направлении (x).

5. Теплообменник по п. 4, отличающийся тем, что первая часть (34a) по меньшей мере одного отверстия (34) имеет первое поперечное сечение, которое может варьировать в вертикальном направлении (x).

6. Теплообменник по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первое поперечное сечение первой части (34a) увеличивается в направлении первого канала (31).

7. Теплообменник по любому из пп. 4-6, отличающийся тем, что указанная первая часть (34a) имеет форму усеченного конуса.

8. Теплообменник по п. 7, отличающийся тем, что первая часть (34a) содержит периферийную стенку, образующую угол (α) от 5 до 70° относительно вертикального направления (x).

9. Теплообменник по любому из пп. 4-8, отличающийся тем, что отношение между высотой первой части (34a) и высотой отверстия (34), измеренной в вертикальном направлении (x), составляет от 0,1 до 0,7.

10. Теплообменник по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что отверстие (34) содержит периферийный заплечик, выступающий в радиальном направлении относительно вертикального направления (x), при этом указанный заплечик расположен между первой частью (34a) и второй частью (34b) отверстия (34).

11. Теплообменник по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый канал (31) содержит по меньшей мере два отверстия, каждое из которых имеет первую часть (34a), в которой первое поперечное сечение изменяется от одного из двух отверстий по отношению к другому.

12. Теплообменник по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый канал (31) содержит по меньшей мере два отверстия, каждое из которых имеет вторую часть (34b), в которой второе поперечное сечение изменяется от одного из отверстий по отношению к другому.

13. Теплообменник по одному из пп. 11 или 12, отличающийся тем, что каждое из указанных по меньшей мере двух отверстий содержит первую часть (34a) цилиндрической формы, диаметр и/или высота которой изменяется от одного из отверстий по отношению к другому.

14. Теплообменник по любому из пп. 11 или 12, отличающийся тем, что каждое из указанных по меньшей мере двух отверстий содержит первую часть (34a), имеющую форму усеченного конуса, угол и/или высота которой изменяется от одного из отверстий по отношению к другому.

Images