專利名稱：分置組合式主換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種有過冷器及主換熱器組成的分置組合式主換熱器。
背景技術(shù)：
在空分裝置的精餾流程設(shè)計(jì)時(shí)，為了對(duì)制冷劑進(jìn)行制冷，往往需要使用到過冷器。 在通常的情況下，該過冷器是單獨(dú)設(shè)計(jì)的，如液氮過冷器、液空過冷器等。上述冷氣體通過過冷器后，再進(jìn)入主換熱器，冷卻如空氣、高壓空氣等熱流體，自身被加溫到常溫狀態(tài)流出主換熱器。請(qǐng)參考圖1的常規(guī)液空過冷器，熱源為液體的空氣，冷源為出液氮過冷器的氮?dú)?5、污氮?dú)?，及出上塔的氧氣共同來冷卻液空，即液體的空氣。這是一個(gè)擁有四股流的換熱器。氧氣進(jìn)口 3、氧氣出口 4封頭設(shè)置在換熱器的兩側(cè)面上，同樣液空進(jìn)口 2及液空出口 3 同樣設(shè)置在換熱器的兩側(cè)面上。由于氮?dú)獾壤錃怏w是從上塔引出的，因此它們的流向是由上向下的，導(dǎo)致液空的流向只能是由下向上才能冷卻到最低的溫度。由圖1可以看出液空是由換熱器的右下側(cè)面進(jìn)入，經(jīng)導(dǎo)流片導(dǎo)流均勻分布到整個(gè)通道中，冷卻完成后，由換熱器的左上側(cè)面經(jīng)導(dǎo)流片流出換熱器。氧氣通道則從換熱器的右上側(cè)進(jìn)入換熱后從換熱器的左下側(cè)流出。由于整套設(shè)備提取產(chǎn)品氣的量不相同，因此三股冷流體各自的通道數(shù)也不相同， 使整臺(tái)換熱器的通道排列無法具體確定。而且由于冷流體有三股，而且數(shù)量不固定，因此無法具體確定三股冷流體的通道排列順序。氮?dú)夂臀鄣獨(dú)馔ㄟ^液空過冷器時(shí)，要經(jīng)過兩個(gè)端面上的大封頭，氧氣也要通過兩個(gè)封頭。請(qǐng)參考圖2的常規(guī)液氮過冷器的結(jié)構(gòu)。液氮作為熱源，氮?dú)?作為冷源，在液氮過冷器中也有上下設(shè)有液氮進(jìn)口 6及液氮出口 7兩個(gè)大封頭?，F(xiàn)在有一種將過冷器及主換熱器組成在一起的組合式主換熱器，在這種常規(guī)的組合式主換熱器中，主換熱器本身就是各股冷流體均分布在整臺(tái)換熱器中，因此每臺(tái)組合式主換熱器的結(jié)構(gòu)都一樣，全部包含了所有冷氣流和熱流體以及要被冷卻的液體餾分。使組合式主換熱器的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，導(dǎo)致在制造、安裝過程中，費(fèi)工時(shí)耗材料，且在過冷器這一換熱段的熱力設(shè)計(jì)時(shí)，由于冷流體主要是按主換熱器的要求安排設(shè)計(jì)的，無法實(shí)現(xiàn)餾分液體最佳流動(dòng)流速的安排，使過冷段的傳熱系數(shù)遠(yuǎn)達(dá)不到最佳化，從而導(dǎo)致在熱力計(jì)算時(shí)，就擴(kuò)大了換熱器的外形尺寸。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種分置組合式主換熱器，解決如何使換熱器以最合理的組合方式進(jìn)行換熱的技術(shù)問題。分置組合式主換熱器，包括主換熱器、第一段過冷器；第一段過冷器設(shè)在主換熱器下端，第一段過冷器一側(cè)上端設(shè)有熱源進(jìn)口，另一側(cè)下端設(shè)有熱源出口，底端具有冷源進(jìn)口 ；主換熱器一側(cè)上端具有熱源進(jìn)口，另一側(cè)下端具有熱源出口，頂端具有冷源出口 ；第一段過冷器的冷源出口與主換熱器的冷源進(jìn)口相通。[0008]主換熱器另一側(cè)具有一個(gè)熱源進(jìn)口，在相對(duì)該側(cè)的另一側(cè)下端具有熱源出口。所述第一段過冷器為液空過冷器，液空過冷器一側(cè)上端設(shè)有液空進(jìn)口，另一側(cè)下端設(shè)有液空出口。所述第一段過冷器下端具有液氮過冷器，液氮過冷器一側(cè)上端設(shè)有液氮進(jìn)口，另一側(cè)下端設(shè)有液氮出口。 所述第一段過冷器下端具有污氮過冷器，液氮過冷器一側(cè)上端設(shè)有污氮進(jìn)口，另一側(cè)下端設(shè)有污氮出口。本實(shí)用新型的有益效果是1、一個(gè)主換熱器加上一個(gè)液空過冷器在加上一個(gè)液氮過冷器就組成了一個(gè)氮?dú)夥种媒M合式主換熱器，氮?dú)夥种媒M合式主換熱器起到了三個(gè)換熱器的作用通常的液氮過冷器、液空過冷器、主換熱器。如此的組合，省掉了以下結(jié)構(gòu)液氮過冷器、液空過冷器的四個(gè)大封頭，氮?dú)膺B接液氮過冷器、液空過冷器的管路和彎管接頭，液氮過冷器和液空過冷器的支架等；并省掉了制造液氮過冷器和液空過冷器大部分的工序，縮短了制造周期，節(jié)省了工時(shí)，提高了原材料的利用率，降低了制造成本。2、一個(gè)主換熱器加上一個(gè)液空過冷器在加上一個(gè)污氮過冷器就組成了一個(gè)污氮分置組合式主換熱器，污氮分置組合式主換熱器的優(yōu)點(diǎn)也和氮?dú)夥种媒M合式換熱器一樣， 它起到了三個(gè)換熱器的作用通常的污液氮過冷器、液空過冷器、主換熱器。如此的組合，省掉了以下結(jié)構(gòu)污液氮過冷器、液空過冷器的四個(gè)大封頭，連接污液氮過冷器、液空過冷器的管路和彎管接頭，污液氮過冷器和液空過冷器的支架等；并省掉了制造污液氮過冷器和液空過冷器大部分的工序，縮短了制造周期，節(jié)省了工時(shí)，提高了原材料的利用率，降低了制造成本。其次和氮?dú)夥种媒M合式主換熱器一樣，由于上述三臺(tái)換熱器都組合成整體的一臺(tái)換熱器了，使換熱系統(tǒng)在冷箱內(nèi)的布置大大簡化，節(jié)約了塔器之間的連接管路，降低了冷箱的體積、空間和保溫材料，減少了冷箱布置時(shí)的占地面積和冷量損失，進(jìn)而又降低了制造成本并進(jìn)一步降低了能耗指標(biāo)；大大提高了空分設(shè)備的技術(shù)水平和社會(huì)效益。3、一個(gè)主換熱器加上一個(gè)液空過冷器就組成了一個(gè)氧氣分置組合式主換熱器，該換熱器同樣節(jié)省了一些結(jié)構(gòu)。

圖1是常規(guī)液空過冷器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是常規(guī)液氮過冷器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是分置式主換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是氮?dú)夥种媒M合式主換熱器；圖5是圖4所示換熱器中空氣出口和液空進(jìn)口的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是圖5的K向示意圖；圖7是污氮?dú)夥种媒M合式主換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是氧氣分置組合式主換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中1.液空進(jìn)口、2.液空出口、3.氧氣進(jìn)口、4.氧氣出口、5.氮?dú)狻?.污氮?dú)膺M(jìn)口、7.污氮?dú)獬隹凇?.污氮、9.空氣進(jìn)口、10.空氣出口、11.增壓空氣進(jìn)口、12.增壓空氣出口、13.冷流體、14.液氮進(jìn)口、15.液氮出口、16.封條、17.換熱翅片、18.導(dǎo)流片、19.隔板。
具體實(shí)施方式
請(qǐng)參考圖3，冷流體13可選氧氣、氮?dú)?、污氮?dú)庵械囊还桑鵁崃黧w全部一樣為空氣和增壓空氣，主換熱器上分別設(shè)有空氣進(jìn)口 9、空氣出口 10、增壓空氣進(jìn)口 11、增壓空氣出口 12。冷流體通道和熱流體中的通道，是流經(jīng)整個(gè)換熱器的。請(qǐng)參考圖4，冷源為氮?dú)?，氮?dú)?從上塔引出后，直接進(jìn)入氮?dú)夥种媒M合式主換熱器，首先在換熱器的第III換熱段中，冷卻來自下塔溫度最低而要被送往上塔的液氮，液氮從液氮進(jìn)口 14進(jìn)入冷卻器內(nèi)并從液氮出口 15流出，液氮吸收了上塔溫度最低的氮?dú)獾睦淞?，又把這部分冷量重新帶回上塔。氮?dú)?冷卻液氮溫度升高后，進(jìn)入冷卻液空的第II換熱段，又把部分溫度稍高的冷量交給液空，液氮從液空進(jìn)口 1進(jìn)入冷卻器內(nèi)并從液空出口 2流出，液空把這部分冷量又帶回上塔。氮?dú)饫鋮s液空后，溫度升到通常進(jìn)入主換熱器冷端的水平，才進(jìn)入分置式主換熱器，冷卻空氣和增壓空氣，直到回復(fù)到常溫態(tài)排出分置組合式主換熱器。該空氣從空氣進(jìn)口 9流入并從空氣出口 10流出，該增壓空氣從增壓空氣進(jìn)口 11流入并從增壓空氣出口 12流出。由圖-4可見氮?dú)鈴膿Q熱器冷端進(jìn)入到恢復(fù)到常溫從熱端引出，是在一個(gè)連通的通道內(nèi)完成的。但它卻完成了通常要在流過液氮過冷器、液空過冷器、主換熱器才能完成的功能。實(shí)現(xiàn)了極限縮短氮?dú)饬髀返哪康?，從而大大降低了氮?dú)獾牧鲃?dòng)阻力，最大限度的減少了設(shè)備的臺(tái)數(shù)及連接管路的長度。真正實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的集成化。請(qǐng)參考圖5及圖6，圖5所示是空氣出口 10和液空進(jìn)口 1在每一層的局部結(jié)構(gòu)。 空氣由換熱翅片17經(jīng)導(dǎo)流片18導(dǎo)流而流出換熱器。液空由液空進(jìn)口 1經(jīng)導(dǎo)流片18導(dǎo)流進(jìn)入換熱翅片17，和鄰近的氮?dú)馔ǖ罁Q熱。上述的所有零件都被兩塊隔板19夾牢，經(jīng)釬焊工藝過程焊成為一體，因此空氣通道和液體空氣通道由兩條封條16隔離，再加上另外兩條封條16和隔板19，形成了各自的獨(dú)立密封通道。但兩個(gè)獨(dú)立通道由隔板19連結(jié)在一起形成了一個(gè)整體。液空出口 2和液氮進(jìn)口 14處的局部結(jié)構(gòu)，和圖5相同。兩個(gè)通道的隔離封條處，即是第II換熱段和第III換熱段的分界線。由此可見處在同一層的空氣通道、液空通道、液氮通道，雖然各自是獨(dú)立密封的通道，但夾住這些通道零件的兩塊隔板19是整體的， 因此經(jīng)釬焊工藝后，三個(gè)通道就連接在一起形成了一個(gè)整體式的一層。增壓空氣冷卻過程可參考空氣冷卻過程。圖6所示的是污氮?dú)夥种媒M合式主換熱器。污氮?dú)鈦碜陨纤闹胁?，是上塔冷流體中溫度次低的冷流體。污氮?dú)鈴纳纤龊螅苯油ㄟ^污氮?dú)膺M(jìn)口 6進(jìn)入污氮?dú)夥种媒M合式主換熱器的第III換熱段，冷卻來自下塔溫度次低的污液氮，污液氮從污氮?dú)膺M(jìn)口 6流入并從污氮出口 7流出，污液氮把上塔溫度次低的污氮?dú)獾睦淞?，又重新帶回上塔中部。污氮?dú)饫鋮s污液氮后，進(jìn)入冷卻液空的第II換熱段，把冷量交給液空，液空從液空進(jìn)口 1流入并沖液空出口 2流出，液空又把這部分污氮?dú)獾睦淞繋Щ厣纤?。污氮?dú)饫鋮s液空后，才進(jìn)入相當(dāng)以往主換熱器的第I換熱段，冷卻空氣和增壓空氣，直到回復(fù)到常溫態(tài)排出主換熱器。 該空氣從空氣進(jìn)口 9流入并從空氣出口 10流出，該增壓空氣從增壓空氣進(jìn)口 11流入并從增壓空氣出口 12流出。圖7所示的是氧氣分置組合式主換熱器示意圖。在本專利的氧氣分置組合式主換熱器中，氧氣直接是從上塔引進(jìn)的，進(jìn)入該分置組合式換熱器的第II換熱段后，直接冷卻液空，液空從液空進(jìn)口 1流入并沖液空出口 2流出，氧氣把冷量部分交給液空帶回上塔，然后才進(jìn)入該換熱器的第I換熱段，冷卻空氣和增壓空氣，直至恢復(fù)到常溫態(tài)流出換熱器。該空氣從空氣進(jìn)口 9流入并從空氣出口 10流出，該增壓空氣從增壓空氣進(jìn)口 11流入并從增壓空氣出口 12流出。 上述實(shí)施例的分置組合式主換熱器，其中“分置”是指把出上塔的三股冷氣體分別放置在不同的三種換熱器中進(jìn)行換熱。“組合”是指把出上塔的三股冷氣體在恢復(fù)到常溫狀態(tài)的過程中所要經(jīng)過的所有換熱器，組合集成在一臺(tái)換熱器中。本分置組合式主換熱器可使過冷器和主換熱器以最完善的形式組合用氮?dú)鈦砝鋮s液氮、液空，用污氮?dú)鈦砝鋮s污液氮和液空，用氧氣單獨(dú)來冷卻液空。使能量等級(jí)不同的冷氣流，得到充分的發(fā)揮和利用。從而使能耗指標(biāo)進(jìn)一步降低。
權(quán)利要求1.分置組合式主換熱器，包括主換熱器、第一段過冷器；其特征在于第一段過冷器設(shè)在主換熱器下端，第一段過冷器一側(cè)上端設(shè)有熱源進(jìn)口，另一側(cè)下端設(shè)有熱源出口，底端具有冷源進(jìn)口 ；主換熱器一側(cè)上端具有熱源進(jìn)口，另一側(cè)下端具有熱源出口，頂端具有冷源出口 ；第一段過冷器的冷源出口與主換熱器的冷源進(jìn)口相通。
2.依據(jù)權(quán)利要求1所述的分置組合式主換熱器，其特征在于主換熱器另一側(cè)具有一個(gè)熱源進(jìn)口，在相對(duì)該側(cè)的另一側(cè)下端具有熱源出口。
3.依據(jù)權(quán)利要求1所述的分置組合式主換熱器，其特征在于所述第一段過冷器為液空過冷器，液空過冷器一側(cè)上端設(shè)有液空進(jìn)口，另一側(cè)下端設(shè)有液空出口。
4.依據(jù)權(quán)利要求1所述的分置組合式主換熱器，其特征在于所述第一段過冷器下端具有液氮過冷器，液氮過冷器一側(cè)上端設(shè)有液氮進(jìn)口，另一側(cè)下端設(shè)有液氮出口。
5.依據(jù)權(quán)利要求1所述的分置組合式主換熱器，其特征在于所述第一段過冷器下端具有污氮過冷器，液氮過冷器一側(cè)上端設(shè)有污氮進(jìn)口，另一側(cè)下端設(shè)有污氮出口。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種分置組合式主換熱器，包括主換熱器、第一段過冷器；第一段過冷器設(shè)在主換熱器下端，第一段過冷器一側(cè)上端設(shè)有熱源進(jìn)口，另一側(cè)下端設(shè)有熱源出口，底端具有冷源進(jìn)口；主換熱器一側(cè)上端具有熱源進(jìn)口，另一側(cè)下端具有熱源出口，頂端具有冷源出口；第一段過冷器的冷源出口與主換熱器的冷源進(jìn)口相通。本實(shí)用新型可解決如何使換熱器以最合理的組合方式進(jìn)行換熱的技術(shù)問題。
文檔編號(hào)F25J5/00GK202304249SQ20112036180
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年9月26日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月26日
發(fā)明者章有虎 申請(qǐng)人:杭州中泰深冷技術(shù)股份有限公司