[发明专利]具有在通路中形成多个通道的热交换结构的板式换热器

说明书

技术领域

本发明涉及一种板翅式换热器(échangeur de chaleur àplaques etailettes)。

背景技术

存在各种类型的板翅式换热器，每一种适用于特定领域中的应用。具体地，本发明有利地应用于一种用于通过低温蒸馏分离空气或H₂/CO(氢/一氧化碳)的单元的换热器。

所述换热器可以是空气分离装置的主要的热交换管路、过冷器或蒸发冷凝器，该主要热交换管路通过与源自蒸馏塔的低温产品间接进行热交换来冷却来流空气。

这些换热器中的常用技术是铝制钎焊板翅式换热器技术，该技术使得可以获得具有大的换热面积的非常紧凑的部件。

这些换热器由在其间插入有波纹薄板或翅片的板件组成，从而形成一堆被称为“冷”通路和被称为“热”通路的通路。

通常使用的热交换翅片是直翅片、穿孔翅片和齿形翅片。

这些波纹翅片用如下参数表征：

h(mm)：波纹翅片的高度(3-10mm)

e(mm)：波纹翅片的厚度(0.2-0.6mm)

n(m^-1或inch^-1)：单位长度上的波纹翅片的数量(每米177-1102个波纹)

perf(％)：穿孔度(对于穿孔翅片而言为5％)

l_s(mm)：齿形长度(就齿形翅片而言)

这样，在钎焊板翅式换热器中通常使用的翅片的水力直径(Dh)的范围为1至6mm。目前，这些波纹形热交换翅片是冲压成型的。

存在各种增大换热面积的方法。

分隔两流体的换热面积由被称为“主面积”的面积和被称为“第二面积”的面积构成，“主面积”对应于两流体间的平面面积，“第二面积”通常由翅片组成，所述翅片垂直于主面积并从而形成波纹形热交换翅片。所插入的翅片的数量(翅片密度)和翅片的高度使得换热面积增大。

翅片组越密，则换热面积越大。但是，存在制造方面的限制，且存在与方法有关的约束。用于制造波纹翅片组的冲压工具所能实现的最大密度为1023-1102个波纹每米。当偏向于限制压降时，所选择的翅片密度可以更低。另外，在一定的操作条件下、例如在浸没式蒸发冷凝器中，与安全有关的约束将每米的波纹数量限制在远低于在制造中所能达到的最大值的数值。

所述翅片具有温度梯度。当超过一定翅片高度时，翅片的中间区域以及附近的任何地方都不进行热交换。因此，存在对应于最佳翅片系数的最佳翅片高度。通常采用的翅片的高度范围在3mm到10mm之间变化。

还可增大热交换系数。

流体扰动越剧烈，则热交换系数越佳。可通过改变通道的形状或通过插入生成湍流的障碍物(如穿孔的直翅片、齿形翅片、人字形翅片、百叶窗板式翅片或通过插入小型翅片、孔洞等)生成所述湍流。

当流体蒸发时，具有较高数量的成核部位的表面显示出较好的热交换系数。这些成核部位是存在于表面或穿过多孔层的具有多种尺寸和形状的微型空腔(凹状空腔)。

当流体凝结时，液膜厚度对热交换系数具有不利影响。因此，利用沟槽、穿孔或高低起伏将液体排出是有利的。

最近出现了一类被称为微尺度换热器的换热器。

这是一种水力直径小于1毫米的通道的换热器。减小通道的尺寸使得有可能增大换热面积(使该装置更加紧凑)。于是，热交换系数实际上与水力直径成反比。

S.Kandlikar在2003年第一届关于微通道与小型通道的国际会议上“Extending the applicability of the flow boiling correlation to lowReynolds number flows in microchannels(流动沸腾关系式在微通道内低雷诺数流动中的应用)”中基于通道的水力直径提出如下分类：

○1mm＜Dh＜3mm的小型通道(对应于本文波纹翅片组的Dh值)

○200μm＜Dh＜1mm的小型通道

○Dh＜200μm的微通道

对于小型通道(200μm＜Dh＜3mm)，用于常规管的流体动力学定律仍然适用。

对于微通道(Dh＜200μm)，表面效应相当重要，常规的流体动力学定律不再适用。

EP-A-1008826描述了一种板式换热器，其中，至少一个通路包含管状的封闭的辅助通路，其最大宽度大于两相邻板件之间的距离的50％。

通过换热器交换的(热)通量由下式给出：

                φ＝k×S×ΔT