[发明专利]热交换器

说明书

技术领域

本发明涉及热交换器的领域。尤其是，本发明涉及多流热交换器。

背景技术

存在热交换器模块，其中两种冷流体由一种热流体加热。当一个冷流体应被加热得少于另一个冷流体时，所述一个流体被布置在热流体的已经冷却下来的一侧处，而所述另一个冷流体被布置在热流体的热进口侧处。这些热交换器模块适于加热两个冷流体但是针对从热流体的热回收未被优化。

存在已知的应用，例如，燃料电池的操作，这些燃料电池提供处于升高的温度下两种排出或排放流体。通过将每一个流体引导进入热交换器使存储在这些流体中的热可用于进一步使用。紧跟在几个热交换器昂贵且需要空间的事实之后的是，这些排出流体常常处于不同温度，当优化热交换过程时这必须被考虑到。

因此，需要一种考虑了现有技术的缺点的热交换器。尤其是，需要一种节省重量和空间并且允许降低生产成本的热交换器。

发明内容

在本发明的第一方面中，提供了一种热交换器。该热交换器包括冷导管，该冷导管适于将冷流体引导通过该冷导管，该冷导管具有冷流体进口和冷流体出口。该热交换器还包括热导管，该热导管适于将热流体引导通过该热导管，该热导管具有热流体进口和热流体出口。在冷导管和热导管之间布置有用于在冷流体和热流体之间进行热交换的热交换元件。该热交换器还包括至少一个另外的导管，该另外的导管用于将流体引导通过该另外的导管。另外的导管具有流体进口和流体出口。另外的导管在热交换元件的与所述相应的冷导管或热导管相同的一侧上布置成与冷导管或热导管相邻。另外的导管通过分离器与相应的冷导管或热导管分离，该分离器包括两个分离元件，这两个分离元件相互隔开一定距离布置并且在这两个分离元件之间形成空腔。分离器限制流体流入空腔中或在空腔中流动或者为两者，以便限制布置在热交换元件的同一侧上的另外的导管与相应的冷导管或热导管之间的热交换。

通过根据本发明的热交换器，几个流体流，优选地三个或多个流体流结合到一个热交换器中。这降低了生产和制造成本，这是因为不必针对两个流分别制造或组装单独的热交换器。因此，还仅需要一个壳体，该壳体例如可以是钢外壳。这进一步降低了材料成本和重量。另外，可以节省空间，尤其是还因为不存在几个单独的部件并且在这些结合在根据本发明的热交换器中的单独部件中的至少一些部件之间不需要连接管。虽然优选地另外的导管是第二冷导管，从而使得两个冷导管布置成彼此相邻且通过分离器与位于热交换元件的相反侧上的一个热导管分离，但是本发明不限于此。另外的导管还可以是热导管，使得两个热导管布置成彼此相邻且通过分离器与仅位于热交换元件的相反侧上的一个冷导管分离。根据应用，两个以上的冷导管或两个以上的热导管可以分别布置成彼此相邻，其中一个或多个热导管或冷导管布置在热交换元件的相反侧上。优选地，相邻导管中的流体在温度、聚集状态或化学组成中的至少一者方面是不同的。然而，可以实现这样的实施方式，其中一个流由分离器分离以在相邻导管中流动，如下面将描述的。

通过设置在分离元件之间形成空腔的分离器，不仅两个流体流可以以流密的方式分离，而且，在热交换元件的同一侧上从一个流到另一个流的热传递可以被最小化。与使用布置在两个流体流之间的单个间隔件相比，可以实现到达或超过10倍的热传递降低。另外，可以降低由于相邻流体流中的大温差而造成的热交换元件中的机械应力。相邻流体流中的大温差可以导致低距离范围内的大温度梯度。由大温度梯度导致的机械应力在薄热交换元件的情况下尤其难以处理，薄热交换元件优选地用来使从热交换元件的冷侧到热交换元件的热侧的热传递最大化。

分离器的两个分离元件之间的距离大于0mm以便沿着两个分离元件的整个长度形成空腔。两个分离元件之间的距离可以变化并且可以适于例如热交换器的尺寸或用于热交换中的不同流体的温度状态。然而，在优选实施方式中，两个分离元件之间的距离在大约5mm至大约50mm之间的范围内，更优选地在大约10mm至大约35mm之间的范围内，最优选地在大约15mm至大约30mm之间的范围内，例如25mm。