[发明专利]流体热交换器和装有这种交换器的空气蒸馏装置

说明书

本发明涉及一种流体热交换器，它使一种液体与第二种流体进行热交换，从而使该液体蒸发。这种热交换器包括一个由一组平行垂直板件形成的平行六面体的本体，在板件之间限定了许多平伸的通道，这些通道分成一组蒸发通道和一组加热通道，每个通道在其热交换的流动部分中都包含一个具有垂直母面的波状间隔件，设置在交换器上端处的液体分配部件，用于在蒸发通道的全长范围上分配液体，还设有将第二种流体送入加热通道的部件。这种交换器尤其能应用于空气蒸馏装置中。

在双蒸馏柱型的空气蒸馏装置中，位于低压柱底部的液态氧通过与位于中压柱顶部的气态氮进行热交换而被蒸发。当低压柱的工作压力给定时，由于热交换器的结构而成为不可避免的氧和氮之间的温差决定了中压柱的工作压力。因此人们希望该温差能尽可能地小，以便使压缩注入到中压柱的待处理的空气所涉及的费用降低到最低水平。

为了利用铜焊板式热交换器的极有利的工艺技术来达到这一目的，本申请人的专利EP-A-0130122中提出了一种极其有效的液态氧分配方法。

然而，不论采用何种分配方法，现有技术却具有一定的局限性。这是因为，尽管液态氧处于仅仅稍高于大气压力的某个压力下，但是由蒸发产生的气态氧必须通过交换器面离开，因此气态氧通道上的压力降必须很低。在所有公知的装置结构中，这种约束条件限定了交换器的高度，更一般地说是限制了交换器的性能。

本发明的目的是要能够增加这种热交换器的高度，或者在给定高度下减小已蒸发氧在流动期间的压力降。为此提供一种上述类型的热交换器，其特征在于所述分配部件设置在上端封闭的隔腔中，每个隔腔都位于一个加热通道上方，从该通道处由一个水平板条分隔开，一个水平狭槽在交换器全长上延伸且正好位于板条上方，该狭槽使隔腔的下端部分与一个相邻的蒸发通道自由连通，蒸发通道在其全长上其上下端处都是敞开的并且在全长上含有一个以上的具有垂直母面的波状间隔件。

其它特征还包括：

-蒸发通道没有对着狭槽的任何波状间隔件;

-板条的上表面朝着狭槽横向倾斜;

-液体分配部件一方面包括一个在每个隔腔全长上延伸的位于隔腔中部高度上的水平杆，该杆的厚度等于板件（或层板）之间的间距并且杆上有用于液体预分配的开口，另一方面包括一个在杆下方的用于在隔腔的整个水平长度上精细分配液体的填充物;

-所述开口构成在水平方向上的一排相互等距的孔;

-杆在一个垂直表面上有一个或几个向下封闭向上敞开的后槽，在另一个垂直表面上则有一个或几个向下敞开向上封闭的前槽，上述开口穿过前后槽公共的垂直壁;

-杆上包括几个相互相间的后槽和几个相互相间的前槽;

-前槽具有一个向下扩张的形状;

-填充物是一个具有水平母面的波状部件，其端部设有弯曲部分;

-交换器包括一个使液体进入其隔腔中的横向入口箱，该箱的最下端位于这些隔腔的入口窗口的最下端的下面。

本发明的目的还在于提供一种通过蒸馏分离空气的装置，这种装置包括一个在相对较高压力下工作的第一蒸馏柱，一个在相对较低压力下工作的第二蒸馏柱，和一个能使第二蒸馏柱底部的液态氧与第一蒸馏柱顶部的气态氮进行热交换的热交换器;这种装置的特征在于其热交换器就是上面所限定的热交换器，并且包括将液态氧供给到液体分配部件的供给装置和将气态氮供给到加热通道中的装置。

下面参照附图对本发明的实施例进行说明。附图中，

图1是本发明的空气蒸馏装置的一个部分示意图;

图2是沿图4中线Ⅱ-Ⅱ截取的图1中区域Ⅱ的垂直截面放大图;

图3是沿图2中箭头Ⅲ方向的一个局部平面图;

图4是沿图2中线Ⅳ-Ⅳ的一个截面图;

图5是一种改型的类似视图。

图1示出了在一种双蒸馏柱型空气蒸馏装置中应用一个氧-氮热交换器的可能性。这种装置包括一个中压柱1，该柱底部注入要在数量级为6巴绝对压力下处理的空气。集积在柱1底部的氧浓缩液体被送到称为中压柱的第二柱作为回流，它在稍高于大气压力下工作。集积在柱1顶部的气态氮与集积在低压柱底部的液态氧处于间接的热交换关系，产生的冷凝氮用作柱1中和低压柱中的回流，而生成的蒸发氧被返回到低压柱的底部。

两个蒸馏柱尤其可以是填充型的，这种降低装置例如柱1的工作压力的形式也有利于节能，

氧和氮之间的热交换在交换器2中进行，交换器2安装在柱1的上方，而低压柱与柱1并列设置。