[发明专利]热交换器

说明书

本发明涉及一种热交换器(1)，该热交换器包括多个板(2)，这些板平行地设置为限定用于引导至少一种第一流体(F1)的第一系列通路(10)以及用于引导至少一种第二流体(F2)的第二系列通路(20)，该第二流体将至少与所述第一流体(F1)处于热交换关系，在该第一系列的所述至少一个通路(10)中设置了混合器装置(3)，并且该混合器装置包括：供该第一流体(F1)的第一相(61)在纵向方向(z)上流动的至少一个第一通道(31)，供该第一流体(F1)的第二相(62)流动的至少一个第二通道(32)，以及多个开口(34)，每个开口将该第一通道(31)与该第二通道(32)流体地相连。根据本发明，该第一通道(31)的垂直于该纵向方向(z)测得的截面可以沿着所述纵向方向(z)变化。

技术领域

本发明涉及一种热交换器，该热交换器包括用于使多种流体中的每种流体处于热交换关系的一系列通路，该交换器包括至少一个混合器装置，该至少一个混合器装置被配置用于将至少一种液/气两相混合物分配到该一系列通路中的一个通路中。

特别地，本发明可以应用于以下热交换器，该热交换器使至少一种液-气混合物流、尤其是多组分混合物(例如烃混合物)流通过与至少一种其他流体(例如天然气)进行热交换而蒸发。

背景技术

通常用于交换器的技术是铝钎焊板和翅片交换器的技术，这使得能获得高度紧凑的且提供较大交换表面积的装置。

这些交换器包括板，在这些板之间插入了由一系列翅片或波纹支路形成的热交换波纹，从而构成蒸发通路和冷凝通路的堆叠体，其中的一些旨在蒸发制冷剂液体，并且其他被设计用于冷凝产热气体。流体之间的热交换可以伴随或不伴随着相变而发生。

为了确保采用液-气混合物的交换器正确操作，液相和气相的比例需要在所有通路中是相同的、并且需要在同一通路中是均匀的。

交换器的尺寸是在这些相均匀分配的前提下计算的，并且因此是在液相蒸发结束时的单一温度(等于混合物的露点)的前提下计算的。

在多组分混合物的情况下，蒸发结束时的温度将取决于通路中的液相和气相的比例。

在两个相不均匀分配的情况下，第一流体的温度曲线则在通路之间变化，或者甚至在同一通路内变化。由于这种不均匀的分配，存在以下可能性：与两相混合物处于热交换关系的(多种)流体可能具有高于预期的交换器出口温度，并且因此这降低了热交换器的性能。

一种将混合物的液相和气相尽可能均匀分配的解决方案是将它们分开地引入交换器中，然后一旦它们处于交换器内就将它们混合在一起。

文献FR-A-2563620描述了这样一种交换器，其中，带有槽的杆插入一系列通路中，该带有槽的杆旨在引导两相混合物。这种混合器装置包括用于液相和气相的单独通道、以及用于将液-气混合物分配到热交换区的出口。

这种类型的混合器装置存在的问题涉及液-气混合物在构成混合器装置的通路的宽度上的分配。为了将这两个相混合，混合器装置通常包括供一个相流动的第一通道。这个通道配备有沿着该通道设置的一系列开口，每个开口与供另一相流动的第二通道流体地相连。当通向第一通道的入口被供应流体时，该流体的流量倾向于随着流体沿着通道流动而减小。这是因为流体的流量随着对开口进行供应而减小。

这些开口通常被机加工成垂直于流体的纵向方向、并且因此当流体速度较快时被供应得不太好。因此，设置在通道入口侧的开口具有供应不足的趋势，而离通道入口较远的开口被过度供应。结果是相应的相不均匀地引入另一相的通道中，因此导致液-气混合物在交换器通路的宽度上的不均匀分配。

为了将这种现象最小化，一种解决方案是经由通道的两个相反的入口来对相关的通道进行供应，以将流体的纵向速度最小化。然而，当需要非常均匀的分配时，特别是当过程对不良分配高度敏感时，这种解决方案是不适当的。

增加通道的数量是可能的，但也有其局限性：从装置的机械强度和钎焊方面，通道的数量不能增加过多。