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传热器和用于使液相在传热器中分配的方法

阅读：652发布：2021-02-28

IPRDB可以提供传热器和用于使液相在传热器中分配的方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明涉及一种传热器(1)，该传热器具有：芯管(3)，形成管束(2)的管(20)缠绕到该芯管上；具有用于接收液相(F)的液体空间(110)的预分配器(100)；在中心布置的入口(104)，用于将液相(F)导入到液体空间(110)中；和主分配器(200)，该主分配器具有用于将液相(F)分配到管束(2)上的多个分配器臂(201)，其中，分配器臂(201)通过在芯管(3)外部走向的至少一个流动路径(30)与液体空间(110)通流连接，其中，芯管(3)这样相对于液体空间(110)布置或封闭，使得液相(F)不能通过芯管(3)从液体空间(110)馈入到主分配器(100)的分配器臂(201)中。此外，本发明涉及一种用于将液相(F)分配到根据本发明的传热器(1)的管束(2)上的方法。，下面是传热器和用于使液相在传热器中分配的方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.传热器(1)，用于第一介质和第二介质之间的间接热交换，所述传热器具有：

-沿着纵轴线(Z)延伸的芯管(3)，用于接收所述第一介质的多个管(20)缠绕到该芯管上，其中，所述管(20)形成管束(2)，-预分配器(100)，该预分配器具有用于接收所述第二介质的要分配到所述管束(2)上的液相(F)的液体空间(110)，-关于所述纵轴线(Z)在中心布置的入口(104)，用于将所述液相(F)导入到所述液体空间(110)中，

-主分配器(200)，该主分配器具有用于将所述液相(F)分配到所述管束(2)上的多个分配器臂(201)，

其特征在于，

所述分配器臂(201)通过在所述芯管(3)外部走向的至少一个流动路径(30)与所述液体空间(110)通流连接，其中，所述芯管(3)这样关于所述液体空间(110)布置或封闭，使得所述液相(F)在所述传热器(1)符合规定地运行时不能通过所述芯管(3)从所述液体空间(110)馈入到所述主分配器(100)的所述分配器臂(201)中。

2.根据权利要求1所述的传热器(1)，其特征在于，所述芯管(3)具有布置在所述预分配器(100)中的排出开口(31)，其中，所述排出开口(31)沿着所述纵轴线(Z)的方向布置在所述液体空间(110)上方，使得所述液相(F)不能通过所述芯管(3)从所述液体空间(110)馈入到所述主分配器(100)的所述分配器臂(201)中。

3.根据权利要求1或2所述的传热器(1)，其特征在于，所述至少一个流动路径(30)通过沿着所述纵轴线(Z)延伸的下降管(10)形成，使得要分配的所述液相(F)能够通过所述下降管(10)从所述液体空间(110)馈入到所述分配器臂(201)中。

4.根据前述权利要求中任一项所述的传热器(1)，其特征在于，所述分配器臂(201)中的至少一个分配器臂通过竖井(11)的下部区段形成，该竖井从所述预分配器(100)沿着所述纵轴线(Z)延伸，使得要分配的所述液相(F)能够通过所述竖井(11)从所述液体空间(110)馈入到对应的分配器臂(201)中。

5.根据前述权利要求中任一项所述的传热器(1)，其特征在于，所述分配器臂(201)通过至少一个平衡管路(209)通流连接，使得位于所述分配器臂(201)中的所述液相(F)的液位能够通过所述液相(F)经由所述至少一个平衡管路(209)的流动来平衡。

6.根据前述权利要求中任一项所述的传热器(1)，其特征在于，所述分配器臂(201)在径向方向(R)上在所述传热器(1)的所述芯管(3)和外壳(4)之间走向并且在轴向方向上沿着所述纵轴线(Z)走向，其中，所述分配器臂(201)分别具有顶部(202)，该顶部使对应的分配器臂(201)在所述轴向方向上在面向所述预分配器(100)的一侧上封闭，其中，所述对应的顶部(202)在所述径向方向(R)上朝着所述外壳(4)下降。

7.根据前述权利要求中任一项所述的传热器(1)，其特征在于，所述分配器臂(201)与所述芯管(3)通流连接，使得位于所述分配器臂(201)中的气相(G)能够通过所述芯管(3)被从所述分配器臂(201)中抽出。

8.根据权利要求2和7所述的传热器(1)，其特征在于，所述芯管(3)通过所述排出开口(31)与所述预分配器(100)的气体空间(120)通流连接，使得位于所述分配器臂(201)中的所述气相(G)能够通过所述芯管(3)被导入到所述气体空间(120)中。

9.用于将液相(F)分配到根据权利要求1至7中任一项所述的传热器(1)的管束(2)上的方法，其中，所述第一介质被导向经过所述传热器(1)的所述管(20)，并且其中，所述液相(F)被导入到所述预分配器(100)的所述液体空间(110)中并且仅通过在所述芯管(3)外部走向的至少一个流动路径(30)馈入到所述主分配器(200)的所述分配器臂(201)中并且被从那里提供到所述传热器(1)的管束(2)上。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述液相(F)在所述预分配器(100)的所述分配器臂(201)和所述液体空间(110)之间形成连续的液柱(S)。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述液相(F)在所述流动路径(30)中形成第一液柱(S1)并且在所述预分配器(100)的所述液体空间(110)中形成第二液柱(S2)，其中，所述第一液柱(S1)与所述第二液柱(S2)通过位于所述流动路径(30)中的气体体积(V)分开。

说明书全文

传热器和用于使液相在传热器中分配的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种传热器、尤其是缠绕式传热器和一种用于使液相分配到传热器的管束上的方法。

背景技术

[0002] 这种传热器用于在至少一个第一介质和一个第二介质之间的间接热交换，该第一介质在换热器的管束中被引导，该第二介质在包围管束的外壳空间中被引导，该外壳空间通过传热器的承压的外壳限界。

[0003] 在这种传热器中、例如在LNG设备中，通常以两相出现的冷却剂在传热器的预分配器中借助于重力分离分成气相和液相，然后液相被引导到主分配器中并且从该主分配器(作为第二介质)被提供到管束上。

[0004] 在这里，液相例如从预分配器馈入到中心芯管中，并且随后转向到主分配器的分配器臂中。从那里进行到管束上的分配。在此，芯管接收管束的负载。

[0005] 然而在液相从预分配器下降到中心芯管时携带气体，其中，出于结构原因通常不可能的是，将芯管的直径定为如此大，使得回流的气体可以在新流入的液相旁边向上逸出。

[0006] 这样被防止流出的气相本身又妨碍新流入的液相，由此产生两相流动，该两相流动妨碍液相到主分配器的分配臂中的按规定的流入并且因此干扰在分配器臂中液相到管束上的均匀分配。该效应显著地减少传热器的性能。

[0007] 此外，尤其在设备启动时，通到主分配器的分配器臂的中心入口导致内层被过度供给以冷却剂(或第二介质)，这可能导致不同的热液压问题。例如在启动期间产生增大量的要烧掉的气体。

[0008] 此外，芯管作为分配器组件的使用导致，芯管和预分配器在制造技术上组合。这不允许独立的或并行的制造。

发明内容

[0009] 因此，由此出发，本发明的任务在于，提供一种用于分配液相的传热器以及一种相应的方法，所述传热器或所述方法减少开始时提到的问题。

[0010] 该任务通过具有权利要求1的特征的传热器以及通过根据权利要求8的方法解决。传热器的有利构型在相应的从属权利要求2至7中说明并且所述方法的有利构型在从属权利要求9和10中说明。下面详细描述本发明。

[0011] 根据本发明的第一方面，提供一种传热器，用于第一介质和第二介质之间的间接热交换。该传热器至少具有下面的组件：沿着纵轴线延伸的芯管，用于接收第一介质的多个管缠绕到所述芯管上，其中，所述管形成管束；预分配器，该预分配器具有用于接收第二介质的分配到管束上的液相的液体空间，其中，预分配器在符合规定地运行时不超出液体空间地充注以液相；关于纵轴线在中心布置的入口，用于将液相导入到液体空间中；和主分配器，该主分配器具有多个分配器臂用于将液相分配到管束上。

[0012] 在此，根据本发明设置，分配器臂通过在芯管外部走向的至少一个流动路径与预分配器的液体空间通流连接，其中，芯管关于液体空间这样布置或封闭，使得在传热器符合规定地运行时液相不能通过芯管从液体空间馈入到主分配器的分配器臂中。

[0013] 换言之，芯管相对于液体空间这样分开地布置或者说在流动技术上与该液体空间分开，使得液相(尤其在符合规定地运行时)从液体空间仅能够通过流动路径馈入到或者说达到主分配器的分配器臂中。

[0014] 在此，术语“液体空间”表明预分配器的以下区段或者说以下体积，该区段或者说该体积在传热器符合规定地运行时包含液相。这意味着，液体空间向上通过液相的液位限界。

[0015] 对于在预分配器中布置带有排出开口的芯管的区段的情况，液体空间在符合规定地运行时沿着纵轴线最大延伸至芯管的排出开口，使得液相不能通过排出开口进入到芯管中。那么在传热器符合规定地运行时不设置，预分配器超出排出开口地充注以液相。

[0016] 传热器具有用于将液相导入到液体空间中的中心入口。这意味着，该预分配器尤其不是具有相对于纵轴线径向布置的入口的环形分配器。

[0017] 通过在芯管外部引导的至少一个流动路径可以有利地这样增大用于使液相流出的自由横截面，使得液相能够脱气。

[0018] 此外，可以通过流动路径的相应数量和尺寸改善分配器在特殊运行方式时(例如在启动时)的性能。这样例如可以避免在设备启动时对管束内层的过度供给，因为液相能够通过在芯管外部的流动路径在径向上进一步向外分配。由此可以避免在设备启动时典型的热液压问题，这在LNG设备中减少通常在启动时要烧掉的气体量。

[0019] 此外，主分配器的分配器臂不与芯管连接以馈入液相，由此有利地可能的是，分开地(即不与芯管一起)制造主分配器和/或预分配器。

[0020] 根据另一实施方式，芯管在芯管的上端部具有在预分配器中布置的排出开口，其中，排出开口沿纵轴线的方向布置在液体空间上方，使得液相不能通过芯管从液体空间馈入到主分配器的分配器臂中。

[0021] 传热器尤其具有关于纵轴线布置在中心入口下方的冲击板，其中，芯管的排出开口关于纵轴线布置在冲击板下方，使得液相不能从中心入口直接下降到排出开口中。

[0022] 根据实施方式，所述至少一个流动路径通过沿着纵轴线延伸的下降管形成，使得要分配的液相可以通过下降管从液体空间馈入到分配器臂中。

[0023] 这种下降管也被称为“降液管(Downcomer)”。

[0024] 每个分配器臂尤其借助于一个或多个下降管与预分配器的液体空间通流连接。

[0025] 尤其关于整个传热器而言和/或关于一个分配器臂而言改变下降管的数量和尺寸(例如管横截面)。

[0026] 根据另一实施方式，分配器臂中的至少一个分配器臂通过竖井的下部区段形成，该竖井从预分配器沿着纵轴线延伸，使得要分配的液相可以通过竖井从液体空间馈入到对应的分配器臂中。尤其主分配器的所有分配器臂通过相应的竖井形成。

[0027] 相应的竖井例如可以在径向方向上在传热器的芯管和外壳之间延伸，其中，竖井具有最大径向延伸尺度，该最大径向延伸尺度至少相当于对应的分配器臂的最大径向延伸尺度，相应的竖井与所述对应的分配器臂通流连接。

[0028] 竖井在横截面中(垂直于纵轴线)尤其具有与相应的分配器臂一样的形状，竖井的下部区段形成该分配器臂。所述横截面例如可以扇形地成形。

[0029] 根据另一实施方式，所述分配器臂通过至少一个平衡管路通流连接，使得位于这些分配器臂中的液相的液位可以通过液相经由所述至少一个平衡管路的流动来平衡。

[0030] 这意味着，至少两个分配器臂液压地相连。所述至少一个平衡管路尤其是(关于纵轴线而言)沿传热器的周向方向走向的环形管路。

[0031] 通过平衡管路可以有利地实现液相在主分配器内部的均匀分配。

[0032] 根据另一实施方式，分配器臂在径向方向上在传热器的芯管和外壳之间走向并且在轴向方向上沿着纵轴线走向，其中，分配器臂分别具有顶部，该顶部使对应的分配器臂在轴向方向上在面向预分配器的一侧上封闭，并且其中，对应的顶部在径向方向上朝着外壳、即向外下降。

[0033] 这能够有利地实现改善的脱气，因为输送到分配器臂中的气相可以聚焦在分配器臂的(在中心定位的)最高点上。

[0034] 根据另一实施方式，分配器臂与芯管通流连接，使得位于分配器臂中的气相可以通过芯管从分配器臂中抽出。

[0035] 由此能够有利地实现分配器臂通过中心芯管的有效脱气。

[0036] 根据另一实施方式，芯管具有排出开口，其中，芯管在排出开口上与预分配器的气体空间通流连接，使得位于分配器臂中的气相可以通过芯管导入到气体空间中。气相尤其可以从预分配器的气体空间抽出。

[0037] 气体空间尤其在传热器符合规定地运行时在预分配器的液体空间上面布置。芯管尤其在气体空间中终止，其中，排出开口尤其布置在芯管的端侧上，并且其中，芯管以排出开口超过预分配器的液体空间地伸出，使得液相不能从液体空间达到芯管中。

[0038] 根据本发明的第二方面，提供一种用于将液相分配到根据本发明第一方面所述的传热器的管束上的方法。在所述方法中，第一介质被引导通过传热器的管，其中，液相被导入到预分配器的液体空间中，并且其中，液相仅通过在芯管外部走向的至少一个流动路径馈入到主分配器的分配器臂中并且从那里提供到传热器的管束上。

[0039] 根据所述方法的实施方式，液相在预分配器的分配器臂和液体空间之间形成连续的液柱。

[0040] 在传热器的该运行方式中，所述至少一个流动路径、尤其下降管或竖井是浸入的并且液位处于预分配器的液体空间中。

[0041] 这具有更好的脱气的优点，因为位于所述至少一个流动路径中的气泡可以直接上升至预分配器的液体空间中。

[0042] 根据所述方法的另一实施方式，液相在流动路径中形成第一液柱并且在预分配器的液体空间中形成第二液柱，其中，第一液柱与第二液柱通过位于流动路径中的气体体积分开。

[0043] 在此，位于第一和第二液柱之间的气体体积尤其可以包含液滴，所述液滴从预分配器的液体空间落到处于流动路径中的第一液柱上。

[0044] 具有不浸入的流动路径的这种运行方式具有以下优点：液相在预分配器中的液面高度在不同的运行状态之间没那么剧烈地波动，使得预分配器的结构高度可以有利地减小。

附图说明

[0045] 本发明的其他细节和优点要通过随后实施例的附图说明参照附图来阐释。

[0046] 附图示出：

[0047] 图1在第一运行状态中具有液相在预分配器和主分配器之间的流动路径中不连续的液柱的根据本发明的传热器；

[0048] 图2在第二运行状态中具有液相的连续液柱的根据本发明的传热器；和[0049] 图3在图1和2中示出的传热器的主分配器的分配器臂的底部的示意性俯视图。

具体实施方式

[0050] 图1和2示出具有管束2的缠绕式传热器1，该管束用于接收第一介质，该第一介质应与在包围管束2的外壳空间5中被引导的液相F发生间接热交换。在此，外壳空间5由承压的外壳4限界，该外壳沿着纵轴线或者说柱体轴线Z延伸，该纵轴线或者说柱体轴线在传热器1的准备运行的状态中平行于垂直线地布置。

[0051] 管束2具有多个管20，所述管分别螺旋形地缠绕到沿着纵轴线Z延伸的芯管3上，该芯管在外壳空间5中与外壳4共轴地布置。在此，芯管3接收管束2的负载。

[0052] 为了将液相F分配到管束2上，首先两相混合物通过例如沿着纵轴线Z走向的入口104从上面开始导入到传热器1的预分配器100中。预分配器100具有横向于纵轴线Z走向的底部101以及从该底部出发的环绕的侧壁102。入口104还具有在传热器1的准备运行的状态中向下指向的进入开口105，该进入开口与冲击板103相对置，该冲击板在预分配器100中布置在预分配器100的底部101上方。两相混合物可以从冲击板103流到底部101上并且在那里被收集和镇静，其中，气相G可以从两相混合物中析出。两相混合物的液相F聚集在预分配器
100的液体空间110中，而析出的气相G聚集在预分配器100的在液体空间110上方布置的气体空间120中并且例如可以被从气体空间120中抽出。

[0053] 芯管3通过预分配器100的底部101伸入到预分配器100中。芯管3向上具有排出开口31，该排出开口布置在冲击板103下方。在此，芯管3在预分配器100的液体空间110上面伸入到预分配器的气体空间120中，使得位于液体空间110中的液相F不能流到芯管3中。预分配器100在传热器1符合规定地运行时仅如此程度地充注以液相F，使得液相F的液位处于排出开口31下方。

[0054] 根据本发明，预分配器100仅通过位于芯管3外部的流动路径30与主分配器200的分配器臂201连接。在此，分配器臂201从中心芯管3在径向方向R上(参见图3)垂直于纵轴线Z地向着外壳4的内侧面走向。

[0055] 流动路径30例如可以通过多个平行于纵轴线Z布置的下降管10，如在图1和2的左侧部分示出的那样。替代于此地，流动路径30可以通过使预分配器100与对应的分配器臂201连接的竖井12，如在图1和2的右侧部分示出的那样。竖井12尤其在径向方向R上具有与相应的分配器臂201一样的伸展尺度。在此，流动路径30可以仅通过下降管11、仅通过竖井
12或者通过下降管11和竖井12的组合实现。分配器臂201可以分别通过一个下降管11或通过多个下降管11与预分配器100连接。

[0056] 通过下降管11和/或竖井12，流动路径30的流动横截面相比于现有技术的、具有在芯管中走向的流动路径的传热器有利地增大，使得在从预分配器100向下流到分配器臂201期间能够实现液相F的脱气。

[0057] 分配器臂201(在具有下降管11的实施方式中)向上(在传热器1符合规定地运行的配置中)由对应的顶部203限界，该顶部尤其在径向方向R上从中心芯管3朝着外壳4下降。由此，在分配器臂201中析出或者通过下降管11携带到分配器臂201中的气相G可以聚集在顶部203的在中心布置的最高点上。分配器臂201尤其可以在该位置上通过脱气管路208与芯管3的内部连接，使得气相G可以从分配器臂201通过脱气管路208进入到芯管3中，可以在芯管3中上升并且可以通过排出开口31到达预分配器100的气体空间120中。这具有改善液相F的脱气的优点。

[0058] 借助于主分配器200的分配器臂201，液相F可以从上面分配到管束2上。如在图3中示出的那样，分配器臂201为此分别具有横向于纵轴线Z延伸的底部202，在该底部中设置多个排出开口207，液相F可以通过这些排出开口从上面向下流到管束2上，该管束沿着纵轴线Z布置在分配器臂201下方。

[0059] 分配器臂201还分别具有两个侧面的、彼此对置的壁204、205，所述壁分别朝向外壳4的内侧面4a相互张开地延伸并且通过分别与外壳4的内侧面4a对置的端侧壁206相互连接。因此，分配器臂201相应地尤其分别具有扇形形状。此外，对应的分配器臂201的侧面壁204、205以及端侧壁206从对应的分配器臂201的底部202出发沿着纵轴线Z向上并且分别连接到对应的分配器臂201的顶部203上，该顶部从芯管3出发朝着外壳4的内侧面4a下降，使得被携带到分配器臂201中的气相G可以沿着顶部203朝着芯管3上升。

[0060] 此外，在每两个沿外壳4的周向方向相邻的分配器臂201之间尤其存在中间空间6，管束2的管20可以穿过该中间空间在分配器臂201旁边沿着纵轴线Z向上引导。

[0061] 沿周向方向相邻的分配器臂201在所述分配器臂的侧面壁204、205上尤其通过平衡管路209相互连接，使得液相F的在分配器臂201中和可能在下降管11或竖井12中的液位可以在分配器臂201之间通过平衡管路209来平衡。

[0062] 如在图1中示出的那样，传热器1可以这样运行，使得液相F的第一液柱S1的液位位于分配器臂201中或位于下降管11和/或竖井12中。在该情况下，液相F在预分配器100的液体空间120中形成第二液柱S2，该第二液柱与第一液柱S1通过尤其位于下降管11和/或竖井12的上部分区段中的气体体积V分开。那么液相F从预分配器100的液体空间120经过气体体积V滴落并且落到第一液柱S1上。该运行方式可以通过控制两相混合物向预分配器100中的流入和从主分配器的分配器臂201到管束2上的流出来实现。

[0063] 替代于此地，传热器1也可以如图2示出的那样运行，使得在分配器臂201和预分配器100之间存在液相F的贯通的液柱S，即下降管11和/或竖井12被完全充注以液相F。

[0064] 附图标记列表

[0065] 1 传热器

[0066] 2 管束

[0067] 3 芯管

[0068] 4 外壳

[0069] 5 外壳空间

[0070] 6 中间空间

[0071] 10 下降管

[0072] 11 竖井

[0073] 20 管

[0074] 30 流动路径

[0075] 31 排出开口

[0076] 100 预分配器

[0077] 101 底部

[0078] 102 壁

[0079] 103 冲击板

[0080] 104 入口

[0081] 105 进入开口

[0082] 110 液体空间

[0083] 120 气体空间

[0084] 200 主分配器

[0085] 201 分配器臂

[0086] 202 底部

[0087] 203 顶部

[0088] 204、205 侧面壁

[0089] 206 端侧壁

[0090] 207 开口

[0091] 208 脱气管路

[0092] 209 平衡管路

[0093] F 液相

[0094] G 气相

[0095] R 径向方向

[0096] S 液柱

[0097] S1 第一液柱

[0098] S2 第二液柱

[0099] V 气体体积

[0100] Z 纵轴线

标题	发布/更新时间	阅读量
蒸发传热管-专利编号CN103217045A	2020-05-11	151
蒸发传热管-专利编号CN102980431A	2020-05-11	996
一种强化冷凝用传热管-专利编号CN100485303C	2020-05-13	686
一种强化冷凝用传热管-专利编号CN101004337A	2020-05-13	569
传热板对封边生产线-专利编号CN106141371A	2020-05-12	574
一种分馏传热设备-专利编号CN105194897A	2020-05-12	582
一种高温传热材料及其制备方法-专利编号CN110041894A	2020-05-13	314
一种板式传热设备-专利编号CN105202953A	2020-05-12	309
传热装置-专利编号CN2569047Y	2020-05-11	548
传热装置-专利编号CN2485596Y	2020-05-11	972

传热器和用于使液相在传热器中分配的方法

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