流體入口/出口腔和與之有關的流體循環裝置的製作方法

2023-09-16 11:04:55

專利名稱：流體入口/出口腔和與之有關的流體循環裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種流體入口/出口腔，它用在該流體循環裝置的主體部分上，該主體部分包括一個供所說流體流入或流出的表面，該腔用來與上述表面密閉地連接。
本發明特別適用於溫差環流型或降膜型熱交換器，該交換器主要處理至少一種兩相流體，這方面的例子有常壓蒸餾裝置的蒸發器/冷凝器，冷凍裝置的蒸發器，蒸餾塔的再沸器；或者，本發明適用於放置在狹窄空間的一些熱交換器，如，某些壓縮機的級間交換器。
本發明的目的是提供一種便利的入口/出口腔，它易於連接在矩形或正方形輪廓件上，它尤其能很好地承受內部壓力而且在與流體輸入或排出管連接時提供了靈活性。
為達此目的，本發明的主題即為一種上述的入口/出口腔，其特徵在於該腔至少有一部分是由至少一球面或橢球面部分和與該球面或橢球面部分相切的錐形扇面所組成。
特別一提的是，該入口/出口腔可被用來與所說表面的整個周邊相連接。在這種情況下，當所說表面是矩形或正方形時，該腔可尤其包括兩個球面或橢球面部分形狀的第一曲面，這兩個第一曲面與矩形或正方形的兩個相對的邊基本上相切；以及四個圓錐形扇面形狀的第二曲面，其頂點分別位於所說表面的四個角上，並且這四個第二曲面成對地與兩個第一曲面相切。
在一個實施例中，所說的球面或橢球面部分為球面或橢球面的四分之一，其子午平面位於所說的表面上，並且所說的圓錐形扇面為錐角為90°的半圓錐面。
在一個實施例中，當所說表面為正方形時，兩個第一曲面結成一體形成一個單一球曲面。
在另一個實施例中，在所說表面具有兩個短邊和兩個長邊的情形下，所說的相對的兩邊是指兩個短邊，並且該腔還包括一個圓柱面，該圓柱面與兩個第一曲面的圓形邊緣相連接，該圓形邊緣與所說的表面相垂直。
該入口/出口腔此外還可包括從上述球面或橢球面部分接出的進流或排流管，該管或是直接從上述球面部分或橢球面部分接出的，或是經由一過渡曲面從上述球面或橢球面部分接出的，該過渡曲面具有截錐的形狀，尤其是，它是一個與上述球面或橢球面部分相切的曲面。
在一個實施例中，該入口/出口腔相對於所說殼體部分伸出超過所說表面，並且亦被用來與所說殼體的鄰接表面密閉地連接起來。
在這種情況下，根據一個實施例，該球面或橢球面部分是一個覆蓋住連接兩個所說表面的頂稜的半球或半橢球面，並且該腔還包括由三個軸線相互垂直的圓柱面所形成的另一部分。
根據一個較好的實施例，該腔完全由曲面組成，尤其是完全由球面或橢球面、圓錐面和圓柱面相切地連接在一起所組成。
本發明的主題還包括一種流體循環裝置，它由具有一流體入口/出口表面的一主體部分和如上所述的一入口/出口腔組成，該腔與前述表面密封地相連接。
在所說主體部分是由一排其間構成扁平通道的平行板、設置在這些平行板之間的波紋狀隔離片和用來密封上述通道的擋板所組成時，該擋板對所說流體來說並未封住該流體的入口/出口，則在一個對所說流體處於加壓情形特別有利的實施例中，所說的腔與所說主體部分僅沿由其平行板的端部或密封擋板所形成的該部分的區域相連接。
在所說裝置的一個實施例中，該腔與所說殼體部分相切地連接。
下面參照附圖對本發明的實施例進行描述，圖中

圖1為按本發明之熱交換器的局部側視圖；圖2為該交換器的平面視圖；圖3和圖4分別為類似圖1和圖2的視圖，但是對應於另一實施形式；圖5為按本發明之另一種熱交換器的沿圖6箭頭V的方向視圖；圖6為圖5所示交換器的平面圖；圖7為沿圖6箭頭VII方向的視圖；圖8為沿圖6箭頭VIII方向的視圖，表示了一替換實施形式；圖9為類似圖5的另一替換形式的視圖；圖10為按本發明之另一種熱交換器的平面圖；圖11為沿圖10箭頭XI方向的視圖。
圖1和圖2示意地表示了一種熱交換器主體1的上部，該熱交換器具有平行六面體形狀，沿鉛垂方向延伸，為板釺焊型。例如，這種交換器是一種常壓蒸餾雙塔的主蒸發器/冷凝器，屬於溫差環流型，用來在大氣壓下或在較高壓力下通過冷凝氮來蒸發液氧，所謂較高壓力為絕對壓力可高達5巴或更高。以下將參照此例。
更具體地說，主體1由一排鉛垂且相互平行的長方形板2組成，其間設置有波紋狀隔離片，該隔離片亦形成熱肋片。各對板2限定一通常為扁平形的通道。至少存在有兩組通道，其一組用於構成處理流體以氧的循環，而另一組用來循環氮，它構成在冷凝過程中產生熱的輔助流體。
通道周圍由擋板密封。然而，相應於處理流體的擋板在主體1的頂表面3和底表面處被取消。於是，該交換器作為一溫差環流系統進行運轉，被蒸發的氧進行上行循環，產生液氧。兩相混合物經由頂表面3離開主體1。
此外，在主體1的鉛垂側面上，密封擋板的設置還應使其未封住水平排列的數排氮入口/出口窗。這些窗由一般為圓柱形的入口/出口箱覆蓋住，如附圖中所示的箱4，該箱設在主體的上部，用作氣氮經由管道5進入氮通道的入口。
主體1上還要安裝上一凸殼6，該殼以後將詳述。
主體1由一排板、隔離片和擋板並通過爐中釺焊工藝一步製得。入口/出口箱，諸如箱4，同腔6一樣，是焊在主體1上的。
凸殼6蓋住主體1的與箱4相對的頂稜7，並且具有一寬大的開口，該開口作為單一部分製得，其邊緣位於相互垂直的兩平面中，沿主體的與頂稜7相對的頂稜8及沿主體1的其它兩個頂稜9和10，將開口邊緣密閉地焊接到表面3上。此外，開口邊緣還密閉地焊接到主體1的鉛垂面11上，該鉛垂面沿頂稜7與表面3相鄰。該表面11以下為方便計稱之為「前面」。
凸殼6包括一後部12，該後部具有半穹形狀，由三個金屬板組成～中央金屬板13，具有四分之一圓柱面形狀，該圓柱面具有一水平軸線14，該軸線在交換器主體1的上表面3上並且與頂稜7和8均平行，該金屬板13始於後稜8；和兩個圓柱形側金屬板15、16，其半徑與金屬板13相同，且具有共同的軸線17，該軸線在表面3上並且位於表面3的中間與頂稜7相垂直，這兩個金屬板分別始自同一表面3的兩側頂稜9和10。
三個金屬板13、15和16沿其雙截交線18焊在一起，該截交線18從圖2這個平面圖上看具有直角的V形。
凸殼6還包括一球一錐形狀的前部19。更確切地說，該前部基本上由一截頭半球面20組成，該截頭半球面從與金屬板15和16的分界半圓21開始向前延伸，並蓋住主體1的前頂稜7，該分界半圓鉛垂落在軸線14上。在截頭半球面的兩側設有金屬板22，該金屬板具有四分之三錐面形狀，其頂點落在主體1的相應前頂角上，這兩個錐狀金屬板具有適當的開口，以便其沿圓23與所說半球面相切地連接，並且其母線分別與頂稜9、10重合。所說半球面位子圓23內的部分已被去掉。
由於上述布置，沿交換器主體的三個頂稜8至10將凸殼邊緣焊在主體上所得到的焊縫是直線，並且可將凸殼密封地連在主體的前面11上。凸殼與前面的連接首先沿所說表面11的鉛垂稜進行，連接的長度相應於沿錐面22的母線，然後沿所說半球面22與所說表面11的截交線上的一段圓弧將凸殼與前面連接起來。
圖3和圖4所表示的替換實施形式與前述實施形式的不同之處僅在於使錐面22、23的頂點向前落在與半球20相切的垂直平面上，結果，這時兩圓錐的圓錐角為90°。
可見，凸殼6的開口邊緣沿頂稜8、9、10和前面11與主體焊在一起，頂稜8是由板2和擋板的頂端部分形式的，頂稜9和10分別是由最外層的板2A和2B的頂端部分所形成的，而前面11則是由平行板2和密封擋板的鉛垂端部分形成的。
在交換器工作時，離開所說表面3的兩相氧收集在凸殼6中，該凸殼形成一相分離器，並且凸殼相對於主體1向前伸出的那部分形成一儲液容器。為在交換器底部循環液氧，液氧經由靠近凸殼最下端位置的一液體流出孔24排出來，同時，氣態氧則經由位於凸殼最上端位置附近的一氣體流出孔25排出。兩個孔24和25均在半球面20上。
在一附圖中設有表示的替換形式中，凸殼6可從主體1的兩側，即前後兩側向外伸出。這時，金屬板13、15和16用軸線為軸線17的單個半圓柱形金屬板來替換，一等同於前部19的凸殼部分設在後側，設凸殼部分蓋住頂稜8，一方面，將其與半圓柱金屬板和頂稜9和10相連接，另一方面，將其與交換器主體後面相連接。
在又一替換形式中，凸殼6的寬度，即圖2中所示的垂直方向尺寸，可以小於主體1的寬度。這時，軸線為軸線17或與軸線17平行的半圓柱金屬板最好設置在凸殼的部分12和19之間。
圖5至7表示一流體入口或出口圓頂6A，該圓頂沿交換器主體1的頂表面3的整個周邊與之焊接在一起，所說的上表面是正方形的。該圓頂由五個金屬板組成
一個半球形中央金屬板20A，其鉛垂中心軸線X-X與表面3的一致；和四個金屬板22A，它們具有半錐面形狀，且錐角為90°。每個金屬板22A其頂點在表面3的一個角上，並且每個金屬板均沿一半圓26與金屬板20A相切。
以半圓26為界的半球部分被去掉，將金屬板20A、22A沿這四個半圓焊在一起。圓頂6A沿四個半錐面的八個底部的母線焊在主體1上。
圓頂6A，同圖1至4所示的凸殼6一樣，也很容易連接到平行六面體形狀的熱交換器主體上。而且，它們還特別耐得住內部壓力，以致在加壓流體流入或流出而通過它們時的許多應用場合下，均可使用它們。
圖5至7中還表示有一圓柱管道27，該管道用來輸入或排出流體，其軸線為X-X並且沿圓28直接與半球20A相連接。當然，金屬板20A的位於圓28內的球形頂蓋被去掉了。
然而，如圖8所示，管道27可相對軸線X-X傾斜，傾斜得越厲害，其直徑就越小，關鍵是要保證該管道的整個周邊與半球面相交。
由此可見，圓頂6A的結構給從其上接出輸入或排出管道以很大的靈活性。這本身又使得可較容易地將交換器主體連接到佔據空間相對較小的裝置上，例如，某些壓縮機的級間熱交換器。
為了在管道27和圓頂腔體之間平滑過渡，從而減少壓頭損耗，作為一替換形式(見圖9)，一過渡金屬板29可通過其小底與管道27相連接，而通過其大底與所說金屬板20A相連接，該過渡金屬板為截頭圓錐形其軸線與管道軸線重合，且其錐角例如為90°。
圖10和11表示了圓頂6A的一個替換形式6B，適於長方形表面3的情形，例如主體1是由兩個沿鉛垂焊縫線30並排焊在一起的相同主體所組成時的情形。
這時，將圓頂6A一分兩半，每一半均包括一個四分之一球面20B和兩個半錐面22A，然後再加上一附加半圓柱形金屬板31，將此金屬板通過其軸向端部與金屬板20B的邊界半圓32相連接，將其邊緣與交換器主體的側頂稜9和10相連接，由此可得圓頂6B。
可見，上述結構形式使得圓頂可任意加長，結果，相同的結構也可用來構成交換器的入口/出口箱，如圖1和2中的箱4。
在沒畫出的其它替換形式中，所說的腔6、6A和6B可在水平方向或鉛垂方向作相近似的修改，即將所說圓柱面變成圓或橢圓柱面，將所說球面變成橢球面和將所說圓錐面變成橢圓錐面。
此外，無論其形狀如何，所說的腔均可由單一金屬板變形而得，更具體地說，就是通過深拉、鍛壓連續成形等由單一金屬板製得所說的腔。用少量金屬板，避免按相應於如上所述的各種幾何曲面進行剪裁也是可能的。
在所有情況下，按本發明之所說的腔是由曲面沿其連接線互相相切地連在一起所組成的這樣能保證由壓力引起的應力場有有利的連續性。
權利要求
1.一種用於流體的入口/出口腔，該腔是一種該流體在其中循環的裝置的一主體(1)所需用的，所說的主體部分包括一用於所說流體的入口/出口表面(3)，該腔(6；6A；6B)是用來與所說表面密封地連接的，其特徵在於至少該腔的一部分是由至少一個球面或橢球面部分(20；20A；20B)和與所說球面或橢球面部分相切的圓錐形扇面(22；22A)所組成。
2.根據權利要求1所說的入口/出口腔，用來與所說表面(3)的全部周邊(8至10)相連接，其特徵在於在所說表面(3)為長方形或正方形的情況下，該腔(6A；6B)包括兩個球面或橢球面部分形狀的第一曲面(20A；20B)，這兩個第一曲面基本上與所說長方形或正方形的兩個相對的邊相切；以及四個具有圓錐形扇面形狀的第二曲面(22A)，其頂點分別位於所說表面的四個角上，並且四個第二曲面成對地與兩個第一曲面(20A；20B)相切。
3.根據權利要求2所說的入口/出口腔，其特徵在於所說的球面或橢球面部分均為一個球或橢球的四分之一，其子午平面位於所說表面(3)上，所說的圓錐形扇面(22A)是錐角為90°的半圓錐面。
4.根據權利要求2或3所說的入口/出口腔，其特徵在於在所說表面(3)為正方形的情形下，所說的兩個第一曲面結成一體形成一個單一球面(20A)。
5.根據權利要求2或3所說的入口/出口腔，其特徵在於在所說表面(3)具有兩個短邊和兩個長邊的情形下，所說的相對的兩邊為短邊，該腔(6B)此外還包括一個圓柱面(30)，該圓柱面與所說的兩個第一曲面的圓形邊緣相連接，該圓形邊緣與所說的表面相垂直。
6.根據權利要求1至5中的任意一項所說的入口/出口腔，其特徵在於該腔包括直接從所說的球形或橢球形部分(20；20A；20B)接出的進流/排流管(24，25；27)。
7.根據權利要求1至5中的任意一項所說的入口/出口腔，其特徵在於該腔包括經由一過渡曲面(29)從所說的球形或橢球形部分(20A)接出一進流/排流管(27)，該過濾曲面具有截錐的形狀，特別是一個與所說的球形或橢球形部分相切的曲面。
8.根據權利要求1至7中的任意一項所說的入口/出口腔，其特徵在於該腔相對於所說主體伸出超過所說表面(3)；並且它亦被用來與所說主體的鄰接表面(11)密封地相連接。
9.根據權利要求8所說的入口/出口腔，其特徵在於所說的球面或橢球面部分是一個覆蓋住頂稜(7)的半球或半橢球面，該稜(7)將所說的兩個表面(3，11)連接起來；並且，該腔(6)此外還包括由三個軸線相互垂直的圓柱形曲面(13，15，16)所形成的另一部分(12)。
10.根據權利要求1至9中的任意一項所說的入口/出口腔，其特徵在於它完全由曲面組成，尤其是由球面或橢球面、圓錐面和圓柱面所組成，這些曲面相切地連在一起。
11.流體循環裝置由包括一流體入口/出口表面(3)的一主體(1)的一部分和按權利要求1至10中任意一項所說的一入口/出口腔(6；6A；6B)組成，該腔與上述表面密封地連接。
12.根據權利要求11所說的裝置，其中，上述主體(1)的所說部分是由一排其間構成扁平通道的平行板(2)、置於這些板之間的波紋狀隔離片和用於密封上述通道的檔板所組成，該檔板對所說流體來說並未封住該流體在所說表面(3)上的入口/出口，其特徵在於上述腔(6；6A；6B)與所說主體部分(1)僅沿其由所說的平行板(2)的端部和密封檔板所形成的區域(3，11；3)相連接。
13.根據權利要求11或12所說的裝置，其特徵在於所說的腔(6A；6B)與所說的主體部分(1)相切地連接。
全文摘要
本發明公開了一種流體輸入/輸出腔，該腔是一種該流體在其中循環的裝置的主體(1)的一部分所需要的，上述殼體的這部分包括一個供所說流體流入/流出的表面(3)，所說的腔(6A)用來與該表面密封地連接。該腔至少其一部分是由至少一個球面或橢球面部分(20A)和與該球面或橢球面部分相切的圓錐形扇面(22A)所組成。本發明可應用於板釺焊型熱交換器。
文檔編號F25J3/00GK1133431SQ9512018
公開日1996年10月16日 申請日期1995年12月22日 優先權日1994年12月23日
發明者克勞德·熱拉爾 申請人:喬治·克勞德方法的研究開發空氣股份有限公司, 諾頓製冷技術公司