ТЕПЛООБМЕННИК СО СМЕСИТЕЛЬНЫМ УСТРОЙСТВОМ ДЛЯ ЖИДКОСТИ/ГАЗА С УЛУЧШЕННОЙ ГЕОМЕТРИЕЙ КАНАЛОВ Российский патент 2021 года по МПК F28D9/00 F28F3/00 

Настоящее изобретение относится к теплообменнику, содержащему ряд проходов для каждой из текучих сред, которые приводят в теплообменный контакт, при этом теплообменник содержит по меньшей мере одно смесительное устройство, выполненное с возможностью распределения по меньшей мере одной смеси, имеющей две жидкостно-газовые фазы, в один из ряда проходов.

В частности, настоящее изобретение может быть применено в отношении теплообменника, который испаряет по меньшей мере один поток жидкостно-газовой смеси, в частности, поток многокомпонентной смеси, например, смеси углеводородов посредством теплообмена по меньшей мере с еще одной текучей средой, например, природным газом.

Технология, обычно применяемая в отношении теплообменника, относится к технологии для алюминиевых паяных пластинчато-ребристых теплообменников, которая позволяет получить устройства, которые весьма компактны и обеспечивают большую площадь поверхности теплообмена.

Эти теплообменники содержат пластины, между которыми вставляют гофрированные элементы для теплообмена, образованные из последовательности гофр и ребер, таким образом образовывая пучки проходов для испарения и проходов для конденсации, один из которых предназначен для испарения охлаждающей жидкости, а другой предназначен для конденсации теплотворного газа. Теплообмен между текучими средами может происходить с изменением фазы или без изменения фазы.

С целью обеспечения правильной работы теплообменника, использующего жидкостно-газовую смесь, соотношение жидкой фазы и газовой фазы должно быть одинаковым во всех проходах и должно быть равномерным в одном и том же проходе.

Размеры теплообменника рассчитывают, исходя из предположения о равномерном распределении фаз и, следовательно, о единой температуре в конце испарения жидкой фазы, равной точке росы смеси.

В случае с многокомпонентной смесью температура в конце испарения будет зависеть от соотношения жидкой фазы и газовой фазы в проходах.

В случае неравномерного распределения двух фаз температурный профиль охлаждающей текучей среды в этом случае будет варьировать в зависимости от проходов или даже варьировать в одном и том же проходе. По причине этого неравномерного распределения существует возможность того, что теплотворная текучая среда (среды), находящаяся в теплообменном контакте с двухфазной смесью, может иметь температуру на выпуске теплообменника, которая выше планируемой температуры, что, следовательно, ухудшает эксплуатационные показатели теплообменника.

Одно из решений по распределению жидкой и газовой фаз смеси максимально равномерно состоит в том, чтобы вводить их в теплообменник по отдельности, затем смешивать их друг с другом после того, как они попадут внутрь теплообменника.

В документе FR-A-2563620 описан такой теплообменник, в котором пруток с канавками вставлен в ряд проходов, который предназначен для направления двухфазной смеси. Это смесительное устройство содержит отдельные впуски для жидкой фазы и для газовой фазы, открывающиеся в общий объем смешивания, который снабжен одним выпуском для распределения жидкостно-газовой смеси в зону теплообмена.

Однако, жидкая фаза, подаваемая в смесительное устройство, в этом случае неизбежно оказывается в состоянии теплообмена с теплотворной текучей средой (текучими средами), циркулирующей в смежных проходах другого ряда проходов. Это может привести к началу испарения жидкой фазы фактически в пределах соответствующих впусков, тем самым приводя к неравномерному распределению двух фаз смеси в определенных проходах ряда и в определенных зонах в одном и том же проходе.

Для сведения к минимуму теплообмена, который может происходить в смесительном устройстве, одним решением может быть установка смесительного устройства в зоне теплообменника, в которой не циркулирует какая-либо другая текучая среда. В таком случае смесительное устройство должно быть расположено на одном конце теплообменника, лишенном каких-либо средств сброса или подачи текучей среды, что повлечет за собой изменение конструкции теплообменника полностью и неизбежно приведет к увеличению его размера. Кроме того, такое решение не позволяет вводить двухфазную смесь в середину теплообменника, что может быть желательно в тех случаях, когда этого требуют специфические особенности способа.

Целью настоящего изобретения является решение полностью или частично вышеупомянутых задач, в частности, путем предложения теплообменника, в котором распределение жидкой и газовой фаз смеси является максимально равномерным, и осуществления этого без чрезмерного усложнения конструкции теплообменника или увеличения его размера.

Решением согласно настоящему изобретению, следовательно, является теплообменник, содержащий несколько пластин, размещенных параллельно друг другу таким образом, чтобы образовывать первый ряд проходов для направления по меньшей мере одной охлаждающей текучей среды и второй ряд проходов для направления по меньшей мере одной теплотворной текучей среды c целью приведения ее в теплообменный контакт по меньшей мере с указанной охлаждающей текучей средой, по меньшей мере один проход первого ряда, образованный между второй пластиной, образующей смежный проход второго ряда, и первой пластиной, смесительное устройство, также размещаемое в указанном по меньшей мере одном проходе первого ряда и содержащее:

– по меньшей мере один первый канал для направления газовой фазы охлаждающей текучей среды,

– по меньшей мере один второй канал для направления жидкой фазы охлаждающей текучей среды,

характеризующийся тем, что продольное сечение второго канала, измеряемое параллельно второй пластине, уменьшается в направлении указанной второй пластины.

В зависимости от случая теплообменник согласно настоящему изобретению может иметь одну или несколько следующих технических особенностей:

– проходное отверстие размещено между первым каналом и вторым каналом, указанное проходное отверстие содержит впуск, открывающийся во второй канал, и выпуск, открывающийся в первый канал, продольное сечение второго канала уменьшается от впуска проходного отверстия по направлению ко второй пластине;

– первый канал и второй канал проходят параллельно первой и второй пластинам;

– первый канал размещен между вторым каналом и первой пластиной;

– проходы проходят в продольном направлении, при этом первый канал проходит в продольном направлении, а второй канал проходит в боковом направлении, ортогональном продольному направлению;

– первый канал образован из первой полости, образованной в смесительном устройстве;

– смесительное устройство содержит первую поверхность, размещенную напротив первой пластины, и вторую поверхность, размещенную напротив второй пластины, при этом первая полость открывается на первую поверхность;

– второй канал образован из второй полости, образованной в смесительном устройстве;

– вторая полость открывается на вторую поверхность;

– смесительное устройство содержит несколько первых продольных каналов, следующих друг за другом в боковом направлении;

– второй канал содержит первый конец, расположенный на уровне впуска проходного отверстия, и второй конец, расположенный на стороне второй пластины, при этом соотношение между продольным сечением второго канала, измеряемым на втором конце, и продольным сечением второго канала, измеряемым на первом конце, находится в диапазоне от 0 до 0,8, предпочтительно от 0,2 до 0,8;

– продольное сечение второго канала (32) уменьшается по нарастающей по направлению ко второй пластине (2b);

– второй канал проходит в боковом направлении, при этом поперечное сечение второго канала в плоскости, перпендикулярной боковому направлению, по меньшей мере частично имеет форму усеченного конуса, сходящегося по направлению ко второй пластине;

– уменьшение продольного сечения второго канала вызвано боковым сужением указанного второго канала, которое происходит в направлении второй пластины;

– смесительное устройство дополнительно содержит по меньшей мере один третий канал, проходящий параллельно первому каналу, при этом указанный третий канал размещен между вторым каналом и второй пластиной.

Настоящее изобретение может быть применено в отношении теплообменника, который испаряет по меньшей мере один поток жидкостно-газовой смеси, в частности, поток многокомпонентной смеси, например, смеси углеводородов посредством теплообмена по меньшей мере с еще одной текучей средой, например, природным газом.

Выражение «природный газ» относится к любой композиции, содержащей углеводороды, в том числе по меньшей мере метан. Он включает «необработанное» соединение (до любой обработки или промывки) и также любое соединение, которое было частично, по существу или полностью обработано для уменьшения содержания и/или извлечения одного или нескольких соединений, включая без ограничения серу, диоксид углерода, воду, ртуть и некоторые тяжелые и ароматические углеводороды.

Настоящее изобретение будет более понятным благодаря следующему описанию, приведенному исключительно в качестве неограничивающего примера и составленному со ссылкой на прилагаемые графические материалы, среди которых:

на фиг. 1 приведен схематический вид в разрезе, в плоскости, параллельной продольному и боковому направлениям, части прохода теплообменника, в который вводят жидкостно-газовую двухфазную смесь, согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения;

на фиг. 2 приведен схематический вид в разрезе, в плоскости, параллельной продольному направлению и перпендикулярной боковому направлению, ряда проходов теплообменника из фиг. 1;

на фиг. 3A и 3B приведены схематические виды в разрезе, в двух плоскостях, перпендикулярных плоскости из фиг. 1, на которых проиллюстрирован один вариант осуществления смесительного устройства, которым оснащают теплообменник согласно настоящему изобретению;

на фиг. 4A и 4B приведены частичные виды смесительного устройства из фиг. 3A и 3B и альтернативной формы такого устройства;

на фиг. 5 и 6 приведены схематические виды в разрезе смесительных устройств согласно другим вариантам осуществления настоящего изобретения.

На фиг. 1 и 2 проиллюстрирован теплообменник 1 согласно одному варианту осуществления настоящего изобретения, содержащий пучок пластин 2a, 2b, 2c…, которые проходят в двух измерениях: продольном направлении z и боковом направлении y. Пластины 2a, 2b, 2c… расположены параллельно друг другу и одна над другой с промежутками и, таким образом, образуют множество проходов для текучих сред, находящихся в косвенном теплообменном контакте через указанные пластины. Боковое направление y показано ортогональным продольному направлению z и параллельным пластинам 2a, 2b, 2c…

Предпочтительно каждый проход имеет плоскую и параллелепипедальную форму. Разделение между двумя следующими друг за другом пластинами невелико по сравнению с длиной и шириной каждой последующей пластины.

Теплообменник 1 может содержать ряд пластин в количестве более 20 или даже более 100, с образованием между ними первого ряда проходов 10 для направления по меньшей мере одной охлаждающей текучей среды F1 и второго ряда проходов 20 (не виден на фиг. 1) для направления по меньшей мере одной теплотворной текучей среды F2, при этом поток указанных текучих сред в целом происходит в продольном направлении z. Проходы 10 первого ряда могут быть расположены, все или некоторых из них, с чередованием или смежно со всеми или некоторыми из проходов 20 второго ряда.

Хорошо известным образом теплообменник 1 содержит средства 43, 52 распределения и сброса, выполненные с возможностью распределения различных текучих сред в проходы 10, 20 и сброса указанных текучих сред из указанных проходов 10, 20.

Уплотнение проходов 10, 20 по краям пластин 2a, …, обычно выполняют при помощи боковых и продольных уплотнительных полос 4, прикрепленных к пластинам 2a,… Боковые уплотнительные полосы 4 не полностью блокируют проходы 10, 20, но обеспечивают преимущество, состоящее в том, что они оставляют впускные и выпускные отверстия для текучей среды в диагонально противоположных углах проходов.

Отверстия проходов 10 первого ряда расположены одно над другим с совмещением, тогда как отверстия проходов 20 второго ряда размещены в противоположных углах. Отверстия, расположенные друг над другом, объединены друг с другом соответственно в коллекторах 40, 45, 50, 55 полутрубчатой формы, посредством которых текучие среды распределяют и сбрасывают.

Как изображено на фиг. 1 и фиг. 2, полутрубчатые коллекторы 50, 45 используют для введения текучих сред в теплообменник 1, и полутрубчатые коллекторы 40, 55 используют для сброса этих текучих сред из теплообменника 1.

В этой альтернативной форме варианта осуществления коллектор, подающий одну из текучих сред, и коллектор, сбрасывающий другую текучую среду, расположены на одном и том же конце теплообменника, таким образом, текучие среды F1, F2 текут встречным потоком через теплообменник 1.

Согласно другой альтернативной форме варианта осуществления охлаждающая и теплотворная текучие среды могут в равной мере циркулировать в виде сопутствующего потока, при этом средства, подающие одну из текучих сред, и средства, сбрасывающие другую текучую среду, в таком случае расположены в противоположных концах теплообменника 1.

Предпочтительно продольное направление ориентировано вертикально во время работы теплообменника 1. Охлаждающая текучая среда F1 обычно течет вертикально и вверх в этом направлении. Разумеется, без отступления от объема настоящего изобретения возможны другие направления и ориентации потока текучих сред F1, F2.

Следует отметить, что в контексте настоящего изобретения одна или несколько охлаждающих текучих сред F1 и одна или несколько теплотворных текучих сред F2 различного рода могут протекать в проходах 10, 20 первого и второго рядов одного и того же теплообменника.

Средства 43, 52 распределения и сброса обеспечивают преимущество, состоящее в том, что они содержат распределительные гофрированные элементы 44, 51, 54, расположенные между двумя следующими друг за другом пластинами 2a, 2b,... в форме гофрированных листов, которые проходят от впускных и выпускных отверстий. Распределительные гофрированные элементы 44, 51, 54 обеспечивают равномерное распределение и восстановление текучих сред по всей ширине проходов 10, 20.

Кроме того, проходы 10, 20 обеспечивают преимущество, состоящее в том, что они содержат теплообменные конструкции, размещенные между пластинами 2a, 2b,... Эти конструкции предназначены для увеличения площади поверхности теплообмена теплообменника. Конкретно, теплообменные конструкции находятся в контакте с текучими средами, циркулирующими в проходах, и передают теплопоток за счет теплопроводности смежным пластинам, к которым они могут быть прикреплены посредством пайки, тем самым повышая механическую прочность теплообменника.

Теплообменные конструкции также служат разделителями между пластинами, в особенности когда теплообменник собирают посредством пайки, во избежание любой деформации пластин во время использования текучих сред под давлением. Они также обеспечивают направление потоков текучей среды в проходах теплообменника.

Предпочтительно эти конструкции содержат гофрированные элементы 11 для теплообмена, которые обеспечивают преимущество, состоящее в том, что они проходят по ширине и длине проходов 10, 20 параллельно пластинам по протяженности распределительных гофрированных элементов 44, 51, 54 по длине проходов 10, 20. Проходы 10, 20 теплообменника, таким образом, демонстрируют главную часть своей длины, образовывая собственную часть теплообменника, которая покрыта теплообменной конструкцией, при этом указанная главная часть окружена распределительными частями, которые покрыты распределительными гофрированными элементами 44, 51, 54.

На фиг. 1 проиллюстрирован проход 10 первого ряда 1, выполненный с возможностью распределения охлаждающей текучей среды F1 в форме жидкостно-газовой двухфазной смеси. Охлаждающую текучую среду F1 разделяют в разделительном устройстве 6 на газовую фазу 61 и жидкую фазу 62, которые вводят по отдельности в теплообменник 1 через боковой коллектор 30 и коллектор 50. Две фазы 61, 62 затем смешивают друг с другом посредством смесительного устройства 3, размещаемого в проходе 10 и изображенного схематически на фиг. 1. Предпочтительно несколько проходов 10 или даже все проходы 10 первого ряда содержат смесительное устройство 3.

На фиг. 2 приведен схематический вид в разрезе в плоскости, параллельной продольному направлению z и перпендикулярной боковому направлению y, теплообменника из фиг. 1. На нем показан пучок проходов 10, 20 первого и второго рядов, при этом смесительные устройства 3 размещены в двух проходах 10.

Смесительное устройство 3 согласно настоящему изобретению обеспечивает преимущество, состоящее в том, что оно выполнено из прутка или стержня, размещаемого в проходе 10 и предпочтительно проходящего в сечении прохода 10 по почти всей или даже всей высоте прохода 10 таким образом, что смесительное устройство находится в контакте с каждой пластиной 2a, 2b, которая образует проход 10.

Смесительное устройство 3 обеспечивает преимущество, состоящее в том, что оно прикреплено к смежным пластинам 2a и 2b посредством пайки.

Смесительное устройство 3 может иметь параллельно продольному направлению z первое измерение, находящееся в диапазоне от 20 до 200 мм, и параллельно боковому направлению y второе измерение, находящееся в диапазоне от 100 до 1400 мм.

Как можно увидеть на фиг. 3A и фиг. 3B, смесительное устройство 3, в частности, ограничено первой поверхностью 3a, размещенной напротив первой пластины 2a теплообменника, и второй поверхностью 3b, размещенной напротив второй пластины 2b. Вторая пластина 2b образует с третьей пластиной 2c смежный проход 20. Первая и вторая поверхности 3a, 3b предпочтительно проходят приблизительно параллельно, а именно, параллельно или почти параллельно, первой и второй пластинам 2a и 2b соответственно.

Смесительное устройство 3 обеспечивает преимущество, состоящее в том, что оно в целом имеет форму параллелепипеда. Первая и вторая поверхности 3a, 3b в целом планарные, но локально могут иметь полости, образующие каналы текучей среды, как поясняется далее в данном документе.

Смесительное устройство 3 содержит по меньшей мере первый канал 31 для направления газовой фазы 61 охлаждающей текучей среды F1, при этом направление потока текучей среды изображено стрелкой 61.

Кроме того, по меньшей мере один второй канал 32 для направления жидкой фазы 62 охлаждающей текучей среды F1.

Согласно настоящему изобретению продольное сечение второго канала 32 уменьшается в направлении второй поверхности 3b.

Следует отметить, что в контексте настоящего изобретения продольное сечение второго канала 32 или отверстия указанного канала означает поперечное сечение канала, измеряемое параллельно второй поверхности 3b, а именно, в плоскостях сечения указанного канала, которые параллельны второй пластине 3b.

Таким образом, в варианте осуществления, проиллюстрированном на фиг. 3A, первый канал 31 проходит в продольном направлении z, а второй канал 32 проходит в боковом направлении y. Продольное сечение второго канала 32 поэтому уменьшается в направлении, показанном стрелкой x.

За счет уменьшения продольного сечения второго канала 32 в направлении второй пластины 2b уменьшается площадь контакта между жидкой фазой 62 и той частью второй пластины 2b, которая проходит на уровне смесительного устройства 3, тем самым позволяя в значительной степени уменьшить теплообмен, который может происходить между теплотворной текучей средой F2, циркулирующей в смежном проходе 20, и жидкой фазой 62 охлаждающей текучей среды F1. Это позволяет ограничить или даже предотвратить испарение жидкой фазы до ее смешивания с газовой фазой указанной охлаждающей текучей среды F1. Таким образом, две фазы смеси распределяются максимально равномерно фактически внутри проходов в случае двухфазной смеси, а также между различными проходами в случае двухфазной смеси.

Это решение предлагает преимущества, заключающиеся в простоте реализации, в том, что оно не меняет размер теплообменника и не усложняет его конструкцию.

Предпочтительно продольный канал 31 и второй канал 32 сообщаются по текучей среде через по меньшей мере одно проходное отверстие 34, размещенное между первым каналом 31 и вторым каналом 32. Проходное отверстие 34 содержит впуск 342, открывающийся во второй канал 32, и выпуск 341, открывающийся в первый канал 31. Вдоль направления y могут быть размещены одно или несколько проходных отверстий 34.

Продольное сечение второго канала 32 уменьшается от впуска 342 проходного отверстия 34 по направлению ко второй поверхности 3b.

Во время работы смешивание жидкой фазы 62 и газовой фазы 61 в целом происходит ниже по потоку относительно выпуска 341, и жидкостно-газовая двухфазная смесь распределяется из смесительного устройства через один или несколько проходов 33.

Каналы 31, 32 и/или проходы 33 могут открываться на торцевые поверхности 35, 36 смесительного устройства 3, или на поверхности, которые расположены сзади указанных поверхностей 35, 36 по направлению к внутренней части устройства 3.

Предпочтительно первый и второй каналы 31, 32 имеют тонкую форму, при этом их длина является большой по сравнению с их шириной.

Предпочтительно первый и второй каналы 31, 32 пересекают смесительное устройство 3. Таким образом, второй канал 32 проходит по почти всей или даже всей ширине прохода 10, измеряемого в боковом направлении y.

В контексте настоящего изобретения по меньшей мере один проход 10 первого ряда образован между первой пластиной 2a и второй пластиной 2b, при этом первая пластина 2a также образует смежный проход 20 второго ряда, непосредственно смежный с соответствующим проходом 10. Смесительное устройство 3 размещено в соответствующем проходе 10 первого ряда.

Предпочтительно первый канал 31 образован из полости, образованной в смесительном устройстве 3.

Согласно альтернативной форме, проиллюстрированной на фиг. 3A – 6, первый канал 31 может быть образован из полости, образованной в смесительном устройстве 3 и открывающейся на первую поверхность 3a. Предпочтительно второй канал 32 образован из полости, образованной в смесительном устройстве 3.

В одной форме варианта осуществления, проиллюстрированной в особенности на фиг. 4A, полость, которая образует второй канал 32, открывается во вторую поверхность 3b. В таком случае второй канал 32 содержит открытый второй конец 321, расположенный на второй поверхности 3b.

Согласно альтернативной форме, проиллюстрированной на фиг. 4B, второй канал 32 образован глухой внутренней полостью.

На фиг. 3A – 6 проиллюстрированы смесительные устройства 3, содержащие единственный второй канал 32. Устройство 3 может также обеспечивать преимущество, состоящее в том, что оно может содержать несколько боковых каналов 32, следующих друг за другом в продольном направлении z.

Аналогично смесительное устройство 3 может содержать один или несколько продольных каналов 31. На фиг. 3B проиллюстрировано устройство 3, содержащее ряд продольных каналов 31, следующих друг за другом в боковом направлении y. Предпочтительно продольные каналы 31 проходят по существу параллельно друг другу. Первые продольные каналы 31 обеспечивают преимущество, состоящее в том, что они размещены между вторым каналом 32 и первой поверхностью 3a.

В частности, второй канал 32 предпочтительно содержит первый конец 322, расположенный на уровне впуска 342 проходного отверстия 34, и второй конец 321, расположенный на стороне второй поверхности 3b.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения продольное сечение второго канала 32 уменьшается таким образом, что соотношение между продольным сечением второго канала 32, измеряемым на втором конце 321, и продольным сечением второго канала 32, измеряемым на первом конце 322, находится в диапазоне от 0 до 0,8, предпочтительно от 0,2 до 0,8.

Такие размеры позволяют свести к минимуму теплообмен между жидкостью, циркулирующей во втором канале 32, и смежными текучими средами.

В качестве примера, в конфигурации, проиллюстрированной на фиг. 4A или фиг. 4B, соотношение продольных сечений второго канала 32, равное 0, соответствует второму каналу 32, поперечное сечение которого имеет треугольную форму.

В случае со вторым каналом 32, который имеет открытый конец, соотношение между продольным сечением отверстия 321 и шириной второго канала 32, измеряемой на первом конце 322, или низе 322, находится в диапазоне от 0,2 до 0,8.

В частности, как проиллюстрировано на фиг. 3A, фиг. 4A и фиг. 4B, продольное сечение второго канала 32 может уменьшаться по нарастающей по направлению ко второй поверхности 3b.

Согласно одному предпочтительному варианту осуществления настоящего изобретения и, как видно на фиг. 3A, фиг. 4A и фиг. 4B, поперечное сечение второго канала 32 по меньшей мере частично имеет форму усеченного конуса, сходящегося по направлению ко второй поверхности 3b.

Альтернативно уменьшение продольного сечения второго канала 32 может быть вызвано боковым сужением 324 указанного второго канала 32 в направлении второй поверхности 3b. Под «сужением» понимается резкое уменьшение ширины второго канала 32, как правило, такое уменьшение, что соотношение продольных сечений, определенных выше в данном документе, находится в диапазоне от 0,2 до 0,8, причем это уменьшение происходит на расстоянии, как правило, меньшем, чем 4 мм, в направлении второй поверхности 3b.

Благодаря этому еще больше уменьшается теплообмен, который может происходить между теплотворной текучей средой F2, циркулирующей в смежном канале 20, и жидкой фазой охлаждающей текучей среды F1 прежде, чем она будет смешиваться с газовой фазой.

Предпочтительно сужение 324 происходит по существу симметрично.

Предпочтительно сужение таково, что второй канал 32 имеет поперечное сечение в форме перевернутого T, как проиллюстрировано на фиг. 5 и фиг. 6.

В частности, второй канал 32 может содержать боковые стенки 323, которые размещены перпендикулярно низу 322, и указанный низ 322 может быть размещен параллельно продольному направлению z.

Изображение на фиг. 3B остается применимым к изображению смесительного устройства 3 в плоскости, перпендикулярной плоскости, изображенной на фиг. 5 или фиг. 6.

Согласно одному конкретному варианту осуществления настоящего изобретения, проиллюстрированному на фиг. 6, смесительное устройство 3 дополнительно содержит третий канал 37 для направления газовой фазы 61 охлаждающей текучей среды F1, при этом указанный третий канал 37 проходит в продольном направлении z между вторым каналом 32 и второй поверхностью 3b.

Наличие этого третьего канала 37 позволяет еще больше минимизировать теплообмен между жидкостью, циркулирующей во втором канале 32, и текучими средами, циркулирующими в смежных проходах. Это фактически позволяет создавать газовый барьер, который служит теплоизолятором между вторым каналом и второй пластиной 2b.

Особо отмечается, что первый канал 31 и третий канал 37 могут иметь одинаковые или различные формы и количества. Как показано на фиг. 6, отверстие 321 второго канала 32 обеспечивает преимущество, состоящее в том, что оно открывается в третий канал 37. В этом варианте осуществления смесительное устройство 3 содержит по меньшей мере два прохода 33 для жидкостно-газовой двухфазной смеси.

Разумеется, настоящее изобретение не ограничивается конкретными примерами, описанными и проиллюстрированными в настоящей заявке. Без отступления от объема настоящего изобретения также могут быть рассмотрены другие альтернативные формы или варианты осуществления в пределах компетенции специалистов в данной области техники.

Например, теплообменник согласно настоящему изобретению главным образом описан для случая, в котором проходы 10, 20 проходят в продольном направлении z, первый канал 31 проходит в продольном направлении z, и второй канал 32 проходит в боковом направлении y, ортогональном продольному направлению z. Возможно и обратное, а именно, первый канал 31, проходящий в боковом направлении y, и второй канал 32, проходящий в продольном направлении z. Боковое направление y и продольное направление z также могут не быть взаимно ортогональными.

Изобретение относится к области энергетики. Теплообменник содержит несколько пластин, размещенных параллельно друг другу таким образом, чтобы образовывать первый ряд проходов для направления по меньшей мере одной охлаждающей текучей среды (F1) и второй ряд проходов для направления по меньшей мере одной теплотворной текучей среды (F2) для приведения ее в теплообменный контакт по меньшей мере с указанной охлаждающей текучей средой (F1). По меньшей мере один проход первого ряда, образованный между второй пластиной, образующей смежный проход второго ряда, и первой пластиной. Смесительное устройство, также размещаемое в указанном по меньшей мере одном проходе первого ряда и содержащее: по меньшей мере один первый канал для направления газовой фазы охлаждающей текучей среды (F1), по меньшей мере один второй канал для направления жидкой фазы охлаждающей текучей среды (F1). Продольное сечение второго канала, измеряемое параллельно второй пластине, уменьшается в направлении указанной второй пластины. 14 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Теплообменник (1), содержащий несколько пластин (2a, 2b, 2c,…), размещенных параллельно друг другу таким образом, чтобы образовывать первый ряд проходов (10) для направления по меньшей мере одной охлаждающей текучей среды (F1) и второй ряд проходов (20) для направления по меньшей мере одной теплотворной текучей среды (F2) для приведения ее в теплообменный контакт по меньшей мере с указанной охлаждающей текучей средой (F1), по меньшей мере один проход (10) первого ряда, образованный между второй пластиной (2b), образующей смежный проход (20) второго ряда, и первой пластиной (2a), смесительное устройство (3), также размещаемое в указанном по меньшей мере одном проходе (10) первого ряда и содержащее:

– по меньшей мере один первый канал (31) для направления газовой фазы (61) охлаждающей текучей среды (F1),

– по меньшей мере один второй канал (32) для направления жидкой фазы (62) охлаждающей текучей среды (F1),

отличающийся тем, что продольное сечение второго канала (32), измеряемое параллельно второй пластине (3b), уменьшается в направлении указанной второй пластины (3b).

2. Теплообменник по п. 1, отличающийся тем, что проходное отверстие (34) размещено между первым каналом (31) и вторым каналом (32), при этом указанное проходное отверстие (34) содержит впуск (342), открывающийся во второй канал (32), и выпуск (341), открывающийся в первый канал (31), продольное сечение второго канала (32) уменьшается от впуска (342) проходного отверстия (34) по направлению к второй пластине (2b).

3. Теплообменник по любому из пп. 1 и 2, отличающийся тем, что первый канал (31) и второй канал (32) проходят параллельно первой и второй пластинам (2a, 2b).

4. Теплообменник по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый канал (31) размещен между вторым каналом (32) и первой пластиной (2a).

5. Теплообменник по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что проходы (10, 20) проходят в продольном направлении (z), первый канал (31) проходит в продольном направлении (z), и второй канал (32) проходит в боковом направлении (y), ортогональном продольному направлению (z).

6. Теплообменник по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый канал (31) образован из первой полости, образованной в смесительном устройстве (3).

7. Теплообменник по п. 6, отличающийся тем, что смесительное устройство (3) содержит первую поверхность (3a), размещенную напротив первой пластины (2a), и вторую поверхность (3b), размещенную напротив второй пластины (2b), при этом первая полость открывается на первую поверхность (3a).

8. Теплообменник по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что второй канал (32) образован из второй полости, образованной в смесительном устройстве (3).

9. Теплообменник по п. 8, отличающийся тем, что вторая полость, образованная в смесительном устройстве (3), открывается на вторую поверхность (3b).

10. Теплообменник по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что смесительное устройство (3) содержит несколько первых продольных каналов (31), следующих друг за другом в боковом направлении (y).

11. Теплообменник по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что второй канал (32) содержит первый конец (322), расположенный на уровне впуска (342) проходного отверстия (34), и второй конец (321), расположенный на стороне второй пластины (2b), при этом соотношение между продольным сечением второго канала (32), измеряемым на втором конце (321), и продольным сечением второго канала (32), измеряемым на первом конце (322), находится в диапазоне от 0 до 0,8, предпочтительно от 0,2 до 0,8.

12. Теплообменник по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что продольное сечение второго канала (32) уменьшается по нарастающей по направлению к второй пластине (2b).

13. Теплообменник по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что второй канал (32) проходит в боковом направлении (y), поперечное сечение второго канала (32) в плоскости, перпендикулярной боковому направлению (y), по меньшей мере частично имеет форму усеченного конуса, сходящегося по направлению к второй пластине (2b).

14. Теплообменник по одному из пп. 1–11, отличающийся тем, что уменьшение продольного сечения второго канала (32) вызвано боковым сужением (324) указанного второго канала (32), которое происходит в направлении второй пластины (2b).

15. Теплообменник по п. 14, отличающийся тем, что смесительное устройство (3) дополнительно содержит по меньшей мере один третий канал (37), проходящий параллельно первому каналу (31), при этом указанный третий канал (37) размещен между вторым каналом (32) и второй пластиной (2b).