[發明專利]具有多個管排列的熱交換器

有效

• 申請號: 200580009966.0
• 申請日: 2005-02-25
• 公開（公告）號: CN101262937A
• 公開（公告）日: 2008-09-10
• 發明（設計）人: 小福蘭克林·D·洛馬克斯;J·S·萊托;B·D·詹姆斯
• 申請（專利權）人: H2GEN創新公司
• 主分類號: B01J8/00
• 分類號: B01J8/00;C01B3/24;C01B3/26;F28D7/16
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 張祖昌

技術領域

本發明總體上涉及熱交換器和構造所述熱交換器的方法。

背景技術

具有許多排列平行管的熱交換器和熱交換器化學反應器在現有技術中人所共知。這些制品的傳統設計實踐被編成設計標準。在這里引入作為參考的美國專利No.6,497,856(’856專利)指出一種由天然氣、丙烷、液化石油氣(LPG)、酒精、石腦油和其它烴燃料生產氫的熱交換化學反應器。典型的工業應用包括用于氨合成和其它化學過程的原料，在金屬處理工業中用于半導體制造；以及在其它工業應用中包括石油脫硫和商業氣體市場的氫生產。與用傳統工業氫發生器生產的相比以較小規模對低成本氫的需要，已產生小型氫生產裝置的市場(小于每小時15000標準立方英尺(scfh))。由于對氫作為固定和移動動力裝置的燃料，尤其是采用電化學燃料電池的那些動力裝置需要氫作為燃料日益增長的積極性，因此增大了這種需求。

2003年5月13日提交的美國專利申請系列No.10/436,060(’060專利申請)公開了一種有利的熱交換裝置，該裝置提供一種成本效益高的熱交換結構，這種結構減少了管形熱交換器，比如在高溫和壓力下工作的那些熱交換器的殼側流體泄漏和旁通，該專利申請在這里引入作為參考。’060專利申請的圖1示出管形熱交換器芯部，該芯部包括排列管2，這些管密封地連接在第一管板3與第二管板4之間。第一流體從密封地連接到第一管板3上的入口歧管流過該排列管2中的管離開連接到第二管板4上的第二歧管。排列管2在管的外表面上設有導流板或者板5，這些導流板或板5用來使第二流體基本上垂直于管排2的軸線流動。所有導流板具有小的延伸部18，該延伸部延伸到每個流體段中的流動通道和翅片區的外部。這些延伸部18設置用來配合到耐熱管道系統中，以引導第二流體的流動。’060專利申請的圖2示出一種結構，該結構提供在殼體100內流動的改進歧管裝置，該殼體100由殼體件，比如片狀罩盤20、30和各種導流板的部分構成，其中各種導流板的部分形成熱交換器的外殼的一部分，比如導流板13-16和19的部分。殼體100可以達到零泄漏的狀況。

但是，本發明的發明人已確定，在’060專利申請中所述的熱交換裝置具有一定容量的限制，而這些限制在本發明中得到改善。熱應力控制在’856專利和’060專利申請中所述的重整技術中雖然不是最大的也是最大限制因素中的一個。由于重整器往往會在高熱應力下操作，隨著反應器的尺寸按比例增大，因此跨越管排的高壓降(即壓力變化ΔP)在導流板和盤管道系統上會施加巨大的應力。這些巨大的應力由于在工作溫度下蠕變而導致過早破壞。通過簡單地增加具有附帶較大盤面積的熱交換器各段的橫截面積可以降低壓力降，但是對于相同壓力負荷而言，應力在較大盤中大得多。因此，簡單地增加熱交換器段的面積不會提供適當的解決方案。此外，當反應器的尺寸按比例增大時，由于盤的巨大尺寸和來自燃燒器的懸臂力，而使懸臂式燃燒器風箱受到高應力的影響。此外，非常大的反應器需要非常厚的管板。這些厚而粗壯的管板不僅昂貴，而且還非常剛硬。因此，在管板上需要一些大的偏置孔，以防止管板的熱膨脹損壞貫穿其中的管排，盡管這些孔可以最小化，如美國出版物No.2003/0173062A1中所論述的那樣，該出版物在這里全部引入作為參考。通過使管排列旁通，這種大通孔限制了重整器的效率。

因此，希望提供一種克服上述容量限制的熱交換結構。

在制造氫時，尤其是根據美國專利No.6,623,719(’719專利)的方法即燃燒空氣在水氣變換過程的冷卻中被預熱來制造氫時，同時控制火焰溫度、水氣變換過程溫度和蒸汽重整器入口溫度可能是極其困難的。違反優選的溫度條件，可能導致燃料轉化率差、熱應力高、腐蝕過大，以及產生系統內蒸汽局部冷凝和再煮沸的問題。這些缺點在瞬間操作期間，比如起動、停機和負荷變化期間特別會出現問題。因此，希望提供一種控制不良違反優選工作溫度的裝置和方法。

在’719專利中，在處理冷凝器中的水氣變換過程之后，一些熱能作為廢熱散失到大氣中。這種廢棄的熱能不利地提高了氫加工的生產費用并且提高了改變氣候的氣體排放。因此，希望提供一種既經濟建造又不會有害影響氫發生過程可操作性的回收額外廢熱的裝置和方法。

發明內容