[發明專利]具有浮動集管的熱交換器

有效

• 申請號: 201611216340.3
• 申請日: 2013-06-19
• 公開（公告）號: CN107144166B
• 公開（公告）日: 2019-04-23
• 發明（設計）人: D·萬德維斯;M·哈薩恩;J·黃;B·E·切多
• 申請（專利權）人: 達納加拿大公司
• 主分類號: F28F9/00
• 分類號: F28F9/00;F28F9/26;F28D7/16
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 顧峻峰

一種熱交換器包括兩個熱交換器區段，至少一個所述熱交換器區段設置有浮動集管以適應不同的熱膨脹。所述兩個熱交換器區段由內殼體壁圍封，并且外部連接通道提供在所述內殼體壁外部，流體中的一者經由所述外部連接通道在所述兩個熱交換器區段之間流動。所述外部連接通道由外殼體圍封。所述內壁設置有與所述外部連接通道連通的開口。所述開口可呈基本上連續的間隙或離散開口的形式。具有這種構造的熱交換器的具體實例包含蒸汽發生器、蒸汽發生器與組合的催化轉化器以及水氣轉換反應器。

本申請是題為“具有浮動集管的熱交換器”、申請日為2013/6/19、申請號為201380044823.8(PCT/CA2013/050469)的中國發明專利申請的分案申請。

相關申請案的交叉參考

本申請案請求2012年6月29日遞交的第13/537,824號美國專利申請案的優先權和權益，所述申請案的內容以引用的方式并入本文中。

技術領域

本發明涉及具有至少一個熱交換器區段的熱交換器，所述熱交換器可具有殼管式構造，并且尤其涉及管的軸向熱膨脹通過提供浮動集管來適應的此類熱交換器。

背景技術

熱交換器常用于將熱從極熱氣體傳遞到相對冷卻的氣體及/或液體。所述熱交換器的接觸熱氣的部分與接觸較冷氣體及/或液體的部分之間可能存在顯著溫度差。這些溫度差可能導致熱交換器構件的不同熱膨脹，這可在各種構件之間的接點中及構件本身中引起應力。隨時間推移，這些應力可能引起接點及/或熱交換器構件的過早失效。

在典型的殼管式熱交換器中，流動穿過管的熱氣流將熱傳遞到流動穿過殼體、與管的外表面接觸的相對冷卻的氣體及/或液體。所述管比周圍的殼體熱得多，這引起管軸向(縱向)膨脹比殼體更大的量。管和殼體的這種不同熱膨脹在管上引起對集管接點的潛在損害應力，以及在所述管、所述集管和所述殼體上引起應力。

已知以允許管和殼體的不同熱膨脹的手段提供殼管式熱交換器。舉例來說，共同轉讓的第7,220,392號美國專利(Rong等人)描述一種殼管式燃料轉化反應器，其中管的僅一端通過集管剛性地連接至殼體。相對端的集管并不剛性地連接至殼體，并且因此相對于殼體“浮動”，從而允許管相對于殼體自由膨脹。

Rong等人的熱交換器通常作為燃料重組器(reformer)應用，其中浮動集管整合有用于催化劑的圓柱形容器。殼管式熱交換器具有眾多其它應用，并且仍然需要提供用于其它應用的殼管式熱交換器中的不同熱膨脹的解決方案。

發明內容

在一個方面中，提供一種熱交換裝置，所述熱交換裝置包括串聯布置的第一熱交換器區段及第二熱交換器區段。所述熱交換裝置包括：(a)內殼體，所述內殼體具有第一端和第二端并且具有在第一端與第二端之間沿軸線延伸的內殼體壁，其中，第一熱交換器區段和第二熱交換器區段被圍封在內殼體壁內；(b)提供在第一熱交換器區段中的第一流體入口和提供在第二熱交換器區段中的第一流體出口；(c)提供在第二熱交換器區段中的第二流體入口和提供在第一熱交換器區段中的第二流體出口；(d)軸向延伸第一流體流道，所述軸向延伸第一流體流道從第一流體入口延伸穿過第一熱交換器區段和第二熱交換器區段到達第一流體出口，其中，第一流體在第一熱交換器區段與第二熱交換器區段之間流動穿過位于內殼體內部的內部連接通道；(e)軸向延伸第二流體流道，所述軸向延伸第二流體流道從第二流體入口延伸穿過第一熱交換器區段和第二熱交換器區段到達第二流體出口，其中，第一流體流道和第二流體流道彼此密封，并且其中，第二流體在第二熱交換器區段與第一熱交換器區段之間流動穿過位于內殼體外部的外部連接通道；(f)外殼體，所述外殼體圍封外部連接通道；(g) 在第二熱交換器區段中穿過內殼體的至少一個孔口，第二流體從第二熱交換器區段流動穿過所述孔口到外部連接通道中；及(h)在第一熱交換器區段中穿過內殼體的至少一個孔口，第二流體從外部連接通道流動穿過所述孔口到第一熱交換器區段中。在第一熱交換器區段中的至少一個孔口包括第一軸向間隙，所述第一軸向間隙提供在內殼體壁的第一部分與內殼體壁的第二部分之間。