[发明专利]具有浮动集管的热交换器

说明书

一种热交换器包括两个热交换器区段，至少一个所述热交换器区段设置有浮动集管以适应不同的热膨胀。所述两个热交换器区段由内壳体壁围封，并且外部连接通道提供在所述内壳体壁外部，流体中的一者经由所述外部连接通道在所述两个热交换器区段之间流动。所述外部连接通道由外壳体围封。所述内壁设置有与所述外部连接通道连通的开口。所述开口可呈基本上连续的间隙或离散开口的形式。具有这种构造的热交换器的具体实例包含蒸汽发生器、蒸汽发生器与组合的催化转化器以及水气转换反应器。

本申请是题为“具有浮动集管的热交换器”、申请日为2013/6/19、申请号为201380044823.8(PCT/CA2013/050469)的中国发明专利申请的分案申请。

相关申请案的交叉参考

本申请案请求2012年6月29日递交的第13/537,824号美国专利申请案的优先权和权益，所述申请案的内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及具有至少一个热交换器区段的热交换器，所述热交换器可具有壳管式构造，并且尤其涉及管的轴向热膨胀通过提供浮动集管来适应的此类热交换器。

背景技术

热交换器常用于将热从极热气体传递到相对冷却的气体及/或液体。所述热交换器的接触热气的部分与接触较冷气体及/或液体的部分之间可能存在显著温度差。这些温度差可能导致热交换器构件的不同热膨胀，这可在各种构件之间的接点中及构件本身中引起应力。随时间推移，这些应力可能引起接点及/或热交换器构件的过早失效。

在典型的壳管式热交换器中，流动穿过管的热气流将热传递到流动穿过壳体、与管的外表面接触的相对冷却的气体及/或液体。所述管比周围的壳体热得多，这引起管轴向(纵向)膨胀比壳体更大的量。管和壳体的这种不同热膨胀在管上引起对集管接点的潜在损害应力，以及在所述管、所述集管和所述壳体上引起应力。

已知以允许管和壳体的不同热膨胀的手段提供壳管式热交换器。举例来说，共同转让的第7,220,392号美国专利(Rong等人)描述一种壳管式燃料转化反应器，其中管的仅一端通过集管刚性地连接至壳体。相对端的集管并不刚性地连接至壳体，并且因此相对于壳体“浮动”，从而允许管相对于壳体自由膨胀。

Rong等人的热交换器通常作为燃料重组器(reformer)应用，其中浮动集管整合有用于催化剂的圆柱形容器。壳管式热交换器具有众多其它应用，并且仍然需要提供用于其它应用的壳管式热交换器中的不同热膨胀的解决方案。

发明内容

在一个方面中，提供一种热交换装置，所述热交换装置包括串联布置的第一热交换器区段及第二热交换器区段。所述热交换装置包括：(a)内壳体，所述内壳体具有第一端和第二端并且具有在第一端与第二端之间沿轴线延伸的内壳体壁，其中，第一热交换器区段和第二热交换器区段被围封在内壳体壁内；(b)提供在第一热交换器区段中的第一流体入口和提供在第二热交换器区段中的第一流体出口；(c)提供在第二热交换器区段中的第二流体入口和提供在第一热交换器区段中的第二流体出口；(d)轴向延伸第一流体流道，所述轴向延伸第一流体流道从第一流体入口延伸穿过第一热交换器区段和第二热交换器区段到达第一流体出口，其中，第一流体在第一热交换器区段与第二热交换器区段之间流动穿过位于内壳体内部的内部连接通道；(e)轴向延伸第二流体流道，所述轴向延伸第二流体流道从第二流体入口延伸穿过第一热交换器区段和第二热交换器区段到达第二流体出口，其中，第一流体流道和第二流体流道彼此密封，并且其中，第二流体在第二热交换器区段与第一热交换器区段之间流动穿过位于内壳体外部的外部连接通道；(f)外壳体，所述外壳体围封外部连接通道；(g) 在第二热交换器区段中穿过内壳体的至少一个孔口，第二流体从第二热交换器区段流动穿过所述孔口到外部连接通道中；及(h)在第一热交换器区段中穿过内壳体的至少一个孔口，第二流体从外部连接通道流动穿过所述孔口到第一热交换器区段中。在第一热交换器区段中的至少一个孔口包括第一轴向间隙，所述第一轴向间隙提供在内壳体壁的第一部分与内壳体壁的第二部分之间。