CN100541100C - 具有加强装置的热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种热交换器，它包括多块板(10)，这些板具有凹槽图案以及用于进口和出口的连接部。这些板以层叠和通过铜焊焊接的方式被放置，从而为位于一对交叠的板(10)之间的两种介质提供了独立的通道。根据本发明，若干孔(20)被布置在板(10)内、位于所述连接部(1，6)的周围，并且加强机构(30)穿过所述孔(20)布置。

Description

具有加强装置的热交换器

技术领域

本发明涉及一种具有加强装置的热交换器，其中该加强装置穿过热交换器板布置，特别的是，本发明涉及一种具有加强装置的热交换器，其中该加强装置布置在各自的连接部周围。

背景技术

现今的完全由铜焊焊接的热交换器包括通过铜焊被焊接的板的堆叠。这些通过铜焊被焊接的热交换器的缺点在于，为了提高例如操作速度，由于通常在断裂试验下大约为150巴的设计操作压力，即为热交换器所设计的最大操作压力会上升至较高的作用力，而此压力会引发铜焊接断裂并且产生泄漏，因此不可能制造具有例如直径大约为150毫米的大型进口和出口的连接部的大型的热交换器。所述泄漏会造成热交换器内的介质发生混合并且这些介质中的一种或两种会从热交换器中泄漏出去。

另一种类型的热交换器为密封型热交换器，这种热交换器通过螺钉连接而固定在一起，且同时密封件位于热交换器的板之间。这种热交换器的缺点在于它们只能使用在低压下，即大约等于50巴的操作压力下。另外，热交换器的密封件会老化并且不得不定期更换。另一个缺点是为了将板固定在一起，因此螺钉连接布置在热交换器的周围，而这会使在连接处增加大的偏斜，而此偏斜反过来会导致在由于偏斜所产生的间隙内发生泄漏。

为了避免具有大尺寸的热交换器内存在的这些问题，需要较厚的板，这些板的厚度大约为100毫米，以处理在断裂试验中为150巴的设计操作压力，这就造成由多块板组成的热交换器不切实际并且不必要地大。

本发明通过将加强装置布置在穿过板的各自连接部的周围，解决了由于在完全是通过铜焊接的热交换器内的铜焊接发生断裂而造成从热交换器中泄漏的上述问题，由此大约为2-3毫米的正常的板厚就足以抵抗增加的压力。

发明内容

因此，本发明提供了一种热交换器，这种热交换器包括具有凹槽图案和进口和出口连接部的多块板。这些板被设置成板的堆叠并且通过铜焊焊接在一起，从而为位于交叠的多对板之间的两种介质形成了单独的通道。此外，本发明的加强装置被布置在各自连接部的周围。

本发明被限定，并且本发明的优选实施例通过下面论述详细阐述。

附图说明

将参照附图对本发明作进一步的详细说明，其中：

图1示出了现有技术中用于热交换器的板的俯视图；

图2示意性地示出了本发明的用于热交换器的板的一个实施例的俯视图；

图3示意性地示出了沿着图2的B-B线剖开的三块板的局部剖视图；

图4示出了图3中的三块板以及本发明一个实施例中的加强装置；

图5示意性地示出了本发明一个实施例的第一压力分布盘；

图6示意性地示出了本发明一个实施例的第二压力分布盘；

图7示意性地示出了图4的局部剖视图，其中在上盖板上布置有凸缘。

具体实施方式

图1示出了现有技术中的用于热交换器的板。正如通常的那样，板具有连接部1、6以及带有山顶形部分4和山谷形部分5的凹槽图案。冷的介质在C2处具有进口，在C1处具有出口，并且热的介质在H2处具有进口，在H1处具有出口。

通过将多块相同的板组装成板的堆叠而制成热交换器。优选的是，板每隔一块就旋转180°从而产生交叉图案并且在交叠的一对板之间形成介质通道，正如本领域的技术人员熟知的那样。此外，在板的堆叠的一侧放置有底板(参见图4的附图标记42)，用于将位于一侧上的连接部1，6封闭。在剖视图中，产生了类似蜂窝状的图案。在炉中通过铜焊接将整块板的堆叠焊接在一起，从而在山顶形部分彼此交错的地方产生铜焊点。此外，每隔一对板也就在连接部1，6处通过铜焊接被焊接在一起。

在现有的热交换器中，板通常的尺寸大约为500mm×300mm(长×宽)，并且分别位于连接部1，6处的进口和出口的直径大约为50-70mm。为了提高操作速度，现有技术中的热交换器应该具有更大的尺寸，例如其具有尺寸为1200×530mm(长×宽)的板，并且其还具有进口和出口直径大约为150mm的连接部，但是由于增大的压力产生的如此大的作用力会作用在连接部1，6处的铜焊接上，那么铜焊接就会发生断裂的危险。通常设计操作压力大约为150巴。可以理解的是，如果铜焊接出现这种断裂，那么连接部1，6处的介质就会从热交换器泄漏。

本发明已经意识到可通过下面将要描述的装置来解决这个问题。

在图2中示意性地示出了本发明的用于热交换器的板10的一个实施例。在图2中与图1中一致的部件被标以相同的附图标记。在图2中，未示出板的内部，但是应该理解的是，在不偏离本发明的范围之内，凹槽的图案可以多种方式发生变化。此外，在图2中，示出了一个板的实施例，其中板的尺寸大约为1200mm×520mm，在进口和出口还分别具有连接部1，6，并且其进出口的直径分别比普通的大。根据此实施例，连接部1，6的进出口具有大约为150毫米的直径，这比现有技术中连接件的大约为50mm的进出口直径大了很多。

在连接处由于铜焊接发生断裂而造成的泄漏问题，本发明已经通过下述方式得到了解决，这种方式为将多个穿过板10的孔20布置在每个连接部1，6的周围，在孔20内，加强装置30作为对位于连接部1，6处的铜焊接起辅助和加强作用而布置。图2示出了当加强装置30被布置在孔20内时，位于连接部1处的孔20以及位于连接部6处的加强装置30的一端。

由于每隔一块板就会旋转180°，因此优选的是将孔20以轴对称的方式被布置在连接部1，6的周围从而进一步减小作用在铜焊接上的力的冲击。图2示出了布置在每一连接部周围的16个孔，但是应该理解的是，孔的数目可以根据例如为避免泄漏问题所需的铜焊接加强装置进行变化。

加强装置30可以被设计为，例如螺纹杆或螺栓，其直径与孔20的直径相配合，由此可将加强装置30布置在孔20内。此外，阻挡件，例如螺母或者类似物可以被布置在加强装置30的端部，以将加强装置30固定在板的堆叠上。然而，应该理解的是，加强装置还可以被设计成为螺钉，在其第一端具有头部，该头部的功能与上述提到的阻挡件相同，并且在加强装置30的第二端部处布置有螺母。

本发明的一个实施例包括具有一个或多个螺纹孔的环、盘或板，由此将加强装置穿过多块板的孔插入并且通过将加强装置的第二端拧紧在所述螺纹孔内而将它们固定在板上。这样，将所述环、盘或板布置成将多个加强装置固定在所述板的堆叠上。

图3和图4以不成比例的方式示意性地示出了处于出口6处的三块板10的断面，介质H1从这里流出。剖面是沿着图2中线B-B截取的。铜焊接在11处示出。箭头表示介质H1的排出。介质H1从交叠的一对板之间形成的通道处流入。该图示出了一对板中的两块板10’、10”和下一对板的上板10’”。第二种介质流过中间的这对板，即两下板10”、10’”等之间的通道内。

如图3和4所示，为了增大位于一对板中的下部板10”和下一对板的上板10’”之间的铜焊接表面，优选的是板10在孔20处分别具有山谷形部分和山顶形部分。位于山顶形平面处的铜焊接以12标记。铜焊接12密封地延伸在孔20的周围。还进一步地示出了铜焊接13和14，该铜焊接将这对板的下板10”与下一对板的上板10’”焊接在一起。铜焊接13密封地延伸在连接部6的周围并且铜焊接14密封地延伸在孔20的周围。另外，铜焊接13和14在位于连接部6和孔20之间的区域内可以融合为一个铜焊接。

分离区15通过铜焊接13，14围绕这对板的下板10”和下对板的上板10’”之间的孔设置。分离区15在层叠的铜焊接板内延伸，因而分离区15中不会有任何介质流过。

图4示出了作为螺纹螺钉或螺栓的加强装置30，它被布置成穿过板10的孔20。该加强装置30在第一端包括第一阻挡件32，例如为螺钉头，它被布置成阻止加强部件30朝上盖板40、保护板或者类似部件方向上的运动。此外，第二阻挡件50被布置在加强装置30的第二端处，该阻挡件50由螺母构成，由此加强装置30就可被固定在底板42、盖板或者类似部件上。在具有这样的装置的情况下，加强装置30就可以被固定在板的堆叠上，使板保持在一起，并且构成了对铜焊接的一种辅助部件。应该理解的是，第二阻挡件50可以由上面提到的、包括多个螺纹孔的环、盘或者板构成，其中螺纹孔可以将多个加强装置30固定在所述板的堆叠上。

在本发明的热交换器中，压力分布盘33，51位于外板40、42和所述阻挡件32、50之间以与作用在外板上的压力相平衡。这些盘优选的是比外板厚。盘33、51的尺寸可以变化但是为了避免或者减小铜焊接发生断裂的危险，它们适于与作用在连接部1、6处的铜焊接上的压力相平衡。

图4示出了第一压力分布盘33，它为圆筒形的环并且位于盖板40和第一阻挡件32之间，以吸收作用在盖板40上的压力。第一盘33可松动地布置，即不通过铜焊接进行焊接。此外，第一盘33的厚度还可在40mm范围内，即其厚度比板厚。第一盘33还可具有用于连接部1，6的开口34以及用于加强装置30的多个孔35，对比图5来看。

还可在底板42和第二阻挡件50之间布置第二压力分布盘51以吸收作用在底板42上的压力。第二盘51也可以被松动地布置。第二盘51还可以为圆盘，其厚度在40mm范围内。第二盘51具有多个用于加强装置30的孔52，对比图6来看。这些孔可以是螺纹孔或者也可以为非螺纹孔。当孔为非螺纹孔时，可以采用螺母来固定加强装置，当孔为螺纹孔时，加强装置可以被直接地固定在盘51内，从而盘51就作为第二阻挡件。

在本发明的另一实施例中，第一和第二盘具有与板10的形状类似的矩形形状。在此实施例中，第一盘具有多个用于连接部的开口以及多个用于加强装置的孔。这些开口和孔分别对应第一盘33内的开口34和孔35。此外，第二盘具有多个用于加强装置的孔，这些孔对应第二盘51内的孔52一致。正如本领域的技术人员所理解的，第一和第二盘可以具有除了矩形或圆形的其它形状。也可以结合第一和第二盘的其它不同的设计。

在图7中，示意性地示出了与图4的断面类似的局部剖面。图7示出了用于管件连接的凸缘连接。第一压力分布盘形成为环33。该环33被分隔成使其可以被拧到凸缘60上以及颈部61处的内缘62上。此环具有凹槽36用以容纳凸缘颈部61的内缘62。当加强装置30，例如螺栓被布置成穿过环33内的孔20时，则将凸缘连接固定在第一盘33处。这样环33就可以起到凸缘支撑件(carrier)的作用。另外，在颈部61的内缘62内，凸缘可具有例如为铜或者橡胶垫的衬垫。这个衬垫例如可以是布置在内缘62的表面和上盖板40之间或者内缘62的表面与环33之间。此衬垫防止凸缘连接和上保护板之间发生泄漏，并且还可以消除并且减少管和热交换器之间的振动。

第一和第二压力分布盘例如可以由碳钢或者其它适当的材料制成。

本发明还涉及一种热交换器，它包括多块上述的板的堆叠，由此将橡胶或铜衬垫密封地布置在每一板的堆叠之间。在本发明的热交换器的实施例中，一板的堆叠大约包括30块板，但是应该理解的是，在不偏离本发明范围的情况下，板的数目可以进行变化。

凸缘连接被适当地布置在最外面的板的堆叠处。几块板的堆叠也可以利用中间凸缘和密封件来进行连接。然后可以用凸缘60来替代位于板的堆叠之间的盘51。这样就可在几块板的堆叠之间建立柔性连接并且凸缘还可以消除或者减少例如振动等。

这样，本发明就提供了一种热交换器，它与现有技术中的热交换器相比具有多个优点。本发明允许全部采用铜焊接的热交换器，这种热交换器在实际中制造价格低廉，并且不用维护，还可以用比现有技术大的尺寸进行设计，并且用于很多领域，同时还避免了泄漏。

已经详细地对本发明的有利实施例进行了说明。正如上面声明的，本发明可以在不偏离正如由所附权利要求定义的本发明的范围内，以各种方式进行修改。

Claims (13)

1.一种热交换器，它包括板(10)，所述板以堆叠和通过铜焊焊接的方式被布置，所述板(10)具有凹槽图案以及用于进口和出口的连接部(1，6)，从而对位于一对交叠的板(10)之间的两种介质形成独立的通道，其特征在于，多个孔(20)围绕所述连接部(1，6)、穿过所述板(10)布置，并且加强机构(30)穿过所述孔(20)布置以便加强进口和出口连接部(1，6)。

2.如权利要求1所述的热交换器，其特征在于，铜焊接(12，13，14)被布置成密封朝向所述通道的所述孔(20)。

3.如权利要求2所述的热交换器，其特征在于，所述孔(20)被布置成以旋转对称的方式穿过所述板(10)，所述板(10)每隔一块旋转180度。

4.如权利要求3所述的热交换器，其特征在于，每一个所述加强机构(30)为在一第一端具有第一阻挡件(32)的螺纹杆。

5.如权利要求4所述的热交换器，其特征在于，所述加强机构(30)被布置成通过具有至少一个螺纹孔的第二阻挡件(50，51)固定在所述堆叠的板(10)上，其中所述加强机构(30)的一第二端被拧入到所述螺纹孔内。

6.如权利要求5所述的热交换器，其特征在于，一压力分布盘(33)被布置在外板和所述第一阻挡件(32)之间，并且所述压力分布盘(33)具有用于所述连接部(1，6)、用于加强所述铜焊接板(10)的孔。

7.如权利要求6所述的热交换器，其特征在于，所述压力分布盘(33)为一个环，它具有用于容纳凸缘连接的凹槽(36)，其中凸缘连接具有凸缘(60)，该凸缘(60)在颈部(61)处具有内缘(62)，从而内缘(62)可以布置在所述凹槽(36)处。

8.如前述权利要求中任一项所述的热交换器，其特征在于，30块所述板(10)被布置在所述堆叠的板内。

9.如权利要求1-7中任一项所述的热交换器，其特征在于，通过位于每一所述堆叠的板之间的橡胶或铜衬垫来连接多块所述堆叠的板(10)。

10.如权利要求8所述的热交换器，其特征在于，通过位于每一所述堆叠的板之间的橡胶或铜衬垫来连接多块所述堆叠的板(10)。

11.如权利要求1-7中任一项所述的热交换器，其特征在于，通过凸缘联接来连接多块堆叠的板(10)。

12.如权利要求8所述的热交换器，其特征在于，通过凸缘联接来连接多块堆叠的板(10)。

13.如权利要求9所述的热交换器，其特征在于，通过凸缘联接来连接多块堆叠的板(10)。

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