CN101443619A - 具有焊接热交换板的热交换器 - Google Patents

Abstract

一种具有焊接热交换板的热交换器包括已被压制成形的金属板(6，7)，该金属板(6，7)通过在两个相对侧进行焊接被成对装配，以形成叠加的模块元件(2)，该模块元件(2)界定出用于第一流体和第二流体的两个独立通路。模块元件(2)的两个金属板(6，7)在预设宽度(L)范围内彼此紧靠水平放置并沿此宽度通过焊接(12)被连接，用来确保装配的机械内聚力，并通过沿着板的外缘进行的另一焊接(13)来确保它们之间的密封。所述热交换板(6，7)的端部被焊接以使相对的连接部分形成交换区，该交换区自身安装在热交换器的四个角立柱上。

Description

具有焊接热交换板的热交换器

本发明涉及具有焊接热交换板的热交换器，其用于实现第一流体和第二流体之间的热交换。

主要通过同一发明人的欧洲专利EP 0639258 B1，已知紧凑结构的具有焊接的热交换板的热交换器，其商品名为“HEATEX”(注册商标)，该热交换器包括预先冲压的金属板，该金属板通过在两个相对侧进行焊接被成对装配，从而形成叠加的模块元件，该模块元件分别界定出用于第一流体和第二流体的两个独立通路。如此连接的所有板形成具有矩形水平截面的热交换区，总体上是平行六面体，其被装配至四个支柱或角立柱，所述支柱或角立柱属于所述热交换器的框架。叠加的模块元件的开口端通过互相并排放置被焊接在开口的边缘，开口位于热交换区的相对的垂直连接壁中。热交换器通过四个侧门关闭，所述侧门用螺钉拧在所述框架的立柱上并且可容易地卸下来，以进行维修。

具体而言，欧洲专利EP 0639258 B1提供了这样的方案，其消除了在一方面由所有叠加板构成的热交换区和另一方面的框架之间的膨胀应力差，所述应力由“角槽(gouttières d’angle)”引起，角槽被固定至前述的连接壁，并部分环绕框架的立柱，具有相对滑动的可能性。

由于这些设置，根据欧洲专利EP 0639258 B1的热交换器具有在温度性能方面的相对于以前已知的具有焊接板的热交换器的实施方式的有利特点，如在欧洲专利申请EP 0165179A和EP 0186592A中所描述的那些热交换器。

然而，根据欧洲专利EP 0639258 B1的具有焊接的热交换板的热交换器仍存在某些问题，因此需要完善，以在相当大的热机械应力下应用。

具体而言，当热交换区设定温度时，由于在工作时普遍存在的温度梯度，热交换板往往纵向膨胀，方向垂直于位于它们的端部的连接壁。通过F/S比，计算相应的膨胀应力，F是膨胀力，S是经受该应力的焊接截面。

当膨胀相当大时，应力也相当大，并且这可导致连接同一模块中的两个板的焊接断裂——断裂主要发生在热交换板和相邻的连接壁并排区域的高度的位置。

因此，通过降低膨胀力和/或增加焊接面，降低该位置的应力水平是合适的，以使其值在断裂阈值之下。

本发明的目的是提供对如欧洲专利EP 0639258 B1所述的具有焊接板的热交换器的改进，目的是增强其温度方面的性能，并显著防止在膨胀应力影响下的断裂风险。

因此，本发明的主题是上文考虑的类型的具有焊接热交换板的热交换器，也就是说，该热交换器包括预先冲压的金属板，该金属板通过在两个相对侧进行焊接被成对装配，以形成叠加的模块元件，该模块元件限定分别用于第一流体和第二流体的两个独立通路，所述热交换板的端部通过互相并排放置被焊接在开口的边缘，开口位于相对的连接壁中，所述连接壁垂直于所述板，形成大致平行六面体的热交换区，该热交换区被装配至四个支柱或角立柱，所述支柱或角立柱属于所述热交换器的框架，该热交换器的特征在于在该热交换器的待被组装的侧面上，组成每个模块元件的两个冲压的金属板的各侧面在预设宽度的范围内一个紧靠另一个进行平坦冲压；两个冲压的金属板通过第一焊接被连接在一起，所述第一焊接在所述宽度范围内形成并提供该装配的机械内聚力；两个冲压的金属板通过提供密封的第二焊接沿着它们的外缘被连接在一起。

因此，本发明用特定结构替代常见的两个冲压板的“边对边”的装配，该特定结构包括进行所述板之一甚至两个板的“压窝(soyage)”，以便两个板在预设的宽度内并列放置，所述宽度优选至少等于十五毫米，允许实现双重焊接。

第一焊接，其是点焊或激光焊或电弧焊，确保装配件的机械内聚力，即其抗压性。第二焊接，其有利地是“TIG”或“等离子”类型的焊接，对该第二焊接来说是简单地确保密封。因此，总焊接截面被大大增加，使得所述板的装配更牢固。

根据本发明的另一方面，所述具有焊接的热交换板的热交换器的框架的每个支柱或角立柱具有成斜角的内边缘，所相邻的连接壁被连接至所述支柱或角立柱的成斜角边缘的区域。

因此，当热交换板膨胀时，通过由支柱或角立柱的成斜角边缘释放出的空间中的弯曲，它们可带着连接壁一起弯曲，则连接壁则具有额外形变可能性。因此，通过连接壁可能的弯曲，膨胀应力大部分被吸收。

根据一个有利的附加设置，每个连接壁在其两个横向区包括波纹管样构造，用于所述连接壁连接至所述支柱或角立柱的所述成斜角边缘的区域。波纹管样构造，其可以每个都简单地由两个相反的折叠组成，它们一起形成一种正弦，如所需要的促进沿着与热交换板的纵向膨胀方向垂直的轴的膨胀。容易理解，支柱或角立柱的成斜角边缘提供了在此处所用的自由空间，不仅用于连接壁的弯曲，而且用于波纹管样构造的壳体和形变。

在任何情况下，在下列描述的帮助下，参考所附的示意图，本发明将得到更好的理解，所附的示意图表示例如该具有焊接的热交换板的热交换器的一个实施方式。

图1是分解图方式的局部示意图，其示出了本发明所述类型的热交换器的一般性装配原理。

图2是横截面图，其举例说明了在它们的侧面之一上装配这类交换器的板的当前方法。

图3是类似于图2的截面图，但举例说明了根据本发明的装配方法。

图4是穿过这类交换器的角区之一的截面图，并举例说明了在连接壁和支柱或角立柱之间进行连接的当前方法。

图5是类似于图4的截面图，但举例说明了根据本发明的连接方法。

图6是根据本发明的热交换器的水平截面图。

图7是立体图，其示出了图6的热交换器的底部细节。

参考图1，具有焊接热交换板的热交换器包括一系列总体上为正方形或矩形的模块元件2，其叠加在一起，且都装配在两个相对的矩形连接壁3之间，该连接壁3垂直于模块元件2。

这些模块元件2具有非常细长的截面，并且通过并排放置，它们的端部被焊接在排列于连接壁3中的平行开口4的边缘。

这些连接壁3本身沿着它们的纵向边缘(在这种情况下为垂直边缘)装配至支柱或角立柱5，该支柱或角立柱5的数目为4。支柱或角立柱5的底端和顶端分别被组装至底支架和顶支架，其在图1中未示出，以形成完整的总体上为平行六面体的形状的框架。

在该框架——框架侧面由未示出的门闭合——内部，所有的模块元件2形成热交换区，本身大致为平行六面体形，其限定出两个独立的流体通路，即由模块元件2组成的第一流体通路以及由位于这些模块元件2之间的空间形成的第二流体通路。还提供了用于如此形成的两个通路的进口管和出口管。

对于该类型的热交换器的更详细描述，参考前述的欧洲专利EP0639258 B1。

参考图2和3，每一个模块元件2由两个金属板6和7在两个相对面的装配产生，其中两个金属板的至少一个被预先进行冲压。

更特别地，图2阐述了两个板6和7在侧面之一上的装配方法(另一面以对称的方式制造)。在这种情况下，两个板6和7各自折叠45°，方向互相交叉，并且一个“TIG”类型的纵向焊缝8将两个板6和7沿着它们的边缘连接起来，使它们互相靠着。

在所阐述的实例(对于1.5mm厚的板)中，仍考虑模块元件2的一侧，在2×2.8mm×1.5mm或8.4mm²的截面内，将模块元件2的端部焊接装配至连接壁，并且该焊接装配在一点具有应力集中，与纵向焊缝8的水平同高。

图3阐述了本发明在这里提出的方案。在该情况下，板6之一在模块元件2的侧面的区域内保持平坦，而另一板7“压窝”制造，也就是说，它具有第一折叠9，例如45°，随后的第二折叠10，例如45°，但该第二折叠方向与前一个折叠相反，导致形成宽L的横向带11，平行于所讨论的板7的主平面。

通过宽L的横向带11，板7紧靠板6的横向区域进行平坦冲压。然后，两个板6和7通过第一焊接12以宽度L被连接在一起，所述第一焊接12可以是点焊或激光焊或电弧焊，确保装配件的机械强度。

通过第二焊接13将两个板6和7沿着它们的外边缘互相连接，该第二焊接13主要是“TIG”类型的焊接，在这种情况下，通过该类型焊接简单地确保密封。

有利地，在等于至少十五毫米的宽度L内，两个板6和7在模块元件2的横向区域内并排放置。

假设，该宽度L严格等于15mm，并且其它方面仍然相等，根据本发明的实施方式，在模块元件2的端部装配至连接壁时，焊接截面等于[(2×15)+5.6+4]×1.5或59.4mm²，而不是利用目前的装配方法获得的8.4mm²。因此，机械上强的焊接截面乘以7倍以上，换言之，增加600％以上。

图4在水平截面内描绘了热交换器的角区，示出了装配至连接壁3的模块元件2的一部分，以及属于热交换器的框架的支柱或角立柱5。更特别地，图4描述了在连接壁3和支柱或角立柱5之间的目前的连接方法，支柱或角立柱5具有通常的正方形截面。在这种情况下，该连接在两个点P1和P2处具有刚性——对抗箭头F的方向上热交换板的纵向自由膨胀的刚性。

图5阐述了本发明在这里提出的方案。后者由支柱或角立柱5的成斜角内边缘组成。更具体地，在至少十毫米的宽度范围内，对支柱或角立柱5的两个相邻面14和15进行45°的切削，以便形成斜面16，其本身释放出具有三角形截面的自由空间17。

因此，当模块元件2在箭头F的方向上膨胀时，它可以带相邻的连接壁3一起膨胀，相邻的连接壁3通过进入自由空间17而能够弯曲，第一刚性点P1被除去。因此，膨胀应力通过连接壁3的弯曲而被大大吸收。

此外，如也在图5中示出，连接壁3在每个横向区内通过波纹管样构造被连接至支柱或角立柱5，该波纹管样的构造由两个相反的折叠18和19形成，局部给予(见水平截面)正弦外观。该波纹管样的构造引入额外的柔性区，使得热交换区更容易——如果必要——沿着与箭头F的方向垂直的轴膨胀。

图6以及描绘了图6的细节的图7还举例说明了提供在热交换器的底部和顶部的附加设置，以允许热交换区在两相对侧的膨胀。在此例中，框架的底支架标记为20，各连接壁3底部的部分21不具有开口4并且在底支架20上水平折叠，该部分21与底支架20相连。在部分21上，纵向折叠22被形成，这使得能够在该位置吸收膨胀。自然，相似的设置被提供于热交换器的顶部。

应该注意到，根据本身已知的所有结构，上文描述的热交换器可以利用提供有凸起部或凹部网络的冲压板、或利用具有平行肋条或槽的冲压板、或者另外用提供有配合的装配块的光滑板同样地制造。这些热交换板可以由简单的金属片组成，例如由不锈钢制成。在具体的应用中，它们还可以是称为“夹层”金属片的金属片，其在一面用不锈钢支持层制成，厚度足以确保压力项，而另一面通过由贵金属或合金——尤其是镍基、钽基或锆基的金属——制造的薄层制成。将注意到，本发明的设置特别适于将这类“夹层”金属片装配在一起。具体而言，利用常规技术，在这类金属片的边对边焊接期间，由于迁移效应而存在熔融金属芯子过程中产生铁氧体的风险。于是，腐蚀风险相当大，所得到的焊接不具有贵金属的特征。另一方面，在该情况下，通过应用本发明的技术，如图3所述，利用“夹层”类型的金属片6和7，贵金属层从不锈钢支持层凸出，一方面能够产生点焊12，确保装配件的结合，而另一方面能够产生“TIG”类型的密封焊接13，仅仅通过从各自的不锈钢支持层凸出的两层贵金属或合金层之间的重叠进行焊接而已。

根据本发明产生的、具有焊接的热交换板的热交换器可在各个领域中发现工业应用：化学和药物工业、农业综合工业、暖气设备等。

不言自明，并且从上文可见，本发明不仅限于上文已经描述的热交换器的实施方式；相反，它包括遵守相同原理的所有实施方式和应用变化。以这种方式，使用者进行如下行为将尤其不会背离本发明：

-制造所有形状和尺寸的热交换板，尤其是具有总体上为正方形或矩形并由所有可焊接的材料制成；

-利用所有合适的方法，进行这些板的焊接，无论它们是第一焊接或第二焊接，例如利用“等离子”法进行第二焊接；

-改变连接壁与框架的立柱或支柱之连接，连接壁不必须被焊接至框架，但也能够被焊接至中间部件，中间部件本身围绕立柱应用，其在所述成斜角边缘和所述斜面相邻的面上移动并且其可以从下一个面凸出；

-使用根据本申请的垂直位置而非水平位置的热交换器，词语“立柱”和“支柱”在该情况下具有纯结构性的含义，而不意味着垂直方向。

Claims (9)

1.具有焊接热交换板的热交换器，其包括预先冲压的金属板(6，7)，该金属板(6，7)通过在两个相对侧进行焊接被成对装配，以形成叠加的模块元件(2)，该模块元件(2)限定出分别用于第一流体和第二流体的两个独立通路，所述热交换板(6，7)的端部通过互相并排放置被焊接在开口(4)的边缘，该开口(4)设置于与所述热交换板垂直的相对的连接壁(3)中，以形成大体上平行六面体的热交换区，该热交换区被装配至属于所述热交换器的框架的四个支柱或角立柱(5)上，所述热交换器的特征在于，组成各模块元件(2)的所述冲压的金属板(6，7)在预设宽度(L)范围内一个板紧靠另一个板进行平坦冲压；所述金属板(6，7)通过第一焊接(12)被连接在一起，该第一焊接在所述宽度(L)范围内形成并提供该装配的机械内聚力；及所述金属板(6，7)通过提供密封的第二焊接(13)沿着所述板的外缘被连接在一起。

2.如权利要求1所述的具有焊接热交换板的热交换器，其特征在于，所述两个板(6，7)在至少等于十五毫米的预设宽度(L)范围内并排放置。

3.如权利要求1或2所述的具有焊接的热交换板的热交换器，其特征在于，所述第一焊接(12)是点焊接或激光焊接或电弧焊接。

4.如权利要求1至3任一项所述的具有焊接热交换板的热交换器，其特征在于，所述第二焊接(13)是“TIG”或“等离子”类型的焊接。

5.如权利要求1至4任一项所述的具有焊接热交换板的热交换器，其特征在于，所述框架的每个支柱或角立柱(5)具有成斜角的内边缘(16)，所相邻的连接壁(3)被连接至所述支柱或角立柱(5)的所述成斜角的内边缘(16)的区域中。

6.如权利要求5所述的具有焊接热交换板的热交换器，其特征在于，在至少十毫米的宽度范围内，通过对两个相邻面(14，15)进行45°的切削，形成各支柱或角立柱(5)上的斜面(16)。

7.如权利要求5或6所述的具有焊接热交换板的热交换器，其特征在于，每个连接壁(3)在两个横向区包括波纹管样构造(18，19)，用于使所述连接壁(3)连接至所述支柱或角立柱(5)的所述成斜角的边缘(16)的区域中。

8.如权利要求7所述的具有焊接热交换板的热交换器，其特征在于，所述连接壁(3)的波纹管样构造各由两个相反的折叠(18，19)组成，所述两个相反的折叠(18，19)共同形成一种正弦。

9.如权利要求1至8任一项所述的具有焊接热交换板的热交换器，其特征在于，所述热交换板(6，7)由“夹层”金属片组成，所述“夹层”金属片的一面用不锈钢支持层制成，另一面由薄的贵金属或合金制成，密封焊接(13)仅仅通过在从各自的不锈钢支持层凸出的两层贵金属或合金层之间的重叠进行。

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