CN101484771B - 板式换热器、用于板式换热器的板和垫片 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于板式换热器(1)的换热器板(3)，其中换热器板(3)包括有数个端口(8、9、10、11)，分配区(12)，传热区(13)，第一绝热区(14)，第二绝热区(15)以及在端口(8、9、10、11)和上述区域(12、13、14、15)外延伸的边缘区(16)，其中换热器板(3)包括有在上述区域(12、13、14、15)外并围绕端口(8、9、10、11)延伸的第一垫片槽(20)，以及于绝热区(15)和相邻分配区(12)间延伸的第二垫片槽(22)其中垫片槽(20、22)连接在一起以收容用于密封板式换热器(1)的相邻换热器板(3)的垫片(19)。本发明还涉及一种用于本发明换热器板(3)的垫片(19)以及一种包括有一组(2)换热器板(3)和本发明涉及的垫片(19)的板式换热器(1)。

Description

板式换热器、用于板式换热器的板和垫片
【技术领域】
本发明涉及一种板式换热器的换热器板。本发明还涉及一种换热器板的垫片以及一种包括本发明涉及的换热器板和垫片的板式换热器。
【背景技术】
设有垫片的板式换热器通常包括有一组数个彼此相邻设置的换热器板。垫片设置于两换热器板之间，或是板固定的连接在一起，例如，通过锡焊。换热器板也可以固定成对连接形成所谓的盒子(cassette)，例如，通过焊接，并于盒子之间设置垫片。垫片容纳于在换热器板压制成形过程中形成的垫片槽中。板式换热器还包括有对应于两个或多个介质的贯穿换热板组的入口和出口端口。
换热器板通常是通过金属片的压制成形制作，其设置于板区中的方式，使得其形成连接第一入口端口和第一出口端口的第一板中间部，以及连接第二入口端口和第二出口端口的第二板中间部。第一、第二板中间部交替设置于板组中。
用于板式换热器的换热器板在设计中要满足压制过程中的板边缘收缩。使用的压制方法叫做拉伸压制法，换热器板原料通过拉伸形成换热器板的形状。由于在换热器板的边缘没有比发生于工具与板之间的摩擦力更大的力来抵制和防止材料收缩，因此在换热器板的边缘会发生较大的收缩。收缩幅度由数个因素决定，例如，原料特性，板的厚度，工具材料，润滑，压制深度以及形成的形状。
换热器板的形状根据区域或表面的不同功效而变化，即液体分配区域、传热区域、绝热区域等等。换热器板边缘的形状因此会沿着换热器板的长边变化，这也意味着压制过程中发生的收缩也会沿着换热器板的边缘改变。最大的收缩发生在具有并行延伸的长山脊形状和山谷形状形状的换热器板边缘处。此形状主要设置于绝热区以使得流体以尽可能小的热阻通过，因为这些区域不应发生热交换。这样，收缩的程度对于沿着换热器板长边设置的垫片槽的位置是至关重要的。这也就使得垫片槽的位置较远的离开传热区的边缘成为必需。这是因为，由于传热区的形状通常包括有由山脊和山谷形状形成的相对于板边缘的纵向方向形成角度的鱼骨形状，因此沿传热区的收缩通常是不均衡的，而这样的形状可以较好的抵消压制过程中的边缘收缩问题。而由此产生的不利之处在于，如果垫片槽对应于沿着传热区的收缩定位，由于收缩变得较小，那么换热器板的传热区就要做的比原来的小。这样，单个换热器板的换热能力也就相应的变小，以至于需要更多的换热器板来达成热交换功效。
【发明内容】
本发明的目的在于防止或是至少减少上述缺点，并且提供一种具有垫片和垫片槽的换热器板的较好方案。特别是，一种新的和更好的换热器板和垫片，其可以最适度的利用换热器板的传热区，使得其可在预定数量的换热器板下，实现更好的板式热交换器的功效。
该目的由介绍中指出的本发明涉及的板式热交换器的热交换器板所实现，其特征在于其位于沿绝热区的第一区域的垫片槽到换热器板纵向方向中心线的距离小于其位于沿传热区的第二区域的垫片槽到热交换器板中心线的距离。
本发明使得提供一种具有较大比例板表面进行传热的换热器板成为可能。
依据本发明的一个实施例，垫片槽，于朝向传热区第一区域的末端处，与第二垫片槽于一点处连接，该点将第二垫片槽分为于中心线和该点之间延伸的第一段，以及于该点和垫片槽第二区域的末端间延伸的第二段。
依据本发明的又一个实施例，两换热器板成对固定连接在一起形成一个盒子。优选的，盒子通过焊接连接在一起。垫片优选设置于盒子之间。
该目的也可以通过介绍中指出的垫片实现，其特征在于其包括有容纳于第一垫片槽的第一垫片部，以及容纳于第二垫片槽的第二垫片部，其中第一垫片部沿绝热区的第一段到换热器板纵向中心线的距离小于第一垫片部沿传热区的第二段到换热器板中心线的距离。
依据本发明的一个实施例，第一垫片部，在朝向传热区的第一段的末端处，与第二垫片部在一点处连接，该点将垫片部分为于中心线和该点之间延伸的第一段，以及于该点和垫片部第二段的末端间延伸的第二段。
依据本发明的又一实施例，第一段的第一垫片部包括有用于检测泄漏的凹槽。垫片优选的由橡胶或聚合物材料制造。
本发明的又一目的由一种包括有本发明涉及的换热器板和垫片的换热器实现。
本发明使得生产具有增强功效的换热器成为可能。在减少板的数量的同时可保持同等性能，获得材料成本和空间上的双节省。由于很多应用，例如，那些用于腐蚀介质的应用，涉及到昂贵的材料，传热性能以及由此产生的换热器板的数量对于成本具有决定性的意义。包括最多一千个换热器板的板式换热器是寻常的，这也意味着本发明换热器板和板式换热器的即使一个微小的性能改进，也可能对效益产生重大的影响。
【附图说明】
以下通过结合附图描述的不同实施例对本发明做进一步的说明。
图1为板式热交换器的侧视图。
图2为图1所示的板式热交换器的俯视图。
图3为图1所示的板式热交换器的换热器板的示意图。
图4为本发明涉及的板式热交换器的板组沿1-1线的剖视图。
图5为图1所示的板式热交换器的热交换器板设置有垫片的示意图。
图6为本发明涉及的热交换器板的示意图。
图7为本发明涉及的设置有垫片的热交换器板的示意图。
【具体实施方式】
图1与图2描述了一种板式换热器1，其包括有于其内设置有数个彼此相邻设置的换热器板3的板组2。板组2设置于可分别由框架板和压力板构成的两侧板4、5之间。侧板4、5贴附于板组2上并通过贯穿其的紧固螺栓6相互顶靠。紧固螺栓6设有螺旋线，因此板组2可通过螺母7紧固于紧固螺栓6上。当然，紧固螺栓6的数量在不同实施例中可不同。
实施例中描述的板式换热器1包括有用于第一介质的第一入口端口8和第一出口端口9，以及用于第二介质的第二入口端口10和第二出口端口11。入口端口和出口端口8～11延伸穿过侧板4和板组2。当然，进口端口和出口端口也可设置于板式热交换器的两侧。
图3描述了一种由金属片压制成形制造的换热器板，例如，不锈钢，金属钛，或其它适用于本发明的材料。换热器板3还进一步包括有上分配区12和下分配区14以及位于它们之间的传热区13。所谓的第一绝热区14设置于端口8、9处，第二绝热区15设置于端口10、11处。端口8～11和区域12、13、14、15外还设置有边缘区16并环绕这些区域。
实施例中描述的换热器板包括有4个端口8～11延伸穿过换热器板并位于边缘区16内。端口8～11通常位于各自相邻的换热器板的角落区域，但是端口8～11的其它布置方式也在本发明的范围之内。
如图4所示，换热器板3设置于板组2中的方式形成了连接第一入口端口8和出口端口9的第一板中间空间17，以及连接第二入口端口10和出口端口11的第二板中间空间18。第一、第二板中间空间17、18交替设置于板组2内。板中间空间17、18的分隔可以是通过垫片沿于换热器板限形压缩过程中形成的垫片槽延伸实现。
如图3所示的换热器板3的垫片槽包括有于边缘区16沿换热器板边缘21延伸并围绕传热区13、分配区12、第一、第二绝热区14、15以及端口8～11的第一垫片槽20。可如图3所示，第二垫片槽于第二绝热区15和其相邻的分配区12之间斜向延伸。为了最大限度的利用传热区13，最好是尽可能的将垫片槽20的位置靠近换热器板边缘21。但是，有一个限制因素就是，边缘区16由于强度的问题而设置的具有的山脊和山谷形状的成波浪起伏形状所形成的所谓突边，占据了边缘区16的一定最小限度表面。因此，板边缘21到垫片槽20之间就具有了一定最小限度距离。
全部上述区域12～15均具有山脊和山谷状起伏形状。各区域的形状可能依据各自的不同功效而变化，即其因为是分配区12，传热区13，还是绝热区14、15而不同。
分配区12的功效在于均匀的沿换热器板的宽边分配流体并同时尽可能的减少流阻。数个形状可适用于此区域，在实施例描述中的分配区12设置有一个在GB-A 1357282专利申请中揭示的所谓的巧克力形状。
实施例中描述的传热区13设置有一个常规的由山脊和山谷形状构成的所谓的鱼骨形状，板组2中彼此相邻设置的换热器板上相互交叉的山脊和山谷形状形成角度以最大限度的进行传热。
于端口8～11和分配区之间设置的绝热区14、15根据它们是位于介质流经的侧边14还是用于密封所谓的漏泄空间的侧边15的不同，而具有不同的功效。绝热区14的功效是在端口8、9和分配区12间以尽可能小的阻力传输液体。因此绝热区内不会发生热交换。如图5所示，绝热区15的功效是作为泄漏空间，也就意味通过位于绝热区15的垫片19处泄漏出的液体会在泄漏空间内累积并通过泄漏槽23离开板式换热器1。这样，使得检测泄漏变得容易，由于从换热器外部来看泄漏将清晰可见。
如图4所示，绝热区14的起伏形状包括有平行的沿着换热器板外缘延伸的山脊24和山谷形状25。事实上，当两换热器板3相互抵靠设置时，由于山谷形状25的底面宽度大于山脊形状24的顶面宽度，使得板中间空间17的管道17A具有较大容积，用于容纳绝热区14的介质。构成泄漏空间的绝热区15包括有数个山脊26和山谷形状27。山谷形状27的底面宽度小于山脊形状26的顶面宽度，这就使得，当两换热器板3相互抵靠设置时，作为排出流过垫片19的泄漏物的板中间空间18的管道18A的构形的容积小于板中间空间17的管道17A。
如图5、6及7所示，如上所述，边缘21内的形状将沿换热器板3长边变化，这也就意味着压制成形过程中产生的收缩也会沿换热器板长边的边缘变化。收缩的幅度由数个因素决定，例如原料品质，板的厚度，工具材料，润滑，压制深度以及形成的形状。最大幅度的收缩发生在绝热区14、15的沿板边缘21平行延伸的山脊形状24、26和山谷形状25、27处。传热区13的十字纹形状或是鱼骨形状以及分配区12的巧克力形状不会导致如此大幅度的收缩，因为这些形状相对于绝热区14、15具有的很大程度的沿板边缘21平行延伸的起伏形状具有较大的抗收缩能力。在换热器板的制造过程中，在绝热区14、15，对抗金属片收缩的主要是发生在工具与板之间的摩擦力。
为保证适应绝热区14、15的收缩幅度不会成为对于垫片槽沿整个板的长边的定位以及因此导致的垫片槽不必要的远离沿收缩幅度不大的传热区13的边缘定位的决定性因素，如图6所示，本发明使得垫片槽20在沿绝热区15的区域20A与换热器板3纵向中心线的距离L小于沿传热区13的区域20B与换热器板3中心线的距离L。
在本发明的第二实施例中，垫片槽20，在朝向传热区13的区域20A的末端20A′，与第二垫片槽22在点P1处连接，点P1将垫片槽22分为在中心线L与点P1间延伸的第一区域22A以及在点P1与垫片槽20的区域20B的末端22B间延伸的第二区域22B。
将垫片槽沿绝热区15的区域在换热器板3上稍微较远的定位，靠近中心线L，使得满足沿这一边缘区域存在的较大收缩成为可能。优点在于，如果对应于沿绝热区15的收缩的区域20B的垫片槽20到中心线L的距离与垫片槽20A一样，板的传热区13就可以制备的比预计的大。板3以及板式换热器的性能因此变大并且使用较少数量的板即可达成预定效果。结果使得原料成本极大节省。
在本发明的第三实施例中，两换热器板配对固定的连接在一起形成一个板组，例如，通过焊接。垫片19设置于相邻的板组之间。
如上所述，在组装板式换热器1之前，垫片19会被设置于两相邻换热器板3之间，或是两板组之间，并且，可以如图5和7所示，垫片19的形状和长度基本上适合垫片槽20、22。制造垫片的材料通常是橡胶或多聚物材料。
如本发明第一实施例中的垫片，其包括有用于容纳于垫片槽20的第一垫片部28和用于容纳于垫片槽22的第二垫片部29。垫片部28的沿绝热区15的段28A到换热器板纵向中心线L的距离小于第一垫片部28的沿传热区13的段28B到换热器板中心线L的距离。
如又一实施例中，垫片部28，在朝向传热区13的段28A的末端28A′处，与第二垫片部于点P2连接，点P2将垫片部29分为于中心线L和点P2间延伸的第一段29A和于点P2和垫片槽28的段28B的末端28B′间延伸的第二段29B。
为了能够将泄漏介质从传热区13通过绝热区15传输到换热器1外并因此发现泄漏，又一实施例中的垫片于沿绝热区15的垫片部28的段28A处设有凹槽23。
本发明的板式换热器1包括有一组换热器板3和数个本发明的垫片19。在组装实施例中描述的板式换热器的过程中，每第二个换热器板会围绕垂直于板表面的轴线旋转180°。之后，具有关联垫片19的换热器板3会被压在一起以形成预设的第一、第二板中间空间17、18。在板组2中，第一介质可通过第一入口端口8进入，经过第一板中间空间，由第一出口端口排出。第二介质可通过第二入口端口10进入，经过第二板中间空间，由第二出口端口11排出。这两种介质可以相同的方向或是彼此相反的方向引入。
由于垫片部29在板组内的相临换热器板上没有配对物，所以，就会有倾向滑动的风险。根据本发明，垫片部28A于连接垫片部29的点P2处的末端28A′处设置额外的支撑部可减小滑动的风险以及随之而来的于垫片处的泄漏。
这里未揭示的本发明的其他实施例，也可能会落在权利要求所指出的本发明的范围内。

Claims (10)

1.一种用于板式换热器(1)的换热器板(3)，其中，所述换热器板(3)包括有数个端口(8、9、10、11)、分配区(12)、传热区(13)、第一绝热区(14)、第二绝热区(15)以及在所述端口(8、9、10、11)和所述分配区、所述传热区、所述第一绝热区及第二绝热区外延伸的边缘区(16)，其中，所述换热器板(3)包括有于所述边缘区(16)在所述分配区、所述传热区、所述第一绝热区及第二绝热区外并围绕端口(8、9、10、11)延伸的第一垫片槽(20)，以及于所述第二绝热区(15)和相邻分配区(12)之间延伸的第二垫片槽(22)，其中，所述第一垫片槽和第二垫片槽(20、22)连接在一起，以容纳用于密封邻接在所述板式换热器(1)中的相邻换热器板(3)上的垫片(19)，其特征在于，沿所述第二绝热区(15)在第一区域(20A)中的第一垫片槽(20)定位为离所述换热器板(3)的纵向的中心线(L)的距离小于沿所述传热区(13)在第二区域(20B)中的第一垫片槽(20)到所述换热器板中心线(L)的距离。
2.如权利要求1所述的换热器板，其特征在于，所述第一垫片槽(20)，于朝向所述传热区(13)的所述第一区域(20A)的末端(20A’)处，与所述第二垫片槽于点(P1)处连接，该点(P1)将所述第二垫片槽(22)分为第一段(22A)和第二段(22B)，其中，所述第一段(22A)在所述中心线(L)与该点(P1)之间延伸，所述第二段(22B)于所述第二区域(20B)的末端(20B’)在该点(P1)与所述第一垫片槽(20)之间延伸。
3.如权利要求1或2中的任意一项权利要求所述的换热器板，其特征在于，两换热器板(3)成对地固定连接在一起，以形成盒子。
4.如权利要求3所述的换热器板，其特征在于，在所述盒子之间设置有垫片(19)，用以密封邻接所述板式换热器(1)中的相邻盒子。
5.如权利要求3所述的换热器板，其特征在于，所述换热器板通过焊接成对地连接在一起，以形成盒子。
6.一种垫片(19)，用于如权利要求1-5中任何一项权利要求所述的换热器板(3)，其特征在于，所述垫片(19)包括容纳于所述第一垫片槽(20)中的第一垫片部(28)，以及容纳于所述第二垫片槽(22)中的第二垫片部(29)，其中，沿所述第二绝热区(15)在第一段(28A)中的第一垫片部(28)从所述换热器板(3)的纵向的中心线(L)延伸的距离小于沿所述传热区(13)在第二段(28B)中的第一垫片部(28)到所述换热器板中心线(L)的距离。
7.如权利要求6所述的垫片(19)，其特征在于，所述第一垫片部(28)，在朝向所述传热区(13)的所述第一段(28A)的末端(28A’)处，与所述第二垫片部(29)在点(P2)处连接，该点(P2)将所述第二垫片部(29)分为第一分段(29A)和第二分段(29B)，其中，所述第一分段(29A)于所述中心线(L)和该点(P2)之间延伸，所述第二分段(29B)于所述第二段(28B)的末端(28B’)在该点(P2)和所述第一垫片部(28)之间延伸。
8.如权利要求6和7中任何一项权利要求所述的垫片(19)，其特征在于，所述第一段(28A)中的第一垫片部(28)包括有用于检测泄漏的凹槽(23)。
9.如权利要求6-7中任何一项权利要求所述的垫片(19)，其特征在于，所述垫片(19)由橡胶或聚合物材料制造。
10.一种板式换热器(1)，包括如权利要求1-5中任何一项权利要求所述的换热器板(3)的板组(2)，以及如权利要求6-9中任何一项权利要求所述的垫片(19)。
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