CN101726202A - 板式热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种板式热交换器(10)，特别是钎焊铝板热交换器，具有热交换部分(12)，其包括两个或更多个第一通道(14a)和两个或更多个第二通道(14b)，第一流体可以流过第一通道且第二流体可以流过第二通道，在这样的方式下在第一流体和第二流体之间发生热交换。为了减少热交换部分(12)内的热应力，热交换部分(12)包括至少一个无流体流过的层(30)，其布置在流体可以流过的两个通道(14a、14b)之间。

Description

板式热交换器
技术领域
本发明涉及板式热交换器，具体涉及钎焊铝板热交换器。
背景技术
板式热交换器的热交换部分通常由两个或更多的热交换通道层构成，它们相互之间由分隔板各自划界。封闭条和盖板形成热交换部分的外部框架，热交换部分通常也称为热交换块。在层里提供分开条，该分开条将用于不同流体流的热交换通道相互分开。
将开始时由松散部件构成的热交换块焊接在钎焊炉中，以便所有的部件以密封方式结合在一起。然后，将集管焊接在热交换通道的入口和出口上，这些集管均设有流体连接头。通常将半圆柱形壳用作集管；由连接件来形成流体连接头，连接件布置在集管的半圆柱材料中。用于进出流体流的导管连接到这些管状的连接件。
通过分开条的合适布置，可以设计适于多个流体流同时进行热交换的板式热交换器。然后，在热交换通道的各个入口和出口上安装用于每个流体流的对应集管，并给该集管提供导管。
例如，在ALPEMA(钎焊铝制板翅式换热器制造商协会)标准里详细描述了这样的板式热交换器的基本结构。
因为流体在不同的温度下流过板式热交换器，且流过热交换通道的流体自身在空间和时间上具有不同的温度分布，热交换块的不同部位或部分具有不同的温度。这些不同的温度反过来在热交换块中引起热应力。在热交换部分中的温度梯度越大，也将会导致越大的热应力，这增加了泄漏的风险。通常，在热交换部分中的非均匀性进一步增加了热应力。
因此，申请人已经在EP 1 798 508 A1和EP 1 830 149 A1的申请中提出了制造板式热交换器的方法，其中为了计算在其操作期间热交换块内的热应力，进行了三维数字模拟。
在很多过程中，例如LNG过程(如自然的气体液化或蒸发)，迄今为止为了遵循热交换器热应力所建议的限制值，只能使用极复杂的装置。
发明内容
本发明的目的是提供改进的板式热交换器，其中在板式热交换器的热交换部分中减小了热应力。
本发明的目的由具有权利要求1特征的板式热交换器实现。本发明的优选实施例和进一步的发展构成了从属权利要求的主题。
本发明的板式热交换器具有热交换部分，该热交换部分包括两个或更多个第一通道和两个或更多个第二通道，第一流体流过第一通道且第二流体流过第二通道，在这样的方式下在第一流体和第二流体之间发生热交换。另外，热交换部分包括至少一个无流体流过的层，其布置在流体流过的两个通道之间。
在根据本发明的板式热交换器的热交换部分中，至少布置一个无流体流过或无流体能够流过的层，也就是，其是不活动的。在流体流过的通道之间的合适点处布置这样的不活动层，减少了热交换部分中的温度梯度且因此减少了其中的热应力。结果，在流体流之间可以允许大的温度差而不增加泄漏的风险。
对板式热交换器的与在板式热交换器热交换部分产生热应力相关的改善，是根据本发明通过非常简单的结构措施来实现的。在热交换通道之间布置无流体流过的层，并不改变板式热交换器的基本结构且相应地不要求其他部件的任何进一步适应。
特别地，该“板式热交换器”是在至少两个流体流之间间接交换热的钎焊铝板热交换器。
应当明白，术语“热交换部分”或“热交换块”表示预制为已经包括加热通道和冷却通道范畴的板式热交换器的一部分。术语“加热通道”和“冷却通道”涉及为各自的热交换设计的通常操作。在通常操作中，流过加热通道的第一流体吸收热，而流过冷却通道的第二流体耗散热。自然地本发明也包括冷凝器和蒸发器。在蒸发器的情况下，“加热通道”表现为蒸发通道的形式，而在冷凝器的情况下，“冷却通道”表现为液化通道的形式。
在本发明的一个实施例中，将至少一个无流体流过的层布置在流体流过的两组两个或更多个通道之间。流体可以流过的两个或更多个通道的这些组均包括至少一个第一通道和至少一个第二通道。另外，例如，流体可以流过的两个或更多个通道的这些组由热交换部分中的单独的通道组件形成，或由单独的热交换部分形成，例如其以模块的方式结合在一起。
例如，无流体流过的这些层可以采取闭合腔的形式。可替代地，无流体流过的这些层也可以采取固体层的整个或一部分的形式。特别是在前一种变形的情况下，在无流体流过的这些层中提供加固元件，为此，在优选实施例中，可以使用同样布置在流体流过的层中的热交换仿形件。
在本发明的进一步发展中，至少一个无流体流过的层的高度尺寸(横向于流动方向的尺寸)对应流体流过的通道中的最多一个高度尺寸。在可选择的实施例中，至少一个无流体流过的层的高度尺寸(横向于流动方向的尺寸)对应流体流过的通道中的至少一个高度尺寸。流体可以流过的通道与无流体流过的通道之间的尺寸比例和数值比例，由本领域技术人员根据板式热交换器处于通常操作时的流体流温度以及热交换部分的强度来适当地选择。
例如，流体可以流过的通道的高度尺寸可以限定为第一通道的高度尺寸、第二通道的高度尺寸、两个通道的平均高度尺寸、两个通道中的较大高度尺寸或两个通道中的较小高度尺寸。
在本发明的优选实施例中，热交换部分包括多个组，该组具有流体可以流过的两个或更多个通道，在每一种情况下，在组之间布置有至少一个无流体流过的层。
附图说明
本发明的以上所述和更多特征和优点由下述参考附图对优选示例性实施例的详细描述来揭示，其中：
图1是根据本发明的板式热交换器的示意立体图，部分地省略了盖板和附属装置。
图2是图1板式热交换器热交换部分中的通道布置的示意性截面表示。
具体实施方式
图1是根据本发明的板式热交换器10(特别是钎焊铝板热交换器)的立体图。该板式热交换器10具有中央热交换部分(也称为热交换块12)，例如，该热交换部分具有如下的尺寸：长大约为6米(在图1的顶部-底部方向范围)并且在每一情况下，宽和高大约为1.2米。
在该热交换部分12的内部提供有多个热交换通道14(加热通道，冷却通道)。这些热交换通道14由分隔板16和热交换仿形件18(例如肋板或波纹板、翅片)或分配器仿形件20的交替层形成。示例性实施例的板式热交换器10采用两流热交换器的形式，也即是说，其在平行于流体流动的方向交替的包括第一通道14a和第二通道14b，第一流体流过第一通道14a，第二流体流过第二通道14b。
但是，本发明不仅仅限于两流热交换器。非常普遍地，本发明的板式热交换器包含n个不同的通道(n≥2)，其中n条流体流输送通过n个不同的通道，以在n条流体流之间交换热量。
分隔板16和仿形件18、20都是由铝制造。热交换部分12的外部通道14由铝制的盖板22覆盖，该盖板22平行于通道14和分隔板16。
在热交换部分12的侧上，分配器仿形件20包括分配器仿形件接入点24，各流体可被引导通过该接入点24而进入相关通道14并再次从此处移开。分配器仿形件20由集管26(也称为分配器/收集器)覆盖，在示例性实施例中各个集管26是半圆柱状且包括连接件28。为了将流体流通过集管26传送进入通道14或传送出通道14，连接件28结合到对应的导管(未示出)。
常规地，通过将钎焊金属应用到分隔板16的表面然后交替地堆叠分隔板16、和仿形板18、仿形板20来制造热交换部分12。盖板22覆盖该堆叠件。然后通过在合适的钎焊炉中加热来钎焊该堆叠件。最后，集管26钎焊或焊接到该堆叠件的合适点上。
如由图2的例子所示，板式热交换器10的热交换部分12包括第一通道14a和第二通道14b，第一流体流过第一通道14a，第二流体流过第二通道14b。例如，在每一种情况下，这些第一通道14a和第二通道14b布置在两个或更多个第一和第二通道14的组件中(图2的示例性实施例中，两个第一通道14a和两个第二通道14b)。在每一种情况下，在第一通道14a和第二通道14b的这些组件之间布置有无流体流过的层30，也就是说，其是不活动的。
例如，无流体流过的这些层30采用腔或实心层(solid 1ayer)的整个或一部分的形式。为了增加稳定性，额外给无流体流过的层30提供加固元件或仿形件将是有利的。这些加固元件可以有利的包括在任何情况下板式热交换器所需要的热交换仿形件，这些热交换仿形件插入到流体流可以流过的层14中。
将这样的不活动层插入到流体流过的通道14a和14b之间，在板式热交换器10处于通常操作时，减少了热交换部分12中的温度梯度且因此减少了热应力。所以，在通过热交换部分12的流体流之间允许更大的温度差，且没有由于热应力而泄漏的风险。
在图2中，在每一种情况下，组件由两个第一通道14a和两个第二通道14b放在一起形成。当然，本发明不限于此实施例。任何期望数目的流体流过的通道14原则上可放在一起，不活动层30布置在这些通道14之间。而且，通道14组件也可以包括不同数目的第一通道14a和第二通道14b。
在图2中，在每一种情况下，精确地说，一个无流体流过的层30布置在通道组件之间。当然，本发明不限于此实施例。在流体流过的通道14组件之间也可以选择性地使用两个或更多的不活动层30。
在图2中，无流体流过的层30插入到流体流过的第一通道14a和第二通道14b构成的组件之间。但是，本发明不限于此实施例。例如，不活动层30也可以布置在两个热交换部分12的流体流过的通道14之间，两个热交换部分12以模块化的方式结合在一起。
在图2中，第一通道14a和第二通道14b具有基本上相同的横截面面积和形状。当然，本发明不仅仅限于此实施例。原则上，也可以使用不同尺寸和/或形状的通道14。
在图2中，如同流体可以流过的第一通道和第二通道14，无流体流过的层30具有基本上相同的横截面形状和高度尺寸(横向于流动方向的尺寸)。但是，本发明不仅仅限于此实施例。可替代地，不活动层30也可以具有与流体流过的通道14不同的横截面形状。另外，不活动层30也可以选择性地具有比流体流过的通道14的高度尺寸更大或更小的高度尺寸。不活动层30的横截面形状、高度尺寸和数目的选择，特别是其与流体流过的通道14的对应尺寸的比例，均依赖于当板式热交换器在通常操作时通过第一通道14a和第二通道14b的流体流之间的温度差，以及热交换部分12的强度。
例如，流体流过的通道14的高度尺寸可以限定为第一通道14a的高度尺寸、第二通道14b的高度尺寸、两个通道14a和14b的平均高度尺寸、两个通道14a和14b中的较大高度尺寸或两个通道14a和14b中的较小高度尺寸。例如，如果第一通道14a自身中也具有不同的高度尺寸，那么其平均值确定为高度尺寸。当然，如果板式热交换器包括大于两个的流体流过的通道14，也可以应用相似的考虑。
例如，流体流过的通道14和无流体流过的层30二者的高度尺寸典型值在大约2mm到15mm的范围内，更优选地大约从3mm到10mm。
为了预防，应该注意，在本发明板式热交换器10的无流体流过的层30与常规的板式热交换器的该种不活动的层之间必须做一个区别，后者在板式热交换器制造的钎焊过程期间产生在其边缘区域处，或为了使集管被安装而被要求作为底焊。

Claims (8)

1.一种具有热交换部分(12)的板式热交换器(10)，热交换部分(12)包括两个或更多个第一通道(14a)以及两个或更多个第二通道(14b)，第一流体可以流过第一通道且第二流体可以流过第二通道，以使在第一流体和第二流体之间发生热交换，其特征在于：
热交换部分(12)包括至少一个无流体流过的层(30)，该层布置在流体可以流过的两个通道(14a、14b)之间。
2.根据权利要求1所述的板式热交换器，其特征在于，所述至少一个无流体流过的层(30)布置在两组之间，每一组具有流体可以流过的两个或更多个通道(14a、14b)。
3.根据权利要求1或2所述的板式热交换器，其特征在于，所述至少一个无流体流过的层(30)采取闭合腔的形式。
4.根据权利要求1或2所述的板式热交换器，其特征在于，所述至少一个无流体流过的层(30)采取实心层的至少一部分的形式。
5.根据权利要求3或4所述的板式热交换器，其特征在于，在所述至少一个无流体流过的层(30)中提供至少一个加固元件。
6.根据权利要求1到5之一所述的板式热交换器，其特征在于，所述至少一个无流体流过的层(30)的高度尺寸最多对应于流体可以流过的通道(14a、14b)的一个高度尺寸。
7.根据权利要求1到5之一所述的板式热交换器，其特征在于，所述至少一个无流体流过的层(30)的高度尺寸对应于流体可以流过的通道(14a、14b)的至少一个高度尺寸。
8.根据上述权利要求之一所述的板式热交换器，其特征在于，热交换部分包括多个组，每个组具有流体可以流过的两个或更多个通道(14a、14b)，在组与组之间均布置有所述至少一个无流体流过的层(30)。
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