CN101839657B - 一种板腔式换热器 - Google Patents

Abstract

一种板腔式换热器，设有若干夹在两压紧板(1)之间的换热单元，各换热单元分别设有两块相对设置、横截面呈波形的波板(3)，两波板相背的一面分别与对应侧的水板(2)相对，水板在其与波板相对的板面上设有若干与纵向波板波槽(31)方向相互垂直的横向水板波槽(21)，并设有若干纵向的承压条(22)，各承压条分别与波板波槽的波谷部位相对应，两水板之间设有一腔框(4)，腔框的边框前后两侧分别嵌入对应侧的水板(2，6)，并分别通过边框将对应侧的波板(3)周边向所对的水板密封压紧，本发明可提高换热器的承压能力、降低对换热波板的承压要求，工质腔体尺寸可按需设计并通过加大载热流道截面克服杂质堵填流道等问题。

Description

一种板腔式换热器

技术领域

本发明属一种热交换装置，特别是板腔式相变热交换装置。

背景技术

在热交换装置中，最常见的是管式换热器和板式换热器，板式换热器的主要结构是：为了增加换热面积，设有横截面呈波形的换热板(所述的波形可以是波纹形、三角形或矩形等起伏波状)，在波形换热板两侧，分别设有工质流体腔和载热流体腔，两侧腔体里分别流过不同温度的工质和载热流体，通过波形换热板实现热交换，由于板式换热器的换热面积大，所以其热交换效率也高于管式换热器，但由于换热器的工质流体腔要承受较高的工作压力，所以对板式换热器来说，同时也存在难以达到较高承压要求的问题，为了提高换热器的承压能力，现有板式换热器多数是从材料承压性能方面入手：对构成工质腔的换热波板采用承压性能好的材料制作，而一些承压能力高的材料如不锈钢虽然承压性能好，但导热系数则不是很高，特别是现有板式换热器所采用的波板之间的多点接触承压结构，限制了工质流体腔的流动空间以及载热体的流量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种可以从结构上提高承压能力，构成较大工质腔容积和载热流量的板腔式换热器。

解决上述问题的技术方案是(参见实施例图)：本发明设有若干夹在两压紧板(1)之间的换热单元，各换热单元分别设有两块相对设置、横截面呈波形的波板(3)，其特征在于：两波板相背的一面分别与对应侧的水板(2)相对，水板在其与波板相对的板面上设有若干与纵向波板波槽(31)方向相互垂直的横向水板波槽(21)，并设有若干纵向的承压条(22)，各承压条(22)分别与波板波槽(31)向水板方向凸起的波谷(311)部位相对应，两波板之间设有一腔框(4)，腔框前后两侧分别嵌入对应侧的水板(2)，并通过腔框将对应侧的波板(3)周边向所对的水板(2)密封压紧，腔框(4)的内壁面与前后两侧的波板(3)构成工质流体腔(7)，腔框外侧壁面上设有工质腔入口(41)和工质腔出口(42)，两波板与所对的水板之间分别构成设有载热流体入口(23)和出口(24)的载热流体腔(8)。

本发明的工作原理是：夹在中间的工质密封腔(7)内流过工质流体，两侧载热流体腔(8)内分别流过吸(放)热流体，吸(放)热流体通过波板(3)与工质腔内的工质实现热交换，工质流体腔内的压力通过波板向水板方向凸起的波谷(311)部分传递到水板的承压条(22)上，由水板以及压紧换热单元的压紧板(1)承受该方向的压力，同时由于腔框(4)的边框前后两侧分别嵌入对应侧水板，所以工质流体腔(7)内施加到边框内壁上的压力可传递到水板上，由水板承受该方向的压力。

本发明可将工质流体腔需要承受的压力传递到有足够强度的水板和压紧板上，从而能大大提高换热单元以至整体换热器的承压能力，而且由于工质流体腔的垂直向压力可由两侧的水板和压紧板承担，所以可降低对换热波板的承压要求，这样具有换热功能的波板即可采用承压能力相对差一些、但导热系数高的防锈铝等材料制作，故可进一步提高换热器的热交换效率。由于本发明结构的承压性能提高，所以波板波槽的槽宽可以加宽，增加各纵向波槽形成的流体通道的截面积，使流体中携带的杂质不易堵塞流体通道，从而降低换热器对运行流体杂质含量的要求。同时本发明工质流体腔的大小可以通过选择不同厚度的腔框进行调整，便于实现对工质流动的优化处理。

附图说明

图1、本发明实施例板腔式换热器组装状态结构示意图

(未示出连接两侧压紧板1的紧固元件)

图2、本发明实施例拆分状态结构示意图

图3、本发明实施例水板2结构示意图

图4、本发明实施例水板、波板、密封圈、腔框拆分状态结构示意图

图5、本发明实施例波板3与水板2连接部位的横向剖面结构示意图

图6、本发明实施例波板3与水板2连接部位的纵向剖面结构示意图

1-压紧板

11-紧固螺栓     12-紧固螺母

2-水板

21-水板波槽     22-承压条      23-流体入口    24-流体出口

25-密封连接面   26-横向嵌框棱  27-纵向嵌框棱

3-波板

31-波板波槽

4-腔框

41-工质腔入口   42-工质腔出口

5-密封圈

7-工质密封腔

8-流体密封腔

具体实施方式

参见图1、图2，本例在一对压紧板1之间夹有6个换热单元。每个换热单元包含一个腔框4、两块换热波板3、两块水板2，相邻换热单元可共用一块水板。两块压紧板1通过紧固螺栓11和紧固螺母12连接，将各换热单元的部件压紧并连为一体。

参见图2，是与压紧板1相邻的一个换热单元拆分状态结构示意图：

相对设置的两波板3横截面呈三角波形，波板两侧板面呈现并排排列的纵向波槽，两波板上的波板波槽31的方向一致；

波板横截面还可为正弦波形、矩形波或梯形波形等。

两波板相背的一面分别设有水板2，各水板在其与波板相对的板面上设有若干横向的水板波槽21，其方向与纵向的波板波槽31方向相互垂直，还设有若干纵向的承压条22，各承压条22分别与波板波槽31向水板方向凸起的波谷311部位相对应，纵向承压条22从横向水板波槽21槽底部向上立起，其高度不低于水板波槽21波峰的高度，承压条上端面为纵向的凹槽状，当波板受到与板面垂直方向的压力时，波板波槽31向着水板方向突起的波谷311部分即可嵌入水板承压条上端面的凹槽内，将压力传递到水板承压条上。

与压紧板1相邻的水板是单面水板(参见图2中A位置的水板2)，即其与压紧板相背一侧的板面是前面所述的设有水板波槽和承压条的凸凹板面，该侧板面与对应的波板构成所述的载热流体腔8；其对着压紧板一侧的板面则为节省材料的槽平面，该侧板面与设有等高面的压紧板压紧连接；相邻换热单元之间是共用一块水板，共用水板为双面水板(参见图2中B位置的水板2)，即其前后板面结构相同，均设有前面所述的水板波槽和承压条等结构，并分别与对应侧的波板构成所述的载热流体腔(8)。

构成腔框4的边框前后两侧分别嵌入对应侧的水板2，并分别通过边框将对应侧的波板3周边密封压紧于对应水板；具体的结构是(参见图4)：

水板2周边设有可供腔框4嵌入的嵌框，水板纵向两端的横向嵌框棱26内侧板面上分别设有与波板波槽面吻合的、横向凸凹起伏的密封连接面25，腔框4纵向两端边框的外壁面分别嵌入水板纵向两端的横向嵌框棱26内，其对着水板的端面43呈与波板波槽31吻合的凸凹波面，凸凹配合地将波板压紧于水板的密封连接面25上，腔框4横向两侧边框对着水板的端面44与所对应的水板横向两侧的纵向嵌框棱27上端面，凸凹配合地将波板横向两侧密封压紧于二者之间。

波板3周边套有密封圈5，以提高腔框4与波板3周边压紧连接面的密封性。

腔框4边框的内壁面与位于其前后侧的波板3形成工质密封腔7(图5)，腔框纵向两端的边框上分别设有工质腔入41和工质腔出口42(图4)。

两波板与所对的水板之间分别构成载热流体腔8(图5)，水板纵向两端分别设有与载热流体腔8连通的流体入口23和流体出口24(图3)。

本例水板纵向两端的横向嵌框棱26棱体内设有横向水道，载热流体进、出口23、24通过水板横向嵌框棱26内的横向水道与水板板面的纵向流道连通。

参见图5、6，在载热流体腔8内，各波板波槽31与水板之间形成纵向的流道，在该流道上，波板波槽隆起的顶部312与水板横向波槽211波谷之间的高度h1大于与波峰212之间的高度h2，从而使流体在该流道里可以形成湍流，利于更充分地实现热交换。

本例波板3位于工质流体腔一侧壁面上的波板波槽31凹槽两侧壁面的波槽顶至波槽底之间，分别设有平行排列的导流槽(图中未示出)，以进一步增加波板的换热面积，提高换热效率，而且还可利向其导向作用，将波形板面上的流体工质快速导向波槽底部。

由于本发明结构可将工质流体腔承受的压力传递到水板和压紧板上，因此可降低换热波板承受的压力，本例水板的材质是铸铝，压紧板采用高强度钢板制成，有足够的承压强度，波板3的材质是防锈铝。载热流体腔8内的波板3壁面与水板2壁面上涂有防腐涂料。

针对某些流体源(如海水)，水板还可采用抗腐蚀的高强度工程塑料，波板采用抗腐蚀的钛合金材料

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种板腔式换热器，设有若干夹在两压紧板(1)之间的换热单元，各换热单元分别设有两块相对设置、横截面呈波形的波板(3)，其特征在于：两波板相背的一面分别与对应侧的水板(2)相对，水板在其与波板相对的板面上设有若干与纵向波板波槽(31)方向相互垂直的横向水板波槽(21)，并设有若干纵向的承压条(22)，各承压条(22)分别与波板波槽(31)向水板方向凸起的波谷(311)部位相对应，两波板之间设有一腔框(4)，腔框前后两侧分别嵌入对应侧的水板(2)，并通过腔框将对应侧的波板(3)周边向所对的水板(2)密封压紧，腔框(4)的内侧壁面与前后两侧的波板(3)构成工质流体腔(7)，腔框外侧壁面上设有工质腔入口(41)和工质腔出口(42)，两波板与所对的水板之间分别构成设有载热流体入口(23)和出口(24)的载热流体腔(8)。

2.根据权利要求1所述的板腔式换热器，其特征在于：波板(3)横截面呈三角波形，两侧板面呈现并排排列的纵向波槽，两波板上的波板波槽(31)的方向一致。

3.根据权利要求1所述的板腔式换热器，其特征在于：所述纵向承压条(22)从横向水板波槽(21)槽底部向上立起，其高度不高于水板波槽(21)波峰的高度，承压条上端面为纵向的凹槽状。

4.根据权利要求1所述的板腔式换热器，其特征在于：波板(3)周边装有密封圈(5)。

5.根据权利要求4所述的板腔式换热器，其特征在于：水板(2)周边设有可供腔框(4)嵌入的嵌框，水板纵向两端的横向嵌框棱(26)内侧板面上分别设有与波板波槽(31)面吻合的密封连接面(25)，腔框(4)纵向两端边框的外壁面分别嵌入水板纵向两端的横向嵌框棱(26)内，腔框对着水板的端面(43)呈与波板波槽(31)吻合的凸凹波面，凸凹配合地将嵌有密封圈的波板压紧于水板的密封连接面(25)上，腔框(4)横向两侧边框对着水板的端面，与所对应的水板横向两侧的纵向嵌框棱(27)上端面凸凹配合，将嵌有密封圈的波板横向两侧密封压紧于二者之间。

6.根据权利要求5所述的板腔式换热器，其特征在于：所述载热流体腔(8)的载热流体入口(23)和出口(24)通过设在水板纵向两端横向嵌框棱(26)内的横向水道与水板板面的纵向流道连通。

7.根据权利要求1所述的板腔式换热器，其特征在于：与压紧板相邻的水板是单面水板，即其与压紧板相背一侧的板面与对应的波板构成所述的载热流体腔，对着压紧板一侧的板面为平面，与设有等高面的压紧板压紧连接，相邻换热单元之间共用一块水板，共用水板为前后板面结构相同的双面水板，两侧板面分别与对应侧的波板构成所述的载热流体腔(8)。

8.根据权利要求1所述的板腔式换热器，其特征在于：所述水板(2)的材质为铸铝，其位于载热流体腔(8)内的板面涂有防腐涂料。

9.根据权利要求1所述的板腔式换热器，其特征在于：所述波板(3)的材质是防锈铝，其构成工质流体腔(7)一侧壁面上的波板波槽(31)凹槽两侧壁面的波槽顶至波槽底之间，分别设有平行排列的导流槽；其构成载热流体腔(8)一侧的壁面涂有防腐涂料。

10.根据权利要求1所述的板腔式换热器，其特征在于：所述水板(2)的材质是抗腐蚀的高强度工程塑料，所述波板(3)的材质是抗腐蚀的钛合金材料。

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