CN101932897B - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种用于在热交换器盒中使用的板，其中，该板包括具有多个凸脊(9)和凹谷(10)的皱折状图案，并且其中，该板包括包围传热表面(8)的密封衬垫凹槽(3)，当包括至少一个板的两个盒各自定位成彼此邻近时，该传热表面(8)将为无接触流体通道的一部分，其中，密封衬垫凹槽(3)包括具有第一平直区段(12)和第二弯曲区段(13)的基底表面，并且其中，弯曲区段以角α成角度。创造性的板的优点在于可按容易且成本有效的方式获得气密性热交换器盒。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及用于具有无接触分配通路的板式热交换器的热交换器板。本发明还涉及用于具有无接触分配通路的板式热交换器的、包括两个热交换器板的盒。本发明进一步涉及包括多个热交换器盒的热交换器。本发明进一步涉及用于组装包括两个热交换器板的盒的方法。
背景技术
食品制造的典型特征在于需要加工和处理高粘性的产品，例如充碳酸气的饮料、果汁、汤、乳制品的浓缩物和流体稠度的其它产品。由于自然原因，在此背景下的卫生愿望和期望非常高，以使得能够满足各管理机构的要求。
在工业中为了许多不同的目的而使用板式热交换器。为(例如)食品工业使用板式热交换器的一个问题在于，一些产品包含混合在流体中的纤维和其它固体物质。在大多数板式热交换器中，热交换器包括一种类型的板，该板安装成每隔一个板旋转180度，以便为流体形成两个不同的通道，一个通道用于冷却介质，一个通道用于待冷却的产品。在各个板之间提供了密封。这种布置是成本有效的，且对于许多种应用都起作用，但在就饮料和包含纤维和其它固体物质的其它产品而论时，这种布置显现出了一些缺点，因为板将在一些接触点处支承在彼此上。各个板设有凸脊和凹谷，以便一方面提供机械刚度，且另一方面改进与液体的热交换。板将在该板的图案彼此相会的地方支承在彼此上，这将改进板组合件的机械刚度。这是重要的，尤其是在流体具有不同的压力的时候。板支承在彼此上的一个缺点在于，各个支承点将构成流动限制，在此处，包含在液体中的物质可被捕获并且可积聚。积聚的物质将进一步限制流动，从而导致更多的物质积聚。这将有些类似于河流三角的形成，其中较小的流动差异将沉积一些物质，这继而导致更多物质沉积。
关于板式热交换器中的物质的阻塞的问题的一个解决方法是使用其中产品通路为无接触式的热交换器。这种类型的热交换器减少了物质在产品通路中的积聚。为了在以传统的方式使用用于不接触式板式热交换器的热交换器板时获得足够的刚性，板例如通过焊接或铜焊永久地成对地连接在一起。这样，两个板就形成盒，板之间有多个接触点，其中接触点连接在一起，板的边缘也连接在一起。该盒将足够刚硬，以处理两种流体之间的压力的一些差异，从而使得实现无接触产品通路。由于加热/冷却流体通路将在盒的内部，所以重要的是将两个板连接在一起而没有任何泄漏。尤其是如果加热/冷却流体将具有相对高的压力，即使是小的泄漏也将引起问题。因此，必不可少的是在盒的周围实现完全气密性的接合。
从JP 2001-272194中得知了一种具有无接触通路的板式热交换器。在这种热交换器中，具有纵向凹槽的相同的类型的两个板彼此永久地连接在一起而形成盒，其中形成了纵向通路，以用于热交换流体。使用衬垫来堆叠这种盒，从而在两个盒之间形成无接触产品通路。
WO 2006/080874中公开了具有无接触产品通路的另一种热交换器。在所公开的热交换器中，使用与流向垂直的皱折状和波浪形的图案，以便对板提供刚性，而且还改进了两种流体之间的传热。
在WO 2006/080874中公开的热交换器是所谓的半焊接的板式热交换器，即包括通过将热交换器板成对地焊接或铜焊在一起而形成的许多盒的热交换器。焊缝通常沿着盒的侧边缘且在端口孔周围延伸。衬垫设置在相应的盒之间，且通常由橡胶材料制成，且位于热交换器板的凹槽中。一束流体在盒的内部流动，而另一束流体在盒之间流动。盒内部的流动通路用于加热/冷却流体，而盒之间的流动通路用于含纤维的流体。半焊接的板式热交换器容忍相对高的压力，且使得可能打开板组合件以及清洁成对的、焊接的热交换器板之间的空间。代替了热交换器板的热交换表面周围的、板之间的每隔一个空间中的衬垫的焊缝降低了更换衬垫的需要，且增强了安全。板中的公差和/或连接技术可能会给出有缺陷的结果，或者可降低盒中的最大允许压力。
这些解决方法可对一些应用起作用，但是它们仍然显现出了一些缺点。因此存在改进的空间。
发明公开
因此本发明的一个目标是提供一种用于板式热交换器的改进的板，且提供一种包括至少一个有创造性的板的改进的盒。
在权利要求1的特征部分中描述了根据本发明的问题的解决方法。权利要求2至6包括板的有利的实施例。权利要求7包括用于热交换器的有利的盒，而权利要求8至12包括盒的有利的实施例。权利要求13包括有利的热交换器。权利要求14包括一种用于组装热交换器盒的有利的方法。
利用用于在热交换器盒中使用的板(其中，该板包括具有多个凸脊和凹谷的皱折状图案，并且其中，板包括包围传热表面的密封衬垫凹槽，当两个盒定位成彼此邻近时，该传热表面将为无接触流体通道的一部分)，本发明的目标得以实现，因为密封衬垫凹槽包括具有第一平直区段和第二弯曲区段的基底表面，其中弯曲区段以在1至25度的区间中的角α成角度。
通过用于热交换器的板的这个第一实施例，用于将两个板永久地连接到盒中的板的衬垫凹槽适于使得盒的接合得到改进。这样，可能以可靠且成本有效的方式获得气密性接合。连接过程中的公差所导致的问题取决于问题的类型而得以降低或消除。
这是有利的，因为可按可靠且成本有效的方式制造在具有无接触通道的热交换器中使用的盒。有创造性的板使得可能在不干涉密封衬垫凹槽的情况下获得组成盒的两个板的可靠接合。当由根据本发明的板组装而成的两个盒放置成彼此邻近，且在它们之间的衬垫凹槽中具有密封衬垫时，就建立了无接触通道，该无接触通道用密封衬垫可靠地密封。这使得可能使用现有的密封衬垫，因为衬垫凹槽的尺寸基本不受本发明的影响。
在创造性的板的一种有利的发展中，第二弯曲区段的长度l2在第一平直区段的长度l1的10％至90％的区间中。更优选地，第二弯曲区段的长度l2在第一平直区段的长度l1的10％至40％的区间中。其优点在于组成盒的两个板之间的接触表面足够大，以确保板之间的可靠接合。
在创造性的板的另一种有利的发展中，角α在1至25度的区间中。更优选地，角α在1至20度的区间中，且进一步更优选地，角α在3至10度的区间中。其优点在于建立了其中可容纳过量的铜焊焊料的腔体。这允许实现可靠的接合，因为过量的焊料将补偿热交换器板中的公差。在板不完全平直的地方，接合需要较多的铜焊焊料，而在板是平直的地方，接合需要较少的铜焊焊料。所建立的腔体确保在整个盒上实现了可靠的接合，且容纳过量的铜焊焊料。
在创造性的板的一种有利的进一步的发展中，衬垫凹槽的第二弯曲区段定位成朝向板的中心。其优点在于有利于将板组装到盒中。
在一种创造性的热交换器盒中，包括至少一个创造性的热交换器板。这是有利的，因为可能以可靠且成本有效的方式获得气密性接合。
在创造性的热交换器盒的一种有利的进一步的发展中，两个创造性的板被用于盒。其优点在于可能以可靠且成本有效的方式获得气密性接合。
在创造性的热交换器盒的一种有利的进一步的发展中，弯曲区段建立了楔形腔体。其优点在于在弯曲区段和平直区段之间建立了平滑的过渡区段。
在创造性的热交换器盒的一种有利的进一步的发展中，楔形腔体定位成朝向盒的中心。其优点在于有利于盒的组装。
在创造性的热交换器盒的一种有利的进一步的发展中，通过铜焊工艺来组装盒。其优点在于实现了可靠的接合。通过铜焊，板将较少地经受热应变，因为所使用的温度相对较低。这将提高满足所需公差的盒的量。
在创造性的热交换器盒的一种有利的进一步的发展中，过量的铜焊焊料位于楔形腔体中。其优点在于有利于盒的组装。
在一种创造性的热交换器中，包括多个创造性的热交换器盒。这是有利的，因为提供了改进的热交换器，其中连接盒的接合是可靠的。
在用于使用根据本发明的热交换器板来组装热交换器盒的一种创造性的方法中，包括以下步骤：仅在热交换器板的第二弯曲区段中的至少一个上施用铜焊焊料；将两个板彼此组装在一起；以及以铜焊工艺对盒进行铜焊。该方法的优点在于未在将会支承在彼此上的表面上施用铜焊焊料。这时，一个板相对于另一个板的定位得到了改进，因为在将会干涉板的定位的支承表面上不存在铜焊焊料。
附图说明
参照附图中显示的实施例，将在下文中对本发明进行更加详细的描述，其中：
图1显示了根据本发明的盒的正视图；
图2显示了根据图1的盒的周边的纵向横切面的细节；
图3显示了根据本发明的板的衬垫凹槽的细节；以及
图4显示了根据图2的盒的细节。
用于实践本发明的模式
以下描述的具有进一步的发展的本发明的实施例将仅被视为实例，且无论如何不限制专利权利要求书所提供的保护范围。
图1显示了用于在根据本发明的热交换器中使用的盒1的正视图。盒1包括永久地连接在一起的两个热交换器板2。板具有构成入口端口和出口端口4、5、6、7的至少四个端口孔和具有凸脊9与凹谷10的传热表面8。盒1通过这样的方式产生：将板铜焊在一起，借此两个板2就在对角的衬垫凹槽处和端口4、5、6、7中的至少两个的周围沿着两个板2的周边永久地连接在一起。优选地，板还在传热表面中连接，在传热表面处，一个板的图案将支承在另一个板的图案上。板可(例如)沿着从一个入口侧/出口侧到达另一个入口侧/出口侧的几根纵向线连接。盒进一步包括在该盒的周围延伸的衬垫凹槽3，密封衬垫可安装在衬垫凹槽3中，以便在盒组装好以形成热交换器时密封无接触通路。
图2显示了创造性的盒的周边的纵向横切面A-A的细节。盒1由相同类型的两个热交换器板2制成。一个板在板连接好之前绕着水平的中心轴线旋转180°。这样，图案将相互作用，使得一个板的图案将支承在另一个板的图案上，从而建立多个中间接触点。当这些接触点中的全部或至少一些永久地连接在一起时，获得了将经受住一定过压以及负压的硬盒。衬垫凹槽3是板2中的凹入处。当一个板旋转以便获得盒时，两个板的衬垫凹槽将支承在彼此上。由于板设计成以便以此方式进行组装，所以衬垫凹槽将为两个板提供连接表面。
在现有热交换器盒中，板的连接表面(即衬垫凹槽的基底表面)是完全平直的。当板焊接在一起或胶合在一起时，平直表面可为有利的，但在盒被铜焊在一起时显现出了一些缺点。在将板放置在彼此上之前，对表面中的一个或两者施用铜焊焊料。然后加热该区域，以便使铜焊焊料熔化，以连接板。取决于板的公差和/或铜焊焊料的施用，在一些点处可获得接合处中的一些瑕疵。如果板不是完全平直的，或者如果对表面施用了太多或太少铜焊焊料，则可出现不紧密的点。
在一种创造性的热交换器板中(图3中显示了该热交换器板的细节)，衬垫凹槽3的基底表面分成第一平直区段12和第二弯曲区段13。第一平直区段基本是平直的，且在朝向板的外周边的一侧上位于衬垫凹槽的外部上。第二弯曲区段相对于平直区段以角α向上成角度而通入衬垫凹槽中。第二弯曲区段朝向板的中心位于衬垫凹槽的内部上。第一平直区段包括第一外表面14，且第二弯曲区段包括第二外表面15。第一平直区段的长度l1可比第二弯曲区段的长度l2更长。有利地，l2在l1的10％与90％之间的区间中，且更优选在l1的10％与40％之间的区间中。角α优选在1至25度之间的范围中，更优选在1至20度之间的范围中，且进一步更优选在3至10度之间的范围中。
弯曲区段的目的是建立这样的腔体：在两个板组装到盒中之前，可在该腔体中施用铜焊焊料，并且在盒组装好之后，过量的铜焊焊料可位于该腔体中。
在包括根据本发明的、具有衬垫凹槽的两个板的一种创造性的盒中，板的两个弯曲区段13放置成彼此邻近。当将两个板放置在彼此上、使基底表面14支承在彼此上时，在两个板之间的盒的接合处的内侧处获得了楔形腔体11。图4中显示了该盒的细节。
当将要制造创造性的盒时，对弯曲区段13的第一外表面15中的一个或两者施用铜焊焊料。通过仅对弯曲区段13的外表面15施用铜焊焊料，保证了基底表面14可尽能够良好地支承在彼此上，而不与铜焊焊料相干涉。然后将板定位在彼此上，且对板或对衬垫凹槽施加热。铜焊焊料被热熔化，且通过毛细管力从楔形腔体吸收到第一外表面14之间的间隙16中。这样，仅连接板所需的铜焊焊料的量被吸收到间隙16中。因此，不存在太多铜焊焊料将在接合处中产生不紧密的点的风险。同时，两个板之间由于板中的公差而应当有小间隙，足够的铜焊焊料将被吸收到间隙中，以便实现紧密的接合。因此，不存在太少铜焊焊料将在接合处中产生不紧密的点的风险。还在平直区段12的第一外表面14上施用少量铜焊焊料当然也是可行的。少量铜焊焊料可通过允许铜焊焊料以更迅速的方式吸收到间隙中来改进铜焊工艺。在这种情况下，重要的是对平直区段仅施用少量的铜焊焊料，优选地少于铜焊焊料的20％。
优选地，对弯曲部分13的第二外表面15施用略微过量的铜焊焊料。这样，确保了将总是存在足够量的铜焊焊料，以便获得紧密的接合。过量的铜焊焊料(即未吸收到间隙16中的量)将保留在楔形腔体11中。保留在楔形腔体11中的铜焊焊料将有助于接合的强度。因此，有利的是针对板的公差施用将会填充间隙16以及楔形腔体11的至少一半的量的铜焊焊料。所施用的铜焊焊料的确切量由例如衬垫凹槽3的尺寸、板的公差、楔形腔体的尺寸和施用铜焊焊料的公差来确定。有利地，当盒组装好时，楔形腔体的大约一半填充了铜焊焊料。
包围盒的内部流体通路的入口和出口开口的、用于环形衬垫的衬垫凹槽以相同的方式设有内部弯曲区段。此衬垫凹槽以相同的方式连接。
在盒的又一个实施例中，当两个不同的热交换器板被用于盒时，板中的仅一个包括具有弯曲区段的衬垫凹槽。在这种情况下，弯曲区段的角α可比在使用具有弯曲区段的两个板以便产生具有相同尺寸的楔形腔体时的情况下更大。
本发明不应被视为限于以上描述的实施例，在随后的专利权利要求书的范围内，许多额外的变型和修改是可行的。本发明适用于其中需要气密性接合的热交换器盒中的所有接合。
部件列表
1盒
2热交换器板
3衬垫凹槽
4端口
5端口
6端口
7端口
8传热表面
9凸脊
10凹谷
11楔形腔体
12平直部分
13弯曲部分
14第一外表面
15第二外表面
16间隙

Claims (14)

1.一种用于在热交换器盒中使用的热交换器板，其中，所述热交换器板(2)包括具有多个凸脊(9)和凹谷(10)的皱折状图案，并且其中，所述热交换器板包括包围传热表面(8)的密封衬垫凹槽(3)，当两个所述热交换器盒定位成彼此邻近时，所述传热表面(8)将为无接触流体通道的一部分，其特征在于，所述密封衬垫凹槽(3)包括具有第一平直区段(12)和第二弯曲区段(13)的基底表面，其中，所述弯曲区段以在1至25度的区间中的角α成角度。
2.根据权利要求1所述的热交换器板，其特征在于，所述第二弯曲区段(13)的长度l2在所述第一平直区段(12)的长度l1的10％至90％的区间中。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器板，其特征在于，所述第二弯曲区段(13)的长度l2在所述第一平直区段(12)的长度l1的10％至40％的区间中。
4.根据权利要求1或2所述的热交换器板，其特征在于，所述角α在1至20度的区间中。
5.根据权利要求1或2所述的热交换器板，其特征在于，所述角α在3至10度的区间中。
6.根据权利要求1或2所述的热交换器板，其特征在于，所述衬垫凹槽(3)的所述第二弯曲区段(13)定位成朝向所述板的中心。
7.一种热交换器盒，包括至少一个根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的热交换器板。
8.根据权利要求7所述的热交换器盒，其特征在于，根据权利要求1至6中任一项权利要求所述的两个热交换器板用于所述盒。
9.根据权利要求7或8所述的热交换器盒，其特征在于，所述弯曲区段(13)产生了楔形腔体(11)。
10.根据权利要求9所述的热交换器盒，其特征在于，所述楔形腔体(11)定位成朝向所述盒的中心。
11.根据权利要求7或8所述的热交换器盒，其特征在于，通过铜焊工艺来组装所述盒。
12.根据权利要求9所述的热交换器盒，其特征在于，所述楔形腔体(11)适于保持过量的铜焊焊料。
13.一种热交换器，包括多个根据权利要求7至12中任一项权利要求所述的热交换器盒。
14.一种使用根据权利要求1至6所述的热交换器板中的两个来组装热交换器盒的方法，包括以下步骤：
-仅在所述热交换器板的所述第二弯曲区段中的至少一个上施用铜焊焊料，
-将所述两个板彼此组装在一起，
-以铜焊工艺对所述盒进行铜焊。
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