CN101970968B - 板式换热器、换热板及换热板的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于板式换热器的换热板(3a)，具有在板平面中并排设置的、用于流体介质的通流口(4-7)，所述换热板包括第一材料、特别是钢或不锈钢，其特征在于，所述换热板在其与所述流体介质中的一种接触的表面(18a，19a，20a)上由另一材料制成或被施加有所述另一材料，所述另一材料特别是比所述第一材料更耐腐蚀。

Description

板式换热器、换热板及换热板的制造方法
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分所述的、用于板式换热器的换热板，所述换热板具有在板面中并排设置的、用于流体介质的通流口，所述换热板包括第一材料、特别是钢或不锈钢。
此外，本发明涉及一种根据权利要求10的前序部分所述的、用于流体介质的板式换热器，所述板式换热器具有：用于特别是侵蚀性较弱的第一介质的至少一个入口和至少一个出口；用于侵蚀性较强的第二介质的至少一个入口和至少一个出口；以及一定数量的换热板，所述一定数量的换热板以与入口和出口在流体技术上作用连接的方式布置在所述板式换热器中。
最后，本发明涉及一种用于制造根据本发明的换热板的方法。
背景技术
开头所述类型的板式换热器例如从EP 0 252 275 A2中已知并在所附的图1中示例性示出。
图1以分解图示出已知的换热器，其中在端板1与2之间设置一组基本上呈矩形、彼此相同、交替地相对转过180°的换热板3。在(换热)板3的角部区域中，通过通孔形成通流口4至7，所述通流口4至7在组装成的板组(用附图标记8标出)中形成通道9至12，通过所述通道9至12将两种流体介质交替地输送到在板3之间形成的空间中以进行相互换热。
替代地或附加地，通流口4至7还可以设置在其它板区域中，特别是设置在纵向板侧中。
形成在板3之间的用于流体介质的空间分别通过密封件13向外封闭以交替地与一种介质的通道和另一种介质的通道隔绝，使得一个板间隙被一种介质穿流，而下一个板间隙便被另一种介质穿流。
四个从外部安装在端板2上的管接件14用作两种介质的输入管道和排出管道的连接件。此外，在端板1和2之间通过接合到板3的凹口中的杆来引导换热板3，对于所述杆在图1中仅明确地示出下部的杆15。替代地，连接件也可以设置在另一端板1上。
上述功能性的描述也适用于本发明。
在这种类型的板式换热器或换热板的实际应用中有时会出现以下情况，换热介质之一对板材料具有侵蚀性特别强的作用、特别是腐蚀作用。在这种情况下，换热板必须由能耐受介质的侵蚀性的、更耐腐蚀的材料制成。然而这会导致显著的高成本。
DE 83 10 039 U1在这方面公开了，在换热板的至少一侧上整面地施加较高级的覆层。由此仅部分地避免了所述高成本。
发明内容
本发明的目的是：进一步发展开头所述类型的换热板，使之能够在不具有上述成本缺点的情况下适应于侵蚀性极强的介质。同时提出一种用于制造相应换热板的方法。
本发明在换热板方面利用权利要求1的技术特征来实现所述目的，而在制造方法方面利用权利要求11的特征来实现所述目的。
本发明的优选改进方案是从属权利要求的主题，通过明确地引用将各从属权利要求的内容包含在说明书中以避免不必要的文字重复。
根据本发明，用于板式换热器的换热板具有在板平面中并排设置的、用于流体介质的通流口，所述换热板包括第一材料、特别是钢或不锈钢，其特征在于，在所述换热板的前侧和/或背侧上，所述换热板基本上仅在其表面的使所述换热板与所述流体介质中特定的——特别是侵蚀性较强的——一种接触的局部区域中由另一材料制成或被施加有所述另一材料。
此外，本发明提出一种用于制造用于板式换热器的换热板的方法，所述换热板具有在板面中并排设置的、用于流体介质的通流口，其中，首先以第一材料、如钢特别是不锈钢形成换热板的坯料板，然后在该坯料板的与介质接触的表面上至少在局部区域中为所述坯料板施加特别是较高级的第二材料。然后进行成形以得到制成的换热板。
根据本发明，以这种方式实现了，在所述局部区域中通过施加第二材料有目的地影响完成的换热板的耐受力，特别是提高对侵蚀性介质的耐腐蚀性，而不必为此以较高级的、昂贵的材料形成整个板。
根据本发明的换热板的优选改进方案提出：第二材料与第一材料相比较高级、即特别是耐腐蚀性更强，其中第二材料优选是高合金不锈钢、钛、钽等。用于本发明换热板的可能的材料组合包括：所述换热板主要由通常的材料、如钢或不锈钢形成，在该通常的材料上至少在局部区域中施加以较高级的材料。
优选地，在所述局部区域中通过渗铝、阳极氧化、热镀锌、渗铬、磷化处理、涂釉、包覆、注射方法、热浸、电镀、特别是通过钎焊、硬焊或熔接将第二材料施加在第一材料上。
通常，换热板在大面积的、用于热传递的区域和与该区域流体连接的连接区域中被加载所述一种介质，而换热板在两个或多个相邻的、用于输送所述另一种介质的连接区域中被加载所述另一种介质。在板背侧上情况相反。在此，由不同介质加载的区域分别通过密封件彼此分隔。根据侵蚀性介质在哪一板侧上流动，所述板或者仅在两个较小的、用于侵蚀性介质的连接区域中被施加更耐腐蚀的材料，或者附加地还在与所述连接区域相连接的换热区域中被施加更耐腐蚀的材料。
在被加载侵蚀性较弱的介质的板侧上实现了主要的节省，因为在该板侧上仅需为较小的、用于输送侵蚀性介质的连接区域施加更耐腐蚀的材料。
在本发明的范围内，所述板在其被大面积加载侵蚀性介质的一侧上连续地由较高级的材料制成。特别有利地，两个用于输送侵蚀性较弱的介质的连接区域被略过，并被施加更为经济的、耐腐蚀性较弱的材料。
出于成本原因，优选使较高级的材料覆层的壁厚与较低级的材料覆层的壁厚相同，由此不必在板的沿周向方向围绕的边缘密封件上以附加的耗费来桥接(补偿)材料错位。
被加载不同介质的板区域大多通过两个密封件彼此分隔。合适的是，在相邻的耐腐蚀性不同的材料覆层之间的过渡部可以在所述两个密封件之间的不被流动加载的区域中延伸。
总而言之，根据本发明的换热板有利地在其前侧和/或背侧上仅在如下的局部区域中被施加有特别是较高级的第二材料，在该局部区域中由于给定的介质接触实际上必须具有所述第二材料，以便实现期望的成本优势。
由于前侧和背侧的构型不同，在本发明的一种后续扩展方案中，需要设置两种不同类型的换热板，这两种换热板能交替地安装在所述类型的板式换热器中。特别是，其中一种板构型恰好(能)通过相应的另一种板构型在板的纵向中轴线上的镜像给出。
附图说明
本发明的其它特征和优点由以下对实施例的描述和附图给出。其中示出了：
图1示出已知的板式换热器的透视分解图；
图2示出用于与侵蚀性介质大面积接触的本发明换热板的示意性正视图；
图3示出用于与侵蚀性较弱的介质大面积接触的本发明换热板的示意性正视图；
图4以示意图示出用于制造图2中的本发明换热板的坯料板的上侧；
图4a示出沿图4中的线A-A的剖视图；
图4b示出沿图4中的线B-B的剖视图；
图5示出用于图3中的本发明换热板的坯料板的上侧；
图5a示出沿图6a中的线C-C的剖视图；
图5b示出沿图6a中的线D-D的剖视图。
具体实施方式
本领域技术人员已知在图1中示出的、在上文中详述的类型的板式换热器。基于此，本发明专注于当输送至板式换热器的介质之一是侵蚀性较强的介质时出现的问题，所述侵蚀性较强的介质能够特别是通过腐蚀而侵蚀换热板3的材料。在这方面本发明提出：换热板3在局部由更为耐腐蚀的材料制成。
在附图中，不同的材料类型通过不同的阴影线示出。在此，统一由实线形成的阴影线表示(较)低级的材料，由实线和虚线组成的阴影线表示较高级的、更耐腐蚀的材料。在本发明的范围内，优选高级材料是钽(Ta)而低级材料是不锈钢，但本发明不限于这种类型的材料组合。
图2示意性示出一换热板3a，其前侧被指定用于侵蚀性或腐蚀性介质，亦即该前侧面对被输入侵蚀性介质的板间隙。为此，根据本发明可以在换热板3a的前侧上、其整个表面上施加高级材料。因为被侵蚀性介质有效加载的板区域由通常的、限定换热区域的密封件13a界定，所以板前侧的不与侵蚀性介质接触的区域可以由传统的基本材料制成或被施加所述基本材料。这个区域可以直接起始于密封件13a，即邻接密封槽的最深位置或者外部。但出于对称性原因通常有利的是，仅围绕开口5和7、即围绕由侵蚀性较弱的介质穿流的、由常规密封件5a和7a包围的开口的连接区域由经济的基本材料制成或被施加所述基材。所述区域通过附图标记16a和17a标示。所述区域优选延伸至板的窄侧的中央。所述区域从所述中央朝向密封件13a延伸，然后在密封件5a，7a和13a之间的中间区域中弯曲，最终到达板的宽侧。
在图3中示出与换热板3a相邻的板3b的前侧。所述板3b具有与板3a的背侧相同的密封结构，亦即在两个板之间形成的间隙被加载以通过开口5和7输入的、侵蚀性较弱的介质。因此，包含围绕开口5和7的连接区域16b和17b的、由密封件13b包围的换热面18b由更经济、耐抗性更弱的材料制成，相反，与由密封件4b和6b围绕的开口4和6相连接的连接区域19b和20b则必须由耐抗性更强的材料制成或被施加有该材料，因为在所述开口4和6中流动的是侵蚀性较强的介质。
如图所示，所有连接区域16a，b；17a，b；19a，b；20a，b具有相同的大小和轮廓，使得板在这方面具有对称的结构。
在板3b后面相邻的又是一个3a类型的板，使得位于板3b后面的间隙又由侵蚀性较强的介质穿流，这样以已知的方式重复设置具有交替的材料构型和密封构型的换热板序列。
当然，也可以以已知的方式通过肋片、凸结等使板3a和3b具有特定轮廓以改善热传递。
下面借助图4和图5进一步地详细阐述根据本发明的板构型的前述内容。图4和图5分别示出用于制造根据图2和3的本发明换热板3a，3b的坯料板部件的剖视图。在此，术语“坯料板”在本说明书的范围内表示，所示的、已被包覆或施加(表面材料)的坯料板尚未被进一步加工(例如变型或形成通流口)成可供使用的换热板。
根据图4的坯料板3a′被用于制造根据图2的换热板，因此在其所示的前侧上、在右上部和右下部连接区域16a和17a中具有低级材料，而在主要换热区域18a以及与该主要换热区域流体连接的、位于左上部和左下部的连接区域19a，20a中由高级材料制成。
图4a和4b分别示出剖面A-A和B-B。在图4a的上半部分中能看出在耐腐蚀性较强的材料与耐腐蚀性较弱的材料之间的、标明的材料过渡部，而图4a的下部区域示出具有更少的高级材料的板背侧的情况。
在图4b的中的情况不同。在此，在板前侧上具有更耐腐蚀的材料，而在背侧上仅在连接区域19b中需要更高级的材料，在相邻的大面积换热面18b中却不需要所述较高级的材料。
类似地，图5示出用于换热板的坯料板3b′，该换热板的前侧主要被侵蚀性较弱的介质加载。图5a和5b分别示出沿图5中的线C-C和线D-D的剖视图。
在此，如图3所示的板前侧在大面积换热区域18′以及两个与该大面积换热区域流体连接的、在右上部和右下部的连接区域16b，17b中由耐腐蚀性较弱的材料制成，而用于腐蚀性较强的介质的、在左上部和左下部的连接区域19a，20b由更耐腐蚀的材料制成。这些连接区域在被侵蚀性介质加载的板背侧上与大面积换热区域流体连接，因此该换热区域必须连续地由更耐腐蚀的材料制成。这一点在图5a中示出，其中下半部18a示出板背侧。
相应地在图5b中可见，在剖视区域D-D中，板前侧16b，18b连续地由耐腐蚀性较弱的材料制成，而板背侧仅在用于侵蚀性较弱的介质的连接区域16a中具有这种材料。
然而在本发明的范围内，也可以将一个连接区域设计成单层结构。这样，例如在图2和相应的图4和4a中，在前侧的层中便可以省去连接区域16a和17a，使得在那里仅存在背侧层18b。在此出现的板壁厚减半可以通过相应厚度的密封件5a和7a桥接。这种单层式设计方案在由更耐腐蚀的、较高级的材料制成的连接区域中是特别有利的。在此，根据图3和相应的图5和5a可以省去连接区域19b和20b，由此引起的板厚度减半通过相应厚度的密封件4b和6b来补偿。
对于各板层和层部段的连接提出了多种可行方案。例如可行的是，首先制成完整的板下侧，再制造完整的板上侧，然后使这两层相互连接。替代地，也可以首先仅使上侧和下侧的部段彼此连接，然后连接尚未完成的连接区域。特别适合的是：将上侧和下侧的所有部段与作为粘合剂的焊料一起组合成所述板，然后通过在炉子中加热同时形成所有部段的连接。
根据本发明，以所述方式制成用于板式换热器的换热板，所述换热板能耐受侵蚀性较强的介质，而不必为此使整个板都以高级、因而昂贵的材料形成。

Claims (25)

1.一种用于板式换热器的换热板(3a，3b)，具有在板平面中设置的、用于流体介质的通流口(4-7)，所述换热板包括第一材料，其特征在于，所述换热板(3a，3b)在其前侧和其背侧上分别具有大面积的第一换热区域(18a)或第二换热区域(18b)，在所述第一换热区域(18a)中以及在流体技术上与所述第一换热区域连接的连接区域(19a，20a)中，所述换热板(3a，3b)在其在所述第一换热区域(18a)中与所述流体介质中的特定的一种接触的表面(18a，19a，20a)上由另一材料制成或被施加有所述另一材料，和所述换热板(3a，3b)在其在所述第二换热区域(18b)中与所述流体介质中的另一种接触的表面(16b，17b，18b)上仅在用于所述流体介质中的所述特定的一种的连接区域(19b，20b)中由所述另一材料制成或被施加有所述另一材料。
2.根据权利要求1所述的换热板(3a，3b)，其特征在于，
所述换热板(3a，3b)在其前侧和其背侧上除了各自的一大面积的第一换热区域(18a)或第二换热区域(18b)外还具有至少各四个用于换热介质的连接区域(16a，b；17a，b；19a，b；20a，b)，所述连接区域各包含一个流通口(4-7)，其中，所述连接区域交替地通入所述第一换热区域或所述第二换热区域和通过密封件(5a，7a，4b，6b)与所述第一换热区域或所述第二换热区域隔开。
3.根据权利要求1所述的换热板(3a，3b)，其特征在于，所述换热板(3a，3b)在形成所述通流口(4-7)的贯通区域中、在与所述流体介质中所述特定的一种接触的表面上完全由所述另一材料制成或被施加有所述另一材料。
4.根据权利要求1所述的换热板(3a，3b)，其特征在于，所述另一材料由耐腐蚀性较强的材料形成或被该耐腐蚀性较强的材料覆层。
5.根据权利要求1所述的换热板(3a，3b)，其特征在于，所述另一材料通过渗铝、气相渗镀、阳极氧化、热镀锌、渗铬、磷化处理、涂釉、包覆、注射方法、热浸、电镀施加在所述第一材料上。
6.根据权利要求4所述的换热板，其特征在于，所述换热板在用于侵蚀性介质的连接区域(19a，20a)中以及在与所述用于侵蚀性介质的连接区域相连的第一换热区域(18a)中都由耐腐蚀性较强的材料制成或者被施加有所述耐腐蚀性较强的材料。
7.根据权利要求6所述的换热板，其特征在于，所述换热板在与由所述耐腐蚀性较强的材料制成的连接区域(19a，20a)相邻的连接区域(16a，17a)中由耐腐蚀性较弱的材料形成。
8.根据权利要求7所述的换热板，其特征在于，所述耐腐蚀性较强的材料覆层与所述耐腐蚀性较弱的材料的材料覆层的壁厚基本相同。
9.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于，在相邻的耐腐蚀性不同的材料覆层之间的过渡部在所述板的不被流动加载的区域中延伸。
10.根据权利要求1所述的换热板，其特征在于，所述第一材料是钢或不锈钢。
11.根据权利要求1或3所述的换热板，其特征在于，所述流体介质中特定的一种是侵蚀性较强的一种。
12.根据权利要求5所述的换热板，其特征在于，所述另一材料通过通过钎焊或熔接施加在所述第一材料上。
13.根据权利要求5所述的换热板，其特征在于，所述另一材料通过通过硬焊施加在所述第一材料上。
14.一种用于流体介质的板式换热器，所述板式换热器具有：
用于第一介质的至少一个入口(9)和至少一个出口(11)；
用于侵蚀性较强的第二介质的至少一个入口(12)和至少一个出口(10)；
以及一定数量的换热板(3)，所述一定数量的换热板以与入口和出口在流体技术上作用连接的方式在所述板式换热器中布置成，使得所述各介质分别在相邻的板间隙中流动，
其特征在于，所述换热板(3)中的至少一部分设计成根据前述权利要求1-13之一所述的换热板(3a，3b)。
15.根据权利要求14所述的板式换热器，其特征在于，所述第一介质是侵蚀性较弱的。
16.一种用于制造用于板式换热器的换热板(3a，3b)的方法，其中所述换热板的与腐蚀性较弱的介质相关的前侧在其换热面(18b)上以及与该换热面流体连接的连接区域(16b，17b)中由耐腐蚀性较弱的材料制成，该连接区域(16b，17b)与用于腐蚀性介质的、由更耐腐蚀的材料制成的连接区域(19b，20b)相连接，而在板背侧，所述换热面(18a)和与该换热面流体连接的、用于腐蚀性较强的介质的连接区域(19a，20a)由更耐腐蚀的材料制成，其余连接区域(16a，17a)由耐腐蚀性较弱的材料制成，所述换热面、所述用于腐蚀性较强的介质的连接区域和所述其余连接区域匹配地彼此连接，然后对所形成的多层板进行成型。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，将带有换热面(18a，18b)和所有连接区域(19a，19b，20a，20b)的一个板的各层与粘合剂一起完全组合起来，然后同时进行连接。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，作为所述粘合剂使用焊料，所述连接在一炉子中实现。
19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，不同的板区域通过钎焊连接。
20.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，在所述成型前和/或在所述成型后给所述所形成的多层板打孔。
21.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，用于形成所述多层板的坯料板在被连接成多层板之前被打孔。
22.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，由同一材料以非对称的形状制成各连续的层，所述各连续的层通过由另一材料制成的连接区域补充。
23.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，板层的仅是换热面(18a，18b)被制造成没有连接区域。
24.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述连接区域(16a，17a，19b，20b)具有双壁厚。
25.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，不同的板区域通过硬焊连接。
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