CN102029512A - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造板式热交换器(1)的方法。所述波状成型的板(9)和分隔板(10)连同侧条(11)这样地上下叠堆、设置焊料并且钎焊，使得形成一个单元(2)。所述单元通过盖板(12)对外封闭。在所述这样形成的单元(2)上，在相应的位置(4)上铣出中间件(3)的轮廓。在本发明的一个构型中使用框架作为中间件(3)。所述框架(3)定位在所述位置(4)上的铣出部中、被设置焊料并且借助于点焊附着。接着在第二步骤中将所述框架(3)钎焊到热交换器单元(2)上。分别将集管(5a，5b)熔焊到所述框架(3)上。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及一种用于由多个矩形的分隔板制造板式热交换器的方法，所述分隔板叠堆状彼此隔开距离地设置，从而在这些分隔板之间形成通道，其中，这些通道在至少两侧上通过间距保持件(侧条)限制，在分隔板与侧条之间的接触部位上施加焊料，所述叠堆状设置的分隔板和侧条被焊成一个单元，并且在该单元上设有用于供入和排出流体的装置(集管)。本发明借助于由铝构成的板式热交换器进行描述，但原则上可用于制造任意的、具有权利要求1前序部分特征的热交换器。本发明特别是适合于制造基于所谓的棒-板-原理的、由不锈钢或耐高温钢制成的板式热交换器，
背景技术
板式热交换器通常由铝并且由多个叠堆状设置的通道构成，用于在至少两种介质之间进行热交换，所述通道通过分隔板彼此分隔开。各个通道原则上类似且平行地设置。参与热交换的介质之间的热交换在此在两个相邻的通道之间进行，其中，所述通道并且从而所述介质或压力空间通过板(通常被称为分隔板)彼此分隔开。所述热交换借助于通过分隔板进行的热传递进行。
按照现有技术，在各个通道内部存在波状结构，所述波状结构形成用于引导介质的管道。所述波状结构的波峰与分别相邻的分隔板连接。参与热交换的介质因此与所述波状结构直接热接触，从而通过所述波峰与分隔板之间的热接触保证热传递。为了优化所述热传递，根据应用状况这样地选择所述波状结构的定向，使得在相邻的通道之间允许同向-交叉-逆向流或交叉-逆向流。在DE 103 43 107中描述了一种此类的热交换器。
通道内部的波状结构满足三个任务。第一，通过波状结构与分隔板之间的热接触保证相邻通道中两种介质之间的热交换。第二，所述波状结构产生通往分隔板的连接。第三，所述波状结构的侧壁用于将通过内压力产生的力导入到波峰、焊料与分隔板之间的连接中。
按照现有技术，所述波状结构通过至少部分地成型的板形成。通常比较薄的板通过压力机或其他适于变形的工具折叠为波状结构。在本申请人以申请号DE 10 2009 108 247在德国专利商标局尚未授权的专利申请中描述了现有技术的另一波状结构。这里，波状结构通过型材、例如具有矩形横截面的空心型材形成。
按照现有技术，此类板式热交换器以如下方式制造。将基本上矩形的分隔板叠堆状彼此间隔距离地设置，从而在分隔板之间形成通道，参与热交换的流体可以流经所述通道。为了间隔距离，在至少两侧上将间距保持件、所谓的侧条、放入到分隔板之间。在制造具有波状结构通道的板式热交换器时总是交替地将所述至少部分地波状成型的板和所述分隔板堆叠放置或分别在挨靠设置的型材的一个位置上放置一个分隔板。型材的高度或所述至少部分地波状成型的板的结构深度在此相应于间距保持件的高度。分隔板、侧条和至少部分地波状成型的板或型材在其相应的接触部位上设有焊料。通过这种方式方法产生的叠堆整体在焊炉中焊接成一个基本上正方形的单元。该单元在此通常通过盖板、即厚度比分隔板大的板向外限制。在最后一个步骤中对这样形成的单元设置用于供入或排出参与热交换的介质的装置。这些所谓的集管通常为半圆柱形并且在相应的部位上熔焊在所述热交换器单元上。它们用于收集和分配参与热交换的介质。
按照现有技术，此类板式热交换器通常由单个模块构成。在本申请的范围内，对于模块理解为基本上正方形的单元，该单元以上述类型制造。在此类板式热交换器中，集管通常在多个模块上延伸。
按照现有技术，在熔焊集管时通常首先施加所谓的缓冲层。所述缓冲层是焊缝，所述焊缝作为将集管熔焊到所述单元上的熔焊基本位置，在此补偿各个单元的不同公差并且用于收集熔焊时产生的热应力。
在此类板式热交换器的一些应用中，需要以不定的时间间隔取下集管。例如当将此类板式热交换器用作反应器时就必须这样做。在这些应用状况中，通道通常填充有催化剂材料。为了再生，必须以规则的时间间隔将所述催化剂材料从通道中取出。这使得必须以规则的时间间隔取下集管。按照现有技术，所述集管借助于机械分离方法、例如分离磨削或铣削取下并且在将用过的催化剂材料从该板式热交换器中取走并且再用新鲜催化剂材料填充之后再熔焊上。
已经证实，在此类板式热交换器中，在将集管熔焊到侧条与分隔板之间的过渡处时由于位于侧条与分隔板之间的焊接材料而原则上导致问题并且此外随着工作时间的增加而出现密封问题。
发明内容
因此本发明的任务是，这样地构造一种用于制造本文开头所述类型的板式热交换器的方法，使得即使在那些需要经常取下和重新装上集管的应用情况下也保持获得所述这样制成的板式热交换器的密封性和机械稳定性。
根据本发明，所述任务通过根据权利要求1所述的用于制造板式热交换器的方法解决。在从属权利要求中给出所述制造方法的有利构型。
根据本发明，集管不是直接熔焊在热交换器上，而是熔焊在一个事先钎焊在所述单元上的中间件上。在按照现有技术的制造方法中，集管直接或者通过一个缓冲层熔焊在该热交换器单元上。然而出人意料地已经表明，直接熔焊在热交换器单元的钎焊部位上引起该板式热交换器的密封性和机械稳定性方面的问题。由于高的、对于熔焊所需的热引入，熔焊过程的紧周围中的焊料部分地又液化，由此通过熔焊损害所述钎焊部位。这导致热交换器的密封性和机械稳定性方面的问题。所述问题特别是在那些经常需要取下和再焊上集管的板式热交换器中出现。通过本发明的中间件避免了所述问题。按照本发明使用中间件将防止所述单元的焊料在熔焊时液化。通过熔焊过程的热引入或在集管的机械取下时导致的机械应力被传递给该热交换器单元。因此即使在多次取下和安装集管时也保持获得所述板式热交换器的密封性和机械稳定性。所述中间件在此可以要么在第一钎焊过程之前直接安置在所述叠堆上，从而使得该热交换器单元在钎焊之后直接包含用于安置集管的中间件。替代地，中间件的安置也可以在一个第二钎焊过程中进行。特别是当得到的板式热交换器由多个模块组成时就是这种情况。
在由多个模块构成的单元中，各个模块被机械地加工到共同的最终尺寸上。接着，将中间件钎焊在每个单个的模块上，其中，所述中间件在此也用作用于借助于熔焊连接所述模块的附加元件。
优选在所述钎焊过程之前将至少部分地波状成型的板或型材放入到所述通道中，所述板或型材在与分隔板接触的部位上设有焊料。通过本发明的该构型可制造具有波状结构化通道的板式热交换器。在此，分别交替的分隔板和至少部分地波状成型的板或由单个型材构成的层上下堆叠并且在接触部位上设有焊料。产生的单元有利地在至少一侧上用盖板封闭，其中，该盖板的厚度大于分隔板的厚度。替代地，也可以使用两个叠置的分隔板作为盖板。
有利的是，中间件构造为集管的形式。优选使用框架作为中间件。所述集管大多具有半圆柱形的形状。因此在本发明的该构型中使用那些在矩形形状中相应于半圆柱基本轮廓的框架作为中间件。所述框架在此有利地要么通过从平坦的金属板中切出要么通过将扁平材料熔焊为一个框架并且接着进行机械处理而产生。在此，通过所述框架的合适尺寸可将通过集管的熔焊过程或通过集管的机械去除产生的热影响和机械影响降到最低。在此，所述框架的大小与所述单元和集管的大小相适配。所述框架的宽度在此有利地相应于所述侧条的宽度。优选使用厚度在6mm与10mm之间的框架。
在一个优选的构型中，可从所述单元中铣出中间件的形状、将设有焊料的中间件压入到所述单元的铣出部中、优选借助于点焊附着，并且接着与所述单元钎焊在一起。在本发明的该构型中有利地铣出中间件的轮廓。如果例如使用框架作为中间件，则在所述单元上铣出该框架的形状。将框架压入到所述单元的铣出部中，并且优选借助于点焊固定。为了钎焊框架，优选使用与钎焊整个单元时使用的焊料相同的焊料。除了铣出中间件的轮廓之外也可以采用其他机械式切削加工方法。
有利的是，将中间件设置在所谓的哑通道上，所述哑通道在板式热交换器以后的使用中不被流体穿流。同样符合目的的是，对于该板式热交换器的制造仅仅采用一种焊料。
特别优选的是，所述分隔板、盖板、至少部分地成型的板、型材、中间件和/或集管由不锈钢或耐高温钢、优选钼钢或铬镍钢构成。本发明的方法特别适合于用不锈钢或耐高温钢制造板式热交换器。此类板式热交换器在不同的过程阶段中在空气分离设备、石化设备、氢设备或天然气设备中采用。在天然气设备中，通过此类板式热交换器取走天然气热并且由此使天然气液化并且与副产品分离。此类板式热交换器也可以在合成气体设备中采用，主要用于分离并且用于进一步利用物质(H2，CO，CO2，CH4)或者用于加料物质的预热。在乙烯设备中此类板式热交换器被用于分离乙烯，在空气分离设备中板式热交换器用作冷凝器和蒸发器。
在本发明的一个构型中，中间件和/或集管由与板式热交换器的其余部分不同的材料构成。已经证实，铬镍钢比不锈钢更容易实施熔焊过程。因此也有利的是，在由不锈钢制成的板式热交换器的情况下用铬镍钢来构造中间件和/或集管。
有利的是，在由不锈钢或耐高温钢、优选钼钢或铬镍钢制成的板式热交换器的情况下所述单元内部的分隔板的厚度是变化的。在此类板式热交换器中，由于焊料层厚度的沉降程度小，由此通过分隔板厚度的变化可优化材料消耗。
通过本发明特别是可以实现的是，这样地构造一种用于制造板式热交换器的方法，使得这样制成的板式热交换器具有高的密封性和机械稳定性。这特别是即使在需要经常将集管取下并且重新焊上的板式热交换器中也适用。
附图说明
下面借助在附图中所示的实施例详细解释本发明。附图中表示：
图1是按照本发明方法构成的板式热交换器，
图2是图1中板式热交换器单元的细节。
具体实施方式
图1示出按照本发明方法构成的板式热交换器1。按照本发明的该构型，至少部分地波状成型的板9和分隔板10连同侧条11这样地上下叠堆、设置焊料并且钎焊，使得产生一个单元2。该单元通过盖板12对外封闭。在这样产生的单元2上，在相应的位置4上铣出中间件3的轮廓。在本发明的该构型中使用框架作为中间件3。所述框架3定位在所述位置4上的铣出部中、被设置焊料并且借助于点焊附着。接着在一个第二步骤中将所述框架3钎焊到所述热交换器单元2上。分别将集管5a和5b熔焊到所述框架3上。这样制成的热交换器1用于在两个不同的、分别通过集管5a和5b供入及供出的流体之间进行热交换。所述集管5a和5b还具有连接接管8，所述板式热交换器1在所述连接接管处与设备连接。此外，在热交换器1上还设有固定装置6和板条7，以便将该热交换器1与设备的周围环境连接。

Claims (11)

1.一种用于由多个矩形的分隔板(10)制造板式热交换器(1)的方法，所述分隔板叠堆状彼此隔开距离地设置，从而在这些分隔板之间形成通道，其中，这些通道在至少两侧上通过间距保持件(11)(侧条)限制，在分隔板(10)与侧条(11)之间的接触部位上施加焊料，所述叠堆状设置的分隔板(10)和侧条(11)被钎焊成一个单元(2)，并且在该单元(2)上设有用于供入和排出流体的装置(5a，5b)(集管)，其特征在于：所述集管(5a，5b)熔焊到事先钎焊到所述单元(2)上的中间件(3)上。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：在所述钎焊过程之前将至少部分地成型的板(3)或型材放入到所述通道中，所述成型的板或型材在与分隔板接触的接触部位上设有焊料。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于：所述单元(2)在至少一侧上用盖板(12)封闭，其中，所述盖板(12)的厚度大于分隔板(11)的厚度。
4.根据权利要求1至3之一的方法，其特征在于：所述中间件(3)构造为所述集管(5a，5b)的形式。
5.根据权利要求1至4之一的方法，其特征在于：使用框架作为中间件(3)。
6.根据权利要求1至5之一的方法，其特征在于：在所述单元(2)上铣出所述中间件(3)的形状，将设有焊料的中间件(3)压入到所述单元(2)的铣出部中、优选借助于点焊进行附着并且接着与所述单元(2)钎焊在一起。
7.根据权利要求1至6之一的方法，其特征在于：所述中间件(3)设置在那些在所述板式热交换器(1)以后的使用中不被流体穿流的通道上。
8.根据权利要求1至7之一的方法，其特征在于：对于所述板式热交换器(1)的制造使用仅仅一种焊料。
9.根据权利要求1至8之一的方法，其特征在于：所述分隔板(11)、盖板(12)、至少部分地成型的板(9)、型材、中间件(3)和/或集管(5a，5b)由不锈钢或耐热钢、优选钼钢或铬镍钢制成。
10.根据权利要求1至9之一的方法，其特征在于：所述中间件(3)和/或集管(5a，5b)由与所述板式热交换器(1)的其余部分不同的材料制成。
11.根据权利要求8或9的方法，其特征在于：所述单元(2)内部的分隔板(11)的厚度是变化的。
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