CN102933929A - 板式换热器和制造板式换热器的方法 - Google Patents

板式换热器和制造板式换热器的方法 Download PDF

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Abstract

一种包括传热板14的叠层12的板式换热器，其中，各传热板在总体平面42中延伸并且具有带有褶皱样式的主传热部。各传热板14包括外部外围部分38，其在主传热部的外部并且沿着传热板14的外围延伸。外部外围部分38包括外部边缘部分和内部边缘部分。在叠层中，传热板在它们的外部外围部分中沿着外部边缘部分并且沿着内部边缘部分交替地彼此邻靠，并且沿着外部边缘部分和内部边缘部分交替地焊接在一起。通过在大致平行于总体平面42的方向上供应焊接能量而熔化与彼此邻靠的边缘部分的邻接面最接近的传热板的材料，以在彼此邻靠的外部边缘部分和内部边缘部分中的传热板之间产生焊接接头，由此叠层12中的传热板14沿着彼此邻靠的外部边缘部分和内部边缘部分而焊接在一起。

Description

板式换热器和制造板式换热器的方法
技术领域
本发明涉及具有传热板的叠层的板式换热器。本发明还涉及制造板式换热器的方法。
背景技术
具有传热板的叠层的板式换热器被用于在两种或更多种流体之间换热。板形成适合于被流体流动通过的板间隙。在叠层中的板可焊接在一起。流体可为例如气体、液体、包含固体物质的液体等。
在某些类型的板式换热器中，板具有形成延伸通过叠层的通道的孔道。在两种流体之间换热的情况下，各通道与每隔一个板间隙连通。第一流体从第一通道、通过每个交替板间隙、在板的换热表面之上、流动到在叠层的相对侧面处的第二通道。第二流体从第三通道、通过每个其它交替板间隙、在板的相对侧面上的换热表面之上、流动到在叠层的相对侧面处的第四通道。
在其它类型的板式换热器中，相比于依靠孔道和通道，流体可以以不同方式通向板间隙。流体可例如依靠适合的布置从传热板的边缘通向到板间隙内。
传热板的主传热部具有褶皱(corrugation)样式。这些褶皱可具有许多不同形式，但是大体包括升高部和降低部。褶皱样式具有在两个平面(第一外部平面和第二外部平面)之间延伸的深度，该两个平面两者平行于在板的总体方向上延伸的平面。板通常由板状金属制造，该板状金属可以以一个或多个压制操作而具有褶皱样式。
WO93/15369公开焊接的板式换热器，其中，传热板在外围边缘部分中沿着内部线条并且沿着外部线条焊接在一起。在板的边缘部分中的脊和槽彼此邻靠，并且专门用于将板焊接在一起。因此，垂直于板的总体平面的焊接接头沿着内部和外部线条布设，并且在脊和槽中居中。在实践中，焊接接头通过焊头产生，该焊头跟随预编的轨迹，其中按压装置沿着槽的底部布设从而将待通过焊接头连接的两个相邻板按压在一起。两个相对宽的脊和槽在板的边缘部分中为必需的，以允许焊接操作。
US 5327958公开板式换热器，其中，板在该板的外围处沿着该板的横向脊并且沿着板的横向凸缘焊接在一起。横向脊布置在横向凸缘的内部。描述了将板焊接在一起的数个方法。大部分方法的共同点为，两个板首先沿着横向脊焊接在一起。横向凸缘沿着横向凸缘的外部边缘焊接在一起。根据一个实施例，全部板沿着横向凸缘的外部边缘焊接在一起。这通过沿着每隔一个板之间的外部边缘布置U形杆而成为可能的。用于将板焊接在一起的焊接设备的类型没有被提及，也没有提及焊接接头在其上产生的方向。在内部焊接接头在外部焊接接头之前产生的实施例中，内部焊接接头沿着横向边缘与板的总体平面垂直地产生。
US 6131648在图19和说明书的相关部分中公开沿着它们的外围焊接在一起的传热板。没有讨论焊接接头如何产生。
发明内容
本发明的目的为提供具有焊接在一起的传热板的板式换热器，在该板式换热器中，创造用于利用传热板的总区域的大部分用于传热目的的基础。
根据本发明的一方面，该目的通过包括传热板的叠层的板式换热器而实现，其中，各传热板在总体平面(general plane)中延伸并且具有带有褶皱样式的主传热部，该褶皱样式在总体平面的第一侧面上的第一外部平面和总体平面的第二侧面上的第二外部平面之间延伸。第一和第二外部平面平行于总体平面。各传热板包括外部外围部分，其在主传热部的外部并且沿着传热板的外围延伸。外部外围部分包括外部边缘部分和内部边缘部分。该外部边缘部分在第一外部平面中延伸并且内部边缘部分在第二外部平面中延伸。在叠层中，传热板在它们的外部外围部分中沿着外部边缘部分并且沿着内部边缘部分交替地彼此邻靠，并且沿着外部边缘部分和内部边缘部分交替地焊接在一起。通过在大致平行于总体平面的方向上供应焊接能量而熔化与彼此邻靠的边缘部分的邻接面最接近的传热板的材料，以在彼此邻靠的外部边缘部分和内部边缘部分中的传热板之间产生焊接接头，由此叠层中的传热板沿着彼此邻靠的外部边缘部分和彼此邻靠的内部边缘部分而焊接在一起。
因为沿着在叠层中的传热板的外部外围部分的全部焊接接头通过在大致平行于总体平面的方向上供应焊接能量而产生，所以使用的焊接设备从在总体平面的方向上观察到的传热板的横向侧面处的领域指向传热板。因此，没有诸如按压装置的焊接设备的部分需要配合在任何内部边缘部分内。因而，相比于与板的总体平面垂直地焊接在一起的现有技术板的相应部分，内部边缘部分可相对窄地成形。因此，上文提到的目的实现，并且传热板的更大的区域可用于形成主传热部，并且在使用中可用于传热目的。
通过沿着外部外围部分焊接传热板，能够将全部传热板层叠成一个叠层，并且然后将传热板焊接在一起，而不需要首先将每两个传热板焊接成箱盒(cassette)，并且其后将焊接的箱盒层叠成叠层，然后将全部箱盒焊接在一起。它还消除使U形杆将传热板焊接在一起的需要。
根据本发明的焊接接头将具有楔形截面形状，其中该楔形截面形状的窄点指向在总体平面的方向上观察到的板式换热器的内部。在现有技术的板式换热器中，其中至少内部焊接接头与总体平面垂直地产生，这些焊接接头将延伸通过焊接在一起的两个板，并且具有矩形或梯形的截面。
根据示例实施例，焊接能量可由激光束供应，并且因此传热板可依靠激光焊接而焊接在一起。通过利用激光焊接，可确保来自彼此邻靠的两个传热板两者的材料被熔化，以产生焊接接头。
根据示例实施例，两个传热板依靠其焊接在一起的各焊接接头可仅仅包括彼此邻靠的两个传热板的材料。如此，没有额外的焊接材料需要添加用于产生任何焊接接头。
根据示例实施例，各焊接接头可具有为传热板中的一个的厚度的至少80%的、在大致平行于总体平面的方向上的长度。如此，可确保各焊接接头具有与各传热板相似的强度。
根据示例实施例，传热板的外部外围部分可包括互连部分，其以与总体平面成大约45度的角度在外部边缘部分和内部边缘部分之间延伸。如此，由于两个板之间的间隙的边缘部分有利地形成用于经受住在叠层内部的高压流体，故叠层的坚固的设计可实现。
根据示例实施例，传热板在外部边缘部分和互连部分之间的过渡中并且在内部边缘部分和互连部分之间的过渡中形成有为第一和第二外部平面之间的距离的大约50%的半径。由于两个板之间的间隙的边缘部分有利地形成用于经受住在叠层内部的高压流体，故板的这种设计也提供叠层的坚固的设计。
本发明还涉及制造包括传热板的叠层的板式换热器的方法。各传热板在总体平面中延伸并且具有带有褶皱样式的主传热部，该褶皱样式在总体平面的第一侧面上的第一外部平面和总体平面的第二侧面上的第二外部平面之间延伸。第一和第二外部平面平行于总体平面。各传热板包括外部外围部分，其在主传热部的外部并且沿着传热板的外围延伸。外部外围部分包括外部边缘部分和内部边缘部分。外部边缘部分在第一外部平面中延伸并且内部边缘部分在第二外部平面中延伸。该方法包括如下步骤：通过在大致平行于总体平面的方向上供应焊接能量而熔化与彼此邻靠的边缘部分的邻接面最接近的传热板的材料，以在彼此邻靠的外部边缘部分和内部边缘部分中的传热板之间产生焊接接头，由此将叠层中的传热板在外部外围部分中交替地沿着彼此邻靠的外部边缘部分和彼此邻靠的内部边缘部分而焊接在一起。
根据示例实施例，焊接步骤可依靠激光焊接执行。利用YAG类型的激光的焊接设备可适合地被使用。激光的焊头可使用光学跟踪用于沿着待焊接在一起的两个板的外部或内部边缘部分追踪。激光能量可经由光学纤维供应到激光头。
该方法的另外的方面在所附从属方法权利要求中提及。
当审阅所附权利要求和以下描述时，本发明的进一步的特征以及优点将变得显而易见。本领域技术人员将意识到，本发明的不同特征可组合，以创造不同于在下文中描述的实施例的实施例，而不背离由权利要求所限定的本发明的范围。
附图说明
包括它的具体特征和优点的本发明的各种方面将从以下详细描述和附图容易理解，其中：
图1示出根据示例实施例的板式换热器，
图2示出根据示例实施例、在板式换热器的叠层中的外部传热板，
图3示出根据示例实施例、沿着通过传热板的叠层的角部分的在图2中的线条Ⅲ-Ⅲ的截面，和
图4示出由线条Ⅳ包围的在图3中的截面的放大部分。
具体实施方式
本发明现将参照附图而更全面地描述，示例实施例在该附图中示出。但是，本发明不应当解释为限于在本文中叙述的实施例。如容易被本发明所属领域的技术人员所理解的，示例实施例的公开特征可组合。在全文中类似标号指示类似元件。
为了简洁和/或清楚，熟知的功能和构造将不必详细地描述。
图1示出根据示例实施例的板式换热器10。板式换热器10包括传热板14的叠层12。传热板14具有相同的类型并且在叠层12中的每隔一个传热板14相对于余下的传热板14旋转180度。传热板14至少沿着传热板14的外部外围部分焊接在一起。叠层12布置在框架16中，该框架16包括框架板18、螺栓26、螺母28和压力板24。传热板14的叠层12依靠螺栓26和螺母28而夹紧在框架板18和压力板24之间。框架板18具有四个开口30，各开口30通向孔通道，其由在叠层12中的板14的四个孔道(未示出)形成。
两种流体中的第一种通过上部开口30中的一个流动到换热器10内、通过相应的孔通道流动到在叠层12中的每隔一个板间隙内、并且通过孔通道和下部的开口30从板式换热器10流动离开。第二流体通过下部开口30中的另一个和相应孔通道适合地流动到换热器10。第二流体流动通过在叠层12中的余下板间隙，并且通过上部孔通道和上部开口30从换热器10流动离开。这两种流体以所谓的逆流的方式流动通过如上文所说明的板式换热器10。这为示例并且用于实现其它流动方向的其它设置为可能的。
在根据示例实施例的换热器的可选形式中，传热板不具有孔道。相反，流体经由在传热板14的外部外围部分处沿着叠层12的侧面提供的入口而流动到板间隙内并且从板间隙流动离开。在这些示例实施例中，传热板14的外围部分沿着叠层12的侧面中的某些焊接在一起，并且传热板14的外围部分中的某些为沿着叠层12的侧面敞开的。提供集管用于引导流体到叠层12并且从叠层12引导流体。在这种类型的板式换热器中，两种流体以所谓的交叉流的方式流动通过叠层。
图2示出根据示例实施例、在板式换热器的叠层12中的外部传热板14。板14具有四个孔道32，其与在叠层12中的其它板中的孔道一起形成通过叠层12的四个孔通道。板14包括具有褶皱样式36的主传热部34。板14还包括围绕板14的外围延伸的外部外围部分38。
图3示出根据示例实施例、沿着通过传热板14的叠层12的角部分的在图2中的线条Ⅲ-Ⅲ的截面。在图3中的左手侧面上，由孔道32形成的孔通道40被示出。箭头41示出从孔通道40到在板14之间的间隙43内的流体的流动方向。如关于在叠层12中的板14中的一个所示，各板14在总体平面42中延伸。板14的褶皱样式26在第一外部平面44和第二外部平面46之间延伸。第一和第二外部平面44、46平行于总体平面42。传热板14层叠成使得每隔一个板14放置成它的第一外部平面44在第一方向(在图3中示出为向下的方向)上面向，并且余下的板14放置成它们的第一外部平面44在第二方向(在图3中示出为向上的方向)上面向。在叠层12中的传热板14依靠激光焊接沿着板14的外部外围部分38焊接在一起。
图4示出由线条IV包围的在图3中的截面的放大部分。三个传热板14的外部外围部分38在图4中示出。外部外围部分38各具有外部边缘部分48、内部边缘部分50和在其间延伸的互连部分52。互连部分52以与总体平面42成大约45度的角度在外部和内部边缘部分48、50之间延伸。
各传热板14在外部边缘部分48和互连部分52之间的过渡中形成有为第一和第二外部平面44、46(见图3)之间的距离的大约50%的半径54。类似地，各板14在内部边缘部分50和互连部分52之间的过渡中形成有为第一和第二外部平面44、46之间的距离的大约50%的半径56。
如上文所提及，传热板14依靠激光焊接而在它们的外部外围部分38中焊接在一起。沿着它们的外部边缘部分48彼此邻靠的在叠层12中的板14焊接在一起，从而产生外部焊接接头58。此外，沿着它们的内部边缘部分50彼此邻靠的在叠层12中的板14焊接在一起，从而产生内部焊接接头60。内部和外部焊接接头58、60两者通过熔化与彼此邻靠的边缘部分48、50的邻接面最接近的板14的材料而形成。由激光焊接设备产生的焊接能量依靠焊头而获得，该焊头在箭头62指示的、也就是大致平行于总体平面42的方向上指向外部和内部边缘部分48、50。在“大致平行”于总体平面42的方向上供应焊接能量可意指，焊接能量以与总体平面42成大约±15度的角度供应。可选地，在大致平行于总体平面42的方向上供应焊接能量意指，焊接能量以与总体平面42成±5度的角度供应。大体上，与总体平面42成更小的角度提供更抗应力的焊接。在板式换热器10的此公开的上下文中，“与…平行”与“平行于”相同。
焊接接头58、60两者具有楔形截面形状，其中该楔形截面形状的窄点指向板式换热器的内部，如在图4中示意地示出。相比于外部焊接接头58，内部焊接接头60在与板14相关的尺寸方面更实际地示出。内部焊接接头60还示出各板14的区域，板14的材料在该区域中熔化以产生焊接接头。外部和内部焊接接头58、60具有为传热板14中的一个的厚度的至少80%的、在大致平行于总体平面42的方向上的长度。
焊接能量沿其供应的方向可通过沿着由图4所示出的截面来截取板14而辨识，并且可通过辨识焊接接头58、60的楔形截面形状的方向而辨识。因而，在与总体平面42相关的某个方向上供应焊接能量提供结构特征到传热板14。
典型地，焊接接头58、60围绕总体平面42大致对称，这为在大致平行于总体平面42的方向上供应焊接能量的结果。如果焊接能量与总体平面42成角度地供应，则焊接接头58、60相对总体平面42倾斜相同角度。焊接能量经常在平行于总体平面42的方向上供应，导致焊接接头58、60围绕总体平面42对称。
当在叠层12中的传热板14焊接在一起时，不同板可以以任何次序大致焊接在一起。因为焊接能量在平行于总体平面42的方向上供应，所以激光焊头从在叠层12的横向侧面处的领域指向待焊接在一起的两个板。因此，叠层12的全部或者数个板14可层叠并且其后板14焊接在一起。板14焊接在一起的次序可例如从焊接热分配观点选择。但是，由于本发明，内部焊接接头不再需要在外部焊接接头之前产生(如在现有技术中的某些中)。特别地，对于在叠层12中的任何地方的三个板14，这些传热板14中的两个可沿着外部边缘部分48而焊接在一起，其后这两个传热板14中的一个可沿着内部边缘部分50与第三传热板14焊接在一起。
尽管本发明参照示例实施例而描述，但是许多不同的替代、更改等将对本领域技术人员变得显而易见。例如，板14还可围绕孔道32焊接在一起。围绕孔道32的焊接接头可依靠激光焊接而产生，其中焊接能量在大致平行于总体平面42的方向上指向板14。
应理解前述为说明各种示例实施例，并且本发明不限于公开的特定实施例，并且对公开的实施例的更改、公开的实施例以及其它实施例的特征的组合意图包括在所附权利要求的范围内。

Claims (13)

1. 一种包括传热板(14)的叠层(12)的板式换热器(10)，其中：
各传热板(14)在总体平面(42)中延伸并且具有带有褶皱样式(36)的主传热部(34)，所述褶皱样式(36)在所述总体平面(42)的第一侧面上的第一外部平面(44)和所述总体平面(42)的第二侧面上的第二外部平面(46)之间延伸，所述第一和第二外部平面(44，46)平行于所述总体平面(42)，并且其中，各传热板(14)包括外部外围部分(38)，其在所述主传热部(34)的外部并且沿着所述传热板(14)的外围延伸，所述外部外围部分(38)包括外部边缘部分(48)和内部边缘部分(50)，所述外部边缘部分(48)在所述第一外部平面(44)中延伸并且所述内部边缘部分(50)在所述第二外部平面(46)中延伸，
在所述叠层(12)中所述传热板(14)在所述外部外围部分(38)中交替地沿着所述外部边缘部分(48)并且沿着所述内部边缘部分(50)彼此邻靠，并且交替地沿着所述外部边缘部分(48)和所述内部边缘部分(50)焊接在一起，
其特征在于：
通过在大致平行于所述总体平面(42)的方向(62)上供应焊接能量而熔化与彼此邻靠的所述边缘部分(48，50)的邻接面最接近的所述传热板(14)的材料，以在彼此邻靠的所述外部边缘部分(48)和所述内部边缘部分(50)中的所述传热板(14)之间产生焊接接头(58，60)，由此所述叠层(12)中的所述传热板(14)沿着彼此邻靠的所述外部边缘部分(48)和彼此邻靠的所述内部边缘部分(50)而焊接在一起。
2. 根据权利要求1所述的板式换热器(10)，其特征在于，所述焊接能量由激光束供应并且所述传热板(14)依靠激光焊接而焊接在一起。
3. 根据权利要求1和2中的任一项所述的板式换热器(10)，其特征在于，两个传热板(14)依靠其焊接在一起的所述焊接接头(58，60)中的各个仅仅包括彼此邻靠的两个传热板(14)的所述材料。
4. 根据前述权利要求中的任一项所述的板式换热器(10)，其特征在于，所述焊接接头(58，60)中的各个具有为所述传热板(14)中的一个的厚度的至少80%的、在大致平行于所述总体平面(42)的所述方向(62)上的长度。
5. 根据前述权利要求中的任一项所述的板式换热器(10)，其特征在于，板(14)的所述外部外围部分(38)包括互连部分(52)，其以与所述总体平面(42)成大约45度的角度在所述外部边缘部分(48)和所述内部边缘部分(50)之间延伸。
6. 根据权利要求5所述的板式换热器(10)，其特征在于，所述传热板(14)在所述外部边缘部分(48)和所述互连部分(52)之间的过渡中以及在所述内部边缘部分(50)和所述互连部分(52)之间的过渡中形成有为在所述第一和第二外部平面(44，46)之间的距离的大约50%的半径。
7. 根据前述权利要求中的任一项所述的板式换热器(10)，其特征在于，所述焊接接头(58，60)围绕所述总体平面(42)大致对称。
8. 根据前述权利要求中的任一项所述的板式换热器(10)，其特征在于，所述焊接接头(58，60)具有楔形截面形状，其中所述楔形截面形状的窄点指向所述板式换热器(10)的内部。
9. 一种制造包括传热板(14)的叠层(12)的板式换热器(10)的方法，其中，各传热板(14)在总体平面(42)中延伸并且具有带有褶皱样式(36)的主传热部(34)，所述褶皱样式(36)在所述总体平面(42)的第一侧面上的第一外部平面(44)和所述总体平面(42)的第二侧面上的第二外部平面(46)之间延伸，所述第一和第二外部平面(44，46)平行于所述总体平面(42)，并且其中，各传热板(14)包括外部外围部分(38)，其在所述主传热部(34)的外部并且沿着所述传热板(14)的外围延伸，所述外部外围部分(38)包括外部边缘部分(48)和内部边缘部分(50)，所述外部边缘部分(48)在所述第一外部平面(44)中延伸并且所述内部边缘部分(50)在所述第二外部平面(46)中延伸，所述方法包括如下步骤：
通过在大致平行于所述总体平面(42)的方向(62)上供应焊接能量而熔化与彼此邻靠的所述边缘部分(48，50)的邻接面最接近的所述传热板(14)的材料，以在彼此邻靠的所述外部边缘部分(48)和所述内部边缘部分(50)中的所述传热板(14)之间产生焊接接头(58，60)，由此将所述叠层(12)中的所述传热板(14)在所述外部外围部分(38)中交替地沿着彼此邻靠的所述外部边缘部分(48)和彼此邻靠的所述内部边缘部分(50)而焊接在一起。
10. 根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述焊接步骤依靠激光焊接执行。
11. 根据权利要求9和10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述焊接步骤产生两个传热板(14)依靠其焊接在一起的所述焊接接头(58，60)，其仅仅包括彼此邻靠的两个传热板(14)的所述材料。
12. 根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述产生的焊接接头(58，60)具有为所述传热板(14)中的一个的厚度的至少80%的、在大致平行于所述总体平面(42)的所述方向(62)上的长度。
13. 根据权利要求9-12中的任一项所述的方法，其特征在于，包括如下步骤：
首先将所述传热板(14)中的两个沿着所述外部边缘部分(48)焊接在一起，并且
其后将所述两个传热板(14)中的一个沿着所述内部边缘部分(50)与所述传热板(14)中的第三个焊接在一起。
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