CN103250020A - 热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于流体之间的热交换的模块化系统，该系统包括多个敞开式元件（3），这些敞开式元件借助于两个端板（2）连接在一起。根据本发明的敞开式元件（3）由布置在敞开式框架（17）中的折叠的且密封的板材（13）构成。

Description

热交换器

本发明涉及一种用于流体之间的热交换的模块化系统以及在所述模块化系统中使用的用于流体之间的热交换的多个敞开式元件（openelement）。

现今在诸多领域中将热交换器作为标准设备用于有效加热或冷却、热回收、冷凝以及蒸发。热交换器可具有不同的类型和设计，这将取决于待加热或待冷却的介质的类型。

热交换器的效率，即，其在待“热交换”的两种介质之间进行热传递的能力，将极大地取决于将两种介质分开的隔离物的表面有多清洁。在许多热交换器应用中，使用的介质，例如海水，由于生物污垢、沉积物、物理颗粒等，将导致污染隔离物表面，这种对隔离物表面的污染随着时间极大地降低了热交换器的效率。这将意味着在使用过一段时间后，当传热量达到特定的最小水平时，不得不拆除以进行清洗。

在海运业务或工业中，热交换器尤其用于冷却船舶等的推进装置，其中将海水用作“冷却介质”。此时，为了维持船舶所需的推进动力，对热交换器进行清洗将是至关重要的并且是绝对必要的。

现今在海运工业中最常见的热交换器为板式热交换器。这种类型的热交换器有效且可靠，但是清洗起来将困难且复杂。这种板式热交换器包括板封装，该板封装典型地包括大量独立的板以及相应数量的垫片元件，例如50至150个板以及相应数量的垫片元件，其中将板式热交换器中的独立的板组装起来以形成板封装。当清洗这种类型的热交换器时，通常需要拆除整个板封装，从而随后必须每次清洗板封装中的所有板中的一个板，并且必须清洗或替换相同数量的垫片元件。对所述尺寸的热交换器进行拆除、清洗并组装被认为是两个人一整天的工作，并且由于消耗的时间和使用部件（替换垫片元件等）而造成大量的成本。清洗过程的复杂性将意味着为了能够进行清洗，更大程度地取决于可用能力和足够的时窗。然而通常将缺少可用能力和/或时窗，因此越来越多地将这些工作交给外部公司，这使得这一过程更加昂贵，或者这也意味着船舶被迫有一段时间停止运行，造成间接的收入损失。

根据本发明的用于流体之间的热交换的模块化系统以及在该系统中使用的用于流体之间的热交换的敞开式元件涵盖了与上述板式热交换器相同的应用范围，但提供有用于简化热交换器的维护的特殊视角。实际上消除了对特殊能力和/或大量时窗的需求。根据本发明，模块化系统将包括多个敞开式元件，例如，2至7个敞开式元件，以及相应数量的独立垫片。拆除、清洗和组装被认为是一个人大约一小时的工作。此外，如此减少了消耗的时间和替换垫片部件以致其变得无关紧要。此外，实际的清洗过程将是如此简单以致所有的船舶将具有进行这一过程的可用能力，并且因此可维持对热交换器的冷却能力的充分控制，并且因此也可维持对至关重要的推进动力的充分控制。

WO95/30867Al和NO316475B1描述了一种热交换器元件及其制造，其中已知的是，热交换器元件由折叠成形成多个缝隙的板组成，其中板界定待热交换的流体，每种流体在板的任一侧上的缝隙中流动。

EP909928Al涉及一种热交换器单元，其连同建筑物或房子中的热回收一起使用，其中在房子中提供了多个折叠板，以形成热交换器单元。

GB512689、US2004/0206486Al和US2009/0229804Al教导了热交换器和热交换器元件的额外实施方式。

前述文献中的共同特征在于，它们都没有教导用于流体之间的热交换的模块化系统，其中简化了模块化系统的拆除/组装、清洗和/或维护。

因此本发明的一个目的将是试图解决上述一个或多个问题或缺点。

本发明的另一个目的将是提供一种用于流体之间的热交换的模块化系统和敞开式元件，其是易于维护的。

这些目的通过如随后的独立权利要求中披露的用于流体之间的热交换的模块化系统和所述模块化系统中的多个敞开式元件来实现，本发明的其他特性在从属权利要求和下面的描述中阐述。

本发明涉及一种用于流体之间的热交换的模块化系统，该系统包括两个端板，所述两个端板构造有用于每种待热交换的流体的入口和出口，在两个端板之间布置有多个敞开式元件，其中彼此相邻的两个敞开式元件布置成使得相邻敞开式元件的相互面对的侧面传送（carry）相同的流体。

本发明也涉及一种用于流体之间的热交换的敞开式元件，该敞开式元件包括形成多个缝隙的折叠的板材，其中折叠的板材优选地被加固。折叠的板材的端部进一步通过端部密封件密封，其中折叠的板材进一步布置在由底部框架和顶部框架构成的敞开式框架上，敞开式框架的每个端部构造有两个通孔，这些通孔形成用于每种流体的入口和出口。

应理解的是，根据本发明的敞开式元件是指这样一种元件，即，当折叠的板材布置在敞开式框架中时，该元件基本上暴露折叠的板材的整个表面。于是可充分地接近敞开式元件的折叠的板材的表面，以从敞开式元件的两侧进行简单的清洗过程，而不用从敞开式框架上拆除折叠的板材。

可改变布置在两个端板之间的敞开式元件的数量。例如，在本发明的一个实施方式中，四个敞开式元件可布置在端板之间，但是应明白的是，根据本发明，可使用更多和更少数量的敞开式元件。

为了组装端板和布置在端板之间的敞开式元件，使用了至少一个细长元件。端板将于是构造有至少一个通孔、缝隙、切口等，其中每个端板中的至少一个通孔、缝隙、切口等是一致的，以允许细长元件穿过它们，从而组装端板和中间的敞开式元件。

所述至少一个细长元件可焊接至一个端板并且通过螺纹连接、螺母、快速联接器等连接至另一端板，但是应理解的是，至少一个细长元件也可以其他方式连接至端板，例如，可通过螺纹连接、螺母、快速联接器等。

当组装根据本发明的用于流体之间的热交换的模块化系统时，将在两个端板之间接连地布置期望数量的敞开式元件。使得端板将于是朝着彼此，然后使用一个或多个细长元件来组装端板和中间的敞开式元件。

细长元件例如可由螺栓、杆等组成。

优选地，用于流体之间的热交换的模块化系统还包括至少一个入口过滤器，所述过滤器合适地连接至用于一种流体的入口。该入口过滤器将于是降低模块化系统中的堵塞的危险。如果流过系统的一种流体例如是海水，则入口过滤器将阻止污染物（沙子、松散的壳等）进入敞开式元件中。

当端板和敞开式元件安装成形成根据本发明的用于流体之间的热交换的模块化系统时，敞开式元件布置成使得两个相邻敞开式元件将在相互面对的侧面上传送相同的流体。

在根据本发明的用于流体之间的热交换的模块化系统中使用的敞开式元件包括折叠成形成多个缝隙的板材，所述缝隙构成穿过敞开式元件的流体流道。当板材折叠时，然而，其将是“软的”，并且因此优选的是，其可被加固。

例如，板材的这种加固可这样获得，即，将板材在其长度和宽度的至少一部分上构造有多个冲压部分，所述冲压部分由非冲压部分相互分开。冲压部分将于是形成板材中的缝隙的壁，同时非冲压部分形成板材中的折叠，随后关于每个非冲压部分折叠板材。进一步密封折叠的板材的端部，将密封的且折叠的板材布置在框架中。

应理解的是，对板材进行冲压意味着，板材的表面暴露于外部力，这将改变板材的形状（凸出/凹陷）。冲压可为连续或间断的凹槽或通道、点或其组合的形式。

但是，应理解的是，折叠的板材的加固也可以其他方式获得，例如，通过在折叠的板材的缝隙之间设置隔离物。

上述的加固方法将导致折叠的板材在折叠的板材的整个或部分表面上获得期望的刚度。

尽管折叠的板材中的缝隙优选地构造为平面，但应理解的是，这些缝隙也可构造为扇形、弧形等。一个优选的实施方式为由允许缝隙中的有效高压清洗的一个或多个的敞开式区域形成的结构。

敞开式元件中的板材优选地由钛或其他合适的材料构成，板材优选地具有0.4mm-0.6mm的厚度。此外，折叠的板材的每个缝隙之间的距离将优选地为2.5mm-3.5mm。

折叠的板材进一步布置在框架中，该框架由顶部和底部构成。框架的顶部和底部将通过合适的紧固装置，例如，螺栓等，相互连接，从而提供敞开式元件。敞开式元件的顶部和底部将进一步包括用于入口、出口和流体分布的通道。

多个垫片等可进一步布置在框架的顶部/底部与折叠的板材之间和/或布置在框架的顶部与底部之间。

所述框架可进一步构造有多个通孔，使得如果端封或垫片开始泄漏，则框架中的通孔将起到用于流过敞开式元件的一种或两种流体的出口的作用，这样，流体不相混合。

为了进一步加固折叠的板材，多个横向元件可横跨顶部和/或底部框架的宽度而设置。

为了获得穿过敞开式元件的合适的流体流动，板可进一步合适地连接至横向元件，以使流体“被迫”流过敞开式元件中的缝隙。

从下面的详细描述、附图以及下面的权利要求中将清晰地看到本发明的其他优点和特性。

现在将下面的附图对本发明进行更详细的描述，其中

图1A-B示出了根据本发明的用于流体之间的热交换的模块化系统，其处于组装的过程中并完全组装好；

图2A-B示出了图1中示出的模块化系统中的用于流体之间的热交换的敞开式元件；

图3A-B示出了用于流体之间的热交换的敞开式元件中的板材，其中示出了在折叠前和完全折叠好的板材；

图4示出了具有密封端面的完全折叠的板材。

图1示出了根据本发明的用于流体之间的热交换的系统1，其中图1A中的系统1处于组装（或拆除）的过程中，并且其中图1B中的系统1被示出为完全组装好。

根据本发明的用于流体之间的热交换的系统1由两个端板2构成，根据示出的实施方式，在所述端板2之间布置有用于流体之间的热交换的四个敞开式元件3。但应理解的是，更多或更少数量的敞开式元件3可布置在端板2之间，该数量取决于可用空间、期望容量、备用容量以及发展潜力。至少两个细长元件4合适地6连接至一个端板2，其中至少一个细长元件4连接在靠近端板2的每个边缘的区域中。另一个端板2在靠近端板2的每个边缘的区域中构造有至少一个通孔、缝隙、切口5等，使得一个端板2的每个边缘中的至少一个通孔、缝隙、切口5等用作另一个端板2中的至少一个细长元件的通道，从而组装和连接两个端板2。细长元件4将于是在其长度的一部分上构造有螺纹部分（未示出）。两个端板2将于是这样连接，即，使得一个端板2的每个边缘中的至少一个细长元件4穿过另一个端板2中的至少一个通孔、缝隙、切口5等。螺母6将随后旋拧在每个细长元件4上，从而组装端板2和布置在端板2之间的敞开式元件3。

入口过滤器7以合适的方式，例如，借助于螺母等，连接至一个端板2，所述入口过滤器7将降低由于待热交换的一种或两种流体中的污染物引起的用于流体之间的热交换的系统1中的物理阻塞的危险。

一个端板2进一步构造有用于待热交换的每种流体的入口和出口8、9；10、11，其中用于第一流体的入口和出口8、9以及用于第二流体的入口和出口10、11布置在端板2的相对边缘上。

用于第一流体的入口8将于是与用于第二流体的入口10沿对角线相对地布置，用于第一流体的出口9将于是与用于第二流体的出口11沿对角线相对地布置。因此，当使用用于流体之间的热交换的系统1时，待热交换的流体将沿彼此相反的方向流动，从而达到优化流体之间的热传递。

此处未详细描述用于待热交换的流体的供给管道（未示出）如何连接至用于流体之间的热交换的模块化系统1，因为本领域的技术人员将知道这是如何完成的。

如以上所披露的，用于流体之间的热交换的模块化系统1包括多个敞开式元件3，将参考图2和图3对所述敞开式元件3进行更详细的描述。敞开式元件3如此布置在端板2之间以致两个相邻敞开式元件3中的相互面对的两个侧面将传送相同的流体，参考图1，这将意味着第一和第二敞开式元件3在相互面对的侧面中将传送第一流体，而第二和第三敞开式元件3中的侧面将传送第二流体。

图2A-B示出了根据本发明的敞开式元件3，其中图2A示出了敞开式元件3的不同组件，而图2B示出了完全组装好的敞开式元件3。敞开式元件3的主要部件由折叠成形成多个缝隙14（也参见图3和4）的板材13构成。板材13，在其每个短端，在短端的整个长度上，由端部密封件15密封。此外，围绕折叠的板材13提供两个永久性垫片16，每个永久性垫片16构造成覆盖折叠的板材13的端部边缘的一半。当具有端部密封件15以及两个永久性垫片16的折叠的板材13布置在由底部框架17a和顶部框架17b构成的框架17中时，将在折叠的板材13与框架17的边缘之间形成紧密的连接。但是，作为额外的安全措施，框架17将构造有多个通孔（未示出），这些通孔延伸到永久性垫片的外部和端部密封件中，使得如果端部密封件15或永久性垫片16由于某些原因而开始泄漏时，框架17中的通孔（未示出）将起到用于经过敞开式元件3的一种或两种流体的出口的作用。这意味着来自敞开式元件3的任何泄漏将不会造成待热交换的流体的混合。

框架17将进一步包括一个或多个工作垫片（service gasket）18，这些垫片布置在顶部框架和底部框架17a、17b的外部中。这样，当多个敞开式元件3布置在用于流体之间的热交换的系统1中时，将在敞开式元件3之间形成密封的连接。

框架17还将包括手提把手19，使得在组装或拆除用于流体之间的热交换的系统1期间可容易地操作敞开式元件3。

在框架17中，面朝框架17的两个端部中的每个，形成通孔20、21，其中通孔20构成用于每种流体的入口，而通孔21构成用于每种流体的出口。因此框架17的每个端部将构造有一个入口和一个出口。用于一种流体的入口和出口将于是位于敞开式元件3的一侧上，而用于另一种流体的入口和出口将布置在敞开式元件3的相对侧上。第一流体将于是在一侧上进入敞开式元件3中，流过折叠的板材中的缝隙14，并且随后在相同侧上从敞开式元件3流出。另一流体将在相对侧上进入敞开式元件3中，并且使第一流体结束，与第一流体相对地在折叠的板材13的相对侧上流过折叠的板材13，然后第二流体在其入口的相对端从敞开式元件3流出。这种布置将优化两种流体之间的热交换。

此外，当框架17组装好时，一个或多个垫片181将布置在通孔20、21之间。

顶部框架和底部框架17a、17b构造有敞开部分22，使得当折叠的板材13布置在框架17中时，折叠的板材13的大多数表面将暴露于流过敞开式元件3的流体。通过这种布置，其中框架17将仅覆盖折叠的板材13的边缘和板材13的高度，折叠的板材13的一大片区域将能够有效地用于流体之间的换热。

在图2B中，两个横向元件182连接至底部框架17b，所述横向元件182将在底部框架17b的整个宽度上延伸。这些横向元件182将加固折叠的板材13。

为了获得穿过敞开式元件3的合适的流体流动，板183可邻近横向元件182布置。该板183可于是布置在敞开式元件3的一个或两个侧面上，也参见图2A。板183将于是“被迫”流体流过敞开式元件3中的缝隙。

因此可在有效传热面积超过敞开式元件的外部面积时提供敞开式元件3。此外，敞开式元件3将提供在折叠的板材13中的缝隙14可见并且可接近以例如通过高压冲洗进行清洗的地方。

图3A-B示出了在敞开式元件3中使用的板材13，并且可以看到，板材13构造有多个冲压部分23以及布置在冲压部分之间的非冲压部分24。当折叠板材13时，冲压部分23将构成敞开式元件3中的缝隙，流体流过所述缝隙14a。非冲压部分24将于是形成用于板材13的“折叠点”。也参见图4，其中示出了完全折叠好的板材13。冲压部分23的冲压将在敞开式元件3中提供必需的强度，以便如果敞开式元件3上的压差变成过大时，则阻止敞开式元件3的坍缩，并且将在流过敞开式元件3的流体中提供湍流。

冲压在此被示出为“V型”，但是本领域的技术人员应理解的是，冲压也可具有其他的“图形”。

冲压可例如在压机（未示出）等中完成，其中将板材13供应至压机中，对部分23进行冲压，提升压机，并且使新长度的板材13在压机中前进，然后压机冲压出新的部分23。重复该过程，直到获得期望数量的冲压部分23。

板材13将于是通过“折叠过程”关于冲压部分24而折叠，以使板材13具有如图4示出的形式。这将提供折叠的板材13，其中两个冲压部分23将形成敞开式元件3中的缝隙，其中流过折叠的板材13的一侧上的缝隙14的第一流体将被折叠的板材13的另一侧上的两个缝隙14“包围”，第二流体流过所述两个缝隙14。

尽管图3A-B和图4中示出的缝隙14为平面，但应理解的是，这些缝隙可构造为扇形、弧形等。

板材13的第一和最后部分将构造有额外的“折叠点”，其中折叠在该部分的宽度的一半上进行。折叠成使得第一和最后部分的一部分将垂直于随后的冲压部分23而布置；也参见图4。该折叠的部分，例如从折叠的板材13垂直地突出的部分，将于是构成用于折叠的板材13的端部密封件的附接点以及用于永久性垫片16的接触面。

当板材13如图3B示出的那样折叠时，折叠的板材13将布置在模具25中，并且模具25将增加构成折叠的板材13的端部密封件15的质量。这在图4中示出，其中可以看到，折叠的板材13的一个端部已经具有应用在其上的端部密封件15，而折叠的板材13的其他端部被放入模具25中，以用来密封端部。

当折叠的板材13的其他端部也具有应用在其上的端部密封件15并且已变硬时，带有端部密封件15的折叠的板材13将装配有永久性垫片16，然后将这些布置在底部框架17b中。随后将顶部框架17a布置在包含折叠的板材13和永久性垫片16的底部框架17b之上，然后使顶部框架和底部框架17a、17b通过合适的装置（未示出），例如，螺钉、螺栓等，相互连接，从而形成敞开式元件3。

随后将多个敞开式元件3设置在端板2之间，然后通过细长元件4和螺母6对端板2进行连接，从而形成用于流体之间的热交换的系统1。

现已参考非限制性示例性实施方式对本发明进行了描述。但是，本领域的技术人员将理解的是，在如所附权利要求中定义的本发明的范围内，可对所描述的用于流体之间的热交换的系统和敞开式元件做出多种改变和修改。

Claims (10)

1.一种用于流体之间的热交换的敞开式元件（3），包括折叠成形成多个缝隙（14）的板材（13），所述缝隙（14）构成所述流体的流道，其中，所述板元件（13）在其宽度和长度的至少一部分上通过加固装置加固，并且其中，折叠的所述板材（13）的端部通过端部密封件（15）密封，其特征在于，折叠的所述板材（13）布置在敞开式框架（17）中，所述框架（17）的每个端部构造有形成用于每种所述流体的入口（20）和出口（21）的两个通孔。

2.根据权利要求1所述的元件（3），其特征在于，所述板材（13）由钛制成。

3.根据权利要求1所述的元件（3），其特征在于，所述元件进一步包括至少一个垫片（16、18、181）。

4.根据权利要求1所述的元件（3），其特征在于，所述缝隙宽度与所述缝隙深度之比小于0.15。

5.根据前述权利要求中任一项所述的元件（3），其特征在于，所述壁构造为平面、扇形、弧形等。

6.根据权利要求1所述的元件（3），其特征在于，所述框架由顶部框架和底部框架构成，所述顶部框架和所述底部框架（17a、17b）通过紧固装置相互连接。

7.根据权利要求6所述的元件，其特征在于，所述框架在至少一个侧面中构造有延伸到所述至少一个垫片（16、18）中的至少一个通孔。

8.一种用于流体之间的热交换的模块化系统（1），包括两个端板（2），其中，至少一个端板（2）构造有用于流体的入口（8、10）和出口（9、11），其特征在于，所述模块化系统（1）包括多个根据权利要求1所述的元件（3），所述元件（3）布置成使得两个相邻元件（3）在相互面对的侧面上传送相同的流体。

9.根据权利要求8所述的模块化系统（1），其特征在于，至少一个细长元件（4）布置在向外朝向一个所述端板（2）的每个端部的边缘的区域中，并且其中，另一端板（2）在向外朝向所述端板（2）的每个端部的边缘的区域中构造有至少一个通孔（5），从而能够组装所述端板（2）。

10.根据权利要求8-9中的一项所述的模块化系统，其特征在于，所述模块化系统（1）包括至少一个过滤器（7）。

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