CN103547878A - 用于板壳型换热器的传热板 - Google Patents

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CN103547878A CN201280024765.8A CN201280024765A CN103547878A CN 103547878 A CN103547878 A CN 103547878A CN 201280024765 A CN201280024765 A CN 201280024765A CN 103547878 A CN103547878 A CN 103547878A
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Abstract

一种构造成布置在板壳型板式换热器中的传热板。传热板包括入口端口(7)和出口端口(8)。入口端口(7)具有面向出口端口(8)且包括第一流体阻挡件(74)的第一入口部段(71)，以用于在入口端口(7)的第二入口部段(72)上分布流体流(F11)的至少一部分。出口端口(8)具有面向入口端口(7)且包括第二流体阻挡件(84)的第一出口部段(81)，以用于在出口端口(8)的第二出口部段(82)上分布流体流(F11)的至少一部分。波纹(9)布置在入口端口(7)和出口端口(8)中间。

Description

用于板壳型换热器的传热板
技术领域
本发明涉及构造成布置在板壳型换热器中的传热板。本发明还涉及这样的传热板的叠堆并且涉及板壳型换热器。
背景技术
板式换热器在工业中用作用于加热、冷却、热回收、冷凝和蒸发的设备。根据例如要加热或冷却的介质的类型以及板式换热器作为其一部分的应用系统，换热器可具有不同的类型和设计。
一种类型的板式换热器是所谓的板壳型换热器，其通常被称为“板壳型换热器”或“圆板式换热器”。这种类型很适合涉及高压和高温的用途。
板壳型换热器包括由金属制成且布置在容器中的波纹形、圆形或椭圆形传热板的叠堆。板壳型换热器的传热表面由传热板形成，传热板彼此相邻焊接使得在传热板之间通常形成两个通道。
这两个通道通过将传热板在板的外周边处和板的端孔处交替地焊接而实现，从而形成交替的流体通道。通道中的一个的流体接着经由传热板中的端孔引导通过传热板的叠堆，同时另一通道的流体经由板的外周边引导通过传热板的叠堆。流体的流可以是逆流、并流或横流的类型。
传热板的布置使得板壳型换热器抵抗热膨胀，这使其适合在高压和高温条件下使用。在通常大于80-100巴的高压下，必须认真考虑传热板的设计，即使板壳型换热器的主要设计本身有助于耐高压性(耐应力性)。传热板的设计对于板多么有效地传递热量也是重要的。然而，如果传热改善，耐压性通常会降低，反之亦然。
存在用于提供更耐压的板壳型换热器的多种技术。例如，US6474408和US7004237描述了如何通过考虑热膨胀而改善耐应力性。然而，据估计，板壳型换热器的耐应力性和传热能力的组合仍然不是最佳的，特别是在板壳型换热器在高压应用中使用时。
发明内容
本发明的目的是至少部分地克服现有技术的上述缺陷中的一个或多个。特别地，目的是提供一种更耐应力的板壳型换热器，同时仍确保传热保持在相对高的水平下。
为了实现这些目的，提供了构造成布置在板壳型换热器中的传热板。传热板包括入口端口和布置成距入口端口一定距离处的出口端口。入口端口具有面向出口端口且包括第一流体阻挡件的第一入口部段，以用于在入口端口的第二入口部段上分布流体流的至少一部分。出口端口具有面向入口端口且包括第二流体阻挡件的第一出口部段，以用于在出口端口的第二出口部段上分布流体流的至少一部分。第一抵接部段布置在传热板的第一侧面的周边周围。在背对第一侧面的传热板的第二侧面处，第二抵接部段布置在入口端口周围并且第三抵接部段布置在出口端口周围。第一抵接部段构造成通过与布置在第一侧面处的第一类似的传热板的对应抵接部段焊接而接合，并且第二和第三抵接部段构造成通过与在第二侧面处的第二类似的传热板的对应抵接部段焊接而接合。传热板包括布置在入口端口和出口端口中间的波纹。传热板被构造成在至少80巴的压力下分布流体流。
传热板包括波纹意味着传热板为波纹状的或者其具有波纹轮廓。
面向出口端口的入口端口的部段表示入口端口最靠近出口端口的部分，而面向入口端口的出口端口的部段表示出口端口最靠近入口端口的部分。因此，由于面对的部段包括相应的流体阻挡件，没有流体或相对少量的流体可从最靠近出口端口的入口端口的部分流出。以对应的方式，没有流体或相对少量的流体可流过最靠近入口端口的出口端口的部分。
这意味着从入口端口流到出口端口的全部或相对大量的流体被迫流过不包括所提及的流体阻挡件的端口的部段。这样，当流从一端口流至另一端口时，可防止流在传热板上走“捷径”。这是有利的，因为板的传热可保持相对高的水平，即使例如端口布置成彼此相对靠近。然后由流体阻挡件实现高的传热，该流体阻挡件“迫使”流体在流体阻挡件的(多个)侧面处流动，并且通常流过包括波纹的传热的更大部段，即，流过传热板的波纹部段。如将进一步描述地，将端口彼此相对靠近地布置通常提供了更耐应力的传热板。
波纹可包括平行于第一轴线的细长脊和凹槽，第一轴线相对于第二轴线倾斜15-75°的角度，第二轴线延伸穿过入口端口的中心且穿过出口端口的中心。波纹的这种布置提供了热量通过传热板的有效传递。具体而言，波纹的所有脊和凹槽可平行于第一轴线。附加地或备选地，波纹可围绕入口端口和出口端口。
第一和第二流体阻挡件可布置在传热板的第一侧面上。
传热板、入口端口和出口端口可具有圆形形状，并且流体阻挡件可具有圆弧的形状。
流体阻挡件的至少一个可包括开口，使得一定量的流体可流过流体阻挡件。
流体阻挡件可被压入传热板中，使得它们形成相应的流体阻挡脊。
入口端口可定位在距传热板的周边边缘至少4 cm处。
根据另一方面，提供了一种传热板的叠堆，其包括具有上述特征中的任一个的多个传热板。
根据另一方面，提供了一种板壳型换热器，其包括具有上述特征中的任一个的多个传热板。
根据以下详细描述以及附图，本发明的其它方面以及目的、特征和优点将显而易见。
附图说明
现在将以举例方式结合所附示意图来描述本发明的实施例，在附图中：
图1是板壳型换热器的透视图，
图2是图1的换热器的局部剖视图，
图3是用于图1的换热器的传热板的第一侧面的视图，
图4是沿图3的传热板的截面B-B的局部剖视图，
图5是图3的放大截面的视图，
图6是图3的传热板的第二侧面的视图，以及
图7是图6的放大截面的视图。
具体实施方式
参照图1，示出了板壳型换热器1。换热器1包括外壳5、第一端板3和第二端板4。外壳5在该示例中为圆形的，但可设想其它形状，例如椭圆形。板壳型换热器1具有四个端口11、12、13、14，根据其用途和构型，这些端口构成换热器1的入口端口或出口端口。在图示示例中，端口11为第一流体流F1的入口端口并且端口12为出口端口，而端口13为第二流体流F2的入口端口并且端口14为出口端口。
第一流体流F1的入口端口11和出口端口12布置在第一端板3处，相对靠近第一端板3的外边缘且在第一端板3的中心的相对侧处。第二流体流F2的入口端口13和出口端口14在外壳5的相对侧处布置在外壳5上。
端板3和4刚性地接合到外壳5，使得端板3、4和外壳5具有允许由接合的端板3、4和外壳5形成的封罩内的高压力的柱形形状。端板3、4可焊接到外壳5或借助于螺栓(未示出)固定到外壳5。两个支撑件17、18附连到端板3、4，以允许将板壳型换热器1置于基础上。
参照图2，示出了板壳型换热器1的剖视图。第一流体流F1和第二流体流F2引导通过布置在由端板3、4和外壳5形成的封罩内的传热板的叠堆10。传热板的叠堆10通常包括10-300个或甚至更多个传热板。
第一流体流F1和第二流体流F2经由两个通道输送，这两个通道通过将叠堆10中的传热板在板的外周边处和板的入口端口及出口端口处交替地焊接而实现，从而形成交替的流体通道。第一流体流F1接着经由传热板中的端口被引导通过传热板的叠堆10，同时第二流体流F2经由板的外周边引导通过传热板的叠堆10。叠堆10的传热板通常为类似的或甚至相同的，并且通过焊接接合到彼此，但可使用其它接合方法，例如硬焊。
具体而言，第一流体流F1的入口通道111穿过传热板中的第一组端口(入口端口)形成。第一流体流F1的出口通道121穿过传热板中的第二组端口(出口端口)形成。入口通道111和出口通道121沿着平行于主轴线A6的相应轴线A7、A8延伸。第一流体流F1的流进入入口通道111并且进一步进入在外周边处焊接到彼此的传热板之间，例如在传热板2和相邻的类似传热板101之间。因此，第一流体流F1可被看作分成流过叠堆10中的每隔一个(every second)传热板之间的不同流体流部分，例如流过板2和板101之间的流体流部分F11。当流体流部分离开传热板时，它们在出口通道121中“汇集”成第一流体流F1。
第二流体流F2的流经由入口13到达传热板的叠堆10并且进一步进入在板的端口(入口端口和出口端口)处焊接到彼此的传热板之间。例如，第二流体流F2经过传热板2和相邻的类似传热板102之间。在第一流体流F1和第二流体流F2之间的换热可接着发生。
第二流体流F2也可看作分成流过每隔一个传热板之间的不同的流体流部分，诸如流过板2和板102之间的流体流部分F21。当这些流体流部分离开传热板时，它们“汇集”成第二流体流F2并且经由出口端口14离开。
传热板101可被看作布置在传热板2的第一侧面21处的第一相邻的传热板101，同时传热板102可被看作布置在传热板2的第二侧面22处的第二相邻的传热板102。传热板2的第一侧面21和第二侧面22形成传热板2的相对侧。
所谓的补偿板叠堆19可定位在第一端板3和传热板的叠堆10之间。补偿板叠堆19允许叠堆10中的传热板由于温度变化而膨胀或收缩，而不在传热板的叠堆10和端板3、4之间的接头处施加热疲劳。
参照图3，在传热板的叠堆10中的例示传热板2示出为从其第一侧面21观察。叠堆10中的传热板的大部分或甚至全部可以是与传热板2相同的，包括第一21和第二22相邻的传热板。
传热板2具有入口端口7和布置在距入口端口7一定距离处的出口端口8。入口端口7与类似的传热板的入口端口结合形成以上讨论的入口通道111，而出口端口8与类似的传热板的出口端口一起形成出口通道121。
入口端口7具有面向(即最靠近或指向)出口端口8的第一入口部段71。第一入口部段71包括第一流体阻挡件74，其将第一流体流F1的至少一部分F11分布在入口端口7的第二入口部段72上。入口端口7具有圆形形状，并且第一入口部段71形成圆弧，即，第一入口部段71是入口端口7的圆周的区段。由第一入口部段71形成的弧的长度等于从入口端口7的中心测量的角度β1。由于第一流体阻挡件74布置在第一入口部段71处，第一流体阻挡件74也具有圆弧的形状。由此可见，第一入口部段71和第二入口部段72限定形成入口端口7的开口的相应部分。第一流体阻挡件74具有与限定第一入口部段71的弧的长度相同的角长度，即，角长度β1。β1可具有各种角度值，例如180°的值或在90°与270°之间的值。
第二入口部段72也具有圆弧的形式，即，第二入口部段72是入口端口7的圆周的区段。由第二入口部段72形成的弧的长度等于从入口端口7的中心测量的角度β2。分布在第二入口部段72上的流F11是经由入口11进入板壳型换热器1的第一流体流F1的一部分。第一流体流F1的对应部分被分布在其它类似的传热板上，并且分布的流体部分之和等于第一流体流F1。
出口端口8具有面向(即最靠近或指向)入口端口7的第一出口部段81。第一出口部段81包括第二流体阻挡件84，其将第一流体流F1的部分F11分布在出口端口8的第二出口部段82上。出口端口8具有圆形形状，并且第一出口部段81形成圆弧，即，第一出口部段81是出口端口8的圆周的区段。由第一出口部段81形成的弧的长度等于从出口端口8的中心测量的角度θ1。由于第二流体阻挡件84布置在第一出口部段81处，第二流体阻挡件84也具有在圆弧上的形状。由此可见，第一出口部段81和第二出口部段82限定形成出口端口8的开口的相应部分。在其中仅存在一个入口端口和一个出口端口的该实施例中，在第二入口部段72上的流具有与在第二出口部段82上的流相同的流量。第二流体阻挡件84具有与限定第二入口部段81的弧的长度相同的角长度，即，角长度θ1。θ1可具有与β1相同或不同的角度值。
第二出口部段82也具有圆弧的形式，即，第二出口部段82是出口端口8的圆周的区段。由第二出口部段82形成的弧的长度等于从出口端口8的中心测量的角度θ2。
流体阻挡件74、84通常具有压入传热板2的脊的形式。脊于是充当减少或阻止流体流的流体阻挡件。
如所指出的那样，第一流体流F1的部分F11在入口端口7的第二入口部段72上的分布由第一流体阻挡件74实现。第一流体流F1的部分F11在出口端口8的第二出口部段82上的分布由第二流体阻挡件84实现。
传热板2具有布置在入口端口7和出口端口8中间的细长的波纹9。波纹9包括多个细长脊和凹槽，其中脊中的两个由附图标记91和95标示，并且凹槽中的两个由附图标记92和96标示。细长脊和凹槽平行于第一轴线A1，第一轴线A1相对于第二轴线A2倾斜20-90°的角度α，其中第二轴线A2延伸穿过入口端口7的中心且穿过出口端口8的中心。波纹9的所有脊和凹槽可平行于第一轴线A1。第二轴线A2可延伸穿过传热板2的中心。波纹在其不含平坦部段的意义上通常是连续的。
示例性的入口端口7和出口端口8绕传热板2的中心对称布置。如可以看到地，入口端口7和出口端口8布置在距传热板2的周边边缘32相应的距离处。这允许波纹9围绕入口端口7和出口端口8。具体而言，入口端口7和/或出口端口8可定位成距周边边缘32至少4cm。将端口7、8布置成距周边边缘32一定距离是有利的，因为改善了传热板2的耐应力性。此外，不妨碍有效的传热，因为波纹9布置在端口7、8之间。将波纹9围绕端口7、8布置还改善了热量的有效传递。
为了接合板，传热板2的第一侧面21具有在周边边缘32处的第一抵接部段31。第一抵接部段31与第一类似的传热板101的对应抵接部段接合。第一抵接部段31可包括面向第一类似的传热板101的类似的平坦表面或折叠边缘的平坦表面或折叠边缘。
参照图4，示出了第二流体阻挡件84的局部横截面B-B。类似于第一流体阻挡件74的第二流体阻挡件84具有沿第一出口部段81延伸的脊841的形式。凹口(indentation)843沿脊841延伸。在图4中也可见波纹9的脊和凹槽中的一些，例如脊95和凹槽96。第一流体阻挡件74和第二流体阻挡件84布置在与第一抵接部段31相同的一侧上，即，在传热板2的第一侧面21上。通过防止流体流选择端口7、8之间的捷径，即，防止流体流选择从入口端口7到出口端口8的最短路径，流体阻挡件74、84有效地造成流体流分布在传热板2的较大部段上。流体流的有效分布改善了板2的传热。
参照图5，在一个实施例中，第一流体阻挡件74包括允许一定量的流体流经或流过第一流体阻挡件74的开口751。开口751相对较小，使得经由入口端口7进入的流体的主要部分仍然被迫流过第二入口部段72。开口751可在入口端口7的径向方向上延伸并且可帮助在第一入口部段71上适当地分布压力水平。第二流体阻挡件84可包括对应的开口。
参照图6，传热板2示出为从其第二侧面22观察。相比图3的图示，传热板2在该图中绕轴线A2翻转180°。波纹9因此被“颠倒”，使得在第一侧面21上的凹槽此时形成类似在第二侧面22上的脊93的脊，而在第一侧面21上的脊此时形成类似在第二侧面22上的凹槽94的凹槽。流过传热板2的第二侧面22的第二流体流F2的部分F21(参见图2)在周边边缘32的相对侧处进入和离开传热板2。
在传热板2的第二侧面22处，第二抵接部段73布置在入口端口7周围并且第三抵接部段83布置在出口端口8周围。第二73和第三83抵接部段与相邻的第二类似的传热板102的对应抵接部段接合(参见图2)。第二抵接部段73和第三抵接部段83可包括面向第二类似的传热板102的类似的平坦表面或折叠边缘的相应的平坦表面或折叠边缘。
因此，在传热板的叠堆10中，每隔一个传热板被绕轴线A2翻转180°。然而，可能的是每隔一个传热板2相反绕轴线A3(参见图3)翻转180°，轴线A3垂直于轴线A2且延伸穿过传热板2的中心。在任一种情况下，第二和第三抵接部段都被认为与类似传热板的对应抵接部段接合，即使当板绕轴线A3翻转时，端口的布置可不对称。
流体阻挡件74、84通常具有与细长波纹9相同的高度。当传热板布置成形成叠堆10时，第一传热板的流体阻挡件74、84和波纹9与后续的第二传热板接触。
参照图7，示出了入口端口7的放大局部视图。入口端口7具有大体上与传热板2的直径D1 [cm](参见图6)有关的直径D2 [cm]。
通常，                                               ，其中W [cm]为入口端口7布置成距传热板2的周边边缘32的距离，P [bar]为流过换热器的流体的压力，k1 [bar-1]为第一常数，并且k2 [cm]为第二常数。可计算k1和k2的合适的值，以便为传热板2提供预定的耐应力性，或者可根据经验确定。另外，通常W≥D1/20。然而，W通常为至少4cm。此外，D2/W≤2是合适的。W与D1和D2之间的关系以及W的值在各种测试中显示适于获得耐应力的传热板，同时仍确保传热保持在可接受的水平。如上文所述，流体阻挡件帮助保持可接受的传热水平，即使端口7、8布置成彼此相对靠近。所描述的传热板2能够在其波纹9上分布在至少80巴的压力水平下的流体流。这适用于在第一侧面21上的流和/或在第二侧面22上的流。
板壳型换热器1中的传热板通常由诸如不锈钢的金属制成。当使用焊接来形成接头时，即，当接头为焊缝时，可使用激光焊接以及其它焊接技术，例如电阻焊接。传热板本身可由钢板制成，该钢板用压制工具压制形成波纹和流体阻挡件。切割机随后切出入口端口、出口端口和板的周边。
从以上描述可知，虽然已描述和示出了本发明的各种实施例，但本发明不限于此，而是也可在所附权利要求限定的主题的范围内以其它方式体现。例如，外壳、端板和传热板可具有椭圆形状。这样的椭圆形状在本说明书的背景下包括在术语“圆形”中。换热器也可具有附加的流动通道，并且(多个)端板和外壳可由此具有不止一个相应的入口和出口端口。

Claims (11)

1.一种构造成布置在板壳型换热器(1)中的传热板，所述传热板包括入口端口(7)和布置在距所述入口端口(7)一定距离处的出口端口(8)，
所述入口端口(7)具有面向所述出口端口(8)且包括第一流体阻挡件(74)的第一入口部段(71)，以用于在所述入口端口(7)的第二入口部段(72)上分布流体流(F11)的至少一部分，
所述出口端口(8)具有面向所述入口端口(7)且包括第二流体阻挡件(84)的第一出口部段(81)，以用于在所述出口端口(8)的第二出口部段(82)上分布所述流体流(F11)的至少一部分，其中
第一抵接部段(31)布置在所述传热板的第一侧面(21)的周边周围，
在背对所述第一侧面(21)的所述传热板的第二侧面(22)处，第二抵接部段(73)布置在所述入口端口(7)的周围并且第三抵接部段(83)布置在所述出口端口(8)的周围，
所述第一抵接部段(31)构造成通过与布置在所述第一侧面(21)处的第一类似的传热板(101)的对应抵接部段焊接而接合，并且
所述第二(73)和第三(83)抵接部段构造成通过与在所述第二侧面(22)处的第二类似的传热板(102)的对应抵接部段焊接而接合，其中
所述传热板包括布置在所述入口端口(7)和所述出口端口(8)中间的波纹(9)，并且其中
所述传热板构造成在至少80巴的压力下分布所述流体流(F11)。
2.根据权利要求1所述的传热板，其特征在于，所述波纹(9)包括平行于第一轴线(A1)的细长脊(91)和凹槽(92)，所述第一轴线(A1)相对于第二轴线(A2)倾斜15-75°的角度(a)，所述第二轴线(A2)延伸穿过所述入口端口(7)的中心且穿过所述出口端口(8)的中心。
3.根据权利要求2所述的传热板，其特征在于，所述波纹(9)的所有脊(91)和凹槽(92)均平行于所述第一轴线(A1)。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的传热板，其特征在于，所述波纹(9)围绕所述入口端口(7)和所述出口端口(8)。
5.根据权利要求1所述的传热板，其特征在于，所述第一(74)和所述第二(84)流体阻挡件布置在所述传热板的第一侧面(21)上。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的传热板，其特征在于，所述传热板、所述入口端口(7)和所述出口端口(8)具有圆形形状，并且所述流体阻挡件(74, 84)具有圆弧的形状。
7.根据权利要求1-6中的任一项所述的传热板，其特征在于，所述流体阻挡件(74, 84)中的至少一个包括开口(751)，使得一定量的流体可流过所述流体阻挡件(74)。
8.根据权利要求1-7中的任一项所述的传热板，其特征在于，所述流体阻挡件(74, 84)压入所述传热板中，使得它们形成相应的流体阻挡脊。
9.根据权利要求1-8中的任一项所述的传热板，其特征在于，所述入口端口(7)定位在距所述传热板的周边边缘(32)至少4cm处。
10.一种包括根据权利要求1-9中的任一项所述的多个传热板的传热板的叠堆。
11.一种包括根据权利要求1-9中的任一项所述的多个传热板的板壳型换热器。
CN201280024765.8A 2011-05-25 2012-05-09 用于板壳型换热器的传热板 Pending CN103547878A (zh)

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