CN103791760B

CN103791760B - 垫片和组件

Info

Publication number: CN103791760B
Application number: CN201310264742.0A
Authority: CN
Inventors: M.赫德伯格; J.尼尔森
Original assignee: Alfa Laval AB
Current assignee: Alfa Laval AB
Priority date: 2012-10-30
Filing date: 2013-06-28
Publication date: 2016-12-28
Anticipated expiration: 2033-06-28
Also published as: JP6199982B2; CN203595447U; ES2712645T3; BR112015007767A2; AU2013339801A1; CN103791760A; PT2914916T; KR101896170B1; PL2914916T3; SA113340793B1; WO2014067674A1; AR093267A1; DK2914916T3; EP2914916B1; JP2015534020A; US9903668B2; EP2914916A1; KR20150079854A; KR20170000403A; RU2015120566A

Abstract

本发明涉及垫片和组件。提供一种垫片以及包括热交换器板和这种垫片的组件。垫片包括布置成包围热交换器板的端口孔的环形垫片部分。环形垫片部分的内部边缘限定一区域，该区域包括可配合在该区域内的最大假想圆的中心点重合的基准点。垫片的特征在于，该区域具有由下者限定的形式：假想平面几何图的一定数量的拐角点，其中至少一个相对于圆的弧偏移；以及连接拐角点的相同数量的完全弯曲的线，其中，拐角点中的第一拐角点布置成与基准点相距第一距离(d1)，拐角点中的第二个布置成在顺时针方向上最接近第一拐角点且与基准点相距第二距离(d2)，而拐角点中的第三个布置成在逆时针方向上最接近第一拐角点且与基准点相距第三距离(d3)。

Description

垫片和组件

技术领域

本发明涉及垫片。本发明还涉及包括热交换器板和这种垫片的组件。

背景技术

板式热交换器(PHE)典型地由两个端板组成，多个热传递板以对准的方式布置在两个端板之间。在一种类型的众所周知的PHE(即所谓的带垫片的板式热交换器)中，垫片布置在热传递板之间，更特别地布置成沿着边缘以及围绕热传递板的端口孔。端板以及因此热传递板压向彼此，由此垫片在热传递板之间进行密封。垫片在热传递板之间限定并行流通道，最初温度不同的两种流体可交替地流过该并行流通道，以将热从一种流体传递到另一种流体。为了优化带垫片的PHE的性能，垫片的设计应适于PHE的其它构件的设计，诸如热传递板的设计。

流体分别通过入口端口和出口端口而进入和离开通道，入口端口和出口端口延伸通过板式热交换器，并且由热传递板中的相应的对准的端口孔形成。入口端口和出口端口分别与板式热交换器的入口和出口连通。需要像泵一样的装备馈送两种流体通过板式热交换器。入口端口和出口端口越小，PHE内部的流体的压降就越大，而且需要更强劲且因而昂贵的装备来恰当地运行PHE。当然，可使入口端口和出口端口的直径更大，以便减小流体的压降，以及使得能够使用不那么强劲的装备。但是，扩大入口端口和出口端口的直径意味着增大热传递板中的端口孔的直径。这又可导致必须牺牲热传递板的宝贵的热传递表面，这典型地与板式热交换器的热传递效率降低相关联。

发明内容

本发明的目标是提供一种用于热交换器板的垫片，其与较低的压降相关联，并且因此可与也不那么强劲的外围装备结合起来使用。如上面提到的那样，为了优化具有垫片的PHE的性能，垫片的设计应当适于PHE的其余部分的设计。作为示例，典型地，垫片应当设计成使得它们至少部分地遵从热交换器板的边缘，以及靠近热交换器板的边缘而延伸，以最大程度地增加PHE的热传递表面。同时，垫片和边缘之间的距离必须大得足以使得垫片能够在边缘处得到充分的支承。本发明的基本概念是提供一种适于具有至少一个非圆形端口孔而非传统的圆形端口孔的热交换器板的垫片。端口孔以及因而垫片可适于该热交换器板的设计，而且通过牺牲热交换器板的对热交换器板的热传递性能没有大贡献的表面，可扩大端口孔区域。本发明的另一个目标是提供一种包括热交换器板和这种垫片的组件。在所附权利要求和以下论述中限定用于实现以上目标的垫片和组件。

根据本发明的、用于布置在热交换器板上的垫片具有布置成包围热交换器板的端口孔的环形垫片部分。环形垫片部分的内部边缘限定一区域，该区域包括与可配合在该区域内的最大假想圆的中心点重合的基准点。垫片的特征在于，由环形垫片部分的内部边缘限定的区域具有由下者限定的形式：假想平面几何图的一定数量的拐角点，其中的至少一个拐角点相对于圆的弧偏移；以及连接这些拐角点的相同数量的完全弯曲的线。拐角点中的第一拐角点布置成与基准点相距第一距离。拐角点中的第二个布置成在顺时针方向上最接近第一拐角点，以及与基准点相距第二距离。另外，拐角点中的第三个布置成在逆时针方向上最接近第一拐角点，以及与基准点相距第三距离。

如本文所用，用语“热交换器板”意于包括板式热交换器的端板和热传递板两者，即使本文将集中于热传递板。

环形垫片部分布置成沿着端口孔的边缘延伸。垫片部分和端口孔边缘之间的距离沿着垫片部分是基本相同。因而，由垫片部分限定的区域相对于端口孔是基本均匀的，但当然大于该端口孔。因此，设计有某个形式的垫片或更特别地垫片部分的优点在于，其适于具有基本相同的形式的端口孔，该形式又可在不同的方面有益。鉴于这一点，在下面，当论述垫片的不同的可行特征时，参照具有这些特征的垫片所适于的端口孔的优点。

平面几何图可有许多不同的类型，例如三角形、四边形、五边形等等。因而，拐角点或极限点以及因而曲线的数量可不为两个和更多个。

完全弯曲的线指的是没有直的部分的线。因而，环形垫片部分的内部边缘将具有没有任何直的部分的轮廓，并且因而适于具有带有没有任何直的部分的轮廓的端口孔。这是有益的，因为这将在端口孔周围产生较低的弯曲应力。流过端口孔的流体会试图使端口孔弯曲成圆形形式。因而，如果端口孔具有直的部分，那将在热交换器板中产生较高的弯曲应力。

各个曲线连接拐角点中的两个。

由于拐角点中的至少一个相对于假想圆的弧偏移，所以由环形垫片部分限定的区域将是非圆形的。

当谈到拐角点的定向时，顺时针和逆时针方向指的是当垫片恰当地布置在热交换器板上且在热交换器板的法线方向上观察时的方向。

第二和第三拐角点分别在顺时针和逆时针方向上最接近第一拐角点的特征表示第一、第二和第三拐角点的相对定位遵从环形垫片部分的内部边缘。

谈到基准点和相应的第一、第二和第三拐角点之间的第一、第二和第三距离，它是观察到的最短距离。

根据有创造性的垫片的一个实施例，拐角点和曲线的数量等于三。关于这一点，对应的平面几何图可为三角形。此实施例适用于具有基本长方形的形状且端口孔布置在热交换器板的拐角处的许多传统热交换器板。

从环形垫片部分限定的区域的基准点看，曲线可为凹的，或者向外凸出。这种设计使得能够有由环形垫片部分限定的较大区域，该区域因而适于较大的端口孔区域，较大的端口孔区域又与较低的压降相关联。

垫片可使得第一、第二和第三拐角点分别布置在从区域的基准点延伸的第一、第二和第三假想直线上。在第一假想直线和第二假想直线之间的第一角度可基本等于在第三假想直线和第一假想直线之间的第三角度。另外，垫片可使得在第二拐角点和基准点之间的第二距离等于在第三拐角点和基准点之间的第三距离。这些设计使得垫片能够适于对称端口孔，并且因而适于对称环形垫片部分，其中，对称轴线平行于第一假想直线。对称端口孔可有利于制造热交换器板。

根据本发明，在第一拐角点和基准点之间的第一距离可小于在第二拐角点和基准点之间的第二距离和/或在第三拐角点和基准点之间的第三距离。从而，垫片可适于端口孔的形状，端口孔的形状又适于热交换器板的其余部分的设计。更特别地，取决于热交换器板设计，在第二拐角点和第三拐角点的方向上比在第一拐角点的方向上可存在更多空间供端口孔延伸。

垫片的环形垫片部分可使得曲线中的连接第一拐角点和第二拐角点的第一曲线以及曲线中的连接第三拐角点和第一拐角点的第三曲线是相似的，但相对于彼此镜像翻转。这样的均匀的曲线使得能够有适于对称端口孔的对称垫片，其中，对称轴线平行于第一假想直线。如上面提到的那样，对称端口孔可有利于制造热交换器板。

根据本发明的组件包括热交换器板和如上面描述的那样的垫片。

根据以下详细描述，以及根据附图，本发明的另外的其它目标、特征、方面和优点将是显而易见的。

附图说明

现在将参照所附示意图来更详细地描述本发明，其中

图1是板式热交换器的正视图，

图2是图1的板式热交换器的侧视图，

图3是根据本发明的组件，即设有垫片的热传递板的平面图，

图4是图3的垫片的示意图，以及

图5在横截面中示出图3的垫片。

具体实施方式

参照图1和2，显示带垫片的板式热交换器2。它包括热交换器板，热交换器板呈第一端板4、第二端板6和布置在相应的第一端板4和第二端板6之间的多个热传递板的形式。热传递板是两个不同的类型。但是，由于这与本发明无关，所以在本文不会进一步论述两个热传递板类型之间的区别。在图3中更详细地示出热传递板中的被标为8的一个。不同类型的热传递板交替地布置在板组合9中，一个热传递板的前侧(在图3中示出)面向相邻的热传递板的后侧。每隔一个热传递板相对于基准定向(在图3中示出)，围绕图3的图平面的法线方向而旋转180度。

热传递板彼此被垫片隔开，垫片中的一个由11表示，在图3和4中更详细地示出该垫片。而且，在图5中，示出垫片11的横截面。热传递板与垫片共同形成并行通道，并行通道布置成接收两种流体，以将热从一种流体传递到另一种流体。为此，第一流体布置成在每隔一个通道中流动，而第二流体布置成在其余通道中流动。第一流体分别通过入口10和出口12来进入和离开板式热交换器2。类似地，第二流体分别通过入口14和出口16而进入和离开板式热交换器2。为了使通道无泄漏，必须将热传递板压靠在彼此上，由此垫片在热传递板之间进行密封。为此，板式热交换器2包括多个上紧器件18，上紧器件布置成将相应的第一端板4和第二端板6压向彼此。

热传递板8是基本长方形的不锈钢片材。它具有平行于图3的图平面的中心延伸平面c-c(参见图2)。热传递板8包括用于第一流体的、连接到板式热交换器2的入口10上的入口端口孔20，以及用于第二流体的、连接到板式热交换器2的出口16上的出口端口孔22。另外，热传递板8包括用于第二流体的、连接到板式热交换器2的入口14上的入口端口孔24，以及用于第一流体的、连接到板式热交换器2的出口12上的出口端口孔26。在本文中不会详细描述入口端口孔和出口端口孔。而是参照申请人的共同未决的专利申请EP 12190496.5，该申请通过引用而结合在本文中。热传递板8还包括不同的区域，即，两个分配区域28、30、在分配区域之间延伸的热传递区域32，以及在入口端口孔和出口端口孔以及分配区域之间延伸的隔热区域34、36、38和40。各个区域都设有相对于中心延伸平面c-c呈凸起和凹陷的形式的波纹型式(未示出)，其中，波纹具有取决于区域的主要任务的设计。分配区域28和30的主要任务是使流体散布在热传递板8的整个宽度上。热传递区域32的主要任务是将热从热传递板8的一侧上的流体传递到热传递板的另一侧上的流体。隔热区域34、36、38和40的主要任务是在入口端口孔和出口端口孔20、22、24和26和分配区域28和30之间导引流体，即，它们只是用于流体传送的区域。在本文中不会详细描述不同的区域和波纹型式。而是参照申请人的共同未决的专利申请EP 12190493.2。

热传递板8设有垫片凹槽，垫片凹槽布置成接收由橡胶制成的垫片11。恰当地布置在垫片凹槽中的垫片11沿着热传递板8的长边42和44以及短边46和48延伸，而且还跨过热传递板沿对角线延伸，这对于大多数热传递板和垫片是典型的。特别地，垫片11包括分别环绕出口端口孔22和入口端口孔24的两个环形垫片部分50和52。环形垫片部分50和52是相似的，所以在下文中将描述它们中的仅一个，即标为52的那个。

环形垫片部分52沿着端口孔24的孔边缘54延伸。环形垫片部分52的内部边缘56和端口孔24的孔边缘54之间的距离沿着环形垫片部分52是相同的。换句话说，环形垫片部分52的设计适于端口孔24的形式。因而，环形垫片部分52的内部边缘56界定区域58(图4)，区域58对于端口孔24是均匀的，但大于端口孔24。

为了清楚，在图4中用虚线示意性地且单独地示出环形垫片部分52。被环形垫片部分52限定的区域58具有由假想三角形72(虚线)的相应的第一、第二和第三拐角点66，68和70限定的外部轮廓。另外，这些拐角点由相应的第一、第二和第三完全弯曲的线74，76和78连接，从入口端口孔内看，完全弯曲的线是凹的。区域58的基准点80与可布置在该区域内的最大假想圆82(虚线)的中心点C重合。第一拐角点66布置在从基准点80延伸的第一假想直线86上，并且与基准点相距第一距离d1。第二拐角点68定位成在顺时针方向上最接近第一拐角点。另外，第二拐角点68布置在从基准点80延伸的第二假想直线88上，并且与基准点相距第二距离d2。第三拐角点70定位成在逆时针方向上最接近第一拐角点。另外，第三拐角点70布置在从基准点80延伸的第三假想直线90上，并且与基准点相距第三距离d3。

对于以上第一、第二和第三距离，以下关系是有效的：d2=d3和d2>d1。另外，在第一假想直线和第二假想直线之间的第一角度α1小于在第二假想直线和第三假想直线之间的第二角度α2，并且基本等于在第二假想直线和第一假想直线之间的第三角度α3。换句话说，对于第一、第二和第三角度，以下关系是有效的：α1=α3和α1<α2。在这个具体示例中，α1=α3=115度。此外，连接第一拐角点66和第二拐角点68的第一曲线74相对于连接第三拐角点70和第一拐角点66的第三曲线78是基本均匀的。总的来说，这意味着区域58与延伸通过第一拐角点66和基准点80的对称轴线对称。

如根据图和以上描述显而易见的那样，由于入口端口孔24不具有传统的圆形形式，环形垫片部分52也不具有。它们而是具有由一定数量的拐角点(这里是三个)限定的形式，拐角点中的至少一个(这里是全部)相对于圆82的弧92偏移，而且相同数量的曲线(因而这里是三个)连接这些拐角点。如果入口端口孔24是圆形，则环形垫片部分52将优选具有与圆82的弧92重合的内部边缘56。从压降观点看，在这方面参照前面的论述，非常大的入口端口孔将是优选的。但是，热传递板8的其余部分的设计会限制入口端口孔的可行大小。例如，较大的圆形入口端口孔将意味着入口端口孔的轮廓将布置成较接近短边48和/或长边44，这可使热传递板8的强度有问题。另外，较大的圆形入口端口孔也可意味着在入口端口孔24和分配区域30(图3)之间的区域对于垫片布置可过于狭窄。这种狭窄的中间区域也在压具有上面提到的波纹型式的热传递板时引起问题。当然，热传递板8的分配区域30可在热传递板上进一步向下偏移，以对较大的圆形入口端口孔24留出空间。但是，这将典型地与较小的热传递区域32相关联，并且因而将与热传递板的热传递能力变差相关联。

如上面描述和图中示出的那样，可增加入口端口孔的区域，而不必修改热传递板的其余部分的设计。通过让入口端口孔比具有圆形形式的圆形入口端口孔占据热传递板8的更多隔热区域38，可实现与更小的压降相关联的更大的入口端口孔。由于仅隔热区域受这个放大的影响，热传递板8的分配和热传递能力保持基本不受影响。另外，由于入口端口孔24的轮廓没有直的部分，所以入口端口孔周围的弯曲应力将较低。

关于上面描述的非圆形入口端口孔的另一个优点涉及垫片附连和过滤器。垫片11包括布置成与热传递板8的边缘接合的夹持器件60和62，以将垫片固定到热传递板上。关于一些板式热交换器应用，例如在与以某种方式处理被污染的流体相关联的应用中，使用过滤器插件来阻止污染物进入到热传递板之间的通道中。这些过滤器插件典型地具有圆形柱体的形状，并且它们延伸通过热交换器的入口端口板和/或出口端口板，即，通过热传递板的入口端口孔和出口端口孔。如果像传统上那样，热传递板的入口端口孔和出口端口孔为圆形，则垫片的夹持器件可干涉过滤器插件。但是，如果环形垫片部分和入口端口孔和出口端口孔改为具有上面描述的形式，则垫片可适于使得垫片夹持器件在入口端口孔和出口端口孔的拐角点处与热传递板接合。从而，在垫片和圆形柱体过滤器插件之间不存在干涉的风险。

夹持器件60和62是不同的类型，而且在本文中未详细描述它们。改为参照申请人的共同未决的专利申请EP 13153167.5来获得夹持器件60的详细描述，该申请通过引用而结合在本文中。

上面描述的本发明的实施例应仅视为示例。本领域技术人员认识到，所论述的实施例可在多方面有改变，而不偏离有创造性的概念。

上面描述的板式热交换器2的端板4和6在传统上设计有圆形入口和出口。但是，端板也可设有类似于上面描述的入口端口孔和出口端口孔的非圆形入口和出口。

另外，在上面，由环形垫片部分限定的区域的形式由呈三角形、三个拐角点和三个曲线的形式的假想平面几何图限定。当然，在备选实施例中，其它假想平面几何图，以及另一个数量的拐角点和曲线也可用来限定区域。

上面描述的入口端口孔以及因而环形垫片部分关于对称轴线对称。当然，入口端口孔以及因而环形垫片部分可改为完全对称，或者甚至关于不止一个对称轴线更对称。作为示例，曲线可为均匀/不均匀的，并且/或者与所有拐角点的基准点的距离可为相同/不同的。而且，曲线不必是凹的。曲线中的一个或多个可具有其它形式。

上面描述的板式热交换器是平行的逆流类型，即，各个流体的入口和出口布置在板式热交换器的同一半部上，并且流体沿相反的方向流过热传递板之间的通道。当然，板式热交换器可改为是对角流类型和/或协流类型。

在上面板式热交换器中包括两个不同类型的热传递板以及在热传递板之间的一种类型的垫片。当然，板式热交换器备选地可包括仅一个板类型，或者超过两个不同的板类型。另外，热传递板可由除了不锈钢之外的材料制成。另外，板式热交换器可在热传递板之间包括不止一种类型的垫片，而垫片可由除了橡胶之外的材料制成。

而且，垫片可仅包括环形垫片部分，即，它可设计成所谓的环形垫片。

而且，可使用除了夹持器件之外的器件来将垫片附连到热传递板上，例如胶水或胶带，或者一些其它类型的机械附连器件。

最后，本发明可与除了带垫片的板式热交换器之外的类型的板式热交换器结合起来使用，诸如包括部分地/仅永久地连结的热传递板的板式热交换器。

应当强调的是，特征第一、第二、第三等在本文中仅用来区别相同类别的种类，而不表示种类之间的任何类别的相互顺序。

应当强调的是，已经省略了对与本发明无关的细节的描述，而且图只是示意性的，并且未按比例绘制。还应提到的是，图中的一些比其它图更简洁。因此，可在一幅图中示出一些构件，而在另一幅图中未示出。

Claims

1.一种用于布置在热交换器板(8)上的垫片(11)，包括：布置成包围所述热交换器板的端口孔(24)的环形垫片部分(52)；所述环形垫片部分的内部边缘(56)限定一区域(58)，所述区域包括与可配合在所述区域内的最大假想圆(82)的中心点(C)重合的基准点(80)，

其特征在于，所述区域具有由下者限定的形式：

假想平面几何图(72)的一定数量的拐角点，它们中的至少一个相对于所述圆的弧(92)偏移，以及

连接所述拐角点的相同数量的完全弯曲的线(74，76，78)，其中，所述拐角点中的第一拐角点(66)布置成与所述基准点相距第一距离(d1)，所述拐角点中的第二拐角点(68)布置成在顺时针方向上最接近所述第一拐角点，以及与所述基准点相距第二距离(d2)，而所述拐角点中的第三拐角点(70)布置成在逆时针方向上最接近所述第一拐角点，以及与所述基准点相距第三距离(d3)；所述区域(58)具有仅仅一个对称轴线(s)，其延伸通过所述第一拐角点(66)和所述基准点(80)。

2.根据权利要求1所述的垫片(11)，其特征在于，拐角点(66，68，70)和完全弯曲的线(74，76，78)的数量等于三。

3.根据权利要求1或2所述的垫片(11)，其特征在于，从所述区域的基准点(80)看，所述完全弯曲的线(74，76，78)是凹的。

4.根据权利要求1或2所述的垫片(11)，其特征在于，在所述第一拐角点(66)和所述基准点(80)之间的第一距离(d1)小于在所述第二拐角点(68)和所述基准点之间的第二距离(d2)。

5.根据权利要求1或2所述的垫片(11)，其特征在于，在所述第一拐角点(66)和所述基准点(80)之间的第一距离(d1)小于在所述第三拐角点(70)和所述基准点之间的第三距离(d3)。

6.一种组件，包括热交换器板(8)和根据前述权利要求中的任一项所述的垫片(11)。