CN103988044A - 板换热器以及用于制造板换热器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种板换热器，其包括由具有开口的波纹状换热板形成的板组，所述开口用于第一和第二换热介质的流。板换热器（1）的外壳体已经通过如下方式形成：将分离带（9、9'）布置在所述板组（2）的外边缘中，使得带（9、9'）的外表面基本与换热板（6、6'）的外边缘位于相同平面中；并且将带（9、9'）和换热板（6、6'）的外边缘熔焊到彼此。

Description

板换热器以及用于制造板换热器的方法

技术领域

本发明涉及根据随附的独立权利要求的前序部分所述的板换热器以及用于制造板换热器的方法。

背景技术

在典型的现有技术的板换热器中，数个矩形换热板被紧固在彼此之上，这些板因此形成板组。板换热器的板通常是波纹状的。波纹，即，在其之间的沟部和脊部目的是提高换热属性，并且造成提高热传递系数的紊流。典型地，板组利用橡胶密封件或类似物密封，这些密封件已经布置在每一板空间中。典型地，板组已经由具有开口的换热板形成，所述开口在板组中形成流通道。板换热器的开口在每隔一个的板空间中已经被密封，其中，开口形成用于第一和第二换热介质的流通道，从而使第一换热介质的流穿过板组的每隔一个的板空间，并且第二换热介质的流穿过每隔一个的板空间。板组已经被支撑在两个刚性端部板之间，并且被夹紧螺栓张紧。

配备有密封件的板换热器的缺点特别是其抗压性差，而且抗温度性和抗腐蚀性也差。

同样公知的是换热器，其中数个换热板或板对在数个位置处钎焊到彼此，并因此紧固到彼此以形成板组。以此方式，矩形板换热器的抗压性得以提高。钎焊结构抵抗压力相当好，但是由于填料金属属性的原因，钎焊结构并不耐高温。熔焊结构也用在矩形板换热器中。例如，一个布置在另一个上的具有弯曲外边缘的换热板已经被熔焊在一起，用于形成板组，其中，熔焊接合部已经在每一板之间形成。然而，该种类的熔焊板组结构必须接近分离端部板之间，这些分离端部板已经被稳固地结合在一起以实现耐压结构。

由圆形换热板以及环绕其的壳体形成的板组构成的板壳式板换热器或者具有圆柱形外壳体的盘管换热器通常用在更高压力下。然而，圆形换热器的换热属性不如矩形换热器那样好。

发明内容

本发明的目的是缓减甚或消除现有技术中出现的上述缺点。

特别地，本发明的目的是提供一种良好地抵抗压力、高温以及温度的迅速变化的板换热器。

本发明的目的特别的是提供一种具有良好换热属性的板换热器。

特别地，本发明的目的是提供一种具有简单耐压结构的板换热器，而在板组周围不具有分离壳体。因此，特别而言，本发明的目的是提供一种板换热器，其制造廉价且容易。

为了实现除了其他之外的上述目的，本发明的用于制造板换热器的方法以及板换热器的特征被展示在所附独立权利要求的特征部分中。

本文提到的实施方式和优点在适用的场合涉及根据本发明的板换热器以及用于制造板换热器的方法两者，即使其未被始终明确提及。

根据本发明的典型板换热器包括:

- 板组，所述板组通过布置波纹状换热板一个在另一个之上形成，其中，每一个换热板都具有开口，

- 流通道，所述流通道位于所述板组内，用于至少第一和第二换热介质，所述流通道借助于所述换热板的开口形成，并且所述开口已经在其外周边处附接到彼此，使得所述第一换热介质的流穿过所述板组的每隔一个的板空间，并且所述第二换热介质的流穿过每隔一个的板空间，

- 入口和出口连接部，用于所述第一和第二换热介质，所述入口和出口连接部已经布置为与所述流通道连接，

并且在所述换热器中，所述板换热器的外壳体已经通过如下方式形成：将分离带布置在所述板组的外边缘中，使得：

- 所述带位于多对换热板之间，在所述对中，毗邻换热板的外边缘布置为彼此相靠，以及

- 所述带的外表面基本与所述换热板的外边缘位于相同平面中，

以及，将所述带与所述换热板的外边缘熔焊到彼此。

根据本发明的用于制造板换热器的典型方法至少具有如下步骤：

- 布置波纹状换热板一个在另一个之上作为板组，其中，每一个换热板都具有开口，并且所述开口在所述板组内形成用于至少第一和第二换热介质的流通道，

- 在所述开口的外周边处将所述换热板附接为彼此连接，使得所述第一换热介质的流穿过所述板组的每隔一个的板空间，并且所述第二换热介质的流穿过每隔一个的板空间，

- 将用于所述第一和第二换热介质的入口和出口连接部布置为与所述流通道连接，

- 在多对换热板之间布置分离带，在所述对中，毗邻换热板的外边缘布置为彼此相靠，使得所述带的外表面和所述换热板的外边缘基本位于相同平面中，以及

- 将所述带与所述换热板的外边缘熔焊到彼此。

本发明的一些优选实施方式将在其他权利要求中描述。

根据本发明的板换热器的结构基于如下事实：换热器在板组周围并不包括作为压力容器或作为支撑结构的分离壳体，但是根据本发明的换热器的板组的外边缘已经构造为使得其形成换热器的耐压外壳体。换句话说，根据本发明的换热器并未布置在耐压外壳内，而是板组的结构本身是耐压的。

与钎焊换热器构造相比，本发明的一个优点在于，根据本发明的换热器的换热板不含填料或钎焊材料，因此这些板不包括弱化换热属性的任何附加材料或屏障层。因此，根据本发明的换热器的制造方法提高了换热属性。与现有技术中公知的钎焊换热器相比，本发明的完全熔焊结构还更好地抵抗高温以及温度的迅速变化。

本发明的板换热器的结构被完全熔焊，即，换热器的所有元件牢固地熔焊到彼此。因此，本发明的一个优点在于，本发明的板换热器的结构简单，这是因为其在各元件之间并不包括任何紧固件、密封件或衬垫，而是以熔焊结构取代这些元件。熔焊接合部将布置在板组的外边缘中的带和换热板缝合在一起，使得不需要分离的紧固件或衬垫，即，本发明的换热器结构是无衬垫结构。换热器的完全熔焊结构形成紧凑的耐压元件。

本发明的换热器的耐压外表面通过如下方式形成：将分离带布置在板组的外边缘中，使得带的外表面和换热板的外边缘基本位于相同平面中；并且将带和换热板的外边缘熔焊到彼此。在本发明的实施方式中，分离带布置在板组的板空间中。在本发明的优选实施方式中，所述带布置在多对换热板之间，在所述对中，毗邻换热板的外边缘布置为彼此相靠。换句话说，在本发明的优选实施方式中，板组的外表面替代地包括处于板组的竖直方向上的带和两个毗邻换热板的外边缘。所述带环绕所述板组的整个外边缘，用于形成所述板组的统一外表面。

在本发明的优选实施方式中，两个毗邻换热板的外边缘以及布置在所述板组的外边缘中的两个带通过一个焊缝熔焊在一起。优选地，叠置的换热板（即，一对换热板）的外边缘以及布置在该板对的两侧上的带通过一个焊缝熔焊到彼此。因此，与所有板已经被熔焊到彼此的结构相比，熔焊接合部的量在该板组结构中能够被显著减少。因此，本发明的换热器的结构还将加速换热器的制造。

在带与换热板的外边缘熔焊在一起之后，已经布置为在板对的空间中在整个板组周围环绕的分离带形成本发明的换热器的统一外壳体。所述带还支撑本发明的换热器的结构，并且因此在所述板组周围不需要分离的支撑结构。

所述带的厚度等于两个毗邻换热板之间的间隙，所述带布置在所述间隙中。典型地，所述带在所述板组的竖直方向上的厚度为1至10mm，或1至5mm。

典型地，所述带在所述换热板的方向上的宽度为3至20mm。所述带的宽度取决于换热器的所需抗压性。

在本发明的实施方式中，所述带包括至少一个带倒角边缘。典型地，所述带的两个边缘被对称地倒角。带倒角边缘确保使熔焊接合部良好地渗透到结构中，并且因此换热器的结构强度将提高。特别而言，所述带的带倒角边缘使得可能提高所述渗透而无需增大熔焊功率（welding power）。

根据本发明的实施方式，所述板组的两个或更多个最上和最下换热板熔焊到彼此，使得所述板的接触表面的至少一部分熔焊到彼此，用于形成所述换热器的端部板。典型地，2至10个毗邻换热板在所述板组的两具端部中熔焊到彼此。在所述板的接触表面处，毗邻波纹状板的脊部和沟部已经被布置为彼此接触。在根据本发明的方法中，优选使用锁眼激光束熔焊技术。锁眼激光熔焊使得可能仅在叠置的换热板彼此连接的点处形成熔焊接合部。熔焊到彼此的这些换热板形成换热器的刚性端部板，并且因此不需要分离端部板，即，传统上结合板堆的端部板能够被省去。根据本发明的该实施方式的换热器的结构是所谓的自支撑结构。特别是在板空间之间流动的换热介质并不处于高压下时更是如此。

根据本发明的另一实施方式，分离端部板与最上和最下换热板连接地布置在板组之下和之上，即，端部板布置在板组的两个端部中。优选地，平直端部板熔焊到最上和最下换热板，使得板和端部板的接触表面的至少一部分熔焊到彼此。例如，波纹状换热板的脊部或布置为靠着端部板的波纹状换热板的至少一部分牢固地熔焊到端部板。借助于布置在所述板组的结构中的带，分离端部板也被紧固到所述板组的结构。典型地，所述端部板的厚度为20至100mm。该结构能够用在例如大约100巴的高压下。

例如通过变化端部板的厚度或者通过增加熔焊点的数量（在所述点中，所述换热板熔焊到端部板），或者通过增加通过板的接触表面的至少一部分而熔焊到彼此的板的数量，换热器的耐压性当然能够调整为适合于每一种情况。

用于第一和第二换热介质的所述入口和出口连接部已经布置为穿过所述换热器的端部板与所述流通道连接，或者当所述分离端部板并未布置在结构中时，所述入口和出口连接部直接附接到最上换热板。在本发明的实施方式中，所述入口和出口连接部布置为在所述换热器的纵向方向上接近所述换热器的端部，使得所述入口和出口连接部布置在相反的端部中。所述入口和出口连接部能够布置在所述换热器的相同或不同的端部板中，即，取决于应用，连接部的位置能够变化。

根据本发明的实施方式，一种换热介质的入口和出口连接部在所述换热器的纵向方向上布置在所述换热器的相同边缘处。优选地，一种换热介质的入口和出口连接部在所述换热器的纵向方向上布置在所述换热器的对角边缘处。

在根据本发明的方法中，通过将毗邻换热板的开口布置为彼此面对，所述第一和第二换热介质的流通道在所述板组内形成，即，所述第一换热介质的流和所述第二换热介质的流两者已经布置为连接到所述板组的内部部分。所述换热板的开口的外周边熔焊到彼此而不具有任何填料材料，使得所述第一换热介质的流穿过每隔一个的板空间，并且所述第二换热介质的流穿过每隔一个的板空间。换句话说，在一个换热板的相反侧上总是存在不同的热传递介质。每一个换热板具有用于所述第一换热介质的流的至少两个开口以及用于所述第二换热介质的流的两个开口。设置在彼此之上的两个换热板之间的熔焊接合部替代地形成在所述第一换热介质的流通道和所述第二换热介质的流通道中，毗邻板的开口的外周边成对地熔焊。因此，换热介质能够从连接到所述入口连接部的流通道经由所述板空间流动到连接到出口连接部的另一流通道。所述板换热器的主回路因此在所述第一换热介质的入口和出口连接部之间形成。相应地，所述板换热器的次回路在所述第二换热介质的入口和出口连接部之间形成。所述主回路和次回路彼此分离。

典型地，当本发明的换热板用于具有第一和第二换热介质的应用时，该换热板具有四个开口。本发明的换热器也能够应用于多于两种的换热介质。然而，可由不同数量的开口获得的应用并非本发明的具体目标，并因此不进行更宽泛的解释。

根据本发明的换热板能够由钢或另一适合材料例如通过冷加工制成。冷加工增强了所述换热板。典型地，换热板的厚度为0.5至1.5mm。该厚度取决于所述换热器的操作压力。

典型地，所述换热板是波纹状的。波纹，即，在其之间的沟部和脊部目的是提高换热属性，并且例如为所述板空间产生提高热传递系数的菱形形状。在本发明的实施方式中，所述换热板包括在所述板中形成鱼骨结构的波纹。该种类的波纹使得可能在所述换热器的结构中使用仅一种波纹状换热板。

换热器的热传递属性能够利用换热板的波纹控制。所述换热器及其部件通常设计用于具体的使用场合。换热介质的流量以及例如温度、密度和压力的属性对板换热器的尺寸设计以及对最佳板轮廓的选择具有实质影响。板的不同波纹以及毗邻板的波纹之间的角度需要设计用于不同的使用条件。换句话说，对于不同应用需要不同类型的换热板。

本发明的换热器的外部形式取决于形成所述板组的所述换热板的形状。根据本发明的板组的耐压外表面能够以所述板组的所有形状形成。优选地，所述板组由矩形换热板构造而成，这是因为矩形形状保证更好的换热属性。矩形换热板的宽度和长度能够取决于期望的换热属性而变化。典型地，所述换热器的宽度为0.2至1.5m，并且长度为0.2至6m。

在本发明的实施方式中，所述板组由圆形换热板构造而成。这些换热板的直径例如为0.2至1.5米。

本发明的一个优点在于，本发明的换热器容易安装到机器单元和对应构造内。

附图说明

下面参考所附的示意图更为详细地描述本发明，在这些附图中：

图1显示了根据本发明的实施方式的换热器，

图2显示了根据本发明的实施方式的换热器的横截面，

图3显示了根据本发明的实施方式的换热板的一个端部，以及

图4显示了根据本发明的实施方式的换热器的一个流通道的横截面。

具体实施方式

出于清楚的原因，相同的附图标记用于不同实施方式中的对应部分。

图1显示了从外部观察的根据本发明的实施方式的板换热器1。板换热器1包括由换热板形成的板组2以及与最上和最下换热板连接地布置在板组2之下和之上的端部板3a、3b。用于第一换热介质的入口连接部4a和出口连接部4b穿过端部板3a至板组2的内部。用于第二换热介质的入口连接部5a和出口连接部5b也穿过端部板3a至板组2的内部。入口和出口连接部4a、4b、5a、5b布置为与板组2的流通道连接。第一和第二换热介质的流在图1中以箭头显示。换热器的耐压外壳体已经通过熔焊板组2的换热板的外周边形成。

图2显示了根据本发明的实施方式的换热器的横截面。图4显示了换热器的横截面的一部分的放大。图4中所示的结构等同于图2中所示换热器的结构。

由换热板6、6'形成的板组2布置在端部板3a、3b之间。入口连接部4a、5a已经牢固地熔焊到换热器的端部板3a。入口连接部4a、5a与板组内的流通道7、8连接。换热板的开口已经布置为在毗邻板中彼此面对，使得这些开口在板组内形成用于第一和第二换热介质的入口和出口通道7、8，流通道7和8穿透整个板组2。图3显示了换热板的详细结构。

第一换热介质经由入口连接部4a穿行到板组的流通道7，从流通道7进一步穿行到板空间14、14'内，且穿行到板组的用于第一介质的另一流通道（图中未显示），并且经由出口连接部穿行离开该流通道。相应地，第二换热介质经由入口连接部5a穿行到板组的流通道8，且从流通道8穿行到与第一换热介质的板空间14、14'交替布置的板空间15、15'内，且进一步穿行到板组的用于第二换热介质的另一流通道（图中未显示），并且经由出口连接部穿行离开该流通道。换热板6、6'在板的开口的外周边处熔焊到彼此，使得第一换热介质的流穿过每隔一个的板空间，并且第二换热介质的流穿过每隔一个的板空间，附图标记12、12'表示这些熔焊接合部。

分离带9、9'已经布置在板组2的外边缘中，使得带9、9'的外表面和换热板6、6'的外边缘基本位于相同平面中，并且统一的外表面已经形成。优选地，分离带9、9'布置在板对之间，即，布置到板对之间的空间，在所述对中，两个换热板6、6'的外边缘布置为彼此相靠，如图2和4所示。布置在板对两侧上的该对换热板和该两个带9、9'通过熔焊接合部10熔焊在一起。熔焊接合部10、10'环绕板组2，并且附接分离带和换热板的外边缘的熔焊结构形成板组的耐压外表面。

如图2和4所示，本发明的换热器的所有元件熔焊在一起。附图标记11、11'表示入口和出口连接部与端部板之间以及板组与端部板之间的熔焊接合部。

图3显示了根据本发明的实施方式的换热板6的一个端部。换热板6的波纹状表面包括鱼骨结构，如图3所示。鱼骨结构意指板中的沟部和脊部沿在换热板的中线的不同侧上的不同方向相对于该中线大约处于45度角。优选地，用于换热介质的开口13、13'布置为接近换热板的拐角。每一个换热板具有用于第一换热介质的流的至少两个开口以及用于第二换热介质的流的至少两个开口。

附图仅显示了根据本发明的一些优选实施方式。对于本领域技术人员来说，很明显的是本发明不限于仅上述实例，相反，本发明可以在下面展示的权利要求的范围之内变化。

Claims (14)

1.一种板换热器（1），其包括：

- 板组（2），所述板组（2）通过布置波纹状换热板（6、6'）一个在另一个之上形成，其中，每一个换热板（6、6'）都具有开口（13、13’），

- 流通道（7、8），所述流通道（7、8）位于所述板组（2）内，用于至少第一和第二换热介质，所述流通道（7、8）借助于所述换热板（6、6'）的开口（13、13’）形成，并且所述开口（13、13’）已经在其外周边处附接到彼此，使得所述第一换热介质的流穿过所述板组的每隔一个的板空间（14、14'），并且所述第二换热介质的流穿过每隔一个的板空间（15、15'），

- 入口和出口连接部（4a、4b、5a、5b），用于所述第一和第二换热介质，所述入口和出口连接部（4a、4b、5a、5b）已经布置为与所述流通道（7、8）连接，

其特征在于，所述板换热器（1）的外壳体已经通过如下方式形成：将分离带（9、9'）布置在所述板组（2）的外边缘中，使得：

　　- 所述带（9、9'）位于多对换热板（6、6'）之间，在所述对中，毗邻换热板（6、6'）的外边缘布置为彼此相靠，以及

　　- 所述带（9、9'）的外表面基本与所述换热板（6、6'）的外边缘位于相同平面中，

以及，将所述带（9、9'）与所述换热板（6、6'）的外边缘熔焊到彼此。

2.根据权利要求1所述的板换热器，其特征在于，所述板对的外边缘以及布置在所述板对的两侧上的两个带（9、9'）已经通过一个焊缝（10）被熔焊。

3.根据权利要求1或2所述的板换热器，其特征在于，所述板组（2）的两个或更多个最上和最下换热板的接触表面的至少一部分已经熔焊到彼此。

4.根据权利要求1或2所述的板换热器，其特征在于，所述换热器（1）包括端部板（3a、3b），所述端部板（3a、3b）与最上和最下换热板连接地布置在所述板组（2）之下和之上。

5.根据前述权利要求中的任意一项所述的板换热器，其特征在于，所述带（9、9'）包括至少一个带倒角边缘。

6.根据前述权利要求中的任意一项所述的板换热器，其特征在于，所述带（9、9'）在所述换热板的方向上的宽度为3至20mm。

7.根据前述权利要求中的任意一项所述的板换热器，其特征在于，所述换热板（6、6'）的厚度为0.5至1.5mm。

8.根据前述权利要求中的任意一项所述的板换热器，其特征在于，所述换热板包括在所述板中形成鱼骨结构的波纹。

9.根据前述权利要求中的任意一项所述的板换热器，其特征在于，所述换热器（1）的结构完全被熔焊以形成紧凑元件。

10.根据前述权利要求中的任意一项所述的板换热器，其特征在于，所述板组（2）已经由矩形换热板（6、6'）构造而成。

11.一种用于制造板换热器（1）的方法，所述方法至少包括如下步骤：

- 布置波纹状换热板（6、6'）一个在另一个上作为板组（2），其中，每一个换热板（6、6'）都具有开口（13、13'），并且所述开口在所述板组内形成用于至少第一和第二换热介质的流通道（7、8），

- 在所述开口（13、13'）的外周边处将所述换热板（6、6'）附接为彼此连接，使得所述第一换热介质的流穿过所述板组的每隔一个的板空间（14、14'），并且所述第二换热介质的流穿过每隔一个的板空间（15、15'），

- 将用于所述第一和第二换热介质的入口和出口连接部（4a、4b、5a、5b）布置为与所述流通道（7、8）连接，

其特征在于：

- 在多对换热板（6、6'）之间布置分离带（9、9'），在所述对中，毗邻换热板（6、6'）的外边缘布置为彼此相靠，使得所述带（9、9'）的外表面和所述换热板（6、6'）的外边缘基本位于相同平面中，以及

- 将所述带（9、9'）与所述换热板（6、6'）的外边缘熔焊到彼此。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述板对的外边缘以及布置在所述板对的两侧上的两个带已经通过一个焊缝（10）被熔焊。

13.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述板组（2）的两个或更多个最上和最下换热板的接触表面的至少一部分已经被熔焊到彼此。

14.根据权利要求11或12所述的方法，其特征在于，端部板（3a、3b）与最上和最下换热板连接地布置在所述板组（2）之下和之上。