CN104053967A - 板式换热器 - Google Patents

Abstract

一种板壳式板式换热器（1）包括板组件（2）、围绕板组件（2）的外壳（3）、以及主要沿板组件的端部方向的端板（4a、4b），并且用于第一换热介质和第二换热介质的入口和出口连接件（5a、5b、6a、6b）被布置成穿过端板（4a、4b）。换热器的板组件（2）以离心方式被布置在外壳（3）内，从而使得板组件（2）的横截面的中点与外壳（3）的横截面的中点在横截面的竖直方向和/或横向方向上明显偏离。

Description

板式换热器

技术领域

本发明的目的是根据下文提出的独立权利要求的前序部分的换热器。

背景技术

板壳式焊接板换热器是在先已知的，其由板组件和围绕所述板组件的外壳构成，所述板组件由换热板形成，所述外壳用作压力容器。换热器的芯通常由板组件形成，所述板组件由具有开口的圆形换热板构成，其中，板在其中的开口处和/或在板的外周处被紧紧焊接在一起。换热器的主级回路形成在成为板组件的板的开口之间，并且次级回路在围绕板组件的外壳的连接件之间，从而使得主级侧流介质在每隔一个板空间中流动，并且次级侧流介质在每隔一个空间中流动。在此类型的换热器中，在组件侧上的流连接件通常位于换热器的端部中，并且外壳侧上的流连接件位于外壳中，由此换热器的管道结构容易变得复杂并且在构造成本方面是昂贵的。

在换热器的一些应用中，有利地将所有连接件都放置在端部中。例如在专利公布WO2004/090450中提出了这种结构，其中，外壳侧流由布置在板组件的端板和换热器的端板之间的单独的Z形部件或相应布置来引导以通过端部前进。然而，单独的导流件使换热器的结构更加复杂，并因此使换热器的制造更加复杂。

发明内容

本发明的目的是提出一种减少或甚至消除上述问题的板壳式板式换热器的结构。

本发明的目的是提出一种板式换热器的结构，其中，组件侧和外壳侧的流连接件可被布置在换热器的端部中，而不需要在板组件的端板和换热器的端板之间的结构中的用于在外壳侧上导引所述流的单独的导引部件。

本发明的目的是提出一种换热器的机构，其适合尤其用于其中热产生和热接收物质处于不同状态的应用中，诸如在气液换热器中。

为了达到此目的，根据本发明的换热器的主要特征在于独立权利要求的特征部分中示出的内容。

其它从属权利要求提出本发明的一些优选实施例。

根据本发明的典型的换热器包括：

板组件，所述板组件由具有开口并彼此上下叠置的换热板形成，在所述板组件中，所述换热板彼此附接成板对，所述板对的内部被布置成经由由所述换热板的开口形成的流动通道而互相连接；

围绕所述板组件的外罩，所述外罩包括主要在所述板组件的端部的方向上的端板以及连接所述端板的外壳；

用于第一换热介质的入口和出口连接件，其被布置成穿过所述外罩的端板，所述连接件被布置成与所述板组件的板对的内部相连接；以及

用于第二换热介质的入口和出口连接件，其被布置成穿过所述外罩，所述连接件被布置为与所述外罩的内部相连接，即，与所述板组件的外部相连接，

在所述换热器中，所述板组件以离心方式被布置在所述外壳内，从而使得所述板组件的横截面的中点与所述外壳的横截面的中点在横截面的竖直方向和/或横向方向上明显偏离，由此由所述换热板的外缘限定的所述板组件的外表面与所述外壳的内表面之间的距离在所述板组件的相对外缘上明显不同，并且在所述换热器中，用于所述第二换热介质的至少一个入口和出口连接件被布置成穿过所述外罩的端板，从而使得所述连接件开通到所述板组件和所述外壳之间的空间中。

现在令人惊奇地发现，相对于板组件的外部尺寸来说，可增大板壳式换热器的外壳的外部尺寸，而不会降低换热器的换热特性。在根据本发明的换热器结构中，围绕板组件的外壳在其尺寸方面明显大于板组件的外部尺寸，由此，板组件可以在外壳的横截面的横向方向和/或竖直方向上以离心方式被布置在外壳内。在根据本发明的换热器中，至少一个板组件以离心方式被装配在外壳内，这使得可以在换热器的端板中布置用于在换热器的外壳侧上流动的换热介质的至少一个入口或出口连接件，从而使得连接件直接开通到外壳的内表面和板组件之间的空间中。由于板组件的离心布置，外壳侧的入口和出口连接件在换热器结构中不由板组件定位，而是直接接触外壳侧，由此在板组件和端板之间不需要单独的导流件。

在根据本发明的换热器中，除了组件侧的连接件之外，（用于第二换热介质的）在外壳侧上的至少一个入口和出口连接件被布置成穿过换热器的端板。根据本发明的优选实施例，所有外壳侧入口和出口连接件都被布置在换热器的端部结构中。在外壳侧上的（即用于第二换热介质的）入口和出口连接件优选被布置为使得连接件开通到板组件和外壳之间的空间中，由此所述连接件不由板组件定位。组件侧入口和出口连接件优选地由端部结构中的板组件来布置。

在根据本发明的典型的换热器中，换热器的外壳被布置为与板组件的外表面至少大体具有一距离，由所述换热板的外缘限定的所述板组件的外表面与所述外壳的内表面之间的距离在所述板组件的相对外缘上明显不同。换热器的外壳的内表面与板组件的外表面之间的距离在板组件的较宽侧上可以为例如20-500mm，所述较宽侧即为在板组件和外壳之间的其中所述板组件距所述外壳的内表面最远的空间中，并且外壳侧上的（即，用于第二换热介质的）至少一个连接件开通到该空间中。换热器的外壳的内表面和板组件的外表面之间的距离在板组件和外壳之间的较小空间中可以为例如5-10mm。换热板的直径可以例如在200-1400mm的范围内。

在根据本发明的典型的换热器中，换热表面由互相附接并聚集为板组件的传热板构成，所述传热板具有至少两个流动开口，以用于通过由板形成的导管来引入和移出换热介质。换热器的板在换热板的外周处被焊接在一起而成对，并且相邻的板对通过焊接或者通过其它方式将两个相邻板对的流动开口结合在一起而附接在一起。因此，第一换热介质可在板组件内部经由流动开口从一个板对流到另一板对。第二换热介质被布置为在外壳内部在板对之间的空间中流动。在根据本发明的换热器中，换热器的主级回路由此形成在第一换热介质的入口和出口连接件之间，所述连接件被布置成与板组件的板对的内部相连接，由此主级回路的板空间位于板组件的板对内。换热器的次级回路形成在第二换热介质的入口和出口连接件之间，所述连接件被布置成与外壳的内部（即，板组件的外部）相连接，由此次级回路的板空间位于相邻的板对之间。因此，主侧流介质在板组件的每隔一个板空间中流动，并且次级侧流介质在每隔一个板空间中流动。

在本发明的一个实施例中，板组件由成型换热板构成，该换热板彼此上下堆叠并互相附接，从而使得热产生换热介质在每隔一个板空间中流动，并且热接收换热介质在每隔一个板空间中流动。换热板的构型的高度至少部分地决定换热板之间的距离，即，在换热板之间形成的流路的尺寸。

在优选实施例中，根据本发明的换热器包括由圆形换热板构成的板组件，由此换热器大致成形为圆柱形。板组件通常被装配在用作压力容器的柱形外壳部分内。在优选实施例中，根据本发明的换热器的外壳和板组件由此被成形为圆柱形状的，并且板组件相对于外壳以离心的方式位于外壳内。

在本发明的优选实施例中，板组件的外径通常为柱形外壳的内径的30-70%，最常见地为柱形外壳的内径的50-70%。

根据本发明，板组件和/或围绕换热器的板组件的外壳还可具有除圆柱形之外的其它形状。板组件和外壳可以彼此相独立地成形以适于该目的，从而使得板组件可以以离心方式布置在外壳内，即，外壳的横截面的中点明显偏离于板组件的横截面的中点。板组件的横截面通常是外壳的横截面的30-70%。

在根据本发明的优选实施例的换热器中，板状导流件被布置在板组件的外表面和外壳的内表面之间，当从所述换热器的端板方向看时位于用于第二换热介质（在外壳侧上）的入口和出口连接件之间，并且所述导流件沿纵向方向从所述换热器的外罩的第一端板延伸到第二端板。导流件被布置在板组件和外壳之间在以离心方式布置的板组件的较宽侧上，即，在板组件距外壳的内表面最远的一侧上。在导流件的帮助下，用于换热介质的流动通道可形成在换热器的外壳侧上并且从入口连接件到板组件并从板组件到出口连接件。导流件在其一侧上通常沿外壳的纵向方向被附接到外壳的内表面，并且附接到导流件的另一侧的密封部件被布置成压靠板组件，从而密封部件基本在板组件的整个长度上布置。由板状导流件产生的弹性力将附接到导流件的另一侧的密封部件紧紧压靠在板组件上。替代性地，导流件以相反方式布置在结构中，即，导流件附接到板组件并且密封部件被布置在朝向外壳的一侧上。导流件优选沿外壳和板组件的纵向方向从换热器的第一端板延伸到第二端板。因此，流动通道形成为具有整个板组件的长度。在本发明的实施例中，导流件附接到换热器的端板。在本发明的第二实施例中，导流件被布置成紧靠换热器的端板，而不以固定方式附接到端板。

在本发明的优选实施例中，密封件被布置在换热器的外壳的内表面和板组件的外表面之间的较小空间中，密封件的目的是封闭外壳和板组件之间的空间。密封件优选沿外壳和板组件的纵向方向从换热器的一端延伸到另一端。密封件通常是橡胶的或相应的密封件。

在根据本发明的换热器中，换热器的外罩的端板的至少一个角部延伸到换热器的外壳之外，从而形成角部，换热器可从该角部附接到机器单元等，而不需要单独的附接凸耳。在本发明的优选实施例中，换热器的外罩的端板的至少一个角部是非圆形的，由此所述角部形成圆板式换热器的附接元件。

根据本发明的换热器可用于液体/液体、液体/气体和气体/气体应用。根据本发明的换热器优选适于其中外壳侧换热介质被蒸发或冷凝的应用。

根据本发明的换热器结构提供重要的优点。主级侧流和次级侧流可以期望方式被划分，并且它们所需要的连接件可以全部位于换热器的端部中。在根据本发明的换热器中，在端板中的连接件的凸缘可装配到端板的表面或相对于端板表面来说的不同高度处，由此连接件可以被装配得更靠近彼此，或者具有凸缘的连接件可以被装配为在端板上叠置。根据本发明，板组件在外壳内部的离心布置使得能够增大在端部中的至少一个外壳侧连接件的尺寸。连接件尺寸的增大尤其在二相换热应用（诸如蒸发器和冷凝器）中是有用的。在根据本发明的换热器中，由此可根据换热介质的特性和流率自由地选择换热条件。根据本发明的换热器可用作顺流、逆流或交叉流换热器。当具有板结构的换热器的所有入口和出口连接件都被布置在换热器的端部中、在其端板中时，换热器的安装工作变得更简单，并且获得用于布置换热器的新可能。

在根据本发明的换热器中，在外壳内以离心方式布置的板组件还使得可以根据换热应用来自由地选择换热器的外壳的尺寸。

附图说明

在下文中，将参照附图更详细地描述本发明，在附图中：

图1示出根据本发明的部分地开口的换热器；

图2示出根据本发明的换热器的导流件的截面图，所述导流件被布置在外壳和板组件之间；

图3示出被布置在板组件和外壳之间的密封件的截面图；以及

图4示出根据本发明的换热器，其中，外壳侧和板组件侧的入口和出口连接件被布置成穿过端板之一。

具体实施方式

图1示出根据本发明的部分地开口的换热器，其中，第一和第二换热介质的入口和出口连接件被装配到一个端板中。

具有板结构的换热器1的外罩包括端板4a和4b以及连接所述端板的外壳3，该外罩用作压力容器。形成换热表面的板组件2被装配在外罩内。板组件2由连接在一起并具有开口的圆形换热板构成，通过在换热板的外周处进行焊接而将换热板成对地连接在一起，并且通过使换热板的流动开口互相连接而将相邻的板对结合在一起，由此在板组件内部形成流动通道（在图中示出了在板组件内的一个流动通道12）。

在板组件2内流动的换热介质形成主级流，其经由入口连接件5a通过端板4a被引入板组件2中并经由端板4a中的出口连接件5b被移出，并且连接件5a、5b与板组件的内部接触，即与板对的内部接触。

流到换热器的外壳侧的换热介质形成次级流，其经由被布置在端板4a中的入口连接件6a被引入换热器。外壳侧流经由流动通道7a流到板组件2，并且经由被布置在端板4a中的出口连接件6b被移出换热器1。换热器的次级回路形成在外壳侧的第二入口和出口连接件6a、6b之间。

在图1中用箭头示出主级流和次级流的传送。

图1所示的入口和出口连接件5a、5b、6a、6b仅作为例子被提出，连接件根据其用途可包括不同的凸缘结构。

如果图1所示的换热器用作冷凝器，则蒸汽流经由具有大直径的蒸汽连接件6a被引导到板组件2上而进入外壳部分中。经由冷凝物连接件6b从外壳的底部移出冷凝物。冷却换热介质（优选是液体）经由入口连接件5a被引入板组件2中并经由出口连接件5b从板组件排出。

图2示出了板状导流件8的截面图，所述导流件被装配在外壳3和板组件2之间位于外壳部分内部，并且以离心方式放置在板组件2的较宽侧上。导流件8的一个边缘通过焊接或相应的方式附接到外壳3的内表面。橡胶密封件或类似物9附接到导流件8的朝向板组件2的末端，所述密封件压靠板组件2的外表面，并优选还压靠以纵向方式附接到板组件2的扁铁条10等。导流件8由一个或多个柔性板形成，所述柔性板弯曲从而使得由于弹性力，导流件8的第二边缘压靠所述板组件2的外周。导流件8的目的是将外壳侧换热介质流从入口连接件6a经由流动通道7a导引到板组件2，并相应地将所述流从板组件2经由流动通道7b导引到出口连接件6b。

图3示出被装配在板组件2的外表面和外壳3的内表面之间的密封件11的截面图，密封件11被布置在外壳部分内并且位于离心的板组件2和外壳3之间的较小空间中。在附接到外壳3或组件2且从板弯曲的支撑部件13的帮助下，密封橡胶11被安装就位。

图4示出根据本发明的换热器的端板4a，外壳侧和组件侧的入口和出口连接件5a、5b、6a、6b都被设置成穿过该端板。被布置在端板中的连接件可以是带凸缘的管连接件、装配到端板中的凸缘连接件和/或待被焊接的管连接件。通过将凸缘放置在不同高度，可以减小连接孔之间的距离。

图4还示出了，换热器的端板4a的至少一个角部可以是非圆形的。延伸到换热器的外壳3之外的该角部可设置有孔14或其他相应结构，由此端板4a可用作换热器的支撑元件且不需要单独的附接凸耳。

本发明并非意在受限于上述示例性实施例，而是目的在于，在所附权利要求所限定的发明理念内广泛地应用本发明。

Claims (10)

1. 一种换热器（1），包括：

板组件（2），所述板组件由具有开口并彼此上下叠置的换热板形成，在所述板组件（2）中，所述换热板彼此附接成板对，所述板对的内部被布置成经由由所述换热板的开口形成的流动通道而互相连接；

围绕所述板组件（2）的外罩，所述外罩包括主要在所述板组件的端部的方向上的端板（4）以及连接所述端板的外壳（3）；

用于第一换热介质的入口和出口连接件（5a、5b），其被布置成穿过所述外罩的端板（4），所述连接件（5a、5b）被布置成与所述板组件（2）的板对的内部相连接；以及

用于第二换热介质的入口和出口连接件（6a、6b），其被布置成穿过所述外罩，所述连接件（6a、6b）被布置为与所述外罩的内部相连接，即，与所述板组件（2）的外部相连接，

其特征在于，

所述板组件（2）以离心方式被布置在所述外壳（3）内，从而使得所述板组件（2）的横截面的中点与所述外壳（3）的横截面的中点在横截面的竖直方向和/或横向方向上明显偏离，由此由所述换热板的外缘限定的所述板组件（2）的外表面与所述外壳（3）的内表面之间的距离在所述板组件（2）的相对外缘上明显不同；并且

用于所述第二换热介质的至少一个入口和出口连接件（6a、6b）被布置成穿过所述外罩的端板（4），从而使得所述连接件（6a、6b）开通到所述板组件（2）和所述外壳（3）之间的空间中。

2. 根据权利要求1所述的换热器，其特征在于，用于第二换热介质的入口和出口连接件（6a、6b）被布置在所述外罩的端板（4）中，从而使得所述连接件（6a、6b）开通到所述板组件（2）和所述外壳（3）之间的空间中。

3. 根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，所述换热器包括由圆形换热板构成的板组件（2），由此所述换热器主要具有圆柱形状。

4. 根据权利要求3所述的换热器，其特征在于，所述板组件（2）的外径通常为所述柱形外壳的内径的30%至70%，最常见地为所述柱形外壳的内径的50%至70%。

5. 根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，所述外壳的内表面和所述板组件的外表面之间的距离在所述板组件和所述外壳之间的其中所述板组件离所述外壳的内表面最远的空间中为20 mm至500 mm，并且用于第二换热介质的至少一个连接件开通到所述空间内。

6. 根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，所述外壳的内表面和所述板组件的外表面之间的距离在所述板组件和所述外壳之间的较小空间中为5 mm至10 mm。

7. 根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，板状导流件（8）被布置在所述板组件（2）的外表面和所述外壳（3）的内表面之间，并且当从所述换热器的端部看时位于用于第二换热介质的入口和出口连接件（6a、6b）之间，并且所述导流件（8）沿所述换热器的纵向方向从第一端板（4a）延伸到第二端板（4b）。

8. 根据权利要求7所述的换热器，其特征在于，所述导流件（8）在其一侧沿所述外壳的纵向方向附接到所述外壳的内表面，并且附接到所述导流件（8）的第二侧上的密封部件（9）被布置成压靠所述板组件（2）。

9. 根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，在所述外壳（3）的内表面和所述板组件（2）的外表面之间的较小空间中布置有密封件（11），所述密封件沿所述外壳和板组件的纵向方向从所述换热器的第一端板（4a）延伸到第二端板（4b）。

10. 根据前述权利要求中任一项所述的换热器，其特征在于，所述换热器的端板（4a、4b）的至少一个角部延伸到所述外壳（3）之外。