CN105928396A - 板壳式换热器 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种板壳式换热器，包括壳体，具有开口端；换热器芯体，其通过壳体的开口端被接收在壳体中，换热器芯体具有顶盖，当换热器芯体被接收在壳体内时，顶盖覆盖在壳体的开口端，以将换热器芯体密封于壳体内；以及开合机构，其包括至少两个卡箍，至少两个卡箍能够被驱动以在闭合位置和打开位置之间活动，当处于闭合位置时，至少两个卡箍抱合在顶盖与壳体对接处的外侧，当处于打开位置时，至少两个卡箍向外离开对接处。本申请提供的板壳式换热器开启方便，生产效率得到提高，更能适应间歇性操作、频繁清洗的工况；盖体与壳体连接面的强度得到提高，密封性能好，延长了换热器的使用寿命。

Description

板壳式换热器

技术领域

本公开涉及换热器，尤其涉及一种板壳式换热器。

背景技术

目前，国内外化工、食品、制药、稀贵金属冶炼、印染等行业的生产过程中存在大量的间歇性操作工况。这种工况的典型特质上，物料频换更换，为了避免物料的交叉污染，需要经常打开换热器，进行彻底清洗。例如在药品行业，根据成分的不同，需要在制取不同药品时，对换热设备进行彻底清洗。

近年来，板壳式换热器集板式、管壳式换热器的优点于一体，具有传热效率高、末端温差小、耐高温高压、紧凑化以及重量轻等优点，已被广泛应用于化工、制冷、食品和医药等生产流程中。板壳式换热器非常适合于用于间歇生产工作过程，原因如下：

(1)换热效率高，体积小，重量轻，可以采用贵金属，总造价低；

(2)板片结构为圆形，应力分布均匀，能适应频繁的开停机工况。

(3)换热设备内的本身持液量少和液体的停留时间短。停机后，物料残余量少，清洗工作量小。

然而，由于板壳式换热器芯体与壳体通过法兰面密封，现有技术中芯体与壳体之间通过螺栓连接，用于间歇工况时，仍存在以下不足：

(1)法兰面存在较多的螺栓、螺母，松启所花费的时间较长，经常存在螺栓锈蚀锁死，拆装困难，工人的操作强度较大；

(2)法兰边上开设过多的螺栓孔容易对法兰边的强度产生影响；

(3)法兰面垫片需要频繁更换。

随着化工装置对设备的要求越来越高，在装置设计时，优先考虑高效的板壳式换热器。然而板式法兰连接存在以上的问题，有待于进一步改进，以期其更加适应于间歇工况。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，做出了本申请。

根据本申请，提供了一种板壳式换热器，包括：壳体，具有开口端；换热器芯体，其通过所述壳体的开口端被接收在所述壳体中，所述换热器芯体具有顶盖，当换热器芯体被接收在所述壳体内时，所述顶盖覆盖在所述壳体的开口端，以将所述换热器芯体密封于所述壳体内；以及

开合机构，其包括至少两个卡箍，所述至少两个卡箍能够被驱动以在闭合位置和打开位置之间活动，当处于所述闭合位置时，所述至少两个卡箍抱合在所述顶盖与所述壳体对接处的外侧，当处于所述打开位置时，所述至少两个卡箍向外离开所述对接处。

优选，所述开合机构还包括至少一个转套，所述至少两个卡箍中的每个卡箍的一端与所述转套枢接以在所述闭合位置和所述打开位置之间活动；且每个转套仅且仅与两个卡箍枢接。

优选，所述至少两个卡箍中的每个卡箍的另一端设置锁紧装置，以在所述闭合位置实现锁紧。

优选，每个卡箍的另一端的上下两侧分别设置一锁紧装置。

优选，所述锁紧装置为电磁锁。

优选，所述卡箍的内侧设有径向凹槽，用于处于闭合位置时进一步紧固所述顶盖与所述壳体之间的对接。

优选，所述卡箍的径向凹槽为C形凹槽或双U形槽。

优选，在所述顶盖的内表面、正对于所述壳体的开口端的端面处开设一环形凹槽；

所述环形凹槽内设有密封垫片，用以密封所述顶盖与所述壳体的对接处。

优选，所述密封垫片为圆环结构，且所述密封垫片的横截面为C型。

优选，所述密封垫片的材料为钢丝增强聚四氟乙烯。

优选，所述板壳式换热器还包括：伺服机构，其控制所述芯体的上下运动。

优选，所述伺服机构包括：

连杆，其位于所述转套内且能够被驱动实现伸长和收缩；以及

吊臂，其与所述连杆相连接，以在连杆的伸缩过程中带动所述芯体上下运动。

优选，所述芯体包括多块层叠设置的换热板，且每相邻两块换热板之间采用激光焊接。

优选，所述换热板为波纹板；

所述换热板为圆形，所述换热板的直径为0.2m-1.4m，所述换热板的波纹深度为2mm-10mm，且波纹的节距为10mm-20mm。

本申请提供的板壳式换热器开启方便，生产效率得到提高，更能适应间歇性操作、频繁清洗的工况；盖体与壳体连接面的强度得到提高，密封性能好，延长了换热器的使用寿命。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明提供的板壳式换热器的结构示意图；

图2为本发明提供的板壳式换热器中设备本体的剖视图；

图3为本发明提供的板壳式换热器中开合机构的示意图；

图4为本发明提供的板壳式换热器中开合机构抱合顶盖与壳体对接处的示意图；

图5为本发明提供的板壳式换热器中密封垫片的剖视图；

图6为本发明提供的板壳式换热器中开合机构开启后(去除外壳)的示意图；

图7为本发明提供的板壳式换热器的换热器芯体(去除顶盖)的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

图1为本发明提供的板壳式换热器的结构示意图。图2示出了板壳式换热器的设备本体的剖视图。

请参考图1和图2，本申请提供了一种板壳式换热器，包括设备本体(也即，壳体5和设置于壳体5内的换热器芯体13)，壳体5上设置有壳侧流体入口、壳侧流体出口；换热器芯体13上设置有板侧流体入口1、板侧流体出口9。板壳式换热器工作时，板侧流体从板侧流入口1流入，从板侧流体出口9流出；壳侧流体从壳侧流体入口流12入，从壳侧流体出口6流出。由于换热器属于压力容器范畴，为了使得应力分布均匀，本申请提供的板壳式换热器的壳体5优选为圆筒型壳体。

其中，壳体5具有开口端；

换热器芯体13，其通过壳体5的开口端被接收在壳体5中，换热器芯体13具有顶盖3，当换热器芯体13被接收在壳体5内时，顶盖3覆盖在壳体5的开口端，以将换热器芯体13密封于壳体5内，壳体5的开口端和顶盖3均为法兰面；以及

开合机构，其包括两个卡箍，如图1所示，即第一卡箍4，第二卡箍11，两个卡箍能够被驱动以在闭合位置和打开位置之间活动，当处于闭合位置时，两个卡箍抱合在顶盖3与壳体5对接处的外侧，当处于打开位置时，两个卡箍向外离开对接处。其中，第一卡箍4和第二卡箍11优选为半圆形卡箍。

从图2可以清楚的看到板壳式换热器的内部结构。具体的，顶盖3和壳体5的开口端对接的方式为法兰密封方式，是通过两个半圆形卡箍连接的。卡箍式的开合机构具有开启方便，适用压力范围广，承压能力强等优点；提高顶盖与壳体对接处的连接强度，提高换热器的使用寿命。

图3为本发明提供的板壳式换热器中开合机构的示意图。图4为本发明提供的板壳式换热器中开合机构抱合顶盖与壳体对接处的示意图。图5为本发明提供的板壳式换热器中密封垫片14的剖视图。

图6为本发明提供的板壳式换热器中开合机构开启后(去除外壳)的示意图。

作为一种可选的实施方式，开合机构还包括一个转套15，转套15需要外部的电机带动旋转，两个卡箍中的每个卡箍的一端与转套枢接以在闭合位置和打开位置之间活动。

结合图4，两个卡箍中的每个卡箍的一端与转套枢接包括：每个卡箍的一端分别通过一连接柄连接至各自对应的齿轮上，两齿轮分别套设于转套上。也即，第一卡箍4通过一连接柄连接于齿轮17，第二卡箍11通过一连接柄连接于齿轮18，为保证两个卡箍的开闭，两齿轮的设定默认满足在转套运转的情况下，两齿轮的运动方向相反。

作为一种可选的实施方式，如图3所示，两个卡箍中的每个卡箍的另一端设置锁紧装置，以在闭合位置实现锁紧。

其中，每个卡箍的另一端的上下两侧分别设置一锁紧装置，并且锁紧装置优选为电磁锁。如图3所示的快开机构的示意图，每个卡箍的另一端(远离转套的一端)的上下两侧分别设置一个电磁锁2，即四块电磁锁2形成上下两对电磁锁。

作为一种可选的实施方式，卡箍的内侧设有径向凹槽，用于处于闭合位置时进一步紧固顶盖3与壳体5之间的对接。

如图3和图4所示，本申请提供的板壳式换热器中卡箍的径向凹槽优选为双U形槽(也即具有上U形槽19、下U形槽20，上U形槽和下U形槽共用一加强筋)。开合机构在闭合状态下，顶盖3边缘的凸起部3’卡合于上U形槽19内，壳体5开口端的凸起部5’卡合于下U形槽20，以此达到紧固密封的效果。当然，卡箍的径向凹槽不局限于双U型槽，也可以优选设置为C型槽，通过将顶盖3边缘的凸起部的上侧和壳体5开口端的凸起部的下侧卡合紧固即可。

进一步地，如图4所示，为了防止顶盖3与壳体5开口端对接处泄露，在顶盖3的内表面、正对于壳体5的开口端的端面处开设一环形凹槽，环形凹槽内设有密封垫片14，用来对顶盖3与壳体5的对接处进行密封。密封垫片14依靠自身弹性紧贴在环形凹槽中，从而装卸顶盖3时无须拆下密封垫片14，大大减少了密封垫片14的装卸次数，保护了密封面且提高密封效果。

进一步地，如图5所示，密封垫片14为圆环结构，且连接柄密封垫片14的横截面为C型。

可选的，密封垫片14的材料为钢丝增强聚四氟乙烯，用以增强承压能力。进一步地，密封垫片14的上下面均有一圈突出的圆弧21，这是线接触密封部分。密封垫片14的初始预紧力靠装配精度获得。在顶盖3的作用下，密封垫片14产生初始的变形，形成初始的密封压比。压力提升后，在压力的作用下，顶盖3向上顶起，密封垫片14的内腔也同时受到压力的作用，使得密封垫片14轴向张开，并径向扩张，密封垫片14的表面与壳体5端部、顶盖3接触而紧密配合，起到了密封的作用。

参考图1和图6，作为一种优选的实施方式，板壳式换热器还包括：伺服机构，其控制换热器芯体13的上下运动。

进一步地，伺服机构包括：

连杆7，其位于一个转套15内且能够被驱动实现伸长和收缩；以及

吊臂8，其与连杆7相连接，以在连杆的伸缩过程中带动换热器芯体13上下运动。

其中，连杆通过驱动装置驱动以实现伸缩。驱动装置优选为液压装置，液压装置的压缩介质为机油，依靠柱塞的移动，产生压力，来驱动连杆的伸长与收缩。

可选的，顶盖3的上表面设置有连接部件(例如吊耳10)，吊臂7的前端通过绳索连接到吊耳10上。

图7为本发明提供的板壳式换热器的换热器芯体(去除顶盖)的示意图。

进一步地，如图7所示，换热器芯体13包括多块层叠设置的换热板16，且每相邻两块换热板16之间采用激光焊接。其中，换热板16为波纹板，这样可以尽最大程度的使流体湍流，以防止换热器被堵塞；并且，换热板优选为圆形，换热板的直径为0.2m-1.4m，换热板的波纹深度为2mm-10mm，且波纹的节距为10mm-20mm。

具体的，换热器芯体13的形成方式为：两个换热板同轴放置，分别将换热板16上同一位置的两个圆孔焊接(激光焊接)在一起，形成板片对，构成该板片对的两板之间形成一个壳侧流道；然后将多个板片对同轴放置，将相邻两板片对的外圆焊接(激光焊接)在一起，构成换热器芯体13，相邻的两个板片对之间构成了一个板侧流道。最终，换热器芯体13的每个板片对中两板片之间通道构成壳侧通道，板片对与板片对之间流道构成板侧流道。

参照图1、图3和图6，接下来进一步介绍开合机构的开闭以及伺服机构控制换热器芯体13升降的过程。在本申请提供的板壳式换热器外配套有控制台以控制开合机构以及伺服机构动作，进而实现快速开启以及换热器芯体13的拉出和放置，适应间歇性操作、频繁清洗的工况。其中，电磁锁与控制台之间通过电缆线连接。

开合机构开启过程包括：(1)控制台确认换热器卸压，将解锁信号传递到电磁锁，进行解锁；(2)控制台发出信号控制转套转动，转套的转动带动齿轮运动，进而打开两个卡箍；(3)控制台发出信号控制连杆伸长，进而带动吊臂向上提升以将换热器芯体13抽出，进行清洗维护。执行过程中，转套和齿轮收到控制台开启信号时，具有止回锁紧功能，以保证安全。

连接开合机构闭合过程如下：(1)控制台发出信号控制连杆收缩，进而通过吊臂将换热器芯体13安装到壳体5中后；(2)控制台发出信号控制转套和齿轮执行机构，关闭两个卡箍，使得顶盖3及壳体5的上下法兰顺利进入卡箍的U形槽；(3)控制台发出信号控制电磁锁，电磁锁的上下两对锁锁紧，完成一个闭合过程。

本申请提供的板壳式换热器开启方便，更能适应间歇性操作、频繁清洗的工况，大大提高生产效率。

明显的，上述一个或多个实施方式中，本申请提供的板壳式换热器的开合机构包括一对卡箍以及与卡箍枢接的转套，但是本发明不限于上述实施例中所布置的开合机构。特别地，可以设置成对的卡箍以及与每对卡箍枢接的转套，每个转套仅且仅与两个卡箍枢接。例如，开合机构，2对卡箍(也即卡箍一、卡箍二、卡箍三、卡箍四顺次摆放，每个卡箍优选为1/4的圆弧环卡箍)和2个转套(转套一、转套二)，转套一与卡箍一、卡箍二的一端枢接，转套二与卡箍三、卡箍四的一端枢接，当处于闭合位置时，卡箍二的另一端与卡箍三的另一端相接触，卡箍一的另一端与卡箍四的另一端相接触，以实现在顶盖与壳体对接处的抱合。

以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离所述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (14)

1.一种板壳式换热器，包括：

壳体，具有开口端；

换热器芯体，其通过所述壳体的开口端被接收在所述壳体中，所述换热器芯体具有顶盖，当换热器芯体被接收在所述壳体内时，所述顶盖覆盖在所述壳体的开口端，以将所述换热器芯体密封于所述壳体内；以及

开合机构，其包括至少两个卡箍，所述至少两个卡箍能够被驱动以在闭合位置和打开位置之间活动，当处于所述闭合位置时，所述至少两个卡箍抱合在所述顶盖与所述壳体对接处的外侧，当处于所述打开位置时，所述至少两个卡箍向外离开所述对接处。

2.根据权利要求1所述的板壳式换热器，其特征在于，所述开合机构还包括至少一个转套，所述至少两个卡箍中的每个卡箍的一端与所述转套枢接以在所述闭合位置和所述打开位置之间活动；且每个转套仅且仅与两个卡箍枢接。

3.根据权利要求1所述的板壳式换热器，其特征在于，所述至少两个卡箍中的每个卡箍的另一端设置锁紧装置，以在所述闭合位置实现锁紧。

4.根据权利要求3所述的板壳式换热器，其特征在于，每个卡箍的另一端的上下两侧分别设置一锁紧装置。

5.根据权利要求4所述的板壳式换热器，其特征在于，所述锁紧装置为电磁锁。

6.根据权利要求1所述的板壳式换热器，其特征在于，所述卡箍的内侧设有径向凹槽，用于处于闭合位置时进一步紧固所述顶盖与所述壳体之间的对接。

7.根据权利要求6所述的板壳式换热器，其特征在于，所述卡箍的径向凹槽为C形凹槽或双U形槽。

8.根据权利要求1所述的板壳式换热器，其特征在于，在所述顶盖的内表面、正对于所述壳体的开口端的端面处开设一环形凹槽；

所述环形凹槽内设有密封垫片，用以密封所述顶盖与所述壳体的对接处。

9.根据权利要求8所述的板壳式换热器，其特征在于，所述密封垫片为圆环结构，且所述密封垫片的横截面为C型。

10.根据权利要求8所述的板壳式换热器，其特征在于，所述密封垫片的材料为钢丝增强聚四氟乙烯。

11.根据权利要求2所述的板壳式换热器，其特征在于，还包括：伺服机构，其控制所述换热器芯体的上下运动。

12.根据权利要求11所述的板壳式换热器，其特征在于，所述伺服机构包括：

连杆，其位于一个所述转套内且能够被驱动实现伸长和收缩；以及

吊臂，其与所述连杆相连接，以在连杆的伸缩过程中带动所述换热器芯体上下运动。

13.根据权利要求1所述的板壳式换热器，其特征在于，所述芯体包括多块层叠设置的换热板，且每相邻两块换热板之间采用激光焊接。

14.根据权利要求13所述的板壳式换热器，其特征在于，所述换热板为波纹板；

所述换热板为圆形，所述换热板的直径为0.2m-1.4m，所述换热板的波纹深度为2mm-10mm，且波纹的节距为10mm-20mm。