CN109959286A - 耐高压的高ntu值板式热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种耐高压的高NTU值板式热交换器。包括换热板片，所述换热板片包括四个端孔、两个定位孔、导流区、换热区，其特征在于：所述换热板片的换热区上设有多个应力释放结构，所述应力释放结构平行于X轴或Y轴或者与X轴Y轴成一定角度，所述应力释放结构为在换热区内开有一个长条形凹陷结构。本热交换器耐高压且传热性能高。

Description

耐高压的高NTU值板式热交换器

技术领域

本发明公开了一种换热器，具体的说是一种耐高压的高NTU值板式热交换器。

技术背景

板式热交换器由于具有换热效率高、结构紧凑的特点而广泛用于能源、动力、供热、制冷等多种领域，在一些领域已经取代了传统的管壳式换热器。但现有的板式热交换器普遍存在传热性能低和承压能力较低的问题。在石油化工、供热、制冷等常见压力较高的领域中，板式热交换器的应用受到了极大的限制。所以，开发一种能够承受高压且结构紧凑、传热系数高、运行稳定的板式热交换器在以上领域有着广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的是要提供一种耐高压的高NTU值板式热交换器，该热交换器提高了传热性能，并且用于不同种类流体间换热、尤其适合于两侧流体压差较大的情况。

本发明的技术方案是：

耐高压的高NTU值板式热交换器，包括换热板片，所述换热板片包括四个端孔、两个定位孔、导流区、换热区，其特征在于：所述换热板片的换热区上设有多个应力释放结构，所述应力释放结构平行于X轴或Y轴或者与X轴Y轴成一定角度，所述应力释放结构为在换热区内开有一个长条形凹陷结构。

本发明的有益效果是：

1.换热板片周边带有加强边结构，该加强边结构通过把几个波纹形加强块相连，大大增强了端孔外侧面支点强度，显著提高了密封垫片侧面的承压强度，有效防止密封垫片从两板间滑出，提升了密封垫片的密封性能，从而有效提高了板式热交换器的整体承压能力。

2.板片端孔和双道密封结构处是承压的薄弱区域，此处的板片一侧有密封垫片，另一侧要通过流体而没有垫片，在流体的压差作用下，板片会发生变形，产生泄漏。为克服这一问题，在没有垫片的槽上（即相对于有垫片一侧的垫片第一道密封和垫片第二道密封处）设置凸脊形式的双道密封结构。

3. 与导流区连接配置了分流区，分流区设置在导流区与波纹区之间，由多个条形波纹相互平行，且节距相等，形成有效支点且有效的分流，避免出现换热“死区”，使导流区的压力损失最小。

4.换热板片定位孔处采用独特的定位加强片，该加强片能够有效提高大型换热板片定位孔在装配和拆卸过程中的抗变形能力，提高换热板片的装配外观质量，为板式热交换器的传热性能和承压指标的实现提供有力保证。该加强片无需焊接即可固定在换热板片主体的定位孔上，与换热板片的固定方便快捷、可靠牢固，还可轻易拆卸下来更换。该加强片结构简单，经济实用，定位孔加强片材料根据使用的需要，与板片可以相同，也可以不同，使板片定位加强片固定在定位孔上，从而加强定位孔的钢度，防止板片的定位孔在装配和拆卸过程中变形，影响板式热交换器的装配质量。定位加强片的固定加强卡边除了可以帮助定位加强片更牢固的卡接在定位孔上，还可以起到加强耐压作用。

5.换热板片采用整体落料，端孔、定位孔、垫片固定孔、切边角四个工序一次冲切完成，避免由于多道工序加工产生累计误差，保证角孔圆度与位置精度，从而提高板片的整体装配精度，大大提高了换热器的承压能力。

6. 换热板片波纹区配有多个应力释放区，有效控制板片拉伸成形后产生变形或翘曲，板片平整度极高，承压能力及可靠性大大提高。

7. 密封垫片采用矩形按扣形式，结构合理、定位准确、能够确保密封垫片的使用性能，同时提高板式热交换器承压能力。

8. 综上所述特点，使组装后的换热器整体耐压能力提高，其应用范围得到了进一步扩展，即可在设计压力2.0-3.0MPa范围内正常运行，同时仍保持板式热交换器传热效率高、占地面积小、易拆装、易清洗等优点。

9. 换热板片具有高NTU（传热单元数）值。特点为传热板长宽比较大，波纹深度较浅，且波纹节距较小。传统板片NTU值不大于5，而本申请的NTU值为5-20。

10.主要应用领域：

（1）用于集中供热，隔压站，使高温水和供暖水在高压下保持稳定运行。

（2）石油、化工、冶金、医药、冷空调等行业中设计压力小于等于3.0MPa

的热交换过程。

（3）操作压力虽未达到一定值，但介质不允许有少量泄漏即密封性能要

求较高的场合，如核电行业。

附图说明

图1为板式热交换器的轴侧图；

图2为换热板片平面图；

图3为定位加强片平面图；

图3a为图3的A-A剖视图；

图3b为图3的B-B剖视图；

图4为图2的传热板定位孔安装有定位加强片V处放大图；

图5为图2的传热板定位孔没有安装定位加强片V处放大图；

图5a为图5的J-J剖视图；

图6为图2的I处换热板片的加强边结构局部放大图；

图6a为图6的C-C剖视图；

图6b为图6的D-D剖视图；

图7为图2的II处换热板片流道侧端孔的第一弧形凸脊局部放大图；

图7a为图7的E-E剖视图；

图8为图2的换热板片应力释放区局部放大图；

图8a为图8的F-F剖视图；

图8b为图8的G-G剖视图；

图9为密封垫片整体结构图；

图10为图2的III处传热板垫片固定孔局部放大图；

图11为图9的IV处矩形按扣局部放大图；

图11a为图11的H-H剖视图；

图12为图10和图11所示的固定孔和固定孔按扣组合放大图；

图13为图9的I-I剖视图；

图14为密封垫片的第一道密封和第二道密封与换热板片的第一弧形凸脊和第二弧形凸脊配合示意图。

具体实施方式

为了解决背景技术中所指出的缺陷，发明了本申请所述耐高压的高NTU值板式热交换器。

本发明现将参照附图更充分地描述，在附图中示例实施例被示出。但是，本发明不应当被解释为限于此陈述的实施例。如本发明所属领域的技术人员容易理解的，示例实施例的公开的特征可组合。

为了简洁和/或清楚起见，众所周知的功能或构造本申请中不详细描述。

见图1，本发明目的是这样实现的，该换热器包括带有介质进出口的固定夹紧板1、上横梁2、换热板片3、密封垫片8、活动夹紧板7、支架、下横梁4、夹紧螺栓5、螺母6，换热板片3按一定间隔四周通过密封垫片密封，并用夹紧螺栓压紧而成，其端孔构成了连续的通道，介质从入口进入通道，并被分配到换热板片之间的流道内，每张板片都附带密封垫片，换热板片（H板与L板）是交替顺序放置，两种流体分别进入各自通道，一般情况下两种介质在通道内逆向流动，热介质将热能传递给板片，板片又将热能传递给另一侧的冷介质，从而实现热介质温度降低被冷却，冷介质温度升高被加热的目的。换热板片和密封垫片是板式热交换器的核心元件。换热板片起导热作用，决定换热器的传热效率、阻力损失、耐压能力，适用流体和使用寿命等。密封垫片主要起到密封作用。这段记载的换热器结构与现有技术相同。

见图2，多个这种换热板片3配置在换热器板组件中。换热板片3具备四个端孔9、10、11、12。端孔9形成延伸通过板组件的四个通道。通道中的两个与每隔一个板间隙连通，并且其它两个通道与剩余的板间隙连通。在使用中，第一换热流体将在换热板片3的一侧之上流动通过第一端孔9到第二端孔10，并且第二换热流体将在第三和第四端孔11、12之间在换热板片3的另一侧之上流动。来自换热流体中的一种的热量传递给换热板片3到另一换热流体，从而完成换热过程。这段记载的换热器结构与现有技术相同。

见图8，所述换热板片3的换热区上设有多个应力释放结构13，所述应力释放结构13平行于热板板片的X轴或Y轴或者与X轴Y轴成一定角度，所述应力释放结构13为在换热区内开有一个长条形凹陷区14。所说的凹陷区就是相对于换热板片表面的一个长条形的凹坑，所述长条形凹陷区14深度最好为换热区的波纹整个深度的一半，即凹陷区14的底处于换热板片的换热区的波纹高度的一半位置。

见图2、7，换热板片的一侧另设有双道密封结构，

流道侧的端孔（即图中第三端孔11、第四端孔12）外周不装有密封垫片8的部分设有第一条弧形凸脊15，相当于第一道密封结构。在流道侧的端孔（即图中第三端孔11、第四端孔12）那侧导流区38边缘设有第二条弧形凸脊16，相当于第二道密封结构。该双道密封结构通过X轴对称镜像布置。

为了更好的配合第一条弧形凸脊15和第二条凸脊16，申请人将密封垫片的结构做相应调整。

见图13、14，所述密封垫片上有垫片第一道密封17和垫片第二道密封19，所述第一弧形凸脊15与垫片第一道密封17以换热板片的竖直中心轴为对称轴，所述第二弧形凸脊16与垫片第二道密封19以换热板片的竖直中心轴为对称轴。所述垫片第一道密封的中心线上设有第三弧形凸起18；所述垫片第二道密封的中心线上设有第四弧形凸起20。所述第三弧形凸起18和第四弧形凸起20，分别与换热板片3第一条弧形凸脊15和第二条弧形凸脊16对应。因第一条弧形凸脊15和第二条弧形凸脊的位置在换热器的另一面为凹陷。所以第一条弧形凸脊15和第二条弧形凸脊另一面的凹陷与第三弧形凸起18和第四弧形凸起20配合。

当换热板片3按序列进行组装时，偶数换热板组相对于单数换热板组旋转180度，偶数换热板组中的密封垫片8与单数换热板组中的换热板片3自然对齐，所以第一条弧形凸脊15和第二条弧形凸脊另一面的凹陷与第三弧形凸起18和第四弧形凸起20配合，形成密封，这样提高密封性及耐压性。

见图2，所述换热板片3的导流区38与换热区39之间设有分流区21，所述导流区38与分流区21之间开有横向长条凹陷结构14，分流区21与换热区39之间开有横向长条凹陷结构13，所述分流区21上设有多条向一个方向倾斜且角度相同的条形波纹。所述导流区38与分流区21之间的长条凹陷结构14和分流区21与换热区39之间的长条凹陷结构14相同，即长条形凹坑。

见图3、4、5，所述定位孔22上装有定位加强片23，所述定位加强片23的开口形状和定位孔22相同，所述换热板片3上定位孔22的周围加工有多个小方孔24，所述小方孔24的一边下面设有凸筋25，在定位加强片23与定位孔22周围加工的小方孔24对应的位置加工有弹性舌片40，弹性舌片40的一侧与定位加强片的主体连接，另一侧向前延伸并翘曲，弹性舌片中部设有卡接凸筋的凹陷26。使用时将定位加强片放置在定位孔上，弹性舌片前端插进小方孔中，向前推，弹性舌片的卡接凸筋的凹陷卡在小方孔一边上的的凸筋上。进行将定位加强片固定在定位孔上。

所述定位加强片23开口部分的左右两个卡接部27（定位加强片卡接在上横梁的部分）的外边设有固定加强卡边28，所述固定加强卡边28包括沿固定加强卡边28长度方向延伸的卡边凸筋29和向下的折边30。卡边凸筋29对定位加强片23起加强作用，耐压。卡边卡在定位孔的边上，将定位加强片和定位孔牢固固定。固定加强卡边28与向下折边30从上下左右四个方向将定位加强片固定卡接在定位孔22上。

图9、10、11、12，所述换热板片3周围设置有若干个密封垫片固定孔31，在密封垫片8的周围与密封垫片固定孔31位置对应处设置有若干个按扣32。所述按扣32包括两个连接筋33、两个连接筋之间的按扣主体34，按扣主体34按压固定在密封垫片固定孔31中实现密封垫片8的固定。

见图6，所述端孔外侧换热板片3边上设置有加强边结构35，所述加强边结构35包括外侧的连接边36和连接边内侧的加强块37，所述加强块37为凹凸交替排列的，所述连接边36设置在加强块37深度一半的位置。该加强边结构35通过X轴对称镜像布置。

所述换热板片的长度和宽度比大于3.0，波纹深度小于3.0mm，波纹节距小于9.5mm。

所述换热板片采用整体落料，端孔、定位孔、密封垫片固定孔、切边角四个工序一次冲切完成。

本领域技术人员理解，相比于具有垫片的板式热交换器（诸如半焊式板式换热器），本发明可用于板式换热器的其它类型的板。

如在此所使用，术语“包括”为开放式的、并且包括一个或多个陈述的特征、元件、步骤、构件或功能，但是不排除一个或多个其它特征、元件、步骤、构件、功能或其群组的存在或增加。

Claims (9)

1.一种耐高压的高NTU值板式热交换器，包括换热板片，密封垫片，所述换热板片包括四个端孔、两个定位孔、导流区、换热区，其特征在于：所述换热板片的换热区上设有多个应力释放结构，所述应力释放结构为在换热区内开有的一个长条形凹陷区。

2.根据权利要求1所述的一种耐高压的高NTU值板式热交换器，其特征在于：所述应力释放结构平行于X轴或Y轴或者与X轴Y轴成一定角度，所述长条形凹陷区深度为换热区的波纹整体深度的一半。

3.根据权利要求1所述的一种耐高压的高NTU值板式热交换器，其特征在于：流道侧的端孔外周不装有密封垫片的部分设有第一弧形凸脊；在流道侧的端孔那侧导流区边缘设有第二弧形凸脊；所述密封垫片上有垫片第一道密封和垫片第二道密封，所述第一弧形凸脊与垫片第一道密封以换热板片的竖直中心轴为对称轴，所述第二弧形凸脊与垫片第二道密封以换热板片的竖直中心轴为对称轴；所述垫片第一道密封的中心线上设有第三弧形凸起；所述垫片第二道密封的中心线上设有第四弧形凸起。

4.根据权利要求1所述的一种耐高压的高NTU值板式热交换器，其特征在于：所述换热板片的导流区与传热区之间设有分流区，所述导流区与分流区之间开有横向长条凹陷结构，分流区与换热区之间开有横向长条凹陷结构，所述分流区上设有多条倾斜角度相同的的条形波纹。

5.根据权利要求1所述的一种耐高压的高NTU值板式热交换器，其特征在于：所述定位孔上装有定位加强片，所述定位加强片的开口形状和定位孔相同，所述换热板片上定位孔的周围加工有多个小方孔，所述小方孔的一边设有凸筋，在定位加强片与定位孔周围加工的小方孔对应的位置加工有弹性舌片，弹性舌片的一侧与定位加强片的主体连接，另一侧向前延伸并翘曲，弹性舌片中部设有卡接凸筋的凹陷，所述定位加强片开口部分的左右两个卡接部的外边设有固定加强卡边，所述固定加强卡边包括沿固定加强卡边长度方向延伸的卡边凸筋和向下的折边。

6.根据权利要求1所述的一种耐高压的高NTU值板式热交换器，其特征在于：所述换热板片周围设置有若干个密封垫片固定孔，在密封垫片的周围与密封垫片固定孔位置对应处设置有若干个按扣。

7.根据权利要求1所述的一种耐高压的高NTU值板式热交换器，其特征在于：所述端孔外侧换热板片边上加工有加强边结构，所述加强边结构包括外侧的连接边和连接边内侧的加强块，所述加强块为凹凸交替排列的，所述连接边设置在加强块深度一半的位置。

8.根据权利要求1所述的一种耐高压的高NTU值板式热交换器，其特征在于：所述换热板片的长度和宽度比大于3.0，波纹深度小于3.0mm，波纹节距小于9.5mm。

9.根据权利要求1所述的一种耐高压的高NTU值板式热交换器，其特征在于：所述换热板片采用整体落料，端孔、定位孔、密封垫片固定孔、切边角四个工序一次冲切完成。