CN112781415A - 板壳式热交换器和用于板壳式热交换器的通道阻挡板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种板壳式热交换器设备和用于板壳式热交换器的通道阻挡板。热交换器包括壳体和在壳体内的多个传热板。所述板形成流体地连接的第一腔，所述第一腔为第一流体流提供第一流体流动路径。壳体形成第二腔，在第二腔中布置有板并且所述壳体为第二流体流提供第二流体流动路径，第二流体流动路径通过板与第一流体流动路径被分隔开。热交换器包括用于减少热交换器内有害的旁路流动的装置。

Description

板壳式热交换器和用于板壳式热交换器的通道阻挡板
技术领域
本发明涉及一种板壳式热交换器和一种用于板壳式热交换器的通道阻挡板。
背景技术
板壳式热交换器包括位于壳体或外壳内的多个堆叠的结构化板。多个板成对连接，使得用于第一流体的第一流体流动路径至少部分地设置在成对连接的板内。成对连接的板被设计成将第一入口开口与热交换器的第一出口开口流体地连接，从而形成第一流体流动路径。用于第二流体的第二流体流动路径设置在成对连接的板的外部，并且第二流体流动路径通过板与第一流体流动路径分隔开。第二流体流动路径将第二入口开口流体地连接到第二出口开口。
第二流体通过第二入口开口进入热交换器的壳体，并且第二流体沿着壳体内部的复杂的第二流体流动路径流动，并通过第二出口开口流出。第二流体的一部分绕过传热板的中心区域，并沿着传热板的径向外周区域从第二入口开口流向第二出口开口。这是由于在传热板的周边区域的流动阻力比传热板的中央区域的流动阻力低。传热板的中心区域的这种旁路导致第二流体的不利分布，因此导致有问题的未到达最佳的传热率。
发明内容
通过根据权利要求1的本发明的热交换器以及通过根据权利要求10的用于热交换器的通道阻挡板解决了这个问题。本发明的其他实施例是从属权利要求的主题。
根据第一权利要求，提供一种板壳式热交换器，其包括壳体和在壳体内的多个传热板。壳体和板可以是任何形状的，但是壳体和板的圆筒形或圆形是优选的。所述板形成流体地连接的第一腔，所述第一腔为第一流体流提供第一流体流动路径。壳体形成第二腔，在第二腔中布置有板并且提供用于第二流体流的第二流体流动路径，第二流体流动路径通过板与第一流体流动路径分隔开。连接两个相邻的板以形成包封的体积，从而在两个相邻的板之间提供第一腔。
根据本发明，在壳体和至少一些板之间设置有至少一个通道阻挡板，所述至少一个通道阻挡板包括多个突起，所述多个突起在壳体的径向向内的方向上延伸并且到达两个相邻的板之间。
突起进入第二流体流动路径中，并且在传热板的径向外部周边区域中构成第二流体流的障碍或屏障。因此，第二流体流被引导远离传热板的径向外周区域并且朝向传热板的中心区域。因此，本发明解决了旁路问题，并有助于提高热交换器的传热率。
在优选的实施例中，通道阻挡板在壳体的周向方向上延伸60°±30°，特别是60°±15°。在另一实施例中，通道阻挡板可以在壳体的周向方向上延伸60°±5°。由于通道阻挡板并非一直围绕传热板延伸，因此通道阻挡板允许在传热板之间的第二流动的充分分布，同时限制或阻挡了任何不期望的旁路流动。
通道阻挡板可以在壳体的轴向方向上沿着壳体的整个内部长度延伸，和/或通道阻挡板可以包括多个分隔开的子板，优选地相同的子板。通道阻挡板可以是弯曲的，使得通道阻挡板与壳体的曲率和传热板的外边缘的曲率相匹配。通道阻挡板可以按压装配、焊接或以其他方式连接至传热板。替代地，可以在通道阻挡板和传热板之间提供松配合，以易于制造和组装。
在另一优选实施例中，提供至少两个通道阻挡板，其相对于壳体的中心轴线彼此相对地定位。因此，两个通道阻挡板可以围绕壳体的纵向轴线间隔开180°。通道阻挡板的这种布置提供了阻挡不期望的旁路流过热交换器的简单方法。
在另一优选实施例中，突起是通过弯曲切割部形成的。通道阻挡板可以由金属片制成，在金属片中已经引入了多个切割部。然后可以将切割区域弯曲大约90°，以形成突起。为了使通道阻挡板装配在壳体和传热板之间，可将通道阻挡板整体弯曲，使得通道阻挡板的曲率与壳体和传热板的曲率匹配。
在另一优选实施例中，密封板位于通道阻挡板的径向外侧，用于密封通道阻挡板中的开口，其中，密封板优选地借助于弹簧机构被保持紧靠通道阻挡板。密封板可以由金属片或合成材料制成。弹簧机构可以是位于壳体和密封板之间的弹性部件和/或合成部件。弹簧机构可以与密封板一体地形成。特别地，密封板可以由弯曲的金属片制成。密封板和/或弹簧机构可以在插入壳体和通道阻挡板之间时被压缩，从而提供作用在通道阻挡板上的力并密封通道阻挡板中的开口。
在另一优选实施例中，至少一个通道阻挡板上的突起彼此偏移布置和/或布置成平行线和/或突起的形状与两个相邻板之间的空间的形状匹配。突起的偏移布置确保相邻突起之间的距离足够大，以在例如通道阻挡板的制造期间提供结构支撑。
突起平行于壳体的纵向轴线的成平行线的布置，有利于通道阻挡板的弯曲，以使通道阻挡板的形状适合于壳体和传热板的曲率。
在壳体的轴向方向上彼此分隔开的两个相邻的突起可以被分隔开，使得四个传热板的四个径向最向外的部分位于两个相邻的突起之间。在制造通道阻挡板时，可以选择切割部的形状，以便在突起和传热板之间形成紧密装配。通过这样做，可以使突起和传热板之间的间隙最小，从而使不期望的旁路流体流最小化。
在另一优选实施例中，提供了至少两个通道阻挡板，其在壳体的轴向方向上彼此分隔开，并且优选地由径向延伸的支撑结构和/或轴向延伸的支撑结构至少部分地被分隔开和/或被围绕。
在另一优选的实施例中，突起包括矩形部分和渐缩部分，其中渐缩部分位于矩形部分的径向更靠内侧。突起的矩形部分被设计成紧密地装配于传热板的径向最外侧的部分。传热板的这些径向最外侧的部分可以彼此平行并且垂直于壳体的纵向轴线被对准。突起的渐缩部分被设计成紧密地装配于传热板的径向更靠内侧的部分。传热板的径向更靠内侧的部分可以与传热板的径向最外侧的部分成一角度，从而需要突起的相应地渐缩形状。在特别优选的实施例中，渐缩部分是三角形部分、弓形部分或圆形部分。
本发明还涉及根据权利要求1至9中任一项所述的用于板壳式热交换器的通道阻挡板。通道阻挡板可以具有以上关于热交换器和相应的通道阻挡板描述的任何或全部特征。
附图说明
参考以下附图描述本发明的更多细节和优点：
1a：板壳式热交换器的分解图；
1b：板壳式热交换器的截面示意图；
2a：板壳式热交换器的传热板的详细图；
2b：多个连接的传热板的详细截面图；
3a：通过热交换器的第一流体流动路径的示意图；
3b：通过热交换器的第二流体流动路径的示意图；
4a：热交换器的部分制造的通道阻挡板的详细图；
4b：部分制造的通道阻挡板的另一详细图；
4c：具有可见通道阻挡板的部分组装的热交换器；
5a：位于热交换器的壳体和热传递板之间的通道阻挡板的截面图；以及
5b：示出了通道阻挡板在热交换器内的定位的截面图。
具体实施方式
图1a示出板壳式热交换器100的分解图；热交换器100包括壳体20和在壳体20内的多对密封的传热板10。
壳体20可以是中空圆筒形状，并且板10可以具有相应的形状和尺寸，使得板10可以装配到壳体20中。壳体20和板10的其他形状也是可以的，但是，允许将板10靠近地定位在壳体20上的形状是优选的。
板10形成流体连接的第一腔11，用于为由相应箭头指示的第一流体流提供第一流体流动路径12。第一流体流通过第一入口开口23进入热交换器和第一出口开口23'离开热交换器。第一腔11被两个相邻的板10围绕，这两个相邻的板彼此连接，如图1b中更清楚地示出并且将在下文更详细地描述。图1b以截面图和组装状态示出了热交换器100。
板10例如通过在板10的边缘成对地焊接或钎焊被两两连接，形成用于从第一入口开口23到第一出口开口23'的密封的第一流体流动路径12的第一腔11。多个这种堆叠被堆叠并且例如在第一入口开口23和第一出口开口23'周围被焊接或被钎焊。相连的第一入口开口23和第一出口开口23'形成诸如空心圆筒体的中空体积，该中空体积通过所述堆叠，以通过密封的第一流体流动路径12来分配和循环第一流体。形成在密封的成对的板10的外部和壳体20的内部的第二流体流动路径22连接到第二入口开口24和第二出口开口24'。第二流体流通过第二入口开口24进入热交换器100和第二出口开口24'离开热交换器100。
壳体20形成第二腔21，在第二腔21中布置板10，并且在第二腔21中提供用于第二流体流的第二流体流动路径22。第二流体流通过第二入口开口24进入热交换器100和第二出口开口24'离开热交换器100。第二流体流动路径22通过板10与第一流体流动路径12分隔开。热交换发生在两个流体之间，该两个流体通过板10彼此分隔流动。
图2a示出了本发明的板壳式热交换器100的传热板10的详细图。板10可以包括圆形金属片并且可以包括弯曲的或其他非平面的部分。板10可将板10的一侧的第一流体流动路径12与板10的另一侧的第二流体流动路径22分隔开。板10可以在其通常为平面和/或圆形的侧面的一侧或两侧上包括图案化的传热部分。图案化的热传递部分可以被图案化以增加板10与流过板10的流体之间的接触表面，从而增加通过板10以及流体之间的热传递。图案化的热传递部分可以包括网状和/或冲压部分或冲切部分。
板10可以包括板开口13，该板开口用于将流体相邻的板10彼此连接并且连接到第一入口开口23和第一出口开口23'。两个相邻的板10可以沿着板开口13的边缘和/或沿着两个板10的外周通过例如焊接或钎焊被连接和密封在一起。
图2b示出了多个连接的传热板10的详细截面图。两个相邻的板10可以在其外周处、特别是在其外边缘的环形连接部分14处被彼此连接。因此，提供了密封的成对连接的板10，以允许第一流体流过由成对的板10限定的第一流体流动路径12。
第二流体流动路径22在两对相邻的连接的板10之间被引导，并通过板10与第一流体流动路径12被分隔开。第二流体流动路径22包括在靠近放置的板10之间的平坦的狭窄通道。如图2b所示，在竖直方向上以及在成对的连接的板10之间的第二流体流速是必不可少的。此流动分量近似对应于第二流体流相对于壳体20的径向分量或切向分量。
如图2b所示，在板10的环形部分14的区域中，形成环形旁路腔15，该环形旁路腔15允许在周向方向上的第二流体流相对于壳体20的非径向分量。第二流体流的该周向分量不在两对连接的板10之间的径向向内空间之间通过，而仅在两对连接的板10的径向向外的部分之间通过。由于旁路腔15的几何形状和径向向外的环形连接部分14所示，所以两个流体流之间的传热率在旁路腔15中明显降低。
图3a和图3b是第一流动路径12和第二流体流动路径22的通过热交换器100的部分的示意图。图3a是垂直于壳体20的纵向轴线并且通过一对连接的板10的截面。箭头指示在这样的一对连接的板10内的第一流体流动路径12。该成对的连接的板10限定并围绕第一腔11。流体流动路径12通过两个板开口13中的一个进入成对的连接的板10，并且通过两个板开口13中的另一个离开成对的连接的板10。在两个开口13之间，第一流体填充整个第一腔11，从而可以在成对的连接的板10的整个表面或几乎整个表面上进行热传递。因此，促进了第一腔11中的第一流体与第一腔11外部的第二流体之间的热传递。在密封的成对的板10内，两个连接的板10的边缘被焊接或钎焊或以其他方式被连接，并且没有旁路问题。
图3b示出了热交换器100的截面中的第二流体流动路径22的一部分。这一次，未示出一对连接的板10的内部，而是示出了这样的两对连接的板10之间的空间。因此，图3b的横截面相对于图3a的横截面在壳体20的轴向方向或纵向方向上偏移。图3b中所示的两个开口13将相邻的两对连接的板连接起来，并且是穿过其中的第一流体流动路径12的一部分。
第二流体流动路径22填充第二腔21。第二腔21由壳体20的内部、成对的连接的板10的外部来界定，壳体20的内部、成对的连接的板10的外部中的一个在图3b中示出，并且还可以是容纳在壳体20中的结构。第二流动路径22通过第二入口开口24和第二出口开口24'进入壳体20，第二入口开口24和第二出口开口24'可以位于壳体表面的相对侧上。
第二流动的一部分在两个第二开口24、24'之间沿大致径向方向通过。然而，由于旁路腔15位于第二腔21的外部周边处，第二流的另一部分在两个第二开口24、24'之间沿大致周向方向通过，而没有进入相邻两对连接的板10之间的狭窄空间。因此，在板10的边缘——成对的连接的板10在此处被连接和/或焊接和/或钎焊——处，形成用于第二流体流的不期望的旁路，这降低了热交换器100的总的效率。
图4a示出了本发明的方案的一部分，该方案克服了热交换器效率降低的问题。示出了处于部分制造状态的通道阻挡板30。通道阻挡板30设置在图3b所示的旁路腔15的区域中，有效地阻止了第二流动的旁路流。通道阻挡板30设置在至少一些板10与壳体20之间。在优选实施例中，通道阻挡板30可以设置在全部板10与壳体20之间。
通道阻挡板30包括沿壳体20的径向向内侧方向延伸的多个突起31。尽管图4a的通道阻挡板30仅示出了十二个这样的突起，但是针对给定热交换器100的尺寸和几何形状，通道阻挡板30可以包括任何所需数量的突起。
从图4a和图4b可以看出，突起31可以由金属片上的弯曲切割部形成。也可以采用替代的或附加的制造方法来产生通道阻挡板30。突起31的弯曲区域部分可以设计成指向第二流体流的方向或相反的方向。突起31可以被切割和弯曲，使得一些突起31以一个方向弯曲，而其他突起31以相反的方向弯曲。
如图4a至图4c所示，突起31可以彼此偏移地被布置和/或可以在通道阻挡板30上以平行线被布置。特别地，至少一些突起31的弯曲部分可以是共线的。
图4b示出了在通道阻挡板30的几乎整个宽度上延伸的突起。图4b的示例示出了在通道阻挡板30的宽度上延伸的成排的七个突起31。相邻的两排突起31是在板30的宽度方向上偏移两个相邻突起31之间的距离的大约一半。
突起31的形状可以被设计为匹配两个相邻板10之间的空间的形状。突起31可以包括矩形部分311和渐缩部分312。在图4c所示的状态下，其中通道阻挡板30安装在热交换器100中，渐缩部分312位于矩形部分311的径向更靠内侧。突起31进入两个板10之间的旁路腔15中，并对准板10以便至少部分密封旁路腔15。
渐缩部分312可包括三角形、拱形和/或圆形的子部分，使得整个突起尽可能靠近与其相邻的板10排列。
图4c示出了半组装的热交换器100，其中，多个传热板10沿着竖直轴线排列，并且所述板10的一部分被位于传热板10的径向外侧的两个通道阻挡板30部分地覆盖。根据图4c，通道阻挡板30及其突起31形成为使得突起31到达两个相邻板10之间并进入由所述两个相邻板10限定的旁路腔15中。通道阻挡板30被设计用于增大第二流的通过热交换器100的热交换区域的部分，该通道阻挡板30表现出最高的温度梯度。
图4c的实施例示出了两个通道阻挡板30，两个通道阻挡板30在壳体20的轴向方向上彼此间隔开，并且被径向延伸的支撑结构40和轴向延伸的支撑结构41被分隔开或被围绕。可以设置附加的通道阻挡板30，使得热交换器100的全部或几乎全部传热板10可以与至少一个通道阻挡板30接触。例如，还可以在热交换器100的组装期间，在两个通道阻挡板30上方添加第三通道阻挡板30。
又如图4c所示，通道阻挡板30可以仅在热交换器100的周向的小部分上延伸，从而仅在有限的限定区域中阻挡旁路腔15。这允许第二流体流过旁路腔15并且流过热交换器100的其他区域中的相邻的成对的传热板10。
通道阻挡板30可以在壳体20的周向方向上延展60°±30°或60°±15°。可以留出超出通道阻挡板30覆盖的区域，以使第二流体流在图1a和1b中所示的第二入口开口24和第二出口开口24'之间通过并且在成对的连接的传热板10之间通过。
通道阻挡板30可以在壳体20的轴向方向上沿着壳体20的整个内部长度延伸。这对应于图4c的通道阻挡板30沿着壳体20的内部的整个竖直方向或高度方向延伸。通道阻挡板30可以由多个分隔开的并且优选地相同的子板制成。在图4c所示的实施例的情况下，在壳体20的轴向方向上彼此相邻放置的三个分隔开的子板可以形成通道阻挡板30。依据热交换器100的尺寸和其他几何特征，还可以提供不同数量的通道阻挡板30。
图4c中可见的通道阻挡板30全部位于热交换器100的一侧。为了阻挡在热交换器100的周向方向上的不需要的旁路流，可为将至少一个通道阻挡板30设置在热交换器100的背向通道阻挡板30的一侧上，如图4c中所示。如果图3b中所示的第二流体流动路径22在图4c中沿大致水平的方向流动，则至少两个通道阻挡板30可以迫使第二流体流过内部并且在连接的成对的传热板10之间流动，而不是靠近壳体20内部的靠外的周边。通道阻挡板30因此减少或消除了位于壳体20的径向内侧的最大热交换区域周围的不需要的旁路流。
图5a示出了位于传热板10与径向向外定位的壳体20之间的通道阻挡板30的截面图。示出了突起31，以在图5a所示的周向位置处阻挡每个其他的旁路腔15。应当理解，在图5a中未被阻挡的旁路腔15在通道阻挡板30的不同周向位置处被其他未示出的突起31阻挡。突起31可以具有不均匀的截面，并且可以形成为紧贴地装配到所连接的成对的传热板10的环形连接部分14上。
图5a中所示的突起全部都指向热交换器100的径向内部。在未在附图示出的不同实施例中，突起31中的至少一些可以指向热交换器100的径向外部，使得突起31压靠在壳体20的内部，从而提供将通道阻挡板30径向向内推入并且抵靠传热板10就位的力。径向向外指向的突起31可以不平行于径向向内指向的突起31，而是从整个通道阻挡板30被对准的周向方向仅略微弯曲。
图5b是热交换器100的部分截面图，该截面图示出了通道阻挡板30在热交换器100内的定位。在该实施例中，两个通道阻挡板30位于热交换器的相对侧。特别地，两个通道阻挡板30可以在热交换器100的周向方向上彼此偏移180°。通道阻挡板30可以处于与如图1a、图1b和图3b所示的板开口13和/或第二入口开口24和第二出口开口24'的位置偏移大约90°的位置处。
热交换器100可以包括一个或多个密封板50，这些密封板50可以定位在通道阻挡板30的径向外侧，以减少或消除不需要的流体流通过或经过通道阻挡板30。密封板50可以被压缩在壳体20的内部(在图5b中未示出)和通道阻挡板30的外部之间。如图4b所见，密封板50密封在通道阻挡板30中的由切割和弯曲的突起31产生的开口。密封板50可以通过诸如金属弹簧部分和/或合成弹性材料的弹簧机构被保持紧密抵靠通道阻挡板30。
密封板50可以包括径向向内的密封部，所述密封部紧贴地装配在通道阻挡板30的径向外侧。一个或多个分隔开的部分可以连接到密封部分，所述分隔开的部分在径向方向上并远离密封部分延伸。一个或多个弹簧部分可以连接到分隔开的部分。密封板的弹簧部分可以是用于将密封板50压靠在通道阻挡板的弹簧机构。
弹簧部分可以相对于分隔开的部分成一定角度定位，并且可以被设计成在插入到壳体20中时变形。弹簧部分的变形导致将密封板50推到通道阻挡板30上的力，从而密封通过通道阻挡板30(时)发生的至少一些泄漏。
密封板50可以比通道阻挡板30小。特别地，密封板50的尺寸可以使得通道阻挡板30在周向方向上的宽度可以是单个密封板50的两倍、三倍或更多倍。较小的密封板50以及相应的更多数量的密封板和弹簧机构使得可以在通道阻挡板30上施加更均匀的交叉，从而改善了密封板50的密封功能。
本发明不限于上述实施例，而是可以以多种方式变化。特别地，可以以任何逻辑上可能的方式组合上述实施例的特征。在权利要求书、说明书和附图中公开的包括构造细节和空间构造的全部特征和优点，无论是单独地还是彼此组合地，对于本发明都是必不可少的。

Claims (10)

1.一种板壳式热交换器(100)，包括壳体(20)和在所述壳体(20)内的多个传热板(10)，所述板(10)形成流体连通的第一腔(11)，所述第一腔(11)为第一流体流提供第一流体流动路径(12)，以及所述壳体(20)形成第二腔(21)，在所述第二腔(21)中布置有所述板(10)，并且所述壳体为第二流体流提供第二流体流动路径(22)，所述第二流体流通过所述板(10)与所述第一流体流动路径(12)分隔开，其中在所述壳体(20)和至少一些所述板(10)之间设置至少一个通道阻挡板(30)，所述通道阻挡板(30)包括多个突起(31)，所述多个突起(31)在所述壳体(20)的径向向内的方向上延伸并且到达两个相邻的板(10)之间。
2.根据权利要求1所述的板壳式热交换器(100)，其中，所述通道阻挡板(30)在所述壳体(20)的周向方向上延伸60°±30°，特别是60°±15°，和/或所述通道阻挡板(30)在所述壳体(20)的轴向方向上沿着所述壳体(20)的整个内部长度延伸，和/或所述通道阻挡板(30)包括多个分隔开的并且优选相同的子板。
3.根据权利要求1或2所述的板壳式热交换器(100)，其中，设置至少两个通道阻挡板(30)，所述通道阻挡板相对于所述壳体(20)的中心轴线彼此相对地定位。
4.根据前述权利要求中任一项所述的板壳式热交换器(100)，其中，所述突起(31)由弯曲切割部形成。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的板壳式热交换器(100)，其中，密封板(50)位于所述通道阻挡板(30)的径向外侧，用于密封所述通道阻挡板(30)中的开口，其中所述密封板(50)优选通过弹簧机构保持紧密抵靠所述通道阻挡板(30)。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的板壳式热交换器(100)，其中，所述至少一个通道阻挡板(30)上的所述突起(31)彼此偏移布置和/或被布置成平行线和/或突起(31)的形状与两个相邻板(10)之间的空间的形状匹配。
7.根据前述权利要求中任一项所述的板壳式热交换器(100)，其中，提供至少两个通道阻挡板(30)，所述至少两个通道阻挡板在所述壳体(20)的轴向方向上彼此间隔开，所述至少两个通道阻挡板优选至少部分地被径向延伸的支撑结构(40)和/或轴向延伸的支撑结构(41)分隔开和/或围绕。
8.根据前述权利要求中任一项所述的板壳式热交换器(100)，其中，所述突起(31)包括矩形部分(311)和渐缩部分(312)，其中，所述渐缩部分(312)定位在所述矩形部分(311)的径向内侧。
9.根据权利要求8所述的板壳式热交换器，其特征在于，所述渐缩部分(312)是三角形部分、弓形部分或圆形部分。
10.一种根据权利要求1至9中任一项所述的用于板壳式热交换器(100)的通道阻挡板(30)。
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