CN112964099B - 一种全焊板壳式换热器及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及热交换器设计与制造技术领域，具体涉及一种全焊板壳式换热器及其加工方法。本发明设计包括壳体，换热片组与壳体焊接连接；换热片组包括若干板片束，每个板片束包括第一板片，第一板片的后端面上设有流道孔；第一板片前端面的中部位置处设有流道板，流道板上下两端设置有缩颈；第一板片上下两端对称设有反边；第一板片与第二板片结构相同；第一板片与第二板片的后端面对称焊接连接；板片束之间的反边焊接形成水气隔板；板片束之间的缩颈位置处形成气流通道；水流与气流可以严格逆流，全焊板壳式换热器可实现真正的“纯逆流”换热,末端温差小,可以多回收热量，从而可大大节约装置的操作费用。

Description

一种全焊板壳式换热器及其加工方法

技术领域

本发明涉及热交换器设计与制造技术领域，具体涉及一种全焊板壳式换热器及其加工方法。

背景技术

板式换热器是以板为传热面，具有结构紧凑，传热效率高等特点，是目前较为先进的高效节能换热器。板式换热器板片与板片之间密封方式有垫片密封和焊接密封两种方式，焊接密封板式换热器整个板片周围采用焊接方式来形成密封，可用于与板材兼容的腐蚀性流体，工作压力范围真空至20MPa，温度范围200℃～900℃。

目前，方形板片板壳式换热器多采用波纹板片作为传热元件，波纹板片具有“静搅拌”作用,能在很低的雷诺数下形成湍流,传热效率是管壳式换热器的2～3倍，同时还大大降低了结垢,从而使设备的维护和清扫非常方便。但是，在气体余热回收时，热风中常含有水蒸气或可凝结组分，凝结液在波纹板表面附着，仅在重力作用下很难向下流动，进而在板片表面形成液膜甚至结垢，严重阻碍换热，降低换热效率。

现有技术中采用复合式纵向翅片管烟气余热换热器，包括长方体形的换热器壳体两端装有烟气进出口，壳体内装有由纵向翅片管组成的管束，其特征是：进水母管、出水母管位于壳体外侧，所述的纵向翅片管为铝纵向翅片管内套装有内钢管的复合式纵向翅片管。但是相对于板式换热器，翅片管换热器用材较多，制造工序复杂，设备成本高，管壁存在热阻大的问题，现有技术中没有能同时解决气象冷凝液膜无法冷凝重力自流与避免管壁热阻大的换热器。

发明内容

本发明涉及一种全焊板壳式换热器及其加工方法，可以有效解决现有技术中的不足，具有同时能解决板式换热器存在的气象冷凝液膜无法冷凝重力自流，而且换热器管壁热阻大的问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种全焊板壳式换热器，包括壳体，换热片组与壳体焊接连接；换热片组包括若干板片束，每个板片束包括第一板片，第一板片的后端面上设有流道孔；第一板片前端面的中部位置处设有流道板，流道板上下两端设置有缩颈；第一板片上下两端对称设有反边；第一板片与第二板片结构相同；第一板片与第二板片的后端面对称焊接连接；板片束中的反边焊接形成水气隔板；板片束与板片束之间的缩颈位置处形成气流通道；

进一步的，换热片组中的板片束呈矩阵设置；

进一步的，所述流道孔上下两端呈半圆弧形状，中部位置处呈半六边形形状或半菱形形状；

更进一步的，换热片组中的每排流道孔的中部位置呈一条直线分布；

更进一步的，换热片组中的每排流道孔的中部位置呈交错分布；

进一步的，所述颈缩对称设置在流道板的上下两端；

进一步的，所述颈缩非对称设置在流道板上下两端；

进一步的，第一板片上下两端的反边垂直于板片的缩颈；

进一步的，缩颈沿水平方向的高度值小于流道板沿水平方向的高度值；

进一步的，缩颈与流道板连接处圆滑过渡；

更进一步的，水气隔板的边缘与壳体焊接连接；

进一步的，壳体上方设置出水口，壳体下方设置进水口；壳体一侧靠近下方位置处设置出气口，壳体另一侧靠近上方位置处设置进气口，壳体另一侧下方位置处开设冷凝液排液口；

进一步的，流道板厚度值大于板片厚度值；

本发明还提供了一种全焊板壳式换热器加工方法，步骤如下：

利用模具压制成型，制造不等截面垂直流道的第一板片和第二板片；

第一板片与第二板片上的流道孔对称焊接形成封闭的水流通道；在此板片束左右两侧的侧边分别满焊焊接板片束，板片束前后两侧侧边分别满焊焊接板片束，依次焊接，板片束呈矩阵布置；

将每个板片束中的第一板片和第二板片上下反边对焊，板片束与板片束之间形成气流通道；如此往复叠加形成板式余热回收换热单元，其第一板片和第二板片的反边形成水气隔板；

水气隔板边缘与外壳焊接形成水流分配室，其下部的缩颈联通气流通道，并进行气流分配与导流。

本发明的有益效果如下：

1)设备结构简单，换热面积大，制造成本低，水流与气流可以严格逆流，全焊板壳式换热器可实现真正的“纯逆流”换热,末端温差小,可以多回收热量，从而可大大节约装置的操作费用。

2)在可水流分配腔内设置隔板(类似管壳式多程换热器)，增加水流程数，提高回收水流温度，余热回收量大。

3)气流中含有可凝结组分时，冷凝液可以顺利沿垂直板流下，并在底部排出，有效减少液膜热阻；气流向下的冲刷作用与重力形成合力，可实现板片的自清洁；

4)全焊接结构，密封性好，承压能力高；

5)流通截面简单，不易结垢，高流速时可以自清洁。

6)小流道边缘相互支撑，承压能力高。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为本发明的换热片组的结构正视图；

图2为本发明板片右视图；

图3为本发明板片俯视图；

图4为本发明板片流道板中部位置处的横截面俯视图；

图5是板片束的左视图；

图6是板片束成排叠加设置后的俯视图；

图7是换热片组的左视图；

图8是换热片组的俯视图；

图9是缩颈局部放大图；

图10是板片颈缩高度不等装配后的正视图；

图11是中部位置处截面形状为菱形形状时的交错分布图；

图12是外壳示意图；

图13是外壳左视图；

图14是换热器逆流方向通道示意图；

图中：1、板片，2、流道板，3、反边，4、缩颈，5、流道孔，6、流道孔的中部位置，7、水流通道，8、气流通道，9、出水口，10、进水口，11、出气口，12、进气口，13、外壳，14、冷凝液排液口，15、换热片组侧边，16、第一板片，17、第二板片，M1-气流，M2-水流，1-a换热片组中右侧的第二板片水流通道，2-a换热片组中左侧的第二板片水流通道，1-b换热片组中右侧的第一板片水流通道，2-b换热片组中左侧的第一板片水流通道。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

正如背景技术部分所描述的，现有技术中采用复合式纵向翅片管烟气余热换热器，包括长方体形的换热器壳体两端装有烟气进出口，壳体内装有由纵向翅片管组成的管束，其特征是：进水母管、出水母管位于壳体外侧，所述的纵向翅片管为铝纵向翅片管内套装有内钢管的复合式纵向翅片管。但是相对于板式换热器，翅片管换热器用材较多，制造工序复杂，设备成本高，管壁存在热阻大的问题，现有技术中没有能同时解决气象冷凝液膜无法冷凝重力自流与避免管壁热阻大的换热器。

如图1-14所示，本实施例公开的一种全焊板壳式换热器，包括壳体，换热片组与壳体焊接连接；换热片组包括若干板片1束，每个板片1束包括第一板片16，第一板片16的后端面上设有流道孔5；第一板片16前端面的中部位置处设有流道板2，流道板2上下两端设置有缩颈4；第一板片16上下两端对称设有反边3；第一板片16与第二板片17结构相同；第一板片16与第二板片17的后端面对称焊接连接；板片束中的反边3焊接形成水气隔板；板片束与板片束之间的缩颈4位置处形成气流通道8；

如图1所示，换热片组的正视图，由多个板片1束依次首尾相连接构成换热片组，板片1的左右两侧边分别焊接另一组板片1束的板片1的侧边；在每组板片1束上均有两个结构相同的板片1对称焊接构成，每个板片1束的的两个板片1分别标记为第一板片16和第二板片17；第一板片16和第二板片17的结构如图2所示；

如图2所示，为具体的第一板片16或第二板片17的结构；由于第一板片16与第二板片17的结构完全相同，在此处均用第一板片16描述结构。第一板片16上下两端面上对称设置有反边3，反边3是在水平面上分布的，其垂直于第一板片16的中部位置，第一板片16的中部位置上设置流道板2，流道板2的横截面呈六边形形状；流道板2厚度值高于板片1的厚度值；流道板2凸出设置在板片1的中部位位置处；

流道板2与反边3之间设置有缩颈4，缩颈4的横截面呈圆弧形状；缩颈4，流道板2与反边3均为全焊接结构，缩颈4，流道板2与反边3同样焊接在板片1上；如图9所示，缩颈4与流道板2连接的位置处呈圆弧过渡处理；

在第一板片16未设置流道板2的一侧开设有流道孔5；流道孔5的横截面形状是变截面的，在第一板片16的上下两端对称的设置为圆弧截面的，在第一板片16中部位置处设置为半六边形截面或者半菱形截面的形状，形成变截面的流道孔5；并且，在流道孔的中部位置5处当设置为半菱形截面形状时，在整个换热片组成排设置中，沿水平面从左到右的菱形流道孔5呈交错分布；水流截面设计为菱形类翅片结构，并进行交错排布为的是增加换热面积与气流湍动效果。

如图3所示，为流道孔5俯视图，流道孔5横截面呈圆弧形状；如图4所示，为流道孔5中部位置处的横截面俯视图，其流道孔5的形状为六边形结构；

如图5所示，为板片1束的左视图，板片1束由第一板片16与第二板片17设置有流道孔5的后端面对称焊接连接；第一板片16与第二板片17的流道孔5对称焊接上下两端形成完整的圆弧形状，中部形成完整的六边形或者菱形形状；第一板片16与第二板片17的反边3对称焊接形成水气隔板；如图6所示，为板片1束成排设置的俯视图，水流通道7上端呈圆弧形状；交错分布要4片不同的板片，1-a和1-b对称，合并成一个水流通道；2-a和2-b对称，合并成另一个水流通道，两个水流通道的通道位置不同，其中气通道比正六边形通道宽，水通道可以交错排布在气通道中间。

如图7所示，换热片组中的板片1束呈矩阵设置后的左视图，如图8所示，为换热片组的板片1束呈矩阵设置后的俯视图；从图中可以看出，板片1束焊接成为矩阵结构构成换热片组，缩颈4部分对称形成气流通道8；

如图9所示，为颈缩部分的局部放大图；其是两个板片1束之间的间隔位置处为气流通道8；板片1束之间的缩颈4位置处形成气流通道8；每个板片1束中的第一板片16与第二板片17的反边3对称焊接构成水气隔板；

如图10所示，板片1上的缩颈4高度不在板片1上下两端对称设置，而是非对称设置时的板片1束成排设置的正视图；缩颈4在板片1上呈非对称设置时，当板片1束成排布置时，从正视图上看形成不等截面进出风口板片1，不等截面的面积等于其垂直其通道，使其平均流速相同，图10中，空心箭头代表气流，实心箭头为水流为均匀布风，可将风通道的进出口缩颈4高度调整，风量大处截面大，保证平均风速相近。不等截面缩颈适合于大风量时的预热回收，风量较大时进口管的截面较大，而末端的缩颈处的垂直通道风量远小于进口，保持同样流速时需要的缩颈流通截面较小。

如图11所示，当流道孔5的中部位置处截面形状为菱形形状时，每个板片1束中的流道孔5在成排设置中从左到右呈交错分布，水流截面设计为菱形类翅片结构，并进行交错排布，实现的是为增加换热面积与气流湍动效果。

如图12所示，全焊板壳式换热器壳体结构示意图；在壳体的上方设置出水口9，壳体下方设置进水口10；壳体左侧靠近下方位置处设置出气口11，壳体右侧靠近上方位置处设置进气口12；壳体右侧下方位置处开设冷凝液排液口14，气流中的冷凝液可由14排除，便于回收废气中的冷凝组分，降低VOC排放，同时保证有效换热面积；换热片组的水气隔板的边缘与壳体焊接连接。板片1束的下部的缩颈4可以联通气流通道8，并进行气流分配与导流。

如图13所示，换热片组逆流通道示意图；其中，M1气流，M2水流；M1气流从壳体13进气口12进入换热片组中，从出气口11中流出；M2水流从进水口10中进入，经过与换热片组中的气流交换热量经过颈缩部经过出水口9排出；水流从下而上运行，气流从上而下运行，板壳式换热器可实现真正的“纯逆流”换热,末端温差小,可以多回收热量,从而可大大节约装置的操作费用。

本公开还设计一种全焊板壳式换热器加工方法，步骤如下：

(1)利用模具压制成型，制造不等截面垂直流道的第一板片16和第二板片17；反边与板片一次压制成型；

(2)第一板片16与第二板片17上的流道孔5对称形成封闭的水流通道7；在此板片1束左右两侧的侧边分别满焊焊接板片1束，板片1束前后两侧侧边分别满焊焊接板片1束，依次焊接，板片1束呈矩阵布置；

(3)将每个板片1束中的第一板片16和第二板片17上下反边3对焊，板片1束与板片1束之间形成气流通道8；如此往复叠加形成板式余热回收换热单元，其第一板片16和第二板片17的反边3形成水气隔板；

(4)水气隔板边缘与壳体13焊接形成水流分配室，其下部的缩颈4可以联通气流通道8，并进行气流分配与导流。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种全焊板壳式换热器，其特征在于，包括壳体，换热片组与壳体焊接连接；换热片组包括若干板片束，每个板片束包括第一板片，第一板片的后端面上设有流道孔；第一板片前端面的中部位置处设有流道板，流道板上下两端设置有缩颈；第一板片上下两端对称设有反边；第一板片与第二板片结构相同；第一板片与第二板片的后端面对称焊接形成封闭的水流通道，板片束左右两侧的侧边分别满焊焊接板片束，板片束前后两侧侧边分别满焊焊接板片束，板片束呈矩阵布置；板片束之间的反边焊接形成水气隔板；两个板片束之间的间隔位置为气流通道，板片束之间的缩颈位置处形成气流通道；

所述第一板片上下两端的反边垂直于板片的缩颈；流道板与反边之间设置有缩颈，缩颈的横截面呈圆弧形状；缩颈沿水平方向的高度值小于流道板沿水平方向的高度值；缩颈与流道板连接处圆滑过渡；

壳体上方设置出水口，壳体下方设置进水口；壳体一侧靠近下方位置处设置出气口，壳体另一侧靠近上方位置处设置进气口；壳体另一侧下方位置处开设冷凝液排液口；板片束的下部的缩颈联通气流通道，并进行气流分配与导流；

所述换热片组中的每排流道孔的中部位置呈一条直线分布或交错分布。

2.如权利要求1所述的一种全焊板壳式换热器，其特征在于，所述换热片组中的板片束呈矩阵垂直布置。

3.如权利要求1所述的一种全焊板壳式换热器，其特征在于，所述流道孔上下两端呈半圆弧形状，中部位置处呈半六边形形状或半菱形形状。

4.如权利要求1所述的一种全焊板壳式换热器，其特征在于，所述缩颈对称设置在流道板的上下两端。

5.如权利要求1所述的一种全焊板壳式换热器，其特征在于，所述缩颈非对称设置在流道板上下两端。

6.如权利要求1所述的一种全焊板壳式换热器，其特征在于，所述水气隔板的边缘与壳体焊接连接。

7.一种如权利要求1-6任一项所述的全焊板壳式换热器的加工方法，步骤如下：利用模具压制成型，制造不等截面垂直流道的第一板片和第二板片；

将第一板片和第二板片翻边向外，反向对接连接，形成一个板片束；其中，第一板片与第二板片上的流道孔对称排布形成封闭的水流通道；在此板片束左右两侧的侧边分别满焊焊接板片束，板片束前后两侧侧边分别满焊焊接板片束，依次焊接，板片束呈矩阵布置；

将每个板片束中的第一板片和第二板片上下反边对焊，板片束与板片束之间形成气流通道；如此往复叠加形成板式余热回收换热单元，其第一板片和第二板片的反边形成水气隔板；

水气隔板边缘与外壳焊接形成水流分配室，其下部的缩颈联通气流通道，并进行气流分配与导流。