CN1516803A - 板式热交换器和关联的端板 - Google Patents

Abstract

板式热交换器包括两块端板，其中至少一块设有多个孔口(11)使多种热交换流体能够流入和流出，还有多块设在端板之间的热转移板。端板中的一块包括两个可在端板平面上相对位移的单独部分(10)。

Description

板式热交换器和关联的端板

本发明的领域

本发明涉及一种具有两块端板的板式热交换器，其中至少一块端板设有多个孔口使多种热交换流体能够流入和流出，还具有多块设在端板之间的热转移板。本发明并涉及设计包括在板式热交换器内的端板。

背景技术

传统的板式热交换器由一个支承两块抗挠刚性夹紧板的框架和一组布置在所说两板之间的热转移板构成。框架上的两块板包括一块在装配时可移动的压力板，和一块在装配时固定的框架板，所说两块板被螺栓拉紧在一起，从而将热转移板夹紧。为了简单起见，压力板和框架板在下面都将被称为端板。端板中的一块或两块设有多个贯穿的孔口使多种(常为两种)热交换流体能够流入和流出。而热转移板设有穿通口，形成供第一流体通过板组用的第一流入管道和第一流出管道及供第二流体通过板组用的第二流入管道和第二流出管道。这些延伸通过板组的管道与端板的贯穿的孔口连通。

两种热交换流体分别在热转移之间形成的不同的板间净空内流动通过板式热交换器。在大多数情况下，每隔一个这种板间净空都与第一流入和流出管道连通，每一板间净空都适宜成为一个流域并引导在所说流入和流出管道之间的第一热交换流体。相应地，另一组每隔一个板间净空与第二流入和流出管道连通供第二热交换流体在其内流动。在热转移板的穿通口的周围设有密封设施如密封垫或焊缝。在每隔一个板间净空的一些穿通口的周围和在另一组每隔一个板间净空的其他一些穿通口的周围都各交替地设有密封设施，这样来分别形成第一和第二热交换流体的两个分开的通道。

由于板式热交换器的目的是要完成两种流体之间的热交换，端板和热转移板都受到温度的显著影响。这个影响会造成下面将要说明的问题。

热转移板通常比较薄并直接与热交换流体接触。这样流体的温度就直接影响热转移板的温度，使热转移板的长度变化到一定程度，这取决于板材料的直线热膨胀系数。

设在热转移板组任一侧的端板要比热转移板厚得多。另外，端板不象热转移板那样直接与热交换流体接触。但端板的温度在其一侧要受到环绕板式热交换器的环境的影响，在另一侧要受到板组内相关的在最外面的热转移板的温度的影响。

由于端板和热转移板所受到的温度影响不同，加上板厚不同，长度变化自然不同。另外，由于端板和热转移板通常是由不同的材料制成，因此具有不同的直线热膨胀系数，这一点也增大两者长度变化的不同，结果在两者之间的连接附件内造成高的拉应力，导致疲劳损坏增加的危险。

但疲劳损坏的主要原因为端板和热转移板在热惯性上的不同。流体温度的快速变化能使热转移板的温度立即随之变化，而端板的温度却很缓慢地变化。在许多过程中，例如在批量处理的过程中，温度变化是在操作时发生的。这时一定数量的组分如流体、粉末或弹丸在一定时间段内被处理，之后过程就被中断，将处理好的组分出空、清洗设备，并装入新的一批组分。这样，一个批量处理过程可包括多次开始和停止，随之温度从最大值变化到最小值。

在端板和热转移板之间的连接附件内的疲劳损坏是由于多个因素引起的，可导致材料的断裂，从而缩短板式热交换器的使用寿命。

为了补偿端板和热转移板在长度变化上的不同，美国专利US6,119,766曾提出在板式热交换器上布置一个或多个折叠盒。折叠盒被连接到设有孔口的端板和相关的在外边的热转移板上，折叠盒适宜吸收在框架和热转移板之间的任何运动。

但在好几个应用领域内上述设有折叠盒的板式热交换器是不能使用的。例如折叠盒的设计不允许在板式热交换器内使用高压。为了承受在100-150巴(10-15MPa)范围内的高压，制造折叠盒的材料的厚度必须加大，即折叠盒须有刚性，但这样折叠盒就失去柔性，不能令人满意地吸收在端板和热转移板之间的运动。

另外还有些地方，设有折叠盒的板式热交换器是不能使用的，例如在某些型式的化学用途中必须使用能抵挡化学侵蚀的特殊材料，在大多数情况下，不能得到能够胜任的折叠盒，因为各种不同的陶瓷材料常被用来取得化学上的耐用性，而陶瓷材料通常是脆性的，不能用于在美国专利US6,119,766中所说明的那种折叠盒。

日本专利JP1113993曾公开一种在端板上设有缝隙的板式热交换器。当将热应力施加在端板上的流入孔和流出孔时，缝隙适宜吸收小的变形。端板由于涉及制造的原因，往往被制成一个整件，其上设有两条平行的缝隙。缝隙从相对的纵长边延伸到流出孔/流入孔的邻近横越端板宽度的主要部分。

在JP1113993中的缝隙设计只允许约为1/100mm的小变形被吸收。较大的变形将会在缝隙的尽头造成裂缝，这样端板就会损坏。

因此，在JP1113993中说明的板式热交换器设计不能用于大的板式热交换器，因为其中的热变形可达好几个毫米。

板式热交换器和包括在其内的零件的各种设计长期以来早就为人所知。一个例子是欧洲专利EP033,201曾公开一种板式热交换器用的框架。按传统的方式，该框架由两块端板构成，而端板又被划分成多个单元。这个划分的目的一方面是使端板的制造更为简单合理，另一方面是使端板和板式热交换器的搬运和装配便于进行。为了用作传统的端板，在板式热交换器装配时，不同的单元被装配成坚固的端板。

如上所述可见目前还没有这样一个板式热交换器，其中热转移板组被夹紧在两块端板之间，而热交换器可在上述条件下令人满意地被使用，例如在高压力下和在化学侵蚀的环境中，并且能够吸收相当大的热变形。

本发明的综述

因此本发明的一个目的是要提供一种板式热交换器，它能解决或至少缓解上述这些问题，它的构造简单，能在不同的条件下例如在高压力下和在化学侵蚀的环境中令人满意地被使用，并能吸收热变形。本发明的另外一些目的和优点可从下面的说明中获知。

本发明的目的可用权利要求书前言中所提到的那种板式热交换器来达到，该热交换器的特征为端板具有两个单独的部分，它们可在端板的平面上相对地位移。在热转移板的长度和宽度发生变化的时候，由于端板内没有这么快发生变化或者没有变化，这样，端板的两个部分就能在不同的方向上在端板的平面内作相对的位移，因此能够补偿热转移板的长度变化，从而在端板的孔口与通过热转移板组形成的流入和流出管道之间的连接附件内的应力可被减少。另外，这种板式热交换器并不包含可以阻止在高温下和在化学侵蚀的环境中使用的任何构件，因此这种板式热交换器的创新构造可以给上述这些问题提供解决方案。

这种板式热交换器的优选实施例在从属权利要求2-9中被限定。

按照一个优选的实施例，端板的每一部分各有一个孔口。因此如上所述，对端板和热转移板之间长度变化之差的补偿可在端板的孔口和通过热转移板形成的管道之间的每一个连接部上完成，这意味着每一个连接附件都只受到最小可能的应力，从而疲劳损坏能进一步被减少。

按照另一个优选的实施例，所说孔口都沿着同一条几何中心线定位于端板上。这样定位就制造观点来看是有利的，因为可制出一条狭窄的端板，这样便可得到一个狭窄的板式热交换器。这种端板设计允许热转移板采取相似的设计，这时热转移板可环绕其纵长轴线转动180度与不转动的热转移板互相交替组合。这从制造观点来看也是优选的，因为在板式热交换器内热转移板只需一个实施例便可以了。

将这样一个端板分成部分，在其上将孔口沿着几何中心线定位，这样做是有利的。由于其形状，狭长的端板随着温度的变化，其长度会有相当大的变化，由于分成部分，这种变化就被补偿掉了。

按照还有另一个优选的实施例，有一增加摩擦的表面被布置在端板中的一个部分上及/或一个邻近的板上。所说邻近的板可以是热转移板组中最外面的板或一个被布置在端板和热转移板组之间的板。当板内发生长度变化时，由于摩擦作用，在端板和所说邻近板之间就可得到一些灵活性，从而在板间连接部上的应力可被减少。

按照一个优选的实施例，在端板中至少一个部分上的孔口的周围设置一个固定式样的摩擦区来接合邻接板便可得到所说的增加摩擦。这种接合可以增大板与板间的灵活性。

如果在邻接端板的板上也设置一个与端板相应的固定式样的摩擦区，那么在端板和热转移板组之间的灵活性还可进一步增大。

按照另一个优选的实施例，有一个滑动元件被布置在热转移板和邻接的端板之间。尽管在端板的部分和邻近板之间有上述的接合，某些运动仍会在端板和热转移板组之间发生。这个运动随着到端板上孔口距离的增大而增大，而该孔口上端板的部分与热转移板组是接合的。使用滑动元件后，原本在端板和邻近的热转移板之间会发生的磨损就可避免。

另外，滑动元件适宜与邻近的热转移板接合，追随其运动，从而滑动元件可滑动地向较耐磨的端板位移。

按照一个优选的实施例，在滑动元件和邻近的热转移板之间的接合是用设在滑动元件和热转移板中任一或两个都设的固定式样的摩擦区实现的。

本发明另一个目的是要提供一种适宜用于上述板式热交换器的端板。该端板须有权利要求10中所说的一般特性，其优选实施例在权利要求11-13中被限定。使用按照这些权利要求设计的端板可得到上面所说的利益。

附图的简要说明

本发明另外一些特点和优点在阅读下面结合略图所作的关于目前优选实施例的说明后当可有清楚的了解。

图1示出一个设计用在按照本发明的板式热交换器上的端板的第一实施例。

图2示出与图1中端板关联的热转移板。

图3示出一个设计用在按照本发明的板式热交换器上的端板的第二实施例。

图4示出与图3中端板关联的热转移板。

图5从反对侧示出图3中的端板。

图6为图3中沿VI-VI线切开的剖视图。

图7为一板式热交换器的侧视图，该器具有一个按照图3的端板和按照图4的热转移板。

图8为图7中沿VIII-VIII线切开的剖视图。

图9为图6中所示部分A的放大图。

优选实施例的说明

图1所示端板为一框架板1，设计为与另一块板即“压力板”(未示出)一起制成板式热交换器框架的主要构件。框架板1被划分成两个可相对位移的部分10，在其每一个角落上各设有一个穿通的孔口11，连接管12被布置在所说孔上。穿通的孔口11和连接管使在板式热交换器内的多种(通常为两种)热交换流体能够流入和流出。如图1所示，每一个部分10各有不超过一个的穿通孔口11和一个与它关联的连接管12。每一个含有部分10、穿通的孔口11和连接管12的分开的单元今后将被称为连接模块13。图1示出框架板1的四个连接模块。

有一个狭长的中央部分14设在框架板的中央，在其任一条短边上，分别设有两个连接模块13。

两个被包括在框架内的端板都可如上所说那样设计，即框架的压力板和框架板都可被划分成部分。在这情况下，在各该压力板和框架板上的相应的连接模块被连接在一起。图1示出如何用夹紧螺栓15来夹紧。至少有两个螺栓15被用来将相关的连接模块一起夹持在相关的压力板和框架板上。但最好每对连接模块有三个或更多的螺栓来夹持。另外，沿着中央部分的纵长边布置有多个螺栓15用来将框架板和压力板的中央部分夹紧在一起。

如果被包括在框架内的两个端板之一被划分成部分，那么这一块板的部分要与另一块未划部分的板夹紧在一起。螺栓在这里也可使用。

图2示出的热转移板2设计为与图1所示的框架板1一同使用。热转移板的四角设有四个穿通的孔口21a-d，即第一和第二流入口21a、21b和第一和第二流出口21c、21d。它们与其他热转移板的孔口一起形成第一和第二流入管道及第一和第二流出管道通过由热转移板构成的板组。孔口21a-d在热转移板上的位置相应于穿通的孔口11在图1所示框架板上的位置。通过热转移板2板组形成的管道与框架板1的连接管12连通。

在热转移板2上环绕第一流入口21a和第一流出口21b分别设有对流体密封的设施如密封垫或焊缝。类似的密封设施设在板组的每隔一块热转移板上。在中间的热转移板上，密封设施分别环绕第二流入和流出口21c和21d而延伸。所说密封设施有助于形成两条分开延伸通过板式热交换器的管道，以资分别供两种热交换流体使用。

在图1中示出的夹紧螺栓15将两块包括在框架内的端板夹紧在一起。这些螺栓也可在图2中看到，从图中可见，它们被布置在紧靠热转移板2外边的地方。

图3示出按照第二实施例的框架板，它与压力板一起被设计用来形成板式热交换器框架的主要构件。如同第一实施例，框架板3具有可相对位移的部分30。但穿通的孔口31和相关的连接管32的定位与第一实施例不同。在第二实施例中，穿通孔口31系沿着框架板3的中心线定位。这样，四个由部分30、穿通孔31和连接管32构成的连接模块33系成对上下布置而将中心部34布置在其间。四个连接模块除了连接管32的长度以外，其余基本相同。图3还示出第一突缘36A被布置在每一根连接管32邻近用来连接管子(未示出)，通过该管子，流体被输送到板式热交换器内。

如同第一实施例，固定螺栓35将框架的各该连接模块33和压力板夹持在一起。包括在框架内的两块如图3所示，可用布置在板式热交换器周围的螺栓连接37来连接。

图4示出热转移板4的一个可替代的实施例，设计为与图3所示的框架板3一起使用，因此，具有等同的外观。热转移板4上的穿通口，即第一流入和流出口41a、41b和第二流入和流出口41c、41d被布置在板的纵长轴线上使它们的位置相应于图3所示框架板3上穿通孔口31的位置。

有一流体密的密封设施42如密封垫或焊缝42分别设在第一流入和流出口41a和41b的周围。如上所述，类似的密封设施被设在板组的每隔一块热转移板上。在中间的热转移板上分别设有分别环绕第二流入和流出口41c和41d延伸的密封设施。所说密封设施有助于形成两个分开的分别供第一和第二热交换流体用的管道。

为了使框架的两块端板与中间的热转移板接合，在框架端板上可设有固定式样摩擦区。如图5所示，图3中的框架板3在其穿通孔口31和连接管32的周围设有固定式样摩擦区38。图5中所示框架板3的一侧为面向热转板组的一侧，可与板组的最外面的热转移板即终端板对接。这样，由压印的脊和槽构成的固定式样摩擦区便可与终端板接合，或者与终端板本身接合，或者最好与设在终端板上的相应的固定式样摩擦区接合，从而每个连接模块可被固定地连接到终端板的穿通口上。

所说接合的目的是为了当板组受到的长度变化不能分别被框架板和压力板相应的变化匹配时，在框架和热转移板组之间可得到灵活的连接，这种灵活性由于框架的端板是分成部分的还更容易实现。

当然，设在框架的两块端板及其相关的终端板上的固定式样摩擦区也可应用到图1和2所示的第一实施例中。

图6为图3中沿VI-VI线切开的框架板的剖视图。所示出的两个连接模块33具有穿通的孔口31和连接管32。连接管32具有不同的长度并且在其自由端设有第一突缘36A。类似地在连接管32的端头上环绕框架板3的孔口31周围设有第二突缘36B。第一突缘36A、连接管32和第二突缘36B最好具有类似的腐蚀性能并用焊接连接在一起成为一个单元。

如上所述，在板式热交换器周围布置有螺栓连接用来将框架的两块端板夹持在一起。在板式热交换器内产生的力通过布置在第二突缘36B和螺栓连接37之间的第一和第二元件39、40被传送到螺栓连接37上。

图7为一具有图3所示框架板3和图4所示热转移板4的板式热交换器7的侧视图。图7较清晰地示出环绕板式热交换器的螺栓连接37的布置。另外，图8示出环绕每一块端板的螺栓连接37的半圆形延伸部。

为了吸收终端板和框架的端板之间的磨损，可将滑动元件91布置在热转移板组90和端板之间，如图9所示，滑动元件91用设在端板90a及/或滑动元件91上的固定式样摩擦区接合最外面的热转移板即终端板90a。这意味着对磨损较不敏感的端板3将吸收磨损。

图9还示出板组和端板的连接管32如何用突缘92夹持在一起。

就材料而言，热转移板最好用冲压的片金属构成，而端板例如可含有碳钢。

应该知道，在所附权利要求中所限定的本发明的范围内，上述优选实施例是能作出各种修改的。例如，在图1和3中的框架板的部分上可包括多于一个的孔口。在多个孔口的定位互相紧靠的情况下，在一个部分上能够设置多于一个、适宜为两个的孔口。

再者，在某些情况下，在端板和相关的在最外面的热转移板即终端板之间可用一中间板隔开。这样，如上结合图5的固定式样摩擦区的在端板和终端板之间的直接接合就不再可能，取而代之的是通过中间板来接合。

另外，上述在端板和终端板/中间板之间或在终端板和滑动元件之间用固定式样摩擦区来接合可完全或部分被板间的增加摩擦所取代。而增加摩擦例如可在板上设有增强摩擦的表面。

Claims (13)

1.一种板式热交换器，包括两块端板(1、3)，至少其中一块设有多个孔口(11、31)，使多种热交换流体能够流入和流出；还包括多块位于端板之间的热转移板，其特征在于，端板(1、3)之一包括两个可在端板的平面相对位移的单独的部分(10、30)。

2.根据权利要求1的板式热交换器，其特征在于，每一个部分(10、30)各包含一个孔口(11、31)。

3.根据权利要求1或2的板式热交换器，其特征在于，所说孔口(31)沿着同一几何中心线被定位于端板上。

4.根据权利要求1-3中任一项的板式热交换器，其特征在于，增加摩擦的表面(38)被布置在端板的至少一个部分(10、30)上及/或在一邻接板(2、4)上。

5.根据权利要求4的板式热交换器，其特征在于，增加摩擦是在端板的一个部分(10、30)上将固定式样摩擦区(38)布置在所说孔口(11、31)周围来达到的。

6.根据权利要求5的板式热交换器，其特征在于，与端板(3)邻接的板设有与端板(3)上的固定式样摩擦区相应的固定式样摩擦区以资在两者之间接合。

7.根据权利要求1-6中任一项的板式热交换器，其特征在于，滑动元件(91)被布置在热转移板(2、4)和邻接的端板之间。

8.根据权利要求7的板式热交换器，其特征在于，滑动元件(91)适宜接合相邻的热转移板(2、4)并可滑动地向邻接的端板(1、3)位移。

9.根据权利要求8的板式热交换器，其特征在于，所说滑动元件(91)的接合是用设在滑动元件(91)和所说热转移板(2、4)中一项上或两项上的固定式样摩擦区来得到的。

10.一种板式热交换器用的端板，该端板(1、3)设有多个孔口(11、31)使多种热交换流体能够流入和流出，其特征在于，端板(1、3)包括两个单独的部分(10、30)在板式热交换器操作时可在端板的平面上作相对的位移。

11.根据权利要求10的端板，其特征在于，每个部分(10、30)具有一个孔口(11、31)。

12.根据权利要求10或11的端板，其特征在于，所说孔口(31)被定位于端板上的同一几何中心线上。

13.根据权利要求10-12中任一项的端板，其特征在于，端板至少有一个部分(10、30)设有固定式样摩擦区(38)环绕所说孔口(31)的周围，使端板能与板式热交换器内的一个邻接板接合。

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