CN1527929A - 热转移板、板组和板式热交换器 - Google Patents

热转移板、板组和板式热交换器 Download PDF

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Abstract

一种板式热交换器用的热转移板包括第一口部(A)、第二口部(B)、和设在所说口部(A、B)之间的热转移部。第一口部(A)包括第一蒸汽流入口(1)设计供蒸汽形式的第一流体使用，该口基本上延伸到板的整个宽度。第二口部(B)包括至少一个流出口(2)设计供凝结的蒸汽使用。第一口部还包括一个设在所说蒸汽流入口(1)和第二口部(B)之间的第二流出口设计供第二流体使用。第二口部(B)还包括一个第二流入口(3)设计供所说第二流体使用。

Description

热转移板、板组和板式热交换器
本发明的领域
本发明涉及一种板式热交换器用的热转移板，该板包括设在其一个边部上的第一口部、设在其第二边部上的第二口部、和设在所说两个口部之间的热转移部。本发明还涉及板组和板式热交换器。
背景技术
板式热交换器包括由多块装配的热转移板构成的板组，在板与板之间形成板间净空。一般情况，每隔一个板间净空都互相连接并与第一流入和流出管道连通，从而形成一个流域引导第一流体在所说流入和流出管道之间流动。相应地另一组每隔一个的板间净空也都互相连接并与第二流入和流出管道连通。这样这些板就与通过其一个侧表面的一种流体和通过其另一个侧表面的另一种流体接触，从而使这两种流体有一相当可观的热交换。
现代的板式热交换器所具有的热转移板在大多数情况下都是由金属板制成的，它们经过压制和冲孔来得到其最终形状。每一块热转移板通常设有四个或多个“孔口”由在板的四个角上冲出的贯穿孔构成。有时沿着板的短边在角上冲出的孔口之间还冲有增添的孔口。不同板上的孔口形成与板平面成横向地延伸通过板式热交换器的所说流入和流出管道。密封垫或任何其他形式的密封设施被交替地布置在每隔一个板间净空的一些孔口的周围以及在另外一组每隔一个板间净空的其他一些孔口的周围，这样来分别形成第一和第二流体用的两条分开的管道。
由于操作时在热交换器内有相当大的流体压力，因此热转移板必须足够坚固方可不被流体压力变形。使用由金属板材料制成的板所以可能只是因为这些板多少可获得支承，我们可使这些板设有某种波纹而使这些板在大量点上互相支承。
这些板被一起夹紧在两块抗挠力强的端板(或框架板)之间成为一个“框架”，这样来构成在每一个板间净空内都有流动管道的坚强单元。两块端板被多个夹紧螺栓夹紧在一起，螺栓通过沿着每一端板周边制出的凹槽或孔与两块板接合。
近年来，板式热交换器被使用到其中至少有一种流体经受相位变化(凝结或汽化)的用途上。在许多过程中，蒸汽被使用于加热的目的，这是因为两个理由：一方面蒸汽含有大量的能可在凝结时释放，另一方面加热温度基本恒定。在凝结温度超过100℃的情况下，温度不能用例如所谓汽水分离器来调节，该器所调节的是所排放冷凝水的压力。在温度低于100℃的情况下，汽水分离器因为自然的原因不能工作一在低于大气压时不能达到有压力的状态。此时必须使用一个冷凝器来凝结剩余的蒸汽。
传统的板式热交换器不能很好地适应这个任务，因为它们的设计是对称的，孔口都具有相同的大小，在两种管道内都具有相同的管道特性。在一典型的用途中，蒸汽流动和冷却水的流动是这样的关系，即蒸汽流入口的直径应为冷却水孔口直径的两倍大。另外在板间净空内的管道应该是高度不对称的。蒸汽管道需要有大的横截面和低的摩擦阻力使压力降低尽量减少，而冷却水需要狭窄的管道和能造成紊流的大的摩擦阻力。
在这种用途中，板应具有较大的蒸汽口来防止在孔口上汽相的压力降跌落太多，以免对热交换器的效率产生有害的影响。为了在上述型式的板式热交换器上设置大的孔口，板必须做宽。这意味着金属板材料利用得不好，从而又使板式热交换器的成本高昂。
这里还应提到在德国专利DE-Al-19716200中说明的一种板式热交换器。公报披露在该板式热交换器中，所有孔口即包括用于不同流体的孔口都被定位在一条同一的直线上。据说这样做是为了在热转移板的宽度上流体能更好地分布。板的形状基本上为一狭长的长方形，并且供其中一种流体使用的两个孔口都被定位在板的两个短边的外端，而供另一种流体使用的两个孔口都被定位在内侧。
另外，英国专利GB2121525曾公开一种由多块板制成的汽化器或冷凝器，该器具有一条狭长的上口和一条狭长的下口供第一流体使用，该流体被引导到每隔一个的板间净空内。这两个孔口在板的整个宽度上延伸。该板还包括多个设在板宽外侧的突出部，这些突出部各有一个薄的板金环将相应的孔口封闭。这些孔口设计用来将第二流体导引到另一组板间净空内。在这构造中，框架板必须具有足够的大小，因为它们需要延伸越过板的整个宽度以及突出部。
在美国专利US4,523,638中公开的设计也没有满足上述关于有效利用板金属的设计要求。另外，在这美国专利中，孔口都是按传统方式设置的，即每一个角落设一个孔口。权利要求1中的前言就是根据这样一个传统的冷凝器制订的。
最后，欧洲专利EP411,123曾公开一种特殊型式的落膜冷凝器，其中液体的流入口和流出口都设在下边的邻近。这种特殊型式的冷凝器打算用于那些涉及对热敏感产品如同果酱、未精炼的糖液等的过程，并没有对上述这些问题提供任何解决方案。
本发明的综述
本发明的一个目的是要对上述这些问题提供解决方案。本发明的一个特殊目的是要提供一种设计，该设计能提高对热转移板材料的利用。另外，该设计必须能使在板的宽度上流动的流体达到令人满意的分布。本发明另外一些目的和优点在看了下面的说明后当可明白。
本发明的目的可用一个属于上述型式的热转移板来达到，其特征为，第一口部包括一个第一蒸汽流入口设计用于蒸汽形式的第一流体并且基本上延伸到板的整个宽度；第二口部包括至少一个第一流出口设计用于凝结的蒸汽；第一口部还包括一个设在所说蒸汽流入口和第二口部之间的第二流出口设计用于第二流体；第二口部还包括一个第二流入口设计用于所说第二流体。这种口部设计打算用于流体经历相位变化的用途，其中流体从蒸汽改变到凝结水，即该热交换器的作用如同冷凝器。
本发明还可用于相反的相位变化，即从液体变到蒸汽。在这情况下，热交换器的作用如同汽化器。在这两种情况下，板都具有基本相同的设计。当要从液体变到蒸汽时，该板也是用上述的型式，其特征为，第一口部包括一个第一蒸汽流出口设计用于蒸汽形式的第一流体，并且基本上延伸到板的整个宽度；第二口部包括至少一个第一流入口设计用于所说液体形式的第一流体；第一口部还包括一个设在所说蒸汽流出口和第二口部之间的第二流入口设计用于第二流体；第二口部还包括一个第二流出口设计用于所说第二流体。
按这种方式设计的热转移板可以得到板金属的极其有效的利用以及冷凝器或汽化器的非常高的效率。基本上在板的整个宽度上延伸的大的蒸汽口所提供的蒸汽流其中的压力基本上没有下降。将第二流体用的孔口布置在蒸汽口和第二口部之间的第一口部内可从中获得不少利益，就相位的改变而言，在发生热交换的流动的方向上只需一个较短的距离便可完成。另外将孔口布置在两个相对的口部内，中间的板面积便可最佳地用来完成所需的热交换。
本发明的优选实施例可从从属权利要求中获悉。
按照一个优选的实施例，所说第二流入口和所说第二流出口具有基本相同的孔口面积。因为在流动通过这两个孔口的流体内没有发生相位变化，通过这两个孔口的流率是相同的。这个实施例可提供最低的压力降，因此是最有效的。
最好，所说流入口的孔口面积约为所说蒸汽流入口或蒸汽流出口的相应孔口面积的10-50％、较好为15-40％、最好为20-30％。这在形式为蒸汽而供应或排放的蒸汽和供应的流体或以液体形式排放的流体之间建立起一个特别良好的关系，利用这个关系可使板式热交换器得到高效率。另外由于有大的蒸汽口，蒸汽流动时不会有任何可觉察的压力降。
按照一个优选的实施例，所说至少一个设计用于凝结蒸汽的第一流出口或设计用于液体形式第一流体的第一流入口包括两个设在热转移板两个角落内的孔口。这样平时不被使用的板的小角落就可得到利用。在相位改变成液体时，蒸汽每单位重量释放大量的热给第二流体，这意味着能够使用在凝结状态下测量出来的较小的流率，因此可用较小的孔口来布置，能最好地利用金属板的表面。
在一优选的实施例中，设在第二口部内设计用于第二流体的孔口被布置在所说至少一个设计用于第一流体的孔口和第一口部之间。这意味着在板的整个宽度上可以得到凝结的水或要被汽化的液体的令人满意的流动分布，因为设计用于第二流体的孔口本身即可迫使趋近的液流分布开来。
按照另一个优选的实施例，在第二口部内设计用于所说第一流体和所说第二流体的孔口被设置得互相紧靠、基本上以相同的距离离开第一口部。这种设计可有效地利用板表面。
按照还有另一个优选的实施例，设在第一口部内设计用于第二流体的孔口相对于蒸汽流入口或蒸汽流出口被这样偏置使其位置沿着板的边缘。这样能保证在第一口部内制出的蒸汽口得到最小的压力降，而这又能使板式热交换器得到较高的效率。
按照一个优选的实施例，板上的布置对称于其纵长轴线。从制造的观点看，这样做比较好，因为它允许一个单一的板型交替地使用只要把每隔一个的板环绕其对称轴线转动半圈即可。
上述这些目的也可用包括多块具有上述型式的热转移板的板组来完成。
在板组中，所说热转移板的第一流入口形成通过板组的第一流入管道，所说第一流出口形成通过板组的第一流出管道，所说热转移板的第二流入口形成通过板组的第二流入管道，而所说第二流出口形成通过板组的第二流出管道，第一流入管道和第一流出管道通过第一组板间净空在液流上互相连通，而第二流入管道和第二流出管道通过第二组板间净空互相连通。
最好，第一组板间净空在管道高度或体积上大于第二组板间净空，这样便可得到高效率。蒸汽的压力降将不大，并且大量蒸汽能被供应，这是希望有的，因为蒸汽比液体具有显然较大的体积。另外，第二流体将有较大的压力降，第二流体流将更为紊流，热转移将更有效。
上述这些目的也可用具有上述型式的多个热转移板的板式热交换器及用具有上述型式的多个板组的板式热交换器来完成。
附图的简要说明
下面本发明将结合附图较详细地说明，附图举例阐明本发明目前优选的实施例。
图1和2分别示出按照本发明第一和第二实施例的热转移板。
优选实施例的详细说明
如图1和2所示，按照优选实施例的热转移板具有长边、短边、基本上为长方的形状。口部A、B设在两个短边上。在各该口部内设有贯穿孔，称为孔口1-4。这些热转移板适宜按传统的方式装配成为板组，使每一孔口形成一条延伸通过板式热交换器(未示出)的板组的管道。
为了简单起见，下面说明的热转移板将可适用于流体经过蒸汽到凝结水的相位变化的用途。换句话说，所说热转移板将可适用于冷凝器。对相反的相位变化，即从液体到蒸汽(汽化器)，热转移板具有基本相同的设计。
第一孔口1形成一条设计用于第一流体的第一流入管道，而第二孔口2形成一条设计用于第一流体的第一流出管道。第三孔口3形成一条设计用于第二流体的第二流入管道，而第四孔口4形成一条设计用于第二流体的第二流出管道。一般情况，每隔一个板间净空与第一流入管道和第一流出管道连通，每一板间净空适宜形成一个流域并引导第一流体在所说流入和流出管道之间流动。相应地，另一组板间净空与第二流入和流出管道连通以便第二流体流动。这样，这些板通过一个侧表面与一种流体接触，通过另一个侧表面与另一种流体接触，从而在两种流体之间可进行相当大的热交换。
在图1和2中，环绕第二流入口3和第二流出口4延伸的密封垫5用实线指出。相似的密封垫设在板组的每隔一个热转移板上。在中间的热转移板上设置的密封垫环绕第一流入口1和第一流出口2延伸。这些密封垫有助于形成分别供第一和第二热交换流体使用的、通过板式热交换器的分开的管道。
上面的没有特别考虑特殊实施例的说明可用于下面的两个实施例，除非在另有说明的时候。
在图1所示的实施例中，热转移板在上面的口部A内包括一个第一蒸汽流入口1设计用于蒸汽形式的第一流体并且基本上在热转移板的整个宽度上延伸。另外，口部A包括一个沿着与蒸汽流入口1同一几何中心线设置并被布置在蒸汽流入口1和下口部B之间的第二流出口4。
下口部B包括一个沿着所说几何中心线设置的第二流入口3。如图1所示，所说第二流入口3和所说第二流出口4具有基本相同的口面积。孔口3、4具有的口面积约为蒸汽流入口1的相应口面积的10-50％、较好为15-40％、最好为20-30％。
下口部B还包括两个设在热转移板的两个角落内的第一流出口2，由它形成凝结物通过板组的流出管道。
图2示出图1中所示热转移板的第二实施例。如图1所示，热转移板包括一个设在上口部A内的蒸汽流入口1。上口部还包括一个第二流出口4，但在这个第二实施例中，它相对于第二流出口4被偏置而被沿着热转移板的一个侧边部设置。
下口部B包括第一流出口2和第二流入口3。所说流出口2和流入口3被互相靠近地设置在热转移板的两个角落内。
在这第二实施例内第二流入口3和第二流出口4也具有基本相同的口面积。所说孔口的大小相当于第一实施例中所说的大小。
应该知道上述本发明的实施例能在所附权利要求所限定的范围内作出各种修改。例如各个孔口在热转移板上的位置及其相对的大小在不同的用途内是可以稍微调节的。

Claims (13)

1.一种板式热交换器特别是冷凝器用的热转移板，包括：
一个设在热转移板一个边部上的第一口部(A)，
一个设在热转移板第二边部上的第二口部(B)，和
一个设在所说两个口部(A、B)之间的热转移部，其特征在于，
第一口部(A)包括一个第一蒸汽流入口(1)设计用于蒸汽形式的第一流体并且基本上在板的整个宽度上延伸，
第二口部(B)包括至少一个第一流出口设计用于凝结的蒸汽，
第一口部(A)包括一个设在所说蒸汽流入口(1)和第二口部(B)之间的第二流出口(4)设计用于第二流体，和
第二口部(B)包括一个第二流入口(3)用于所说第二流体。
2.一种板式热交换器特别是汽化器用的热转移板，包括：
一个设在热转移板一个边部上的第一口部(A)，
一个设在热转移板第二边部上的第二口部(B)，和
一个设在所说两个口部(A、B)之间的热转移部，其特征在于，
第一口部(A)包括一个第一蒸汽流出口(1)，用于蒸汽形式的第一流体，并且基本上在板的整个宽度上延伸，
第二口部(B)包括至少一个第一流入口(2)，用于液体形式的所说第一流体，
第一口部(A)包括一个设在所说蒸汽流出口(1)和第二口部(B)之间的第二流入口(4)，用于第二流体，和
第二口部(B)包括一个第二流出口(3)，用于所说第二流体。
3.根据权利要求1或2的热转移板，其特征在于，孔口(3)和孔口(4)具有基本相同的口面积。
4.根据以上权利要求中任一项的热转移板，其特征在于，孔口(3)具有的口面积约为所说蒸汽流入口或所说蒸汽流出口(1)相应的口面积的10-50％、较好为15-40％、最好为20-30％。
5.根据以上权利要求中任一项的热转移板，其特征在于，所说用于凝结蒸汽的至少一个第一流出口或用于液体形式的第一流体具有两个设置在热转移板的两个角落内的孔口。
6.根据以上权利要求中任一项的热转移板，其特征在于，设置在第二口部(B)内设计用于第二流体的孔口(3)被布置在所说设计用于第一流体的至少一个孔口和第一口部之间。
7.根据权利要求1-5中任一项的热转移板，其特征在于，设计用于所说第一和第二流体、在第二口部(B)内的孔口(2、3)被互相靠近设置并且基本上与第一口部(A)离开相同的距离。
8.根据以上权利要求中任一项的热转移板，其特征在于，设置在第一口部(A)内设计用于第二流体的孔口被相对于蒸汽流入口或蒸汽流出口(1)这样偏置使它设在板的边上。
9.根据权利要求1-7中任一项的热转移板，其特征在于，对称于其纵长轴线。
10.根据板式热交换器用的板组，其特征在于，它包括多块具有在权利要求1-9中任一项所说型式的热转移板。
11.根据权利要求10的板组，其特征在于，热转移板的所说第一流入口形成一条通过板组的第一流入管道，所说第一流出口形成一条通过板组的第一流出管道，热转移板的所说第二流入口(3)形成一条通过板组的第二流入管道，而所说第二流出口形成一条第二流出管道，第一流入管道和第一流出管道通过第一组板间净空在液流上互相连通，而第二流入管道和第二流出管道则通过第二组板间净空互相连通，并且在第一组内的每一个板间净空的管道高度都大于在第二组内的每一个板间净空。
12.一种板式热交换器，其特征在于，它包括多块具有在权利要求1-9中任一项所说型式的热转移板。
13.一种板式热交换器，其特征在于，它包括多个具有在权利要求10中所说型式的板组。
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