CN1605011A - 板组件及其制造方法,板组件的使用和包括板组件的板式热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种板式热交换器的板组件、制造板组件的方法、板组件的使用和板式热交换器。板组件包括多个热交换器板(1)，各板互相叠放并包括多个孔，板(1)通过加压模制而成并通过多个接头永久连接到一起，这些板互相形成了第一流体的第一通道和第二流体的第二通道。板组件设计成允许至少一种所述流体在预定最大工作压力下流过各自通道。通过使所述板组件的至少一个所述通道发生至少局部内塑性变形，板组件的强度提高。

Description

板组件及其制造方法，板组件的使用和 包括板组件的板式热交换器
技术领域
本发明涉及一种用于板式热交换器的板组件，该组件包括多个热交换器板，各板互相叠放并包括多个孔，其中各板是加压模制而成并通过多个接头永久连接到一起，这些板互相形成第一流体的第一通道和第二流体的第二通道。板组件设计成允许至少一种所述流体在预定最大工作压力下流过各自通道。本发明还涉及一种制造板式热交换器的板组件的方法，该组件包括多个热交换器板，各个板互相叠放并包括多个孔，其中各个板通过加压模制而成，板组件中的板相互形成第一流体的第一通道和第二流体的第二通道。板组件设计成允许至少一种所述流体在预定工作压力下流过各自通道。此外，本发明还涉及板组件的使用和板式热交换器。
背景技术
这些板组件用于各种不同场合下的板式热交换器。板一般用不锈钢制造，并通过铜焊永久地互相连接。一般使用铜焊材料铜。这些板组件和板式热交换器具有非常高的爆发压力，即一个或多个通道可承受非常高的内压力，板组件不会破裂。由于所使用材料的高延展性和通过冷加工得到高屈服极限的能力才具有高爆发压力。爆发压力还可以通过增加热交换器板、压力板和框架板的厚度来提高。
当然，存在着对提高板组件强度的兴趣。此外，在一些板组件中，由于在某些接头相邻板之间永久连接处出现缺陷或可能存在的损坏，会出现压力疲劳的扩展。在热交换器的板组件使用期间，板组件经常受到脉动压力作用，其中最高压力脉动值限定在不允许超过最高允许工作压力。这些高脉动压力导致这些有缺陷的接头和缺陷接头附近的接头，或由于某种原因部分损坏的接头区域周围的接头产生高应力。当然，即使接头没有任何缺陷，所有高载荷区也会出现高应力区。
在制造这种板组件的过程中，现在要求在发运之前进行板组件的压力测试。这样的压力测试一般要求在最大工作压力的1.3到1.8倍的测试压力下进行，测试压力大小取决于压力容器的标准、操作条件，如与测试压力温度下的强度相关的设计温度下的材料强度。如果板组件可抵抗该压力，就认为质量是足够的。测试压力不能造成板组件的材料出现任何可见的或可测得的塑性变形。
美国专利3,458,917公开了一种制造另一类型的板式热交换器的方法。两个基本为平面的板互相叠放并在点或线状的焊接接头处互相连接到一起。其后，通过提供压力介质到相邻板之间的空间，形成变形压力。变形压力使板变形得到波浪形状。通过这种方式，在板之间产生所希望的通道。
发明内容
本发明的目的是提出一种板式热交换器的板组件，其具有增加的疲劳强度。
本发明的目的通过初始形成的板组件得以实现，板组件的特征在于，其具有使至少一个所述通道进行至少局部内塑性变形而提高的强度。
板和接头中的应力通过预压增加，并可能在某些点或区域超过材料的屈服极限。因此在这些点或区域将出现塑性变形，在压力重新降低到正常水平后，导致这些点或区域的应力下降。在板组件的使用过程中，这些点或区域将承受较低的载荷，相邻的点或区域将吸收载荷的较大部分。在根据本发明的预压后，板组件的大部分承载区可以得到有利的具有压应力形式的静压力。板组件可包括具有高韧性的铜材料和不锈钢，如果这些材料用于板组件，可在板组件的大部分载荷点破坏之前，实现希望的板组件有相等内应力的状态。
通过本发明的预压，从而实现塑性变形，但是这个变形无需大到可被肉眼看出的程度。在对板组件预压后，可通过任何适当的分析仪器来研究该塑性变形，以便确定塑性变形已经发生。在预压后，可对板组件进行分析，以便通过研究接头周围的塑性变形直接发现某些接头是否有缺陷或损坏。在板和/或将板互相连接到一起的材料上可发生塑性变形。
通过所提议的预压，可以在循环到很低值的压力下延长板组件的寿命。对某些现在已经具有足够寿命的产品，由于本发明，可以取消经常要使用的压力板，其中板组件面对所述压力板设置。
此外，通过根据本发明的预压，在使用期间实现了较少的应力疲劳扩展。板组件固有的相同应力带来优越性，即板组件使用期间出现的脉动压力和应力峰值均匀化并分布到板组件的绝大部分。
根据本发明的实施例，实现所述塑性变形是通过在内部膨胀板组件，即板沿互相分开的方向拉。一般地，所述局部变形将出现在所述孔的附近。所述孔周围的区域是板式交换器的板组件的关键部分。因此，如果可在孔或孔附近进行塑性变形就很有利了。相邻板的所述接头中至少一个位于所述孔的附近，因此，具有优越性的所述局部变形位于和/或发生在该接头。变形涉及到形成接头的材料和/或所述板的材料。
根据本发明的另一实施例，所述变形的实现是通过将提供的介质加压到超过工作压力很多的处理压力。通过这样加压，可以简单和可控制的方式实现塑性变形。
根据本发明的另一实施例，处理压力超过工作压力至少为2倍数。处理压力超过工作压力至少为3倍数更好，最好是超过至少4倍数。
根据本发明的另一实施例，所述板通过铜焊互相连接到一起。
本发明的目的也可通过初始形成方法来实现，该方法的特征在于，采取了下列步骤：通过多个接头将板互相连接到一起，实现板的永久连接；使板组件产生至少一个局部内塑性变形，使板组件的强度得到提高。
本方法的优选实施例在所附权利要求11到21限定。
本发明的目的还通过使用根据本发明的方法制造的板组件、使用如上所述的板组件，和包括上述板组件的板式热交换器得到实现。
附图说明
通过对各实施例的介绍和参考附图，对本发明进行了详细说明。
图1是示意性地显示根据本发明的板式热交换器的侧视图；
图2示意性地显示了根据本发明的板组件的热交换器板；
图3是示意性地显示用图2的热交换器板建造的板组件的截面图；
图4是示意性地显示图3的板组件的开口通道周围区域的截面图；
图5是示意性地显示根据另一方法制造的板式热交换器的侧视图。
具体实施方式
图1显示了包括板组件的板式热交换器，其包括多个热交换器板1。在图2更详细地显示了这种板1。板1是用塑性材料制成，最好用不锈钢。在所显示的实施例中，各个板1包括四个孔2`，2``。各个板1包括主延伸平面P以及峰和谷组成的波纹3。波纹3已经通过对板1加压模制而形成。在所显示的实施例中，峰和谷按照箭尾形延伸，即与板1的纵向中心线x成预定角度倾斜。
基本上板组件的所有的板1是相同的，孔2`，2``形成4个穿过板组件延伸的开口通道。板1是互相叠放的，使各第二块板的波纹3朝第一方向，各其他的板朝第二相对的方向。在图2中，连续线表示波纹3如何在板1上延伸，点线表示相邻转动的板的波纹3。连续线和点线代表峰和/或谷，这取决于从哪个方向观看。当板1按这个交替次序互相叠放时，图2中板1的谷将支撑于下面最靠近的板1的峰。通过这种方式，多个支撑点在板1之间得到。此外，非常靠近孔2``的区域位于对应于波纹3的谷的水平，比较图4，其中最接近孔2``的区域5位于对应于波纹3的峰的水平。当各第二块板1转动180°并且板1互相叠放时，区域4与下面最接近的板的区域5对接，区域5在图4中显示。各个板1还具有倾斜的边缘区6和凸缘7，凸缘从基本平行于板1主延伸平面p的平面上的边缘区6的下部向外延伸。
在制造板组件的过程中，板1以上面提到的交替方式互相叠放。包括适当金属或金属合金的铜焊材料箔或糊剂施放到各块板之间。在这个实施例中，使用了前面提到的铜。将板1固定到一起，并将板组件加热到铜焊材料的熔点温度并持续适当的时间。这样板1就互相永久连接到一起，形成了波纹3的峰和谷之间的接头10，10`，区域4和5之间孔2`，2``周围的接头11，和倾斜的边缘区域6之间的接头12。
如图3和4所示，在连接的板组件的相邻板1之间形成了空间。在两个孔2`之间的空间形成第一通道15，另外的两个孔2``之间的空间形成了第二通道16。板1设置成，每个第二空间连接到第一通道15，每个其他空间连接到第二通道16。第一通道15用于第一介质，第二通道16用于第二介质。板组件和板式热交换器设计成允许第一介质和/或第二介质有最高的工作压力。
当板组件铜焊好后，如上所述，至少一个通道15，16经受处理压力的预压，该处理压力比工作压力大许多。图1示意性地显示了对一个通道15，16进行这种预压的设备。应当注意到两个通道15，16都可以通过这样的设备进行预压。在后一种情况下，对两个通道的预压可同步进行或先后进行。
该设备包括泵30或类似装置，泵通过管连接件31连接到通道15或16中的一个。所涉及的通道15，16通过覆盖件32或类似构件封闭另一端，覆盖件设置到所涉及通道15，16的管连接件33上。通过泵30来自介质源35的介质供应到第一通道15或第二通道16。所述介质可以是任何适当的气体或液体。最好将压力传感器36设置到管连接件31上，以便通过显示和/或记录装置读出和/或记录施加的处理压力。
所选择的处理压力要能够在板组件产生至少一处局部内塑性变形。内塑性变形是指板1的材料和/或任何铜焊接头10、10`、11、12出现的变形。这些内塑性变形不必要肉眼可见，但是可通过任何适当的材料分析设备来确定。
孔2`、2``周围的铜焊接头10`，11非常关键，因为这个区域缺少板的波纹区域所具有的多个支撑点。因此希望在接头10`和孔2`、2``周围的板材料出现这样的塑性变形。
处理压力应当比上面提到的工作压力高很多，例如高出至少为2倍数，至少为3倍数更好，最好是至少为4倍数。通过这样的处理压力，可保证压力超过材料的屈服极限因而开始进行塑性变形。处理压力因此取决于最大工作压力。例如，处理压力的绝对数值可以至少为20巴(bar)、30巴、40巴或至少为50巴。在某些最大工作压力很高的场合，处理压力也可以高过所限定的水平。
一般地，板组件或板式热交换器在使用前进行压力测试。测试压力大约为1.3到1.8乘以最大工作压力。由于处理压力超过该测试压力很多，根据本发明可以免除现有技术采用的这种压力测试。但是压力测试可通过提供压力为预定测试压力的介质来进行，该预定压力超过工作压力但适当低于处理压力。
图5显示了产生希望的塑性变形的另一种方式。活塞40通过管连接件33进入开口通道。保持件41连接到管连接件33的周围，然后通过如液压或气压缸42施加压力到活塞40。该力将作用到最外面的压力板1`，板1将通过与作用了压力介质类似的方式互相分开。
本发明并不限于所公开的实施例，在不脱离所附权利要求的范围的情况下可进行变化和改进。本发明可应用于板组件和板式热交换器，但其中的板可通过与铜焊接头不同的方式互相永久连接，例如通过焊接。板组件还可以设计成板1之间的空间形成3个或多个单独通道。尤其是在，这种板组件包括两个通道之间所谓的间隔壁且较大的载荷在靠近间隔壁的孔口区域出现的情况下。

Claims (24)

1.一种板式热交换器的板组件，所述板组件包括多个热交换器板(1)，各板互相叠放并包括多个孔(2′，2″)，其中所述板(1)通过加压模制而成并通过多个接头(10，10′，11，12)永久连接到一起，所述板(1)之间形成了第一流体的第一通道(15)和第二流体的第二通道(16)，其中所述板组件设计成允许至少一种所述流体在预定最大工作压力下流过各自通道(15，16)，其特征在于，通过使所述板组件的至少一个所述通道(15，16)发生至少局部内塑性变形，所述板组件的强度得到提高。
2.根据权利要求1所述的板组件，其特征在于，所述塑性变形是通过从内部膨胀所述板组件来实现。
3.根据权利要求1或2所述的板组件，其特征在于，所述局部变形在所述孔(2′，2″)附近出现。
4.根据权利要求3所述的板组件，其特征在于，相邻的所述板(1)的所述接头(10，10′，11，12)的至少一个接头(10′)位于所述孔(2′，2″)附近，其中所述局部变形出现在和/或位于所述接头(10′)。
5.根据前面权利要求中任一项所述的板组件，其特征在于，实现所述变形是通过对提供的介质(35)加压到处理压力，该处理压力比工作压力高很多。
6.根据权利要求5所述的板组件，其特征在于，所述处理压力超过所述工作压力一至少为2的倍数。
7.根据权利要求5所述的板组件，其特征在于，所述处理压力超过所述工作压力一至少为3的倍数。
8.根据权利要求5所述的板组件，其特征在于，所述处理压力超过所述工作压力一至少为4的倍数。
9.根据前面权利要求中任一项所述的板组件，其特征在于，所述板(1)通过铜焊互相连接。
10.一种制造板式热交换器的板组件的方法，所述板组件包括多个热交换器板(1)，所述板互相叠放并包括多个孔(2′，2″)，其中所述板(1)通过加压模制而成，所述板组件中的板互相形成第一流体的第一通道(15)和第二流体的第二通道(16)，所述板组件设计成允许至少一种所述流体在预定工作压力下流过各自通道(15，16)；其特征在于，采取下列步骤：
通过多个接头(10，10′，11，12)互相连接所述板(1)，实现所述板组件的永久连接，和
使所述板组件出现至少一处局部内塑性变形，使所述板组件的强度提高。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述塑性变形是通过从内部膨胀所述板组件来实现。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述局部塑性变形出现在所述孔(2′，2″)的附近。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，相邻的所述板(1)沿至少一个共同接头(10′)互相连接，所述共同接头位于所述孔(2′，2″)附近，其中所述局部变形出现在和/或位于所述接头(10′)。
14.根据前面权利要求10到13中任一项所述的方法，其特征在于，通过施加拉开所述板(1)的力来形成所述变形。
15.根据前面权利要求10到14中任一项所述的方法，其特征在于，通过提供压力达到处理压力的介质(35)到至少一个所述通道(15，16)来产生所述变形，所述处理压力比工作压力大很多。
16.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述介质(35)加压到超过所述工作压力至少为2倍数的处理压力。
17.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述介质(35)加压到超过所述工作压力至少为3倍数的处理压力。
18.根据权利要求15所述的方法，其特征在于，所述介质(35)加压到超过所述工作压力至少为4倍数的处理压力。
19.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，所述力通过活塞施加，所述活塞进入所述板组件中的开口通道。
20.根据前面权利要求10到19中任一项所述的方法，其特征在于，所述板(1)通过铜焊互相连接到一起。
21.根据前面权利要求10到20中任一项所述的方法，其特征在于，采取了后续步骤：提供加压到预定测试压力的介质，所述测试压力高于工作压力但低于处理压力。
22.将根据权利要求10到21中任一项所述的方法制造的板组件用于板式热交换器。
23.将权利要求1到9中任一项所述的板组件用于板式热交换器。
24.一种包括权利要求1到9中任一项所述的板组件的板式热交换器。
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