CN1890526B - 板式热交换器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种板式热交换器，其包括通过焊接互相连接并且适于在高低温流体之间交换热量的板(21，31)，以便通过在引导低温流体的成对板(21，31)上提供分离的流体通道(23，26)而改善位于高温流体入口(3)附近的板部的冷却，所述分离通道(23，26)至少部分围绕高温流体的所述入口(3)。

Description

板式热交换器
技术领域
本发明涉及一种适合在至少一个高温流体与至少一个冷却流体之间交换热量的板式热交换器，其包括多个堆积热交换板，所述每个热交换板包括：(a)高温流体的入口，(b)冷却流体的出口，(c)所述高温流体的出口，以及(d)所述冷却流体的入口，这些堆积热交换板限定出用于至少两个热交换流体的通道，并且其中限定出用于冷却流体的通道的成对热交换板沿接触区焊接在一起，从而形成伸入高温流体流入口的凸缘。
背景技术
所述高温流体可以是由于燃料(例如油或天然气)的燃烧而产生的气流，冷却流体可以是用于住宅取暖的水流。的确期望设计尽可能小且制造成本低的热交换器。这可通过制造能够接收非常高温度的热气流的交换器来实现。
所用的热气温度极限，诸如由所采用的焊接材料来设定，所述焊接材料用于使热气通过的气门周围的相邻热交换板互相连接。焊接材料(经常是铜或镍)在暴露于快速变化的温度(即暴露于高温梯度)时容易疲劳。甚至用于热交换板的材料(通常是钢材)在暴露于大而快的温差时也容易疲劳。因此，交换器的寿命通常随着通过热交换器的高温流体的温度的升高而减少。
发明内容
本发明的目的是，设计一种以上所称类型的板式热交换器，其中交换器材料的最大温度梯度显著减小，而交换器的寿命得以大大延长。
按照本发明，借此获得这样的热交换器：其中冷却流体的两个分离通道毗邻所述接触区设置，所述接触区形成伸入通过入口的所述高温流体流的凸缘，冷却流体的所述两个分离通道配有公共入口和公共出口，所述公共入口位于流体压力比所述公共出口的流体压力更高的位置上，所述通道之一由限定出冷却流体通道的所述那对板中的一个板的压制脊(ridge)部分地限定，所述压制脊适合接触所述这对板中的另一个板上的相应脊，毗邻所述压制脊的所述一个通道低于所述压制脊。
因此确保，在通过沿邻接高温流的板入口的区域焊接而互相连接的两个板之间，有稳定的冷却介质流通过，所述冷却介质流接近焊接接缝和暴露于交换器的最大温度梯度的板材料。
具体地，本发明提供了一种适合在至少一个高温流体与至少一个冷却流体之间交换热量的板式热交换器，其包括多个堆积热交换板，所述每个热交换板包括：高温流体的入口，冷却流体的出口，高温流体的出口，以及冷却流体的入口，所述堆积热交换板限定出用于至少两个热交换流体的通道，并且其中限定出用于冷却流体的通道的成对热交换板沿接触区焊接在一起，从而形成伸入高温流体的入口的凸缘，其特征在于，冷却流体的两个分离通道毗邻所述接触区，所述接触区形成伸入通过所述高温流体的入口的所述高温流体流中的凸缘，冷却流体的所述两个分离通道配有公共入口和公共出口，所述公共入口位于流体压力比所述公共出口的流体压力更高的位置上，所述两个分离通道之一由限定出冷却流体通道的所述那对板中的一个板的压制脊部分限定，所述压制脊适合接触所述这对板中的另一个板上的相应脊，毗邻所述压制脊的所述一个通道高度低于所述压制脊。
附图说明
以下将参照附图更详细地描述本发明，其中：
图1示意性表示出适合用热燃烧气加热冷却水的已有技术的热交换器板的平面图。
图2示意性表示出按照本发明的热交换器板的平面图。
图3示意性表示出在按照本发明的热交换器中适合放在图2所示类型的板顶部的热交换板的平面图。
图4是按照本发明的热交换器的垂直剖面，所述剖面是沿图2和3中的X-X线所作。
图5是如图4所示限流板的分解图。
图6是对应于图1所示板的三回路热交换器的热交换板的平面图。
图7是按照本发明的三回路热交换器的热交换板的平面图，表示出热流体入口中的板凸缘的冷却是如何相对于图6的实施例得以改善的。
图8是具有高温流体的中心入口的三回路热交换器的热交换板的平面图。
图9是按照本发明的三回路热交换器的热交换板的平面图，表示出热流体入口中的板凸缘的冷却是如何相对于图8的实施例得以改善的。
图10是三回路热交换器的热交换板的平面图，其中热量在一个冷却流体与两个高温流体之间互相交换。
图11是按照本发明的三回路热交换器的热交换板的平面图，表示出两个高温流体入口中的板凸缘的冷却是如何相对于图10的实施例得以改善的。
图12是沿图11中的Y-Y线所作的垂直剖面。
具体实施方式
图1所示的公知热交换板1配有压制的V型图案的脊和凹陷(附图标记为2)。板1从上方观看，并且上侧适合限制冷却水的流动，而其另一侧适合限制热气(例如具有1300℃的温度)的流动。板1配有四个孔3-6，孔3是高温流体(即加热流体)的入口，孔4是冷却水的出口，孔5是高温流体的出口，孔6是冷却水的入口。
冷却水沿板1的流动用多个箭头7和8表示，更大的箭头7表示出更大质量流的方向，而箭头8表示出很小质量流的方向。已经焊接到相邻热交换板(图1中未示出)上的板1的圆形边缘9沿边缘9与邻接板1的一角13的线11之间的环形区域10而限定出孔3。焊接在一起的两个板的环形区域10将形成一个凸缘，此凸缘的两侧与热气接触，并通过将热量传递给暴露于冷却水中的相邻板部分而冷却。
然而，冷却水沿板1的部分12的流动(用图1中的阴影表示)非常慢。因此，用来连接区域10上的板的焊接材料(铜或镍)和区域10中的板材料将达到超过焊接材料所设定的极限的高温，并且经常与热交换板材料的高温梯度相关。这可导致材料的疲劳，并由此大大减少热交换器的寿命。
图2和3表示出，通过利用按照本发明的设计是如何较大程度地避免此缺陷的。
图2表示出将要用于按照本发明的热交换器的热交换板21。已经在图1中示出的相应细节和特征配有相应的附图标记。板21是从上方观察的，并且冷却水正在其上侧经过，而热气正沿其下侧流动。作为环的一部分而形成的脊22已经向上压到脊2的上部水平上。所述脊22的顶部接触相邻板上的相应脊的顶部(下面参照图3进行解释)，并限定出位于脊22和一部分环形区域10上的所述凸缘之间的分离通道23。如图2所示，通道23具有远离供冷却水流动的出口4的入口24和位于所述出口4附近的出口25。进入通道23的入口24的一部分冷却水流，将通过在一部分环形区域10上的所述凸缘和板21的相邻角13之间的通道26。应该理解，冷却流体在入口24位置上的压力将高于在出口25的压力，由此确保穿过通道23和26的流动。
图3表示出将要放置到图2所示的板21顶部的热交换板31。图3从上方表示出板31，并且冷却水将沿其下侧穿过。正如本领域通常实践的，板31的V图形2的方向与图2的板的V图形方向相反。具有作为环的一部分的形状并且在上面提到的脊用32表示，并向下压制，以接触图2所示的脊22的顶部。两个弯曲脊22和32因此一起限定出通道23。通道入口24和通道出口25在图3中再次示出。
图4是穿过按照本发明的热交换器的垂直剖面，即沿图2和3的X-X线所作的剖面。所示出的交换器具有在彼此接触的区域和点处焊接到一起、由薄金属板制成的十通道形成板。如图4所示，交换器配有更重的端板即上端板101和下端板102。上端板101承载分别连接提供热气流的热源的装配件103，104，以便排干加热的冷却水。附图标记105和106用于表示定距环。热交换流具有不同的阴影。
应该理解，冷却水的通道23和26位于焊接连接部和暴露于热气流中的板部分(例如由通道形成板的环形区域10形成的凸缘)附近，并由此降低焊接材料和凸缘材料的最高温度。
还应该理解，由区域10附近的板凹陷确立的通道23和26的高度，应该小于脊22或凹陷32的高度，以便不会阻塞高温介质流。
图5单独表示和描绘出图4的一些通道形成板。具有对应于图2所示板形状的板被标记为A，对应于图3的板被标记为B。A型板的弯曲脊22和B型板的相应弯曲凹陷32的高度，应该等于板的V图形2的脊高度。热气流和冷却水流已经分别用具有单箭头的双划线表示出。
应该理解，以上描述的以及图2-5所示的装置可用于除住宅供暖锅炉之外的其它热交换目的。其可有益地用于任何应用领域，在这些应用领域中，其中一个热交换流是高温流体，该高温流体所具有的高温对位于供高温流体进入的气门附近的材料有害。
图2-5表示出应用于二回路热交换器的本发明。图6表示出伸入用于三回路热交换器的高温流体入口的板凸缘的冷却问题。这种公知的交换器已经在诸如U.S.6,305,466中有所描述。在这种交换器中，高温流体被两个分开的低温流体所冷却。这两个冷却流的每一个被成对的板所限制，成对的板通过围绕高温流体气门进行焊接而互相连接，并形成伸入高温流体气门的凸缘。通常高温流体的入口和出口分别设置在两个冷却流体的出口之间和入口之间。应该理解，冷却流体在其入口6和其出口4之间的流动在由阴影表示的区域相当慢。
如图7所示，分别具有公共入口和出口24，25的分离通道23和26，可以由脊22提供和部分限制。由此，形成伸入高温流体入口3的凸缘的板区域10的冷却，将以与上面参照图2-5解释的冷却类似的方式来改善。用27表示的区域是压制到脊22的高度上的板区域。应该注意，区域27无需专门冷却。
图8表示出三回路热交换器，其中具有中心入口3和两个出口5a和5b的高温流体正在与具有入口6，6’和出口4，4’的两个冷却流交换热量。冷却流沿图8中的阴影区域相当贫乏。
如图9所示，通过提供具有公共入口24和公共出口25并且被脊22和22’部分限制的通道23和26，围绕高温流体入口3的冷却流得以改善。
图10表示出具有用于冷却两个高温流体的一个冷却流体的三回路热交换器的两个高温流体入口的冷却问题。图10所示的阴影区域表示由于冷却流体的低速度而导致冷却效果差的区域。
图11表示出冷却是如何以与前述本发明实施例类似的方式得以改善的。类似的特征配有相应的附图标记。为了更好地理解，图12表示出沿图11的Y-Y线所作的垂直剖面。
在图12中，两个高温流体的每一个以及单个冷却流体具有特定阴影。通道23和26接近凸缘10。每个凸缘由焊接到一起的四个板部构成。

Claims (7)

1.一种适合在至少一个高温流体与至少一个冷却流体之间交换热量的板式热交换器，其包括多个堆积热交换板(21，31)，所述每个热交换板包括：高温流体的入口(3)，冷却流体的出口(4)，高温流体的出口(5)，以及冷却流体的入口(6)，所述堆积热交换板限定出用于至少两个热交换流体的通道，并且其中限定出用于冷却流体的通道的成对热交换板沿接触区(10)焊接在一起，从而形成伸入高温流体的入口的凸缘，
其特征在于，冷却流体的两个分离通道(23，26)毗邻所述接触区(10)，所述接触区(10)形成伸入通过所述高温流体的入口(3)的所述高温流体流中的凸缘，冷却流体的所述两个分离通道(23，26)配有公共入口(24)和公共出口(25)，所述公共入口(24)位于流体压力比所述公共出口(25)的流体压力更高的位置上，所述两个分离通道(23，26)之一(23)由限定出冷却流体通道的所述那对板(21，31)中的一个板(21)的压制脊(22)部分限定，所述压制脊(22)适合接触所述这对板(21，31)中的另一个板(31)上的相应脊(32)，毗邻所述压制脊(22)的所述一个通道(23)高度低于所述压制脊(22)。
2.根据权利要求1所述的板式热交换器，其特征在于，在每个热交换板中，所述高温流体的入口(3)是比所述高温流体的出口(5)更大的区域。
3.根据权利要求1或2所述的板式热交换器，其特征在于，所述热交换器适合作为所述高温流体的气体。
4.根据权利要求1所述的板式热交换器，其特征在于，每个热交换板为矩形，热交换流体的入口和出口(3-6)位于所述热交换板的角落附近。
5.根据权利要求1所述的板式热交换器，其特征在于，所述热交换器是针对三个热交换流体设计的：
一个高温流体以及两个冷却流体。
6.根据权利要求5所述的板式热交换器，其特征在于，高温流体入口(3)远离两个冷却流体之一的入口(6)和出口(4)布置。
7.根据权利要求1所述的板式热交换器，其特征在于，所述热交换器是针对三个热交换流体设计的：两个高温流体以及一个冷却流体，两个高温流体的两个入口(3，3’)位于冷却流体的出口(4)两侧，两个高温流体的两个出口(5，5’)位于冷却流体的入口(6)两侧。
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