TWI464358B - 熱交換器板及板式熱交換器 - Google Patents

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TWI464358B
TWI464358B TW100137673A TW100137673A TWI464358B TW I464358 B TWI464358 B TW I464358B TW 100137673 A TW100137673 A TW 100137673A TW 100137673 A TW100137673 A TW 100137673A TW I464358 B TWI464358 B TW I464358B
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Anders Cederberg
Peter Arndt
Klas Bertilsson
Anders Nyander
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Alfa Laval Corp Ab
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Description

熱交換器板及板式熱交換器
本發明涉及一種根據申請專利範圍第1項之序文之熱交換器板。本發明亦涉及一種根據申請專利範圍第10項之序文之板式熱交換器。此熱交換器板及此板式熱交換器揭示於WO 2005/119197中。
可能存在在板式熱交換器之大量熱交換器板上裝設不同種類之裝置(諸如，感測器、探針、電子裝置等)的需要。裝置之實例可用於溫度量測、壓力量測、任一種類之脈衝或信號的發送及廣泛範圍之其他應用。
WO 2005/119197揭示一種具有多個熱交換器板之板式熱交換器。呈感測器之形式的裝置在用於密封板間隙之密封墊附近設置於各別板處。設置感測器以用於准許監視密封墊材料之壓縮。
與此等板式熱交換器或類似板式熱交換器有關之問題在於，該板式熱交換器通常包含非常大量的熱交換器板，在某些應用中，高達且甚至多於700個板。若對於此裝置要裝備數個或所有板，則彼等板之連接可能難以處理。難以找到適當位置及足夠的空間用於裝設用於所有信號之一般連接線纜。
此外，安裝工作將高度耗時。在許多應用中，具有此等裝置及連接之板式熱交換器可能曝露至侵襲性清潔(可能在高壓下)，其可導致裝置之故障。大量的連接提出了無微毛電接點之高需求。
本發明之一目標為補救以上論述之問題及提供具有大量熱交換器板之可靠的板式熱交換器(此裝置位於大量或甚至所有熱交換器板上)。
此目標係藉由在開頭定義之熱交換器板達成，其特徵在於該熱交換器板包含一通信模組，該通信模組包含連接至該裝置之電子電路，其中該通信模組亦包含准許該信號經由板封裝中之另一熱交換器板之至少一通信模組與一主單元進行通信的通信機構。
藉由此熱交換器板，亦有可能在包括大量熱交換器板之情況下產生具有至裝置之可靠連接的板式熱交換器。由於對於與裝置中之每一者的通信不需要連接線纜，因此可按容易的方式製造板式熱交換器。定位通信模組之自由度高，此係因為其不必可由連接線纜接取。通信模組可因此定位於提供至模組之適當保護且其不曝露至侵襲性清潔之處。
根據本發明之一具體實例，該通信模組經建構以由根據一合適通信協定(諸如，串列匯流排協定)操作之通信匯流排構成。
根據再一具體實例，該通信機構包含位於該熱交換器板之一主側上的至少一主接觸元件及位於該熱交換器板之一相對次側上的至少一次接觸元件。此等接觸元件准許自一通信模組至鄰近通信模組在裝置與主單元之間的通信等等。
根據再一具體實例，該裝置包含一感測器，該感測器經建構以感測至少一參數且視該參數而定產生一信號。此感測器可包含壓力感測器、溫度感測器、濕度感測器等中之至少一者。
根據再一具體實例，該裝置包含一電壓產生器，該電壓產生器經建構以產生施加至該熱交換器板之電壓。可設置此電壓產生器以用於產生至熱交換器板之電壓以便避免、減少或甚至移除板之污垢。
根據再一具體實例，該通信模組設置於邊緣區域中。在該邊緣區域中，通信模組受到適當保護以免受在板式熱交換器之板間隙中流動之介質影響。通信模組亦可處於可易於自外部接取之此位置中。
根據再一具體實例，該熱交換器板包含：一密封墊路徑，該密封墊路徑在熱傳遞區域與該邊緣區域之間圍繞該熱傳遞區域延伸且經建構以收納一密封墊；及一額外密封墊路徑，該額外密封墊路徑在該邊緣區域上延伸且一額外密封墊在該額外密封墊路徑上延伸，其中一空間形成於該密封墊路徑與該額外密封墊路徑之間，該通信模組設置於該空間中。藉由此密封墊配置，該通信模組亦受到適當保護以免受外部影響(諸如，清潔液體)。根據再一具體實例，該熱交換器板包含許多舷窗，該等舷窗延伸穿過該熱交換器板且位於該邊緣區域內部，且較佳地，位於該密封墊路徑內部，且在該邊緣區域附近。
根據再一具體實例，該熱交換器板在該邊緣區域中包含一切口，其中該通信模組設置於該切口中。此切口(呈開口或凹座之形式)提供用於通信模組之有利位置，尤其准許在熱交換器板之主側上設置主接觸元件及在熱交換器板之相對次側上設置次接觸元件。該切口可延伸至熱交換器板之邊緣或設置於該邊緣內部。
該目標亦藉由在開頭定義之板式熱交換器達成，該板式熱交換器包括以上定義之多個熱交換器板，且該等熱交換器板經配置於彼此旁邊以界定用於一第一介質之數個第一板間隙及用於一第二介質之數個第二板間隙。
根據再一具體實例，通信模組及主單元由根據一合適通信協定操作之通信匯流排構成。
根據再一具體實例，該通信匯流排為一串列匯流排。此串列匯流排適合准許在裝置與主單元之間經由連續設置之通信模組(其經由在熱交換器板之一側上之主接點及在熱交換器板之另一側上之次接點彼此通信)的通信。
根據再一具體實例，該等通信模組配置成一菊鏈電路。
根據再一具體實例，該等通信模組連續地配置於該通信匯流排中，且在該通信匯流排中具有對應於該通信模組在該板式熱交換器中的位置之各別位址。換言之，通信模組及因此熱交換器板在板式熱交換器中之次序判定各別通信模組之位址。
根據再一具體實例，每一通信模組包含一開關構件，該開關構件經建構以當初始化該通信模組時閉合，藉此將毗連之連續通信模組連接至該通信匯流排及該主單元。因此，該等通信模組配置成一菊鏈電路。
每一通信模組包含一開關構件，該開關構件經建構以處於一斷開或閉合位置中，其中當該開關構件經切換至該閉合位置時該通信模組經初始化，藉此將該毗連之連續通信模組連接至該通信匯流排及該主單元。有利地，在該閉合位置中的該通信模組之該開關構件可經設置以將該通信模組連接至該通信匯流排及該主單元，藉此准許該主單元經由此通信模組將一初始化信號傳遞至一毗連之連續通信模組，使得此毗連通信模組連接至該通信匯流排及該主單元。
根據再一具體實例，該主單元設置於該板式熱交換器上。該主單元可包含用於與再一系統(諸如，總體控制及/或監視系統)經由合適的線纜或按無線模式通信之另外通信機構。該主單元亦可包含用於向使用者顯示資訊之一顯示器或其類似者。
現將藉由各種具體實例之描述且參看隨附於本發明之圖式更詳細地解釋本發明。
圖1及圖2展示包含形成板封裝之多個熱交換器板1的板式熱交換器。熱交換器板1配置於彼此旁邊以界定用於第一介質之數個第一板間隙2及用於第二介質之數個第二板間隙3。第一板間隙2及第二板間隙3按交替次序配置於板封裝中。藉由繫緊螺栓6將板封裝之熱交換器板1在框板4與壓力板5之間壓抵彼此。在所揭示之具體實例中，板式熱交換器包含四個舷窗通道7，該等舷窗通道7形成用於第一介質之入口及出口及用於第二介質之入口及出口。
熱交換器板1中之一者揭示於圖3中。熱交換器板1包含一熱傳遞區域10、一邊緣區域11，邊緣區域11圍繞熱傳遞區域10且在熱傳遞區域10外部延伸。邊緣區域11包含熱交換器板1之外周圍邊緣。熱交換器板1亦包含一密封墊路徑12，密封墊路徑12在熱傳遞區域10與邊緣區域11之間圍繞熱傳遞區域10延伸。密封墊13設置於密封墊路徑12上，且圍繞熱傳遞區域10延伸且圍封熱傳遞區域10。
熱交換器板1亦可包含一額外密封墊路徑12'，該額外密封墊路徑12'在邊緣區域11上延伸。一額外密封墊13'設置於該額外密封墊路徑12'上，見圖4。如在圖4中可見，空間14形成於密封墊13與額外密封墊13'之間。空間14相對於環境且相對於板間隙2、3封閉。
在所揭示之具體實例中，四個舷窗15經設置且延伸穿過熱交換器板1。舷窗15位於邊緣區域11內部且在邊緣區域11附近。舷窗15與舷窗通道7對準。
在所揭示之具體實例中，因此藉由繫緊螺栓6及密封墊13、13'安裝板式熱交換器且將其固持在一起。然而，應注意，本發明亦可適用於其他種類之板式熱交換器。熱交換器板1可(例如)藉由焊接(諸如，雷射焊接或電子束焊接)、膠合或甚至硬焊永久連接至彼此。熱交換器板1之替代安裝的一實例為所謂的半焊接式板式熱交換器，在該情況下，將熱交換器板成對地焊接至彼此，藉此可藉由繫緊螺栓將成對的熱交換器板壓抵彼此，其中在板之間設置密封墊。
每一熱交換器板1包含一通信模組20，通信模組20包含例如呈晶片之形式之一電子電路21(見圖5)。電子電路21圍封於或嵌入於外殼22中，外殼22保護電子電路21免受外部氣體及液體影響。
在所揭示之具體實例中，通信模組20設置於邊緣區域11中。在邊緣區域11中，通信模組20受到適當保護以免受在板式熱交換器之板間隙2、3中流動之介質影響。此外，通信模組20在此位置中易於自外部接取，如在圖3中可見。然而，在圖4中所揭示之變體中，通信模組20設置於空間14中。在空間14中，通信模組20由密封墊13及額外密封墊13'圍封，且因此亦與環境分開。熱交換器板1包含呈開口或凹座之形式的切口23。切口23設置於邊緣區域11中，例如，設置於空間14中，如在圖4中可見。通信模組20設置於切口23中，切口23提供用於通信模組20之有利位置。切口23可延伸至熱交換器板1之邊緣或設置於該邊緣內部。
每一熱交換器板1包含一裝置25，該裝置25經建構以接收或產生信號。在所揭示之具體實例中，裝置25包含用於感測參數之感測器或由用於感測參數之感測器(例如，溫度感測器、壓力感測器或濕度感測器)組成，且視感測到之參數之值而定產生一信號。感測器或感測器之感測器探針可由導電材料按至少線、條帶、箔或網之形式製成。感測器或感測器探針可在待感測參數之區域中(例如，在熱傳遞區域10中)附接至熱交換器板1或設置於熱交換器板1上。感測器或感測器探針可包含一絕緣層，該絕緣層將感測器或感測器探針絕緣於與熱交換器板1之電接觸。
裝置25與通信模組20之電子電路21通信，且在所揭示之具體實例中連接至通信模組20之電子電路21，使得可將信號傳達至裝置25或自裝置25傳達信號。在感測器之情況下，將信號傳達至通信模組20。
通信模組20亦包含通信機構，該通信機構准許藉由主單元30經由板封裝中的另一熱交換器板之至少一通信模組20傳達信號。主單元30包含任一合適種類之處理器。在所揭示之具體實例中，主單元30安裝至板式熱交換器，例如，安裝於框板4上，如在圖1及圖2中所指示。
熱交換器板1之通信模組20之通信機構及主單元30形成或包含根據合適通信協定操作之通信匯流排。在所揭示之具體實例中，通信匯流排為一串列匯流排。通信匯流排中之通信經由或藉由主單元30來初始化、監視及控制。
在第一具體實例中，每一通信模組20亦包含合適數目個位於通信模組20之主側20'上及熱交換器板1之主側上的主接觸元件31及位於通信模組20之相對次側20"上及熱交換器板1之次側上的次接觸元件32。在圖5及圖6中所揭示之具體實例中，通信模組20包含三個主接觸元件31及三個次接觸元件32。當將熱交換器板1壓縮至彼此時，熱交換器板1中之一者的主接觸元件31將與毗連熱交換器板1之次接觸元件32電接觸，如在圖5中可見。在第一具體實例中，主接觸元件31建構為彈簧構件，從而確保當將熱交換器板1按壓在一起時與對應的次接觸元件32之適當電接觸。
主單元30可包含設置於框板4之內側上或延伸至框板4之內側之對應次接觸元件32。當將板式熱交換器組裝在一起時，可使此等次接觸元件32與最外通信模組20之主接點31電接觸。
在所揭示之具體實例中，針對用於將電力供應至通信模組20之電力線33設置一通信模組20之第一對主接點31及次接點32。針對用於傳遞各種信號之信號線34設置第二對主接點31及次接點32。針對用於將通信模組20連接至接地之接地線35設置第三對主接點31及次接點32。
通信模組20可包含僅一主接觸元件31及僅一次接觸元件32，其中可經由熱交換器板1提供至接地之電連接。可將電力線及信號線組合至一單一線，例如，使用不同電流位準用於電力及傳信。通信模組20亦可包含兩個、四個或四個以上主接觸元件31及次接觸元件32。
當將熱交換器板在板封裝中配置於彼此旁邊時，通信模組20經建構以彼此附接或接合。每一通信模組20之外殼22包含自主側20'延伸之周圍凸緣36及在次側20"上之周圍凹座37。當將熱交換器板1按壓至一起時，一通信模組20之凹座37准許此通信模組20之次側20"配合於毗連通信模組20之周圍凸緣36內部，如在圖5中可見。以此方式，在一通信模組20之主側20'與毗連通信模組20之次側20"之間產生封閉空間38。彼此電連接之主接觸元件31及次接觸元件32因此圍封於封閉空間38中，且受到保護以免受環境影響。在毗連通信模組20之間的配合較佳地經建構而為緊的，以防止任何液體滲入封閉空間38。有利地，可在周圍凹座37與周圍凸緣36之間設置一密封墊39或任何其他合適的密封構件，以便獲得封閉空間之適當密封。根據再一替代方案，通信模組20之外殼22可由提供凹座37與凸緣36之間的密封功能之軟質可撓性材料(諸如，彈性聚合物材料)製成。
因此可經由各別通信模組20及通信匯流排將來自裝置25中之每一者的信號傳達至主單元30。主單元30因此經建構以接收且處理來自所有熱交換器板1之裝置25的信號。主單元30可包含用於向使用者顯示資訊之一顯示器40，見圖1。主單元30亦可包含用於與其他系統(諸如，總體控制或監視系統)通信之機構。
根據合適串列通信協定操作之通信匯流排經建構以准許經由通信模組20在裝置25與主單元30之間的通信。一個接在一個後地連續配置通信模組20，使得經由設置於主單元30與有關通信模組20之間的通信模組在主單元30與有關通信模組及裝置25之間傳遞信號。
通信模組20因此連續地配置於通信匯流排中，且在通信匯流排中具有對應於通信模組20在板式熱交換器中的位置之各別位址。換言之，通信模組20在板式熱交換器中之次序判定各別通信模組20之位址。
每一通信模組20包含一開關構件41(見圖6)，開關構件41經建構以在通信匯流排已經初始化及起動前為斷開，且當藉由來自主單元30之信號初始化通信模組20時為閉合。通信模組20或通信模組20之電子電路21配置成菊鏈電路。
當通信模組20中之一者已經初始化時，此通信模組20之開關構件41閉合，使得其連接至通信匯流排及主單元30。主單元30接著經由此通信模組20將初始化信號傳遞至毗連連續通信模組20，使得此毗連通信模組20連接至通信匯流排及主單元30。重複此操作，直至再無未初始化之通信模組20對初始化信號作出回應。主單元30現知曉通信模組20按哪一次序定位，且通信模組20可因此由主單元30藉由其在板封裝中之位置加以識別及定址。因此，不需要用於每一通信模組20之唯一的識別碼，此係因為通信匯流排及個別通信模組20在初始化及起動期間自動建構。
此意謂所有通信模組20可相同。此外，此具有以下優勢：具有通信模組20之任一熱交換器板1可設置於板式熱交換器中之任一位置中，此係因為在初始化期間自動給出其在通信匯流排中之位址。
如上提到，主單元30初始化通信匯流排，且將位址給至通信模組20。邏輯信號處置及警報處置中之多數可在主單元30中進行及由主單元30進行。此減少了用於通信模組20及因此用於熱交換器板1之複雜性及成本。其亦減少了待在通信匯流排上發送的資訊之量。舉例而言，裝置25之感測器可僅傳達所感測的參數之實際值，同時警報極限及警報之識別由主單元30處置。以此方式，易於改變警報極限。由於每一通信模組20之唯一位址，因此主單元30有可能(例如)經由顯示器40或總體控制或監視系統告訴操作者不僅已發生警報，且亦指示在哪一板上產生了警報。
根據另一具體實例，裝置25包含一電壓產生器，該電壓產生器經建構以產生一電壓，可將該電壓施加至熱交換器板1。可施加此電壓以避免或移除熱交換器板1上之污垢，尤其在熱傳遞區域10中。在此具體實例中，通信匯流排經建構以將電壓自主單元30或連接至主單元30之任何合適電壓源傳遞至具有各別熱交換器板1之個別通信模組20。
在再一具體實例中，熱交換器板1為由經壓縮以彼此接觸之兩個毗連板形成之雙壁板。藉由此雙壁板，裝置25(例如，呈以上提到之種類的感測器之形式)可設置於熱交換器板1之毗連板之間。
本發明不限於所揭示之具體實例，而可在以下申請專利範圍之範疇內變化及修改。
1．．．熱交換器板
1a、1b．．．毗連板
2．．．第一板間隙
3．．．第二板間隙
4．．．框板
5．．．壓力板
6．．．繫緊螺栓
7．．．舷窗通道
10．．．熱傳遞區域
11．．．邊緣區域
12．．．密封墊路徑
12'．．．密封墊路徑
13．．．密封墊
13'．．．額外密封墊
14．．．空間
15．．．舷窗
20‧‧‧通信模組
20'‧‧‧主側
20"‧‧‧次側
21‧‧‧電子電路
22‧‧‧外殼
23‧‧‧切口
25‧‧‧裝置
30‧‧‧主單元
31‧‧‧主接觸元件
32‧‧‧次接觸元件
33‧‧‧電力線
34‧‧‧信號線
35‧‧‧接地線
36‧‧‧周圍凸緣
37‧‧‧周圍凹座
38‧‧‧封閉空間
39‧‧‧密封墊
40‧‧‧顯示器
41‧‧‧開關構件
圖1揭示根據本發明之第一具體實例的包含多個熱交換器板之板式熱交換器之前視圖。
圖2揭示沿著圖1中之線II-II的板式熱交換器之側視圖。
圖3揭示圖1中的板式熱交換器之熱交換器板之前視圖。
圖4揭示圖3中的熱交換器板之一部分之前視圖。
圖5揭示沿著圖4中之線V-V之剖面視圖。
圖6示意性地為圖3中的熱交換器板之通信模組。
1‧‧‧熱交換器板
10‧‧‧熱傳遞區域
11‧‧‧邊緣區域
12‧‧‧密封墊路徑
13‧‧‧密封墊
13'‧‧‧額外密封墊
14‧‧‧空間
20‧‧‧通信模組
25‧‧‧裝置

Claims (15)

  1. 一種用於板式熱交換器之熱交換器板，其包含：一熱傳遞區域(10)，一邊緣區域(11)，其圍繞該熱傳遞區域(10)且在該熱傳遞區域(10)外部延伸，及一裝置(25)，其經建構以接收或產生一信號，該熱交換器板之特徵在於該熱交換器板包含一通信模組(20)，該通信模組(20)包含連接至該裝置(25)之一電子電路(21)，其中該通信模組(20)亦包含通信機構，該通信機構准許所述該信號經由板式熱交換器中之另一熱交換器板(1)之至少一通信模組(20)與一主單元(30)進行通信，該通信機構包含至少一位於該熱交換器板(1)之一主側上的主接觸元件(31)及至少一位於該熱交換器板(1)之一相對次側上的次接觸元件(32)。
  2. 如申請專利範圍第1項之熱交換器板，其中該通信模組(20)經建構以由根據一合適通信協定操作之一通信匯流排構成。
  3. 如申請專利範圍第1項或第2項之熱交換器板，其中該裝置(25)包含一感測器，該感測器經建構以感測至少一參數且視該參數而定產生一信號。
  4. 如申請專利範圍第1項或第2項之熱交換器板，其中該裝置(25)包含一電壓產生器，該電壓產生器經建構以 產生施加至該熱交換器板(1)之一電壓。
  5. 如申請專利範圍第1項或第2項之熱交換器板，其中該通信模組(20)設置於該邊緣區域(11)中。
  6. 如申請專利範圍第1項或第2項之熱交換器板，其包含：一密封墊路徑(12)，該密封墊路徑(12)在該熱傳遞區域(10)與該邊緣區域(11)之間圍繞該熱傳遞區域(10)延伸且經建構以收納一密封墊(13)；及一額外密封墊路徑(12')，該額外密封墊路徑(12')在該邊緣區域(11)上延伸且一額外密封墊(13')在該額外密封墊路徑(12')上延伸，其中一空間(14)形成於該密封墊路徑(12)與該額外密封墊路徑(12')之間，該通信模組(20)設置於該空間(14)之中。
  7. 如申請專利範圍第1項或第2項之熱交換器板，其包含在該邊緣區域(11)中之一切口(23)，其中該通信模組(20)設置於該切口(23)中。
  8. 一種板式熱交換器，其包含多個如申請專利範圍第1到7項中任一項之熱交換器板(1)，所述熱交換器板(1)配置於彼此旁邊，以界定出用於一第一介質之數個第一板間隙(2)及用於一第二介質之數個第二板間隙(3)。
  9. 如申請專利範圍第8項之板式熱交換器，其中通信模組(20)及主單元(30)由根據一合適通信協定操作之一通信匯流排構成。
  10. 如申請專利範圍第9項之板式熱交換器，其中該通信匯流排為一串列匯流排。
  11. 如申請專利範圍第9項或第10項之板式熱交換器，其中所述通信模組(20)係配置成一菊鏈電路。
  12. 如申請專利範圍第9項之板式熱交換器，其中所述通信模組(20)連續配置於該通信匯流排中，且在該通信匯流排中具有對應於該通信模組(20)在該板式熱交換器中的位置之一各別位址。
  13. 如申請專利範圍第12項之板式熱交換器，其中每一通信模組(20)包含一開關構件(41)，該開關構件(41)經建構以處於一斷開位置或閉合位置中，且其中當該開關構件(41)經切換至該閉合位置時，該通信模組(20)係被初始化，藉此將毗連連續的通信模組(20)連接至該通信匯流排及該主單元(30)。
  14. 如申請專利範圍第13項之板式熱交換器，其中在該閉合位置中的該通信模組(20)之該開關構件(41)經設置以將該通信模組連接至該通信匯流排及該主單元(30)，藉此准許該主單元(30)經由此通信模組(20)將一初始化信號傳遞至一毗連之連續通信模組(20)，使得此毗連通信模組(20)連接至該通信匯流排及該主單元(30)。
  15. 如申請專利範圍第8項至第10項中任一項之板式熱交換器，其中該主單元(30)設置於該板式熱交換器上。
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