板式换热器的制作方法

本发明涉及一种具有用于接纳流体分离装置的中心开口的类型的板式换热器，其允许中心开口的第一部分用作流体入口且中心开口的第二部分用作流体出口。

背景技术：

现今存在许多不同类型的板式换热器，且取决于其类型用于各种应用。一些类型的板式换热器由壳组装成，壳形成密封的封壳，联接的传热板布置在密封的封壳中。传热板形成传热板的堆叠，其中用于第一流体和第二流体的交错的第一流动通路和第二流动通路在传热板之间形成。

对于一种类型的板式换热器(所谓的中心-端口板式换热器)，各个传热板均具有用于第一流体通路的中心开口(中心端口)。第一流体通路中的流体在传热板中的中心开口的入口区段处进入传热板，流过板，且在相同的中心开口的出口区段处离开板。出口区段与入口区段相对，且流体分离装置插入中心开口中，以用于将流至入口区段的流体流与来自出口区段的流体流分离。因此，由于分离装置，相同的端口用作用于流过传热板的流体的流体入口和流体出口。基本上，第一流体在传热板上进行180°转向，使得第一流体在跨过中心开口所见的与第一流体进入板的位置相对的位置处离开板。

第二流体在板的外周的入口区段处进入传热板，流过板，且在板的外周的出口区段处离开板，该出口区段与入口区段相对。

显然，用于第一流体的入口和出口位于每隔一对的板之间，而用于第二流体的入口和出口位于每隔另一对板之间。因此，第一流体和第二流体在每隔一对传热板之间流过传热板的相应侧。具有用于第一流体的入口和出口的板对中的板沿它们的整个外周彼此密封，而具有用于第二流体的入口和出口的板对中的板在它们的中心开口处彼此密封。

由于传热板由壳包绕，中心-端口板式换热器相比于许多其它类型的板式换热器可经得起高压力水平。依然，中心-端口板式换热器是紧凑的，其具有良好的传热性能，且可经得起严酷的操作状态而不破坏。

联接的传热板有时称为板组或传热板的堆叠。传热板的堆叠具有对于中心-端口板式换热器特有的带有内部中心通孔的大致圆柱形形状。传热板的堆叠可为完全焊接的，使得可在传热板之间省去橡胶衬垫。这使得中心-端口板式换热器适用于在高温和高压下的宽范围的侵蚀性流体的情况下操作。

在中心-端口板式换热器的维护期间，传热板的堆叠可通过例如除去壳体的顶盖或底盖以及通过用清洁剂冲洗传热板的堆叠来接近和清洁。还有可能用与之前的堆叠相同或不同的新堆叠来替换传热板的堆叠，只要其能够适当地布置在壳体内。

大体上，中心-端口板式换热器不但适合用作常规的换热器，而且还适合用作冷凝器或重沸器。在后两个情况下，壳体可包括用于冷凝物的额外的入口/出口，这可消除对特殊分离器单元的需要。

具有其传热板的堆叠的中心-端口板式换热器的设计如指出的那样提供了对于该类型非常特殊的优点和性质。已经公开了中心-端口板式换热器的许多实施例，诸如专利文献ep2002193a1中发现的那些。相比于若干其它类型的板式换热器，中心-端口板式换热器具有紧凑设计，且良好地处理流体流。然而，估计中心-端口板式换热器可关于其在操作时更好地引导换热器内的流体流的能力来改善，这将提高热效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供中心-端口板式换热器的改善的热效率。具体而言，目的在于改善换热器内的流体流。

为了解决这些目的，提供了一种板式换热器。该板式换热器包括：壳，其包括壳体，以及连接至壳体以形成壳中的封壳的顶盖和底盖；流体分离装置；以及彼此联接以形成板堆叠的多个传热板，板堆叠布置在封壳内，且在传热板之间具有用于第一流体和第二流体的交错的第一流动通路和第二流动通路。传热板具有：中心开口，中心开口形成板堆叠中的中心空间且流体分离装置布置在其中，使得对于第一流体，中心开口的第一部分可用作流体入口且中心开口的第二部分可用作流体出口；以及用作用于第二流体的流体进入口的第一侧部，以及与第一侧部相对且用作用于第二流体的流体退出口的第二侧部。板堆叠的外部尺寸小于壳体的内部尺寸，使得间隙形成在壳体与板堆叠之间，且第一流体阻隔物和第二流体阻隔物布置在壳体与板堆叠之间的间隙中，以用于减少间隙中的第二流体流。

需要间隙以用于在安装换热器中的板堆叠时获得效率高的制造，且流体阻隔物有效地防止第二流体采取近路经过传热板。这提高了板式换热器的热效率。本发明的还有其它目的、特征、方面和优点将从以下详细描述以及从附图出现。

附图说明

现在将通过举例参照附随的示意性附图来描述本发明的实施例，在附图中：

图1为如沿图2中的线b-b所见的中心-端口板式换热器的截面顶视图，

图2为如沿图1中的线a-a看的图1的换热器的截面侧视图，

图3为如从第一侧看的布置在图1的换热器中的分流器的截面侧视图，

图4为如从第二侧看的图3的分流器的侧视图，

图5为如所见的具有衬垫布置的图3的分流器的顶视图，

图6为传热板的主要顶视图，其与类似传热板一起可形成用于图1的换热器的板堆叠，

图7为图5中所示的类型的四个传热板的主要截面侧视图，

图8为如沿图2中的线b2-b2所见的中心-端口板式换热器的截面顶视图，示出了流体阻隔物和引导物，

图9为图8中所示的流体阻隔物的顶视图，

图10为图9的流体阻隔物的局部侧视图，包括换热器底盖的区段，

图11为如沿图2中的线b2-b2所见的中心-端口板式换热器的截面顶视图，示出了围绕板堆叠布置的外周片，以及

图12为示出可用于图1的板式换热器的流体阻隔物的第二实施例的主视图。

具体实施方式

参看图1和2，示出了中心-端口板式换热器1。换热器1具有壳2，其包括圆柱形壳体3、顶盖4和底盖5。顶盖4具有圆盘形状，且顶盖4的外周附接到圆柱形壳体3的上缘。底盖5具有圆盘形状，且底盖5的外周附接到圆柱形壳体3的下缘。盖4,5在所示实施例中焊接至圆柱形壳体3。在另一个实施例中，盖4,5经由螺栓附接至圆柱形壳3，螺栓接合圆柱形壳体3和盖4,5的凸缘(未示出)。耐久地彼此联接的多个传热板21,22,23形成板堆叠20，其布置在壳2内的封壳14中。堆叠20在传热板21,22,23之间具有用于第一流体f1和用于第二流体f2的交错的第一流动通路11和第二流动通路12，即，第一流体f1在每隔一对传热板之间流动。

顶盖4具有用于第一流体f1的流体入口6，第一流体f1经由第一流动通路11穿过换热器1。该流体入口6称为第一流体入口6。底盖5具有用于第一流体f1的流体出口7，第一流体f1经由第一流动通路11穿过换热器1。该流体出口7称为第一流体出口7。第一流体入口6位于顶盖4的中心处，且第一流体出口7位于底盖5的中心处。因此，第一流体入口6和第一流体出口7彼此相对地位于壳2中。

圆柱形壳体3具有用于第二流体f2的流体入口8，第二流体f2经由第二流动通路12穿过换热器1。该流体入口8称为第二流体入口8。圆柱形壳体3还具有用于第二流体f2的流体出口9，第二流体f2经由第二流动通路12穿过换热器1。出口9称为第二流体出口9。第二流体入口8位于圆柱形壳体3的一侧上，在圆柱形壳体3的上缘与圆柱形壳体3的下缘之间的中部。第二流体出口9位于与第二流体入口8相对的圆柱形壳体3的一侧上，在圆柱形壳体3的上缘与圆柱形壳体3的下缘之间的中部。

壳2(即，在所示实施例中，圆柱形壳体3)、顶盖4和底盖5形成封壳14或内部空间14，传热板的堆叠20布置在其中。堆叠20中的传热板(诸如传热板21,22和23)耐久地联接且布置在密封的封壳中，使得第一流动通路11和第二流动通路12在传热板之间的相应交错流动通路中流动。堆叠20中的各个传热板均具有中心开口31。堆叠20中的若干传热板的中心开口一起形成堆叠20中的中心空间24。

进一步参看图3和4，流体分离装置40插入堆叠20中的中心空间24中。分离装置40具有圆筒41的形式，其紧密配合至堆叠20中的传热板21,22,23的中心开口31。分离装置40的高度与堆叠20中的中心空间24的高度相同。分流器42从圆筒41的上部对角地延伸至圆筒41的下部，且将圆筒41的内部分成第一圆筒区段43和第二圆筒区段44。分流器42将第一圆筒区段43与第二圆筒区段44分开，使得流体不会在圆筒区段43,44之间直接地流动(除一些泄漏外，如果这发生)。作为替代，流体从第一圆筒区段43经由堆叠20中的传热板流至第二圆筒区段44。

分离装置40在第一圆筒区段43中具有第一开口45且在第二圆筒区段44中具有第二开口46。第一开口45布置成与第二开口46相对，其中分流器42对称地布置在开口45,46之间。

参看图5，换热器1具有衬垫布置90，其布置在流体分离装置40与传热板21-23的中心开口31之间。衬垫布置90具有盖板91，其围绕流体分离装置40布置，使得流体分离装置40的外周由盖板91覆盖(除流体分离装置40中的第一开口45和第二开口46外)。大体上，盖板91给定与圆筒41相同的形状，具有与圆筒41中的开口45,46匹配且对准的开口，但给定较大的直径，使得盖板91可围绕圆筒41布置。小间隙因而位于圆筒41与盖板91之间。波状金属片92围绕圆筒41对称地布置，在盖板91与圆筒41之间的间隙中。波状金属片92是柔性的，且具有大于圆筒41与盖板91之间的间隙的宽度，即，它们关于圆筒41固定盖板91，同时允许盖板91沿圆筒41的径向方向屈挠。流体分离装置40因而可合适地配合到传热板21-23的中心开口31中，使得衬垫布置90提供流体分离装置40与传热板21-23的中心开口31之间的密封效果。

参看图6，示出了用于堆叠20的传热板21中的一个。传热板21具有中心开口31，以及带有交错的凸脊和凹槽的多个排32,33。平板区段38使排32,33彼此分开。传热板21具有中心开口31，其与堆叠20中的其它传热板的中心开口一起形成板堆叠20中的中心空间24，且流体分离装置40布置在其中。因而，中心开口31的第一部分34用作用于第一流体f1的流体入口34，且中心开口31的第二部分35用作用于第一流体f1的流体出口34。分离装置40的第一开口45面向流体入口34，且分离装置40的第二开口46面向流体出口46。

入口34允许第一流体f1进入每隔一个传热板之间的空间，且出口35允许流体退出每隔一个传热板之间的相同空间。如跨过传热板21的中心c所见，出口35定位成与入口34相对。传热板21还具有用作用于第二流体f2的流体进入口的第一侧部36，以及用作用于第二流体f2的流体退出口37的第二侧部37。流体退出口37布置成与流体进入口36相对。堆叠20中的所有传热板均可具有图6中所示的传热板21的形式，其中每隔一个传热板围绕轴线a1转向180°，轴线a1沿传热板的平面延伸且延伸穿过传热板的中心c。

进一步参看图7，与另一个传热板一起沿截面示出了三个传热板21,22,23的主视图，该截面从传热板21的中心c延伸至传热板21的周缘(外周)39。传热板21的外周39沿其整个长度与下部传热板23的对应外周联接。板22,23具有对应于板21的中心平面p1的中心平面p2,p3。板21,22之间的间隙形成用于第二流体f2的第一流动通路12的一部分。中心平面p1延伸穿过传热板21，平行于传热板21的顶面(图6中所见)和底面。

传热板21可在传热板21的中心开口31处与上部传热板22部分地联接，即，传热板21的中心开口31与上部传热板22的类似中心开口部分地联接。除第一部分(区段)34和第二部分(区段)35外，传热板21的中心开口31与下部传热板23联接。未联接的中心开口的部分34,35由相应的角度α限定(角度α仅对于第二部分35示出)。部分34,35对称地彼此相对布置，且形成用于第一流体f1的流体入口34和用于第一流体f1的流体出口35。可选地，板21,23未在其中心开口31处联接。因而，分离装置40中的开口45,46限制第一流体f1流，使得流体在流体入口34处进入板且在流体出口35处退出板。分离装置40的开口45,46因而对着相应的角度α°。

传热板21的中心开口31沿其整个长度与上部传热板22的对应中心开口联接。板21,22之间的间隙形成用于第二流体f2的第二流动通路12的一部分。

传热板21还可在传热板21的外周39处与下部传热板23部分地联接，即，传热板21的外周39与上部传热板22的类似外周部分地联接。外周39的第一部分(区段)36和第二部分(区段)37并未与上部传热板22联接。未联接的部分36,37由β度的相应角度限定。部分36,37是对称的且布置成彼此相对，且形成用作用于第二流体f2的流体进入口的前述第一侧部36，以及用作用于第二流体f2的流体退出口37的第二侧部37。不需要使传热板21,22在其外周处联接。在此情况下，即使第二流体f2中的一些可在板的指出的侧部36,37外的区段处进入和退出板，第一侧部36仍用作用于第二流体f2的流体进入口36，且第二侧部37用作用于第二流体f2的流体退出口37。

为了防止过多的第二流体f2经过板堆叠20，例如，通过在圆柱形壳体3与板堆叠20之间的可能间隙中流过，衬垫或一些其它旁路阻隔物(未示出)可布置在壳体3与板堆叠20之间。这些衬垫或阻隔物应当位于流体进入口36和流体退出口37外。

传热板21,22,23的联接通常通过焊接实现。传热板21可具有中心边缘52，其朝下部相邻传热板23的对应折叠的中心边缘折叠且与其联接。传热板21还可具有周缘51，其朝上部相邻传热板22的对应折叠的周缘折叠且与其联接。

传热板21,22,23因而可在其折叠边缘处彼此联接。密封件可布置在分离装置40与传热板之间，以用于在除入口34和出口35外的所有区段处将板(比如板21和23)沿其中心开口31密封。密封件还可布置在圆柱形壳体3与传热板之间，以用于在除入口36和出口37外的所有外周区段处将板(比如板21和22)沿其外周39密封。

往回转到图1-4，可见传热板上的流。第一流体流遵循由"f1"指出的通路。由于分离装置40和其分流器42，第一流体f1流经过第一流体入口6，进入第一圆筒区段43，且通过分离装置40中的第一开口45流出，进入堆叠20中的传热板21的第一板入口34中。因而第一流体f1在其流过传热板时"转向"，如图1中的通路f1所示，经由堆叠20中的传热板21的第一板出口35离开传热板，且经由第二开口46进入第二圆筒区段44。第一流体f1从第二圆筒区段44流至第一流体出口7，在该处其离开换热器1。

第二流体流遵循由"f2"指出的通路。第二流体f2流经过第二流体入口8且进入堆叠20中的传热板21的第二板入口36。为了便于流体分配到传热板的所有第二板入口36中，换热器1可在第二流体入口8处包括分配器，其形成为壳体3与板堆叠20之间的通道。该分配器或通道可通过将切口28(见图1)布置在传热板21中来达成，使得空间在传热板21与入口8处的壳体3之间产生。以类似方式，具有与分配器类似的形状的收集器可布置在第二流体出口7处。收集器因而形成为壳体3与板堆叠20之间的通道，且可通过将切口29布置在传热板21中来实现，使得空间在传热板21与出口9处的壳体3之间产生。第一侧部36或传热板21的流体进入口36因而形成在切口28中，且第二侧部37或流体退出口37因而形成在切口29中。

当第二流体f2进入板的流体进入口36时，其流过堆叠20中的板(见图1中的通路f2)，经由流体退出口37离开堆叠20中的传热板，且随后经由第二流体出口9离开换热器1。

进一步参看图8，可见到的是，板堆叠20的外部尺寸d1小于壳体3的内部尺寸d2。间隙50因而形成在壳体3与板堆叠20之间。第一流体阻隔物51和第二流体阻隔物52布置在壳体3与板堆叠20之间的间隙50中。流体阻隔物51,52减少间隙50中的第二流体f2流。如沿第二流体f2的流动方向所见，第三流体阻隔物53布置在第一流体阻隔物51之前。如沿第二流体f2的流动方向所见，第四流体阻隔物54布置在第二流体阻隔物52之前。四个流体阻隔物51-54通常为相同类型。

第一流体阻隔物51具有伸长形式，且沿从顶盖4到底盖5的方向延伸，且在板堆叠20的第一侧61上布置在传热板21-23的第一侧部36与第二侧部37之间。第二流体阻隔物52也具有伸长形式，且沿从顶盖4到底盖5的方向延伸，且布置在传热板21-23的第一侧部36与第二侧部37之间，但在与板堆叠20的第一侧部61相对的板堆叠20的第二侧62上。

具体而言，第一流体阻隔物51和第二流体阻隔物52定位成相比于传热板21-23的第一侧部36更接近传热板21-23的第二侧部37。第一流体阻隔物51可定位成离传热板21-23的第二侧部37的第一边缘371小于20cm或小于10cm。第二流体阻隔物52可定位成离传热板21-23的第二侧部37的第二边缘372小于20cm或小于10cm。

如沿第二流体f2流的方向所见，第一伸长引导物101和第二伸长引导物102布置在壳体3与板堆叠20之间的间隙50中，刚好在流体阻隔物51-54之前。引导物101,102减小板堆叠20朝壳体3的移动。如沿第二流体f2流的方向所见，引导物101,102还可布置在流体阻隔物51-54之后。为了更进一步地减小移动，另外四个引导物103-106布置在壳体3与板堆叠20之间的间隙50中。引导物101-106具有略小于间隙50的宽度的相应尺寸，且沿板堆叠20在从顶盖4到底盖5的方向上延伸。它们固定到壳体3、顶盖4、底盖5和板堆叠20中的任一者。

进一步参看图9和10，图9从上方示出了第一流体阻隔物51，而图10与底盖5的一部分一起示出了第一流体阻隔物51的局部侧视图。第一流体阻隔物51具有管形支承部件511。支承部件511可也可具有其它形状，诸如矩形轮廓或工字梁轮廓。第一衬垫512从支承部件511延伸且延伸到与壳体3接触，且第二衬垫513从支承部件511延伸且延伸到与板堆叠20直接或间接接触。例如，当外周片73,74围绕板堆叠20布置时(见图11)，第二衬垫513与板堆叠20间接接触。

衬垫512,513具有相应的柔性金属片512,513的形式。当第一流体阻隔物51布置在壳体3与板堆叠20之间时，金属片512,513沿朝彼此的方向压在一起。这导致了柔性金属片512,513相对于壳体3和板堆叠20施加力，其有效地密封间隙50。第一流体阻隔物51布置成使得衬垫512,513从支承部件511且沿朝第二流体流的方向延伸。衬垫512,513一起具有v形或u形形式(如果弯曲)，其中v或u的基部连接至支承部件511。第一流体阻隔物51具有刚性元件515，其布置在支承部件511上且沿支承部件511布置在支承部件511的与侧部519相对的侧部518上，第一衬垫512和第二衬垫513从侧部519延伸。衬垫512,513可经由附接肋514附接至支承部件511。

往回转到图8，第一流体阻隔物51的支承部件511布置在沿从顶盖4到底盖5的方向延伸的两个引导元件71,72之间。引导元件71,72附接至壳体3，或直接地或间接地附接到板堆叠20的外周201。例如，当外周片73,74围绕板堆叠20布置(见图11)时，引导元件71,72与板堆叠20处于间接接触。引导元件71,72因而可焊接至外周片73,74。类似的引导元件可围绕其它流体阻隔物52-54的对应支承部件布置。

支承部件511的下侧具有延伸到底盖5中的开口501中的凸起516。可选地或备选地，支承部件511的上侧具有延伸到顶盖4中的开口中的类似的凸起。类似的凸起517布置在刚性元件515上，且延伸到底盖5中的另一个开口502中。刚性元件515的顶部可具有延伸到顶盖4的另一个开口中的类似的凸起。这些凸起中的一个或多个提供对于第一流体阻隔物51的侧向支承。第一流体阻隔物51的各个部分可通过焊接或通过任何其它适合的技术彼此附接。

进一步参看图11，换热器1具有围绕板堆叠20布置的外周片73,74。详细而言，外周片具有由连接线75,76彼此联接的第一部分73和第二部分74，连接线75,76将两个部分73,74朝彼此拉动，使得它们合适地配合至板堆叠20的外周201。除连接线外的其它元件可用于此，只要它们将两个部分73,74朝彼此拉动。由于线，未在第一侧部36和第二侧部37处覆盖板堆叠20的外周201，这允许了侧部36,37用作用于第二流体f2的流入进入口和流体退出口。

参看图12，示出了流体阻隔物130的第二实施例。该流体阻隔物130具有伸长基部133，其中凸起135延伸到传热板21-22之间的间隙115中。流体阻隔物130布置在壳体3与板堆叠20之间，且防止第二流体f2在传热板20与壳体3的内表面之间采取近路。流体阻隔物130具有梳状形状，且沿板堆叠20从顶盖4延伸到底盖5。间隙134位于凸起135之间，板堆叠20中的传热板的边缘117延伸到凸起135中，且可通过点焊附接至板堆叠20。第一密封件131和第二密封件132从基部133延伸。这些密封件或衬垫131,132是柔性的，使得它们在具有其密封元件131,132的流体阻隔物130布置在板堆叠20与圆柱形壳体11之间时紧密地抵靠壳体3的内表面。流体阻隔物130的第二实施例可替换图7中所示的一个或所有流体阻隔物51-54。流体阻隔物130的第二实施例可替换图8中所示的一些或所有流体阻隔物。大体上，所有流体阻隔物都为相同类型。换热器1的所有部分都可由金属制成。

从以上描述得出的是，已经描述和示出了本发明的各种实施例，但本发明不限于此，而是还可体现为以下权利要求中限定的主题的范围内的其它方式。