用于生产具有多个通过焊料涂敷支撑物连接的换热器块的板式换热器的方法
【专利说明】用于生产具有多个通过焊料涂敷支撑物连接的换热器块的板 式换热器的方法
[0001] 本发明涉及一种用于生产具有至少两个换热器块的板式换热器的方法，每个换热 器块具有多个隔离板片，其互相平行设置并且形成多个用于参与换热的流体的换热通道。 此外，本申请也涉及这样的板式换热器，其中换热器块具有至少一个公共集管，其用于将换 热流体分配到两个换热器块或用于从两个换热器块排出换热流体。
[0002] 钎焊铝板式换热器用于各种不同压力和温度下的许多装置中。它们被用于例如分 离空气、液化天然气或者在乙烯生产厂。
[0003] 这种板式换热器在例如ALPEMA的2010第三版的《钎焊铝板翅式换热器制造商协会 标准》的第5页有显示和描述。来自此处的示意图在图1中作为现有技术示出并且在下面描 述。
[0004] 此处示出的板式换热器包括多个隔离板片4,其互相平行设置并且形成多个用于 在换热中将介质聚集在一起的换热通道1。换热通道1从外面被板片金属条8封闭，板片金属 条8齐平地附接到隔离板片4的周边并且在下文中也被称为侧杆8。设置在换热通道1内的是 波纹板片3,被称为翅片3。隔离板片4、翅片3和侧杆8互相固定地连接，并且因此形成紧凑的 换热器块10。整个换热器块10在外面由盖板5界定。
[0005] 为了供给和排出换热介质，通过换热通道1的入口和出口 9附接半圆柱形收集器7， 半圆柱形收集器7具有用于连接供给和排出管线的连接器短管6。收集器7在下文中也被称 为集管7。换热通道1的入口和出口 9由被称为分配器翅片2的翅片形成，其在单独的换热通 道1中提供介质的均匀分配。介质通过换热通道1流入由翅片3和隔离板片4形成的通道中。
[0006] 翅片3在其接触点处与隔离板片4钎焊，借此在翅片3和隔离板片4之间建立集中的 导热接触。这具有提高邻近换热通道1中不同介质之间交替换热的效果。
[0007] 这种板式换热器优选地由铝形成，组件通过钎焊互相连接。然而，优质钢也可以用 作材料。翅片、隔离板片、分配器翅片、盖板和设置有焊料的侧杆是一个在另一个之上堆叠 放置的，然后在炉中钎焊以形成换热器块。然后将具有连接器短管的集管焊接在换热器块 上。
[0008] 使用刚才描述的生产方法，这种换热器块的最大尺寸由钎焊炉的尺寸和几何结构 而规定。然而，工艺通常需要更大的热交换表面积，并且因此需要比可以在这种炉中生产的 更大的换热器块。为了满足这种要求，在上述出版物的第6页1.2.3中建议的是通过焊接将 两个或多个换热器块互相连接，并且由此获得堆叠高度增加的组合换热器块。
[0009] 为了生产具有多个换热器块的板式换热器，首先如上所述在钎焊炉中由隔离板 片、翅片和分配器翅片互相分开地生产两个或更多个换热器块。
[0010] 因此，如今根据通常的钎焊炉尺寸，换热器块可以具有大约8.2m的最大长度、大约 1.5m的最大宽度和大约3.0m的最大高度。它们还没有集管。杆沿着盖板的边缘焊接到第一 换热器块的盖板上，并且最终与盖板的边齐平。这些杆，通常也称为侧杆，在盖板上形成一 种框架。连接到第一换热器块的第二换热器模块的盖板放置在第一换热器块的杆上，并与 其焊接。包括两个连接的换热器块的装置的堆叠高度大于单独的换热器块，因此其超过钎 焊炉的尺寸和几何结构。用这种方法，任何数目的换热器块都可以互相连接以形成任何尺 寸的换热器块装置。然后，产生的换热器块装置设置有集管和连接器短管，以便获得大的板 式换热器，其包括多个互相连接的换热器块。
[0011] 在这种板式换热器的两个邻近的换热器块的盖板之间，具有由侧杆环绕的腔体， 其充满空气。参与换热的介质其中之一不流过该腔体。它不是加压的。
[0012] 在这种包括多个换热器块的板式换热器情况下，在各种应用中，高应力集中发生 在换热器块的过渡区域。
[0013] 本发明的目的是提供一种用于生产包括多个换热器块的板式换热器的方法以及 如下这种板式换热器:其具有最大可能的机械强度，但是在换热器块的过渡区域中的应力 被减小。
[0014] 通过具有独立权利要求1所述特征的方法和权利要求13要求保护的板式换热器而 实现预定的目的。各个从属权利要求涉及优选的实施例。
[0015] 相应地，提供一种用于生产具有至少两个换热器块的板式换热器的方法，换热器 块在钎焊炉中互相分开地生产，每个换热器块具有多个隔离板片，其互相平行设置并且形 成许多用于参与换热的流体的换热通道。根据本发明，在钎焊炉中分别生产了换热器块之 后，在方法中采用以下步骤:加热设置有焊料的至少一个支撑物以熔化焊料，支撑物设置在 待连接的换热器块相对的外表面之间，并且待连接的换热器块是一个在另一个之上地放置 或一个贴靠另一个地放置，使得至少一个支撑物固定在待连接的换热器块的相对的外表面 之间，即支撑物固定在换热器块的两个外表面之间。一旦焊料硬化，换热器块的外表面通过 至少一个支撑物和硬化的焊料以材料结合和摩擦的方式连接到另一个。可以在加热之前将 支撑物设置在待连接的外表面之间并与外表面隔一段距离，以便能够在外表面之间固定支 撑物而在加热之后没有大的延迟或间隙。然而也可以只是在将换热器块一个贴靠另一个地 放置或一个在另一个之上地放置之前不久将加热的支撑物放置在外表面之间。还可能的 是，在另外的换热器块贴靠支撑物放置或放置在支撑物上之前，首先将已加热的支撑物贴 靠一个换热器块的外表面放置。
[0016] 本发明还包括具有至少两个换热器块的板式换热器，每个换热器块具有多个隔离 板片，其互相平行设置并且形成许多用于参与换热的流体的换热通道，并且换热器块在外 表面由盖板界定，并且具有至少一个公共集管用于将换热流体分配到两个换热器块中，或 用于从两个换热器块排出换热流体。根据本发明，换热器块通过至少一个平的支撑物在相 对的盖板上分别地连接，所述支撑物通过焊料连接到换热器块的盖板。盖板通常具有比换 热器块内的隔离板片更大的材料厚度。
[0017] 根据本发明的通过至少一个设置有焊料的支撑物连接的换热器块的外表面或盖 板相比现有技术的情形能确保连接的表面积更大。通常由换热器块的盖板形成的换热器块 的外表面，通过由焊料附接的至少一个支撑物以导热方式互相连接。导热可均衡相邻换热 器块之间的温差，借此减小换热器块的连接区域中换热器块之间的温度诱导的应力。换热 器块之间的支撑物/焊料连接具有产生正对相对的外表面中心的摩擦连接的效果，借此提 高换热器块之间的连接的机械强度。因此，极大地增加了板式换热器的运行可靠性和故障 安全性或使用期限。
[0018] 另一方面，根据现有技术在板式换热器包括多个换热器块的情况下，两个邻近的 换热器块的相对的外表面或盖板只是通过与周边齐平的杆在外表面的各个边缘处互相连 接。因此，根据现有技术的板式换热器在相对的外表面的中心处没有连接。相应地，两个换 热器块之间基于空气填充腔体的热接触比换热器块中的换热器通道之间的热接触差得多。 因此，温度诱导夹紧应力出现在外周焊接的分离的位置上。在各种各样的应用中，这可能导 致在板式换热器中的换热器块的过渡处出现高热应力。而根据本发明的支撑物/焊料连接 可以防止这种情况。
[0019] 至少一个支撑物优选地由金属组成，例如以金属板片或金属线装置的形式。至少 一个支撑物的优选的厚度是在大约〇. 4mm和大约50mm之间。
[0020] 特别优选地，至少一个支撑物具有区域范围，其至少对应于换热器块的待连接的 外表面。在这方面应当指出，换热器块的待连接的外表面通常具有相同的长度和宽度，并且 因此也包含大约相同的表面积。全面积支撑物允许换热器块在其整个外表面上互相连接， 借此产生两个表面互相之间非常稳定的机械连接。这能避免切口效应，如先前在通过仅仅 绕换热器块的边缘的外部焊接提供的仅外表面的局部连接中可能发生的。
[0021] 除了全面积形式的支撑物，还有可能通过如下这种方法形成支撑物:其只覆盖换 热器块的外表面的部分面积。如果是这种情况，优选地，部分面积支撑物，例如带状物的形 式，被设置成互相紧挨着。带状物可以互相间隔开。然而优选地，它们被设置成以大体邻接 的方式互相紧挨着。在优选实施例中，支撑物或多个支撑物相应地近乎完全地填充换热器 块的相对的外表面。因此具有遍及换热器块的整个外表面的导热接触，借此可以最佳地出 现换热器块之间的温度均衡。然而，如上所述，还有可能只是给涂敷焊料的支撑物提供中间 空间的部分区域。然而，涂敷焊料的支撑物优选地达到换热器块的相对的外表面的中心。
[0022] 为了使不平的换热器块的外表面平坦，可在待连接的换热器块的外表面之间相互 平行设置(即堆叠)多个支撑物，特别是金属板片，优选是两个到四个，支撑物分别具有对应 于待连接的换热器块的外表面的近乎相同的表面积。位于支撑物上的焊料在换热器块连接 期间可以形成不同的焊料层厚度，并且由此使外表面中的和待连接的外表面之间的间隙中 的不平变平坦。
[0023] 至少一个支撑物在面对换