专利名称：板式换热器和用于改善板式热交换器的耐压性的方法
技术领域：
本发明的目的是根据以下提出的独立权利要求的前序部分的板式热交换器和用于改善板式热交换器的耐压性的方法。
背景技术：
已经长时间制造了具有板式结构的热交换器。为了增强热交换，热交换板通常是非常薄的，具有例如0.4-lmm的厚度。如果期望在加压状态下操作热交换器，则应使得热交换板更厚且由更强的板材料制成。这自然使得加压热交换器的制造困难，并且需要特殊设备以用于该作业，由此，当提到总体经济时，成本上升如此之多而使得制造不合理。板式热交换器也是已知的，其中，在热交换板中已经使用双板结构，即在彼此顶部布置的两个板元件形成了热交换板。在双板结构的情况下，已经尝试在例如由于腐蚀而在热交换板中形成孔的情况下防止热交换流体的不期望混合。在这些结构中已经常常使用所谓的警示孔，该孔将热交换介质引导到热交换器之外，并因此显示双板之间的热交换介质的结束。双板结构还被用于改善总体抗腐蚀性。公开物US 5，291, 945提出了由具有四个孔的矩形热交换板组装的热交换器，该热交换器具有双板结构并且部分地通过软焊来组装。在热交换板的板元件之间存在流动空间，该空间使得从孔泄漏的热交换流体可以在元件之间传递至热交换板的边缘，所述孔可能形成在板元件之一中。公开物US 6，973，961示出了板式热交换器，其中，热交换板的一部分具有双板结构。该结构用来尝试解决这样的问题，该问题例如在使用三个热交换介质而其中的两个彼此不相容时出现。因此，可以在这些介质之间布置双板结构的热交换板，由此，可能的泄漏在板元件之间流淌。公开物DE 44 16 391示出了一种双板结构，其中，板元件被部分地在彼此顶部上。通过修改密封的厚度来使得该结构防泄漏。公开物US 5，487，4M示出了一种板式热交换器，其热交换板采取平行四边形的形状并在其边缘处通过焊接相互附接。在热交换板中布置有突出体，其将热交换板相互分离并形成用于热交换介质的通道。已经通过将两个板元件装配在彼此顶部来实现双板结构，所述两个板元件在相同位置处具有突出体。在该双板结构的板元件之间存在足够的空间以将可能在其之间泄漏的热交换介质引开。
发明内容
本发明的一个目的是减少或者甚至消除在现有技术中出现的上述问题。本发明的一个目的是提供一种板式热交换器，其更好地抵抗压力，并且其仍将其热交换性质保持在良好的水平。本发明的一个目的是提供一种板式热交换器，其能够在如传统管道热交换器一样高的压力水平中使用。
本发明的另一目的是提供一种板式热交换器，其制造是便宜且容易的。为了实现上述目的，除了其他特征之外，本发明的特征在于在所附独立权利要求的特征部分中提出的内容。在本文中提到的实施例和优点在适当的部分中可适用于根据本发明的设备和方法，即使这并不总是特别地提及。根据本发明的典型板式热交换器包括由许多热交换板构成的板堆以及围绕所述板堆的外壳，其中，所述热交换板被作为板对成对地相互附接，由此
已经穿过所述外壳布置了用于第一和第二热交换介质的进口和出口连接，
已经将所述用于第一热交换介质的进口和出口连接布置成与所述板堆的内部部分连
接，
已经将所述用于第二热交换介质的进口和出口连接布置成与所述外壳的内侧、即与所述板堆的外侧连接，
已经在所述热交换板中布置开口，所述开口已经被布置为在相邻板中彼此面对，使得它们在所述板堆内部为所述第一热交换介质形成进口和出口通道，
其中，所述热交换板的至少一部分，优选地全部，由在彼此顶部布置为紧密接触的两个或更多个板元件形成，所述板元件至少在板元件的开口的周界处相互附接。根据本发明的用于改善板式热交换器的耐压性的典型方法包括 将热交换板作为板对成对地相互附接，其中，每个热交换板具有开口 ； 随后布置许多板对作为板堆；
在所述板堆周围布置外壳并穿过所述外壳为第一和第二热交换介质布置进口和出口连接；
将所述第一热交换介质的进口和出口连接布置成与所述板堆的内部部分连接； 将所述第二热交换介质的进口和出口连接布置成与所述外壳的内侧、即与所述板堆的外侧连接；
将相邻热交换板的开口定位为彼此面对，使得它们形成用于第一热传递介质的进口和出口通道；
其中，所述热交换板的至少一部分，优选地全部，由在彼此顶部布置为紧密接触的两个或更多个板元件形成，所述板元件至少在板元件的开口的周界处相互附接。现在，已经令人惊奇地发现通过由单独的薄板元件(其被相互紧密接触地布置)来制造板式热交换器的热交换板，获得了耐受相当大压力的结构。因此，可以由相比而言薄的常规材料来制造板元件，然而同时实现通常使用明显更厚且更强的板材料所达到的最终结果。在本发明的情况下，实现了热交换板的耐压性的显著改善，而制造过程没有变得更复杂或更昂贵。在热交换板的制造中使用的夹持工具在改变到更高压力水平时不需要更新，而是可以将要求数目的常规薄板相互附接以实现耐压性。本发明尤其适合于在板式热交换器中使用，该板式交换式是通过焊接从圆形热交换板组装而成。在本文中，板式热交换器特别指的是根据由本申请人开发的所谓Plate & Shell 技术的板式交换器，该板式交换器包括由热交换板构成的板堆和围绕板堆的外壳。 板堆由多个板对构成。每个板对由至少在其周界处被焊接在一起的两个圆形热交换板构成。每个热交换板具有用于第一热交换介质流动的至少两个第一开口。相邻的板对通过焊接或通过将两个相邻板对的第一开口相互组合而被紧固在一起。因此，第一热交换介质能够经由第一开口从一个板对流动至另一个板对。第二热交换介质被布置为在外壳内部在板对之间的空间中流动。热交换器的板堆因此被放置在具有高耐压性的外壳中，在支撑所述堆的端部之间。已经穿过Plate & Shell 板式热交换器的外壳布置了用于第一以及用于第二热交换介质的进口和出口连接。已经将第一热交换介质的进口和出口连接布置成与板堆的内部部分、即与板对的内部部分连接。因此在第一热交换介质的进口和出口连接之间、在板对内部形成板式热交换器的第一回路。已经将第二热交换介质的进口和出口连接布置成与外壳的内侧、即与板堆的外侧、即与板对的外侧连接。换言之，在第二热交换介质的进口和出口连接之间、在外壳内部在板对之间的空间中形成板式热交换器的第二回路。通常，第一和第二回路被相互分离，即在板堆的内部部分中流动的第一热交换介质不能与在外壳中即在板堆外面流动的第二热交换介质混合。因此，第一侧上的第一热交换介质在两个板之间的每隔一个空间中流动，并且第二侧上的第二热交换介质在板式热交换器的两个板之间的每隔一个空间中流动。通常可以例如将热交换板近似地成形为圆形，其直径为例如0. 2-1. 5米。板式热交换器可以例如被基本上成形为圆形柱体，其长度可以是例如0. 5-3米，并且直径为 0. 2-1. 6米。圆形结构在耐压性方面是优选的。然而很明显，根据本发明的解决方案也适合于具有被外壳围绕的板堆的其它热交换器。热交换器的压力支承部分可由被分类为压力容器钢的材料制成，该材料的碳含量至多为0.洲。例如，热交换器的外壳、端部、管连接和凸缘可以由压力容器钢制成。热交换板也可由压力容器钢制造。在本发明的实施例中，构成一个热交换板的板元件在提到其表面面积时至少主要具有相同的尺寸。构成一个热交换板的板元件优选地实际上彼此相同，因此，可以通过推挤或挤压将其相互紧密接触地布置。紧密接触指的是被连接的板元件的朝向彼此的侧面至少主要在其表面或者甚至在其整个表面处相互接触。优选地，在它们之间不再留有间隙或空间，除了由可能的折叠的圆角引起的之外。元件之间剩余的空气能够起到绝缘的作用，这可以削弱从一个板元件到另一个板元件的热交换，即削弱热交换板内部的热交换。为此，目标通常是使板元件之间的间隙或空间最小化。由于在板元件之间形成的边界表面，由两个或更多个板元件构成的热交换板易于具有较低的热传导效果。根据本发明的实施例，已经在板元件之间(即实际上向板元件的表面)添加了导热良好的材料，所述表面抵靠另一板元件，所述材料改善从一个板元件到另一个板元件(即从热交换板的第一侧到其第二侧)的热传导。该材料的添加通常在板元件被布置在彼此顶部并相互附接之前完成。热传导材料可以例如采取箔、粉末、软膏、液体或糊状物的形式，并且其可以例如包括软焊金属、石墨等。因此通过在彼此顶部布置的板元件之间配备具有高热交换系数的材料来改善所述板元件的热传导性。高热交换系数可以例如指的是比板元件的材料的热交换系数更高。还可以通过完全或部分地用软焊和/或焊接将在彼此顶部布置的板元件相互附接来改善所述板元件的导热率。可以用点焊、凸焊或激光焊接方法来执行焊接。在本发明的实施例中，部分地或完全用软焊来将热交换板的板元件相互附接。
在本发明的优选实施例中，热交换板是圆形的，并且在板元件的周界处且在热交换板中的开口的周界处通过焊接将其板元件相互附接。因此，能够保证坚固且耐久的结构。 可以在热交换板中的开口的边缘处例如通过焊接将由板元件(其形成一个板对)形成的单独的热交换板相互附接。在本发明的实施例中，可以通过在热交换板的板元件中的开口处和/或在热交换板的周界处放置加强件来改善板式热交换器的热交换板的耐压性。通常，热交换板的边缘在耐压性方面是该结构的最弱点。根据本发明的实施例，已经在热交换板的边缘中和/或也在热交换板中的开口的边缘处布置加强件，已优选地通过焊接来附接该加强件。加强件可以是环状的，例如板环等。因此，能够加强由热交换板构成的板堆的结构及其耐压性。还可以在常规热交换板中使用加强件，所述常规热交换板不是由单独的板元件制造而成，而是由单件制造而成。此类单一元件结构保持板式热交换器的热交换性质，并且加强件提高其耐压性等级。当在常规板式热交换器中使用加强件时，其耐压性也显著地改善，因为热交换板的外边缘以及开口的周界得到加强件的支撑，这些部分在压力升高时通常首先屈服。在本发明的实施例中，已经在至少一个热交换板的至少一个板元件中形成一个或多个孔，热交换介质可从所述(一个或多个)孔在板元件之间与另一板元件接触。然而，通常不允许到达板元件之间的热交换介质通过整个热交换板，即通过热交换板的所有板元件。 热交换介质起到在板元件之间良好导热的物质的作用。因此，能够改善从一个板元件至另一个板元件(即从热交换板的第一侧至其第二侧)的热传导。这种方案例如适合于其中至少进入板元件之间的热交换介质是液体的情况和方案。液体通常比气体具有更好的热交换性质。在本发明的实施例，对热交换板开槽或使其呈波纹状。可以通过开槽和波纹的形状来控制热交换器的热交换效果。在这种情况下，还对构成热交换板的板元件开槽或使其呈波纹状，并将其布置在彼此顶部，使得元件的凹槽相互配合。根据本发明的板式热交换器尤其适合用于这样的情况，其中热交换介质是液体/ 液体、液体/气体或各种二相应用。
下面参考所附示意图来更详细地描述本发明，在附图中
图1示出根据本发明的实施例的从板式热交换器的侧面看的截面； 图2示出根据本发明的实施例的热交换板；
图3示出根据本发明的实施例的板式热交换器的板对的部分示意性截面； 图4示出根据本发明的另一实施例的板式热交换器的板对的部分示意性截面； 图5示出根据本发明的实施例的热交换板，其在开口的周界处用环状加强件加强； 图6示出根据本发明的实施例的热交换板，其已经用被配合到开口的周界和区域上的连续加强件加强；
图7示出根据本发明的实施例的单独加强件，其将被配合在热交换板的开口处。
具体实施例方式图1示出板式热交换器1，在其外壳2的内部已布置了板堆3。用箭头示出热交换介质的流动。板堆3被紧固在端板^、4b之间。板堆3由板对构成，所述板对已例如在图 3和4中更详细地示出。为了图的简明起见，在图1中未更详细地示出板对。流动通道7a、 7b穿透板堆3。在板堆的端部中，已经由流动通道7a和7b穿过端板如布置了用于第一热交换介质的进口和出口连接8a和Sb。板式交换器1的第一回路因此经由进口连接8a进入板堆内部的流动通道7a，从那里在板对内部朝着流动通道7b前进并沿着流动通道7b从出口连接汕出来。已经穿过外壳的顶部加布置了用于第二热交换介质的出口连接10a，并且已经穿过外壳的底部2b布置了用于第二热交换介质的进口连接10b。板式热交换器1的第二回路因此从进口连接IOa通向板式热交换器的底部2b，从那里经由板对之间的空间通向板式热交换器的顶部加并通向出口连接10b。图2示出根据本发明的实施例的圆形热交换板5，其包括在彼此顶部放置的两个或更多个板元件。热交换板5具有用于第一热交换介质的流动(即用于第一回路)的两个开口 6a和6b。热交换板5还包括波纹或凹槽25及其之间的突出体25’，借助于这些，能够在板对内部和两个紧接板对之间为热交换介质形成流动通道。在图3和4中更详细地示出了板对。图3示出了根据本发明的实施例的板式热交换器的板对对、24’的截面。在每个板对对、24’内已布置了从第一开口 6a至第二开口(未示出)的内部流动通道沈、26’。用焊接23将紧接的板对相互附接。在热交换板21、22的外边缘处用焊接23’ ’将构成板对M 的两个热交换板21和22相互附接。紧接的开口 6a因此形成流动通道7a，其穿透整个板堆。第一热交换介质因此在流动通道7a中行进，从那里在板堆的板对内部在内部流动通道 26,26'中从第一开口 6a朝着第二开口(未示出)前进并进入板堆内部的第二流动通道，并沿着第二流动通道从热交换器出来。第二热交换介质在两个板对之间的中间流动通道27 中行进，从板堆的底部与外壳之间的第一流动通道进入板堆的顶部与外壳之间的第二流动通道。热交换因此通过将内部流动通道沈、26’和中间流动通道27分离的热交换板22、22’ 发生。热交换板22、22’包括两个板元件观、28’，在其之间已布置了良好导热的材料，例如软焊金属或石墨。图4示意性地示出根据本发明另一实施例的板式热交换器的截面剖切的板堆的板对34、34’。用焊接33将紧接的板对34、34’相互附接。在热交换板31、32的外边缘处用焊接33’’将构成板对34的两个热交换板31、32相互附接。用加强件35来加强开口 6a的边缘。用环状加强件35、35’’来加强热交换板31、32的外边缘。除此以外，图4所示的板对34、34’的各部分和功能对应于图3中的板对的各部分和功能。图5示出根据图4的实施例的圆形热交换板45，该板包括用加强件35、35’加强的一个板元件。热交换板45具有用于第一热交换介质的流动(即用于第一回路)的两个开口 46和46，。用加强件35、35，来加强开口 46、46，的边缘。热交换板45也包括波纹或凹槽25及其之间的突出体25’，借助于这些，能够在板对内部以及在两个紧接的板对之间为热交换介质形成流动通道。在图5中用虚线示出热交换板45的背侧上的环状加强件35”。 对于本领域技术人员而言，很明显还可以将加强件35、35’放置在热交换板31、32之间，位于开口 6a和/或周界处。图6示出根据本发明的实施例的热交换板48，该板已经用配合到开口的周界和区
8域上的连续加强件49加强，该加强件49在图中用虚线示出且位于热交换板48的第二侧、 即背侧上。图7示出根据本发明的实施例的单独的加强件50，其将被配合在热交换板的开口处。附图仅示出了根据本发明的某些优选实施例。考虑到本发明的主要思想，附图未具体地示出具有次要重要性的内容，其对于本领域技术人员来说是本身已知的或本身明显的。对于本领域技术人员来说明显的是本发明不仅仅限于上文提出的示例，而是本发明能够在所附权利要求的范围内变化。从属权利要求提出本发明的某些可能的实施例，并且不应将其视为本身限制本发明的保护范围。
权利要求
1.一种板式热交换器，其包括由许多热交换板构成的板堆以及围绕所述板堆的外壳， 其中，所述热交换板被作为板对成对地相互附接，由此已经穿过所述外壳布置了用于第一和第二热交换介质的进口和出口连接，已经将所述用于第一热交换介质的进口和出口连接布置成与所述板堆的内部部分连接，已经将所述用于第二热交换介质的进口和出口连接布置成与所述外壳的内侧、即与所述板堆的外侧连接，已经在所述热交换板中布置开口，所述开口已经被布置为在相邻板中彼此面对，使得它们在所述板堆内部为所述第一热交换介质形成进口和出口通道，其特征在于，所述热交换板的至少一部分，优选地全部，由在彼此顶部布置为紧密接触的两个或更多个板元件形成，所述板元件至少在板元件的开口的周界处相互附接。
2.根据权利要求1所述的板式热交换器，其特征在于，已经将良好导热的材料添加到所述板元件的表面，所述表面抵靠另一板元件。
3.根据权利要求1或2所述的板式热交换器，其特征在于，所述热交换板是圆形的，并且它们的板元件还在板元件的周界处通过焊接相互附接。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的板式热交换器，其特征在于，已在所述热交换板的边缘处和/或在所述热交换板中的开口的边缘处优选地通过焊接布置了加强件。
5.根据权利要求1-3中的任一项所述的板式热交换器，其特征在于，所述板元件通过焊接相互附接，用点焊、凸焊或激光焊接方法来执行所述焊接。
6.根据权利要求1或2所述的板式热交换器，其特征在于，所述热交换板的板元件通过软焊部分地或完全相互附接。
7.根据任何前述权利要求所述的板式热交换器，其特征在于，已经在所述板元件中的至少一个中布置了一个孔/多个孔，热交换介质被布置为通过所述一个孔/多个孔被引导至与另一板元件接触以便改善导热率。
8.一种用于改善板式热交换器的耐压性的方法，所述方法包括将热交换板作为板对成对地相互附接，其中，每个热交换板具有开口 ；随后布置许多板对作为板堆；在所述板堆周围布置外壳并穿过所述外壳为第一和第二热交换介质布置进口和出口连接；将所述第一热交换介质的进口和出口连接布置成与所述板堆的内部部分连接；将所述第二热交换介质的进口和出口连接布置成与所述外壳的内侧、即与所述板堆的外侧连接；将相邻热交换板的开口定位为彼此面对，使得它们形成用于第一热传递介质的进口和出口通道；其特征在于，所述热交换板的至少一部分，优选地全部，由在彼此顶部布置为紧密接触的两个或更多个板元件形成，所述板元件至少在板元件的开口的周界处相互附接。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在将所述板元件布置在彼此顶部之前向所述板元件的表面添加导热的材料，所述表面抵靠另一板元件。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，还在所述板元件的周界处通过焊接将所述板元件相互附接。
11.根据权利要求8-10中的任一项所述的方法，其特征在于，在所述热交换板的边缘处和/或在所述热交换板中的开口的边缘处优选地通过焊接布置加强件。
12.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，通过焊接将所述热交换板的板元件部分地或完全相互附接。
13.根据任何前述权利要求所述的方法，其特征在于，在所述板元件中的至少一个中布置一个孔/多个孔，热交换介质通过所述一个孔/多个孔被引导至与另一板元件接触以便改善导热率。
全文摘要
本发明涉及一种板式热交换器(1)，其包括由许多热交换板构成的板堆(3)，其中，热交换板被作为板对成对地相互附接。外壳围绕板堆，由此，已穿过外壳布置用于第一和第二热交换介质的进口和出口连接(8a、8b、10a、10b)。用于第一热交换介质的进口和出口连接被布置成与板堆的内部部分连接，并且用于第二热交换介质的进口和出口连接被布置成与外壳的内侧、即与板堆的外侧连接。已在热交换板中布置开口(6a、6b)，该开口已被布置在相邻板中彼此面对，使得它们在板堆内部为第一热交换介质形成进口和出口通道。热交换板的至少一部分，优选地全部，由在彼此顶部布置为紧密接触的两个或更多个板元件形成，该板元件至少在板元件中的开口的周界处相互附接。本发明还涉及一种用于改善板式热交换器的耐压性的方法。
文档编号F28D9/00GK102369410SQ201080011611
公开日2012年3月7日 申请日期2010年3月12日 优先权日2009年3月13日
发明者毛里·康图 申请人:毛里·康图