用于处理诸如海水的进料的板式换热器和换热板的制作方法

本发明涉及用于处理诸如海水的进料的板式换热器以及换热板。

背景技术：

自从多年前就已经生产了用于海水脱盐的设备，其中换热板中的一个或多个板组形成该过程中的主构件。可在国际申请wo2006/104443a1(转让给阿法拉伐股份有限公司(alfalavalcorporateab))中找到这样的用于脱盐的板式换热器的一个示例。该换热器具有定位在换热板的板间隙中的蒸发区段、分离区段和冷凝区段。上文所提及的换热器的优点是：它不需要任何容器，因为在板组的板间隙中执行海水的全部处理，即蒸发、分离和冷凝发生在相同的板组中。这允许紧凑的设计。

此类换热器通过在蒸发区段中蒸发进料(典型地为海水)、在分离区段中将进料分离成蒸发的进料和盐水液滴并且在冷凝区段中将蒸发的进料冷凝成冷凝的进料来操作。蒸发、分离和冷凝以连续过程同时发生，并且冷凝的进料经由定位在冷凝区段的下区域中的出口从冷凝区段连续地移除。

在wo2006/104443a1中所描述的技术仅使用单级。然而，可通过使用多级来改善换热器的效率。在尚未公开的专利申请号为ep18176540.5的欧洲专利申请中找到了用于脱盐的多级换热器的示例。多级换热器利用从第一级的冷凝区段获得的能量以用于蒸发在相同板组中的接续级的蒸发区段的进料。下文所描述的技术可用在单级和多级脱盐装置两者中。

换热板组包括具有基本上相同尺寸的多个(至少三个)换热板，所述多个换热板典型地沿水平方向面对面地接连地放置。板形成波纹，即峰和谷。峰和谷在相反的板上相反地定向并且可一起限定交叉形状图案以通过提高板的表面面积且通过促使板间隙中的流成为湍流来提高通过板的热传递。波纹意味着在板的前侧上的峰将限定在后侧上的谷。每个换热板基本上限定换热器组的全高度和宽度，并且水平方向构成换热器组的深度。换热板的边缘相互密封以在板之间建立平行的板间隙。

换热板限定不同类型的表面，并且在面向彼此组装时，以交替的顺序提供两类板间隙(即第一和第二板间隙)，即第一板间隙邻近两个第二板间隙定位，当然除了沿水平方向的第一和最后板间隙。典型地，换热板由导热的耐腐蚀的材料诸如不锈钢、铝或钛制成。这允许穿过板的热接触，由此阻止流体混合。

典型地构成海水的进料被引入到蒸发区段中，在该蒸发区段中至少部分进料被蒸发。进料的蒸发的部分被引导到分离区段，该分离区段将蒸发的进料与构成未蒸发的进料的剩余部分分离。分离区段典型地包括棒、杆或波纹等，未蒸发的进料被捕获在所述棒、杆或波纹上并且被引导离开分离区段。然后，蒸发的进料被引导到冷凝区段，在该冷凝区段中在换热板的相反侧上使用冷却流体来使蒸发的进料冷凝。冷凝的进料(典型地为淡水)被引导离开换热器组。冷却流体典型地为液体，诸如自然凉水，优选地为海水。备选地，可使用其它冷却介质。

蒸发区段由板间隙中的区位(area)限定，在该区位中相对的第一和第二换热板沿蒸发区段的底部和侧部密封在一起。蒸发区段典型地形成基本上长方形或正方形区位。换热板之间的密封典型地由密封垫诸如橡胶密封垫完成，其在板之间定位在板中的密封垫凹槽中，所述密封垫凹槽被制造以为了保持密封件的目的并且以允许密封件在蒸发区段的内侧和外侧之间形成防水屏障。蒸发区段的向上定向的部分是敞开的，从而允许蒸发的进料进入分离区段并且接着进入冷凝区段。在本文中所指出的方向涉及板式换热器在通常使用期间的定向。

进料经由进料入口进入第一板间隙的蒸发区段。进料是液体，典型地为海水。进料入口在蒸发区段的下部分处定位在蒸发区段的底部拐角中的一个处，在此处底部和侧部汇合。入口可优选地形成为邻近于蒸发区段的底部在侧密封垫中的开口。

已经意识到的是，在一些情况下，在蒸发区段的拐角处在入口处进入蒸发区段的含盐海水不在换热板的包括蒸发区段的部分的表面上良好地分布，而是倾向于保持在入口邻近。这可在蒸发区段中导致干区位，这使换热器不太有效。

因此，本发明的目标是找到用于在换热板的蒸发区段的全部区位上分布海水的技术。

技术实现要素：

根据第一方面，本发明涉及用于处理进料的板式换热器，该板式换热器包括板组，该板组包括多个换热板，所述多个换热板以连续的顺序布置，从而在板组中以交替的顺序形成第一板间隙和第二板间隙，每个第一板间隙限定用于蒸发进料的蒸发区段，该蒸发区段在纵向方向上在上边界和下边界之间延伸，该上边界将蒸发区段流体地连接到第一分离区段，在该下边界处相对的换热板密封在一起，蒸发区段此外在横向方向上在第一侧边界和第二侧边界之间延伸，在所述侧边界处相对的换热板密封在一起，该蒸发区段限定：

邻近下边界定位的进料入口以用于将液态的进料引入到蒸发区段中，

邻近上边界的换热区，该换热区由在相对的换热板中的峰和谷形成，所述峰和谷布置成使得相对的换热板的相对的峰彼此邻接，

通道，该通道定位在下边界和换热区之间并且从进料入口在横向方向上延伸以用于从进料入口接收进料以及允许进料在换热区上的均匀分布，以及

过渡区，该过渡区将换热区和通道分开，在过渡区中在相对的换热板之间的最大距离小于在通道中和在换热区中在相对的换热板之间的最大距离。

第一间隙通常称为过程间隙。第一板间隙中相对的板的峰的顶部部分将在构成蒸发区段的换热区的波纹状区域中的多个接触点处接触。接触点是两个相对的换热板的峰汇合处。相反地，在两个谷彼此相对的地方，在第一板间隙中在相对的换热板之间限定有间隔。在第二间隙中，限定在第一板间隙中的峰将形成谷。

进料入口定位在下边界附近，以便允许液体进料流动到蒸发区域中并且在换热区中被蒸发时在向上的方向中流动。下边界和侧边界被密封，以便容纳液体进料，然而面向向上的边界是敞开的，以允许蒸发的进料进入分离区段。向上、向下等的方向涉及板组在操作期间的定向。

通道从蒸发区段的下边界处的进料入口形成无阻碍流道并且在横向方向上延伸。通道基本上是笔直的，并且在基本上水平的方向上(例如以微小角度)沿下边界延伸，以便允许来自入口的液体进料相对自由地通过并且沿下边界分布。因为液体进料可笔直地流动而由于由相对的换热板所限定的图案液体在换热区中必须在弯曲的路线中流动，在通道中流阻相比于换热区减少。通道因此将充分地填充有液体。

然后，液体可从通道沿下边界流动到过渡区中，并且从过渡区流动到换热区，因此确保在第一和第二侧边界之间换热区将被充足地供给有液体进料从而允许进料在换热区上大致均匀的分布，并且避免换热区的一些部分将保持干的且未被使用。

过渡区将限定在通道和换热区之间的流阻或节流。以此方式，可确保通道沿其全长度保持填充有液体进料，以确保进料的均匀分布。

根据第一方面的另一实施例，在过渡区中在相对的换热板之间的最大距离为在通道中在相对的换热板之间的最大距离的10%至45%之间。

以此方式，实现了合适的流阻，以用于允许流在通道和换热区之间的均匀分布。

根据第一方面的另一实施例，相对的换热板的峰和谷在换热区中形成交叉形状图案。

对于提高湍流而言，交叉形状图案可为有益的。

根据第一方面的另一实施例，在通道中和在换热区的相对的谷中，相对的换热板之间的最大距离基本上相等。

通过使通道的深度/高度最大化，在通道中的进料流量最大化，且这将有助于进料在换热区中的均匀分布。

根据第一方面的另一实施例，通道基本上在第一侧边界和第二侧边界之间延伸。

为了确保流沿换热区的全部宽度的均匀分布，通道优选地在换热区的全部宽度上延伸，即通过使通道延伸第一侧边界和第二侧边界之间的整个宽度。

根据第一方面的另一实施例，第一和第二板间隙中的至少一个包括第一冷凝区段，该第一冷凝区段布置成允许蒸发的进料的至少一部分冷凝。

为了在相同的板组中实现蒸发和冷凝两者，可使用冷凝区段。冷凝区段与分离区段连通。以此方式，可实现三合一板组，在其中在相同的板组中实现蒸发、分离和冷凝。

根据第一方面的另一实施例，通道的最大宽度至少等于在通道处在相对的换热板之间的最大距离。

通道的通流面积将因此具有合适的形状以用于使流量最大化。

根据第一方面的另一实施例，第一板间隙中的蒸发区段面向第二板间隙中的第二冷凝区段。

以此方式，可实现多级换热器。第二冷凝区段形成另一过程级的部分。多级换热器使用另一过程级的冷凝的热量以在当前过程级中蒸发进料。蒸发区段和第二冷凝区段从而由换热板分离。其它级的蒸发区段可由加热流体加热。

根据第一方面的另一实施例，第二板间隙中的第二冷凝区段限定定位在第一板间隙中的蒸发区段的进料入口以下的冷凝物出口，通道限定定位在第一板间隙中的蒸发区段和第二板间隙中的冷凝物出口之间的交叉流动区，相比于在交叉流动区外，在通道中在相对的换热板之间的最大距离在交叉流动区中更小。

因为冷凝物出口应该被定位在冷凝区段中的最低点处，它典型地位于与第二板间隙中的第二冷凝区段相反的第一板间隙中的蒸发区段的进料入口以下。从第一板间隙中的进料入口横向地延伸的通道将干涉淡水从冷凝区段到出口的流动。因此，在第二板间隙中的换热板在通道处必须不彼此邻接，因为这将形成淡水到出口的完全阻塞。因此，通道必须在换热区和出口之间形成交叉流动区，在该交叉流动区中板在两个板间隙中被间隔开，以便允许两者：液体进料在第一板间隙中通过，以及淡水流在第二板间隙中通过。交叉流动区的宽度可比通道的宽度更大，以允许通流面积基本上不变。

根据第一方面的另一实施例，在交叉流动区中在相对的换热板之间的最大距离大约为在交叉流动区外在通道中在相对的交换板之间的最大距离的40%至60%，诸如50%。

以此方式，将允许进料和淡水的交叉流动。

根据第一方面的另一实施例，交叉流动区的宽度大约为交叉流动区的长度的¼到¾，诸如½。

以此方式，淡水流将基本上不受到阻碍。交叉流动区和通道的宽度特此理解成在板的纵向方向上延伸，然而长度被理解成在板的横向宽度上延伸。

根据第一方面的另一实施例，在交叉流动区外的通道的宽度大约为交叉流动区的宽度的20%至80%，诸如50%。

交叉流动区的宽度可大于通道的宽度，以允许通流面积基本上不变。

根据第一方面的另一实施例，蒸发区段的下边界和侧边界由密封垫密封。

通过使用密封垫，实现了可靠的密封，而出于保养目的使板分离仍然是可行的。

根据第一方面的另一实施例，入口在中心定位在板组中。

以此方式，蒸发区段可在入口的两侧上延伸。

根据第二方面，本发明涉及用于为处理进料所用的板式换热器的板，该板限定用于蒸发进料的蒸发区段，该蒸发区段在纵向方向上在上边界和下边界之间延伸，该上边界将蒸发区段流体地连接到第一分离区段，在该下边界处相对的换热板密封在一起，该蒸发区段此外在横向方向上在第一侧边界和第二侧边界之间延伸，在所述侧边界处相对的换热板密封在一起，该蒸发区段限定：

邻近下边界定位的进料入口以用于将液态的进料引入到蒸发区段中，

邻近上边界的换热区，该换热区由在换热板中的峰和谷形成，所述峰和谷布置成使得相对的换热板的相对的峰将彼此邻接并且形成交叉形状图案，

通道，该通道定位在下边界和换热区之间并且从进料入口在横向方向上延伸以用于从进料入口接收进料以及允许进料在换热区上的均匀分布，以及

过渡区，该过渡区将换热区和通道分开，过渡区中板的最大冲压深度小于在通道中和在换热区中板的最大冲压深度。

根据第二方面的板优选地与根据第一方面的板式换热器一起使用。

附图说明

图1示出了用于脱盐的多级板式换热器的板。

图2示出了板的蒸发区段的特写。

图3示出了板上的通道的透视图。

图4示出了在两个板中间的通道的透视图。

图5示出了通道和两个密封垫的透视图。

图6示出了板的交叉流动区的透视图。

图7示出了在两个板中间的通道在通道处的截面图。

图8示出了包括四个板的板组的透视图。

图9示出了包括四个板的板组的透视图。

图10示出了包括四个板的板组的截面图。

具体实施方式

图1示出了用于为海水的脱盐所用的多级板式换热器的板10的后视图。板10意在面向另外的相似的换热板并且形成板组的部分。本视图关于板的后侧，其意在形成第二板间隙的部分。板10限定定位在板10的底部处的加热介质区段12。加热介质区段12具有加热介质入口14和加热介质出口16，该加热介质入口用于将加热介质引入到加热介质区段12中，并且该加热介质出口用于在加热介质已经将热量释放到在第一板间隙(未在此示出)中的与加热介质区段12相反定位的第一级的蒸发区段时允许加热介质离开加热介质区段12。加热介质可为来自发动机的缸套水。

来自第一级的蒸发区段(不可见，因为其与加热介质区段12相反定位)的蒸发的海水进入分离区段18，在该分离区段中进料的未蒸发部分(诸如液滴)被分离并且被引导离开板组。进料的蒸发的部分可使用孔口20a和20b穿过板流动到第一板间隙，并且接着进入第一级的冷凝区段22。冷凝区段22与第二级的蒸发区段相反定位。进入冷凝区段22的蒸发的进料将冷凝，因为热能由在相反的蒸发区段(未示出)中的进料吸收。冷凝的进料经由淡水出口24流出。

来自第二级的蒸发区段(在此不可见，因为其与冷凝区段22相反定位在相反的板间隙中)的蒸发的进料可经由孔口20a'和20b'在第一板间隙和第二板间隙之间流动。蒸发的进料由定位在相反的板间隙中的第二级的冷凝区段接收。经由淡水出口24'收集来自第二级的冷凝区段的冷凝的淡水。

板10此外限定冷却介质区段26，该冷却介质区段具有冷却介质入口28和冷却介质出口30，该冷却介质入口用于将冷却介质引入到冷却介质区段26中，并且该冷却介质出口用于在冷却介质已经从与冷却介质区段12相反定位的第一板间隙中的第二级的冷凝区段吸收了热量时允许该冷却介质离开冷却介质区段26。冷却介质可为海水。

相对的换热板经由密封垫32密封在一起，该密封垫还限定区段并且使级分离。来自分离区段的过量的未蒸发的水经由盐水出口34引导离开。孔口3636'36''构成用于定位在冷凝区段22和加热区段12的相反侧上的蒸发区段的进料入口，其将在下文进一步阐述。加热介质入口14、加热介质出口16、淡水出口2424'、冷却介质入口28、冷却介质出口30和进料入口36形成在换热板10的中心轴线上。本实施例中的中心轴线基本上将换热板10划分成在功能上相同的左部分和右部分。

图2示出了换热板10的部分的主视图，该部分示出了与第一级的冷凝区段相反地在第二板间隙中定位在板10上的第二级的蒸发区段38。蒸发区段38被划分成在功能上相同的左部分和右部分。出于简洁性的原因，下列描述将集中于左部分。蒸发区段38限定换热区，在该换热区中板10包括峰40和谷42。在第一板间隙中的两个相对的换热板相对于彼此翻转，使得相对的峰和谷相对于彼此形成交叉形状图案。相对的峰将彼此邻接，并且相对的谷本身将限定流动空间。该图案产生湍流，并且提高穿过板10的热传递。蒸发区段的该部分因此与相反的冷凝区段作用为换热区。

蒸发区段38限定第一侧边界44、邻近板10的中心轴线定位的相反的第二侧边界46以及下边界48。相对的换热器板在第一侧边界44、第二侧边界46和下边界48处借助于密封垫32密封在一起。蒸发区段38此外限定邻近蒸发区段的下边界48布置在第二侧边界46处的进料入口38以用于将液体进料引入到蒸发区段38中。液体进料(典型地为海水)经由板中的小的孔口(未示出)进入第一板间隙，并且经由密封垫32中的孔口进入蒸发区段38。蒸发区段38的顶部边界50是敞开的，从而允许蒸发的进料进入分离区段。在处于操作中时，分离区段必须定位在对应的蒸发区段以上，并且冷凝区段必须定位在对应的分离区段以上。

在进料入口38处进入蒸发区段38的液体进料经由通道52朝向蒸发区段38的第一侧边界44在下边界和换热区之间引导。通道52在侧部4446之间延伸。通道52限定基本上等于换热区中的谷的冲压深度的冲压深度。通道52因此由于冲压深度限定大的通流面积且因为其基本上是笔直的而限定减小的湍流。

因为通道52基本上是笔直的并且沿下边界延伸，所以相比于流动穿过换热区，进入的液体进料将通过流动穿过通道52而遭遇低流阻。因此在设置有通道52时，增加量的液体进料将朝向第一侧边界44流动。

为了确保流入的液体进料的大部分在通道中朝向第一侧边界44流动而不是在第二侧边界46附近进入换热区，在通道52和换热区之间定位有过渡区54。在该过渡区中，相比于通道，在相对的板之间的距离减小。过渡区在通道52和换热区之间限定减少的通流面积，该减少的通流面积允许流的较大部分朝向第一侧边界44前进。

通道52限定在第二板间隙中的冷凝区段的换热区和出口24之间的交叉流动区56，以便允许在第二板间隙中的相反的冷凝区段上的淡水流进入淡水出口24且不受通道阻碍。如果具有在第二板间隙中相对的板之间的最大间隔的通道52将延伸在流的入口38和第一侧边界44之间的全部距离，这将意味着在第二板间隙中在冷凝区段和淡水出口24之间将存在堵塞。相反地，交叉流动区56在第一板间隙和第二板间隙两者中提供在相对的板之间的距离，因此允许液体进料从进料入口36穿过第一板间隙中的通道52的横向流动，并且同时允许淡水在纵向方向上从第二板间隙中的冷凝区段中的换热区到第二板间隙中的淡水出口24的交叉流动。

图3示出了板10上的通道52的透视图。密封垫32由波纹58保持就位。通道52邻近波纹58延伸。过渡区54定位在通道52和由峰40和谷42形成的蒸发区段的换热区之间。

图4示出了在两个板1010'中间的通道52的透视图。两个板1010'限定在本身中间的第一板间隙60和在该第一板间隙60中的蒸发区段。在相对的峰4040'处，板1010'将在接触点处邻接，然而在相对的谷4242'处实现了在板1010'之间的最大距离。对应地，在通道5252'处，也实现了在板1010'之间的最大距离。

图5示出了在两个板1010'中间的通道52的透视图。该图与图4相同，除了该图还示出了意在第二板10'和第三板之间进行密封的附加密封垫32'。

图6示出了板10的交叉流动区56的透视图。还示出了过渡区54，其在本实施例中限定比交叉流动区56更小的在相对的板之间的间隔。交叉流动区56外的通道52的部分也是可见的。交叉流动区56限定相比于通道减小的冲压深度。

图7示出了两个板1010'之间的通道52在交叉流动区外的通道52的位置处的截面图。还示出了过渡区54。

图8示出了包括四个板1010'10''10'''的板组的透视图。如可看见的那样，密封垫32和32''在提供蒸发区段在底部处的下边界的全路径上延伸，然而密封垫32'和32'''允许淡水到淡水出口的交叉流动。交叉流动区56允许相对的板在前表面和后表面两者上间隔开，以用于允许液体在第一板间隙和第二板间隙两者中的流动。

图9示出了包括四个板1010'10''10'''的板组的另一个透视图。

图10示出了包括四个板1010'10''10'''的板组在交叉流动区56的位置处的截面图。还示出了过渡区54。