具有密封构造的板式换热器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种带垫圈的板式换热器，该板式换热器包括：由两块框架板组成的 框架本体，多块换热板的板堆叠体布置在该框架板之间；馈送和排出流经换热板之间的空 间的换热流体的装置；以及将力施加到框架板的装置，通过该装置，压力能够被施加到板堆 叠体上。
【背景技术】
[0002] 板式换热器包括一叠换热板，热传递发生在该叠换热板之间。这些板通常设有轮 廓或设有用于介质的流动管道和贯通开口。
[0003] 通过板式换热器，无垫圈设计和带垫圈设计之间可以作基本区分。在无垫圈构型 中，板之间的空间通过刚性连接的板填密，例如通过焊接、焊合或熔合技术。
[0004] 在带垫圈的设计中，垫圈，通常弹性体基垫圈，被用于密封并分开不同板之间的介 质腔。
[0005] 取决于发生换热的介质，金属或金属合金诸如钢能够用作板的材料，或如果介质 腐蚀性特别强，则也能够使用陶瓷材料诸如石墨或碳化硅或纤维增强陶瓷材料。
[0006] 由于其高脆性，含石墨的材料或陶瓷的板材诸如石墨或碳化硅对各板之间的密封 有特别尚的要求。
[0007] 这种板式换热器通常由于含石墨的材料或陶瓷材料的脆性以及难以结合这些材 料的事实而以带垫圈的构型生产。
[0008] 此外，带垫圈的板式换热器的优点在于：其比无垫圈构型更容易分离板以移除或 清洁或来更换个别板。
[0009] 在这些板式换热器中，特别地，含氟聚合物，优选地基于聚四氟乙烯（PTFE)的含 氟聚合物或石墨基材料通常用作垫圈材料的材料。PTFE延展性高并由于其流动特性仅形成 低垫圈厚度。由于这种非常低厚度的垫圈材料，确保垫圈上的足够的表面压力以实现可靠 密封并且防止在运行期间泄漏是关键的。
[0010] 表面压力通常通过将换热器的板堆叠体布置在两块框架板之间产生，用足够的力 将板夹紧在该框架板之间。
[0011] 为了施加用于该夹紧的力，系杆通常与螺旋弹簧结合使用，该螺旋弹簧被布置在 离换热板的边缘一定距离处。
[0012] EP-A203213披露了用彼此间隔开并且由耐腐蚀材料制成的至少三个平行板元件 以及馈送和排出流经板之间的空间的换热流体的装置构成的板式换热器，板元件由粘结到 含氟聚合物的石墨体制成。
[0013] DE 10 2006 009 791披露了意图用于化工设备的制造中并且包括金属框架本体 和由纤维增强陶瓷或独石陶瓷制成的板堆叠体的复合换热器，层叠板形成至少两个管道系 统，所述至少两个管道系统以任何给定数目的层以由至少一块板分开的方式布置成一个在 另一个上面并且由接纳供应和流出装置的盖板限制在板堆叠体的相反两端。在包围介质的 流动区域和贯通开口的区域中，换热板包括长方沟槽，密封系统被布置在该长方沟槽中。
[0014] 市售带垫圈的板式换热器中的承压件，特别地，包括基于含石墨的材料或陶瓷材 料诸如石墨、碳化硅或纤维增强陶瓷材料的板的承压件的结构构型仅适合有限范围内的较 大模型，因为当结构的尺寸增加时，尤其是当板宽度且/或板长度增加时，框架板的弯曲在 密封换热器的关键区域中增加，并且因此在换热器中可能发生泄漏。
【发明内容】
[0015] 因此，本发明的目的是提供避免或至少减少上述问题的带垫圈的板式换热器。
[0016] 该目的已经根据本发明通过根据权利要求1所述的带垫圈的板式换热器实现。
[0017] 根据本发明的板式换热器的优选实施例可在从属权利要求以及以下详细描述中 发现。
[0018] 根据本发明的带垫圈的板式换热器（1)包括：由两块框架板（2)组成的框架本体， 多块换热板（4)的板堆叠体被布置在该框架板之间；馈送和排出流经换热板之间的空间的 换热流体的装置（6);将力施加到框架板的装置（7)，通过该装置，压力能够被施加到板堆 叠体（4)上；以及用于板堆叠体（4)的换热板之间的密封的装置（8)。
[0019] 与类似构造的已知换热器相比，在根据本发明的板式换热器（1)中，至少一个施 力装置（7)被布置成使得施加力到框架板（3)的表面的质心在由板堆叠体（4)的表面区域 在对应的框架板（3)上的线性投影产生的区域内。
[0020] 在具有带垫圈的构型的已知板式换热器中，力以如下的方式被施加到框架板，所 述方式使得力通过将在换热板的表面区域外的两块框架板互连的连接元件施加到框架板， 并且因此压力也施加在换热板的板堆叠体上。这里，施力表面的质心在由板堆叠体0的表 面区域在对应的框架板上的线性投影产生的区域外。取决于设计，这种构造导致框架板由 于施加的力而弯曲，这在框架板的中部最为明显。框架板越宽且/或越长，框架板弯曲的程 度越大，即，与较小的装置相比，在较大换热器中问题更严重。
[0021] 该弯曲引起在垫圈表面上的密封力或压力，该密封力或压力在换热板的板堆叠体 的中心区域中不足以实现该区域中的完美密封。由于所用垫圈材料的厚度是非常低的，如 上所述，这能够导致意图被换热的介质混合，并且这引起整个系统以及所有下游单元发生 故障。
[0022] 迄今为止，上述问题已经限制了具有基于石墨、碳化硅或其它陶瓷材料的换热板 并且以带垫圈的构造生产的这种设计的板式换热器的最大尺寸。
[0023] 根据本发明的板式换热器（1)的区别在于，至少一个施力装置（7)被布置成使得 施加力到框架板（3)的表面的质心在由板堆叠体（4)的表面区域在对应的框架板（5)上的 线性投影产生的区域内。
[0024] 在本发明的上下文中，施力表面的质心应被理解为是数学上与区域中的所有点的 平均值对应的对应表面的几何重心。几何重心与由单一材料组成的物体的质心对应。在对 称图形中，该重心通过适当几何考虑获得；在非对称表面的情况下，该重心能够通过积分获 得。
[0025] 非等边多边形的重心可从角的笛卡儿坐标计算出；正多边形中的重心对应于其外 接圆的中心。
[0026] 在矩形、平行四边形或方形中，重心可例如从对角线的交点获得。在三角形中，几 何重心是三条中线的公共交点。在圆形表面中，几何重心是圆心。
[0027] 因此，当施力表面的形状是已知的时，本领域技术人员就能够确定表面的几何重 心并设计至少一个施力装置，使得其施力表面的几何重心在由板堆叠体（4)的表面区域在 对应的框架板（3)上的线性投影产生的区域内。
[0028] 在本发明的上下文中，板堆叠体的表面区域将被理解为由板堆叠体（4)或各换热 板的主要尺寸限定的区域。该表面区域包括存在于板堆叠体（4)中或存在于各换热板（5) 中的任何槽口、钻孔等，并且在这方面上与由板堆叠体（4)或换热板（5)的外轮廓限定的且 因此不包括可能存在的任何槽口或凹部的板堆叠体4的表面区域不同。根据本发明的板式 换热器（1)包括至少一个如上所述设计的施力装置（7)，虽然以这种方式设计多个施力装 置（7)也是可能的并被本发明覆盖。
[0029] 优选地，所述施力装置（7)或所述可能的多个施力装置被布置成使得施力表面在 换热板（4)的板堆叠体的表面区域的边缘区域中，更优选地，在换热板5的上部区域或下部 区域中，馈送和排出流经换热板（5)之间的空间的换热流体的装置（6)优选地被布置在该 区域中。良好密封在贯通开口（6a)之间的该区域中是特别至关重要的，因为这是换热流体 流被引入板的地方，这对防止所述流体彼此混合或接触是必要的。
[0030] 原则上，根据本发明，将施力装置（7)布置在不同点处从而布置施力表面的重心 也是可能的。然而，通常，这样的结果是：流体介质流动的设置在板中的管道将因此必须被 设计成使得它们不被施力装置（7)中断。此外，以该方式布置施力装置（7)将要求提供具 有在管道的区域中的孔或开口的换热板（5)，这通常不是优选的。
[0031] 因此，通常，更优选的是：提供施力装置（7)使得流体输送管道都不接触板堆叠体 (4) 的换热板。
[0032] 根据本发明的板式换热