專利名稱：制造板型熱交換器的方法及相關(guān)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明在其最基本的方面涉及制造所謂板型熱交換器的方法，換言之，是呈盒形平行六面體的扁平體組成的熱交換器，該扁平體由兩個(gè)并置的矩形板形成，這兩個(gè)矩形板以適當(dāng)?shù)拈g隔關(guān)系相互連接從而確定了內(nèi)腔，意欲使工作的換熱流體穿過(guò)。
前述類型的熱交換器用于形成化學(xué)反應(yīng)器的換熱單元是有利的，這些換熱單元對(duì)于最佳地完成放熱或吸熱化學(xué)反應(yīng)是必要的例如，在氨、甲醇、甲醛或苯乙烯的各自合成反應(yīng)中，從/向反應(yīng)環(huán)境(一般是催化床)分別除熱或供熱，從而將其溫度控制在預(yù)先計(jì)算好的理論值附近的很窄的范圍內(nèi)。
本發(fā)明尤其涉及制造板型熱交換器的方法，該方法包括以下操作步驟-并置一對(duì)金屬板，-至少沿周邊相互焊接所述并置板，-確定所述金屬板之間的內(nèi)腔，意欲使工作的換熱流體穿過(guò)所述內(nèi)腔。
本發(fā)明還涉及用于執(zhí)行前述所提板型熱交換器的制作方法的設(shè)備，以及利用所述方法獲得的熱交換器。
背景技術(shù)：
在化學(xué)反應(yīng)器領(lǐng)域中，以及在許多其它工業(yè)應(yīng)用中，使用包括多個(gè)熱交換器，尤其是所謂板型熱交換器的換熱單元是公知的。
為了制造這種板型熱交換器，必須沿預(yù)定周邊相互焊接一對(duì)并置的金屬板；在一些情況下，為了使熱交換器變得堅(jiān)硬，除了周邊焊以外，還需要執(zhí)行點(diǎn)焊以使金屬板在位于板本身的周邊范圍以內(nèi)的區(qū)域中相互接合，這些區(qū)域優(yōu)選地沿所述金屬板的平坦表面規(guī)則地分布。
之后，在所述金屬板之間確定內(nèi)腔，意欲使工作的換熱流體穿過(guò)該內(nèi)腔。
內(nèi)腔通過(guò)所謂膨脹步驟，即在所述板之間引入加壓流體的步驟，而被形成，在這種情況下，所述金屬板被焊接以形成抗加壓流體的密封。一般地，氣動(dòng)作用可獲得大約40-50巴以下的膨脹壓，而液壓作用可獲得更大的壓強(qiáng)。
此外，內(nèi)腔通過(guò)所述工作流體的入口和出口與熱交換器的外部流體連通。這種開口一般在膨脹步驟之后、并且已經(jīng)沿金屬板的整個(gè)周邊完成了周邊焊接之后而被形成。
加壓流體通過(guò)小口注入，該小口可以適當(dāng)放大并配有合適的門，該小口能夠變換為前述入口或出口。
此外，一般在內(nèi)腔中確定了通道以便工作的換熱流體穿過(guò)。
一般地，對(duì)于這樣的制造過(guò)程，使用自動(dòng)焊接設(shè)備來(lái)執(zhí)行氣焊，換句話說(shuō)通過(guò)熔化組成它們的金屬來(lái)實(shí)現(xiàn)兩板之間的結(jié)合，而不使用填料。
根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的慣有教導(dǎo)，通過(guò)以直接方式向一個(gè)所述金屬板供熱來(lái)形成焊接。
一種廣泛采用的設(shè)備包括承載激光束光源的頭部。通過(guò)定向在前述板的外表面上的激光束來(lái)進(jìn)行焊接這樣這一對(duì)金屬板通過(guò)傳導(dǎo)而加熱，直到它們?cè)谠搶?duì)金屬板的預(yù)定接觸區(qū)被熔化。
盡管從各種觀點(diǎn)來(lái)看比較有利，但已經(jīng)認(rèn)識(shí)到根據(jù)上述已概略描述過(guò)的制造板型熱交換器的方法是有缺陷的。
主要的一個(gè)缺陷是焊接操作過(guò)程中由于收縮張力導(dǎo)致的金屬板的逐漸變形和/或扭曲，該收縮張力是在焊縫本身的冷卻過(guò)程中，即熱金屬區(qū)的冷卻過(guò)程中出現(xiàn)的。
所要制造的熱交換器的尺寸(長(zhǎng)度和/或?qū)挾?越大且將要被焊接的并置板的厚度越大，這種始終存在的現(xiàn)象就越明顯。例如，在板型熱交換器用于化學(xué)反應(yīng)器內(nèi)部的情況下，對(duì)于激光焊接需要相當(dāng)大的尺寸和常常接近技術(shù)極限的厚度；例如，在用于氨合成的反應(yīng)器的情況下，由于過(guò)程流體的浸入(滲氮現(xiàn)象)必須選擇很大的厚度(例如，2-2.5mm)，或者在用于甲醇合成的反應(yīng)器的情況下，板型熱交換器受到板型熱交換器本身的內(nèi)部與外部之間的高的壓差的影響，因?yàn)樵诎逍蜔峤粨Q器內(nèi)部循環(huán)流動(dòng)的冷卻流體的壓力不同于過(guò)程流體的壓力。
基本上，對(duì)于長(zhǎng)的板，板型熱交換器的逐漸變形和/或扭曲還能導(dǎo)致平面度的變化達(dá)到一百毫米量級(jí)。
這種情況使得即使不是完全不可能、但也很難在反應(yīng)器中裝配多個(gè)板型熱交換器來(lái)組成換熱單元，且無(wú)論如何會(huì)導(dǎo)致板型熱交換器的間距不均勻，還伴有工藝水平的負(fù)面后果(例如，在反應(yīng)器的性能方面，在供應(yīng)于反應(yīng)器中的催化物質(zhì)的內(nèi)部產(chǎn)生熱點(diǎn)，等等)。
為此，必須提供更進(jìn)一步的處理，以便在板型熱交換器安裝運(yùn)轉(zhuǎn)之前使它們的平面度處在預(yù)定值以下。
一般地這樣來(lái)操作，在熱交換器本身的板之間引入加壓流體的步驟中向板型熱交換器施加一些約束，從而抵消焊接過(guò)程中產(chǎn)生的張力。這種操作非常復(fù)雜且無(wú)疑會(huì)顯著減慢板型熱交換器的制造。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)的根本技術(shù)問(wèn)題是設(shè)計(jì)和提供一種制造板型熱交換器的方法，該方法能夠以簡(jiǎn)單有效的方式克服針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)提出的缺陷。
根據(jù)本發(fā)明，基于申請(qǐng)人為與現(xiàn)有技術(shù)的慣有教導(dǎo)進(jìn)行強(qiáng)烈對(duì)比而完成的實(shí)驗(yàn)，該問(wèn)題通過(guò)一種制造前述類型的板型熱交換器的方法而被解決，其特征在于，并置板的所述操作的焊接步驟通過(guò)直接向每一個(gè)所述金屬板供熱而被執(zhí)行。
通過(guò)以下參考附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述，根據(jù)本發(fā)明的制造熱交換器的方法的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將變得清晰，其中對(duì)優(yōu)選實(shí)施例的描述只是為了進(jìn)行簡(jiǎn)要的說(shuō)明而不是進(jìn)行限制。


圖1示意性地表示通過(guò)根據(jù)本發(fā)明所述方法獲得的板型熱交換器的透視剖面圖。
圖2示意性地表示經(jīng)受根據(jù)本發(fā)明所述方法的操作焊接步驟的一對(duì)金屬板的透視圖。
圖3示意性地表示根據(jù)本方法第一實(shí)施例的圖2所示一對(duì)金屬板的一部分的放大橫截面圖。
圖4示意性地表示根據(jù)本方法另一實(shí)施例的圖2所示一對(duì)金屬板的一部分的放大橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的板型熱交換器總體上以10表示。
熱交換器10由盒形平行六面體狀扁平體11組成。
熱交換器10由兩個(gè)矩形金屬板、優(yōu)選地具有相同厚度的上板12和下板14制成。
該方法包括以下操作步驟-并置所述一對(duì)金屬板12和14，-至少沿周邊相互焊接所述并置的板12，14，-確定所述金屬板12，14之間的內(nèi)腔16，意欲使工作的換熱流體穿過(guò)所述內(nèi)腔。
當(dāng)然，單獨(dú)的板12，14可通過(guò)相互靠近地放置兩個(gè)或更多個(gè)小尺寸的板(未示出)并使它們接合起來(lái)(例如通過(guò)焊接)而獲得。
該內(nèi)腔16的確定可通過(guò)使板相互焊接以形成抗加壓流體的密封以及在所述板之間引入加壓流體而實(shí)現(xiàn)。
兩板12和14之間的焊縫是周邊焊縫17，沿該兩板12和14的至少一部分周邊形成。
實(shí)踐中，在制造過(guò)程結(jié)束時(shí)，兩板12和14沿周邊彼此連接并處于恰當(dāng)?shù)拈g隔關(guān)系，從而確定了所述內(nèi)腔16。
該腔16通過(guò)所述工作流體的入口18和出口20與熱交換器的外部流體連通。
在一些情況下，如在圖2所示的例子中，除了周邊焊縫17，在加壓流體的操作引入步驟之前，還形成點(diǎn)焊焊點(diǎn)22，點(diǎn)焊焊點(diǎn)使得金屬板12和14也在板12和14本身的周邊范圍以內(nèi)的區(qū)域中相互接合，這些區(qū)域優(yōu)選地沿所述金屬板12和14的平面規(guī)則地分布。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，所述操作的焊接步驟通過(guò)以直接方式向每一個(gè)所述金屬板12和14供熱而被執(zhí)行。所述以直接方式供熱是通過(guò)至少一個(gè)熱源來(lái)實(shí)現(xiàn)，該熱源面對(duì)每一個(gè)所述并置的金屬板12和14。
在圖2所示的例子中，提供了兩個(gè)熱源，每一個(gè)面對(duì)一個(gè)金屬板。
因此，在圖2中部分地示出了用于執(zhí)行前述方法的設(shè)備110。設(shè)備110包括用于所述一對(duì)并置金屬板12和14的基本上平坦的支撐結(jié)構(gòu)(優(yōu)選地水平布置)，該支撐結(jié)構(gòu)實(shí)質(zhì)上是常規(guī)的因而未示出；移動(dòng)裝置，所述移動(dòng)裝置使一對(duì)金屬板12和14在承載熱源(比如激光束光源)的頭部140以下移動(dòng)，該移動(dòng)裝置實(shí)質(zhì)上也是常規(guī)的因而未示出，所述熱源布置在預(yù)定的位置處。例如，這種移動(dòng)裝置可包括用于所述板12和14的接縫夾具，所述夾具能夠在導(dǎo)軌上滑動(dòng)。
可選地，可設(shè)有多個(gè)承載熱源的所述頭部140。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，這種設(shè)備包括承載熱源(比如激光束光源)的另一頭部150，該熱源在支撐結(jié)構(gòu)下面，面對(duì)另一金屬板并布置在預(yù)定位置處，在所述支撐結(jié)構(gòu)中設(shè)有面對(duì)所述另一頭部150的通孔?？蛇x地，可設(shè)置多個(gè)所述另一頭部150，同時(shí)面對(duì)超過(guò)一個(gè)的通孔。
下面詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備的操作。
一對(duì)金屬板12和14設(shè)置在設(shè)備的支撐結(jié)構(gòu)上，一個(gè)板并置在另一個(gè)板上。
一對(duì)金屬板12和14通過(guò)移動(dòng)裝置在所述支撐結(jié)構(gòu)上以這樣的方式移動(dòng)即由頭部14所配備的光源發(fā)射的激光束擊中上板12，從而沿板12和14的周邊形成周邊焊縫17以及可能地形成點(diǎn)焊焊點(diǎn)22。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)移動(dòng)裝置，一對(duì)金屬板12和14在所述支撐結(jié)構(gòu)上移動(dòng)，從而由另一頭部150發(fā)射的激光束穿過(guò)所述支撐結(jié)構(gòu)的通孔擊中下板14，以便沿板12和14的周邊形成周邊焊縫17以及可能地形成點(diǎn)焊焊點(diǎn)22。
更確切地以及更優(yōu)選地，如圖3所示，分別來(lái)自所述頭部140和來(lái)自所述另一頭部150的兩個(gè)激光束擊中熱交換器10的彼此相對(duì)的區(qū)域，從而基本上均等地把熱供應(yīng)到將要執(zhí)行焊接的兩個(gè)部分上(同樣地，如果有多個(gè)頭部140的話，多個(gè)另一頭部150與它們彼此相對(duì)地設(shè)置)。
這樣，獲得了所制造的熱交換器10的最佳平面度。特別地，圖3表示根據(jù)本發(fā)明的焊縫具有對(duì)稱的焊珠170，焊珠170是指在焊接過(guò)程中已達(dá)到熔化溫度的金屬材料區(qū)域。
可選地，如圖4所示，周邊焊縫17和可能的點(diǎn)焊焊點(diǎn)22中每一個(gè)都通過(guò)交替使用頭部140和150來(lái)獲得這樣，已經(jīng)注意到，獲得了焊接變形的補(bǔ)償，這使得熱交換器10的平面度保持在預(yù)定值的范圍以內(nèi)。特別地，圖4表示根據(jù)本發(fā)明的焊縫具有相互交替的焊珠170。
基本上，周邊焊縫17通過(guò)使由頭部140和由另一頭部150分別產(chǎn)生的焊接部分聯(lián)合起來(lái)而形成由頭部140產(chǎn)生的焊接部分鄰近由另一頭部150產(chǎn)生的焊接部分，即，換句話說(shuō)，在由頭部140產(chǎn)生的部分和由另一頭部150產(chǎn)生的部分之間存在交替變化。優(yōu)選地，確保周邊焊縫17是連續(xù)的，從而形成了抗加壓流體的密封，焊接部分的末端焊縫與鄰近的各焊接部分的末端重疊。
同樣地，至于有關(guān)的點(diǎn)焊焊點(diǎn)22，由頭部140產(chǎn)生的焊點(diǎn)與由另一頭部150產(chǎn)生的點(diǎn)焊焊點(diǎn)22交替排列。
應(yīng)該指出，在本發(fā)明中，術(shù)語(yǔ)交替按其最廣泛的理解來(lái)解釋，即，例如在一行點(diǎn)焊焊點(diǎn)的情況下，由頭部完成的一個(gè)焊點(diǎn)和由另一頭部完成的一個(gè)焊點(diǎn)彼此相隨，或者由頭部完成的兩個(gè)焊點(diǎn)和由另一頭部完成的兩個(gè)焊點(diǎn)彼此相隨，等等。
基本上，利用前述方法獲得的板型熱交換器的特征在于，無(wú)論是在對(duì)稱焊珠(圖3)的情況下，還是在交替焊珠的情況下(圖4)，它們的焊點(diǎn)具有經(jīng)過(guò)平衡的收縮張力。
應(yīng)該指出的是，所述的設(shè)備110具有相對(duì)于支撐結(jié)構(gòu)處于預(yù)定位置的焊接頭部140和150，移動(dòng)裝置使一對(duì)金屬板12和14在所述支撐結(jié)構(gòu)上移動(dòng)(即，一般地，前進(jìn))。
可選地，可設(shè)置用于焊接頭部140和150的移動(dòng)裝置，從而它們是可相對(duì)于支撐結(jié)構(gòu)移動(dòng)的，一對(duì)金屬板12和14布置在所述支撐結(jié)構(gòu)上的預(yù)定位置處。
通過(guò)前面的說(shuō)明可清楚地了解，根據(jù)本發(fā)明的制造板型熱交換器的方法解決了技術(shù)問(wèn)題并獲得了眾多優(yōu)點(diǎn)，這些優(yōu)點(diǎn)首先在于這樣的事實(shí)即獲得了具有不同尋常的平面度的熱交換器，以及在于這樣的情形即熱交換器可具有很大的厚度和/或很大的長(zhǎng)度和/或?qū)挾取?br> 另一優(yōu)點(diǎn)在于，所獲得的熱交換器易于安裝在例如化學(xué)反應(yīng)器中。
另一優(yōu)點(diǎn)是，所獲得的熱交換器確保了反應(yīng)器的最優(yōu)性能，因?yàn)榘逍蜔峤粨Q器的最佳平面度使得它們之間的間距很均勻，從而更優(yōu)地獲得了良好的換熱效率。
另一優(yōu)點(diǎn)是，所獲得的熱交換器在結(jié)構(gòu)方面尤其堅(jiān)固，因?yàn)樵诟鶕?jù)本發(fā)明的焊接中產(chǎn)生的張力被良好地平衡了。
當(dāng)然，為了滿足特定的以及可能的要求，本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員能夠?qū)ι鲜鲋圃彀逍蜔峤粨Q器的方法做出眾多修改和變更，所有這些修改和變更都被以下權(quán)利要求所確定的本發(fā)明的保護(hù)范圍所覆蓋。
權(quán)利要求
1.一種制造板型熱交換器(10)的方法，包括以下操作步驟-并置一對(duì)金屬板(12，14)，-至少沿周邊相互焊接所述并置的板(12，14)，-確定所述金屬板(12，14)之間的內(nèi)腔(16)，意欲使工作的換熱流體經(jīng)過(guò)所述內(nèi)腔，其特征在于，并置板(12，14)的所述操作的焊接步驟通過(guò)向每一個(gè)所述金屬板(12，14)以直接方式供熱來(lái)執(zhí)行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述板(12，14)之間的所述焊接沿所述板(12，14)的周邊的至少一部分執(zhí)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述板(12，14)之間的所述焊接還采取點(diǎn)焊(22)的形式，該點(diǎn)焊使得金屬板(12，14)在位于板(12，14)的周邊范圍以內(nèi)的區(qū)域中相互接合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述以直接方式供熱是通過(guò)至少一個(gè)熱源(140，150)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該至少一個(gè)熱源面對(duì)每一個(gè)所述并置金屬板(12，14)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于，通過(guò)以分別面對(duì)兩個(gè)金屬板(12，14)的方式彼此相對(duì)地布置所述至少一個(gè)熱源(140，150)、從而以基本上均等的方式將熱供應(yīng)到將要執(zhí)行焊接的兩側(cè)上，而獲得所述焊接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于，所述以直接方式供熱是利用激光束光源來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
7.一種用于制造板型熱交換器(10)的設(shè)備(110)，這種設(shè)備包括用于相互并列的一對(duì)金屬板(12，14)的基本上平的支撐結(jié)構(gòu)；使所述一對(duì)金屬板(12，14)在承載熱源的至少一個(gè)頭部(140)以下移動(dòng)的移動(dòng)裝置，所述熱源面對(duì)一個(gè)所述金屬板布置在預(yù)定位置處，其特征在于，它包括至少一個(gè)另一頭部(150)，該另一頭部承載面對(duì)另一金屬板的熱源，在所述支撐結(jié)構(gòu)中設(shè)置面對(duì)所述至少一個(gè)另一頭部(150)的至少一個(gè)通孔。
8.一種板型熱交換器(10)，由盒形平行六面體狀扁平體(11)組成，該扁平體由相互接合并具有適當(dāng)間隔關(guān)系、從而確定內(nèi)腔的兩個(gè)板(12，14)形成，該內(nèi)腔通過(guò)工作的換熱流體的入口(18)和出口(20)與熱交換器的外部流體連通，其特征在于，它具有收縮張力被平衡的焊接。
全文摘要
一種制造板型熱交換器(10)的方法，包括以下操作步驟并置一對(duì)金屬板(12，14)，至少沿周邊相互焊接所述并置的板(12，14)，確定所述金屬板(12，14)之間的內(nèi)腔(16)，意欲使工作的換熱流體經(jīng)過(guò)所述內(nèi)腔，并置板(12，14)的所述操作的焊接步驟通過(guò)向每一個(gè)所述金屬板(12，14)直接供熱來(lái)執(zhí)行。
文檔編號(hào)B23K26/08GK1827286SQ20061005159
公開日2006年9月6日 申請(qǐng)日期2006年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月4日
發(fā)明者埃爾曼諾·菲利派, 恩里科·里齊, 米爾科·塔羅佐 申請(qǐng)人:卡薩爾甲醇公司