專利名稱：一種板束式換熱器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種可使至少兩種介質(zhì)進(jìn)行熱交換的裝置，特別是一種熱交換介質(zhì)不相互接觸的熱交換裝置。確切講本發(fā)明是一種板片式換熱器、冷凝器、蒸發(fā)器、再沸器，或者是反應(yīng)器。本發(fā)明由至少四片其上有波紋的板片永久連在一起的換熱組件，設(shè)于換熱組件外的兩壓緊板，用于固定兩壓緊板的螺栓，以及設(shè)于換熱組件上至少兩個(gè)使換熱介質(zhì)分別進(jìn)入或流出換熱組件內(nèi)的輸入裝置和輸出裝置等構(gòu)成。
背景技術(shù)：
為解決列管式熱交換器的諸多不足，產(chǎn)生了板片式熱交換器。例如日本公開特許昭和61-276691所示的板式熱交換器，以及中國發(fā)明專利申請(qǐng)99257539.7等所公開的板式換熱器。此類的換熱器系由帶凹凸波紋的板片疊置構(gòu)成，各板片上開有供介質(zhì)流入的角孔，板片間有橡膠或其它材料制成的密封材料，并用壓緊板和壓緊螺栓將其固定，利用夾緊力實(shí)現(xiàn)各板片的密封，在各板片間形成等截面的流道。由于板式換熱器采用網(wǎng)狀流道結(jié)構(gòu)，使其具有較高的單位傳熱空間，能在低流速下(雷諾數(shù)＝150～300)獲得多變流向，更易實(shí)現(xiàn)湍流流動(dòng)，有較高的傳熱系數(shù)(其傳熱系數(shù)一般為3500～6000W/m2·K)。但這類換熱器存在以下的不足其一，因采用橡膠或類似材料通過壓緊板的鎖緊力實(shí)現(xiàn)板片間的密封，其共同的不足是裝置的耐壓不可能太大；其二，因受密封材料本身的限制，這類板式換熱器不適于在高溫環(huán)境下使用；其三，因其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，使板片角孔補(bǔ)強(qiáng)較難于處理，角孔間及板片間密封槽的對(duì)位也較難處理，其制造的難度較高，其制造精度要求相對(duì)較大，而且由于角孔處補(bǔ)強(qiáng)不足設(shè)備易發(fā)生泄漏；其四，當(dāng)換熱介質(zhì)間溫差和壓力差較大時(shí)，容易引起板片間不均勻變形，造成裝置失效；其五，受密封材料的影響板式換熱器的無故障工作壽命相對(duì)較短；其六，由于換熱器流量取決于其板片上開出的介質(zhì)流入角孔直徑大小，使其用于大流量介質(zhì)換熱受到一定限制；其七，而且其密封周邊過長，使其密封可靠性變差，配壓性能不能過高；其八，由于換熱板片薄，其承壓強(qiáng)度不可能過高，因此也不適用于高壓力介質(zhì)的換熱，更不適用氣-氣介質(zhì)的換熱。
為解決現(xiàn)有板式換熱器的不足，中國發(fā)明專利申請(qǐng)96195969.2公開了將板片采用焊接等方式永久地連在一起的換熱器。雖然這種換熱器密封可靠性有很大改善，但其基本結(jié)構(gòu)仍與將述的板式換熱器相同，也同樣存在前述板式換熱器的一些不足。
為解決板式換熱器角孔處強(qiáng)度不夠而造成泄漏的不足，國際專利申請(qǐng)98806568.1公開的板式換熱器了在角孔處采用了極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。
中國實(shí)用新型專利88217708.7和00217648.3公開了將各板片折邊并以焊接方式聯(lián)結(jié)的板式換熱器。特別是后一專利可以用于高溫介質(zhì)換熱，并可以延長其工作壽命。但這種換熱器因板片流道截面積相對(duì)比較大，因此會(huì)造成流道中層流流動(dòng)趨勢(shì)增大，特別是在低雷諾數(shù)時(shí)。另一方面，當(dāng)該專利用于介質(zhì)壓力不同的換熱工作場合，因板片間無相互約束，會(huì)造成高壓介質(zhì)板片流道脹鼓，而低壓介質(zhì)流道凹陷的不足。另從該專利文獻(xiàn)中還可以看出這種裝置存在有換熱介質(zhì)泄漏的問題，為解決這一問題，需要在相鄰換熱板片間填充嵌條。實(shí)際上所嵌入的這種嵌條只能采用橡膠等柔性材料，而這種解決方案的板片密封方式與前述的傳統(tǒng)板式換熱器有類似之處，也同樣會(huì)存在著與傳統(tǒng)板式換熱器類似的不足。
中國實(shí)用新型專利01265997.5公開了一種全焊式板式換熱器。該專利是將呈波浪紋狀的換熱板片以波峰對(duì)波峰位置放置，再將其沿波紋長度方向組焊形成板束，并在一個(gè)板束間形成板間流道，在另一個(gè)板束間形成近似管狀的管間流道。該專利由于無需在板片上開設(shè)角孔，因此不存在角孔處泄漏的不足。由于這一專利是沿板片長度方向焊接為一體，這種一體的板片芯體與換熱器殼間的熱補(bǔ)償能力差，當(dāng)兩者間溫差較大時(shí)，殼體與管芯間可能會(huì)因有較大熱應(yīng)力形成裂紋，造成設(shè)備泄漏。其次，該專利因需要沿波紋方向進(jìn)行焊接，因此，其板片上的波紋只能是直線形的，由此形成的流道也只能是直線形流道，介質(zhì)在這種直線形流道內(nèi)流動(dòng)容易形成層流流動(dòng)，影響其換熱效率，從該專利公開的圖紙和文件內(nèi)容估計(jì)，其換熱效率可能會(huì)低于現(xiàn)有的網(wǎng)狀流板式換熱器。第三，該專利結(jié)構(gòu)中的板片間，特別是其板間流道有一側(cè)也是無支撐結(jié)構(gòu)，因此當(dāng)兩種換熱介質(zhì)的壓力差較大，或者兩種換熱介質(zhì)溫差較大時(shí)，會(huì)造成板間間隙改變，進(jìn)一步影響換熱效率和效果，甚至造成設(shè)備損壞，而且因板片一般較薄，使其抗承壓變形的能力、剛度和強(qiáng)度均較差。第四，該專利也不適于氣相介質(zhì)換熱，因?yàn)樵跉庀嘟橘|(zhì)換熱時(shí)，換熱介質(zhì)會(huì)產(chǎn)生冷凝而在冷凝流道內(nèi)形成負(fù)壓，對(duì)于流道內(nèi)無支撐結(jié)構(gòu)的板片而言，無疑是加劇了板片變形的趨勢(shì)，甚至?xí)?dǎo)致設(shè)備完全失效。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種新型的換熱裝置，該裝置可克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，能同時(shí)兼有列管式換熱器和現(xiàn)有板片式等多種換熱器的優(yōu)點(diǎn)，能適用于較高壓力條件的換熱，也能在較高溫度條件下工作，而且還可以適用于大流量介質(zhì)的換熱，本發(fā)明將具有更高換熱效率，適用于對(duì)介質(zhì)溫差較大、或者換熱介質(zhì)壓力差較大的工作場合進(jìn)行換熱的裝置。
本發(fā)明的實(shí)現(xiàn)方式如下本發(fā)明的板片上壓有W形或S形或V形波紋，或與板片長度方向相傾斜的直線形波紋，在板片的四周帶有向上的折邊，使板片呈盤狀，且在板片的對(duì)邊位置的折邊處的對(duì)應(yīng)位置各有用于使換熱介質(zhì)流入該面一段缺口。板片上的向上凸的波紋高度與折邊的高度相等或基本相等，而板片下凸部分與板片折邊下底平齊。各板片的設(shè)置方式是將兩相鄰的板片以反面且板片波紋方向反向方式相互設(shè)置，形成各板片上波紋的凸起與凸起交叉相接觸，凹處與凹處交叉相對(duì)應(yīng)。這里所述的反面是兩相鄰的板片中一個(gè)板片為正面，而另一個(gè)板片則是反面，或者說是兩個(gè)板片以折邊相接觸，而另一個(gè)板片是以折邊下底相接觸；而板片泫方向反向是指兩相鄰的板片中一個(gè)板片的波紋方向與另一個(gè)板片的波紋方向是相反的，即，當(dāng)一個(gè)板片波紋是W向時(shí)，與其相接觸的另一板片是M向。再將各個(gè)板片用焊接方式進(jìn)行固定，其中折邊相對(duì)的兩個(gè)板片在折邊處焊接固定，折邊不相對(duì)另外板片在兩相對(duì)的折邊的下底位置焊接固定，由此形成換熱組件，并在組件的板束內(nèi)形成空間網(wǎng)狀流道。經(jīng)焊接的板束中的各缺口位置，是一種介質(zhì)的流入和流出通道位置，而各板束間未焊接的折邊下底位置，即為另一種介質(zhì)的流入和流出通道位置。在介質(zhì)流入或流出的通道位置上分別固定導(dǎo)流箱和匯流箱。本發(fā)明的導(dǎo)流箱、匯流箱最好是以可拆卸方式固定于板束上，例如，在板束端面的流體通道位置外焊一管板，再用螺栓將匯流箱和導(dǎo)流箱固定于管板上。
通過對(duì)本發(fā)明的介紹可知，本發(fā)明的各板片的一面流動(dòng)一種流體介質(zhì)，而另一面流動(dòng)另外一種流體介質(zhì)，而板片間以焊接方式密封，不會(huì)產(chǎn)生兩種介質(zhì)的串流現(xiàn)象。板片中相互交叉接觸的凸起的波紋形成流道間的支撐結(jié)構(gòu)，可以克服因板間兩種介質(zhì)間壓力不等所造成應(yīng)力。同時(shí)由于本發(fā)明中是用兩個(gè)反面反向的板片構(gòu)成復(fù)雜的空間網(wǎng)狀形的流道，介質(zhì)在其中呈極不規(guī)則的蛇形流動(dòng)，這種極不規(guī)則的流動(dòng)加劇了流道內(nèi)的湍流，因此可以提高熱交換的效率。由于本發(fā)明中是用壓緊板將各換熱組件板束固定，導(dǎo)流匯流箱設(shè)置固定于板束的端部的介質(zhì)進(jìn)出口位置的，而且各板片可采用同一種材料制造，因此不會(huì)產(chǎn)生現(xiàn)有技術(shù)中整體裝置在局部熱膨脹補(bǔ)償不等的不足。
本發(fā)明的換熱組件中，可在每兩片板片間夾有一層網(wǎng)狀物，例如金屬網(wǎng)或非金屬網(wǎng)。由于本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以使網(wǎng)狀物被相互接觸的波紋凸起部位牢牢地約束，而不會(huì)產(chǎn)生網(wǎng)狀物隨介質(zhì)流動(dòng)面移動(dòng)的問題。板片間夾有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相當(dāng)在流道中設(shè)置了干擾液體介質(zhì)的裝置，可使介質(zhì)的流動(dòng)受進(jìn)一步影響，形成更為強(qiáng)烈的湍流。另一方面，由于網(wǎng)，特別是網(wǎng)的經(jīng)緯交叉部位可成為液體介質(zhì)中氣泡形成的核心，有利于氣泡的形成和溢出，這些因素均可使本發(fā)明的熱交換效率更高。當(dāng)然網(wǎng)狀物也可以事先形成與板片相同的波紋形狀，在板片內(nèi)設(shè)置時(shí)以將其敷著于板片表面的方式固定，在這一情況下，相當(dāng)于使板片表面更為粗糙，可有效破壞沿壁面形成的層流底層的熱阻，加大了換熱面的面積，同樣可以起到提高本發(fā)明熱交換效率的效果。
本發(fā)明的各板片的波紋面上還可帶有微小的凸起顆?；蛭⑿〉陌枷?。這些凸起顆粒或凹陷可以用機(jī)械方面(如沖壓)或化學(xué)方式(如刻蝕)在板片表面形成，也可以用燒結(jié)或噴涂或者濺射、粘結(jié)等方式在板片表面形成。更為特殊的情況下可將某些帶有催化作用的粒子以前述方式敷著于板片表面，使本發(fā)明成為特殊的帶有催化劑的反應(yīng)器。本發(fā)明由于在板片表面有凸起顆粒或凹陷，同樣可以使板片表面更為粗糙，能有效破壞沿壁面形成的層流底層的熱阻，加大了換熱面的面積，進(jìn)一步提高換熱效率。當(dāng)本發(fā)明的板片表面帶有催化劑粒子時(shí)，會(huì)因其表面上形成的催化劑和本發(fā)明本身具有的高效換熱效率，提高裝置內(nèi)反應(yīng)的速率。
本發(fā)明各板片上可以另敷有或焊有一薄片，如非金屬材料制成的薄片，或者直接焊接一薄金屬片，并在所述的薄片上均勻分布有小孔洞。這種結(jié)構(gòu)不僅使換熱器板片表面粗糙度增大，形成表面更為劇烈的湍流，而且這些在薄片上均勻分布的小孔還可以成為流動(dòng)介質(zhì)中氣體泡溢出的泡核，有利于介質(zhì)中氣體的溢出，而且因板片表面湍流的作用，又極容易將這些溢出的氣泡帶出，而不會(huì)存于這些小孔中。同時(shí)這些小孔還起到使介質(zhì)流體均勻穩(wěn)流作用。因此本發(fā)明熱交換效率可以進(jìn)一步提高，并可降低設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生的噪音。另一方面，當(dāng)另敷的薄片是以焊接方式固定于板片上時(shí)，相當(dāng)板片橫截面積增加，還可以適當(dāng)提高板片間的支撐強(qiáng)度和剛度。
本發(fā)明中所采用的網(wǎng)狀物，或者板片上所設(shè)的微小凸起顆?；蛭⑿“枷?，以及另敷的薄片上的小孔等的尺寸可以在1到數(shù)十毫米之間，其具體的尺寸和所用的網(wǎng)狀物、薄片材料應(yīng)當(dāng)根據(jù)所用的介質(zhì)及相關(guān)情況選定或試驗(yàn)方式確定。
本發(fā)明的板片上的上凸波紋部分截面積和兩上凸波紋間下凹部分的截面積可以相等，也可以不相等。這種不等截面的結(jié)構(gòu)可以適用于兩種不同流量的介質(zhì)進(jìn)行熱交換，使大流量的介質(zhì)經(jīng)大截面流道流動(dòng)，小流量的介質(zhì)在小截面的流道內(nèi)流動(dòng)，可以增強(qiáng)換熱效果，降低壓力損失。
本發(fā)明的板束式換熱器的結(jié)構(gòu)中，其加熱介質(zhì)流道板片上的波紋沿介質(zhì)流動(dòng)方向的截面面積可以是等面積的，也可以是沿介質(zhì)流動(dòng)方向逐漸增大。而本發(fā)明中構(gòu)成冷卻介質(zhì)流道的板片的波紋截面面積沿介質(zhì)流動(dòng)方向同樣可以是等截面的，也可以是截面積逐漸減小的。這里所述的波紋截面積逐漸增大或逐漸減小可以是連續(xù)的均勻變化，也可以是凹凸波紋截面面積分段改變。當(dāng)采用凹凸波紋的截面積分段變化的結(jié)構(gòu)，可以在一定程度上減低制造成本。本發(fā)明中凹凸波紋截面積增大(減小)的參數(shù)或分段增大(減小)的參數(shù)取決于具體的介質(zhì)情況。本發(fā)明采取這些技術(shù)措施后，可使冷卻介質(zhì)在冷卻后不至因其體積收縮而在流道內(nèi)形成減速流動(dòng)，同時(shí)也可使被加熱介質(zhì)在加熱后不至因其體積的增加而形成在流道內(nèi)流動(dòng)的困難，增大液體壓力損失。當(dāng)本發(fā)明采用分段增大或縮小流道截面積的方案，還可以使其板片的壓制成本降低。
本發(fā)明的導(dǎo)流箱內(nèi)可以設(shè)置有與介質(zhì)流入管的軸線傾斜布置的帶孔導(dǎo)流板。在導(dǎo)流箱內(nèi)設(shè)置帶孔的并且是傾斜布置的導(dǎo)流板可以使進(jìn)入流道內(nèi)的液體均勻分布，并起到穩(wěn)流作用。同時(shí)因?qū)Я靼宓淖饔?，可以使進(jìn)入導(dǎo)流箱的液體流速有所減低，能有利有液體內(nèi)雜質(zhì)在導(dǎo)流箱底部沉淀，減小雜質(zhì)因直接進(jìn)入板片流道內(nèi)造成流道堵塞的幾率。
如果在本發(fā)明的導(dǎo)流箱和匯流箱上各自設(shè)置相對(duì)應(yīng)的數(shù)個(gè)介質(zhì)流動(dòng)管，在匯流箱和導(dǎo)流箱內(nèi)設(shè)置與介質(zhì)流動(dòng)管相對(duì)應(yīng)的將一種介質(zhì)與某些流道隔絕的隔板，可以用同一臺(tái)裝置進(jìn)行多種介質(zhì)間(例如二種以上介質(zhì)或更多的介質(zhì))的熱交換。例如，在一個(gè)導(dǎo)流箱和與其對(duì)應(yīng)的匯流管上各設(shè)兩個(gè)介質(zhì)流動(dòng)管，并在導(dǎo)流箱和匯流箱內(nèi)各設(shè)一隔板，使經(jīng)導(dǎo)流箱的一個(gè)介質(zhì)進(jìn)管進(jìn)入的流體只能進(jìn)入一部分流道內(nèi)，并從相應(yīng)的匯流箱介質(zhì)流出管排出，而經(jīng)另一介質(zhì)進(jìn)管進(jìn)入的流體只能在所述的隔板作用下進(jìn)入另一部分流道，并經(jīng)匯流箱的另一介質(zhì)流出管排出，這就可用同一臺(tái)設(shè)備同時(shí)對(duì)兩種以上的多種介質(zhì)進(jìn)行加熱或冷卻。另一方面，所設(shè)的隔板還可以做換熱介質(zhì)多流程設(shè)計(jì)使用。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)1、板片在邊緣處以焊接方式固定，使其承壓能力大大提高，同時(shí)也可以適用于高溫介質(zhì)的換熱要求，而且不同的流體是在板片兩側(cè)流動(dòng)，因此不會(huì)產(chǎn)生不同介質(zhì)相互泄漏的不足；2、板片間以凸起部位相接觸，凹陷位置相對(duì)應(yīng)，使每層流道間都能相互形成支撐結(jié)構(gòu)，整個(gè)裝置的抗承壓能力、剛度和強(qiáng)度均明顯優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)，因此產(chǎn)品的重量可以比現(xiàn)有技術(shù)更輕；3、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)從某種角度上講與現(xiàn)有的板式換熱器高效能換熱類同，因此其換熱面積大，完全保留了現(xiàn)有板式換熱器的多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，如無熱交換死區(qū)等，同時(shí)因本發(fā)明的板片設(shè)置方式使流經(jīng)流道的介質(zhì)以比現(xiàn)有技術(shù)更為復(fù)雜、湍流更為強(qiáng)烈的流動(dòng)，因此其熱交換可以更為充分地進(jìn)行。另外，由于本發(fā)明在板片表面設(shè)有微小凸起，或微小凹陷，或者小的孔洞，使板片表面的粗糙度增大，可使液體在板片表面形成更劇烈的湍流，同時(shí)因板片表面有小孔洞結(jié)構(gòu)，可促使液體介質(zhì)中的氣體溢出并均勻分布，又進(jìn)一步提高了換熱器的換熱效率。根據(jù)理論的計(jì)算和相關(guān)試驗(yàn)表明，本發(fā)明的換熱系數(shù)可高達(dá)7500W/m2·K，其換熱反應(yīng)速度極快；4、本發(fā)明采用不等面積截面的兩種流道，使大流量的介質(zhì)經(jīng)大截面流道流動(dòng)，小流量的介質(zhì)在小截面的流道內(nèi)流動(dòng)，以適用于不同流量的介質(zhì)進(jìn)行熱交換，例如城市集中供熱采暖的換熱；5、由于本發(fā)明采用了沿液體運(yùn)行方向不等截面的流道，可以更進(jìn)一步提高換熱效率，而且當(dāng)使用本發(fā)明作為蒸發(fā)器或冷凝器時(shí)，其效果將更好。但發(fā)明人建議，當(dāng)本發(fā)明用作冷凝器或蒸發(fā)器時(shí)，最好將板片上的冷凝流道或蒸發(fā)流道垂直設(shè)置；6、熱補(bǔ)償性能高。本發(fā)明無殼體的束縛，各板束可以采用同類材料制造，而匯流箱導(dǎo)流箱又是固定于板束的端部，因此，可以隨板束的熱脹冷縮自由運(yùn)動(dòng)，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)熱補(bǔ)償，而且不會(huì)產(chǎn)生現(xiàn)有技術(shù)普遍存在的板片與殼體間的應(yīng)力破壞問題；7、本發(fā)明的熱損小。由于本發(fā)明的冷熱介質(zhì)熱交換是在板束間直接完成，而與外界的空氣無直接接觸，其最外層的板束外可以直接采用熱絕緣保溫材料進(jìn)行處理，能最大限度地減少熱量的損失；
8、利用本發(fā)明可以很容易地實(shí)現(xiàn)用同一臺(tái)裝置進(jìn)行多種不同介質(zhì)的換熱作業(yè)；9、從本發(fā)明的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)中還可見，其換熱組件相當(dāng)是一個(gè)模塊結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊，單位體積的換熱面積大。根據(jù)測算，本發(fā)明的單位體積傳熱面積可以達(dá)到150～2500m2/m3；10、從以上所述的結(jié)構(gòu)可見，本發(fā)明換熱介質(zhì)流量大小取決于板束的多少和板片形成的流道間隙尺寸大小，而且板束數(shù)量的增減以及板片的長度(如果板片的長度較長時(shí)可以用分段壓制的方式解決)和寬度都不受任何因素的制約，因此本發(fā)明也特別適用于大流量介質(zhì)的換熱，和組裝大面積設(shè)備換熱；11、本發(fā)明可以適用于各種條件的熱交換，例如液-液，或氣-氣，或者液-氣等的換熱，并且可以代替列管式換熱器，其工作壓力范圍為真空～6MPa，工作溫度范圍可在-200～800℃工作流量可達(dá)14～2600M3/小時(shí)，單臺(tái)設(shè)備的組裝面積可以達(dá)到1～3000M2/臺(tái)，或者更大；12、當(dāng)采用可拆卸的匯流導(dǎo)流箱時(shí)，本發(fā)明可以很更容易清除沉積導(dǎo)流箱內(nèi)的污物，例如通過強(qiáng)渦流對(duì)板束進(jìn)行自我清洗，當(dāng)所用板片波紋是傾斜的直線形波紋時(shí)，可更為方便地實(shí)現(xiàn)板片內(nèi)污物和水垢等的清除，而且設(shè)備的維護(hù)與保養(yǎng)也非常方便；13、采用本發(fā)明時(shí)，因板片上無角孔，也就不需要如現(xiàn)有技術(shù)那樣對(duì)準(zhǔn)角孔，因此，本發(fā)明對(duì)其制造精度的要求將低于現(xiàn)有技術(shù)，僅這一點(diǎn)也可以減低制造成本和難度。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)立體示意圖，圖2是本發(fā)明的一種板片結(jié)構(gòu)圖，圖3是圖2的俯視圖，圖4是圖2的左視圖，圖5為圖2中A-A局部位置旋轉(zhuǎn)剖視圖，圖6為本發(fā)明板片及匯流箱、導(dǎo)流箱的組合示意圖，圖7為板片焊接后形成的流道剖面示意圖，圖8為敷于板片上的帶孔薄片結(jié)構(gòu)的示意圖，圖9為在板片上敷著有帶孔薄片后形成流道的剖面示意圖，圖10是帶有多個(gè)介質(zhì)流入管的導(dǎo)流箱與部分板束的示意圖。
在以上圖中1為板片，2為換熱組件(換熱板束)，3為壓緊板，4a和5a為導(dǎo)流箱，4b和5b為匯流箱，6a、6b和7均為流體流進(jìn)或流出管口，8為板片邊緣的折邊，9a和9b為折邊上的缺口(也就是使流體流入或流出板束流道的入或出口)，10是板片的上凸波紋，11是帶孔的導(dǎo)流板，12是隔板，13是折邊下底的焊接處，14為第一種介質(zhì)的流道，15(即圖中深色的區(qū)域)為第二種介質(zhì)的流道，16為壓緊板固定螺栓，17和18分別為導(dǎo)流箱上的兩個(gè)介質(zhì)流體流入管。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明結(jié)合附圖進(jìn)行解說參見圖1，本發(fā)明是由板片1永久結(jié)合在一起形成換熱組件2(也就是換熱板束)。在最外端的板面外用壓緊板3和螺栓16固定。在圖1給出的實(shí)例中導(dǎo)流箱4a、5a和匯流箱4b、5b分別設(shè)于組件2板束的兩相互垂直端處。
圖2是本發(fā)明的換熱板片1的一種波紋板形的第一個(gè)板片，其上有W形的波紋10，在板片1的周邊上有折邊8，使板片1呈一帶有小邊緣的盤狀物。在板片的對(duì)角位置的折邊處各有一段缺口9a和9b，其中9a位于板片1的AB邊上，而9b位于板片1的CD邊上，這一缺口9是用于使換熱介質(zhì)流入該面的進(jìn)口或出口，參見圖3。本發(fā)明中與圖1板片相配合的第二個(gè)板片與圖2所示結(jié)構(gòu)波紋及波紋方向是完全相同的，但其上位于AB邊和CD邊上的缺口9a和9b則于圖2所示的板片中缺口位置相對(duì)，即第二個(gè)板片上的缺口9a是位于圖2所示的CD邊上，而第二個(gè)板片上的缺口9b則是位于圖2所示的板片AB邊上。這種不同的板片缺口位置才可以滿足本發(fā)明在板片組裝后其液體介質(zhì)進(jìn)口和出口為確定的兩個(gè)位置。通過圖3和圖4還可見，板片1上的向上凸的波紋10的高度與折邊8的高度是相等的，而板片1下凸部分與板片折邊8下底是平齊的，這樣在兩個(gè)板片相互結(jié)合時(shí)可以保證其波紋的凸起與凸起相接觸，其凹處與凹處相對(duì)應(yīng)，而且其底部或折邊可以完全接觸。如果采用在兩板片間夾有網(wǎng)狀物或帶孔薄片的結(jié)構(gòu)時(shí)，應(yīng)考慮使凸起波紋高度與折邊高度間有略小薄片厚度或網(wǎng)狀物厚度的間隔，以便于組裝。圖2所示的板片波紋的上凸部分截面積大于兩個(gè)上凸波紋間下凹部分的截面積，當(dāng)然根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的需要，波紋上凸和下凹部分兩者的面積也可以是相等的。此外，可將板片制成其上的加熱介質(zhì)流道的波紋截面面積沿介質(zhì)流動(dòng)方向逐漸增大，而冷卻波紋截面面積沿介質(zhì)流動(dòng)方向逐漸減小。板片流道逐漸增大和減小既可以是連續(xù)增加長或減小，也可以是沿流道分段增大或減小。需特別說明的圖2給出的板片波紋為W形，但在實(shí)際的應(yīng)用中也可以是S形的，或V形的，甚至可以是與板片長度相傾斜的直線波紋。
本發(fā)明板片的組裝焊接參見圖6。其組配方式是首先將兩相鄰的板片以反面和板片波紋反向方式相互設(shè)置，并逐個(gè)焊在一起。即將第一個(gè)板片(即圖2給出的板片結(jié)構(gòu)，并且是將圖2所示面置于上面，將第二個(gè)板片(注第二個(gè)板片是與圖2所示的板片的波紋和波紋方向一致，但其上的缺口位置與第一個(gè)板片位置是相對(duì)的)繞板片AB邊轉(zhuǎn)動(dòng)180度，同時(shí)再繞板片上的短邊BC邊轉(zhuǎn)動(dòng)180度，再將第二個(gè)板片扣放于第一個(gè)板片之下，這時(shí)的第一個(gè)板片和第二個(gè)板片間是以其折邊8的底部13相互接觸，而兩個(gè)板片上波紋方向是相反的，即當(dāng)?shù)谝粋€(gè)板片上波紋為W形時(shí)，第二個(gè)板片上的波紋為M形，同時(shí)第一個(gè)板片上的凸起波紋與第二個(gè)板片上的凸起波紋交叉相接觸，兩片板片上的凹處與凹處相對(duì)應(yīng)，而兩板片折邊8上的缺口各處于相同的位置。將兩板片的折邊8的底部13沿長邊AB和CD相互焊合，使兩板片間固定并密封，兩板片間形成的凸起與凸起接觸處形成流道內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)，而兩板片的凹處與凹處相互對(duì)應(yīng)，形成板間復(fù)雜的空間網(wǎng)狀流道的流道，而板片間未焊合的短邊部分BC和DA則為第一和第二板片間流體流道的進(jìn)口和出口。這時(shí)即完成了第一組的兩板片間的組裝焊接。重復(fù)前述的組裝焊接，直到組裝的板片組數(shù)量達(dá)到設(shè)計(jì)要求的數(shù)量。再將各板片組進(jìn)行組裝即構(gòu)成本發(fā)明的換熱組件，也就是換熱板束。板片組間的組裝焊接，參見附圖6和附圖7。以有四個(gè)板片的換熱器為例，在第一組板完成組裝后，將第二個(gè)板片組置于第一板片組的第二個(gè)板片上，顯然第二個(gè)板片與第二板片組間的第一個(gè)板片只能是以折邊8相接觸，應(yīng)當(dāng)注意的是此時(shí)應(yīng)注意保持使第一板片組的第二個(gè)與第二板片組的第三板片(也就是第二板片組的第一個(gè)板片)間的波紋方向同樣以相反方向設(shè)置，即第二個(gè)板片的波紋為M形時(shí)，第三個(gè)板片的波紋為W形。在這種狀態(tài)下兩組板片上的缺口9是處于同一個(gè)位置。將第二個(gè)板片與第三個(gè)板片沿折邊8進(jìn)行焊合，使兩片板片間固定并密封，而板片上未焊合的缺口9自然成為介質(zhì)液體流道流入和流出的通道，同時(shí)在兩板片間凸起波紋與凸起波紋以網(wǎng)狀形式相接觸成為第二個(gè)板片與第三個(gè)板片間流道內(nèi)的支撐結(jié)構(gòu)，而各板片波紋的凹處與凹處相對(duì)應(yīng)形成板片間的復(fù)雜空間流道。設(shè)于各板片折邊8上的缺口9則為板片組間流體流道流入或流出的通道。重復(fù)以上的各步驟可將各板片組組裝焊接成設(shè)計(jì)要求換熱組件(也就是換熱板片束)。在整個(gè)板束組裝焊接完成后，再在板束的兩端用壓緊板3和螺栓16進(jìn)行固定，再在板束的缺口9處和板片的短邊處分別焊接管板和導(dǎo)流箱或匯流箱等，再用螺栓固定導(dǎo)流箱和匯流箱的封頭，即可完成本發(fā)明的全部組裝工作。完成組裝后的換熱組件2內(nèi)的流道剖面圖參見圖7，其中8為折邊焊接處，而13則為折邊8底部和焊接處，由于板片采用的是如圖2所示的板片，其板片兩側(cè)形成的流道截面積是不相等的，14為大截面流道，而15所示的深色區(qū)域則為小截面流道。
關(guān)于板片間的焊接，發(fā)明人建議最好采用壓應(yīng)力縫焊的焊接工藝或激光焊接等工藝進(jìn)行焊接，這樣可以使焊縫耐壓密封性能更佳。
在本發(fā)明的導(dǎo)流箱內(nèi)可以設(shè)置與進(jìn)管軸線相傾斜的帶小孔的導(dǎo)流板11，參見圖6。
本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)如上所述，當(dāng)采用不同波紋的板片即形成本發(fā)明的多種不同的實(shí)施例。如采用板片中兩種介質(zhì)流道等截面積(也就是板片上的上凸波紋和下凸波紋面積相等)，或者兩種介質(zhì)流道截面積不等；或者采用沿流體流動(dòng)方向的流道面積為等面積，或者采用沿流體流動(dòng)方向的流道面積增加或減小的結(jié)構(gòu)等。
以下再提供本發(fā)明的幾個(gè)最佳實(shí)施例在薄片17(可以是金屬材料的，也可以采用非金屬材料)上開小孔18，如圖8所示，并將薄片17按板片1的形狀成型，將其事先焊接于板片1上，也可以是直接敷于板片1上，再按前述組裝焊接方式進(jìn)行組裝，形成剖面如圖9所示的流道結(jié)構(gòu)。由于在小截面流道15的壁上有小孔18，使壁面更為粗糙，可以有效克服液體流動(dòng)是在壁面產(chǎn)生的層流底層，進(jìn)一步提高本發(fā)明的換熱效率。如果在板片間敷有或直接夾有網(wǎng)狀物，也同樣可以起到與前述效果相同的作用。
如果所用的板片1的表面以機(jī)械或化學(xué)或物理的方式形成微小的凸起顆粒或微小凹陷，或者在板片中間夾有網(wǎng)狀物，也可以實(shí)現(xiàn)與上一實(shí)施例相同的效果另外的實(shí)施例。如果在板片1表面所附著的顆粒為催化劑，即可以用本發(fā)明作為反應(yīng)器。
圖10是對(duì)三種介質(zhì)間進(jìn)行熱交換的裝置的示意圖，其中在導(dǎo)流箱4內(nèi)用隔板12將導(dǎo)流箱分為上下兩部分，同時(shí)將換熱板束2也分為上下兩部分，其中液體進(jìn)管17將一種介質(zhì)引入板束2的上面，而液體進(jìn)管18將第二種介質(zhì)引入板束2的下面部分，如此，可實(shí)現(xiàn)用一臺(tái)設(shè)備同時(shí)進(jìn)行多種介質(zhì)的熱交換作業(yè)。
權(quán)利要求
1.一種板束式換熱器，其中包括由至少四片其上有波紋的板片(1)永久連在一起的換熱組件(2)，設(shè)于換熱組件外的兩壓緊板(3)，用于固定兩壓緊板的螺栓(4)，以及設(shè)于換熱組件(2)上至少兩個(gè)使換熱介質(zhì)分別進(jìn)入或流出換熱組件(2)內(nèi)的輸入裝置(5)和輸出裝置(6)，其特征在于其上有W形或S形或V形波紋或與板片長度方向相傾斜的直邊波紋的板片(1)的四周帶有向上的折邊(8)，使板片(1)呈盤狀，且在板片的對(duì)邊位置的折邊處各有用于使換熱介質(zhì)流入該面的一段缺口(9)，位于板片上的向上凸的波紋高度與折邊(8)的高度基本相等，而板片下凸部分與板片折邊(8)下底平齊，兩相鄰的板片以反面反向方式相互設(shè)置，形成各板片上波紋的凸起與凸起相接觸，凹處與凹處相對(duì)應(yīng)，將折邊相對(duì)的兩個(gè)板片在折邊(8)處焊接固定，將折邊不相對(duì)的板片在兩相對(duì)的折邊(8)的下底位置焊接固定，形成換熱組件(2)，并在組件的板束內(nèi)形成空間網(wǎng)狀流道，板束上缺口(9)位置和板束間未焊接的折邊下底位置處分別固定有導(dǎo)流箱(5a)、(6a)和匯流箱(5b)、(6b)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板束式換熱器，其特征在于在兩片板片間夾有一層網(wǎng)狀物。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板束式換熱器，其特征在于各板片的波紋面上還帶有微小的凸起顆?；蛭⑿〉陌枷?。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的板束式換熱器，其特征在于各板片上另敷有或焊有一薄片，在該薄片上均勻分布有小孔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的板束式換熱器，其特征在于板片(1)的上凸波紋部分截面積和兩上凸波紋間下凹部分的截面積不等。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的板束式換熱器，其特征在于構(gòu)成加熱介質(zhì)流道的板片波紋截面面積沿介質(zhì)流動(dòng)方向逐漸增大。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的板束式換熱器，其特征在于構(gòu)成冷卻介質(zhì)流道的板片波紋截面面積沿介質(zhì)流動(dòng)方向逐漸減小。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的板束式換熱器，其特征在于構(gòu)成冷卻介質(zhì)流道的板片波紋截面面積沿介質(zhì)流動(dòng)方向逐漸減小。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的板束式換熱器，其特征在于導(dǎo)流箱(5a)和(6b)內(nèi)設(shè)置有與介質(zhì)進(jìn)入管軸線傾斜布置的帶孔導(dǎo)流板(11)。10、根據(jù)權(quán)利要求8所述的板束式換熱器，其特征在于導(dǎo)流箱(5)和匯流箱(6)上各自至少設(shè)有兩個(gè)介質(zhì)流動(dòng)管，在匯流箱和導(dǎo)流箱內(nèi)至少設(shè)有將一個(gè)介質(zhì)流動(dòng)管與部分流道隔絕的一個(gè)隔板(12)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種可使至少兩種介質(zhì)進(jìn)行熱交換的裝置，特別是一種板式熱交換器。本發(fā)明的板片上壓有W形或S形或V形波紋，或與板片長度方向相傾斜的直線形波紋，在板片的四周帶有向上的折邊，板片的對(duì)邊位置的折邊處的對(duì)應(yīng)位置各有用于使換熱介質(zhì)流入該面一段缺口。各板片以兩相鄰的板片反面反向方式相互設(shè)置，形成各板片上波紋的凸起與凸起交叉相接觸，凹處與凹處交叉相對(duì)應(yīng)的結(jié)構(gòu)，并焊接在一起。
文檔編號(hào)F28D9/02GK1598468SQ0313460
公開日2005年3月23日 申請(qǐng)日期2003年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年9月15日
發(fā)明者彭鎖華 申請(qǐng)人:彭鎖華