專利名稱：具有襯有波紋管的連接管道的板式熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種板式熱交換器，該熱交換器包括兩塊比較厚的框板，在框板之間設(shè)置有一組固定連接的比較薄的傳熱板。這些傳熱板例如可以通過(guò)熔焊、釬焊或粘結(jié)進(jìn)行連接。傳熱板上具有進(jìn)口和出口，進(jìn)口和出口形成使至少一種熱交換流體通過(guò)該組傳熱板的流路。這些流路與各熱交換板之間的區(qū)域內(nèi)形成的流動(dòng)通道相連通。至少一塊框板上具有一些通孔，這些通孔與所述流路及連接管道內(nèi)部連通，而連接管道與所述框板固定連接。各傳熱板之間的流動(dòng)通路、通過(guò)板組的流路、框板中的通孔以及連接管道的內(nèi)部形成流動(dòng)路徑系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以使熱交換流體流過(guò)板式熱交換器。
在上述板式熱交換器中，傳熱板通常由不銹鋼構(gòu)成，而為了節(jié)約成本，框板和連接管道用的板材不是不銹鋼。為了防止具有孔的框板和與其連接的連接管道與熱交換流體接觸，通常在框板的通孔中和連接管道中設(shè)置一些內(nèi)襯，這些內(nèi)襯所用的材料最好與傳熱板材料相同。內(nèi)襯與最靠近框板的外傳熱板固定連接，并處于框板的進(jìn)出口周圍。
上述設(shè)置在板式熱交換器中的內(nèi)襯會(huì)引起某些問(wèn)題。傳熱板和內(nèi)襯很薄，而且希望使其與熱交換流體直接進(jìn)行接觸，這樣可以使板式熱交換器的各個(gè)構(gòu)件很快適應(yīng)熱交換流體的溫度，因而這些構(gòu)件的長(zhǎng)度變化很快。另一方面，這些框板遠(yuǎn)比傳熱板和內(nèi)襯厚，而且不與熱交換流體直接進(jìn)行熱接觸。所以，框板的一側(cè)與所述板組的外部傳熱板接觸，而另一側(cè)與環(huán)境空氣接觸，這樣框板的長(zhǎng)度變化要比傳熱板的長(zhǎng)度變化小，特別是框板的長(zhǎng)度變化要比傳熱板的長(zhǎng)度變化慢。
傳熱板和框板的不同長(zhǎng)度變化使內(nèi)襯、它們與外部傳熱板的連接件以及在進(jìn)出口周圍的外部傳熱板的定位均受到會(huì)使材料斷裂的較強(qiáng)的作用力，從而導(dǎo)致熱交換器泄漏。如果傳熱板和內(nèi)襯均由奧氏體不銹鋼制成，這些作用力就會(huì)很大，奧氏體不銹鋼的線性膨脹系數(shù)比非不銹鋼的膨脹系數(shù)大許多，而框板通常是由非不銹鋼制成的。
在WO95/31687A1中公開了一種解決上述問(wèn)題的方案，上述問(wèn)題是在所述板式熱交換器中的內(nèi)襯材料破裂。該板式熱交換器有連接管道10，連接管道內(nèi)部有內(nèi)襯11。具有與最靠近框板6的傳熱板3的固定連接件的內(nèi)襯11設(shè)置在各連接管道10中，同時(shí)在各內(nèi)襯11和連接管道之間留有間隙。連接管道10和內(nèi)襯11的長(zhǎng)度最好為連接管道的直徑的兩倍。內(nèi)襯的長(zhǎng)度和所述間隙使內(nèi)襯能夠在各自管道中沿徑向運(yùn)動(dòng)。因此，減少了作用在內(nèi)襯上、作用在固定連接件上和作用在傳熱板上的力。
上述板式熱交換器的主要優(yōu)點(diǎn)在于其結(jié)構(gòu)緊湊。但是，在WO95/31687A1中公開的板式熱交換器也存在這方面的問(wèn)題。根據(jù)WO95/31687，所述連接管道比較長(zhǎng)，例如它為連接管道直徑的兩倍，以便使內(nèi)襯能夠沿徑向運(yùn)動(dòng)到所要求的范圍。實(shí)際上，即使所用的連接管道較長(zhǎng)，例如板式熱交換器的傳熱板的尺寸為1750×750mm，孔徑為200mm的孔上可以有長(zhǎng)度為800mm的連接管道。這些較長(zhǎng)的連接管道使板式熱交換器沒(méi)有通常所要求的那樣緊湊。同時(shí)也已證明，在這種方法設(shè)計(jì)的板式熱交換器中有時(shí)會(huì)出現(xiàn)材料故障，在大多數(shù)情況下，故障出現(xiàn)在外部傳熱板的各孔周圍。
本發(fā)明的目的在于提供一種板式熱交換器，該板式熱交換器的連接管道中具有內(nèi)襯，本發(fā)明的板式熱交換器比WO95/31687A1公開的板式熱交換器更加緊湊。本發(fā)明的基礎(chǔ)為上述限定的板式熱交換器，其中各個(gè)內(nèi)襯與一個(gè)外部傳熱板固定連接，各個(gè)內(nèi)襯留有可以在連接管道內(nèi)以及在框板通孔內(nèi)進(jìn)行徑向移動(dòng)的空間。本發(fā)明的主要特征在于各個(gè)內(nèi)襯上具有至少一個(gè)適用的波紋管，當(dāng)所述一塊框板和所述傳熱板之間沿整個(gè)連接管道作相對(duì)移動(dòng)時(shí)，內(nèi)襯易于彎曲。這樣，作用在內(nèi)襯、固定連接件以及最靠近連接件的外部傳熱板上的應(yīng)力減少。
利用本發(fā)明，各個(gè)連接管道可以很短，而只需考慮讓所述波紋管具有足夠的軸向長(zhǎng)度，使內(nèi)襯作所需的徑向移動(dòng)，而不會(huì)使其受到不能接受的強(qiáng)力。所以，本發(fā)明的板式熱交換器可以做得比WO95/31687A1的板式熱交換器更加緊湊。因而，上述尺寸的板式熱交換器的連接管道約比現(xiàn)有技術(shù)的短半米。
在所述WO-文件的板式熱交換器中，當(dāng)板式熱交換器所用的情況出現(xiàn)其中至少一種熱交換流體中斷流動(dòng)時(shí)，有時(shí)會(huì)發(fā)生材料斷裂現(xiàn)象。這種流動(dòng)引起的溫度變化會(huì)使內(nèi)襯、它們的固定連接件以及外部傳熱板周圍的負(fù)荷產(chǎn)生變化。這種負(fù)荷變化增強(qiáng)了疲勞和疲勞斷裂。而本發(fā)明的內(nèi)襯上具有波紋管的板式熱交換器可以經(jīng)受的溫度變化是內(nèi)襯上沒(méi)有波紋管的板式熱交換器可以經(jīng)受的溫度變化的十倍。這樣，可以在出現(xiàn)疲勞斷裂以前大大提高溫度變化的極限次數(shù)。如此大的極限次數(shù)可以完全避免板式熱交換器中的材料斷裂。
如果本發(fā)明的內(nèi)襯上具有波紋管的板式熱交換器用在經(jīng)常發(fā)生溫度變化的場(chǎng)合，可以使用板式熱交換器的溫度范圍比內(nèi)襯上沒(méi)有波紋管的板式熱交換器的溫度范圍大。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，內(nèi)襯有兩個(gè)波紋管，在內(nèi)襯的各端有一個(gè)波紋管，波紋管之間設(shè)置一個(gè)無(wú)波紋管的內(nèi)襯部件。根據(jù)本發(fā)明，即使內(nèi)襯上有兩個(gè)波紋管，具有內(nèi)襯的板式熱交換器也可以做得比內(nèi)襯上沒(méi)有任何波紋管的板式熱交換器緊湊。設(shè)置兩個(gè)波紋管可以使各個(gè)波紋管的彎曲程度小于專用波紋管的彎曲程度，所以，疲勞斷裂的危險(xiǎn)性更小。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明，

圖1和圖2表示本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例。
圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的固定連接板式熱交換器的局部斷面圖。利用例如熔焊將若干矩形傳熱板2彼此固定連接在一起，從而形成板組3。各傳熱板2上有四個(gè)孔4，它們均處在傳熱板2的各個(gè)角上。傳熱板2的孔形成四個(gè)流路，這些流路使熱交換流體流過(guò)板組3。圖1中僅示出兩個(gè)流路5a,5b，它們分別形成一種熱交換流體的進(jìn)口和另一種熱交換流體的出口。板組3設(shè)置在兩個(gè)框板之間，圖1中僅示出一個(gè)框板6。利用若干螺栓7將這兩個(gè)框板固定在一起。
框板6上具有與各個(gè)流路5a,5b對(duì)齊的通孔8。連接管道9在通孔8中與框板6固定連接。利用連接管道9就可使板式熱交換器1連接到一些管件上，兩種熱交換流體通過(guò)這些管件分別流入和流出板式熱交換器1。連接管道9的內(nèi)側(cè)具有內(nèi)襯10，各個(gè)內(nèi)襯10上有一個(gè)波紋管11。在各個(gè)連接管9和其內(nèi)襯10之間留有間隙12。各個(gè)內(nèi)襯10的一端通過(guò)連接件13固定連接到其孔4周圍的外部傳熱板14上。中間環(huán)15可以是連接件13的一個(gè)組件，這樣易于使內(nèi)襯10與外部傳熱板14連接。所形成的內(nèi)襯10的另一端應(yīng)使該端部能夠夾在連接管9上的法蘭16和上述一個(gè)管件上的法蘭(未示出)之間。圖1中僅示出四個(gè)連接管道和內(nèi)襯中的兩個(gè)。
在傳熱板2之間形成兩種熱交換流體的流動(dòng)通道17。各個(gè)第二流動(dòng)通道與一種流體的進(jìn)口流路5a連通，但要對(duì)其進(jìn)行密閉使其不與另一種流體的出口流路5b連通。另一個(gè)流動(dòng)通道密閉不與進(jìn)口流路5a連通，但要與另一流體的進(jìn)口流路(未示出)及出口流路5b連通。
當(dāng)板式熱交換器1運(yùn)行時(shí)，板組3和框板6之間的溫差通常升高，使板組3和框板6的長(zhǎng)度受到不同的變化。例如，假定外部傳熱板14的伸長(zhǎng)比框板6的伸長(zhǎng)多，則內(nèi)襯10的固定連接件10會(huì)相對(duì)于連接管道9移動(dòng)。因而連接件13和內(nèi)襯10在連接管道9的一端內(nèi)作徑向移動(dòng)，這是因?yàn)橛辛碎g隙12的緣故。在連接管道9的另一端部，也就是說(shuō)在法蘭16的區(qū)域內(nèi)，內(nèi)襯10基本沒(méi)有相對(duì)于連接管道的移動(dòng)。
當(dāng)內(nèi)襯10的一端作徑向移動(dòng)時(shí)，內(nèi)襯10會(huì)彎曲，所以內(nèi)襯10的某些部分伸長(zhǎng)，而其余部分縮短。波紋管11用于承擔(dān)這些伸長(zhǎng)和縮短，因而減少了作用在內(nèi)襯10、固定連接件13以及最靠近連接件13部位的外部傳熱板14上的應(yīng)力。
圖2給出的是本發(fā)明板式熱交換器的內(nèi)襯的第二優(yōu)選實(shí)施例。圖1和圖2中的類似部件用相同的標(biāo)號(hào)表示。
圖2中的板式熱交換器1和上述熱交換器基本相同，差別在于內(nèi)襯10的設(shè)計(jì)。如圖所示，每個(gè)內(nèi)襯10上有兩個(gè)波紋管18,19；內(nèi)襯10的各端有一個(gè)波紋管。各單個(gè)波紋管18,19受到的彎曲力比圖1實(shí)施例的單一波紋管11受到的彎曲力小。
各單個(gè)波紋管18,19均有足夠多的波紋以實(shí)現(xiàn)其目的。在只有一個(gè)波紋管的內(nèi)襯中，該波紋管有10-12個(gè)波紋就夠了。而在有兩個(gè)波紋管的內(nèi)襯中，各個(gè)波紋管最好有5個(gè)波紋。
波紋管的波紋最好不是尖的，而應(yīng)為弧形，例如為多個(gè)相連的半圓的形狀。
上述波紋管，特別是在只有一個(gè)波紋管的內(nèi)襯中的波紋管最好能做成多層波紋管，也就是說(shuō)，波紋管可以包括若干層金屬薄片。
權(quán)利要求
1．一種板式熱交換器(1)，該熱交換器包括-具有進(jìn)口和出口(4)的傳熱板(2)的板組(3)，所述進(jìn)出口形成使至少一種熱交換流體流過(guò)板組(3)的流路；-兩塊框板(6)，將所述傳熱板(2)的板組(3)安裝在這兩塊框板之間，使板組(3)的外部傳熱板(14)靠近其中一塊框板(6)，所述的至少一塊框板(6)上有至少一個(gè)通孔(8)，該通孔與所述的其中一個(gè)流路連通；-至少一個(gè)連接管道(9)，該連接管道與所述一個(gè)框板(6)繞其通孔(8)固定連接；和-至少一個(gè)管形內(nèi)襯(10)，利用固定連接件(13)將該內(nèi)襯與其中所述一個(gè)孔(4)周圍的外部傳熱板(14)連接，該內(nèi)襯延伸通過(guò)所述通孔(8)，所述連接管道(9)和內(nèi)襯(10)之間留有空間(12)，以便使內(nèi)襯在連接管道(9)中作徑向移動(dòng)，其特征在于一所述內(nèi)襯(10)上具有至少一個(gè)適用的波紋管(11)，當(dāng)所述一個(gè)框板(6)和所述外部傳熱板(14)之間沿整個(gè)連接管道(9)的方向作相對(duì)移動(dòng)時(shí)，使內(nèi)襯便于彎曲。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的板式熱交換器，其特征在于內(nèi)襯(10)有兩個(gè)波紋管(18,19)，在內(nèi)襯(10)的各端有一個(gè)波紋管(18,19)，波紋管(18,19)之間設(shè)置一個(gè)無(wú)波紋管內(nèi)襯的部件。
3．根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的板式熱交換器，其特征在于所述內(nèi)襯(10)和外部傳熱板(14)之間的固定連接件(13)包括一個(gè)中間環(huán)(15)。
4．根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的板式熱交換器，其特征在于所述波紋管(11或18,19)的波紋為弧形。
5．根據(jù)上述任一權(quán)利要求所述的板式熱交換器，其特征在于所述波紋管(11,18,19)為包括若干層金屬薄片的多層波紋管。
全文摘要
一種板式熱交換器(1),該熱交換器包括:安裝在兩個(gè)框板之間的傳熱板(2)的板組(3),至少一個(gè)框板(6)上具有用于一種或兩種熱交換流體的連接管道(9)。所述連接管道(9)內(nèi)具有內(nèi)襯(10),該內(nèi)襯在孔(4)的周圍固定連接到所述傳熱板(2)的板組(3)的外部傳熱板(14)上。所述連接管道和各內(nèi)襯(10)之間留有空間(12),以便使內(nèi)襯在連接管道(9)中作徑向移動(dòng),所述內(nèi)襯上具有至少一個(gè)適用的波紋管(11),當(dāng)所述一個(gè)框板(6)和所述外部傳熱板(14)之間沿整個(gè)連接管道(9)的方向作相對(duì)移動(dòng)時(shí),使內(nèi)襯便于彎曲。這樣可以得到一個(gè)非常緊湊的板式熱交換器(1)。
文檔編號(hào)F28F9/02GK1222228SQ9719556
公開日1999年7月7日 申請(qǐng)日期1997年6月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月28日
發(fā)明者R·布洛姆格倫 申請(qǐng)人:阿爾法拉瓦爾有限公司