CN103335546B - 一种板式换热器 - Google Patents

Abstract

本发明属于换热设备技术领域，具体涉及一种新型的板式换热器。本发明包括若干其上开设有贯穿孔的换热板片层叠形成换热基体，各相邻换热板片的贴靠面间形成用于导流介质的导流通道，换热板片上的贯穿孔同轴设置形成连通外部设备的进、出液孔，换热基体的前后端面处分置有用于夹紧该换热基体的前、后端板，前、后端板上开设有贯穿其板体的用于与换热基体上的进、出液孔同轴配合的换热孔道，换热器还包括用于贯穿固接前后端板并使前、后端板及换热板组间形成刚性配合的拉杆；换热基体与前、后端板间预留有供换热基体沿其进、出液孔径向方向活动的间隙。本发明结构简单，可在高温高压及压力和温度变化较为苛刻的条件下仍然具有良好的安全可靠性能。

Description

一种板式换热器

技术领域

本发明属于换热设备技术领域，具体涉及一种新型的板式换热器。

背景技术

换热元件是构成各种换热器、空冷器、蒸发器、预热器等换热设备的主要部件，其形式和种类繁多，主要分为管束和板式两大类。其板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器；各种板片之间形成薄矩形通道，通过半片进行热量交换。板式换热器是液—液、液—汽进行热交换的理想设备，较之管束类换热器而言，板式换热器以其换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点而被越来越多的企业所了解并接受。

早期的板式换热器结构，其构造都趋近于焊接式的全刚性固定结构，往往导致在温差骤变的冷热变温换热下而需要结构适当作出所需形变时，其结构本身却在前述刚性固定约束的作用下而无法产生相应形变，最终致使板束类换热设备的耐温耐压性能远不如管束类换热设备，从而使得板束类换热设备的应用场合局限性很大。

鉴于上述情况，申请人为孙长德的于1997年12月20日申请的名称为《新型复合材料板式换热器》(申请号：97230969.1)的实用新型专利描述了如下结构：包括若干板片层叠构成的换热基体，换热基体的最前及最后端面上分别布置有金属端板，换热器还包括用于固接两金属端板的螺纹拉杆，所述螺纹拉杆在金属端板外侧和螺母之间的螺纹拉杆段还装有压紧弹簧。上述结构在使用时，变传统的全钢性约束为柔性约束，很好的解决了目前换热器的耐温耐压问题，然而，一方面，由于压紧弹簧本身持续受压，往往易于发生疲劳形变作用，从而对换热器的实际使用状态产生影响；同时，压紧弹簧毕竟不是刚性约束方式，在长期热胀冷缩效应作用下，往往因其压紧力的下降而导致换热基体与金属端板的相对位置产生差异，而致使贯穿两者的各进出液孔道承力过大乃至出现结构问题，这些都是在使用时需要竭力避免的；另一方面，该结构仅仅注重于沿拉杆轴向的柔性约束目的，而对其沿拉杆径向也即板体板面方向的约束并无描述，实际上目前换热基体上的进出液孔道内孔壁、金属端板的进出液孔道内孔壁以及连接该进出液孔道与外部设备管路间的法兰盘的外壁间为追求结构稳定，都采用严密的螺纹固接或紧密插接结构，彼此间在径向上无相对位移，这些都导致了其耐温耐压性能的降低；此外，温变速率与金属制件的厚度成反比，当两金属制件A和B的厚度差异较大时，二者温差值的大小主要由厚度较小的金属制件的温变速率所决定，目前结构的板体彼此全焊接为一体，且板体与金属端板间为直接抵合焊接而两者间厚度差异极大，厚度较小的金属制件即板体对温变的响应非常敏感，单位时间内的自身温差远大于厚度较大的金属制件即厚板，从而在焊接约束条件下，使薄板状板体产生瞬间温差应力。如何寻求一种结构简单的换热器夹紧机构，以通过其本身的结构特性而保证其高耐温耐压性能，为本领域技术人员所迫待解决的技术难题。

发明内容

本发明的目的是提供一种结构简单的板式换热器，可在高温高压及压力和温度变化较为苛刻的条件下仍然具有良好的安全可靠性能。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：一种板式换热器，包括若干其上开设有贯穿孔的换热板片层叠形成换热基体，所述各相邻换热板片的贴靠面间形成用于导流介质的导流通道，换热板片上的贯穿孔同轴设置形成连通外部设备的进、出液孔，换热基体的前后端面处分置有用于夹紧该换热基体的前、后端板，前、后端板上开设有贯穿其板体的用于与换热基体上的进、出液孔同轴配合的换热孔道，所述换热器还包括用于贯穿固接前后端板并使前、后端板及换热板组间形成刚性配合的拉杆；所述换热基体与前、后端板间预留有供换热基体沿其进、出液孔径向方向活动的间隙。

由于上述方案，本发明具备的有益效果在于：摒弃了传统的全固接式的或弹性固接式的换热器，而使得所述换热基体的设置在垂直于进出液孔方向的上下左右侧均为自由端，也即当处于换热过程中时，换热基体中的换热板片可沿着平行于夹紧机构也即拉杆的径向产生形变及小幅度移动，从而相对于传统技术中的全刚性约束的方案来说，本发明将因热胀冷缩产生的线应变转换为允许范围内的可控范围变形，采用了去除约束的板束结构设计以消除或减小了约束影响，使换热基体在拉杆的刚性夹紧机构中呈现出独立的柔性，因而有效地避免了产生高危温差应力的可能，从而使的在高温高压及压力和温度变化较为苛刻的条件下，本换热器仍然具有良好的安全可靠性能。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是换热板片的结构示意图。

图3的图2的A-A剖视图。

图4是换热基体的结构示意图。

图5是两相邻换热板片之间通过孔沿焊缝联接在一起的结构示意图。

图6是图5的B-B剖视图。

图7是换热基体与壳层进出液管单元及板层进出液管单元相连接的结构示意图。

图8是图7的Ⅰ部放大示意图。

图9是图7的Ⅱ部放大示意图。

图10是图7的Ⅲ部放大示意图。

图11是封条的结构示意图。

图12是图11的F-F剖视图。

图13是壳层进出液管单元的结构示意图。

图14是图13的K向视图。

图15是换热基体、前端板、板层进出液管单元大端部以及端板的联接结构示意图。

图16是板层进出液管单元的大端部结构示意图。

图17是垫板的结构示意图。

图18是本发明的换热流程示意图。

图19～22是本发明的制造流程示意图。

具体实施方式

一种板式换热器，包括若干其上开设有贯穿孔10a的换热板片10层叠形成换热基体，所述各相邻换热板片10的贴靠面间形成用于导流介质的导流通道，换热板片10上的贯穿孔10a同轴设置形成连通外部设备的进出液孔，换热基体的前后端面处分置有用于夹紧该换热基体的前端板31和后端板32，前端板31和后端板32上开设有贯穿其板体的用于与换热基体上的进出液孔同轴配合的换热孔道，所述换热器还包括用于贯穿固接前端板31和后端板32并使前端板31和后端板32及换热基体间形成刚性配合的拉杆40；所述换热基体与前端板31和后端板32间预留有供换热基体沿其进出液孔径向方向活动的间隙。

本发明实际结构如图1-22所示，这样，依靠摒弃了传统的全固接式的或弹性固接式的换热器，而使得所述换热基体的设置在垂直于进出液孔方向的上下左右侧均为自由端，同时再依靠预留换热基体的热膨胀活动间隙，从而实现换热基体的指定方向的限定范围内的活动目的；换句话说，此时由于换热基体与前端板31和后端板32之间不存在任何焊接连接，当受热膨胀时，换热基体可沿进出液孔径向方向也即换热板片10的板面所限定的方向相对移动，当处于换热过程中时，换热基体中的换热板片10可沿着平行于夹紧机构也即拉杆40的径向产生热膨胀形变和小幅度移动，从而相对于传统技术中的全刚性约束的方案来说，本发明将因热胀冷缩产生的线应变转换为允许范围内的可控范围变形，采用了去除约束的板束结构设计以消除或减小了约束影响，使换热基体在拉杆40的刚性夹紧机构中呈现出独立的柔性，因而有效地避免了产生高危温差应力的可能，从而使的在高温高压及压力和温度变化较为苛刻的条件下，本换热器仍然具有良好的安全可靠性能。

作为本发明的进一步优选方案：所述换热器包括连通外部设备与换热基体的板层进出液管单元50及壳层进出液管单元60，换热板片10上的贯穿孔10a为两个且分置于其板片两端设置；所述板层进出液管单元50外形呈阶梯孔状且其上台阶部与前端板31内侧板面间形成单向挡位配合，阶梯孔状板层进出液管单元50的小端顺延并穿出前端板31上的换热孔道，且其小端外壁处套设固接有用于与其上阶梯部间共同夹设定位板层进出液管单元50的加强环51；所述换热器还包括垫板70，垫板70的板厚小于前端板31和后端板32的板厚且等于板层进出液管单元50的大端部厚度，所述垫板70为两个且呈平板状，两个垫板70分别贴靠塞焊在前端板31和后端板32的内侧板面处；板层进出液管单元50的小端部外壁与前端板31上的换热孔道内壁之间均设置有间隙；所述壳层进出液管单元60罩设于换热基体的上下两侧布置，其外形呈箱槽状且其开口端边沿与换热基体的相应端部间彼此密合固接设置，所述壳层进出液管单元60与换热基体之间设置有空腔，且壳层进出液管单元60的远离换热基体的一侧设置有与所述空腔相连通的壳程管道；所述导流通道包括连通壳层进出液管单元60的壳层通道21以及连通板层进出液管单元50的板层通道22，两通道间彼此避让设置。

与通常的直接设置于换热基体前后端面处的双通道进出液管不同，本发明一方面通过采用壳层进出液管单元60和板层进出液管单元50的不同位置布置，从而起到更高性能的热能传导及介质输送目的；另一方面，垫板70的设置，更是保证了整个换热基***于前端板31和后端板32相应内侧面的大压力夹持下的夹持平整性，最终为前端板31和后端板32的稳固夹持打下基础；此外，此处依靠限定垫板70和前端板31和后端板32以及板层进出液管单元50的大端部(也即常说的过渡板)厚度，如图15所示，从而起到有效地减小了各者间厚度差异的目的，从而保证在装配时各者间的有效可靠配合。

所述换热板片10为波纹薄板，其由导流区11和传热区12构成，所述导流区11呈半圆状且贯穿孔10a布置于导流区11板面处，所述传热区12呈矩形状，导流区11对称分布在传热区12的两侧，且两个导流区11与传热区12彼此相连为一个整体；所述换热板片10呈高低不平的起伏状，且其上贯穿孔10a的孔侧边缘共同所处的平面与换热板片10的外侧边缘所围成的平面相异；所述相邻换热板片10间贴靠在一起的外侧边缘互相焊接在一起构成外沿焊缝；换热器还包括多个并行排布且分置于换热基体沿平行于进出液孔轴线方向的左右两侧的薄壳状封条80；所述封条80的沿垂直于其长度方向的横截面呈弯弧状；所述封条80的沿其宽度方向的两边沿分别与两相邻的外沿焊缝焊接，所述封条80的沿其长度方向的上下两端沿所述外沿焊缝延伸至换热板片10上的导流区11的外侧处；所述壳层进出液管单元60的外侧槽面边沿与换热基体上的最外侧封条80的外侧边沿间紧密结合设置；所述壳层进出液管单元60与板层进出液管单元50间存有间距。

本发明中换热板片10的结构是在矩形状传热区的两侧设置两个半圆状的导流区11，即本发明中的换热板片10为两端呈半圆形而身段为矩形的板片状几何外形，贯穿孔10a分别开设在换热板片10的两端半圆形导流区的板面上；这种结构较常规矩形板型的几何要素连续均匀，应力均布更趋理想且应力集中度最小如图2-4所示。同时，本发明中封条80的沿垂直于其长度方向的横截面呈弯弧状，也即本发明中的封条80采用弓弧断面，从而使换热基体因温差产生的横向线胀增量转变为数段微小的弹性形变，减小了热应力对外沿焊缝的影响；本发明中的这种技术方案不但消除了换热基体的横向线胀增量影响，同时也使焊接结构易于实现。

进一步的，所述壳层进出液管单元60包括薄板状的箱板61和端板62；所述箱板61呈弯弧状，箱板61的沿弧长方向的两端与所述封条80的端部相连并焊接在一起；所述端板62设置为两块，两块端板62分设在箱板61的前后两侧，两端板62固接箱板61的弯弧状边缘并设置在换热基体前后两侧的外沿焊缝处；所述箱板61在两侧端板62之间的板体上设置有可弹性伸缩的膨胀环611，所述膨胀环611所处的环面垂直于换热基体上的进出液孔轴线设置。膨胀环的设置使壳层进出液管单元60的轴向热应变处于分段可控的范围内，从而减小了壳层进出液管单元60与封条焊接连接后热应变的影响，也即削弱了壳层进出液管单元60因温度引起的轴向线胀增量对焊接连接部件的影响，最终起到提高换热器的安全性和可靠性的目的。

更进一步的，所述垫板70包括前、后垫板且其形状与换热板片10的形状相吻合，垫板70的上下两端分别设置有与壳层进出液管单元50的大端部外壁相吻合的上端开口70a和下端开口70b，所述前垫板的上、下端开口与壳层进出液管单元50的大端部间配合其存有间隙，后垫板的上、下端开口处均设置有用于堵塞换热基体上进出液孔后端的盲板90；所述垫板70的外侧板面、壳层进出液管单元60的台阶面、前端板31的内侧板面均处于同一平面上。垫板上各开口的设置，保证了其他部件如板层进出液管单元50的实际装配；而对于背离板层进出液管单元50装配部位一侧的垫板70，由于其本身的开口只会导致介质溢出，因此采用盲板90填充密封的结构形式，从而对垫板70的各开口部位重新进行密闭焊接操作，最终保证整个换热基体的工作可靠性。

更进一步的，所述换热板片10厚度δ1为0.6～1.2mm，其材质为不锈钢或钛或镍基合金；所述封条80的板片厚度δ2为换热板片10厚度δ1的2～2.5倍；

设弯弧状封条80的沿其长度方向的横截面的外侧圆弧所对应的弦的长度为L，起伏状的换热板片10的两侧板面的高差值为H，则所述弦长L＝2H；

所述弯弧状封条80的沿其长度方向的横截面的外侧圆弧与其所对应的弦组成的弓形的弓高h为1.8～2.2mm；

所述封条80的材质与换热板片10的材质相同。

所述膨胀环611沿进出液孔轴向方向的设置数量多于一个，且两相邻膨胀环611中心之间的间距J按下式确定：

J＝4/T_B×α_Bmm

上式中：T_B为通过壳层进出液管单元的介质的最高温度，单位为℃；

α_B为壳层进出液管单元材质的线胀系数，单位为1/℃。

下面再结合附图对本换热器中的各个组成部分进行逐一说明。

1.1换热板片

如图2、3所示，换热板片10是整个换热器的核心传热部件，换热板片10的板片两端为半圆形的导流区11，中段为长方矩形的传热区12。供图1中换热介质A进出的进液用的贯穿孔10a和出液用的贯穿孔10a分别开设在半圆形导流区11的靠进端头的板面上。如图2所示，两半圆形的导流区11的板面上设计有不同夹角的导流波纹，矩形段传热区12的板面上设计各种不同用途的强化传热波纹。

如图3所示，换热基体10的贯穿孔10a的孔侧边缘即换热板片10的孔沿与换热板片10的外侧边缘即换热板片10的外沿位于相异的不同基面。

如图5、6、8所示，当两个换热板片10翻反对扣时，其孔沿相对紧贴对齐而形成孔沿对缝，对孔沿实施焊接将两换热板片10由孔焊连接成一对板组，即由孔焊相连的板组之间通过孔沿焊缝连接在一起。每一对板组的波纹彼此交叉形成密而均部的支撑触点，支撑触点之间又形成换热介质通道。由此可知，本发明中板组的结构方式既能承受载荷压力，又自然形成迷宫式的换热介质通道。

本发明中换热板片10的圆矩连续的几何要素及均部的波纹结构，使换热板片10具有均匀连续的弹性变形特性，低消了温差线应变产生的刚性的约束应力。换热板片10的厚度δ1为0.6～1.2mm，δ1优选为0.6～0.8mm,换热板片10选用不锈钢、钛、镍基合金等材质的薄板压制而成，单板尺寸范围为600×2000mm～1200×4000mm，可组焊的最大板束面积为3200M²。

1.2封条

如图11、12所示，封条80的横断面为弓弧形，封条80的材质与换热板片10的材质相同。如图12所示，封条80的板厚δ2为2～2.5倍换热板片10的板厚δ1；设弯弧状封条80的沿封条80长度方向的横截面的外侧圆弧所对应的弦的长度为L，图3中起伏状的换热板片10的两侧板面的高差值为H，则所述弦长L＝2H；所述弯弧状封条80的沿封条80长度方向的横截面的外侧圆弧与其所对应的弦组成的弓形的弓高h为1.8～2.2mm。

封条80的上述形状和结构使换热基体中产生的线性热应变得以转成数段可微弯的弹性形变，从而大大减小了热应力对外沿焊缝的影响。

封条80可通过碾拉方法制得。

1.3壳层进出液管单元

如图13、14所示，壳层进出液管单元60包括薄板状的箱板61端板62所述箱板61设有壳程管道，且箱板61上带有可弹性压缩的膨胀环611，膨胀环611的设置使壳层进出液管单元60的轴向热应变处在分段可控的范围内，大大减小了壳层进出液管单元60与封条80焊接连接后热应变的影响。膨胀环611之间的间距J按下式确定：

J＝4/(T_B×α_B)mm

上式中：T_B为通过箱槽的介质的最高温度，单位为℃；

        α_B为箱槽材质的线胀系数，单位为1/℃。

壳层进出液管单元60的轴向长度与设计组装的换热基体的面积有关，当壳层进出液管单元60所需轴向长度小于J值，可不设置膨胀环611。

1.4换热基体

如图7、10所示，换热基体主要由壳层进出液管单元60和封条80构成。

换热基体的主体由N组两片翻反对扣的换热板片10经孔沿焊接构成，具体的，由孔焊连接而成的板组依次垒叠，并施焊外沿连接而成，如图19～21所示。

如图10所示，两个换热板片10的外沿周边焊接封闭后，与焊孔连通形成的N个空腔既构成换热基体中的板层通道，以供A介质进出。任意两组翻反对扣的换热板片10之间均封焊有封条80，封条80的上下两端延伸至换热基体10的导流区11处，封条80与换热板片10之间以及两个换热板片之间构成换热基体中的导流通道。

在换热基体的上下两端处扣焊壳层进出液管单元60，并使得壳层进出液管单元60的箱板61封焊在封条80的端部外侧，壳层进出液管单元60的端板62通过端板焊缝焊接在换热基体最外侧的半圆周边外沿焊缝处，从而壳层进出液管单元60内空腔、换热基体中的壳程通道彼此连通形成通道，供B介质进出，如图18所示。

如图4所示，处于换热基体的最前端的首侧换热板片10的贯穿孔10a分别与壳层进出液管单元60的大端部端面也即前述过渡板板面相焊接，处于换热基体的后端的尾侧换热板片10的贯穿孔10a处则封焊有盲板90。板层进出液管单元50以及相应换热基体内通道连通形成所谓的板层通道，供A介质进出，如图18所示。

如图8、10所示，换热基体的换热面也即翻反对扣的换热板片板面上的波纹成正反交错，从而形成密集的支撑触点和流体通道，支撑触点既保证了换热基体的刚性和承压性能，又起到对介质的扰流作用。A和B介质在各自的流道内沿波纹板面成相向逆流的膜状流态，交错的波纹和触点对流体流动状态下的剧烈扰动更强化了流体的紊流效应，从而可得到比管束传热元件柱状流态高数倍的换热系数，大大提高了换热效率。

1.5夹紧机构

如图1、15所示，所述夹紧机构主要由垫板70和前端板31和后端板32以及加强环51和拉杆40构成。

垫板70的厚度与板层进出液管单元50的大端部厚度均相一致，垫板70紧贴换热基体前后两端的首尾换热板片的波纹板面处，使前端板31和后端板32的夹紧力通过垫板70施作于首尾换热板片的波纹面并进而传递至换热基体，最终达到板束承压的目的。

所述换热基体与垫板70和前端板31和后端板32之间不存在任何焊接连接，当受热膨胀时，换热基体可沿垫板70板面所限定的方向相对切向移动。

如图15所示，加强环51在安装时焊接在板层进出液管单元50的小端部管壁上，加强环51在焊接时紧贴前端板31，此时加强环51与板层进出液管单元50大端之间构成限定板层进出液管单元50位置的卡状结构，这种卡状结构使安装板层进出液管单元50时产生的弯矩力仅作用于前端板31，从而减少乃至避免了安装时对换热基体所产生的不利影响。

如图15所示，由于换热基体与夹紧机构中的部件的受热伸长量不同，因此本发明在垫板70的上端开口70a及下端开口70b和板层进出液管单元50的相应配合处之间均设置有间隙δ3；前端板31上的换热孔道与板层进出液管单元50相应配合处之间也都留有间隙δ4，间隙δ3与间隙δ4的设置避免了换热基体与前端板31之间因受热伸长量不同产生干涉而形成的约束，并防止了因前述约束产生的应力而致使换热基体与板层进出液管单元50相应处之间的焊缝失效。间隙δ3与间隙δ4之间的最小取值公式如下：

δ_L＝0.375α_p×(t_p－t₀)×L₀

上式中：α_p为换热基体材料的线胀系数，单位为1/℃。

        t_p为换热基体的最高使用温度，单位为℃；

        t₀为环境温度，单位为℃；

        L₀为环境温度下的接管中心距，单位为mm。

2.下面结合图1、18～22对本换热器的组装过程作详细说明

如图19所示，经模具压力机压制和冲剪床冲剪，制备得到单片换热板片10。

单片换热板片10采用圆形和矩形相组合的几何形状设计，板面设计用模具压制不同用途的波纹。焊接部位为换热板片10的孔沿和外沿，换热板片10的孔沿和外沿设置在相向的不同基面，通过模具冲剪使其待焊孔沿和外沿满足规矩整齐的自动氩弧焊接要求。

具体的，制备单片换热板片10的主要工艺路线为Ⅰ下料；→Ⅱ压制身段；→Ⅲ压制两端头；→Ⅳ切头；→Ⅴ剪边；→Ⅵ冲孔；→Ⅶ修切冲边；→Ⅷ检验；→Ⅸ清洗入库待焊。

如图20所示，将压制而成的两片换热板片翻反对扣在一起，然后在两片换热板片10彼此对接在一起的孔沿处实施孔焊，施焊后的两片换热板片10通过二者孔沿处的孔沿焊缝彼此连接为一组。

施焊后应严格按技术要求进行检查，检查步骤为目检；着色；密封检验，合格后方可进入下一板组组焊工序。

如图21所示，将按照图20所示制作得到的多个板组垒叠后依次对换热板片的半圆周边外沿和直边外沿进行焊接以组成板束换热部件，施焊后的板束换热部件在换热板片10的半圆周边处形成半圆周边外沿焊缝，并在换热板片10的直边外沿处形成直边外沿焊缝。

如图21所示，在板束换热部件的首侧换热板片10的进液孔处沿孔沿贴焊进液过渡板(此处的板层进出液管单元50为大端部构成进出液过渡板和小端构成板层进出液管的分体式对接固定结构，其大端部也即形成进出液过渡板)，然后在首侧换热板片10的出液孔处焊接出液过渡板，进液过渡板和出液过渡板在板层进出液管单元50与束换热部件的连接中起过渡和增强作用。

然后在板束换热部件的尾侧换热板片10贯穿孔10a处均沿孔沿贴焊盲板90。

如图22所示，在板束换热部件的外侧塞焊封条80构成焊接板束换热基体，所述封条80封焊在换热板片10的直边外沿处，且封条80延伸至换热板片80的导流区11处，所述封条80在板束换热部件的上、下端部位留出供B介质进出的缺口。

最后在换热基体的两端部依次焊接壳层进出液管单元60的端板62、箱板61、板层进液管和板层出液管，从而制成完整的换热基体。

如图1所示，在换热基体的外侧用夹紧机构安装紧固即可制成本发明中的板式换热器。

图1中所示的换热基体在垫板70、前端板31装卡完成后，在介质A的接管即板层进液管和板层出液管上套装加强环51，并使加强环51紧贴在前端板31的外侧，将加强环51的内环环焊于介质A的接管后再焊接外侧法兰，以完成换热器的组装。

温差应力只有同时具备温差和约束两个要素时才会产生，本发明中的技术方案一方面采用了大量的薄板焊接的结构方式，另一方面将因热胀冷缩产生的线应变转换为允许的弹性变形，并采用了去除约束的板束结构设计以消除或减小了约束影响，因而有效地避免了产生高危温差应力的可能。

定性分析结果表明，本发明中的焊接板束在外载压力4.0MPa、工作温度575℃的条件下拥有充裕的安全裕度。

Claims (7)

1.一种板式换热器，包括若干其上开设有贯穿孔(10a)的换热板片(10)层叠形成换热基体，所述各相邻换热板片(10)的贴靠面间形成用于导流介质的导流通道，换热板片(10)上的贯穿孔(10a)同轴设置形成连通外部设备的进出液孔，换热基体的前后端面处分置有用于夹紧该换热基体的前端板(31)和后端板(32)，前端板(31)和后端板(32)上开设有贯穿其板体的用于与换热基体上的进出液孔同轴配合的换热孔道，其特征在于：所述换热器还包括用于贯穿固接前端板(31)和后端板(32)并使前端板(31)和后端板(32)及换热基体间形成刚性配合的拉杆(40)；所述换热基体与前端板(31)和后端板(32)间预留有供换热基体沿其进出液孔径向方向活动的间隙；

所述换热器包括连通外部设备与换热基体的板层进出液管单元(50)及壳层进出液管单元(60)，换热板片(10)上的贯穿孔(10a)为两个且分置于其板片两端设置；所述板层进出液管单元(50)外形呈阶梯孔状且其上台阶部与前端板(31)内侧板面间形成单向挡位配合，阶梯孔状板层进出液管单元(50)的小端顺延并穿出前端板(31)上的换热孔道，且其小端外壁处套设固接有用于与其上阶梯部间共同夹设定位板层进出液管单元(50)的加强环(51)；所述换热器还包括垫板(70)，垫板(70)的板厚小于前端板(31)和后端板(32)的板厚且等于板层进出液管单元(50)的大端部厚度，所述垫板(70)为两个且呈平板状，两个垫板(70)分别贴靠塞焊在前端板(31)和后端板(32)的内侧板面处；板层进出液管单元(50)的小端部外壁与前端板(31)上的换热孔道内壁之间均设置有间隙；

所述垫板(70)包括前、后垫板且其形状与换热板片(10)的形状相吻合，垫板(70)的上下两端分别设置有与壳层进出液管单元(50)的大端部外壁相吻合的上端开口(70a)和下端开口(70b)，所述前垫板的上、下端开口与壳层进出液管单元(50)的大端部间配合且存有间隙，后垫板的上、下端开口处均设置有用于堵塞换热基体上进出液孔后端的盲板(90)；所述垫板(70)的外侧板面、壳层 进出液管单元(60)的台阶面、前端板(31)的内侧板面均处于同一平面上。

2.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于：所述壳层进出液管单元(60)罩设于换热基体的上下两侧布置，其外形呈箱槽状且其开口端边沿与换热基体的相应端部间彼此密合固接设置，所述壳层进出液管单元(60)与换热基体之间设置有空腔，且壳层进出液管单元(60)的远离换热基体的一侧设置有与所述空腔相连通的壳层管道；所述导流通道包括连通壳层进出液管单元(60)的壳层通道(21)以及连通板层进出液管单元(50)的板层通道(22)，两通道间彼此避让设置。

3.根据权利要求2所述的板式换热器，其特征在于：所述换热板片(10)为波纹薄板，其由导流区(11)和传热区(12)构成，所述导流区(11)呈半圆状且贯穿孔(10a)布置于导流区(11)板面处，所述传热区(12)呈矩形状，导流区(11)对称分布在传热区(12)的两侧，且两个导流区(11)与传热区(12)彼此相连为一个整体；所述换热板片(10)呈高低不平的起伏状，且其上贯穿孔(10a)的孔侧边缘共同所处的平面与换热板片(10)的外侧边缘所围成的平面相异；所述相邻换热板片(10)间贴靠在一起的外侧边缘互相焊接在一起构成外沿焊缝；换热器还包括多个并行排布且分置于换热基体沿平行于进出液孔轴线方向的左右两侧的薄壳状封条(80)；所述封条(80)的沿垂直于其长度方向的横截面呈弯弧状；所述封条(80)的沿其宽度方向的两边沿分别与两相邻的外沿焊缝焊接，所述封条(80)的沿其长度方向的上下两端沿所述外沿焊缝延伸至换热板片(10)上的导流区(11)的外侧处；所述壳层进出液管单元(60)的外侧槽面边沿与换热基体上的最外侧封条(80)的外侧边沿间紧密结合设置；所述壳层进出液管单元(60)与板层进出液管单元(50)间存有间距。

4.根据权利要求3所述的板式换热器，其特征在于：所述壳层进出液管单元(60)包括薄板状的箱板(61)和端板(62)；所述箱板(61) 呈弯弧状，箱板(61)的沿弧长方向的两端与所述封条(80)的端部相连并焊接在一起；所述端板(62)设置为两块，两块端板(62)分设在箱板(61)的前后两侧，两端板(62)固接箱板(61)的弯弧状边缘并设置在换热基体前后两侧的外沿焊缝处。

5.根据权利要求4所述的板式换热器，其特征在于：所述箱板(61)在两侧端板(62)之间的板体上设置有可弹性伸缩的膨胀环(611)，所述膨胀环(611)所处的环面垂直于换热基体上的进出液孔轴线设置。

6.根据权利要求3～5中任一项所述的板式换热器，其特征在于：所述换热板片(10)厚度δ1为0.6～1.2mm，其材质为不锈钢或钛或镍基合金；所述封条(80)的板片厚度δ2为换热板片(10)厚度δ1的2～2.5倍；

设弯弧状封条(80)的沿封条长度方向的横截面的外侧圆弧所对应的弦的长度为L，起伏状的换热板片(10)的两侧板面的高差值为H，则所述弦长L＝2H；

所述弯弧状封条(80)的沿封条长度方向的横截面的外侧圆弧与其所对应的弦组成的弓形的弓高h为1.8～2.2mm；

所述封条(80)的材质与换热板片(10)的材质相同。

7.根据权利要求5所述的板式换热器，其特征在于：所述膨胀环(611)沿进出液孔轴向方向的设置数量多于一个，且两相邻膨胀环(611)中心之间的间距J按下式确定：

J＝4/(T_B×α_B)mm

上式中：T_B为通过壳层进出液管单元的介质的最高温度，单位为℃；

α_B为壳层进出液管单元材质的线胀系数，单位为1/℃。