CN1672007A - 热交换器板、板式热交换器、以及制造热交换器板的方法 - Google Patents

热交换器板、板式热交换器、以及制造热交换器板的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种热交换器板(3)、一种板式热交换器(1)，和一种制造热交换器板的方法。其中该热交换器板(3)包括：传热区域(20)和边界区域(22)，该边界区域位于该传热区域(20)的外侧并且沿该传热区域(20)延伸且确定该传热区域的边界。可固化的聚合物材料施加到该边界区域(22)上并且在该边界区域(22)上固化，以便该聚合物材料沿整个边界区域或部分的边界区域延伸，并且布置成便于形成衬垫(30)，以便在该板式热交换器中紧密地抵靠相邻板。

Description

热交换器板、板式热交换器、 以及制造热交换器板的方法
技术领域
本发明涉及一种用于热交换器的热交换器板，其中该板包括传热区域和边界区域，该边界区域位于该传热区域的外侧并且沿该传热区域延伸且确定该传热区域的边界。本发明还涉及一种包括多个这种板的板式热交换器。另外，本发明还涉及一种制造热交换器板的方法，其包括以下步骤：提供薄板，切割该板且使得该板成形为带有传热区域和边界区域的热交换器板，该传热区域具有大量的开孔，该边界区域位于该传热区域的外侧并且沿该传热区域延伸且确定该传热区域的边界。
背景技术
SE-B-548806披露了一种带有这样的热交换器板的板式热交换器。该热交换器板借助拉紧螺栓保持在一起，以便形成板组件。
现今的热交换器板是通过压制成所需的形状并且除去例如开孔的不需要的部分从而制成的。衬垫在该板式热交换器的热交换器板之间使用，该衬垫例如通过加压模制或注塑模制从而单独地制成。其后，完整的衬垫装接到完整的热交换器板上。优选的是，该衬垫通过胶粘从而装接到热交换器板上。该衬垫还可包括各种导向件，例如所谓的T形突片，其从衬垫向外延伸并且压制到热交换器板中的相应凹槽内。在先的衬垫通常具有大致矩形的截面形状，然而近年来的衬垫对于该衬垫的上表面具有屋顶状的尖的截面形状，该上表面即面对且抵靠相邻的热交换器板的表面。
即使这种已知的单独模制的衬垫具有良好的密封特性和较高的可靠性，但是这些衬垫也具有某些缺点。衬垫的安装是费时的手动工作，这容易导致工作人员疲劳，并且难以自动化操作。大量的各种尺寸的衬垫不得不进行储存。各种尺寸的衬垫的制造需要对不同模制工具大量投资，这也意味着改变衬垫的成本非常高。在不同的应用场合中，该衬垫不能单独地适用于不同的板厚度，或者不能单独地适用于所需的工作压力。在板与板组件的安装过程中，所需精确地检查该衬垫是否正确地定位，例如所有的T形突片是否正确地设置在相应的凹槽内。对于板式热交换器的维护而言，衬垫不能再使用，这是因为它们经常断裂和收缩等等。因此，在拆卸板组件的每次维护情况下，衬垫不得不拆下并且更换。
DE-A-2359978披露了另一类型的板式热交换器，其具有玻璃板或任何类似硅酸盐材料的板。在板之间沿边缘，设置有包含硅的密封和粘接组合材料带。这些带连续地布置，以便第一带和定距见施加在第一板上。其后，第二板施加到定距件和第一带上。第二带和定距件随后施加到第二板上，其后第三板施加第二带上，等等。当以这种方式完成该板组件安装时，密封和粘接材料固化，随后拆除定距件。
DE-A-3905066披露了一种热交换器模块，其具有薄的金属箔，该金属箔利用中间定距元件彼此叠置，该定距元件包括边缘件和织物。边缘件包括密封装置，其由例如硅天然橡胶、热塑性树脂等不同的聚合物材料构成。
发明内容
本发明的目的简化为制造板式热交换器并且克服上述的缺点。
该目的借助一种由前序部分和特征部分限定的热交换器板来实现，该热交换器板的特征在于，可固化的聚合物材料施加到该边界区域上并且在该边界区域上固化，以便该聚合物材料沿整个边界区域或部分的边界区域延伸，并且布置成便于形成衬垫，以便在该板式热交换器中紧密地抵靠相邻的板。
借助这种热交换器板，克服了上述的缺点。通过将聚合物材料以未固化的粘性形式在边界区域中施加到该板上，从而可以按容易的方式制造该板。当该聚合物材料已经固化时，形成了这样的热交换器板，在该板上该聚合物材料固定地粘附在边界区域上，在板组件中该热交换器板紧靠另一这种板设置。因此可省去先前使用的完整的衬垫。因为粘性的聚合物材料可以借助自动机械装置进行施加，所以其制造可以以容易的方式实现自动化。
依据本发明的实施例，该可固化的聚合物材料包括硅，其具有良好的密封特性。硅还具有较高的与其下的热交换器板粘接的性能。因此，该可固化的聚合物材料包括液体硅橡胶(LSR)。
依据本发明的另一实施例，该可固化的聚合物材料在固化之后形成大致为平面的下表面，其直接粘附到该边界区域上。因此，可确保与其下的板的边界区域良好地粘接。另外，该可固化的聚合物材料在固化之后包括上表面，在截面该上表面具有较缓的曲线形的凸形形状。借助这种凸形形状，可确保紧密地抵靠相邻的板。由于凸形形状，这种抵靠具有大致线形的形状。该凸形形状还有助于实现以下风险的降低，即，该衬垫粘附到相邻的板上，特别是在长期使用之后与其下的板的边界区域的粘接相比。该板组件由此可容易地拆卸。
依据本发明的另一实施例，该可固化的聚合物材料包括第一成分和第二成分，第一成分和第二成分混合成可施加的聚合物混合物。这种可固化的聚合物材料可以在成分混合之前长期存储。这种可固化的聚合物材料在固化之后在粘接性能、粘度、硬度方面具有给定的所需特性。有利的是，该可施加的聚合物混合物在固化之前非常粘，这样该聚合物混合物可容易地施加。例如，该可施加的聚合物混合物的粘度达到300-800Pas(帕斯卡×秒)。借助这种粘度，可确保聚合物混合物在固化之前保持所需的形状，直到该固化完成。同时，借助这种数量级的粘度，可确保施加的材料的开始和其末端之前的连接是非常均匀的。所选择的粘度由此必须至少参照施加性能、形状稳定性、和连接均匀性进行优化。
依据本发明的另一实施例，该边界区域包括底表面和至少一个第一侧表面，该底表面大致沿整个边界区域延伸，该第一侧表面沿整个边界区域延伸并在该底表面和传热区域之间延伸。第一侧表面在某种意义上是这样中断的，即在传热区域的波纹到达第一侧表面的位置处。该第一侧表面相对于该底表面形成一角度。以这样的方式，形成了对于聚合物材料的标记路径。该边界区域还包括第二侧表面，该第二侧表面沿整个边界区域在底表面外侧延伸，并且该第二侧表面相对于该底表面形成一角度。该聚合物材料由此在侧表面之间被包围，并且在该板式热交换器长期使用之后也保持在所需的位置。该热交换器板还包括边缘区域，该边缘区域位于该边界区域外侧，并且围绕边界区域延伸并限定边界区域，其中该第二侧表面在底表面和边缘区域之间延伸。
借助前序部分限定并且包括如上述限定的热交换器板的组件的板式热交换器，实现了以上的目的。该热交换器板容易地安装到板式热交换器的板组件上，其中该板组件借助拉紧螺栓或任何类似的部件保持在一起。
该目的还可借助前序部分限定并且具有特征部分的步骤的用于制造热交换器板的方法来实现，其包括以下步骤：
将可固化的聚合物材料施加到该边界区域上，以便该聚合物材料沿整个边界区域或部分的边界区域延伸；和
使得该可固化的聚合物材料固化，以便于形成衬垫，以便在该板式热交换器中紧密地抵靠相邻的板。
该方法的有利实施例在从属权利要求15-25中限定。
有利的是，该可固化的聚合物材料包括第一成分和第二成分，并且在紧靠所述施加之前该方法包括以下步骤：使得这两种成分混合成可施加的优选为非常粘的聚合物混合物。该第一成分包括硅例如LSR且可以包括催化剂，该第二成分包括硅例如LSR和活化剂，例如交联剂，其中在该聚合物混合物中这两种成分的百分比是有利的大致相同的。
另外，该可固化的聚合物材料借助自动处理装置施加，该自动处理装置布置成承载用于排出该聚合物材料的喷嘴并沿该边界区域引导该喷嘴。在施加之后，该可固化的聚合物材料在升高的温度下固化，该升高的温度例如在150-250摄氏度之间。该可固化的聚合物材料在达到至少0.5小时的固化时间中固化。
附图说明
参照对优选实施例的下列描述并结合附图，可以更好地理解本发明，在附图中：
图1示出了本发明的板式热交换器的侧视图；
图2示出了图1所示的板式热交换器的正视图；
图3示出了图1所示的板式热交换器的的热交换器板的正视图；
图4示出了沿图3的线IV-IV截取的截面图；和
图5示出了用于将聚合物材料施加到图3所示的板上的处理装置。
具体实施方式
图1和图2示出了包括板组件2的板式热交换器1，该板组件具有布置成彼此相邻的热交换器板3。该板组件设置在两个端板4和5之间。端板4和5借助拉紧螺栓6从而压靠板组件2并且彼此压靠，该拉紧螺栓延伸穿过端板4和5。拉紧螺栓6包括螺纹，并且因此可通过以本领域已知的方式将螺母7旋拧到拉紧螺栓6上从而压紧该板组件2。在所示的实施例中，示出了四个拉紧螺栓6。应当注意，可以改变拉紧螺栓的数量，并且在不同的应用场合中拉紧螺栓的数量可以是不同的。
板式热交换器1还包括两个入口件8和两个出口件9。入口件8和出口件9延伸穿过端板5中的一个端板以及板组件3。板3以本领域已知的方式设置有开孔10，见图3，并且板3被加压模制成，以便在相邻热交换器板3之间的每隔一个间隙空间与第一对入口件8和出口件9连通，而在相邻热交换器板3之间的每隔一个的其它间隙空间与另一对入口件8和出口件9连通。间隙空间的这种分隔可以通过以这样的方式来压制所述板来实现，即，围绕开孔10的区域大致位于热交换器板3的中平面(middle plane)上。开孔10还可被衬垫包围，以便实现这种间隙空间的分隔。以下将详细描述这些衬垫。
因此，第一介质可经第一入口件8引入，流经板间空间的第一半部，并经第一出口件9引出。第二介质可经第二入口件8引入，流经板间空间的第二半部，并经第二出口件9引出。这两个介质可彼此成逆流形式或顺流形式进行输送。
参照图3和4，对于单独的热交换器板3的构形进行描述。图3示出了热交换器板3的正视图。热交换器板3由金属薄板优选为不锈钢薄板制成，并包括大致居中的热交换区域20，上述的开孔10设置在该区域中。该传热区域30以本领域已知的方式设置有波纹21，该波纹通过金属薄板的加压模制而获得。在所示的实施例中，波纹21仅仅由在传热区域20之上的对角线方向延伸的方式示意性地表示。应当注意，波纹21可包括明显更复杂的突脊和凹陷的延伸形式，例如本领域已知的人字形图案。在本发明的范围内，还可使用大致完全为平面的板。
热交换器板3还包括在传热区域20外侧的边界区域22，该边界区域围绕传热区域20延伸并限定传热区域20的边界。热交换器板3还包括在边界区域22外侧的边缘区域23，该边缘区域围绕边界区域22延伸并限定边界区域22的边界。如图2所示，边界区域22包括底表面25、第一侧表面26、和第二侧表面27，该底表面大致沿整个边界区域22延伸，该第一侧表面沿边界区域22延伸并在底表面25和传热区域20之间延伸，该第二侧表面沿整个边界区域22延伸并且在底表面25和边缘区域23之间延伸。第一侧表面26在传热区域20的波纹达到第一侧表面26的位置处间断。侧表面26和27相对于底表面25形成相应的角度。在所示的实施例中，边界区域22由此具有梯形截面的槽状结构。
每一热交换器板3包括设置在边界区域22中的衬垫30，因此该衬垫沿传热区域20延伸。在所示的实施例中，衬垫30大致沿整个边界区域22延伸，但除了四个中断部分之外，该中断部分在两个开孔10的附近形成排放通道34。图4示出了衬垫30的截面图。该衬垫30包括大致为平面的下表面31，该下表面抵靠边界区域22的大致为平面的底表面25。衬垫30还可抵靠边界区域22的侧表面26、27并由侧表面26、27支承。衬垫30还展示出上表面32，在截面图中该上表面具有较缓的曲线形的凸形形状。因此，衬垫30在安装成板组件2中使用该上表面32借助集中成沿中心线的力从而抵靠相邻热交换器板3’。
衬垫30由可固化的聚合物材料制成。该聚合物材料以未固化的状态作为非常粘的聚合物混合物供应到边界区域中，其粘度的量为300-800Pas，优选为450-650Pas。借助这种粘度，该聚合物混合物可容易地进行施加并在施加之后实现如图4所示的截面形状。同时，可利用该粘度使得该聚合物材料非常粘并且形成不规则的形状，特别是在衬垫的开始和衬垫30的最终端之间的连接位置处。
图5示意性地示出了用于聚合物材料的施加的自动处理设备。该处理设备包括带有夹持件41的自动机械臂40，该夹持件41保持施加件42。该施加件42包括混合腔43和喷嘴44，以便排出聚合物材料。自动机械臂40可以以本领域已知的方式进行编程，以便沿确定的移动路径移动，在这种情况下是沿所示的边界区域22。
可固化的聚合物材料包括适当的硅，并且在所示的实施例中使用了液体硅橡胶(LSR)。该聚合物材料设置成第一成分和第二成分，该第一成分包括LSR且可以包括催化剂，该第二成分包括LSR和活化剂，例如交联剂。这两种成分经由相应的供应导管45、46供应到混合腔43中，并且由此大致紧接在该聚合物混合物经由喷嘴44供应到热交换器板3之前，这两种成分在混合腔43中混合。在施加聚合物混合物之后，该聚合物混合物固化。在相对较长的时间段中，在室温下进行固化，但是优选的是在固化炉中在150-250摄氏度例如200摄氏度的温度下进行固化。固化时间可以达到30分钟到2小时，例如大约1小时。在固化之后，衬垫30具有适当的硬度，以便允许紧密地抵靠设置在其上的板3’，并且没有与设置在其上的板3’强粘接的风险。在固化之后，衬垫30固定地与其下的板3粘附。
如上所述，每一热交换器板3还可包括限定两个开孔10的衬垫50。另外，另一衬垫51可布置成紧靠开孔10的边缘附近围绕每一开孔10。这些衬垫50、51可以由与衬垫30相同的方式制成，并且与衬垫30同时制成。因此，衬垫50、51具有与衬垫30相同的特性。
本发明不限于以上描述的实施例，而且可在后附的权利要求的范围内进行改变和变型。
例如，热交换器板3可以使用在各种板式热交换器的应用中，并且可包括更多或更少的开孔。另外，本发明可适用于没有开孔的板式热交换器，其中入口件和出口件与板组件的不同侧面连接。
应当注意，在本申请中使用的术语“之上”和“之下”仅仅指在附图中相对于衬垫30、50的位置。当然，当板式热交换器1使用时，板3可以具有其它的定向。

Claims (25)

1.一种用于板式热交换器(1)的热交换器板(3)，其中该板(3)包括：
传热区域(20)；和
边界区域(22)，该边界区域位于该传热区域(20)的外侧并且沿该传热区域(20)延伸且确定该传热区域的边界，
其特征在于，可固化的聚合物材料施加到该边界区域(22)上并且在该边界区域(22)上固化，以便该聚合物材料沿整个边界区域或部分的边界区域延伸，并且布置成便于形成衬垫(30、50)，以便在该板式热交换器(1)中紧密地抵靠相邻的板(3)。
2.如权利要求1所述的热交换器板，其特征在于，该可固化的聚合物材料包括硅。
3.如权利要求2所述的热交换器板，其特征在于，该可固化的聚合物材料包括液体硅橡胶。
4.如上述权利要求中任一项所述的热交换器板，其特征在于，该可固化的聚合物材料在固化之后形成大致为平面的下表面(31)，其直接粘附到该边界区域(22)上。
5.如权利要求4所述的热交换器板，其特征在于，该可固化的聚合物材料在固化之后包括上表面(32)，在截面该上表面具有较缓的曲线形的凸形形状。
6.如上述权利要求中任一项所述的热交换器板，其特征在于，该可固化的聚合物材料包括第一成分和第二成分，第一成分和第二成分混合成可施加的聚合物混合物。
7.如权利要求6所述的热交换器板，其特征在于，该可施加的聚合物混合物在固化之前是非常粘的。
8.如权利要求7所述的热交换器板，其特征在于，该可施加的聚合物混合物的粘度达到300-800Pas。
9.如上述权利要求中任一项所述的热交换器板，其特征在于，该边界区域(22)包括底表面(25)和至少一个第一侧表面(26)，该底表面大致沿整个边界区域延伸，该第一侧表面沿整个边界区域延伸并在该底表面和传热区域(20)之间延伸，并且该第一侧表面相对于该底表面形成一角度。
10.如权利要求9所述的热交换器板，其特征在于，该边界区域(22)包括第二侧表面(27)，该第二侧表面沿整个边界区域在底表面(25)外侧延伸，并且该第二侧表面相对于该底表面形成一角度。
11.如上述权利要求中任一项所述的热交换器板，其特征在于，该板(3)包括边缘区域(23)，该边缘区域位于该边界区域(22)外侧，并且围绕边界区域延伸并限定边界区域。
12.如权利要求10和11所述的热交换器板，其特征在于，该第二侧表面(27)在底表面(25)和边缘区域(23)之间延伸。
13.一种板式热交换器，其包括带有如上述权利要求中任一项所述的热交换器板(3)的组件(2)。
14.一种用于制造热交换器板的方法，其包括以下步骤：
提供薄板；
切割该薄板并使得该薄板成形为热交换器板，该热交换器板具有传热区域和边界区域，该传热区域具有多个开孔，该边界区域位于该传热区域的外侧并且沿该传热区域延伸且确定该传热区域的边界，
其特征在于具有以下步骤：将可固化的聚合物材料施加到该边界区域上，以便该聚合物材料沿整个边界区域或部分的边界区域延伸；和
使得该可固化的聚合物材料固化，以便于形成衬垫，以便在该板式热交换器中紧密地抵靠相邻的板。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，该可固化的聚合物材料包括硅。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，该可固化的聚合物材料包括液体硅橡胶。
17.如上述权利要求14-16中任一项所述的方法，其特征在于，该可固化的聚合物材料包括第一成分和第二成分，并且在紧靠所述施加之前该方法包括以下步骤：
使得这两种成分混合成可施加的聚合物混合物。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，该可施加的聚合物混合物在固化之前是非常粘的。
19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，该可施加的聚合物混合物的粘度达到300-800Pas。
20.上述权利要求17-19中任一项所述的方法，其特征在于，该第一成分包括硅且可以包括催化剂，该第二成分包括硅和活化剂，其中在该聚合物混合物中这两种成分的份量是大致相同的。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，这两种成分的粘度是大致相同的。
22.上述权利要求14-21中任一项所述的方法，其特征在于，该可固化的聚合物材料借助自动处理装置施加，该自动处理装置布置成承载用于排出该聚合物材料的喷嘴并沿该边界区域引导该喷嘴。
23.上述权利要求14-22中任一项所述的方法，其特征在于，该可固化的聚合物材料在升高的温度下固化。
24.如权利要求23所述的方法，其特征在于，该升高的温度在150-250摄氏度之间。
25.上述权利要求14-24中任一项所述的方法，其特征在于，该可固化的聚合物材料在达到至少0.5小时的固化时间中固化。
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