CN102706188A

CN102706188A - 一种耐高压的圆形波纹板板壳式换热器

Info

Publication number: CN102706188A
Application number: CN2012101801525A
Authority: CN
Inventors: 丁铭; 王佳卓; 阎昌琪; 石帅; 陈哲雨
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2012-10-03

Abstract

本发明的目的在于提供一种耐高压的圆形波纹板板壳式换热器，包括壳体、盖板、波纹板板束、导流块、支撑板，波纹板板束包括波纹板，波纹板板束通过支撑板固定在壳体里，壳体两端通过盖板密封，壳体上设置壳程出口、壳程进口，盖板上设置板程进口、板程出口，外壳与波纹板板束间的环形区域被导流块分隔成壳程进口腔室和壳程出口腔室，壳程进口连通壳程进口腔室，壳程出口连通壳程出口腔室，波纹板板束上开有角孔，板程进口和板程出口通过波纹板板束的角孔相连通。本发明承压能力强，换热效率高，结构紧凑，单位体积内的传热面积大，选材范围广，适用范围广，加工简单、易于安装。

Description

一种耐高压的圆形波纹板板壳式换热器

技术领域

本发明涉及的是一种强化换热技术领域的换热器。

背景技术

板式换热器由于具有换热效率高、结构紧凑的特点而广泛应用于能源、动力、供热、制冷等多种领域。随着板式换热器技术的成熟，在一些领域已经取代了传统的管壳式换热器。但现有的矩形板式换热器普遍存在承压能力较低的问题。在石油化工等常见压力较高的领域中，板式换热器的应用受到了极大的限制。开发一种能够承受高压且结构紧凑的板式换热器在能源动力领域有着广泛的应用前景。目前虽然存在一些全焊接的板壳式换热器，但其工作压力一般不超过4.5MPa，且体积相对较大，紧凑度不高。这些全焊接的板壳式换热器以矩形板片作为传热元件，并将板束置于矩形或圆形的壳体中以提升承压性能。这种板式换热器承压能力有限且体积较大。

普通板式换热器中两种介质的通道结构相同，对于两侧换热介质物性相差较大的一些工况，会出现设计上的不匹配，进而造成体积和材料上的浪费。例如当利用水冷却高粘度润滑油时，由于润滑油的粘度远高于水的粘度，相同流量下润滑油的流动阻力会远高于冷却水的流动阻力，通常润滑油的流动阻力达到设计要求的上限时，冷却水侧的流动阻力还远未达限值，这就造成了设计上的浪费。

发明内容

本发明的目的在于提供适用于不同种类流体间换热、尤其适合于热物性相差较大的两种介质间换热的一种耐高压的圆形波纹板板壳式换热器。

本发明的目的是这样实现的：

本发明一种耐高压的圆形波纹板板壳式换热器，其特征是：包括壳体、盖板、波纹板板束、导流块、支撑板，波纹板板束包括波纹板，波纹板板束通过支撑板固定在壳体里，壳体两端通过盖板密封，壳体上设置壳程出口、壳程进口，盖板上设置板程进口、板程出口，外壳与波纹板板束间的环形区域被导流块分隔成壳程进口腔室和壳程出口腔室，壳程进口连通壳程进口腔室，壳程出口连通壳程出口腔室，波纹板板束上开有角孔，板程进口和板程出口通过波纹板板束的角孔相连通。

本发明还可以包括：

1、两个波纹板压在一起形成板片对，板片对内部形成壳程出口、壳程进口之间的板间通道，板片对连接在一起形成波纹板板束，板片对之间形成板程进口、板程出口之间的板间通道。

2、所述的板程进口位于换热器本体的上端，板程出口位于换热器本体的下端，壳程出口位于外壳上板程进口一侧，壳程进口位于外壳上板程出口一侧。

3、波纹板采用平直波纹或人字形波纹的圆形板片，波纹板两面波纹高度不同。

本发明的优势在于：

1、承压能力强。板片采用全焊接的方式相连接，不用密封垫片，承压能力比可拆式和钎焊式板式换热器强。普通的矩形板片承压时会出现应力集中。采用的圆形板片承压时应力分布均匀，不易因出现局部应力集中而造成破损泄露，比普通的矩形板片承压能力更好。此外，采用板壳式设计，将板束包围在壳体内，进一步提升了密封性能和承压能力。

2、换热效率高。板束内的板间通道为人字形或双人字形波纹通道，交叉接触点多。流体在板间通道内绕接触点成涡流流动，扰流强烈，能有效破坏粘性介质流动时的边界层，起到强化传热的作用。

3、结构紧凑，单位体积内的传热面积大。本发明中的波纹板排列紧密，且换热器整体结构简单紧凑，在相同体积下，本发明比管壳式换热器具有更大的传热面积。与采用矩形板片的板壳式换热器相比，结构更为紧凑。

4、选材范围广。本发明中的波纹板可以采用多种不同材料，例如各种型号的不锈钢、铜合金、钛合金等，以适用于不同种类的换热介质。

5、适用范围广。圆形波纹板两侧波纹高度不同，在两侧介质流量、物性参数相差较大时具有较强的适用性。且换热器可以根据实际需要将两侧介质设计成多种流程组合。

6、加工简单、易于安装。本发明所述的非对称通道圆形波纹板加工方便快捷，生产周期短，成本低，特别适合于工业化批量生产。

综上所述，本发明是一种兼备管壳式换热器耐压能力高和板式换热器紧凑度强、传热系数大特点的新型板壳式换热器，而且具有使用范围广、可靠性高、易于制造的特点，具有良好的发展应用前景。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为A-A剖视图；

图3为两侧介质在本发明内流动分配的示意图；

图4为板片对焊接的结构示意图；

图5为板束焊接的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1～5，本发明由板程进口1、板程出口7、壳程进口9、壳程出口3、壳程进口腔室14、壳程出口腔室12、波纹板板束5、支撑板6、10、导流块11和13、两侧盖板2和8以及壳体4等部件组成。波纹板板束5与支撑板6、10通过角孔相焊接，并通过支撑板6、10置于壳体4内。板束5两端被盖板2、8压紧固定。盖板2、8与壳体4焊接形成完整的外壳，将波纹板板束5及支撑板6、10包围在其内部。外壳与板束间的环形区域被导流块11、13分隔成壳程进口腔室14和壳程出口腔室12。壳体4上带有壳程进口9和壳程出口3。壳程进口和壳程出口分别与壳程进口腔室和壳程出口腔室连通。两侧盖板2、8上分别带有板程进口1和板程出口7。板程进口和板程出口分别与板束的两条角孔通道相连通。

波纹板板束5由圆形波纹板15组焊而成。图4、图5是圆形波纹板组焊过程的剖视图。结合图2、图4、图5，圆形波纹板15、17的两侧波纹高度不同，两波纹板紧压在一起并沿角孔外周的翼边焊接16、19，形成板片对20。圆形波纹板15、17焊接成板片对后，其内部形成壳程的板间通道18。圆形波纹板如上所述两两焊接成板片对后，多个板片对之间再焊接成波纹板板束。板片对20、22紧压在一起，并通过波纹板外周的翼边焊接23。两对板片对之间的通道形成板程的板间通道21。

流体可以从板片对内部两张波纹板的外周间的缝隙进入壳程的板间通道18。角孔中的流体则可以通过相邻两对板片对角孔间的缝隙进入板程的板间通道21。如图4所示，由于采用的波纹板两侧波纹高度不同，板束的相邻通道18、21的流道宽度不同。在两侧介质流量或热物性相差较大时具有较强的适用性。

图3是两侧介质在本发明内流动分配的示意图。为方便观察流体在板间通道内的流动，图中用直线代表波纹板的剖面图。结合图3和图1、2，板程流体从板程进口1流入板束的角孔通道。结合图4，板程流体通过角孔通道分配流量，并通过各板片对之间的角孔缝隙进入板程的板间通道21，经换热后进入另一侧角孔通道。最终板程流体从流出板程出口7流出换热器。壳程流体从壳程进口9流入壳程进口腔室14。壳程流体在壳程进口腔室中进行分配，并通过各板片对内部的周向缝隙进入壳程的板间通道18，经换热后进入壳程出口腔室12。最终壳程流体从壳程出口3流出换热器。两种介质分别在相邻的板间通道内逆向流动，并通过波纹板换热。

所述的板束5由板片对20组焊而成。每个板片对20都由两片非对称的圆形波纹板通过两个角孔焊接而成。板片对20之间再通过板片的圆形外周焊接，多组板片对20焊接在一起形成圆柱形板束。组成板片对20的两波纹板间的内部通道为壳程通道，相邻板片对20间的通道为板程通道。壳程通道与板程通道可以根据实际需要设计成不同的宽度。

所述的非对称圆形波纹板，中心换热区域为倾斜的平直波纹或人字形波纹，波纹板两面波纹高度不同。波纹板周边为焊接用的翼边；翼边向板片的一侧突起且与该侧面上的波纹相齐平。波纹板两端相对开有两个圆形角孔，角孔外周设有焊接用的翼边；角孔翼边向板片的另一侧突起且另一侧面上的波纹相齐平。

所述的支撑板10为一定厚度的圆形不锈钢板。支撑板6、10布置在板束的两端，其直径与壳体内径相配合。支撑板6、10上开有一个圆形孔。圆孔的直径与波纹板的角孔直径相同，其位置也与波纹板上角孔的位置相对应。支撑板与板束通过角孔进行焊接。支撑板对板束起支撑定位作用。

所述的盖板2、8为较厚的圆形钢板。其上开有圆形孔，圆孔位置与支撑板6、10上孔的位置相对应。盖板上带有板程进口与板程出口。盖板把壳体中的板束紧紧的压在一起，起到承压的作用。

Claims

1.一种耐高压的圆形波纹板板壳式换热器，其特征是：包括壳体、盖板、波纹板板束、导流块、支撑板，波纹板板束包括波纹板，波纹板板束通过支撑板固定在壳体里，壳体两端通过盖板密封，壳体上设置壳程出口、壳程进口，盖板上设置板程进口、板程出口，外壳与波纹板板束间的环形区域被导流块分隔成壳程进口腔室和壳程出口腔室，壳程进口连通壳程进口腔室，壳程出口连通壳程出口腔室，波纹板板束上开有角孔，板程进口和板程出口通过波纹板板束的角孔相连通。

2.根据权利要求1所述的一种耐高压的圆形波纹板板壳式换热器，其特征是：两个波纹板压在一起形成板片对，板片对内部形成壳程出口、壳程进口之间的板间通道，板片对连接在一起形成波纹板板束，板片对之间形成板程进口、板程出口之间的板间通道。

3.根据权利要求1或2所述的一种耐高压的圆形波纹板板壳式换热器，其特征是：所述的板程进口位于换热器本体的上端，板程出口位于换热器本体的下端，壳程出口位于外壳上板程进口一侧，壳程进口位于外壳上板程出口一侧。

4.根据权利要求1或2所述的一种耐高压的圆形波纹板板壳式换热器，其特征是：波纹板采用平直波纹或人字形波纹的圆形板片，波纹板两面波纹高度不同。

5.根据权利要求3所述的一种耐高压的圆形波纹板板壳式换热器，其特征是：波纹板采用平直波纹或人字形波纹的圆形板片，波纹板两面波纹高度不同。