衬垫板式热交换器的无支撑斜向区的结构加强件的制作方法

本发明涉及热交换器中密封布置和结构元件的。更具体地，本发明涉及衬垫板式热交换器的无支撑斜向区的结构加强件。

背景技术：

1、热交换器是基于流体流之间的温度差在两种或多种流体之间传递热量的装置。这些装置广泛用于化工、食品加工、制冷、石油和天然气等行业的各个领域。

2、为了满足各种应用领域的需求，开发了不同模型的热交换器。设备的主要分类涉及传热过程、构造方面、热交换机制、流动布置和紧凑性。

3、传热过程可通过直接或间接接触进行。在间接接触中，热能通过将两种流体分开的壁传递；也就是说，流体不会相互接触。在直接接触方式中，热量在接触流体之间的界面处传递。

4、关于热交换机制，主要分为：两个分支的单相对流，一个分支的单相对流和另一个分支的相变对流，或两个分支的相变对流。

5、流动布置的三种基本类型为：并流、逆流和交叉流。在并流中，流体在同一侧进入热交换器，并在相同方向上彼此平行流动，并在另一侧离开。在逆流中，流体沿相反方向流动。在交叉流中，流体彼此垂直流动。

6、为了根据热交换器的紧凑性等级对热交换器进行分类，使用了紧凑性系数。它被计算为总传热面积与设备所占体积之比。紧凑的热交换器的紧凑性系数通常大于每立方米设备700平方米的热交换面积。

7、热交换器也可根据其构造特征进行分类。行业中最常见的模型有：壳管式、管式、板翅式或板式热交换器。

8、板式热交换器分为三种主要类型：衬垫式、钎焊式或全焊式。不太常见的模型包括螺旋板、活板式或印刷电路板热交换器。本发明的重点在于提高衬垫板式热交换器的鲁棒性。

9、1878年前后出现了衬垫板式热交换器，以防止在巴氏灭菌过程中牛奶受到污染。从那时起，其使用已扩展到食品和制药行业的各个领域。该设备的优点之一是易于清洗和消毒板。20世纪60年代后，随着新的板几何形状（波纹板）的发展和改进材料的使用，其有效性显著提高。衬垫板式热交换器的工艺条件可高达275℃，压力可高达20bar。

10、典型的衬垫板式热交换器由一系列薄的波纹板组成，波纹板的相对端有孔，以允许流体流动。如图1所示，为了允许流体在一个通道中流动，放置在一对板的端部的衬垫（也称为密封件）密封该通道。此外，如图2所示，通过改变板、通路、通道、入口和出口连接的数量，以及通道中的流动的类型，热交换器可根据需要具有不同的构造。从这个意义上说，衬垫的使用可能会因所需的流动分布而异。

11、此外，这些热交换器通常由一系列板和衬垫组成，这些板和衬垫交替放置，并在末端由被指定为固定和可移动板的厚板压紧。端口或歧管处的流动构造可以是“u”形或“z”形。经常采用单程逆流布置，其中热流体流动和冷流体流动相互交错。每个板有四个孔用于流体流动，形成用于分配热流体和冷流体的管道，以及用于收集离开通道的流体的管道。

12、图3为示例性目的示出了典型的人字形板，其中一些主要区域突出显示，即：板引导部、分配区域、热交换区、衬垫、无支撑斜向区和喷嘴。

13、可以理解的是，密封通道的衬垫只允许两个孔之间的流动。为了防止与来自另一分支的流动混合，通过孔周边上的受支撑斜向区中存在的衬垫段防止另外两个孔中的流动：这些是受支撑斜向区。流动穿过的其他两个孔周围的斜向区通常不包括衬垫：这些被称为无支撑斜向区。

14、热量通过传导从热介质通过波纹板传递到冷介质。最常见的波纹类型为人字型（或v字型）和搓板型。除了增加板的热交换面积外，波纹还会持续扰乱通道中的流动，从而导致高热传递系数，因为流动会继续发展。

15、衬垫为通道提供密封，并将热流体和冷流体引导至它们各自的通道。衬垫通常使用特殊橡胶制造，这些橡胶根据其选择提供良好的机械和化学性能，并提供良好的耐热性。

16、在通道的核心部分，由于波纹的形状和通过系杆紧固热交换器，导致形成了几个接触点。接触区域增加了热交换器的结构刚度。接触点较少的通道区刚度较低，因此变形较大；例如，无支撑斜向区。

17、从这个意义上说，无支撑斜向区的区域与高结构故障率关联，例如可见的局部裂纹和变形，这意味着高局部机械应力。这些故障可能是由于无支撑斜向区的不期望的塑性变形过程造成的，因为在装配过程中可能会出现超过板中所用材料的最小屈服强度的应力。

18、然而，热交换器的故障可能会导致生产过程中断，从而造成重大损失。如上所述，对于衬垫板式热交换器来说，潜在故障位置是板的无支撑斜向区区域，在该区域发现最大应力。从这个意义上说，允许流体流动同时提供局部支持以便减轻局部应力的解决方案非常重要。

19、现有技术

20、现有技术包括一些已出版的文件，其中包含关于用于衬垫板式热交换器的结构加强件的信息。

21、文件ep4015963公开了一种间隔件，其适于夹在板式热交换器的两个相邻的传热板的边沿区域之间，其中间隔件在适于围绕所述间隔件的内部中空的表面上形成有衬垫。本文件进一步教导，间隔件可包括用于这些区域的支撑装置，其适于支撑传热板的开口的传热板的区域，以允许流动穿过传热区域。

22、然而，所述文件主要聚焦于间隔件的插入的变化及其在防止板之间接触和确保板对齐方面的作用。此外，用于传热板开口的支撑装置嵌入间隔件。

23、文件gb2164439a公开了一种传热板设备。所述文件公开了，为了定位衬垫并可能还加强凹部，用于接收衬垫的桥和/或端口凹部的基部可设置有压坑，压坑的高度比凹部的深度更小。坑在无衬垫凹部中延伸到凹部中，并在有衬垫凹部中延伸到凹部之外，从而邻接并增强无衬垫凹部。

24、文件us20200116440a1公开了一种用于板式热交换器的传热板。传热板包括：板主体，所述板主体形成图案化区段并且具有第一侧和与第一侧相对的第二侧；衬垫凹槽，所述衬垫凹槽通过从所述板主体沿从第一侧朝向第二侧的方向凹陷而形成，并且具有底壁，所述底壁具有底壁主体；和其中所述衬垫凹槽至少包括具有第一凹部的第一区段和具有第二凹部的第二区段，所述第一凹部形成在底壁主体上，并沿从第一侧朝向第二侧的方向从底壁主体凹陷；所述第二凹部形成在底壁主体上，并沿从第二侧朝向第一侧的方向从底壁主体凹陷，其中所述第二区段适于容纳衬垫。

25、因此，现有技术中仍然存在明显的缺陷。鉴于这些缺陷，本发明的特征和优点将通过下面的详细描述和参考附图变得清楚，附图仅作为优选而不是限制实施例提供。

26、发明目的

27、鉴于上述讨论，本发明的目的是提供一种用于衬垫板式热交换器的无支撑斜向区的结构加强件，其至少具有以下优点：

28、是一种低复杂性、低成本的解决方案，可提高衬垫板式热交换器的通道刚度，同时最小化粘性耗散；

29、使用广泛可得的制造材料；

30、降低成本；

31、通过减少用于维护和/或修理衬垫板式热交换器的停机时间，具有操作连续性和提高的设备可靠性；

32、增加衬垫板式热交换器板的使用寿命；

33、衬垫板式热交换器在瞬态应力条件下的鲁棒性得到提升。

技术实现思路

1、本发明公开了衬垫板式热交换器的无支撑斜向区的结构加强件，其中该结构加强件包括：至少一个主段，其对应于热交换器的无支撑斜向区的相应波纹的形状；和至少一个副段，其允许流体经过所述无支撑斜向区。