用于处理液体进料的板式热交换器的制作方法

1.本发明涉及一种关于用于处理液体进料的板式热交换器的热交换板、一种用于处理液体进料的板式热交换器以及一种制造用于处理液体进料的板式热交换器的方法。


背景技术：

2.自许多年以来，已制造了用于海水脱盐的设备，其中，热交换器板的一个或若干个板组形成工艺中的主要构件。申请人公司自若干年以来已生产了一种淡水生成器，其中，汽化、分离和冷凝发生在板组中。细节可在转让给alfa laval corporate ab的国际申请wo 2006 / 104443 a1中找到。它公开一种用于脱盐的板式热交换器，其具有在热交换器中以交替顺序形成的第一类型板间隙和第二类型板间隙。第一类型板间隙形成汽化区段、分离区段和冷凝区段，而第二类型板间隙形成加热区段、分离区段和冷却区段。
3.汽化区段用于汽化液体进料(诸如海水)，分离区段用于使汽化的进料与未汽化的进料分离，且冷凝区段用于使汽化的进料冷凝。加热区段加热汽化区段，且冷却区段冷却冷凝区段。上文提到的热交换器的优点是，它不需要任何容器，因为海水的整个处理在板组中执行。
4.上文的板式热交换器具有用于加热流体、冷却流体和淡水的居中定位的端口，且用于盐水和进料的端口关于热交换器板的中心轴线对称地布置。以该方式，仅需要一种板类型。第一类型间隙和第二类型间隙通过使用两个不同的垫片且通过使每隔一个板围绕中心轴线转动180度使热交换板面对面布置来形成。以该方式，在汽化区段和冷凝区段中的相反板中的波纹将形成交叉形图案，其中，相反的脊邻接。
5.在分离区段中，板设计成使得两个邻近板的波纹图案将陷入彼此且不邻接。以该方式，实现曲折的流径，其截留从汽化区段释放的未汽化的进料的小滴，而汽化的进料可通过到达冷凝区段。然后将未汽化的进料的小滴引导到板的边缘，且在每个边缘处存在盐水出口通道，其用于将来自分离区段的分离的小滴和来自汽化区段的未汽化的进料输送到定位在汽化区段下方的盐水出口。
6.在上文提到的淡水生成器中，盐水出口通道通过在两个垫片元件之间具有半平面来产生。每个垫片元件在波纹区域之间的相应非波纹垫片槽中保持就位。在垫片槽与半平面之间的波纹区域中的每个由成排的顶部和底部构成。顶部和底部将分别邻接在邻近板上的顶部和底部，因此形成通道。关于该设计的缺点是，通道的有效流动面积将受在半平面的相反侧上的相应波纹区域的每对顶部和底部之间产生的最窄区段所限制。
7.这对于较大的淡水生成器来说取得了令人满意的结果，然而对于其中空间受限的较小的淡水生成器来说，更加面积合算的解决方案将是有利的。
8.因此，本发明的目标是找到关于盐水通道的更加面积合算的解决方案。
9.另外的现有技术包括cn203820488uu，其公开一种从顶部到底部顺序地分为冷凝区、汽化区和加热区的热交换板。
10.cn206262115uu描述一种汽化-分离-冷凝三合一海水收集板。气体-液体分离区分
离结构使用翼片(flap)。翼片设置有加强肋。
11.gb1211065a描述一种其中两个板以叠加的关系组装的板式热交换器。板中的一个在它自身的平面中相对于另一个转动180
°
，且在板之间获得通路。
12.kr101345733b1描述一种具有屏障的热交换器板。
13.us8646517b2描述一种用于板式热交换器的热交换器板，该板具有多个端口、分布区域、热传递区域、第一绝热区域、第二绝热区域以及在端口和区域外部延伸的边缘区域。


技术实现要素：

14.上文的目标在第一方面通过一种用于处理液体进料的板式热交换器来实现，该板式热交换器包括具有至少两个相反热交换器板的板组，该至少两个相反热交换器板限定在它们本身中间的板间隙，每个热交换板限定：第一非波纹垫片槽和平行于第一非波纹垫片槽延伸的第二非波纹垫片槽，在相反热交换板的第一非波纹垫片槽之间密封的第一垫片元件和在相反热交换板的第二非波纹垫片槽之间密封的第二垫片元件在板间隙中在第一垫片元件与第二垫片元件之间建立流动通道，第一外波纹区域和第一内波纹区域，其在第一非波纹垫片槽的相反侧上延伸，该第一内波纹区域在流动通道内延伸且限定第一排的交替的顶部和底部，以及第二外波纹区域和第二内波纹区域，其在第二非波纹垫片槽的相反侧上延伸，该第二内波纹区域在流动通道内延伸且限定第二排的交替的顶部和底部，由此第一排的顶部与第二排的底部水平地齐平，且反之亦然。
15.板组典型地通过面对面地布置热交换板中的至少两个(但典型地多于两个)来形成，由此每隔一个板转动180度。因此，前表面面向彼此，且后表面面向彼此。相反的前表面将形成第一板间隙，且因此相反的后表面将形成第二板间隙。垫片设置在板之间，且通常交替地使用两种不同类型的垫片，形成第一类型板间隙和第二类型板间隙。典型地，在第一板间隙中的流体与第二板间隙中的流体之间建立热交换。
16.流动通道设成以便允许液体在板间隙内从例如板间隙的上部区域流向板间隙的下部区域。流动通道限定于平行垫片之间的板间隙中，这些平行垫片在非波纹区域处接触两个相反板。在相反板的顶部接触时，波纹区域的相反顶部使垫片在非波纹区域中保持就位，且防止垫片凸出到流动通道中。垫片的任何此类异位可导致泄漏等。
17.在本背景下，应理解的是，前表面上的顶部将变为后表面上的底部。因此，一个板间隙中的顶部将变为相邻板间隙中的底部且反之亦然，且在一个空间间隙中的顶部接触彼此时，底部将变为相邻板间隙中的顶部且接触相反板的对应顶部。
18.在现有技术的流动通道中，相反内波纹区域的顶部水平地齐平，且流动通道的有效流动面积由相反内波纹区域的两个相反顶部之间的截面面积给出。非波纹区域限定半平面，即，在顶部与底部之间。在上部区域与下部区域之间的通道的最小截面面积将限定关于可通过流动通道输送的液体的流量的极限。在顶部一起非常接近的情况下，流动面积将是小的，且液体的最大流量减小。为了增加液体的最大流量，顶部之间的距离可增加，加宽相反内波纹区域的顶部之间的距离，例如在于可加宽顶部之间的非波纹区域(即，半平面)，然而，它将占据板上的空间。
19.通过将流动通道布置成使得第一内波纹区域的顶部与第二内波纹区域的底部水平地齐平，半台板(即，在内波纹区域之间的非波纹区域)可较小，或者可完全省略内波纹区域之间的非波纹区域，使得第一内波纹区域和第二内波纹区域邻近彼此。波纹区域包括侧翼(flank)，其包围顶部和底部且使顶部和底部互连。侧翼形成顶部与底部之间的平滑过渡。通过将内波纹区域布置成与第二内波纹区域的底部水平地齐平，实现内波纹区域的顶部之间的较大距离，因为顶部将水平地和竖直地偏移。以该方式，最小流动面积由相应的内波纹区域的相反顶部之间的侧翼给出。因此，流将能够在第一波纹区域与第二波纹区域之间建立的流动通道中以曲折的图案流动。
20.本发明典型地结合淡水生成器使用，该淡水生成器具有定位在板组的下部部分中的汽化区段、定位在板组的上部部分中的冷凝区段以及定位在汽化区段与冷凝区段中间的分离区段。在汽化区段和冷凝区段处的热交换板是波纹的，具有脊和谷的波纹。每个脊形成顶部，且每个谷形成底部。
21.根据另外的实施例，相反热交换器板的顶部接触彼此。
22.典型地，相反热交换器板的顶部在板间隙中接触彼此，形成接触点。以该方式，板之间的结构稳定性增加，垫片槽，且垫片在垫片槽中更好地保持就位。底部形成相邻板间隙中的顶部，且因此接触相反板的相反顶部。
23.根据另外的实施例，外波纹区域各自限定成排的交替的顶部和底部。
24.外波纹区域可形成顶部和底部，以便支承垫片槽中的垫片。顶部可接触，以便改进结构稳定性和用于使垫片保持就位。顶部和底部在面向板边缘的外部区域处可在热传递区域外部且构成简单成排的顶部和底部以用于使垫片保持就位和用于改进板组的结构稳定性。背离板边缘(即，面向板的内部)的外部区域可构成波纹的热传递区域的一部分，且因此该外部区域上的顶部和底部被理解为形成波纹的热传递区域的部分。
25.根据另外的实施例，流动通道在分离区段与出口之间延伸。
26.在典型的示例中，流动通道在淡水生成器的分离区段与淡水生成器的出口之间延伸，以用于从分离区段中移除盐水和盐水小滴。流动区域典型地定位在板的纵向边缘与汽化区段之间的汽化区段/加热区段的相反侧上。
27.根据另外的实施例，液体进料是海水，且流动通道是盐水通道。
28.一个典型应用是用于从海水制造淡水的淡水生成器。副产物是盐水，盐水应在新的进料引入到汽化区段中时从分离区段中移除。流动通道然后为盐水通道。
29.根据另外的实施例，第一外波纹区域定位成邻近板的竖直侧边缘。
30.小滴可由向上定向的蒸气流推到热交换器板的边缘。因此，邻近板边缘具有流动通道可为有益的。
31.根据另外的实施例，第二外波纹区域定位成邻近汽化区段或加热区段。
32.此外，汽化区段和加热区段居中定位在热交换器板上，但在相反的板间隙中。因此，流动通道可从分离区段延伸到加热区段与边缘之间的出口。
33.根据另外的实施例，非波纹区域定位在第一内波纹区域与第二内波纹区域之间，另外的非波纹区域形成流动通道的部分，或备选地，其中第一排定位成直接地邻近第二排。
34.典型地，通过将内波纹区域布置成邻近彼此，可最大限度地减小由流动通道所占据的空间，且不需要在第一内波纹区域和第二内波纹区域的成排的顶部和底部之间的非波
纹区域。然而，在将需要输送较大量液体的情况下，可在第一内波纹区域与第二内波纹区域之间使用非波纹区域，以便增加关于流动的截面面积。
35.根据另外的实施例，每个热交换板限定在热交换板的相反侧上的相反流动通道。
36.因为分离区段典型地建立在每个板间隙中，每个板间隙优选地还具有至少一个(优选地两个)流动通道。在热交换板的一侧上的顶部将变为在热交换板的相反侧上的底部，且反之亦然。垫片槽典型地在顶部与底部之间形成非波纹半平面。因此，可在所有板间隙中建立流动通道。所有板间隙中的流动通道因此可形成于每个热交换器板上的相同位置处，其中唯一的差异是在相邻板间隙中顶部和底部改变位置。
37.根据另外的实施例，中心轴线限定于板的两个竖直侧边缘之间，且成镜像的流动通道设置在板上，其在中心轴线的相反侧上对称地布置。
38.在小滴引导到边缘时，邻近纵向边缘中的每个具有一个流动通道是有利的。两个流动通道可引导到相同的出口，或可使用两个单独的出口。
39.根据另外的实施例，热交换板具有还另外的流动通道，其定位成与成镜像的流动通道相反。
40.以该方式，所有板间隙可具有两个流动通道，邻近每个边缘一个流动通道。
41.根据另外的实施例，内波纹区域中的每个的宽度小于非波纹垫片槽中的每个的宽度。
42.在液体量低的情况下，内波纹区域中的每个可具有比垫片槽中的每个更小的宽度，以便能够减小热交换器板的总宽度和/或增加汽化区段的面积。
43.根据另外的实施例，第一非波纹垫片槽与第二非波纹垫片槽之间的距离小于非波纹垫片槽中的每个的宽度的两倍。
44.在液体量低的情况下，内波纹区域中的每个可具有比垫片槽中的每个更小的宽度，以便能够减小热交换器板的总宽度和/或增加汽化区段的面积。
45.上文的目标在第二方面通过一种关于用于处理液体进料的板式热交换器的热交换板来实现，该热交换板限定：第一非波纹垫片槽和平行于第一非波纹垫片槽延伸的第二非波纹垫片槽，其用于分别接触第一垫片元件和第二垫片元件，从而在第一非波纹垫片槽与第二非波纹垫片槽之间建立流动通道，第一外波纹区域和第一内波纹区域，其在第一非波纹垫片槽的相反侧上延伸，该第一内波纹区域在流动通道内延伸且限定第一排的交替的顶部和底部，以及第二外波纹区域和第二内波纹区域，其在第二非波纹垫片槽的相反侧上延伸，该第二内波纹区域在流动通道内延伸且限定第二排的交替的顶部和底部，由此第一排的顶部与第二排的底部水平地齐平，且反之亦然。
46.根据第二方面的热交换器板优选地用来制造根据第一方面的热交换器。
47.上文的目标在第三方面通过一种通过提供多个热交换板以制造用于处理液体进料的板式热交换器的方法来实现，每个热交换板限定：第一非波纹垫片槽和平行于第一非波纹垫片槽延伸的第二非波纹垫片槽，从而在第一非波纹垫片槽与第二非波纹垫片槽之间建立流动通道，第一外波纹区域和第一内波纹区域，其在第一非波纹垫片槽的相反侧上延伸，该
第一内波纹区域在流动通道内延伸且限定第一排的交替的顶部和底部，以及第二外波纹区域和第二内波纹区域，其在第二非波纹垫片槽的相反侧上延伸，该第二内波纹区域在流动通道内延伸且限定第二排的交替的顶部和底部，由此第一排的顶部与第二排的底部水平地齐平，且反之亦然，方法还包括：将热交换板中的至少两个布置成彼此相反，这些热交换板限定在它们本身中间的板间隙且具有在相反热交换板的第一非波纹垫片槽之间密封的第一垫片元件和在相反热交换板的第二非波纹垫片槽之间密封的第二垫片元件。
48.根据第三方面的方法优选地与根据第二方面的热交换器板一起使用，以制造根据第一方面的热交换器。
附图说明
49.图1公开板式热交换器的侧视图。
50.图2公开现有技术热交换板的前视图。
51.图3公开水平定向的脊和谷如何陷入彼此。
52.图4公开备选的热交换板的前视图。
53.图5公开备选的热交换器板的后侧的视图。
54.图6公开现有技术热交换板的盐水通道的局部放大(closeup)。
55.图7公开现有技术的两个相反热交换板的局部放大。
56.图8公开本发明的热交换板的盐水通道的局部放大。
57.图9公开本发明的板的备选盐水通道的局部放大。
58.图10公开本发明的两个相反热交换板的局部放大。
具体实施方式
59.图1公开本发明的板式热交换器10的侧视图。在以下描述中，描述关于海水脱盐的应用，即，进料是海水。然而，要注意的是，本发明不受限于进料是海水，而是还可涉及任何其它处理，例如液体的蒸馏。板式热交换器包括许多个压缩模制的热交换器板12，其彼此平行地且连续地设置，使得它们形成板组14。板组14设置在框架板16与压力板18之间。
60.在热交换器板12之间，形成第一板间隙20和第二板间隙22。第一板间隙20和第二板间隙22以交替的顺序设置在板组14中，使得基本每个第一板间隙20由两个第二板间隙22包围，且基本每个第二板间隙22由两个第一板间隙20包围。板组14中的不同区段借助于每个板间隙中的垫片(未示出)来界定彼此，由此第一板间隙20包括第一类型垫片(未示出)且第二板间隙22包括第二类型垫片(未示出)。板组14(即，热交换器板12和设置在它们之间的垫片(未示出))以本身已知的方式借助于示意性指示的紧固螺栓24来保持在一起。
61.板组14连接到冷却水入口导管26、冷却水出口导管28和淡水出口导管30。冷却水典型为海水，且因此冷却水出口导管28连接到海水入口导管32，以便回收由冷却水吸收的热量。板组12进一步连接到加热流体入口导管34和加热流体出口导管36。加热流体用于蒸发进料，即，通过海水入口导管32进入板组14的海水。加热流体可为加热的水，诸如来自船舶发动机的夹套水。冷凝的淡水通过淡水出口导管30离开板组14。
62.图2公开具有汽化区段40、冷凝区段42和分离区段44的现有技术热交换板12的前视图。板12还限定沿中心轴线c居中定位的端口46、48、50、52、54。端口46、48构成冷却流体出口和入口端口，端口50构成淡水出口端口，且端口52、54构成加热流体入口和出口端口。热交换板12具有波纹，且分离区段限定横向定向的脊56和谷58。板还限定用于容纳垫片的具有垫片38的垫片槽。
63.图3公开在两个邻近板12、12'中水平定向的脊56和谷58如何陷入彼此。还示出在分离区段中脊和谷的压制深度如何增加。脊56和谷58限定压制深度，使得上板12的最低部分低于邻近板12'的最高部分。以该方式，从汽化区段到冷凝区段的流径将增加，其将改进液体与蒸发的进料的分离，然而，在其中脊56应接触彼此的位置中，脊56和谷58的压制深度必须减小。
64.图4公开根据本发明的热交换板12的下部部分的前视图。每个热交换器板12具有第一竖直边缘60、与第一竖直边缘60基本平行的相反的第二竖直边缘60'，以及在竖直边缘60、60'之间基本居中地在竖直方向上延伸的中心轴线c。当板组定位在正常使用位置中时，中心轴线c基本竖直地延伸。
65.热交换器板包括在底部处用于汽化进料(即，海水)的汽化区段40、在顶部处用于使汽化的进料冷凝的冷凝区段(未示出)，以及定位在汽化区段40与冷凝区段中间的用于分离所汽化的进料和未汽化的进料的分离区段44。蒸发的进料可从汽化区段40经由分离区段44流向冷凝区段(未示出)。包括冷凝区段和分离区段44的上部部分的热交换器板12的上部部分已从视图中省略且定位在虚线上方。
66.汽化区段40和冷凝区段(未示出)是波纹的，限定具有倾斜角度的谷和脊，与相反板一起形成交叉波纹图案，以便增加通过热交换器板12的热传递。第一板间隙通过面对面地布置两个板12来形成，其具有定位在热交换器板中间的第一类型的垫片。形成板间隙的两个板是等同的，然而，热交换器板中的一个围绕中心轴线c转动180度。以该方式，热交换器板的波纹可布置成使得相反的脊形成交叉形图案且在汽化区段40和冷凝区段42中的接触点处接触彼此。
67.加热流体入口端口52居中定位成邻近汽化区段40，且提供加热流体出口端口54。加热流体入口端口52与加热流体入口导管连通，且加热流体出口端口54与加热流体出口导管连通。
68.盐水通道62、62'设置在汽化区段40的相反侧上以用于将来自分离区段40的未汽化的进料和来自汽化区段40的未汽化的进料的小滴输送到定位在热交换器板12的底部处的出口64、64'。盐水通道62、62'定位在相应的边缘60、60'与汽化区段40之间。
69.另外，连接到海水入口导管以用于将海水供应到汽化区段40的进料入口端口66居中定位成邻近在两个出口端口64之间的底部。用于收集从分离区段44向下流动的未汽化的进料的出口64、64'定位在板12的底部处的进料入口端口66的相反侧上，但与进料入口端口66分离。
70.此外，热交换器板12限定定位在汽化区段40与分离区段44之间的一个或多个孔口68，其用于允许来自汽化区段40的一些蒸发的进料传送到相反板间隙，该相反板间隙包括平行的分离区段。
71.图5公开根据本发明的板式热交换器的第二类型垫片和热交换器板12'的后侧的
视图。因此，除了它围绕中心轴线46转动180度，热交换器板12'与热交换器板12相同。它限定与汽化区段相反的加热区段40'。加热流体入口端口52和加热流体出口端口54与加热区段40'连通。加热区段40'分别相对于其它端口密封隔离。加热区段40'布置成加热相反的汽化区段。后侧形成第二板间隙。
72.热交换器板12'的后侧还包括在加热区段40'与冷却区段42'之间的分离区段44'。分离区段44'在本视图中仅部分可见。蒸发的进料经由蒸气孔口68从第一板间隙引入。分离区段44'与在相反侧上的那一个起等同作用，且分离所汽化的进料和未汽化的进料。汽化的进料向上流过上部蒸气孔口(未示出)，而未汽化的进料经由定位在加热区段40'与相应的竖直边缘60、60'之间的相应盐水通道62、62'向下流向出口64、64'。后侧上的盐水通道62、62'定位成与前侧上的那些直接相反，且与前侧上存在的盐水通道等同(除了顶部变为底部且反之亦然)。
73.图6公开根据现有技术的盐水通道/流动通道62的局部放大前视图，其在下文被描述为流动通道。流动通道62建立在第一垫片元件74与第二垫片元件74'之间，第一垫片元件74定位在热交换器板的边缘处，第二垫片元件74'定位成邻近汽化区段40。第一垫片74容纳在热交换器板的非波纹垫片槽中，且在形成流动通道62部分的第一内波纹区域70、72与邻近热交换器板边缘的第一外波纹区域76之间保持就位。类似地，第二垫片74'容纳在热交换器板的非波纹垫片槽中，且在形成流动通道62部分的第二内波纹区域70'、72'与形成汽化区段40部分的第二外波纹区域76'之间保持就位。
74.第一内波纹区域和第二内波纹区域由相应的成排的顶部70、70'和底部72、72'(在它们之间形成侧翼)组成。第一内波纹区域的顶部70定位成与第二内波纹区域的顶部70水平地齐平，且第一内波纹区域的底部72定位成与第二内波纹区域的底部72水平地齐平。流动通道62形成为在第一内波纹区域与第二内波纹区域之间的非波纹区域，由此在邻近的顶部70、70'之间的截面区域对于流动来说是限制性的。
75.图7公开根据现有技术的盐水通道62的局部放大侧视图。如可清楚看到的，有效流动通道受限于在接触的顶部70、70a与接触的顶部70'、70'a之间的非波纹区域62处的面积。垫片74、74'也是可见的。
76.图8公开根据本发明的盐水通道/流动通道62的局部放大前视图。类似于现有技术，流动通道62建立在第一垫片元件74与第二垫片元件74'之间，第一垫片元件74定位在热交换器板的边缘处，第二垫片元件74'定位成邻近汽化区段40。第一垫片74容纳在热交换器板的非波纹垫片槽中，且在形成流动通道62部分的第一内波纹区域70、72与邻近热交换器板边缘的第一外波纹区域76之间保持就位。类似地，第二垫片74'容纳在热交换器板的非波纹垫片槽中，且在形成流动通道62部分的第二内波纹区域70'、72'与形成汽化区段40部分的第二外波纹区域76'之间保持就位。非波纹区域(也标为62)也设置在第一内波纹区域与第二内波纹区域之间。
77.第一内波纹区域和第二内波纹区域由相应的成排的顶部70、70'和底部72、72'(在它们之间形成侧翼)组成。第一内波纹区域的顶部70定位成与第二内波纹区域的底部72'水平地齐平，且第一内波纹区域的底部72定位成与第二内波纹区域的顶部7'水平地齐平。以该方式，在流动通道62中实现与现有技术相比更大的有效流动面积，而不需要使第一垫片元件70与第二垫片元件70'之间的距离更大。
78.在本案中，有效流动通道具有曲折的形状，且限定于相应的第一和第二内波纹区域的邻近的顶部70、70'之间。对于流动来说的限制性截面区域因此在相应的第一和第二内波纹区域的邻近的顶部70、70'，相应的第一和第二内波纹区域的邻近的顶部70、70'之间的非波纹区域，以及侧翼(其使相应的第一和第二内波纹区域的邻近的顶部70、70'与在相应的第一和第二内波纹区域的邻近的顶部70、70'之间的非波纹区域互连)之间延伸。
79.图9公开根据本发明的备选流动通道62的局部放大侧视图。除了在本实施例中第一内波纹区域与第二内波纹区域之间没有非波纹区域，本实施例与先前的实施例等同。对于流动来说的限制性截面区域因此在相应的第一和第二内波纹区域的邻近的顶部70、70'与使相应的第一和第二内波纹区域的邻近的顶部70、70'互连的侧翼之间延伸。
80.图10公开根据本发明的盐水通道62的局部放大侧视图。本实施例与先前的实施例等同，即，在相应的第一和第二内波纹区域的邻近的顶部70、70'之间没有非波纹区域。流动通道因此建立在使相应的第一和第二内波纹区域的邻近的顶部70、70'互连的侧翼之间。如可看到的，第一排的顶部与第二排的底部水平地齐平，且反之亦然。