板式换热器的制作方法

1.本发明涉及一种板式换热器以及该板式换热器用于在介质之间传递热量的用途。


背景技术：

2.板式换热器包含换热板的堆叠体，热量通过换热板的堆叠体从一种介质传递到另一种介质。相邻的板形成通道系统，介质流过该通道系统。介质被理解为是指液体或气体，但不排除颗粒可能存在于这些液体或气体中的事实。
3.原则上，未密封的和密封的板式换热器之间存在区别。在非密封的设计中，板之间的空间通过板之间的刚性连接来密封，例如通过焊接或钎焊或通过熔合技术来密封。
4.在密封的板式换热器中，换热板在边缘处一个搁置在另一个之上并由垫圈隔开。这种密封的板式换热器例如从ep 1996889 b1中已知。该文献描述了由多个板组成的板式换热器，各个板被堆叠并且每个板通过周向垫圈相互连接，并且形成以曲折状方式延伸的通道系统，并且引导通道的侧壁包括孔口。预期实现改进的热传递能力和降低的压降。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供密封的板式换热器，该密封的板式换热器在操作期间永久地承受介质之间和相对于环境的高的压力差，并且该密封的板式换热器对于介质的瞬时压力的波动或跳跃也是稳定的。
6.该目的通过一种包括两个换热板的板式换热器来实现，这两个换热板形成布置在换热板之间的通道系统，该通道系统由密封元件密封，其中通道系统包括支撑元件，并且其中支撑元件与密封元件间隔开，并且支撑元件的材料与换热板的材料不同。
7.根据本发明的板式换热器的优选实施例可以在从属权利要求和以下详细描述中找到。
8.不言而喻，板的数目不限于两个。本领域技术人员将根据所需的热传递能力选择换热板的数目。换热板的数目和表面积越大，热传递能力就越大。
9.根据本发明，通道系统布置在两个换热板之间。相邻换热板的彼此面对的两个表面限定了通道系统的流动通道。为此目的，这两个相面对的表面中的至少一个被成型。石墨换热板和碳化硅换热板通常在一侧进行铣削，使得这两个相面对的表面中只有一个被成型。通道系统然后由成型表面靠在堆叠体中的下一个板的平坦表面上来产生。然而，这两个换热板的两个相面对的表面都可以被成型。压纹板优选地在两个表面上成型，例如由西格里碳素公司(sgl carbon)提供的f100材料所制成的那些。f100材料是一种含有石墨颗粒和含氟聚合物的材料。
10.板之间的接合连接是可释放的接合连接。可释放可以理解为板可以彼此释放而不破坏板。例如，非破坏性的接合连接将是一体结合，例如焊接、钎焊和胶合。
11.在本发明中，密封元件被理解为是指如下的装置，例如垫圈，其用于相对于周围大气气密地密封通道系统。
12.支撑元件可以理解为指的是布置在彼此叠置的换热板之间并且将这些换热板彼此支撑的元件。
13.在本发明中，支撑元件与密封元件间隔开。这意味着支撑元件和密封元件不合并，而是彼此分离的元件。
14.支撑元件优选地是在两个换热板之间的支撑连接部。这意味着与换热板平面正交地作用在换热板中的一个换热板上的力中的一些力由支撑元件传递到在力的方向上的作为下一个的另一个换热板。
15.密封元件可以包括周向密封元件区域。例如，这种密封区域可以在例如de 102008048014 a1的图4中所示的框架垫圈中找到。密封元件也可以是独立的周向带，或者该密封元件可以通过重叠的带区域(例如带端部)形成在所有侧上都封闭的带外形。这相对于环境连续且可靠地密封通道系统。该带可以是固体的或膏状的，其中，宽度、厚度和一种或多种密封元件材料总是被调整为彼此匹配，以实现充足的密封作用和尽可能小的蠕变趋势，同时确保密封元件对相应介质的腐蚀的足够抗性。
16.通过密封元件和/或支撑元件，在这些板之间形成密封连接，该密封连接可以在不加热的情况下释放，从而使板不被破坏或损坏。
17.原则上，若干种不同的材料适用于密封元件，只要这些材料可以为特定的换热应用提供足够的密封性和抗腐蚀性即可。根据本发明的密封元件优选地包括含氟聚合物，例如聚四氟乙烯(ptfe)。此外，根据本发明的支撑元件优选包括含氟聚合物，例如ptfe。
18.含氟聚合物可以选自部分或完全氟化的聚合物。例如，聚四氟乙烯(ptfe)、乙烯四氟乙烯(etfe)、聚偏二氟乙烯(pvdf)、乙烯三氟氯乙烯(etcfe)、氟化乙烯丙烯共聚物(fep)和全氟烷氧基聚合物(pfa)适合作为含氟聚合物。这既适用于密封元件的含氟聚合物，也适用于支撑元件的含氟聚合物。含氟聚合物特别优选为ptfe。含氟聚合物可确保耐化学性和耐热性以及密封性和机械性能，例如有效力传递。不言而喻，不同的含氟聚合物在不同程度上满足了这种特性属性，例如ptfe特别耐腐蚀。因此，一些其它含氟聚合物的蠕变趋势较低。
19.密封元件和支撑元件优选地由相同的材料构成。然后，换热板的全部弯曲强度可用于介质压力中的差异和波动或跳跃。另一个优点是支撑元件和密封元件可以由前体材料的间隔开的部分以特别简单的方式制造。例如，以下被认为是前体材料：
[0020]-密封膏，例如市售的包含含氟聚合物颗粒的含含氟聚合物颗粒的900膏，
[0021]-ptfe密封带(例如市售的垫片带系列500)，或
[0022]-具有圆形截面的包含含氟聚合物的密封绳。
[0023]
支撑元件在换热板之间被压缩。通常，支撑元件的厚度不超过支撑元件宽度的10％，优选不超过4％。这是有利的，因为板式换热器对于压力中的跳跃具有更高的稳定性。
[0024]
根据本发明的密封元件具有特定的厚度。密封元件的厚度优选不超过密封元件宽度的10％，优选不超过4％。因此，板式换热器还可以永久承受极高的操作压力。
[0025]
支撑元件和/或密封元件的厚度优选在0.01和0.5mm之间。支撑元件和/或密封元件的宽度优选至少为3mm，特别优选在3和20mm之间。这也带来了针对高的压力差的最佳密封性和稳定性。
[0026]
支撑元件可以是条形的。条形可以理解为意味着支撑元件具有特定的宽度和特定
的长度，例如，长度至少是宽度的五倍。在这种情况下，支撑元件不必是直的。这意味着力通过条形支撑元件的表面传递到下一个换热板。
[0027]
支撑元件也可以是支撑盘。根据本发明，支撑盘是如下支撑元件，其周长至多是具有相同表面积的圆的周长的两倍。在实践中，可以通过使用膏作为前体材料并将其点施加成团来生产支撑盘。在压缩期间，由前体材料形成几乎圆形的扁平支撑盘。以这种方式进行的点状施加意味着支撑元件需要更少的材料并且支撑元件可以单独地附接在压力差峰值的区域中。因此，使用最少量的支撑材料，可以有针对性地在材料失效风险最高的点处精确地抵消换热板的挠曲。
[0028]
换热板可以有利地包括石墨和/或陶瓷材料和/或金属。取决于在其间进行换热的介质的不同，金属或金属合金(例如钢)可以用作板的材料，或者，对于特别腐蚀性介质，陶瓷材料(例如碳化硅或纤维增强陶瓷材料或石墨)可以也可用于此。
[0029]
通道系统中的通道还可以包括断流元件。断流元件被理解为是指防止介质能够在通道方向上以直线流动的元件。这会导致流过通道的介质产生漩涡，从而提高传递热量的效率。因此，即使在介质流速较慢的情况下也会出现湍流。
[0030]
根据本发明的板式换热器有利地包括三个换热板，所述三个换热板形成布置在第一换热板和第二换热板之间的第一通道系统和布置在第二换热板和第三换热板之间的第二通道系统，其中第一通道系统由第一密封元件密封，并且包括在第一通道系统中的第一支撑元件与包括在第二通道系统中的第二支撑元件对齐。在这种情况下，对齐意味着第一和第二支撑元件的周边至少部分重叠。当周边延伸使得正交于板平面定向的至少一个直线穿过两个周边时，发生重叠。这意味着支撑元件布置在垂直于换热板的表面延伸的轴线上。因此，沿着该轴线作用在换热板上的力通过支撑元件传递到不同的换热板，然后该力通过另一个支撑元件继而继续在力的方向上从这里传递到下一个换热板。
[0031]
本发明还涉及根据本发明的板式换热器的用途，板式换热器用于将热量从一种介质传递到另一种介质，其中一种介质是腐蚀性的或者两种介质都是腐蚀性的。腐蚀性可以理解为意味着介质可以通过化学反应削弱材料(例如钢或与介质接触的其它结构材料)的功能。
[0032]
这些腐蚀介质可以选自盐酸、氢氟酸、硫酸、磷酸和氯乙酸。
[0033]
本发明还涉及根据本发明的板式换热器的用途，板式换热器用于传递热量，其中，一种介质与环境之间的压力差和/或在其间进行热传递的两种介质之间的压力差为至少7巴，优选至少9巴，特别优选至少11巴，非常特别优选至少13巴并且极其优选至少17巴，例如至少21巴。
[0034]
本发明还涉及一种在根据本发明的板式换热器中将热量从一种介质传递到另一种介质的方法，其中所述两种介质中的至少一种与食品、医药产品或半导体材料形成物理接触，或者与食品、医药产品或半导体材料的前体形成物理接触。
[0035]
本发明将通过以下实施例和附图进行说明，但不限于此。
附图说明
[0036]
图1是换热板的一个区域的透视图。
[0037]
图2是换热板的一个区域的透视图，其中已经施加了根据本发明的用于支撑元件
的前体材料的部分。
[0038]
图3是换热板的截面，其中已经施加了根据本发明的用于密封元件和用于支撑元件的前体材料。
具体实施方式
[0039]
图1示出了用于板式换热器的典型换热板1的一个区域。换热板在此处可见的表面上成型，使得在与布置在所述换热板上的另一个换热板(此处未示出)的堆叠体内产生通道系统2，介质可以通过贯通开口3被引入到该通道系统2中。通道系统中包括的通道5由脊4界定。图2示出了相同的换热板1的相同透视图，其中附加地将支撑元件前体材料6的部分布置在脊4上。
[0040]
支撑元件前体材料6也示出在图3所示的截面中。图3中的换热板类似于图1和图2中的换热板，但这里脊4具有梯形截面。图3还示出了密封元件前体材料7，密封元件前体材料7在所有侧上在表面的外边缘上延伸。通过将图3中所示的多个换热板堆叠并将其放置为处于应变下，布置在这些板之间的支撑元件前体6和密封元件前体7被压缩，从而提供了根据本发明的换热器，该换热器包括根据本发明布置的密封元件和支撑元件。
[0041]
实施例
[0042]
构建了两个小型测试板式换热器(sic phx p05)，每个测试板式换热器具有10个碳化硅换热板。p05型板的尺寸为230x 620mm。换热板每个都包括已结合的轮廓和用于介质的开口。这两个测试板式换热器的区别仅在于根据本发明的附加支撑元件仅被包括在第二测试板式换热器中。
[0043]
对于这两个测试板式换热器，将密封绳(基于ptfe，大约4mm厚)应用在布置在相邻换热板之间的通道系统中的每个通道系统周围以及另一介质流过的贯通开口周围。密封绳用于限制两种介质相对于彼此流过的区域以及相对于周围大气限制这些区域。
[0044]
在第二测试板式换热器中，将附加的含氟聚合物支撑元件施加到冷却通道之间的脊。在将换热器放置在应变下之后，两种介质中的一种在含氟聚合物支撑元件周围流动，因此它们不具有密封功能。
[0045]
在第一测试板式换热器中，实现了8巴的测试压力。在第二测试板式换热器中，实现了12巴的测试压力。第一泄漏仅在在13巴的测试压力下第二测试板式换热器中发生。
[0046]
因此，在这个第一大大简化的测试设置中，测试压力可能已经增加了50％。
[0047]
在加载的情况下，通过与介质接触将压力施加到板表面，这导致挠曲或导致对应的机械应力状态。通过支撑元件，潜在的挠曲被减小或对应的应力被减小。与初始状态相比，这允许更大的压缩加载直到达到潜在的相对于板上的载荷(避免板破损)或相对于系统上的载荷(避免泄漏)的临界应力状态为止。
[0048]
在其它测试中，根据本发明的板式换热器能够用碳化硅换热板实现23.0巴的耐压性并且用石墨换热板实现25至26巴的耐压性。这意味着本发明不限于包括陶瓷换热板的板式换热器，而是同样可以特别有效地与其它防腐蚀板材料一起实施。
[0049]
通过实现23至26巴，泄漏出现在碳化硅换热板和石墨换热板的相同区域。本发明似乎已将抗压极限更多地转向由钢制成的夹板(平整度)和测试设备。如果有的话，泄漏发生在供应和排出管线或软管接头的区域中。