用于生產具有多個通過焊料涂敷支撐物連接的換熱器塊的板式換熱器的方法
【專利說明】用于生產具有多個通過焊料涂敷支撐物連接的換熱器塊的板 式換熱器的方法
[0001] 本發明涉及一種用于生產具有至少兩個換熱器塊的板式換熱器的方法，每個換熱 器塊具有多個隔離板片，其互相平行設置并且形成多個用于參與換熱的流體的換熱通道。 此外，本申請也涉及這樣的板式換熱器，其中換熱器塊具有至少一個公共集管，其用于將換 熱流體分配到兩個換熱器塊或用于從兩個換熱器塊排出換熱流體。
[0002] 釬焊鋁板式換熱器用于各種不同壓力和溫度下的許多裝置中。它們被用于例如分 離空氣、液化天然氣或者在乙烯生產廠。
[0003] 這種板式換熱器在例如ALPEMA的2010第三版的《釬焊鋁板翅式換熱器制造商協會 標準》的第5頁有顯示和描述。來自此處的示意圖在圖1中作為現有技術示出并且在下面描 述。
[0004] 此處示出的板式換熱器包括多個隔離板片4,其互相平行設置并且形成多個用于 在換熱中將介質聚集在一起的換熱通道1。換熱通道1從外面被板片金屬條8封閉，板片金屬 條8齊平地附接到隔離板片4的周邊并且在下文中也被稱為側桿8。設置在換熱通道1內的是 波紋板片3,被稱為翅片3。隔離板片4、翅片3和側桿8互相固定地連接，并且因此形成緊湊的 換熱器塊10。整個換熱器塊10在外面由蓋板5界定。
[0005] 為了供給和排出換熱介質，通過換熱通道1的入口和出口 9附接半圓柱形收集器7， 半圓柱形收集器7具有用于連接供給和排出管線的連接器短管6。收集器7在下文中也被稱 為集管7。換熱通道1的入口和出口 9由被稱為分配器翅片2的翅片形成，其在單獨的換熱通 道1中提供介質的均勻分配。介質通過換熱通道1流入由翅片3和隔離板片4形成的通道中。
[0006] 翅片3在其接觸點處與隔離板片4釬焊，借此在翅片3和隔離板片4之間建立集中的 導熱接觸。這具有提高鄰近換熱通道1中不同介質之間交替換熱的效果。
[0007] 這種板式換熱器優選地由鋁形成，組件通過釬焊互相連接。然而，優質鋼也可以用 作材料。翅片、隔離板片、分配器翅片、蓋板和設置有焊料的側桿是一個在另一個之上堆疊 放置的，然后在爐中釬焊以形成換熱器塊。然后將具有連接器短管的集管焊接在換熱器塊 上。
[0008] 使用剛才描述的生產方法，這種換熱器塊的最大尺寸由釬焊爐的尺寸和幾何結構 而規定。然而，工藝通常需要更大的熱交換表面積，并且因此需要比可以在這種爐中生產的 更大的換熱器塊。為了滿足這種要求，在上述出版物的第6頁1.2.3中建議的是通過焊接將 兩個或多個換熱器塊互相連接，并且由此獲得堆疊高度增加的組合換熱器塊。
[0009] 為了生產具有多個換熱器塊的板式換熱器，首先如上所述在釬焊爐中由隔離板 片、翅片和分配器翅片互相分開地生產兩個或更多個換熱器塊。
[0010] 因此，如今根據通常的釬焊爐尺寸，換熱器塊可以具有大約8.2m的最大長度、大約 1.5m的最大寬度和大約3.0m的最大高度。它們還沒有集管。桿沿著蓋板的邊緣焊接到第一 換熱器塊的蓋板上，并且最終與蓋板的邊齊平。這些桿，通常也稱為側桿，在蓋板上形成一 種框架。連接到第一換熱器塊的第二換熱器模塊的蓋板放置在第一換熱器塊的桿上，并與 其焊接。包括兩個連接的換熱器塊的裝置的堆疊高度大于單獨的換熱器塊，因此其超過釬 焊爐的尺寸和幾何結構。用這種方法，任何數目的換熱器塊都可以互相連接以形成任何尺 寸的換熱器塊裝置。然后，產生的換熱器塊裝置設置有集管和連接器短管，以便獲得大的板 式換熱器，其包括多個互相連接的換熱器塊。
[0011] 在這種板式換熱器的兩個鄰近的換熱器塊的蓋板之間，具有由側桿環繞的腔體， 其充滿空氣。參與換熱的介質其中之一不流過該腔體。它不是加壓的。
[0012] 在這種包括多個換熱器塊的板式換熱器情況下，在各種應用中，高應力集中發生 在換熱器塊的過渡區域。
[0013] 本發明的目的是提供一種用于生產包括多個換熱器塊的板式換熱器的方法以及 如下這種板式換熱器:其具有最大可能的機械強度，但是在換熱器塊的過渡區域中的應力 被減小。
[0014] 通過具有獨立權利要求1所述特征的方法和權利要求13要求保護的板式換熱器而 實現預定的目的。各個從屬權利要求涉及優選的實施例。
[0015] 相應地，提供一種用于生產具有至少兩個換熱器塊的板式換熱器的方法，換熱器 塊在釬焊爐中互相分開地生產，每個換熱器塊具有多個隔離板片，其互相平行設置并且形 成許多用于參與換熱的流體的換熱通道。根據本發明，在釬焊爐中分別生產了換熱器塊之 后，在方法中采用以下步驟:加熱設置有焊料的至少一個支撐物以熔化焊料，支撐物設置在 待連接的換熱器塊相對的外表面之間，并且待連接的換熱器塊是一個在另一個之上地放置 或一個貼靠另一個地放置，使得至少一個支撐物固定在待連接的換熱器塊的相對的外表面 之間，即支撐物固定在換熱器塊的兩個外表面之間。一旦焊料硬化，換熱器塊的外表面通過 至少一個支撐物和硬化的焊料以材料結合和摩擦的方式連接到另一個。可以在加熱之前將 支撐物設置在待連接的外表面之間并與外表面隔一段距離，以便能夠在外表面之間固定支 撐物而在加熱之后沒有大的延遲或間隙。然而也可以只是在將換熱器塊一個貼靠另一個地 放置或一個在另一個之上地放置之前不久將加熱的支撐物放置在外表面之間。還可能的 是，在另外的換熱器塊貼靠支撐物放置或放置在支撐物上之前，首先將已加熱的支撐物貼 靠一個換熱器塊的外表面放置。
[0016] 本發明還包括具有至少兩個換熱器塊的板式換熱器，每個換熱器塊具有多個隔離 板片，其互相平行設置并且形成許多用于參與換熱的流體的換熱通道，并且換熱器塊在外 表面由蓋板界定，并且具有至少一個公共集管用于將換熱流體分配到兩個換熱器塊中，或 用于從兩個換熱器塊排出換熱流體。根據本發明，換熱器塊通過至少一個平的支撐物在相 對的蓋板上分別地連接，所述支撐物通過焊料連接到換熱器塊的蓋板。蓋板通常具有比換 熱器塊內的隔離板片更大的材料厚度。
[0017] 根據本發明的通過至少一個設置有焊料的支撐物連接的換熱器塊的外表面或蓋 板相比現有技術的情形能確保連接的表面積更大。通常由換熱器塊的蓋板形成的換熱器塊 的外表面，通過由焊料附接的至少一個支撐物以導熱方式互相連接。導熱可均衡相鄰換熱 器塊之間的溫差，借此減小換熱器塊的連接區域中換熱器塊之間的溫度誘導的應力。換熱 器塊之間的支撐物/焊料連接具有產生正對相對的外表面中心的摩擦連接的效果，借此提 高換熱器塊之間的連接的機械強度。因此，極大地增加了板式換熱器的運行可靠性和故障 安全性或使用期限。
[0018] 另一方面，根據現有技術在板式換熱器包括多個換熱器塊的情況下，兩個鄰近的 換熱器塊的相對的外表面或蓋板只是通過與周邊齊平的桿在外表面的各個邊緣處互相連 接。因此，根據現有技術的板式換熱器在相對的外表面的中心處沒有連接。相應地，兩個換 熱器塊之間基于空氣填充腔體的熱接觸比換熱器塊中的換熱器通道之間的熱接觸差得多。 因此，溫度誘導夾緊應力出現在外周焊接的分離的位置上。在各種各樣的應用中，這可能導 致在板式換熱器中的換熱器塊的過渡處出現高熱應力。而根據本發明的支撐物/焊料連接 可以防止這種情況。
[0019] 至少一個支撐物優選地由金屬組成，例如以金屬板片或金屬線裝置的形式。至少 一個支撐物的優選的厚度是在大約〇. 4mm和大約50mm之間。
[0020] 特別優選地，至少一個支撐物具有區域范圍，其至少對應于換熱器塊的待連接的 外表面。在這方面應當指出，換熱器塊的待連接的外表面通常具有相同的長度和寬度，并且 因此也包含大約相同的表面積。全面積支撐物允許換熱器塊在其整個外表面上互相連接， 借此產生兩個表面互相之間非常穩定的機械連接。這能避免切口效應，如先前在通過僅僅 繞換熱器塊的邊緣的外部焊接提供的僅外表面的局部連接中可能發生的。
[0021] 除了全面積形式的支撐物，還有可能通過如下這種方法形成支撐物:其只覆蓋換 熱器塊的外表面的部分面積。如果是這種情況，優選地，部分面積支撐物，例如帶狀物的形 式，被設置成互相緊挨著。帶狀物可以互相間隔開。然而優選地，它們被設置成以大體鄰接 的方式互相緊挨著。在優選實施例中，支撐物或多個支撐物相應地近乎完全地填充換熱器 塊的相對的外表面。因此具有遍及換熱器塊的整個外表面的導熱接觸，借此可以最佳地出 現換熱器塊之間的溫度均衡。然而，如上所述，還有可能只是給涂敷焊料的支撐物提供中間 空間的部分區域。然而，涂敷焊料的支撐物優選地達到換熱器塊的相對的外表面的中心。
[0022] 為了使不平的換熱器塊的外表面平坦，可在待連接的換熱器塊的外表面之間相互 平行設置(即堆疊)多個支撐物，特別是金屬板片，優選是兩個到四個，支撐物分別具有對應 于待連接的換熱器塊的外表面的近乎相同的表面積。位于支撐物上的焊料在換熱器塊連接 期間可以形成不同的焊料層厚度，并且由此使外表面中的和待連接的外表面之間的間隙中 的不平變平坦。
[0023] 至少一個支撐物在面對換