复合材料板式换热器的制作方法

本发明涉及热交换器、更具体地说板式热交换器的领域。

背景技术：

热交换器是允许从温度为t1的第一流体向温度为t2(t2低于t1)的第二流体穿过交换表面转移热能的设备。因此产生热通量，而这两个流体不混合。

板叠置并压缩在由两端构成的框架中。每个板均包括褶皱(起伏),这些褶皱(起伏)会在待加热或冷却的流体的流动中制造出紊流。流体在板之间的自由空间中流通。在板之间安装有密封件(joint)以确保被称为“服务回路(circuitservice)”(服务流体一般是水、蒸气或油)的回路与被称为“工艺回路(circuitprocédé)”(工艺流体有时是腐蚀性流体)的回路之间的密封。能量在服务这侧与工艺那侧之间穿过板的厚度进行交换。当板由金属制成时，板可相互焊接，而无需在它们的交界处布置密封件，这使得能够运用更大的使用压强和温度。然而，同时无法再将板分离开以进行比如清洁操作等日常操作。

传统地，这些板基于不同的金属、塑料或陶瓷材料制成。当它们是金属质地时，这些板通过冲压制造。这些材料的高柔性允许众多构造和小的厚度。这些板在热交换方面特别高效。然而，这样的板不适用于需要抗腐蚀性的应用。

对于这样的应用，可以使用金属合金、贵金属、浸渍有树脂的石墨、碳化硅或塑料材料。然而，这样的板的一个缺陷在于用于制造它们的金属的成本非常高。而且，对于某些要求特定抗腐蚀性(比如抗氯化物或氟化物腐蚀性)的应用，所述金属中的某些由于无效而不能够使用。

包括碳和碳-石墨的混合物的浸渍石墨和碳化硅是相对而言耐高温和耐所述腐蚀的两种材料。它们还具有良好的导热率(在径向传播方向上达到105w/m.k)。然而，由于石墨的脆性和碳化硅的非常高的硬度，难以实现加工操作,特别是旨在制造出起伏的加工操作。因此，加工成本非常高，且生产节奏低下。而且，用于该类型特定应用的板的起伏的设置和板的大的厚度(可达10mm)不允许与金属板同样高的热交换。总而言之，这些板式热交换器的导热率相对于设有金属板的热交换器而言不是最优化的。此外，石墨的成本相对于传统金属而言非常高。

技术实现要素：

本发明的目的在于通过提供一种用于流体流通的板式热交换器来弥补这些缺陷，该板式热交换器包括用于流体流通的板和适于压缩板的用于维持板的框架，框架和板以密封的方式两两连接，其特征在于，该板式热交换器包括至少一个金属网孔板，该金属网孔板包括至少一个金属网孔片和覆盖该金属网孔片的至少一个面的热固性或热塑性树脂覆层。

根据本发明，“两两连接”指的是两个元件相互连接。由此，框架和板两两连接意味着框架的每个端部连接到与其邻接的板并且彼此相邻的两个板相互连接。

由此获得机械强度比仅由石墨、陶瓷或塑料的板构成的交换器高的板式交换器。该交换器的包括至少一个金属网孔片和热固性或热塑性树脂覆层的所述一个或多个板适于无损地承受多个热周期，是密封的，并且能够抵抗侵蚀和众多类型的腐蚀，包括氯化物或氟化物的腐蚀。实际上，使用金属网孔有助于覆层在金属上的附着。相对于标准金属板，树脂覆层在金属上的该良好加载赋予板更好的抗侵蚀性和更长的使用寿命。

根据本发明的板式热交换器还具有有利的导热率特性。

根据本发明的板式热交换器可还包括单独或组合地采用的一个或多个以下特征：

-通过对金属网孔片的冲压，优选地通过对相互钎接的多个金属网孔片(例如相互钎接的五个金属网孔片)的冲压，来成型金属网孔板；

-金属网孔板的厚度至少为0.8mm，优选地厚度为1.5mm；

-板的孔率可等于板厚度中的10％体积比，理想地为20％体积比。孔的尺寸可最小为25微米，最大为2毫米；

-板的比表面积可介于5m²/m²至250m²/m²之间(板厚度中的内表面积相对于板的表面积)，优选地对于与热固性树脂(例如苯酚树脂)有关的板为15m²/m²，对于与热塑性树脂(像例如聚偏二氟乙烯(pvdf)树脂)有关的板为80m²/m²；

-金属网孔板包括长度为0.05mm至5mm的网孔。当金属网孔板包括多个金属网孔片时，片与片之间的网孔长度可不同，例如网孔的长度可在板的厚度中减小；

-优选地借助于板之间或者框架与至少一个板之间的密封件和/或焊接来实现密封；

-金属网孔片由碳钢或具有抗腐蚀性的任何其它材料(例如不锈钢、锆、钛或镍合金)制成；

-通过在金属网孔片上涂覆热固性或热塑性树脂，或通过在金属网孔片中浸渍热固性或热塑性树脂，来获得热固性或热塑性树脂覆层；

-热固性或热塑性树脂覆层完全覆盖金属网孔片；

-框架具有位于板对面的内部面和接收用于流体流通的连接的外部面；框架包括抗腐蚀覆层，该抗腐蚀覆层连续地覆盖上述连接和框架的内部面。在此，“连续地”指的是不让流体通过；

-框架的抗腐蚀覆层是热固性或热塑性树脂覆层；

-框架包括至少部分地覆盖内部面的金属网孔片，且抗腐蚀覆层覆盖框架的金属网孔片；

-框架的金属网孔片由碳钢或具有抗腐蚀性的任何其它材料(例如不锈钢、锆、钛或镍合金)制成；

-框架的金属网孔片包括长度为0.05mm至5mm的网孔。当框架包括多个金属网孔片时，片与片之间的网孔长度可不同；

-金属网孔板的金属网孔片和框架的金属网孔片沿着不具有热固性或热塑性树脂覆层的区域彼此焊接，所述区域被热固性或热塑性树脂覆层环绕以使其与流体中的至少一个隔离，以确保两个流体之间的密封；

-板形成被布置为在流体流动时产生紊流的起伏；

-起伏由金属网孔板的单个面形成。板可被布置为使得形成起伏的第一板的面与第二板的大致平坦的面密封接触。由此，相比于在金属网孔板的两个面上均存在起伏的情况下起伏与起伏接触的面积而言，两个板之间的接触在更大的面积上延伸。板之间的接触区域的增大减小了覆层的摩擦率，因此延长其使用寿命；

-起伏由金属网孔板的两个面形成，板被布置为使得相邻两个板之间的接触在起伏突出的顶点以外发生。换句话说，确保相邻两个板具有对于减小摩擦力足够大的接触表面；

-板中的每个板都包括密封件承载部，并且在相邻两个板的密封件承载部上布置有至少一个密封件，以确保相邻两个板叠置时的密封；

-多个密封件中的每个都布置在相邻两个板的密封件承载部上，并且起伏的高度在密封件周围降低以允许均匀地压缩密封件；

-热固性或热塑性树脂覆层中的至少一个的热固性或热塑性树脂包括添加有碳化硅、石墨、石英、碳或这些添加物的混合物的粉末；

-框架还包括布置在位于板对面的第二内部面上的第二金属网孔片。

本发明的主题还在于一种用于制造板式热交换器的方法，其包括以下步骤：

-用金属网孔片至少部分地覆盖用于维持板的框架的位于板对面的内部面；

-将框架的金属网孔片和位于其对面的金属网孔板的金属网孔片沿着不具有热固性或热塑性树脂覆层的区域彼此焊接，该区域被热固性或热塑性树脂覆层环绕以使其与流体中的至少一个隔离。

根据本发明的用于制造板式热交换器的方法还可包括这样的步骤，在这些步骤中：

-将多个金属网孔片相互叠置和/或钎接，然后冲压以形成金属网孔板的起伏；

-至少一个金属网孔板通过金属粉末烧结制成；

-热固性或热塑性树脂覆层在对应于两个板之间的接触点处包含硬元件或添加物，该硬元件或添加物允许避免在加压、减压和热膨胀运动周期期间由于板摩擦而导致的磨损。

附图说明

阅读作为例子提供的绝无任何限制性的附图，将更好地理解本发明，在附图中：

-图1是根据本发明的一个实施方式的板式热交换器的立体视图；

-图2是图1的板式热交换器的在图6中所取得的沿着a-a的纵向剖视图；

-图3是图1的板式热交换器的在图6中所取得的沿着b-b的横向剖视图；

-图4是与图3类似的允许腐蚀性流体通过的相邻两个板的剖视图；

-图5是与图3类似的根据本发明的一个具体实施方式的交换器的边缘处的板的构造的剖视图；

-图6是工艺这侧的一个板的正视图；

-图7是服务这侧的一个板的正视图；

-图8是根据一个实施方式的板式热交换器的纵向剖视图，其中示出了腐蚀性流体通道；以及

-图9是根据一个实施方式的板式热交换器的剖视图，其中示出了服务流体通道。

具体实施方式

在本说明书的下文中，无差别地使用表达方式“热交换器”和“板式热交换器”，这些表达方式在表示本发明的主题之一时是同义的。

热交换器1包括：

-用于流体流通的板3；

-用于维持板3的框架2，其适于压缩板3。框架2和板3以密封的方式两两连接。热交换器1包括至少一个金属网孔板3，该板包括：

-至少一个金属网孔片31，和

-覆盖金属网孔片31的至少一个面的热固性或热塑性树脂覆层32。

金属网孔片31可由碳钢或具有抗腐蚀性的任何其它材料(例如不锈钢、锆、钛或镍合金)制成。

热固性或热塑性树脂覆层32可包括添加有碳化硅、石墨、石英、碳或这些添加物的混合物的粉末。该类型的树脂改善板的抗侵蚀和腐蚀性，并允许良好的导热率。

还可使用其它塑料材料，比如聚丙烯(pp)、聚全氟烷氧基(pfa)、乙烯-三氟氯乙烯共聚物(ectfe)、聚偏二氟乙烯(pvdf)、乙烯-四氟乙烯共聚物((etfe)、氟化乙烯丙烯共聚物(fep)或聚乙烯(pe)。

在图1和2中可见的热交换器1的维持框架2包括适于接收用于流体流通的连接(在图1中用限定它们轮廓的固定装置p示出)的固定板片21和用于压缩板3的可动板片22。固定板片21和可动板片22通过允许排齐板3的上部引导件(未示出)连接。连接两个端部板3的带有螺纹的杆23确保通过拧紧来压缩叠置的板3。

框架2的固定板片21和可动板片22中的每个均包括位于板3对面的内部面24，以及外部面25。固定板片21的外部面25设置为接收用于流体流通的连接。

在框架2的每个内部面24上布置有金属网孔片26。构成与金属网孔板3的构成类似的金属网孔片26覆盖内部面24的被设置为与可能具有腐蚀性的工艺流体接触的表面。每个金属网孔片26本身覆有抗腐蚀覆层，该抗腐蚀覆层在图1所示的本发明的一个具体实施方式中为热塑性树脂覆层27，其构成类似于金属网孔板3的构成。固定板片21的金属网孔片26和热塑性树脂覆层27被设置为连续地覆盖连接c和框架的内部面，由此保护固定板片21抵抗任何由于腐蚀性流体通过造成的腐蚀。

图1至9示出的热交换器仅包括这样的金属网孔板3：该金属网孔板3包括单一金属网孔片31和覆盖该金属网孔片31的至少一个面的热塑性树脂覆层32。在一个未示出的实施方式中，金属网孔板可包括多个金属网孔片，片与片之间的网孔长度可不同，例如网孔的长度可在板的厚度中减小。在另一未示出的实施方式中，热交换器的板中仅有一些板是基于金属网孔片形成的板。

在图1、4、6至9中示出的实施方式中，热塑性树脂覆层32完全覆盖板3的被设置为与腐蚀性流体(也被称为“工艺流体”)接触的面。在下文中将该面称作“工艺面”，相对于板3的被设置为与“服务流体”(例如水、蒸气或油)接触的“服务面”。热塑性树脂覆层32还覆盖金属网孔片31的边缘和服务面的一部分。

每个金属网孔板3具有四个贯穿孔33(见图1、6和7)，这四个贯穿孔33被设置为用于两个流体在热交换器1中的通过和输配。

金属网孔板3在热交换器1中的布置方式使得：相邻两个板3彼此相面对，要么它们的工艺面相面对，要么它们的服务面相面对，以允许工艺流体或服务流体在它们之间流动。由此，在板式热交换器1中实现工艺流体与服务流体之间的交替输配。

如图4所示，板3形成被布置为在流体在相邻两个板3之间流动时产生紊流的起伏36。这些起伏36可在金属网孔片31的冲压步骤时制成。在图1至5的实施方式中，起伏36由板3的两个面形成。在另一实施方式中，起伏由板3的单个面形成，例如通过在该面上材料的包覆模制形成。板可两两布置为使得第一板3的形成起伏的面与第二板3的大致平坦的面密封接触。由此，相比于在图3至5的起伏存在于板3的两个面上的情况下起伏与起伏接触的面积而言，两个板3之间的接触在更大的面积上延伸，并允许减小覆层在金属上的摩擦率。

为了确保密封，尤其是为了防止工艺流体沿着不具有热固性树脂覆层32的表面流动，在两个板3之间或者在板3与框架2的内部面之间、围绕着保证无需流动的流体的供给的两个孔33布置有密封件4，如在图6和7中详细示出的。

为了确保在组装热交换器1时均匀地压缩密封件4，以及为了避免在压缩时由于存在密封件4所产生的间隙而导致的板的变形，可设置增厚部以补偿当板3的服务面上不存在覆层时的覆层厚度缺乏。

如图5所示，也可通过相邻板3的两个金属网孔片31之间的焊接34和使相邻板3的两个覆层32接触来确保密封。在图5所示的实施方式中，板3的覆层32虽然不覆盖工艺面的整个表面，但对于覆盖与工艺流体接触的表面并允许与相邻板3的覆层32接触而言是足够大的。

板式热交换器1如下所述地工作。

通过固定在固定板片21上的连接使得工艺流体和服务流体在热交换器1中流通。流体在板式热交换器1中在相邻的两个金属网孔板3的类型相似(工艺面或服务面)的两个面之间交替地输配。这两个流体的流动被板3的起伏36干扰，这产生服务面与工艺面之间穿过金属网孔板3的厚度的热能交换。该能量交换的结果在于：在金属网孔板3的两个面两侧的两个流体的温度之间达到平衡。

在图6所示的工艺流体流动的情况下，流体的一部分沿着相邻两个板3的工艺面所形成的起伏36从输入孔33向输出孔33在箭头f所示的方向上流动。图6所示的板3的工艺面被热塑性树脂覆层32整个覆盖以保护金属网孔片31抵抗腐蚀。由于密封件4环绕着板3的另两个孔33，流体不能通过这两个孔排出。相反地，图6所示的金属网孔板3的服务面在其与服务流体接触的部分中不具有热塑性树脂覆层32，由此有利于热能转移。

本发明不限于所描述的实施方式和这些方式的变型，其它方式对于本领域技术人员而言是显而易见的。特别地，本发明另一个可行的实施方式在于，所使用的两个流体都是腐蚀性的，并且板与液体接触的表面整个都覆有热固性或热塑性树脂覆层。