焊接式板形热交换器的制作方法

本发明涉及板形热交换器，更详细地说涉及层叠通过缝焊等焊接的导热板而形成的焊接式板形热交换器。

背景技术：

通常，热交换器是用于无需物理接触地从一流体向另一流体传递热。即，是在不混合流体的情况下只传递热的装置，是在间接加热或者冷却一种流体时使用的装置。

过去，主要使用壳与管(shell&tube)类型的热交换器，但是最近主要使用紧凑、热传递性优秀板形热交换器。

因为热传递性能高、重量轻以及经济性等的理由，在发电厂、工厂设施也要引进板形热交换器，为此需要具有耐久性的板形热交换器，能够克服高使用压力(15～35bar左右)与高使用温度(100～600℃左右)等的恶劣环境。

在板形热交换器的种类中垫片式换热器或者钎焊式换热器在上述的环境下存在泄漏、腐蚀、热变形等较多的问题，因此正在要求焊接式板形热交换器作为板形热交换器，以用于代替壳与管类型的热交换器。

图1示出现有的焊接式板形热交换器1的概略结构，上下层叠多个导热面10之后从外部用外壳包裹制造而成。

这种现有的焊接式板形热交换器不使流体倾向一侧流动，而是相比宽度以长度方向延长形成，以用于增加热交换长度。

但是，在以长度方向长的焊接式板形热交换器的内部流动高压的流体的情况下，导热面的中心部膨胀凸起出现变形，从而存在在外部外壳与导热面的两端相互焊接的部分出现裂缝的问题。

因此，为了在高压下使用焊接式板形热交换器，要求开发具有能够防止导热面变形的工具的焊接式板形热交换器。

支持此发明的国家研究开发项目

课题原有号码：1415156817

部门名称：产业通商资源部

研究管理专门机构：韩国能源技术评价院

研究项目名称：能源需求管理核心技术开发(能量特别)

研究课题名称：工厂设备用导热面积100m²焊接式板形热交换器技术开发

贡献率：1/1

主管机构：samhochem-machmfgco.,ltd

研究时间：2017.05.01～2019.12.31

技术实现要素：

(要解决的问题)

本发明是用于解决如上所述的问题的，本发明的目的在于提供一种焊接式板形热交换器，具有在高压下使用焊接式板形热交换器的情况下，防止导热面的中心部膨胀变形的改善结构。

(解决问题的手段)

为了达到上述目的，本发明的第一实施例的焊接式板形热交换器包括导热组件100，所述导热组件100以上下方向层叠形成多个单位导热板110，其特征在于，所述单位导热板110相互面对配置第一导热面111与第二导热面112；在第一、二导热面111、112之间形成第一流道115，在相邻的单位导热板110之间交替地形成第二流道118；在第一导热面111形成至少一个的第一防膨胀部300，所述第一防膨胀部300向相邻的上侧的第二导热面112凸出形成，并且所述第一防膨胀部300凸出形成的长度大于第一、二导热面111、112之间的垂直距离；在第二导热面112形成至少一个的第二防膨胀部400，所述第二防膨胀部400向相邻的上侧的第一导热面111凸出形成，并且所述第二防膨胀部400在对应于所述第一防膨胀部300的位置的长度大于第一、二导热面111、112之间的垂直距离；在层叠单位导热板110时，第一防膨胀部300的上部与相邻的上侧第二防膨胀部400的下部相互面接触地嵌合；第二防膨胀部400的上部与相邻的上侧第一防膨胀部300的下部相互面接触地嵌合，进而固定层叠的单位导热板110。

另外，在本发明的第一实施例的焊接式板形热交换器中，所述第一防膨胀部300包括构成侧面的第一侧面部310与连接所述第一侧面部310的末端的第一上面部320；所述第一侧面部310向中心倾斜预定角度地凸出形成长于第一、二导热面111、112之间的垂直距离的长度；所述第二防膨胀部400包括构成侧面的第二侧面部410与连接所述第二侧面部410的末端的第二上面部420；所述第二侧面部410向中心倾斜预定角度地凸出形成，而所述第二侧面部410凸出形成长于第一、二导热面111、112之间的垂直距离的长度；在层叠单位导热板110时，第一侧面部310的上部外侧面与相邻的上侧的第二侧面部410的下部内侧面面接触，而第二侧面部410的上部外侧面与相邻的上侧第一侧面部310的下部内侧面面接触。

另外，本发明的第二实施例的焊接式板形热交换器的特征在于，所述第一、二侧面部310、410之间的垂直方向的长度长于第一、二导热面111、112之间的垂直距离的2倍。

另外，本发明的第三实施例的焊接式板形热交换器中，所述第一防膨胀部300包括构成侧面的第一侧面部310与连接所述第一侧面部310的末端的第一上面部320；所述第一侧面部310垂直地凸出形成相当于第一、二导热面111、112之间的垂直距离的长度；在所述第一上面部320具有垂直地凸出形成预定长度的第一凸出部330；所述第二防膨胀部400包括构成侧面的第二侧面部410与连接所述第二侧面部410的末端的第二上面部420；所述第二侧面部410垂直地凸出形成长于第一、二导热面111、112之间的垂直距离的长度；在层叠单位导热板110时，第二导热面112被除了所述第一凸出部330以外的第一上面部320支撑，所述凸出部330的外侧面与相邻的上侧的第二侧面部410的下部的内侧面面接触，第二侧面部410的上部的外侧面与相邻的上侧的第一侧面部310的下部的内侧面面接触。

另外，所述第一凸出部330的外侧面之间的水平距离a比第一侧面部310的外侧面之间的水平距离b短第一导热面111的厚度t的4倍，并且与所述第二侧面部410的内侧面之间的水平距离a相同。

另外，本发明的第四实施例的焊接式板形热交换器中，所述第一凸出部330的外侧面的垂直方向长度长于第一、二导热面111、112之间的垂直距离；所述第二侧面部410的垂直方向长度长于所述第一凸出部330的外侧面的垂直方向长度。

另外，本发明的焊接式板形热交换器还包括外壳200，在上述外壳200内部配置有所述导热组件100。

(发明的效果)

根据本发明的实施例，具有如下的优点：在焊接式板形热交换器中，第一、二防膨胀部300、400相互插入嵌合的同时相互面接触，将摩擦力最大化，进而防止第一、二导热面111、112之间或者相邻的单位导热板110之间扩张以提高耐压性，而且没有焊接部分，因此没有泄露的危险，并且能够降低制作成本与缩短时间。

另外，具有如下的优点，在第一流体与第二流体的压力不同的情况下，通过高压力的流体更加压缩第一、二防膨胀部300、400之间的面接触部分，进而能够增加相互之间的结合力。

附图说明

图1是示出现有的焊接式板形热交换器的概略图。

图2是示出本发明的焊接式板形热交换器的概略图。

图3是沿着图2的a-a’线示出的本发明的第一实施例的导热组件的剖面图。

图4是示出本发明的导热组件的制造过程的概略图。

图5是沿着图2的a-a’线示出的本发明的第二实施例的导热组件的剖面图。

图6是沿着图2的a-a’线示出的本发明的第三实施例的导热组件的剖面图。

图7是沿着图2的a-a’线示出的本发明的第四实施例的导热组件的剖面图。

(附图标记说明)

100：导热组件110：单位导热板

111：第一导热面112：第二导热面

113：第一入口114：第一出口

115：第一流道116：第二入口

117：第二出口118：第二流道

200：外壳

300：第一防膨胀部310：第一侧面部

320：第一上面部330：第一凸出部

400：第二防膨胀部410：第二侧面部

420：第二上面部

具体实施方式

以下，参照附图详细说明本发明的实施例的焊接式板形热交换器。

如图2所示，本发明的焊接式板形热交换器大致包括导热组件100以及外壳200，该外壳200内部配置有导热组件100。

首先，如图2以及图3所示，导热组件100是多个单位导热板110层叠而成。此时，单位导热板110是以垂直方向层叠在导热面，如图3决定上下方向。

单位导热板110具有第一导热面111与第二导热面112，第一导热面111与第二导热面112相互面对配置，以在第一导热面111与第二导热面112之间形成空间。此时，为使第一流体流动于第一、二导热面111、112之间的空间，在第一、二导热面111、112的一侧形成第一入口113，在另一侧形成第一出口114，以在第一、二导热面111、112之间的空间中在第一入、出口113、114之间形成第一流道115。

具有多个单位导热板110，每个单位导热板110的内部流动第一流体。

单位导热板110的导热面可形成压花图形，所述压花图形反复设置山部与谷部。此时，相互面对配置之后在第一导热面111与第二导热面112之间的空间，即第一、二导热面111、112之间的垂直距离可相当于所述压花图形500的高度。

单位导热板110的第一流道115可以是在第一导热面111与第二导热面112中焊接除了第一出、入口113、114以外的其余边缘位置而成。

所述焊接可通过缝焊、co2焊接或者tig焊接进行。

另外，如图4所示，单位导热板110的第一导热面111与第二导热面112可以是将形成为一体的一个导热面中心线为基准弯曲180度而相互面对的两个面。此时，单位导热板110的第一流道115可以是在第一导热面111与第二导热面112中焊接除了第一出、入口113、114以及弯曲的部分以外的边缘位置而形成的，据此可将焊接部分最小化。

导热组件100是以上下方向层叠多个单位导热板110，此时层叠为在相邻的单位导热板110之间形成空间，从而在每个空间流动第二流体。

在每个单位导热板110内部流动第一流体，并且在每个相邻的单位导热板110之间流动第二流体，进而使流动有第一流体与第二流体的流道相互交替形成，因此可将第一流体与第二流体之间的导热面积最大化。

相邻的单位导热板110之间的空间，具体地说，在相邻的两个单位导热板110中形成在第一导热面111与第二导热面112之间，其中所述第一导热面111是在位于下侧的单位导热板110中位于上侧，该第二导热面112在位于上侧的单位导热板110中位于下侧。

为使第二流体流动于这种相邻的单位导热板110之间的空间，在相邻的单位导热板110的另一侧形成第二入口116，而在一侧形成第二出口117，在相邻的单位导热板110之间的空间中，在所述第二入、出口116、117之间的形成第二流道118。

如同焊接单位导热板110的第一、二导热面111、112的边缘位置而形成的第一流道，为了形成第二流道118，也可将相邻的单位导热板110的边缘位置全部焊接，但是该制作工艺难，并且需要投入大量的时间与努力，因此在相邻的单位导热板110中在除了第二出、入口116、117以外的其余边缘位置之间设置具有预定厚度的流道形成部件，进而可形成第二流道118。

在相邻的单位导热板110之间的边缘位置设置流道形成部件，进而调节流道形成部件的厚度，可调节相邻的单位导热板110之间的距离。即，可调节第一、二导热面111、112之间的垂直距离。另外，与第一流道115相同，利用形成在单位导热板110的导热面的压花图形高度也可调节该距离。

导热组件100配置在外壳200内部，外壳200在对应于第一、二入口113、116以及第一、二出口114、117的位置配置集管，该集管与排管连接。

如图2以及图3所示，在向长度方向的长的焊接式板形热交换器的内部流动高压的流体的情况下，第一、二导热面111、112之间或者相邻的单位导热板110之间扩张，并且导热面的中心部膨胀变形，因此可在焊接部分出现裂缝。为了防止这一现象，可设置防止导热面变形的工具。即，可在导热面配置防膨胀部。

具体地说，在第一导热面111上朝向第二导热面112配置至少一个的第一防膨胀部300，该第一防膨胀部300长于第一、二导热面111、112之间的垂直距离凸出形成。

向相邻于第二导热面112上侧的第一导热面111的至少一个第二防膨胀部400设置在对应于所述第一防膨胀部300的位置，并且该第二防膨胀部400长于第一、二导热面111、112之间的垂直距离凸出形成。

此时，若层叠单位导热板110，则第一防膨胀部300的上部插入并嵌入于相邻的上侧的第二防膨胀部400的下部；第二防膨胀部400的上部插入并嵌入于相邻的上侧的第一防膨胀部300的下部，进而层叠的单位导热板110被相互坚固地固定。

第一防膨胀部300与第二防膨胀部400优选为面接触地相互嵌合。通过面接触提高第一、二防膨胀部300、400之间的摩擦力，进而单位导热板110相互被坚固地固定。

现有的焊接式板形热交换器的压花支撑第一、二导热面111、112，只是防止第一、二导热面111、112之间的间隔变窄，并没有相互结合的部分，因此无法防止所述压花之间的间隔扩张。另外，第一、二导热面111、112内部的一部分被相互焊接而固定的情况下，即使能够防止第一、二导热面111、112之间出现间隔，但是在层叠导热组件100的状态下难以进行焊接，而且存在在焊接部分存在泄漏的危险以及需要大量的制作成本与时间的缺点。

但是，通过本发明的第一、二防膨胀部300、400具有如下的优点：第一、二防膨胀部300、400相互插入嵌合而成，并且相互面接触将摩擦力最大化，进而可防止第一、二导热面111、112之间或者相邻的单位导热板110之间扩张，而且没有焊接部分，因此没有泄露的危险，并且具有降低制作成本与缩短时间的优点。

多个第一、二防膨胀部300、400能够以长度方向配置并且间隔相同的距离，并且集中配置在导热组件的长度方向的中间位置，该中间位置是因为高压流体出现膨胀变形最多的位置，通过第一、二防膨胀部300、400固定各个单位导热板110，进而周围的单位导热板110不会出现变形，可减少单位导热板110的整体变形。

第一、二防膨胀部300、400配置地越多，则越能够单位导热板110的变形最小化。

在制作方面，优选为可同样地形成第一、二防膨胀部300、400的形状。如图2所示，第一、二防膨胀部300、400的垂直方向的剖面优选为形成圆形或者椭圆形，但是也可形成多边形等的各种形状。

对于图3的第一实施例的第一、二防膨胀部300、400的形状，第一防膨胀部300包括构成侧面的第一侧面部310与连接第一侧面部310的末端的第一上面部320；第一侧面部310向中心倾斜预定角度并且可凸出形成长于第一、二导热面111、112之间的垂直长度的长度。另外，第二防膨胀部400包括构成侧面的第二侧面部410与连接第二侧面部410的末端的第二上面部420；第二侧面部410向中心倾斜预定角度并且可凸出形成长于第一、二导热面111、112之间的垂直距离的长度。

此时，若层叠单位导热板110，则第一侧面部310的上部的外侧面嵌入相邻的上侧的第二侧面部410的下部的内侧面，进而进行面接触的同时相互固定；同样地，第二侧面部410的上部的外侧面嵌入相邻的上侧的第一侧面部310的下部的内侧面，进而进行面接触的同时可相互固定。

第一、二侧面部310、410凸出形成长于第一、二导热面111、112之间的垂直距离的长度，进而增加插入时面接触的部分，增加摩擦力，因此可防止第一、二导热面111、112之间或者相邻的单位导热板110之间扩张或者出现泄漏。

再则，第一侧面部310可分为嵌入于第二侧面部410的下部的上部与未嵌入的下部。使第一侧面部310上部的倾斜角度小于下部的倾斜角度，进而在第一、二防膨胀部300、400相互嵌合时可将结合力最大化。对此，也可适用于其他实施例。

对于图5的第二实施例的第一、二防膨胀部300、400的形状，与第一实施例的形状类似，但是其特征在于，第一、二侧面部310、410之间的垂直方向长度d长于第一、二导热面111、112之间的垂直距离c的2倍。

第二实施例的第一、二防膨胀部300、400相比于第一实施例的第一、二防膨胀部300、400扩大了相互插入并固定而面接触的部分，并且第一导热面111的第一防膨胀部300不仅与相邻的上侧的第二导热面112的第二防膨胀部400相互插入并固定而面接触，还与所述第二导热面112的相邻的上侧的第一导热面111的第一防膨胀部300相互插入并固定实现面接触，因此将第一、二防膨胀部300、400之间结合力最大化，进而可防止因为高压第一、二导热面111、112之间或者相邻的单位导热板110之间扩张。

若第一流体与第二流体的压力不同，例如第二流体的压力大于第一流体的压力，则在相邻的单位导热板110之间，因第二流体的压力第二侧面部410更加压缩第一侧面部310以增加相互之间的结合力；另外，在第二侧面部410压缩第一侧面部310的同时更加压缩由所述第一侧面部310面接触的内部的第二侧面部410，进而能够更加有效防止第一、二导热面111、112之间以及相邻的单位导热板110之间扩张。

对于图6的第三实施例的第一、二防膨胀部300、400的形状，与第一、二实施例的梯形形状的第一、二防膨胀部300、400不同，具有凹凸形状。

具体地说，第一防膨胀部300包括构成侧面的第一侧面部310与连接第一侧面部310末端的第一上面部320；第一侧面部310垂直地凸出形成，而凸出形成的长度相当于第一、二导热面111、112之间的垂直距离；在第一上面部320可具有第一凸出部330，所述第一凸出部330垂直凸出预定长度。

第二防膨胀部400包括构成侧面的第二侧面部410与连接第二侧面部410的末端的第二上面部420；第二侧面部410可垂直地凸出形成长于第一、二导热面111、112之间的垂直距离的长度。

此时，若层叠单位导热板110，则第二导热面112被除了第一凸出部330以外的第一上面部320支撑，第一凸出部330的外侧面插入并嵌入于相邻的上侧的第二侧面部410的下部，而第二侧面部410的上部的外侧面插入并嵌入于相邻的上侧的第一侧面部310的下部，进而层叠的单位导热板110被相互坚固地固定。

优选为，第一凸出部330的外侧面与相邻上侧的第二侧面部410的下部的内侧面相互面接触地嵌合；同样地，第二侧面部410的上部的外侧面与相邻的上侧的第一侧面部310的下部的内侧面相互面接触地嵌合。通过面接触提高第一、二防膨胀部300、400之间的摩擦力，进而能够提高单位导热板110的结合力。

如图6所示，为使第一凸出部330的外侧面嵌入固定在相邻的上侧的第二侧面部410的下部，第一凸出部330的外侧面之间的水平距离a比第一侧面部310的外侧面之间的水平距离b短第一导热面111的厚度t的4倍，优选为与第二侧面部410的内侧面之间的水平距离a相同。

针对图7的第四实施例的第一、二防膨胀部300、400的形状，与第三实施例的形状类似，但是第一凸出部330的外侧面的垂直方向长度e长于第一、二导热面111、112之间的垂直距离c；第二侧面部410的垂直方向长度f长于所述第一凸出部330的外侧面的垂直方向长度e。

第四实施例的第一、二防膨胀部300、400相比于第三实施例的第一、二防膨胀部300、400更加扩大了相互插入并固定而面接触的部分，并且第一导热面111的第一防膨胀部300不仅与相邻的上侧的第二导热面112的第二防膨胀部400相互插入固定而实现面接触，还与所述第二导热面112的相邻的上侧的第一导热面111的第一防膨胀部330相互插入并固定而实现面接触，因此将第一、二防膨胀部300、400之间的结合力最大化，进而能够防止因为高压导致第一导热面111、112之间或者相邻的单位导热板110之间扩张。

在第一流体与第二流体的压力不同的情况下，尤其是第一流体的压力大于第二流体的情况下，在第一、二导热面111、112之间因为第一流体的压力第一侧面部310更加压缩第二侧面部410，进而增加相互之间的结合力；而且，在第一侧面部310压缩第二侧面部410的同时更加压缩所述第二侧面部410面接触的内部的第一凸出部330的外侧面，进而能够更加有效防止第一、二导热面111、112之间以及相邻的单位导热板110之间扩张。

本发明不限于上述的实施例，当然具有各种各样的适用范围，在不超出权利要求项范围请求保护的本发明的要点的情况下，在本发明所属技术领域具有通常知识的技术人员当然可进行各种变形实施。

另外，在各个实施例记载的特征性技术结构当然可适用于其他实施例。