[发明专利]模块化板壳换热器

说明书

技术领域

本发明总体涉及一种换热器，更具体地涉及用于叠置板式换热器的模块化。

背景技术

用于核电厂的蒸汽发生器中的给水通常在引入蒸汽发生器的二次侧之前进行预热。类似地，给水在引入用于非核电厂引用的锅炉中之前进行预热。通常为此目的使用给水换热器。传统上，换热器设计分为两大类：具有板结构的换热器和具有管壳结构的换热器。这两类在结构和传热方面的主要区别在于传热表面在一种结构中主要是板，而在另一种结构中主要是管。

许多给水加热器应用中的管壳换热器采用具有半球形端部的水平管状壳。水平壳的内部通过垂直于壳轴线的管板分为多个区段。更具体地，在壳的一端限定水室区段，其包括具有水入口的水入口室和具有水出口的水出口室。多个传热管在它们的中部弯曲成U形并沿着壳轴线延伸。这些管在两端固定至管板，使得每个管的一端在水入口室中开口，而另一端在水出口室中开口。传热管被多个管支撑板支撑，管支撑板沿管的纵向以适当间距隔开。在管延伸的部分中，在壳中形成用于蒸汽的入口和排水进出口。

在操作中，从水入口室进入给水加热器的给水流过U形传热管，并从自蒸汽入口进入给水加热器的加热蒸汽吸收热量，以冷凝蒸汽。冷凝物收集在壳的底部并且通过壳底部中的排水管排至外部。由于壳和换热管的圆柱形状，结构很适合作为压力容器，因而管壳换热器已经用于特别高的压力应用。

管壳换热器最明显的缺点在于它们的重量与传热表面的表面积相比太重。因此，管壳换热器通常尺寸较大。而且，在设计和制造管壳换热器时难以顾及传热、流动特性和费用。

典型的板式换热器包括带肋或沟槽的矩形板，板通过端板彼此压靠，端板又通过拉杆或拉力螺杆拉紧到板叠层的端部。板之间的间隙在外周上用带状密封件封闭并密封，密封件还在流动通道处使用。由于光滑板的支承能力较差，它们用通常交叉布置在相邻板中的沟槽加强，其中当沟槽的脊通过彼此支撑时它们还改进了结构的耐压性。然而，更重要的方面是沟槽对于传热的意义，沟槽的形状以及它们相对于流动的角度，影响了传热和压力损失。在传统的板式换热器中，热供应介质在板之间在每隔一个的间隙中流动，并且热接收介质在其余的间隙中流动。流动在板之间经由位于板的角部附近的孔进行。板之间的每个间隙总是包含具有封闭边缘的两个孔、以及用作用于板之间的间隙的入口和出口通道的两个其它孔。当需要小而轻的结构时，板式换热器通常由较薄的板构成。因为板能够构型为任何期望形状，所以可以使传热性质适于大多数任何类型的应用。传统的板式换热器的最大弱点在于密封件限制了换热器的耐压性和耐高温性。在若干情况下，密封件减小了与热供应或热接收的腐蚀性介质一起使用的可能性。

已经试图通过省去所有密封件并且用钎焊接头或焊接接缝代替来改进板式换热器结构。通过钎焊或焊接制造的板式换热器通常类似于配备有密封件的板式换热器。最大的外部区别在于没有端部之间的拉力螺杆。然而，钎焊或焊接的结构使得难以(如果不是不可能)非破坏性地拆卸该换热器来清洁。

已经试图将管壳换热器和板式换热器的优点结合成结构部分地类似这两种基础类型的换热器。一个该解决方案在美国专利5,088,552中公开，其中将圆形或多边形板彼此上下叠置以形成通过端板支撑的板叠层。板叠层由壳环绕，壳的侧部设有用于热供应介质和热接收介质的对应流动的入口通道和出口通道。与传统的板式换热器不同，进入板之间的间隙的所有流动都从板外部引导。当根据该公报的换热器通过焊接封闭时，可以获得与使用管壳换热器时相同的压力，并且获得板式换热器的传热性质。

国际公报WO 91/09262主张提出了对于以上公报的改进，其更加独特地展示了板式换热器和管壳换热器二者的典型特征。圆形板通过形成入口和出口通道的孔的边缘被焊接在一起，而被成对地拉到一起。通过利用板的外周将以上述方式制造的板对焊接在一起，获得了用于一种传热介质的流动的封闭回路。与传统的板式换热器不同，该结构是焊接的，在板中仅具有两个孔。另一传热介质的流动通过包围板叠层的壳被引向板之间的每隔一个的间隙。为了防止流动在板叠层与壳之间进行，利用密封件，密封件主要用作流动偏转件。显然，偏转件不需要耐压性。由于板叠层的结构，难以实现密封件。建议密封件采用弹性橡胶垫圈，使得可以拆卸换热器，例如用于清洁的目的。