[发明专利]热交换器管板、热交换器以及制造热交换器管板的方法

说明书

本发明涉及一种制造热交换器管板的方法、热交换器管板以及设有这种管板的热交换器。

用于在管的端部处分离热交换器的外壳和管侧流体的标准方式是利用管板。将管插入到管板中设置的通膛孔中，随后将管焊接至管板以形成紧密密封(tight sealing)。为了允许管的热膨胀，在管板周围与热交换器的外壳之间设有柔性波纹部(bellow)。这种类型的热交换器通常被称为浮动头(floating head)热交换器，从US5759500中得知该热交换器的一个实施例。浮动头热交换器的一个已知缺点在于，浮动头波纹部对于温度循环过程中的正常膨胀导致的热疲劳开裂的敏感性。

EP1422488公开了一种针对管的热膨胀的替换方案，该方案为在管板中给每根管引入压力密封系统。允许管沿轴向滑动穿过O形环，该O形环由螺纹环形螺母加压以提供紧密密封。显然，这种系统需要相当数量的部件，这使得将其应用于具有成百上千根管的较大热交换器中是麻烦的且不切实际的。

在US3426841中公开了由塑料材料制成的热交换器的管板的一个具体实施例。塑料管板中的塑料管由从管板孔延伸出来的塑料套管件围绕，该塑料套管件熔接至管端。尽管塑料套管件在管板与管之间形成柔性紧密密封，它是这个塑料热交换器的非常脆弱的部分并且需要较大量的焊接。

显然，关于适应(accommodate)管和外壳之间的热膨胀方面，上述的设计和装配工艺是复杂的、麻烦的、费力的、费时的并且因此是昂贵的，同时得到的最终产品也不是最理想的。

本发明的一个目的在于提供一种制造热交换器管板的方法，包括：将密封元件布置在热交换器管的相应端部上的预定位置处；将所述热交换器管的具有所述密封元件的所述端部布置在模具中；密封所述热交换器管的所述端部，使得在管板材料浇铸的过程中待浇铸在所述模具中的所述管板材料不会进入所述热交换器管；将所述管板材料浇铸在所述模具中以覆盖所述密封元件；使所述模具中的所述管板材料硬化。其中，所述密封元件布置在相邻的热交换器管上沿所述热交换器管的轴向相对于彼此交错的位置，并且所述热交换器管彼此平行地布置。

因此，通过将密封元件定位在热交换器管的端部上相对于所述端部处于预定纵向或高度位置处，而将密封元件定位在模具中的预定位置处。然后，热交换器管的所述端部被布置在模具中。所述端部随后被暂时密封，使得在将管板材料浇铸(cast，浇注)在模具中的过程中，待浇铸于模具中的管板材料不能进入热交换器管。在密封所述端部之后，将管板构成材料浇铸在模具中以覆盖或浸没密封元件，换言之，将该材料浇铸至足以保持密封元件的厚度。由于在管板材料浇铸在模具中的过程中热交换器管的端部被密封，因此被浇铸的管板材料不能在所述端部处进入热交换器管的内部。根据本发明的方法允许以容易的方式制造具有多个嵌入的密封元件的管板。

密封元件在热交换器管的端部上在预定位置处的定位允许密封元件的精准独立布置，例如，密封元件的交错布置以获得密集的管组。例如，较小尺寸的密封元件被压迫在管的外部表面并且随后定位于与管垂直的假想平面内。元件优选地与假想平面精确对准，更优选地位于以交互重叠的次序排布两个或更多的假想平面内，从而形成更紧凑的热交换器。元件的交互布置位于待浇铸的管板的厚度范围内。

在根据本发明的制造方法过程中，热交换器管的所述端部的暂时密封确保浇铸过程中管板材料不能进入热交换器管。可以以多种方式(例如通过将所述端部压制在模具的底部上)实现所述端部的密封。可将管或管组竖直地定位在具有期望的管板尺寸和形状的模具中。有利地，模具的底部由相对于管板和管构成材料为非粘结的材料(该材料优选地是硅橡胶)制成，以便密封所述管的内部并且允许其容易地从模具中移除。诸如纤维或纤维垫或金属加强件等可选的加强材料定位在模具中。然后将液态环氧树脂倒入模具中达期望的厚度。在固化并从模具中移除之后，获得了具有以密封形式提供的管组的管板。

令人惊奇的是，发现管板构成材料与管构成材料的某些组合在固化的步骤中不会粘结。不粘结性质的一个实例是由具有铝氧土(氧化铝)粉末填充剂的环氧树脂制成的管板，或者由通过纤维(诸如玻璃纤维或碳纤维)加强的环氧树脂制成的管板，以及由聚丙烯制成的热交换器管。然而，管也可以由其它的塑料材料或金属制成。密封元件可由多种材料制成。例如，每个密封元件均包括含氟聚合物和/或合成橡胶，诸如三元乙丙橡胶(EPDM)或腈基丁二烯橡胶(NBR)，和/或硅树脂。非粘结性质允许管滑动穿过管板和嵌入的密封元件。相同的制造步骤能够应用于在管组的另一侧处制造相似的管板。