專利名稱：用于均衡熱交換器中熱流體引出平面板溫度的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
用于均衡熱流體引出平面板溫度的設(shè)備和方法的示例性實施例涉及板式流 體-流體(fluid-to-fluid)熱交換器。更具體而言，這些實施例涉及構(gòu)造成用以最大限度 地減小可歸因于形成熱交換器基體(matrix)的板上的冷點(cold spot)的有害效應(yīng)的熱 交換器。
背景技術(shù)：
流體-流體熱交換器基體設(shè)計成用以例如從熱排氣氣體中獲取能量。當(dāng)熱氣流行 進(jìn)經(jīng)過該基體時，較冷的相反的氣流從穿過居間板的熱氣流中吸收熱能并冷卻熱氣流。因 此，朝向熱氣體流動路徑的末端(即熱氣體弓丨出平面)，熱氣體隨著其與板的金屬表面相接 觸而溫度變低，其中，該板將進(jìn)入的較冷氣體與流出的被冷卻的熱氣體分隔開。在熱氣體引 出平面處，板溫度可由于緊鄰冷卻氣體進(jìn)入平面而較低。當(dāng)熱氣體接觸分隔兩股氣流的金 屬板的冷卻部分或低溫部分時，可達(dá)到熱氣體成分的露點溫度，且可發(fā)生冷凝。因此，當(dāng)氣 流中存在腐蝕成分時，由于顆粒累積造成的腐蝕性冷凝或結(jié)垢可導(dǎo)致熱交換器基體的過早 損壞。理想的流體_流體熱交換器(僅以舉例的方式，下文稱為氣體_氣體熱交換器) 應(yīng)當(dāng)將熱過程氣體的溫度冷卻至僅接近腐蝕成分的露點溫度，以便熱氣體流出熱交換器基 體而不會首先冷凝熱氣體引出平面附近的冷點或熱交換器基體板的任何部分上的成分。熱 交換器通常不容許熱氣流和冷卻氣流的真正逆流，且因此在垂直于氣體流動的平面處，熱 過程氣體在其行進(jìn)經(jīng)過和流出熱交換器基體時不會均勻地冷卻。因此，可能在熱交換器基 體的板上形成冷點。

發(fā)明內(nèi)容
用于最大限度地減少熱交換器板上的冷點的潛在可能的方式是公知的。一種方式 是采用并流型熱交換器。然而，這種方式不會優(yōu)化對于熱交換器基體表面區(qū)域所傳遞的熱 量。例如，對于并流型熱交換器中質(zhì)量流相等且熱容量相等的兩股氣流而言，最大理論回收 效率為50%。另一方式是設(shè)計出具有100%理論回收效率的"真正"逆流型熱交換器。然而，這 是不現(xiàn)實的，因為與將會容許兩股氣流以逆流方式進(jìn)入和流出各板之間的通路的歧管構(gòu)成 相關(guān)的復(fù)雜性和成本而受到抑制。由于制造的經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)前使用的氣體_氣體熱交換器為交叉流或準(zhǔn)逆流設(shè)計。除 非使用特殊設(shè)計程序，否則熱氣體引出平面(和冷氣體引出平面)附近的熱交換器基體板 溫度會呈現(xiàn)低于板上的其它點(部位，point)的溫度。為了實現(xiàn)最佳的熱傳遞，且同時避 免板的熱流體引出平面附近的局部冷區(qū)域處的冷凝，用于降低進(jìn)入的冷氣體對板溫度的影 響的又一方式是熱隔離熱交換器板的部分。隔離技術(shù)可用于提高熱氣體引出平面處的板冷 轉(zhuǎn)角(cold corner)中的金屬板溫度，從而產(chǎn)生無冷凝操作。然而，該技術(shù)可導(dǎo)致增加成本和浪費熱交換器表面區(qū)域。圖1中示出了典型的板式氣體-氣體熱交換器基體。熱氣體(由箭頭140表示) 在溫度T3(例如，1000° F)下在基體的頂部進(jìn)入，且在基體的底部流出。冷卻氣體在基體 的鄰近其底部的側(cè)面上的冷卻氣體進(jìn)入平面175處進(jìn)入基體(由箭頭Tl表示)，且在基體 的鄰近其頂部的側(cè)面上流出基體(由箭頭Τ2表示)。在熱氣體引出平面100處，由于熱氣 體150 (被冷卻的熱氣體)離開而存在變化的溫度分布。在板點(板部位)150a處，離開熱 氣體的溫度最低，為450° F。由于各板點150b、150c和150d之間的距離，離開熱氣體150 的溫度分別提高大約100° F。在板點100處，離開熱氣體150的溫度為800° F。盡管離 開熱氣體150的平均溫度為650° F，但板點150a至150d處的離開熱氣體150的溫度間的 差別很明顯。板點150a(離開熱氣體150的溫度最低的點)也處在熱交換器基體的冷卻氣 體進(jìn)入平面175附近。申請人已發(fā)現(xiàn)的是，在板點150a-150d處期望具有大致相等的金屬 板溫度。這容許最大的熱傳遞而不會在板上有冷凝以及因顆粒累積造成的隨之而來的腐蝕 和/或結(jié)垢。板溫度由鄰近居間板的熱氣流和冷卻氣流的溫度以及在板的相反表面上的相同 x、y坐標(biāo)處的各個氣流的傳熱系數(shù)所影響。這種關(guān)系源于熱傳遞的通用方程U = l/d/hi+fi+t/k+^+l/h^hsRe°-8=(p VDh/μ)0·8h = f [Re0-8Pr0'3]Re = P VDh/μQ=傳遞的熱量A =面積Δ T =傳遞板上的點處的熱氣體與冷氣體之間的溫度差U=總體傳導(dǎo)率Ii1 =冷氣體傳熱系數(shù)，btu/(hr ft2。F)=冷氣體結(jié)垢因數(shù)t/k =金屬厚度除以金屬熱傳導(dǎo)率f4 =熱氣體結(jié)垢因數(shù)h4 =熱氣體傳熱系數(shù)，btu/(hr ft2。F)Re =雷諾數(shù)ρ =氣體密度，lb/ft3V =氣體速度，ft/hrDh =流動通路的液壓直徑，ftμ =氣體粘度，btu/(hr ft° F)Cp =氣體比熱，btu/(lb° F)k=氣體的熱傳導(dǎo)率，btu/(hr ft° F)因此，速度V是在給定入口流動狀態(tài)的情況下可按任何程度變化的唯一參數(shù)。換 言之，鑒于上文，可確定傳熱系數(shù)h隨速度變化，例如，h V°_8。熱交換器基體中的板上的 點的溫度可通過操縱整個基體的各位置處的過程氣體的速度V來實現(xiàn)。本文所述的熱交換 器的實施例通過改變基體內(nèi)的板上的凸起(或可變流動結(jié)構(gòu))之間的間距來使其實現(xiàn)?？勺兞鲃咏Y(jié)構(gòu)可在制造過程期間形成以通過熱傳遞板之間的間距來保持期望的氣流?？勺兞?動結(jié)構(gòu)可以是凸起，該凸起在基體設(shè)計中通過凸起高度和凸起間距(即，當(dāng)沖壓金屬板時 的凸起之間的距離)來限定。給定板點處的熱氣體速度增大，所有其它參數(shù)保持恒定，則導(dǎo)致熱氣體的傳熱系 數(shù)比增大，且因此提高了該點處的板溫度。因此，板的可變流動結(jié)構(gòu)可布置或設(shè)計圖案以 影響不同板點處的氣體速度，且從而優(yōu)化h4 (和可能的話Ii1)的值，且使熱氣體引出平面處 或附近以及基體板上的其它位置的點處的板溫度在一定程度上均衡。具體而言，可變流動結(jié)構(gòu)可布置在基體內(nèi)的板上，以便增大熱氣流的速度，且可能 的話降低通常較冷的板點處的冷氣流的速度。相反的構(gòu)造可用于板通常較熱的板點處。當(dāng) 熱氣流速度增大，且因此熱氣體的傳熱系數(shù)增大時，熱氣體溫度可比相對的冷氣流的溫度 對金屬板溫度影響更大。相反，速度減小的冷氣流可導(dǎo)致金屬板溫度較少受到冷氣體溫度 的影響。因此，在板上溫度最低的點處，可能有利的是增大熱氣流速度以優(yōu)化h4，且可能的 話減小冷氣流速度以優(yōu)化Ii1，從而導(dǎo)致金屬溫度升高。面向熱氣流的板表面上的可變流動結(jié)構(gòu)還可布置成以便人造流動阻力迫使熱氣 體通向冷氣體進(jìn)入熱交換器的區(qū)域。相反，面向冷氣流的板表面上的可變流動結(jié)構(gòu)可布置 成以便人造流動阻力迫使冷氣體遠(yuǎn)離呈現(xiàn)冷點的板部分。本文描述了示例性實施例。然而，設(shè)想到的是，可結(jié)合本文所述的用于最大限度地 減少板式氣體-氣體熱交換器的板中的冷點的方法和設(shè)備的特征的任何熱交換器布置均 由示例性實施例的范圍和精神所包含。


圖1示出了根據(jù)相關(guān)技術(shù)的熱交換器基體板和熱氣體引出平面氣體溫度的截面 簡圖；圖2示出了圖1中所示的熱交換器板和氣體速度的截面簡圖；圖3示出了在示例性實施例中使用的逆流型熱交換器構(gòu)造；圖4示出了根據(jù)示例性實施例的具有可變流動結(jié)構(gòu)模式(pattern)的冷氣體流動 通路板表面；圖5示出了根據(jù)示例性實施例的具有可變流動結(jié)構(gòu)模式的熱氣體流動通路板表圖6示出了根據(jù)示例性實施例的具有可變流動結(jié)構(gòu)模式的板的側(cè)視圖；以及圖7示出了根據(jù)示例性實施例的熱交換器基體的一部分的截面透視圖。圖8示出了根據(jù)示例性實施例的具有基體的交叉流型熱交換器的透視圖。
具體實施例方式示例性實施例旨在覆蓋可包括在如本文限定的方法和設(shè)備的精神和范圍內(nèi)的所 有備選方案、改型和同等布置。參照附圖，以便理解用于均衡熱氣體引出平面板溫度以最大限度地減少氣體-氣 體熱交換器基體板上的冷點的設(shè)備和方法。在附圖中，相似的參考標(biāo)號全都用于指示類似 或相同的元件。附圖描繪了結(jié)合本文所述的示例性實施例的特征的示范性熱交換器的各種實施例和與實施例相關(guān)的數(shù)據(jù)。圖1示出了相關(guān)技術(shù)的板式熱交換器，其中，冷氣流130和熱氣流140的h值未經(jīng) 優(yōu)化，且因此，金屬板溫度在熱氣體引出平面100處是不均勻的。具體而言，板點150a-150d 處的金屬溫度彼此有顯著差異。圖1中所示類型的相關(guān)技術(shù)的板通常具有對稱的可變流動結(jié)構(gòu)布置。圖2示出了 圖1中所示的熱交換器板的截面簡圖。代替如圖1中所示的離開熱氣體的溫度，圖2示出 了熱氣體引出平面200處或附近的熱氣體(由箭頭225表示)的速度，以及進(jìn)入冷卻氣體 235的速度，且具體是在冷卻氣體進(jìn)入平面275處或附近的板點230A和230B處的進(jìn)入冷卻 氣體235的速度。在冷卻氣體進(jìn)入平面275處，冷氣流235具有較高的速度，導(dǎo)致在冷卻氣體進(jìn)入平 面275附近(在此，冷空氣陣風(fēng)進(jìn)入熱交換器)的板是最冷的。如圖2中所示，冷卻氣流235 在板點230A處具有大約1000英尺/分鐘(ft/min)的速度，而冷卻氣流235在板點230B 處的速度為大約470ft/min。相反，流出熱氣流225的速度在整個熱氣體引出平面200周圍可相對均勻，該速度 為大約585ft/min。如果冷卻氣流235在一板點處具有比熱氣流225更高的速度，則板溫度 可受到冷卻空氣流235及其溫度的更大影響。因此，且如圖1中所示，流出熱氣體150所具 有的溫度可從冷卻空氣進(jìn)入平面周圍附近的較低溫度變?yōu)槔鋮s空氣進(jìn)入平面175遠(yuǎn)端的 板部分的較高溫度。實際上，圖1示出了接近冷卻氣體進(jìn)入平面175的從板點150d至150a 的流出熱氣體150的溫度下降，板點150d處在冷卻氣體進(jìn)入平面175的遠(yuǎn)端。熱交換器基體的板之間的間距可由形成在板上、高度通常為板之間的間距的一半 的凹部或其它形狀可變的凸起(本文中共同稱為可變流動結(jié)構(gòu))限定。相對的板上的凹部 彼此接觸，以限定板間距且提供結(jié)構(gòu)支承。即是說，對于半英寸的板間距而言，各板上的凹 部高度將為四分之一英寸。板上的可變流動結(jié)構(gòu)模式可出于以下目的來選擇(1)支承板以經(jīng)受流體流之間 的壓力差，從而防止板由于氣體壓力高而倒塌到彼此上；(2)增加流動湍流以提高h(yuǎn) ； (3)減 少湍流以減小氣流壓降；或者(4)對1、2和3進(jìn)行組合以控制溫度和總體性能。盡管凸起 或凹部描述為示例性的可變流動結(jié)構(gòu)，但改變相鄰氣流的速度的任何結(jié)構(gòu)均可構(gòu)成根據(jù)示 例性實施例的可變流動結(jié)構(gòu)。相關(guān)技術(shù)的熱交換器具有帶凹部或凸起的板，這些凹部或凸起可等距間隔開或是 對稱的，且可呈現(xiàn)如圖1和圖2中所示的速度和板溫度。如上文所述，熱氣體溫度從冷氣體 進(jìn)入平面175處的低溫變?yōu)榕c入口相反的一側(cè)(例如，板點150d)處的高溫。如圖1和圖 2中所示，熱氣流在熱交換器的全長上具有大致相等的速度，因為熱側(cè)上的凹部在整個板表 面上均勻地間隔開且對稱地布置。冷氣流通常為"U形流動"模式且具有不同的速度，最 大速度對應(yīng)于最短流動長度，而最小速度對應(yīng)于最長流動長度。當(dāng)凹部如相關(guān)技術(shù)中那樣 均勻間隔開時，流動流之間的速度關(guān)系可表示為以下等式 V12b = sqrt [ (L12a\L12b) X V12a] · 圖2示出了圖1的冷卻氣體流動流180 (對應(yīng)于板點230A處的流動流235)的速度 大于圖1中的冷卻氣體流動流185(對應(yīng)于板點230B處的流動流235)的速度的兩倍。如 圖1中所示，冷卻氣體沿流動流180路徑比沿流動流185對板溫度的影響更大，且因此降低了最靠近冷卻空氣進(jìn)入平面175的流出熱氣體的溫度(例如，在板點150a處為450° F)。 冷卻氣體流動流185具有相反的效果。由于板點處的流動流185的速度小于該點處的板相 對側(cè)上的熱氣體的速度，故熱氣體弱于冷空氣入口附近的熱氣體流動流228受到冷卻，且 因此，熱氣體流動流227在較高溫度(例如，在板點150d處為800° F)下離開熱交換器，且 相應(yīng)地影響周圍的板溫度。由于分開兩股氣流的板表面附近的氣流的值h對給定位置處的板溫度有直接影 響，故可通過設(shè)計可變流動結(jié)構(gòu)模式來影響氣體流動分布，且因此影響熱交換器各處的速 度，從而將板溫度控制在一定程度。如上文所述，氣流速度越高，則氣流的系數(shù)值h就越高。 如果熱氣體的h4大于冷氣體的h1;則板受到熱氣流溫度的影響就更大。因此，當(dāng)傳熱系數(shù) 變化時，就可觀察到對板溫度Tp的影響。該關(guān)系可表示為以下等式hjp-hjc = h4Th-h4TpTp (h!+h4) = hJc+h4ThTp = (hJc+h4Th) / Qi^h4)有可能的是計算出可變流動結(jié)構(gòu)布置，該布置可采用可優(yōu)化它們的值h來實現(xiàn)在 熱氣體引出平面處均勻的金屬溫度的方式來改變冷氣流和熱氣流中的一者或兩者的速度 分布。盡管以舉例的方式論述了其中的冷氣流通常為"U形流動"模式的逆流型板式 熱交換器構(gòu)造，但將應(yīng)認(rèn)識到的是，本文所公開的特征和功能期望的是可結(jié)合到各種熱交 換器構(gòu)造中。例如，圖3示出了根據(jù)示例性實施例的逆流型板式熱交換器構(gòu)造。除"U形流 動"之外的可變流動結(jié)構(gòu)布置可應(yīng)用于熱交換器構(gòu)造中，如"X形流動"、“K形流動" 和"L形流動"。這些構(gòu)造是以舉例的方式提出的。同樣，將應(yīng)認(rèn)識到的是，逆流和交叉流 構(gòu)造這兩類都可使用。圖4示出了面向冷氣流的板表面，其具有凸起或凹部(即，可變流動結(jié)構(gòu)410)的 優(yōu)選布置。根據(jù)示例性實施例的熱交換器基體可包括面向冷氣流的具有對稱的可變流動結(jié) 構(gòu)布置的板表面，而面向熱氣流的板表面具有布置成用以優(yōu)化熱氣流的114的可變流動結(jié)構(gòu) 布置。圖4中所示的面向冷氣流的板表面的優(yōu)選可變流動結(jié)構(gòu)布置可實現(xiàn)理想的板溫 度，且可導(dǎo)致熱流體流和冷流體流的h值在任何給定x、y板坐標(biāo)處的值接近彼此，從而提高 了熱交換器的總體性能。換言之，總體傳導(dǎo)率U在具有帶根據(jù)示例性實施例布置的可變流 動結(jié)構(gòu)410的板的基體中比在具有帶大致對稱的可變流動結(jié)構(gòu)間距的板的基體中具有更 大的平均值。這就導(dǎo)致在熱交換器中產(chǎn)生相同的熱性能需要較小的表面面積，或相反，對于 相同的表面面積提高了熱交換器基體的總體有效性。即使性能提高，總體降壓也基本上保 持不變。盡管不均勻的可變流動結(jié)構(gòu)410間距可導(dǎo)致較大的湍流和較大的壓降，但這可由 較大的板間距(較少板)彌補以實現(xiàn)相同的有效性。圖4中所示的示例性冷側(cè)板表面400體現(xiàn)了不對稱的且獲得上文剛剛論述的優(yōu)點 的可變流動結(jié)構(gòu)410模式。例如，板400的部分440所具有的可變流動結(jié)構(gòu)410布置為可 變流動結(jié)構(gòu)410之間的間距在整個部分440上大致相等。然而，可變流動結(jié)構(gòu)410的密度 在部分420、430和440之間是不同的。例如，板400的部分420的可變流動結(jié)構(gòu)410之間 的間距遠(yuǎn)大于板400的部分430的可變流動結(jié)構(gòu)410之間的間距。
類似的是，圖5示出了面向熱氣流的板表面的可變流動結(jié)構(gòu)510的優(yōu)選模式布置。 圖5示出了在板500的不同部分間，板500的可變流動結(jié)構(gòu)510可在其間具有不同的間距。 例如，在示例性實施例中，部分540中的可變流動結(jié)構(gòu)510之間的間距在整個部分540上可 大致相等。然而，部分520的可變流動結(jié)構(gòu)510的密度可明顯小于部分540的可變流動結(jié) 構(gòu)510的密度，即，部分520的可變流動結(jié)構(gòu)510之間的間距可大于部分540的。類似的是， 板500的部分530中的可變流動結(jié)構(gòu)510的密度可大于部分540和520的。具有圖4和圖5中所示的可變模式板表面中的一種或兩者的熱交換器可實現(xiàn)熱氣 體和冷氣體的速度變化，以便優(yōu)化熱氣體和冷氣體中的一者或兩者的值h，從而導(dǎo)致金屬溫 度在熱氣體引出平面處或附近的所有板點上大致均勻。圖6示出了根據(jù)示例性實施例的具有可變流動結(jié)構(gòu)模式的板的側(cè)視圖。從圖6可 以理解的是，可變流動結(jié)構(gòu)601可布置在板600上，以便可變流動結(jié)構(gòu)601布置在可面向熱 氣流的板600的第一表面605上?？勺兞鲃咏Y(jié)構(gòu)601還可布置在可面向冷氣流的板600的 第二表面610上。因此，表面605和610可形成在單個板600上或由單個板600限定。此 外，可變流動結(jié)構(gòu)601可形成在單個板600的兩個表面605和610上。因此，在制造期間， 可變流動結(jié)構(gòu)601可由相同的板600形成或形成在相同的板600上。圖7示出了根據(jù)示例性實施例的交叉流型熱交換器的截面透視圖。交叉流型熱交 換器700可包括根據(jù)示例性實施例的熱交換器基體705，包括具有如上文所述的可變流動 結(jié)構(gòu)模式的板。具體而言，交叉流型熱交換器700可具有冷氣體流動流入口 710和對應(yīng)的冷 氣流流動流出口 720，在其中，冷氣體可進(jìn)入和流出熱交換器基體。交叉流型熱交換器700 可包括熱氣體流動流入口 730和對應(yīng)的熱氣體流動流出口 740。板745可布置為用以形成 基體750。至少一個板745可包括按影響穿過板745的流動流速度的模式布置的可變流動 結(jié)構(gòu)753。例如，整個板745上的可變流動結(jié)構(gòu)753的變化的密度可影響相鄰氣體流動流的 方向和速度，且相應(yīng)地影響流動流的值h。當(dāng)值h通過可變結(jié)構(gòu)753模式布置的方式優(yōu)化 時，可減少板745上的冷點的出現(xiàn)，因為例如在整個熱氣體流動流出口 740上的板745溫度 大致均勻。圖8示出了交叉流型熱交換器800的透視圖。具體而言，圖8示出了可包括根據(jù) 示例性實施例的圖7中所示的基體的交叉流型熱交換器800。交叉流型熱交換器800可包 括熱氣體流動流入口 804，該入口 804可允許沿第一方向的熱氣體流動。交叉流型熱交換器 800還可包括冷氣體流動流入口 806，該入口 806可允許沿大致垂直于熱氣體氣流的第一方 向的第二方向的冷氣體流動。如上文所述，在不脫離示例性實施例的范圍和精神的情況下， 備選實施例可包括逆流型熱交換器。盡管已參照具體實施例描述了通過優(yōu)化過程氣流的傳熱系數(shù)來最大限度地減少 板式氣體-氣體熱交換器的板上的冷點，但很明顯，許多備選方案、改型和變體對于本領(lǐng)域 的技術(shù)人員將是顯而易見的。因此，如本文所闡述的方法和設(shè)備的實施例意圖為示范性的， 而非限制性的。在不脫離示例性實施例的精神和范圍的情況下可進(jìn)行改變。將應(yīng)認(rèn)識到的是，上文公開的和其它的特征和功能或其備選方案期望的是可結(jié)合 到許多其它不同系統(tǒng)或應(yīng)用中。另外，各種目前并未預(yù)見或并未預(yù)料到的備選方案、改型、 變體或在其中的改進(jìn)隨后可由本領(lǐng)域普通技術(shù)人員作出，且還期望由所附權(quán)利要求包含。
權(quán)利要求
1.一種流體_流體熱交換器基體，包括具有第一表面和第二表面的第一板；具有第一表面和第二表面的第二板，所述第一板的第二表面與所述第二板的第一表面 相對以限定第一流動通路；第三板，其具有與所述第二板的第二表面相對的第一表面以限定第二流動通路；所述第一板、所述第二板和所述第三板構(gòu)成板式基體的一部分，其中，所述基體具有與 所述第一流動通路和所述第二流動通路中的至少一個連通的第一流動入口和第一流動出 口，以及與所述第一流動通路和所述第二流動通路中的另一個連通的第二流動入口和第二 流動出口 ；以及所述第一板的第二表面具有布置在第一區(qū)域和第二區(qū)域中的多個可變流動結(jié)構(gòu)，所述 第一區(qū)域具有的可變流動結(jié)構(gòu)密度大于所述第二區(qū)域的可變流動結(jié)構(gòu)密度，以便控制經(jīng)過 所述第一流動通路的流體的速度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體-流體熱交換器基體，其特征在于，所述第一流動通路容 許熱流體沿第一方向流動通過，以及其中，所述第二流動通路容許冷流體沿第二方向流動 通過，所述第二方向為相對于所述第一方向大致橫切和大致相對中的一種，所述第二板的 第一表面具有布置在第一區(qū)域和第二區(qū)域中的多個可變流動結(jié)構(gòu)，所述第一區(qū)域具有的可 變流動結(jié)構(gòu)密度大于所述第二區(qū)域的可變流動結(jié)構(gòu)密度；所述第二板的第二表面具有布置在第一區(qū)域和第二區(qū)域中的多個可變流動結(jié)構(gòu)，所 述第一區(qū)域具有的可變流動結(jié)構(gòu)密度大于所述第二區(qū)域的可變流動結(jié)構(gòu)密度，由此，所述 第二板的第一表面和所述第二板的第二表面的可變流動結(jié)構(gòu)的密度改變了所述熱流體和 所述冷流體中的至少一個的速度，從而優(yōu)化了所述熱流體和所述冷流體中的一個的傳熱系 數(shù)，使得所述第一板和所述第二板中的至少一個的溫度在整個所述第二流動出口上大致相寸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體-流體熱交換器基體，其特征在于，所述第一流動通路容 許熱流體沿第一方向流動通過，以及其中，所述第二流動通路容許冷流體沿與所述第一方 向大致相對的第二方向流動通過，所述第二板的第一表面具有布置在第一區(qū)域和第二區(qū)域 中的多個可變流動結(jié)構(gòu)，所述第一區(qū)域具有的可變流動結(jié)構(gòu)密度大于所述第二區(qū)域的可變 流動結(jié)構(gòu)密度；所述第二板的第二表面具有布置在第一區(qū)域和第二區(qū)域中的多個可變流動結(jié)構(gòu)，所述 第一區(qū)域具有的可變流動結(jié)構(gòu)密度大于所述第二區(qū)域的可變流動結(jié)構(gòu)密度，由此，所述第 二板的第一表面和所述第二板的第二表面的可變流動結(jié)構(gòu)控制所述熱流體和所述冷流體 中的至少一個的速度，從而優(yōu)化所述熱流體和所述冷流體中的一個的傳熱系數(shù)，使得所述 第一板和所述第二板中的至少一個的溫度受到控制用以最大限度地減少在整個所述第二 流動出口上出現(xiàn)冷點。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體-流體熱交換器基體，其特征在于，所述第二板的第一表 面還包括布置在第一區(qū)域和第二區(qū)域中的多個可變流動結(jié)構(gòu)，所述第一區(qū)域具有的可變流動結(jié) 構(gòu)密度大于所述第二區(qū)域的可變流動結(jié)構(gòu)密度，其中，所述第一板和所述第二板的可變流動結(jié)構(gòu)為凸起，以及其中，所述第二板的多個凸起中的一些接觸所述第一板的多個凸起中的一些，由此，所述基體在結(jié)構(gòu)上受到支承。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體_流體熱交換器基體，其特征在于，所述第一板還包括 所述第一板的第一部分和所述第一板的第二部分兩者都定位在所述第二流體出口處，其中，所述多個可變流動結(jié)構(gòu)布置成導(dǎo)致所述第一板部分的溫度大致等于所述第二板部分 的溫度。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體_流體熱交換器基體，其特征在于，所述第一板還包括 所述第一板的第一部分和所述第一板的第二部分兩者都定位在所述第二流體出口處，其中，所述多個可變流動結(jié)構(gòu)布置成用以最大限度地減少出現(xiàn)所述第一板部分的溫度低于 所述第二板部分的溫度。
7.一種流體-流體熱交換器基體，包括 具有第一表面和第二表面的第一板；具有第一表面和第二表面的第二板，所述第一板的第二表面與所述第二板的第一表面 相對以限定第一流動通路；第三板，其具有與所述第二板的第二表面相對的第一表面以限定第二流動通路； 所述第一板、所述第二板和所述第三板構(gòu)成板疊層，其中，所述疊層具有與所述第一流 動通路和所述第二流動通路中的至少一個連通的第一流動入口和第一流動出口，以及與所 述第一流動通路和所述第二流動通路中的另一個連通的第二流動入口和第二流動出口 ；所述第一板的第二表面具有布置在第一區(qū)域和第二區(qū)域中的多個凸起，所述第一區(qū)域 具有的凸起密度大于所述第二區(qū)域的凸起密度；所述第二板的第一表面具有布置在第一區(qū)域和第二區(qū)域中的多個凸起，所述第一區(qū)域 具有的凸起密度大于所述第二區(qū)域的凸起密度；其中，所述第二板的多個凸起中的一些接 觸所述第一板的多個凸起中的一些；所述第一板的第二表面具有布置在第一區(qū)域和第二區(qū)域中的多個凹口，所述第一區(qū)域 具有的凹口密度大于所述第二區(qū)域中的凹口密度；所述第二板的第一表面具有布置在第一區(qū)域和第二區(qū)域中的多個凹口，所述第一區(qū)域 具有的凹口密度大于第二區(qū)域的凹口密度；所述第一板的第一部分和所述第一板的第二部分兩者都定位在所述第一氣體出口處， 其中，所述多個凸起和所述多個凹口的密度均布置成導(dǎo)致所述第一板部分的溫度大致等于 所述第二板部分的溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的流體-流體熱交換器基體，其特征在于，所述第一板還包括 所述第一板的第一部分和所述第一板的第二部分兩者都定位在所述第二流體出口處，其中，所述多個可變流動結(jié)構(gòu)布置成導(dǎo)致所述第一板部分的溫度大致等于所述第二板部分 的溫度。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的流體-流體熱交換器基體，其特征在于，所述第一板還包括 所述第一板的第一部分和所述第一板的第二部分兩者都定位在所述第二流體出口處，其中，所述多個可變流動結(jié)構(gòu)布置成控制相鄰流體流的方向和相鄰流體流的速度中的至少 一個，以便控制所述第一板部分和所述第二板部分處的溫度。
10.一種用于均衡流體-流體熱交換器基體中的熱流體引出平面板溫度的方法，所述 流體_流體熱交換器基體包括具有第一表面和第二表面的第一板；具有第一表面和第二表面的第二板，所述第一板的第二表面與所述第二板的第一表面相對以限定第一流動通 路；第三板，其具有與所述第二板的第二表面相對的第一表面，以限定所述第二流動通路； 所述第一板、所述第二板和所述第三板構(gòu)成板式基體的一部分，其中，所述基體具有與所述 第一流動通路和所述第二流動通路中的至少一個連通的第一流動入口和第一流動出口，以 及與所述第一流動通路和所述第二流動通路中的另一個連通的第二流動入口和第二流動 出口，所述方法包括改變經(jīng)過所述第一流動通路和所述第二流動通路中的至少一個的流體的速度，由此， 第一板、第二板和第三板中的至少一個的第一表面和第二表面中的至少一個的溫度在整個 所述第一流動出口和所述第二流動出口中的至少一個上大致均勻。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于均衡熱流體引出平面板溫度的方法，其特征在于，所 述方法還包括改變分別經(jīng)過所述第一流動通路和所述第二流動通路的第一流體和第二流 體中的至少一個的速度，由此，所述第一板、所述第二板和所述第三板中的至少一個的表面 上的多個部位中的一部位處的溫度相對于相同表面的整個所述第一流動出口和所述第二 流動出口中的至少一個上的第二部位大致相等。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于均衡熱流體引出平面板溫度的方法，其特征在于，所 述方法還包括通過可變流動結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)第一板、第二板和第三板中的至少一個的第一表面 和第二表面中的至少一個上的一部位處的溫度變化，優(yōu)化分別經(jīng)過所述第一流動通路和所 述第二流動通路的第一流體和第二流體中的至少一個的傳熱系數(shù)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的用于均衡熱流體引出平面板溫度的方法，其特征在于，所 述方法還包括增大經(jīng)過第一流動通路和第二流動通路中的一個的第一流體的速度，以便優(yōu)化所述第 一流體的傳熱系數(shù)；以及減小經(jīng)過第一流動通路和第二流動通路中的至少一個的第二流體的速度，以便優(yōu)化所 述第二流體的傳熱系數(shù)，由此，最大限度地減少在所述第一流動通路和所述第二流動通路 中的一個的表面上形成的冷點。
14.一種熱交換器，包括根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體_流體熱交換器基體。
15.一種最大限度地減少在流體-流體熱交換器基體的板上出現(xiàn)低溫點的方法，所述 板具有第一組可變流動結(jié)構(gòu)，所述方法包括確定影響相鄰流體流的方向和速度中的至少一個的第一組可變流動結(jié)構(gòu)的密度；布置所述第一組可變流動結(jié)構(gòu)以控制所述相鄰流體流。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的最大限度地減少在流體-流體熱交換器基體的板上出現(xiàn)低 溫點的方法，其特征在于，所述布置步驟還包括布置所述第一組可變流動結(jié)構(gòu)，通過控制所述相鄰流體流的速度來控制所述相鄰流體 流，以便優(yōu)化所述相鄰流動流的傳熱系數(shù)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的最大限度地減少在流體-流體熱交換器基體的板上出現(xiàn)低 溫點的方法，其特征在于，所述布置步驟還包括布置所述第一組可變流動結(jié)構(gòu)，通過控制所述相鄰流動流的速度和方法中的至少一個 來控制所述相鄰流體流，以便優(yōu)化所述熱交換器基體的熱能傳遞效率。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的最大限度地減少在流體-流體熱交換器基體的板上出現(xiàn)低溫點的方法，其特征在于，所述方法還包括確定影響相鄰流體流的方向和速度中的至少一個的第二組可變流動結(jié)構(gòu)的第二可變 流動結(jié)構(gòu)密度；布置所述第二組可變流動結(jié)構(gòu)，通過控制所述流體流的方向和速度中的至少一個來控 制所述相鄰流體流，由此優(yōu)化所述相鄰流體流的傳熱系數(shù)。
19.一種制造用于流體-流體熱交換器基體的板的方法，所述流體-流體熱交換器基體 在熱流體弓I出平面處具有最小限度的板溫度差異，所述方法包括通過沖壓板的第二側(cè)而在所述板的第一表面上形成第一可變流動結(jié)構(gòu)，以便所述第一 可變流動結(jié)構(gòu)布置成在所述第一表面上具有至少兩個區(qū)域，各區(qū)域均具有不同的可變流動 結(jié)構(gòu)密度。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的制造用于流體-流體熱交換器基體的板的方法，其特征在 于，所述方法還包括通過沖壓所述板的第一側(cè)而在所述板的第二表面上形成第二可變流動結(jié)構(gòu)，以便所述 第二可變流動結(jié)構(gòu)布置成在所述第二表面上具有至少兩個區(qū)域，各區(qū)域均具有不同的可變 流動結(jié)構(gòu)密度。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于均衡熱交換器中的熱流體引出平面板溫度的設(shè)備和方法。具體而言，一種用于最大限度地減少板式流體-流體熱交換器的板上的冷點的設(shè)備和方法使熱交換器的熱流體引出平面處的板溫度平均。熱交換器基體構(gòu)造成用以從內(nèi)部改變相對的熱流體流和冷流體流的流動模式，以便優(yōu)化表示為h的一股或兩股流體流的傳熱系數(shù)值，故熱流體值是比冷流體值更大的值。板的可變流動結(jié)構(gòu)按一定方式布置，該方式容許在板溫度最低的區(qū)域有速度較高的熱流體流和速度可能較低的冷流體流，而在板溫度最高的區(qū)域則構(gòu)造相反。
文檔編號F28F3/00GK102003898SQ20101027287
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月26日
發(fā)明者N·H·德斯錢普斯 申請人:芒特斯公司