點波圖案的襯墊式熱交換器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種包括多個熱交換器板的襯墊式熱交換器，其中熱交換器板中的每一個都包括多個點波點。點波點包括點波頂部和點波底部。此外，至少一個熱交換器板的點波頂部連接到另一個相鄰熱交換器板的點波底部。為了防止熱交換器板在外力和內(nèi)部流體壓力下塑性變形，點波點是可彈性變形的。
【專利說明】點波圖案的襯墊式熱交換器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種包括多個熱交換器板的襯墊式熱交換器，其中熱交換器板中的每一個都包括多個點波點，并且其中點波點包括點波頂部和點波底部，并且其中至少一個熱交換器板的點波頂部連接到另一個相鄰的熱交換器板的點波底部。
【背景技術(shù)】
[0002]板式熱交換器是用于在兩種不同介質(zhì)(具體地，流體)之間傳遞熱量的公知裝置。板式熱交換器通常包括多個熱交換器板，其中每一個熱交換器板都包括成一圖案的多個壓痕以及用于兩種介質(zhì)的入口和出口。每一對相鄰板以使得產(chǎn)生用于輸送單獨介質(zhì)的通道的方式連接。兩種介質(zhì)然后將被允許在交替的成對的板之間循環(huán)，以允許通過熱交換器板進(jìn)行熱傳遞。一個板的壓痕圖案將與兩個相鄰板的壓痕圖案接觸。這樣，板保持稍微間隔開，并且可以調(diào)節(jié)流體通路的形狀以提高熱交換效率。
[0003]在現(xiàn)有技術(shù)中，通常使用所謂的人字形或魚骨圖案的壓痕，所述壓痕包括迫使介質(zhì)流在熱交換器板的平面內(nèi)重復(fù)加速和減速的脊部和谷部。這通常導(dǎo)致流體的流率或流量的大的變化，從而降低熱傳遞的效率。因此，允許流體的流量更加均勻的壓痕圖案將是有益的。
[0004]此外，在現(xiàn)有技術(shù)中已知兩種重要類型的熱交換器，S卩，釬焊式熱交換器和襯墊式熱交換器。因為熱交換器中的流體通常設(shè)置在大壓力下，因此需要確保熱交換器的板被穩(wěn)固地保持在一起。在釬焊式熱交換器中，每兩個相鄰熱交換器板在壓痕圖案相遇的位置處被釬焊在一起。另一方面，在襯墊式熱交換器中，板通過外力(例如，通過板的孔引入螺栓)被保持處于張力下。因此，在襯墊式熱交換器中，熱交換器板被保持處于預(yù)張力下。
[0005]為了提高熱交換效率，已經(jīng)嘗試減小用作相鄰熱交換器板的接觸表面的表面積或減小熱交換器板的厚度。
[0006]在US8，091，619B2中，公開了一種上述類型的熱交換器。其中壓痕的人字形圖案被包括(點波)頂部和(點波)底部的多個點波點代替。一個板的平坦頂部與相鄰板的平坦底部釬焊在一起。因此，可以改進(jìn)這種釬焊式熱交換器的穩(wěn)定性，從而允許減小熱交換器板的厚度。同時，每兩個相鄰板相遇處的表面積被優(yōu)化。因此，這種釬焊式熱交換器的效率被提聞。
[0007]在襯墊式熱交換器的情況下，這種構(gòu)造可能是有問題的。襯墊式熱交換器具有在熱交換器板的接觸區(qū)域處塑性變形的另外的問題。這種變形部分地由于熱交換器板被保持在預(yù)張力下并且由于流體的相對壓差而出現(xiàn)。這可能會導(dǎo)致在熱交換器板的接觸區(qū)域處的塑性變形，其中尤其在流體的相對壓力改變的情況下，這種塑性變形可能會形成流體的旁路，從而導(dǎo)致熱交換器的性能較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]因此，本發(fā)明的任務(wù)是提供一種襯墊式熱交換器，具有提高的熱交換效率同時仍然能夠更加耐受由預(yù)張力以及內(nèi)部流體壓力引起的力。
[0009]本發(fā)明解決了以上問題在于，點波點是可彈性變形(或在可選的措辭中是可彈性壓縮的)，在本文中表示它們可以由于壁材料的彎曲而稍微改變形狀，但是這是可逆的。
[0010]因此，點波點能夠可逆地變形。避免了熱交換器板在它們的接觸表面處的可能導(dǎo)致性能下降的永久變形。作用在點波點的點波頂部和點波底部的接觸表面上的力將在襯墊式熱交換器內(nèi)強(qiáng)烈地變化。一方面，將所述頂部和底部的接觸表面壓在一起的力是恒定的并由預(yù)張力引起。另一方面，用于分離熱交換器板的力由于兩種介質(zhì)的不同內(nèi)部壓力而可以強(qiáng)烈地改變。因此，作用在所述頂部和底部的接觸表面上的凈合力可以強(qiáng)烈地改變。通過使點波點可彈性變形，點波點可以在預(yù)張力下變形，這將導(dǎo)致可以抵消預(yù)張力的另外的彈力。因此，避免了熱交換器板的接觸表面的塑性變形。同時，可以通過減小接觸表面的總面積和/或熱交換器板的厚度來提高熱交換器的效率。
[0011]與根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的釬焊式熱交換器相比，所述頂部和底部的接觸表面被釬焊在一起，從而導(dǎo)致點波點的剛性連接。
[0012]優(yōu)選的是所述頂部和底部是可彈性變形的。具體地，所述頂部和底部應(yīng)該在垂直于熱交換器板的平面的方向上可彈性變形。因此，即使當(dāng)作用在所述頂部和底部的接觸表面上的力可能是不對稱的時，這也不會導(dǎo)致永久變形。
[0013]此外，優(yōu)選的是點波點包括可彈性變形的側(cè)面。因此，兩個連接后的點波點的接觸表面由于點波點的側(cè)面的彈性變形而可以移動。這樣，如果外力，尤其由流體壓力產(chǎn)生的外力改變，則可以生成另外的彈力。
[0014]還優(yōu)選的是側(cè)面在相鄰的頂部與底部之間是大致平直的。這樣，確保點波點足夠堅固以支撐作用在該點波點上的機(jī)械力，同時如果作用在點波點上的凈力變得太大，則能夠進(jìn)行彈性變形。
[0015]優(yōu)選的是側(cè)面在相鄰的頂部與底部之間成大致切線形狀。作為平直的側(cè)面的可選方案，切線狀的側(cè)面可能不太穩(wěn)定，但是也更容易進(jìn)行彈性變形。哪一實施例可能是優(yōu)選的，因此依賴于熱交換器板的應(yīng)用以及被選擇的材料和厚度。
[0016]在另一個優(yōu)選的實施例中，包括點波頂部的點波點布置在第一排中，包括點波底部的點波點布置在第二排中。這樣，可以將點波點布置成尤其有益于每兩熱交換器板之間的流體流的圖案。具體地，可以使流體流到達(dá)熱交換器板的所有部分，從而使熱交換器的效
率較高。
[0017]在另一個優(yōu)選的實施例中，第一排和第二排中的至少一部分布置成平行于熱交換器板的邊緣。因此，可以例如確保流體也朝向熱交換器板的邊緣流動，從而導(dǎo)致在熱交換器板的整個區(qū)域上更加均勻的流體流。
[0018]此外，優(yōu)選的是第一排和第二排中的至少一部分相對于熱交換器板的邊緣以一角度布置。具體地，第一排和第二排中的一些可以相對于熱交換器板的邊緣以在20°至小于45°的角度被布置。這樣，確保流體流可以被有效地引導(dǎo)向熱交換器板的所有部分，而不會太急劇地改變流體流的方向。
[0019]此外，優(yōu)選的是第一排和第二排在熱交換器板的平面內(nèi)改變方向。因此，橫跨熱交換器板從入口到出口沒有用于流體流的直接通路。
[0020]在另一個優(yōu)選的實施例中，第一排和第二排中的至少一部分在熱交換器板的平面中形成楔形。因此，確保流體流可以通過點波點圖案被有效地引導(dǎo)。
[0021]在另一個優(yōu)選的實施例中，襯墊式熱交換器包括頂板和底板,其中多個熱交換器板布置在頂板與底板之間，并且其中熱交換器板通過頂板和底板在預(yù)張力下被保持在一起。因此，在本實施例中通過朝向彼此推壓頂板和底板，例如通過頂板和底板以及熱交換器板中的孔引入螺栓，獲得前述的預(yù)張力。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]現(xiàn)在將參照附圖在下文中詳細(xì)地描述本發(fā)明，其中:
[0023]圖1是根據(jù)本發(fā)明的熱交換器的切割視圖；
[0024]圖2a、2b、3顯示根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的兩個熱交換器板的接觸區(qū)域的塑性變形；
[0025]圖4顯示穿過根據(jù)本發(fā)明的熱交換器板的橫截面；
[0026]圖5顯示根據(jù)本發(fā)明的熱交換器板的頂視圖以及在所述熱交換器板上的點波點的圖案；
[0027]圖6a顯示穿過兩個相鄰熱交換器板的橫截面；
[0028]圖6b顯不兩個相鄰熱交換器板的兩個不同橫截面；
[0029]圖7顯示相互接觸的一對點波點的彈性變形；
[0030]圖8a、8b、8c顯示在熱交換器板上的第一排點波點和第二排點波點的三種不同類型的圖案。
【具體實施方式】
[0031]在圖1中，顯示了包括多個熱交換器板2的熱交換器I的切割視圖。熱交換器板2堆疊在彼此的頂部上，從而在所述熱交換器板之間產(chǎn)生多個流體通路。熱交換器板2通過力4布置在頂板與底板3之間。因此，熱交換器板2通過外部壓力被保持在預(yù)張力下。可以例如經(jīng)由通過頂部板和底部板3以及熱交換器板2中的孔引入螺栓的方式連接頂板和底板3而引入力4。
[0032]襯墊5布置在每一對熱交換器板2之間，以相對于外部密封兩種流體并且使兩種流體彼此分離。熱交換器I通常被提供有成對的入口和出口 6。
[0033]在圖2a、圖2b和圖3中，公開了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的熱交換器的問題。圖2a中顯示了兩個熱交換器板2的接觸區(qū)域7a。根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，接觸區(qū)域在這種情況下由頂板的谷部與底板的脊部相遇而形成。為了提高熱交換，將兩個相鄰熱交換器板的接觸區(qū)域選擇成非常小。
[0034]根據(jù)圖2b，現(xiàn)在力4如之前所述將兩個相鄰熱交換器板2壓在一起，這可能會導(dǎo)致非常小的接觸區(qū)域7b的塑性變形。在圖3中，再次顯示了在力4例如由于內(nèi)部流體壓力的改變而已經(jīng)消失或已經(jīng)減小之后的接觸區(qū)域7c。在這種情況下，兩個相鄰熱交換器板2被永久地變形并不再在區(qū)域7c中保持接觸。這可能會導(dǎo)致流體流的旁通。這通常將又降低熱交換器的效率，這是因為從入口到出口的更多的直接流體通路可能打開，這將導(dǎo)致流體流不再均勻地分布在兩個熱交換器板之間。
[0035]現(xiàn)在，圖4顯示了根據(jù)本發(fā)明的熱交換器板的切割視圖。這里，熱交換器板2包括在垂直于熱交換器板2的平面的方向上突出的點波點8、9。在這種情況下，點波點8包括頂部或點波頂部10,而點波點9包括底部或點波底部11。頂部10以及底部11在本具體的實施例中是在相應(yīng)點波點8、9的端部處的平坦表面。這里，圖4的下部顯示頂部10和底部11的頂視圖，其中此處頂部10和底部11都具有圓形形狀。當(dāng)然，不同形狀的頂部10和底部11也是可以的，例如，橢圓或矩形形狀。此外，頂部10和底部11不必然是平坦的，僅需要確保相鄰熱交換器板2的頂部10和底部11裝配在一起即可。在此需要說明的是，措辭“dimple”被譯成“點波點”，但是其表示形成在點波圖案的換熱器板的一個表面上的凸起或凹坑。點波點可以分別包括(點波)頂部或(點波)底部，或點波可以分別包括頂部或底部。
[0036]點波點8、9還包括側(cè)面12。在該具體的切割視圖中，側(cè)面12直接連接包括頂部10的點波點8與包括底部11的點波點9。這里，顯示了兩個不同的實施例。實線顯示具有大致平直的側(cè)面12的點波點8、9，而虛線顯示具有大致切線狀的側(cè)面12的點波點8、9?？傊_保點波點8、9是可彈性變形的。側(cè)面12可以在相鄰頂部10與底部11之間具有這些形狀中的一個，但是在點波點8、9的周邊周圍，側(cè)面12的形狀如隨后所述地可以不同。
[0037]圖5顯示了熱交換器板2的頂視圖。該圖還顯示了如何通過襯墊5獲得熱交換器I中的兩種流體的分離。在這種情況下，第一流體可以經(jīng)由入口 Il進(jìn)入與板2的頂部相鄰的流體通路并通過多個流體通路到達(dá)出口 01。同時，第二流體不能進(jìn)入與熱交換器板2的頂部相鄰的空間，這是因為12以及出口 02通過襯墊5與這些流體通路分隔開。在下一個熱交換器板2的頂部上，情況將相反，并且第二流體可以從入口 12流動到出口 02，而第一流體及其相對應(yīng)的第一入口 Il和第一出口 01將通過另一個襯墊5與所述熱交換器板2的頂部上的流體通路分隔開。
[0038]在右側(cè)圖5還顯示了熱交換器板2中的點波點圖案的放大圖。類似于圖4，包括頂部10的點波點8被表示為未填充的圓，而包括底部11的點波點9被表示為填充的圓。此夕卜，切割視圖的三個不同方向13、14a和14b被顯示為實線或虛線。在圖6a和6b中顯示了相對應(yīng)的切割視圖。
[0039]在圖6a中，顯示了穿過兩個相鄰熱交換器板2a、2b的切割視圖或視線13。沿著切割視線13，包括頂部10的點波點8與包括底部11的點波點9交替。在該切割視線13中，側(cè)面12再次為大致平直的，但是可以可選地使用大致切線狀的側(cè)面。
[0040]通過將包括頂部10和底部11的這種可彈性變形的點波點8、9形成為用于熱交換器板2的接觸平臺，將避免熱交換器板2的塑性變形。同時，在不存在圖2a、2b和3中所說明的所述類型的損壞的風(fēng)險的情況下可以顯著地減小熱交換器板2的厚度。因此，通過減小熱交換器板2的厚度，可以改善從一種流體到另一種流體的熱傳遞，從而實現(xiàn)熱交換器I的更好的效率。
[0041]圖6b顯示沿著切割視圖或線14a和14b的兩個相鄰的熱交換器板2a、2b。在這種情況下，實線顯示切割視圖或視線14a，而虛線顯示切割視圖或視線14b。沿著切割視線14a，頂部熱交換器板2b僅顯示包括底部11的點波點9，而底部熱交換器板2a僅顯示包括頂部10的點波點8。再次，頂部熱交換器板2b的底部11與底部熱交換器板2a的頂部10接觸。另一方面，沿著切割視線14b，頂部熱交換器板2b僅顯示包括頂部10的點波點8，而底部熱交換器板2a僅顯示包括底部11的點波點9。因此，沿著切割視線14b，熱交換器板2a和2b沒有顯示任何接觸區(qū)域。[0042]圖6b還顯示了沿著切割視線14a、14b的點波點8、9的側(cè)面12在相鄰頂部10之間和相鄰底部11之間可以為大致橢圓形形狀。因此，側(cè)面12的形狀可以例如當(dāng)繞點波點
8、9的周邊時從大致平直形狀或大致切線狀平滑地改變到大致橢圓形形狀。
[0043]圖7顯示了在頂部10和底部11處相互接觸的一對點波點8、9的彈性變形。圖7顯示了其中將熱交換器板2a、2b壓在一起的力4具有類似或相等大小的情況。這將是通常情況，因為部分地由第一介質(zhì)的第一壓力Pl與第二介質(zhì)的第二壓力P2的差值產(chǎn)生的力4將在“向上”和“向下”方向上同樣大。
[0044]側(cè)面12將從由實線所示的非變形形狀12a彈性變形到由虛線所示的彈性變形形狀12b。側(cè)面12的彈性變形以及頂部10和底部11將產(chǎn)生克服外力4而作用的彈力。一旦減小外力4，則彈性變形后的點波點8、9將恢復(fù)到它們的未變形的形狀。因此，通過使點波點彈性變形能夠防止如圖2a、圖2b和圖3所示的熱交換器板2的接觸區(qū)域的永久變形。
[0045]圖8a、8b和8c顯示了在根據(jù)本發(fā)明的熱交換器板2中的點波點8、9的可能的不同圖案。在圖8a中，顯示了第一排16，包括頂部10的點波點8沿著所述第一排16布置。同時，顯示了第二排17，包括底部11的點波點9沿著該第二排17布置。根據(jù)圖8a的實施例，第一排16以及第二排17中的至少一部分平行于熱交換器板2的邊緣18布置。
[0046]根據(jù)圖8b中所示的實施例，第一排16和第二排17中的至少一部分相對于熱交換器板2的邊緣18以一角度布置。在這種情況下，例如在20°至小于45°的范圍內(nèi)選擇所述角度。依賴于熱交換器板2的長度和寬度，因此可以確保流體流必須在熱交換器板的整個平面中散開或展開，從而提高熱傳遞的效率。具體地，因此可以防止從第一入口 Il到第一出口 01的直接通路。
[0047]根據(jù)圖8c中所示的實施例，第一排16和第二排17的一部分在熱交換器板的平面中形成楔形19。因此，第一排16和第二排17在熱交換器板2的平面中改變方向。第一排和第二排還可以在熱交換器板2的平面內(nèi)幾次改變方向，例如形成Z字形線。這樣，可以確保流體在從第一入口 Il流動到第一出口 01時必須至少幾次改變方向。
【權(quán)利要求】
1.一種包括多個熱交換器板的襯墊式熱交換器，其中熱交換器板中的每一個都包括多個點波點，并且其中點波點包括點波頂部和點波底部，并且其中至少一個熱交換器板的點波頂部連接到另一個相鄰熱交換器板的點波底部， 其特征在于，點波點(8，9)能夠彈性變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的襯墊式熱交換器，其特征在于，點波頂部(10)和點波底部(11)能夠在垂直于熱交換器板(2)的平面的方向上彈性變形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的襯墊式熱交換器，其特征在于，點波點(8，9)包括能夠彈性變形的側(cè)面(12)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的襯墊式熱交換器，其特征在于，側(cè)面(12)在相鄰的點波頂部(10)與點波底部(11)之間是大致平直的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的襯墊式熱交換器，其特征在于，側(cè)面(12)在相鄰的點波頂部(10)與點波底部(11)之間成大致切線形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5中任一項所述的襯墊式熱交換器，其特征在于，包括點波頂部(10)的點波點(8)的至少一部分布置在第一排(16)中，包括點波底部(11)的點波點(9)的至少一部分布置在第二排(17)中。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的襯墊式熱交換器，其特征在于，第一排和第二排(16，17)中的至少一部分布置成平行于熱交換器板(2)的邊緣(18)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的襯墊式熱交換器，其特征在于，第一排和第二排(16，17)中的至少一部分相對于熱交換器板(2)的邊緣(18)以一角度布置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6-8中任一項所述的襯墊式熱交換器，其特征在于，第一排和第二排(16，17)中的至少一部分在熱交換器板(2)的平面內(nèi)改變方向。
10.根據(jù)權(quán)利要求6-9中任一項所述的襯墊式熱交換器，其特征在于，第一排和第二排(16，17)中的至少一部分在熱交換器板(2)的平面中形成楔形(19)。
11.根據(jù)權(quán)利要求ι-?ο中任一項所述的襯墊式熱交換器，其特征在于，襯墊式熱交換器包括頂部板和底部板(3)，其中多個熱交換器板(2)布置在頂部板與底部板(3)之間，并且其中熱交換器板(2)通過頂部板和底部板(3)在預(yù)張力下被保持在一起。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項所述的襯墊式熱交換器，其特征在于，點波頂部(10)和點波底部(11)大致是平坦的，使得當(dāng)熱交換器板(2)被連接時點波頂部(10)的平坦面與點波底部(11)的平坦面相遇。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的襯墊式熱交換器，其特征在于，點波點(8，9)具有類似的形狀。
【文檔編號】F28F9/26GK104034189SQ201410085403
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2014年3月10日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月8日
【發(fā)明者】拉爾斯·泊松 申請人:丹佛斯公司