專利名稱：用于不同流量的流體的板式熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于二種不同流量的流體之間傳熱的板式熱交換器，該熱交換器由數(shù)塊大體上為矩形的傳熱板構(gòu)成，每一塊傳熱板都有穿過(guò)其角部用于各種流體的進(jìn)出口，一個(gè)在中央位于各自的進(jìn)出口之間的傳熱部，和二個(gè)分配部，這兩個(gè)分配部位于傳熱部和各自的進(jìn)出口之間，并在這些流體從它的進(jìn)口朝著傳熱部流動(dòng)時(shí)用于這兩種流體的分配。
傳統(tǒng)的成形板式熱交換器一般具有一組相同的傳熱板，這些傳熱板對(duì)于兩種流體具有相同的進(jìn)出口。這樣一種具有相同進(jìn)出口的熱交換器最好只用于相同流量的兩種流體。如果其中一種流體通過(guò)熱交換器的流量小于另一種流體，則流體的壓降將是不同的，其原因是壓降隨體積流量的平方成比例地變化。這就是說(shuō)，如果流體的流量不同，則流體和傳熱板之間的傳熱在每塊傳熱板的兩側(cè)面上的效果不可能最佳。
對(duì)于所謂的熱交換流體之間的不對(duì)稱流動(dòng)，為了增加傳熱，以前有人建議減小傳熱板一側(cè)面上流動(dòng)導(dǎo)管的體積，正如公開在歐洲專利EP470073中所建議的那樣，或者通過(guò)傳熱板的不同波紋結(jié)構(gòu)的組合來(lái)影響流動(dòng)導(dǎo)管的流動(dòng)阻力，如公開在歐洲專利EP88316或EP204880上的那樣。通常這些早先建議的結(jié)構(gòu)只容許兩種流體之間有小的不對(duì)稱的流動(dòng)，而且對(duì)于兩種流體而言，傳熱板上的熱傳遞不是足夠地有效。
本發(fā)明的目的是在上述種類的板式熱交換器中在兩種不同流量的流體之間獲得一種改進(jìn)的傳熱效果。本發(fā)明的另一目的是提出一種用于不同流量的流體的板式熱交換器，與以前已知的板式熱交換相比，該熱交換器能在不同流量的兩種流體之間容許大的不對(duì)稱流動(dòng)。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，使用于所述兩種流體的第一種流體的傳熱板的進(jìn)出口開口的尺寸小于用于另一種流體的進(jìn)出口開口尺寸，并使傳熱板在它的分配部上加工成在第一種流體的進(jìn)出口和傳熱部之間流動(dòng)的第一流體的流動(dòng)阻力大于在第二流體的進(jìn)出口和傳熱部之間流動(dòng)的另一種流體的流動(dòng)阻力。
盡管兩種熱交換流體的流量是不同的，但本發(fā)明的目的在于使傳熱板的兩側(cè)上具有同樣大的壓降。因此，舉例來(lái)說(shuō)，第一種流體(即具有最小流量的流體)的傳熱流動(dòng)條件得到優(yōu)化，同時(shí)另一種流體(即具有最大流量的流體)的流動(dòng)條件被簡(jiǎn)化。
最好將第一種流體的各個(gè)分配部上的流動(dòng)通道做得比另一種流體的各個(gè)分配部上的流動(dòng)通道更長(zhǎng)，使第一種流體的流動(dòng)阻力大于另一種流體的流動(dòng)阻力。
而且可將用于第一種流體的分配部的流道總寬度小于另一種流體的總寬度，使第一種流體的流動(dòng)阻力大于另一種流體的流動(dòng)阻力。
也可以通過(guò)在傳熱板的分配部上設(shè)計(jì)沖壓結(jié)構(gòu)，使各個(gè)傳熱板的一個(gè)側(cè)面上的沖壓深度小于另一個(gè)側(cè)面上的沖壓深度，以便兩種流體具有不同的流動(dòng)阻力。換言之，分配部分的高度可以變化，即傳熱板較小流量側(cè)的流動(dòng)通道比較大流量側(cè)的流動(dòng)通道更淺。用這種方法，傳熱板增加了對(duì)具有大的不對(duì)稱流動(dòng)的兩種流體提供有效熱傳遞的可能性。
通過(guò)使傳熱板對(duì)不同流體局部設(shè)有不同尺寸的進(jìn)出口，并在分配部上局部設(shè)有一種沖壓結(jié)構(gòu)，使通過(guò)較大孔口的流量得到相對(duì)寬的進(jìn)口端部和出口端部，而通過(guò)較小孔口的流量得到較窄的進(jìn)口端部和出口端部，流過(guò)大孔口的流量可以增加，而流過(guò)小孔口的流量則減小。因此，傳熱板在兩種不同的流量之間容許有一種強(qiáng)的不對(duì)稱性，同時(shí)對(duì)于兩種流體提供了有利于流體之間傳熱的流動(dòng)條件。
下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明詳述如下，圖中

圖1示意性地顯示本發(fā)明的板式熱交換器;
圖2顯示用于圖1中的板式熱交換器的第一種傳熱板;
圖3顯示用于圖1中的板式熱交換器的第二種傳熱板;
圖4顯示用于本發(fā)明板式熱交換器的另一種傳熱板。
圖1中所示的板式熱交換器1包括一組薄的傳熱板2，一塊前端板3和一塊后端板4。前端板3上有用于較小流量的第一種流體的一個(gè)進(jìn)口5和一個(gè)出口6，和用于較大流量的第二種流體的一個(gè)進(jìn)口7和一個(gè)出口8。
傳熱板2通過(guò)沖壓在其上形成有凸起和凹槽形式的結(jié)構(gòu)，交替的第一和第二傳熱板的凸起部相互靠著。傳熱板之間的密封裝置在每塊第二塊板中間限定一個(gè)用于第一種流體的流動(dòng)空間，而在其余的板中間限定一個(gè)用于另一種流體的流動(dòng)空間。
圖1中所示的傳熱板2通過(guò)釬接連接在一起，但是本發(fā)明板式熱交換器中的傳熱板也可以借助于框架或其它合適的方法固定在一起。
圖2中所示的第一傳熱板2a是細(xì)長(zhǎng)的并大致成矩形，其上分別具有進(jìn)口5a、7a和出口6a和8a。進(jìn)口和出口都位于傳熱板的角部9a、10a、11a和12a。第一種流體的進(jìn)口和出口5a和6a位于傳熱板的長(zhǎng)邊13a一側(cè)，另一種流體的進(jìn)出口7a和8a位于傳熱板的另一長(zhǎng)邊14a一側(cè)。傳熱板2a設(shè)計(jì)成平行流動(dòng)，即流體在傳熱板的每一側(cè)上的主流方向是平行的。
根據(jù)本發(fā)明，第一種流體的進(jìn)出口5a和6a是相同的，但一般小于另一種流體的進(jìn)出口7a和8a。同樣，進(jìn)出口7a和8a也是相同的。
此外，傳熱板2a具有一個(gè)上分配部15a，一個(gè)下分配部16a和安排在它們之間的傳熱部17a。
上分配部15a和下分配部16a上具有沖壓結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)大致是根據(jù)英國(guó)專利No.1357282中的內(nèi)容形成的。因此，它們具有相互靠近伸出的凸起部18a，這些凸起部是從平行于傳熱板2a的一個(gè)平面向上沖壓形成的，以及與凸起部18a成一定角度相互靠近從上述平面向下沖壓形成的伸出凹槽19a。由于凹槽19a在傳熱板2a的另一側(cè)面上形成有凸起部，所以，傳熱板的兩側(cè)面上都有凸起部，這些凸起部與中間板部一起在分配部15a和16a的各個(gè)側(cè)面形成用于熱傳遞流體的通道。這樣形成在傳熱板一側(cè)上的通道與在傳熱板的另一側(cè)上以相同方式形成的通道成傾斜狀。
從圖2中可以明顯地看到，各分配部15a和16a的所示一側(cè)上的凸起18a基本上以從較大開口7a和8a朝著傳熱部17a的方向延伸，而凹槽19a基本上以從較小開口5a和6a朝著傳熱部17a的方向延伸。
傳熱部17a顯示的沖壓結(jié)構(gòu)呈常規(guī)的所謂凸起和凹槽的人字形圖案。
在圖3中顯示了第二傳熱板2b，在本發(fā)明的板式熱交換器中，該傳熱板與圖2所示的傳熱板2a配合。傳熱板2b的一些詳細(xì)部分(在傳熱板2a中也可找到)用與圖2中的相同標(biāo)號(hào)表示，但后面用“b”取代“a”。
在傳熱板2b中，各分配部15b和16b上的凸起部18b和凹槽19b與圖2中的傳熱板2a中的對(duì)應(yīng)凸起部18a和凹槽19a相比是以另一種方式形成的。因此，凸起部18b基本上以從相對(duì)小的開口5b和6b朝著傳熱部17b的方向延伸，而凹槽19b基本上以從較大的開口7b和8b朝著傳熱部17b的方向延伸。
而且，在人字形圖案沖壓的凸起和凹槽的方向方面，傳熱板2b的傳熱部17b不同于傳熱板2a對(duì)應(yīng)的傳熱部17a。
當(dāng)兩塊傳熱板2a和2b在板式熱交換器中相互合起來(lái)時(shí)，在傳熱板的各個(gè)分配部15a、16a和15b、16b區(qū)域上，其中一塊傳熱板上的凸起部將平行延伸靠在另一塊傳熱板上的凸起部上。在傳熱部17a和17b區(qū)域上，傳熱板的人字形凸起部將交叉地相互靠近，形成一個(gè)所謂的交叉波紋結(jié)構(gòu)。
傳熱部配合產(chǎn)生交叉波紋結(jié)構(gòu)的兩塊傳熱板在傳熱板之間一種流體流動(dòng)的流動(dòng)方向觀察，在相互交叉的凸起部之間形成有許多純角，因此對(duì)該種流體提供非常大的流動(dòng)阻力。在這種情況下，由于傳熱板的這種幾何形狀，盡管分配部區(qū)域上的流動(dòng)速度約為主傳熱部區(qū)域上的流動(dòng)速度的兩倍，傳熱板的分配部一般按百分比對(duì)傳熱板中間的流動(dòng)阻力影響狠小。
具有人字形圖案的傳熱部在相互交叉的凸起部之間形成對(duì)應(yīng)的銳角，與上述情況相反給出一個(gè)小的流動(dòng)阻力，并且分配部在板之間對(duì)流動(dòng)阻力的影響可以按百分比成比例的增大。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)使較大流量的流動(dòng)阻力小于較小流量的流動(dòng)阻力，闡明了兩種熱交換流體流量之間的不對(duì)稱性。這是使傳熱板上用于大流量的進(jìn)出口大于用于小流量的進(jìn)出口，并使用于大流量的分配部更寬更短，但相對(duì)應(yīng)地延長(zhǎng)和減小了小流量的寬度。
例如，在分配部15a和16a中，通過(guò)較大進(jìn)出口7a和8a的流體流量獲得寬的進(jìn)出口端部，即在傳熱板一側(cè)上用于較大流量的總的流動(dòng)寬度較大，而在傳熱板該側(cè)上用于較小流量的總流動(dòng)寬度較小。
此外，與大流量相比用于小流量的分配部15a和16a的流動(dòng)通道更長(zhǎng)。
在圖2和圖3中所示種類的分配部的沖壓結(jié)構(gòu)中，用于大流量通道(在傳熱板的一側(cè)上)的流通面積可以通過(guò)將位于上沖壓凸起和下沖壓凹槽之間的板部放置得離凹槽的底部比離凸起的頂部更近做得更大，但相應(yīng)地減小了用于小流量通道(在該傳熱板的另一側(cè)上)的流通面積。
在圖4中顯示了另一種設(shè)計(jì)的傳熱板20，該傳熱板不同于圖2中所示的傳熱板2a，其用于第一種流體的進(jìn)口25位于傳熱板的一個(gè)長(zhǎng)邊21處，而用于該同一流體的出口26位于傳熱板的第二長(zhǎng)邊22處;用于第二種流體的進(jìn)口27位于傳熱板的一個(gè)長(zhǎng)邊21處，用于第二種流體的出口28位于傳熱板的第二長(zhǎng)邊22處。該傳熱板20設(shè)計(jì)成所謂的對(duì)角式流動(dòng)，即這些流體的主流方向相互交叉，每一股流體對(duì)角地流過(guò)傳熱板20。
關(guān)于對(duì)角流動(dòng)，在板式熱交換器中要求兩種不同種類的傳熱板(具有不同的沖壓結(jié)構(gòu))在相鄰板的沖壓結(jié)構(gòu)之間提供理想的配合。根據(jù)本發(fā)明，在傳熱板上進(jìn)行對(duì)角流動(dòng)(圖4)的中間傳熱部以及分配部的功能都類似于平行流動(dòng)(圖2和圖3)的傳熱板。
關(guān)于平行流動(dòng)，本發(fā)明提出的板式熱交換器可以只借助于一種在分配部和傳熱部上設(shè)有相同沖壓結(jié)構(gòu)的板件獲得，只要將另一種板繞著該板平面上的一條軸線相對(duì)于其它的板轉(zhuǎn)180°就行。但是，這就要求沿傳熱板的邊緣和繞它的進(jìn)出口在結(jié)構(gòu)上有用于二板之間密封的特殊條件。
在傳熱板的分配部區(qū)域內(nèi)用于大流量的開口端部比用于小流量的開口端部寬50%，用于小流量的通道比用于大流量的通道長(zhǎng)50%，這兩者的組合可以使用于大流量的通道流量在兩種流體通過(guò)各塊板間具有相同的壓降時(shí)比用于小流量的通道流量增加一倍。
在對(duì)小流量采用較淺的通道，對(duì)大流量采用較深的通道的組合中，在分配部區(qū)域內(nèi)大小流量之間的不對(duì)稱比例是3∶1。
當(dāng)傳熱部具有帶銳角的人字形結(jié)構(gòu)，從而提供較小的流動(dòng)阻力時(shí)，通過(guò)整個(gè)板式熱交換器可獲得熱交換流體的比例為3∶1。
當(dāng)傳熱部具有帶純角的人字形結(jié)構(gòu)，從而提供較大的流動(dòng)阻力時(shí)，通過(guò)板式熱交換器的大小流量之間可獲得的熱交換流體的比例是1.2-1.5∶1。
在本發(fā)明提出的板式熱交換器中，可以維持傳熱板兩側(cè)上的流動(dòng)的熱交換流體的壓降，與不同的流量無(wú)關(guān)。這就有可能使具有較小流量的流體的流道比在傳熱板上具有相同大小的進(jìn)出口的常規(guī)板式熱交換器中對(duì)應(yīng)的流道具有較小的流通面積。就這方面而言，已有可能使具有較大流量的流體流道可以獲得比在常規(guī)板式熱交換器中對(duì)應(yīng)的流道更大的流通面積。由于這一點(diǎn)，本發(fā)明提出的板式熱交換器局部地在大流量側(cè)獲得比常規(guī)板式熱交換器更大的流量，局部地獲得比與熱交換流體的流量具有一定的不對(duì)稱性相關(guān)的常規(guī)板式熱交換器更大傳熱能力。
傳熱板的這種較大的傳熱能力可以以不同的方式使用，或者在一些熱交換工作中，本發(fā)明提出的板式熱交換器可以使用比常規(guī)板式熱交換器少的傳熱板，或者使每一塊傳熱板做得比以常規(guī)方法設(shè)計(jì)的傳熱板更小。在后一種情況中，除了傳熱板的成本外，用于將成組的傳熱板固定在一起的樞架的成本也可降低。舉例來(lái)說(shuō)，在后一種情況，根據(jù)本發(fā)明形成的細(xì)長(zhǎng)的傳熱板可以做得比對(duì)應(yīng)常規(guī)傳熱板更薄。而且，框架可以由此做得更薄，因而更便宜。
本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)還在于流體流動(dòng)不對(duì)稱性的簡(jiǎn)化作用可以在不損害傳熱板經(jīng)得住高流體壓力的能力的情況下進(jìn)行，同時(shí)維持傳熱板的薄度不變。傳熱板之間的支撐點(diǎn)和接觸點(diǎn)可以安排得象常規(guī)傳熱板一樣密。
上面只對(duì)傳熱板的分配部的一種沖壓結(jié)構(gòu)和傳熱部的一種沖壓結(jié)構(gòu)作了介紹，但正如后面所附的權(quán)利要求書所限定的那樣，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以有其它一些合適的沖壓結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種用于兩種不同流量的流體之間傳熱的板式熱交換器，該熱交換器包括數(shù)塊大致為矩形的傳熱板(2a，20)，每塊傳熱板都具有穿過(guò)其角部用于各種流體的進(jìn)出口(5a、6a和7a、8a；25，26和27，28)；位于中央各個(gè)進(jìn)出口之間的傳熱部(17a)；以及位于傳熱部(17a)和對(duì)應(yīng)的進(jìn)出口之間的分配部(15a、16a)，當(dāng)這些流體由它們的進(jìn)口朝著傳熱部流動(dòng)時(shí)，分配部用于分配對(duì)應(yīng)的兩種流體；其特征在于用于所述兩種流體的第一種流體的傳熱板的進(jìn)出口(5a、6a；25，26)的尺寸比用于另一種流體的進(jìn)出口(7a、8a；27，28)的尺寸小，并且在它們的分配部上，傳熱板形成為在第一種流體的進(jìn)出口(5a，6a；25，26)和傳熱部(17a)之間流動(dòng)的第一種流體的流動(dòng)阻力比在第二種流體的進(jìn)出口(7a、8a；27，28)和傳熱部(17)之間流動(dòng)的另一種流體的流動(dòng)阻力大。
2.如權(quán)利要求1所述的板式熱交換器，其特征在于用于第一種流體的分配部(15a、16a)上的流道比用于另一種流體的分配部(15a、16a)上的流道更長(zhǎng)。
3.如權(quán)利要求1所述的板式熱交換器，其特征在于用于第一種流體的分配部(15a、16a)的總的流動(dòng)寬度比用于另一種流體的分配部的總的流動(dòng)寬度窄。
4.如權(quán)利要求1所述的板式熱交換器，其特征在于分配部(15a、16a)的沖壓結(jié)構(gòu)使得傳熱板(2a、20)的一側(cè)上的沖壓深度比另一側(cè)上的沖壓深度小，從而使第一種流體的流道比另一種流體的流道淺。
5.如權(quán)利要求1所述的板式熱交換器，其特征在于所述的傳熱板是細(xì)長(zhǎng)的，用于第一種流體的進(jìn)出口(5a，6a)位于各塊傳熱板的一條長(zhǎng)邊(13a)處，而用于另一種流體的進(jìn)出口(7a、8a)位于各塊傳熱板的第二長(zhǎng)邊(14a)處。
6.如權(quán)利要求1所述的板式熱交換器，其特征在于傳熱板的進(jìn)出口(25-28)的位置安排使傳熱板之間的流體流動(dòng)的兩個(gè)主要流動(dòng)方向相互交叉并在傳熱板上對(duì)角延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于兩種流量不同的流體之間傳熱的板式熱交換器，該熱交換器包括數(shù)塊大致為矩形的傳熱板，其上設(shè)有穿通其角部的進(jìn)出口。每一塊傳熱板都有一個(gè)中間傳熱部和二個(gè)位于傳熱部和各個(gè)進(jìn)出口之間的分配部。本發(fā)明中用于一種流體的進(jìn)出口尺寸不同于用于另一種流體的進(jìn)出口的尺寸。而且，傳熱板的分配部上用于一種流體的流動(dòng)阻力大于用于另一種流體的流動(dòng)阻力。
文檔編號(hào)F28D9/00GK1101418SQ9311890
公開日1995年4月12日 申請(qǐng)日期1993年10月6日 優(yōu)先權(quán)日1993年10月6日
發(fā)明者A·達(dá)爾格倫 申請(qǐng)人:艾爾費(fèi)-拉瓦爾熱能公司