点波图案的衬垫式热交换器的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种包括多个热交换器板的衬垫式热交换器，其中热交换器板中的每一个都包括多个点波点。点波点包括点波顶部和点波底部。此外，至少一个热交换器板的点波顶部连接到另一个相邻热交换器板的点波底部。为了防止热交换器板在外力和内部流体压力下塑性变形，点波点是可弹性变形的。
【专利说明】点波图案的衬垫式热交换器
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种包括多个热交换器板的衬垫式热交换器，其中热交换器板中的每一个都包括多个点波点，并且其中点波点包括点波顶部和点波底部，并且其中至少一个热交换器板的点波顶部连接到另一个相邻的热交换器板的点波底部。
【背景技术】
[0002]板式热交换器是用于在两种不同介质(具体地，流体)之间传递热量的公知装置。板式热交换器通常包括多个热交换器板，其中每一个热交换器板都包括成一图案的多个压痕以及用于两种介质的入口和出口。每一对相邻板以使得产生用于输送单独介质的通道的方式连接。两种介质然后将被允许在交替的成对的板之间循环，以允许通过热交换器板进行热传递。一个板的压痕图案将与两个相邻板的压痕图案接触。这样，板保持稍微间隔开，并且可以调节流体通路的形状以提高热交换效率。
[0003]在现有技术中，通常使用所谓的人字形或鱼骨图案的压痕，所述压痕包括迫使介质流在热交换器板的平面内重复加速和减速的脊部和谷部。这通常导致流体的流率或流量的大的变化，从而降低热传递的效率。因此，允许流体的流量更加均匀的压痕图案将是有益的。
[0004]此外，在现有技术中已知两种重要类型的热交换器，S卩，钎焊式热交换器和衬垫式热交换器。因为热交换器中的流体通常设置在大压力下，因此需要确保热交换器的板被稳固地保持在一起。在钎焊式热交换器中，每两个相邻热交换器板在压痕图案相遇的位置处被钎焊在一起。另一方面，在衬垫式热交换器中，板通过外力(例如，通过板的孔引入螺栓)被保持处于张力下。因此，在衬垫式热交换器中，热交换器板被保持处于预张力下。
[0005]为了提高热交换效率，已经尝试减小用作相邻热交换器板的接触表面的表面积或减小热交换器板的厚度。
[0006]在US8，091，619B2中，公开了一种上述类型的热交换器。其中压痕的人字形图案被包括(点波)顶部和(点波)底部的多个点波点代替。一个板的平坦顶部与相邻板的平坦底部钎焊在一起。因此，可以改进这种钎焊式热交换器的稳定性，从而允许减小热交换器板的厚度。同时，每两个相邻板相遇处的表面积被优化。因此，这种钎焊式热交换器的效率被提闻。
[0007]在衬垫式热交换器的情况下，这种构造可能是有问题的。衬垫式热交换器具有在热交换器板的接触区域处塑性变形的另外的问题。这种变形部分地由于热交换器板被保持在预张力下并且由于流体的相对压差而出现。这可能会导致在热交换器板的接触区域处的塑性变形，其中尤其在流体的相对压力改变的情况下，这种塑性变形可能会形成流体的旁路，从而导致热交换器的性能较低。
【发明内容】
[0008]因此，本发明的任务是提供一种衬垫式热交换器，具有提高的热交换效率同时仍然能够更加耐受由预张力以及内部流体压力引起的力。
[0009]本发明解决了以上问题在于，点波点是可弹性变形(或在可选的措辞中是可弹性压缩的)，在本文中表示它们可以由于壁材料的弯曲而稍微改变形状，但是这是可逆的。
[0010]因此，点波点能够可逆地变形。避免了热交换器板在它们的接触表面处的可能导致性能下降的永久变形。作用在点波点的点波顶部和点波底部的接触表面上的力将在衬垫式热交换器内强烈地变化。一方面，将所述顶部和底部的接触表面压在一起的力是恒定的并由预张力引起。另一方面，用于分离热交换器板的力由于两种介质的不同内部压力而可以强烈地改变。因此，作用在所述顶部和底部的接触表面上的净合力可以强烈地改变。通过使点波点可弹性变形，点波点可以在预张力下变形，这将导致可以抵消预张力的另外的弹力。因此，避免了热交换器板的接触表面的塑性变形。同时，可以通过减小接触表面的总面积和/或热交换器板的厚度来提高热交换器的效率。
[0011]与根据现有技术的钎焊式热交换器相比，所述顶部和底部的接触表面被钎焊在一起，从而导致点波点的刚性连接。
[0012]优选的是所述顶部和底部是可弹性变形的。具体地，所述顶部和底部应该在垂直于热交换器板的平面的方向上可弹性变形。因此，即使当作用在所述顶部和底部的接触表面上的力可能是不对称的时，这也不会导致永久变形。
[0013]此外，优选的是点波点包括可弹性变形的侧面。因此，两个连接后的点波点的接触表面由于点波点的侧面的弹性变形而可以移动。这样，如果外力，尤其由流体压力产生的外力改变，则可以生成另外的弹力。
[0014]还优选的是侧面在相邻的顶部与底部之间是大致平直的。这样，确保点波点足够坚固以支撑作用在该点波点上的机械力，同时如果作用在点波点上的净力变得太大，则能够进行弹性变形。
[0015]优选的是侧面在相邻的顶部与底部之间成大致切线形状。作为平直的侧面的可选方案，切线状的侧面可能不太稳定，但是也更容易进行弹性变形。哪一实施例可能是优选的，因此依赖于热交换器板的应用以及被选择的材料和厚度。
[0016]在另一个优选的实施例中，包括点波顶部的点波点布置在第一排中，包括点波底部的点波点布置在第二排中。这样，可以将点波点布置成尤其有益于每两热交换器板之间的流体流的图案。具体地，可以使流体流到达热交换器板的所有部分，从而使热交换器的效
率较高。
[0017]在另一个优选的实施例中，第一排和第二排中的至少一部分布置成平行于热交换器板的边缘。因此，可以例如确保流体也朝向热交换器板的边缘流动，从而导致在热交换器板的整个区域上更加均匀的流体流。
[0018]此外，优选的是第一排和第二排中的至少一部分相对于热交换器板的边缘以一角度布置。具体地，第一排和第二排中的一些可以相对于热交换器板的边缘以在20°至小于45°的角度被布置。这样，确保流体流可以被有效地引导向热交换器板的所有部分，而不会太急剧地改变流体流的方向。
[0019]此外，优选的是第一排和第二排在热交换器板的平面内改变方向。因此，横跨热交换器板从入口到出口没有用于流体流的直接通路。
[0020]在另一个优选的实施例中，第一排和第二排中的至少一部分在热交换器板的平面中形成楔形。因此，确保流体流可以通过点波点图案被有效地引导。
[0021]在另一个优选的实施例中，衬垫式热交换器包括顶板和底板,其中多个热交换器板布置在顶板与底板之间，并且其中热交换器板通过顶板和底板在预张力下被保持在一起。因此，在本实施例中通过朝向彼此推压顶板和底板，例如通过顶板和底板以及热交换器板中的孔引入螺栓，获得前述的预张力。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]现在将参照附图在下文中详细地描述本发明，其中:
[0023]图1是根据本发明的热交换器的切割视图；
[0024]图2a、2b、3显示根据现有技术的两个热交换器板的接触区域的塑性变形；
[0025]图4显示穿过根据本发明的热交换器板的横截面；
[0026]图5显示根据本发明的热交换器板的顶视图以及在所述热交换器板上的点波点的图案；
[0027]图6a显示穿过两个相邻热交换器板的横截面；
[0028]图6b显不两个相邻热交换器板的两个不同横截面；
[0029]图7显示相互接触的一对点波点的弹性变形；
[0030]图8a、8b、8c显示在热交换器板上的第一排点波点和第二排点波点的三种不同类型的图案。
【具体实施方式】
[0031]在图1中，显示了包括多个热交换器板2的热交换器I的切割视图。热交换器板2堆叠在彼此的顶部上，从而在所述热交换器板之间产生多个流体通路。热交换器板2通过力4布置在顶板与底板3之间。因此，热交换器板2通过外部压力被保持在预张力下。可以例如经由通过顶部板和底部板3以及热交换器板2中的孔引入螺栓的方式连接顶板和底板3而引入力4。
[0032]衬垫5布置在每一对热交换器板2之间，以相对于外部密封两种流体并且使两种流体彼此分离。热交换器I通常被提供有成对的入口和出口 6。
[0033]在图2a、图2b和图3中，公开了根据现有技术的热交换器的问题。图2a中显示了两个热交换器板2的接触区域7a。根据现有技术，接触区域在这种情况下由顶板的谷部与底板的脊部相遇而形成。为了提高热交换，将两个相邻热交换器板的接触区域选择成非常小。
[0034]根据图2b，现在力4如之前所述将两个相邻热交换器板2压在一起，这可能会导致非常小的接触区域7b的塑性变形。在图3中，再次显示了在力4例如由于内部流体压力的改变而已经消失或已经减小之后的接触区域7c。在这种情况下，两个相邻热交换器板2被永久地变形并不再在区域7c中保持接触。这可能会导致流体流的旁通。这通常将又降低热交换器的效率，这是因为从入口到出口的更多的直接流体通路可能打开，这将导致流体流不再均匀地分布在两个热交换器板之间。
[0035]现在，图4显示了根据本发明的热交换器板的切割视图。这里，热交换器板2包括在垂直于热交换器板2的平面的方向上突出的点波点8、9。在这种情况下，点波点8包括顶部或点波顶部10,而点波点9包括底部或点波底部11。顶部10以及底部11在本具体的实施例中是在相应点波点8、9的端部处的平坦表面。这里，图4的下部显示顶部10和底部11的顶视图，其中此处顶部10和底部11都具有圆形形状。当然，不同形状的顶部10和底部11也是可以的，例如，椭圆或矩形形状。此外，顶部10和底部11不必然是平坦的，仅需要确保相邻热交换器板2的顶部10和底部11装配在一起即可。在此需要说明的是，措辞“dimple”被译成“点波点”，但是其表示形成在点波图案的换热器板的一个表面上的凸起或凹坑。点波点可以分别包括(点波)顶部或(点波)底部，或点波可以分别包括顶部或底部。
[0036]点波点8、9还包括侧面12。在该具体的切割视图中，侧面12直接连接包括顶部10的点波点8与包括底部11的点波点9。这里，显示了两个不同的实施例。实线显示具有大致平直的侧面12的点波点8、9，而虚线显示具有大致切线状的侧面12的点波点8、9。总之，确保点波点8、9是可弹性变形的。侧面12可以在相邻顶部10与底部11之间具有这些形状中的一个，但是在点波点8、9的周边周围，侧面12的形状如随后所述地可以不同。
[0037]图5显示了热交换器板2的顶视图。该图还显示了如何通过衬垫5获得热交换器I中的两种流体的分离。在这种情况下，第一流体可以经由入口 Il进入与板2的顶部相邻的流体通路并通过多个流体通路到达出口 01。同时，第二流体不能进入与热交换器板2的顶部相邻的空间，这是因为12以及出口 02通过衬垫5与这些流体通路分隔开。在下一个热交换器板2的顶部上，情况将相反，并且第二流体可以从入口 12流动到出口 02，而第一流体及其相对应的第一入口 Il和第一出口 01将通过另一个衬垫5与所述热交换器板2的顶部上的流体通路分隔开。
[0038]在右侧图5还显示了热交换器板2中的点波点图案的放大图。类似于图4，包括顶部10的点波点8被表示为未填充的圆，而包括底部11的点波点9被表示为填充的圆。此夕卜，切割视图的三个不同方向13、14a和14b被显示为实线或虚线。在图6a和6b中显示了相对应的切割视图。
[0039]在图6a中，显示了穿过两个相邻热交换器板2a、2b的切割视图或视线13。沿着切割视线13，包括顶部10的点波点8与包括底部11的点波点9交替。在该切割视线13中，侧面12再次为大致平直的，但是可以可选地使用大致切线状的侧面。
[0040]通过将包括顶部10和底部11的这种可弹性变形的点波点8、9形成为用于热交换器板2的接触平台，将避免热交换器板2的塑性变形。同时，在不存在图2a、2b和3中所说明的所述类型的损坏的风险的情况下可以显著地减小热交换器板2的厚度。因此，通过减小热交换器板2的厚度，可以改善从一种流体到另一种流体的热传递，从而实现热交换器I的更好的效率。
[0041]图6b显示沿着切割视图或线14a和14b的两个相邻的热交换器板2a、2b。在这种情况下，实线显示切割视图或视线14a，而虚线显示切割视图或视线14b。沿着切割视线14a，顶部热交换器板2b仅显示包括底部11的点波点9，而底部热交换器板2a仅显示包括顶部10的点波点8。再次，顶部热交换器板2b的底部11与底部热交换器板2a的顶部10接触。另一方面，沿着切割视线14b，顶部热交换器板2b仅显示包括顶部10的点波点8，而底部热交换器板2a仅显示包括底部11的点波点9。因此，沿着切割视线14b，热交换器板2a和2b没有显示任何接触区域。[0042]图6b还显示了沿着切割视线14a、14b的点波点8、9的侧面12在相邻顶部10之间和相邻底部11之间可以为大致椭圆形形状。因此，侧面12的形状可以例如当绕点波点
8、9的周边时从大致平直形状或大致切线状平滑地改变到大致椭圆形形状。
[0043]图7显示了在顶部10和底部11处相互接触的一对点波点8、9的弹性变形。图7显示了其中将热交换器板2a、2b压在一起的力4具有类似或相等大小的情况。这将是通常情况，因为部分地由第一介质的第一压力Pl与第二介质的第二压力P2的差值产生的力4将在“向上”和“向下”方向上同样大。
[0044]侧面12将从由实线所示的非变形形状12a弹性变形到由虚线所示的弹性变形形状12b。侧面12的弹性变形以及顶部10和底部11将产生克服外力4而作用的弹力。一旦减小外力4，则弹性变形后的点波点8、9将恢复到它们的未变形的形状。因此，通过使点波点弹性变形能够防止如图2a、图2b和图3所示的热交换器板2的接触区域的永久变形。
[0045]图8a、8b和8c显示了在根据本发明的热交换器板2中的点波点8、9的可能的不同图案。在图8a中，显示了第一排16，包括顶部10的点波点8沿着所述第一排16布置。同时，显示了第二排17，包括底部11的点波点9沿着该第二排17布置。根据图8a的实施例，第一排16以及第二排17中的至少一部分平行于热交换器板2的边缘18布置。
[0046]根据图8b中所示的实施例，第一排16和第二排17中的至少一部分相对于热交换器板2的边缘18以一角度布置。在这种情况下，例如在20°至小于45°的范围内选择所述角度。依赖于热交换器板2的长度和宽度，因此可以确保流体流必须在热交换器板的整个平面中散开或展开，从而提高热传递的效率。具体地，因此可以防止从第一入口 Il到第一出口 01的直接通路。
[0047]根据图8c中所示的实施例，第一排16和第二排17的一部分在热交换器板的平面中形成楔形19。因此，第一排16和第二排17在热交换器板2的平面中改变方向。第一排和第二排还可以在热交换器板2的平面内几次改变方向，例如形成Z字形线。这样，可以确保流体在从第一入口 Il流动到第一出口 01时必须至少几次改变方向。
【权利要求】
1.一种包括多个热交换器板的衬垫式热交换器，其中热交换器板中的每一个都包括多个点波点，并且其中点波点包括点波顶部和点波底部，并且其中至少一个热交换器板的点波顶部连接到另一个相邻热交换器板的点波底部， 其特征在于，点波点(8，9)能够弹性变形。
2.根据权利要求1所述的衬垫式热交换器，其特征在于，点波顶部(10)和点波底部(11)能够在垂直于热交换器板(2)的平面的方向上弹性变形。
3.根据权利要求1或2所述的衬垫式热交换器，其特征在于，点波点(8，9)包括能够弹性变形的侧面(12)。
4.根据权利要求3所述的衬垫式热交换器，其特征在于，侧面(12)在相邻的点波顶部(10)与点波底部(11)之间是大致平直的。
5.根据权利要求3所述的衬垫式热交换器，其特征在于，侧面(12)在相邻的点波顶部(10)与点波底部(11)之间成大致切线形状。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的衬垫式热交换器，其特征在于，包括点波顶部(10)的点波点(8)的至少一部分布置在第一排(16)中，包括点波底部(11)的点波点(9)的至少一部分布置在第二排(17)中。
7.根据权利要求6所述的衬垫式热交换器，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热交换器板(2)的边缘(18)。
8.根据权利要求6或7所述的衬垫式热交换器，其特征在于，第一排和第二排(16，17)中的至少一部分相对于热交换器板(2)的边缘(18)以一角度布置。
9.根据权利要求6-8中任一项所述的衬垫式热交换器，其特征在于，第一排和第二排(16，17)中的至少一部分在热交换器板(2)的平面内改变方向。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的衬垫式热交换器，其特征在于，第一排和第二排(16，17)中的至少一部分在热交换器板(2)的平面中形成楔形(19)。
11.根据权利要求ι-?ο中任一项所述的衬垫式热交换器，其特征在于，衬垫式热交换器包括顶部板和底部板(3)，其中多个热交换器板(2)布置在顶部板与底部板(3)之间，并且其中热交换器板(2)通过顶部板和底部板(3)在预张力下被保持在一起。
12.根据前述权利要求中任一项所述的衬垫式热交换器，其特征在于，点波顶部(10)和点波底部(11)大致是平坦的，使得当热交换器板(2)被连接时点波顶部(10)的平坦面与点波底部(11)的平坦面相遇。
13.根据权利要求12所述的衬垫式热交换器，其特征在于，点波点(8，9)具有类似的形状。
【文档编号】F28F9/26GK104034189SQ201410085403
【公开日】2014年9月10日 申请日期:2014年3月10日 优先权日:2013年3月8日
【发明者】拉尔斯·泊松 申请人:丹佛斯公司