专利名称：热交换板的制作方法
背景技术：
与现有技术本发明涉及一种用于板式热交换器的热交换板，其中这种板包括围绕板而延伸的侧边，在侧边内围绕板而延伸的边缘区域，以及带有凸脊和凹谷的波纹结构的热交换表面，这些凸脊和凹谷在板上的至少第一方向上延伸。本发明还涉及一种用于板式热交换器的板组件，以及板式热交换器。
从文献EP-A-165179中已知了可旋转四分之一圈的这种热交换板。这种板具有基本上方形的形状并形成了板组件，其中入口和出口穿过板组件的侧面而延伸，也就是说，热交换媒介沿着基本上平行于板的主延伸平面的方向流入和流出板组件。每块板都具有四条侧边，其中两条相对的侧边向下折叠，而另两条相对的侧边向上折叠。板组件内每隔一块板就有一块板旋转90°，其中板的向下折叠的侧边贴靠着相邻板的向上折叠的侧边，这些侧边通过焊接接头而彼此相连。在每块板的各角部处都形成有垂片，其沿着对角线方向在与板的延伸平面基本上垂直的平面内延伸。
在文献EP-A-165179中公开的板具有带凸脊和凹谷的波纹结构的有效热交换表面，其沿相对于板的侧边倾斜为45°的对角线方向延伸。在板组件中，相邻板的凸脊与凹谷在多个支撑点处交叉并相互支撑。在热交换表面的内部区域，各支撑点将承受相应于间隙面积乘以压力的负载，但在热交换表面的靠近侧边的外部区域中，各支撑点处的负载会显著变大。由于制造技术的原因，波纹结构可能不会延伸到侧边处，但是例如为了使边缘能弯曲，必须具有一个边缘区域。该边缘区域原则上只是大致线形的弯曲区域，但是该边缘区域最好具有宽度为10-15毫米的大致平坦的表面。这种设计意味着对于外支撑点来说，承受负载的表面比内支撑点大得多。在角部中的具有最远支撑点的两个角部处，这些支撑点尤其承受到很重的负载，这是因为这些支撑点承受到来自汇合于角部处的两个平面边缘区域的负载。
板的压力性能由负载最大的支撑点决定，在这种情况下其为角部中的两个支撑点。这些支撑点所承受的负载是内部支撑点所承受的负载的两倍。对于较大的板来说，这两个支撑点可能少于支撑点数量的0.1％，这意味着板的超过99.9％的部分百分之百地尺寸过大。
发明概要本发明的目的是克服上述问题。具体地说，本发明涉及一种板，带有这种板的板组件，以及带有这种板组件的板式热交换器，其中在板组件及板式热交换器中板的负载更加均匀。
这一目的通过上述那种热交换板来实现，其特征在于，该热交换板包括支撑区域，其在边缘区域内围绕热交换表面延伸，并且包括带有凸脊和凹谷的波纹结构。
在这种波纹式支撑区域中，凸脊和凹谷可布置在对具体位置而言为有利的方向上，即它们在已完成的板组件内的位置使得负载在不同支撑点之间相等。通过采用支撑区域的这种特殊的波纹结构，该区域中靠近板侧边的支撑点的数量可以显著地增加。这样，至少在支撑区域内的大量凸脊和凹谷会在偏离热交换表面的凸脊和凹谷的对角线方向的方向上延伸。与热交换表面的凸脊和凹谷相比，支撑区域的凸脊和凹谷在其延伸方向上更短一些。板最好包括位于热交换表面与支撑区域之间的标记分界线。边缘区域和支撑区域的总面积最好比热交换表面的总面积小很多。
根据本发明的一个实施例，板具有带至少四条边缘和至少四个角部的多边形形状。在各角部中，支撑区域具有沿着与角部之间的对角线大致重合的方向而延伸的凸脊或凹谷。另外，支撑区域内的沿着侧边中心部分的基本上各个凸脊或凹谷在基本上垂直于最靠近所述凸脊或凹谷的侧边的方向上延伸。通过这样设计的支撑区域，该区域中的支撑点数量可提高到50％。此外，支撑区域中的凸脊和凹谷具有与热交换表面中的凸脊和凹谷相同的间距。支撑区域中的凸脊和凹谷的方向最好从角部中的大致对角线方向逐渐变化为中央部分中的基本上垂直的方向。
根据本发明的另一实施例，板包括延伸到边缘区域中并与之平行的延伸面，其中支撑区域的所述凹谷位于延伸面之下，而支撑区域的所述凸脊位于延伸面之上。所述分界线可位于延伸面处。此外，热交换表面的所述凹谷可位于延伸面处，而热交换表面的所述凸脊位于延伸面之上。
根据本发明的另一实施例，板是大致方形的并具有四条侧边，其中所述侧边中的两条第一侧边平行并在第一方向上沿相应折叠线折叠，该折叠线在所述边缘区域内平行于上述侧边而延伸，而所述侧边中的两条第二侧边平行并在第二方向上沿着相应折叠线折叠，该折叠线在所述边缘区域内平行于上述侧边而延伸，其中第一方向与第二方向相反。
根据本发明的另一实施例，热交换表面包括至少一个带有凸脊和凹谷的波纹结构的第一区域，以及至少一个带有凸脊和凹谷的波纹结构的第二区域，第一区域中的多个凸脊和凹谷在第一方向上延伸，而第二区域的多个凸脊和凹谷在第二方向上延伸，其中板具有平行于板的法线而延伸的中心旋转轴线，所述区域具有相应的轮廓，其与板相对所述旋转轴线的第一旋转位置以及在旋转90°后到达的板相对所述旋转轴线的第二旋转位置的相应假想固定轮廓相一致。由于热交换表面包括两个具有在各自方向上延伸的波纹结构的区域，因此其中一个区域的形状变形可能会受到另一区域的形状变形的阻碍，反之亦然。因此，可防止或减轻板形状的总变形，并且还可以在板的压力模制之后基本上维持初始的外形。定义“轮廓”指区域的内轮廓和外轮廓。例如，其中一个所述区域可完全封闭在另一个所述区域中，其中后者的外区域到内区域的边界形成了外区域的内轮廓。
根据本发明的一个实施例，所述第一区域的面积基本上等于所述第二区域的面积。此外，第一方向最好基本上垂直于第二方向。通过板的这种设计，基本上可完全防止形状的变形。此外，第一方向可基本上平行于对角线。板最好具有与处于所述第一旋转位置和所述第二旋转位置时的假想固定轮廓相一致的轮廓。
这一目的还通过一种用于板式热交换器的板组件来实现，该板组件包括许多如上所述的板，这些板布置成相互重叠。板组件中的板可布置成每隔一块板就有一块板围绕所述旋转轴线旋转了90°，并且在相邻板之间形成了间隙，其中所述区域具有这样的形状，即板组件内的所有板的第一区域的轮廓相一致，板组件内的所有板的第二区域的轮廓相一致，并且板组件内的所有板的支撑区域的轮廓相一致。板组件内的板可相互焊接起来，其中以这样一种方式将这些板布置成相互重叠，即板的所述第一侧边贴靠着相邻板的所述第二侧边，而且这些侧边通过焊接接头相互连接起来。最好，基本上所有板都是大致相同的。另外，所述间隙包括许多个第一间隙和许多个第二间隙，其中第一间隙设置成用来传送第一媒介穿过板组件，而第二间隙设置成用来传送第二媒介穿过板组件。
这一目的还通过一种包括有上述板的板式热交换器来实现。
这一目的还通过一种包括有上述板组件的板式热交换器来实现。
附图简介下面将通过以示例方式公开的多个实施例的描述并参考附图来更加详细地解释本发明。
图1显示了板式热交换器的侧视图。
图2显示了沿图1中线II-II的截面图。
图3显示了沿图2中线III-III的截面图。
图4显示了板式热交换器的板组件的平面图。
图5显示了沿图4中线V-V的截面图。
图6显示了沿图4中线VI-VI的截面图。
图7显示了沿图4中线VII-VII的截面图。
图8显示了根据第二实施例的板的平面图。
图9显示了根据第三实施例的板的平面图。
图10显示了根据第四实施例的板的平面图。
本发明的多个实施例的详细介绍图1-3显示了一种板式热交换器1。该板式热交换器1包括外壳2和布置在外壳2内的板组件3。板组件3包括多块热交换板4，其层叠在一起并相互连接。
板4具有中心旋转轴线x，其平行于各板4的主延伸面p的法线而延伸。所有板4均大致相同，在所示实施例中它们具有带有四个角部的大致方形的形状。应当注意的是，板4也可具有其它的多边形或圆形的形状。板4可绕轴线x旋转，使得板4的外轮廓与处于第一旋转位置以及在旋转90°后到达的第二旋转位置时的假想固定轮廓相一致。
参见图4，各板4都具有带有凸脊和凹谷的波纹结构的热交换表面5。各板4还都具有围绕板4而延伸的侧边，以及基本上线形或表面形状的边缘区域6，其围绕着热交换表面5并在侧边的内部延伸。在所示实施例中，这些侧边形成了四条侧边7’，7”。其中两条侧边7’彼此平行，并在第一方向上沿着相应的折叠线向下折叠，该折叠线在边缘区域6中平行于所述侧边7’延伸。两条第二侧边7”也彼此平行，并在相反的第二方向上沿着相应的折叠线向上折叠，该折叠线在边缘区域6中平行于所述侧边7”延伸。在折叠这些侧边时，在每块板4的各角部处就形成了垂片8，其沿着对角线方向并在基本上垂直于板4的延伸面p的平面中延伸。这些垂片8用作在外壳2中安装板4和板组件3的连接件。更具体地说，这些垂片8直接或间接地连接在四个角柱9的纵向槽内，这些角柱9布置在外壳2的内部空间的相应角部处。角柱9还在外壳2和板组件3之间界定了四个局部间隙10。
板组件3中每隔一块板就有一块板4围绕旋转轴线x旋转了90°，其中板4在板组件3中布置成在相邻的板4之间形成了间隙13’，13”，并且板4的第一侧边7’贴靠着相邻板4的第二侧边7”。参见图7，相邻的侧边7’和7”通过焊接接头14而彼此相连。焊接接头14可通过激光束焊接或电子束焊接来获得。参见图4-7，间隙13’，13”包括许多个第一间隙13’和许多个第二间隙13”。这样，在从两个相对侧看去时，板组件3相对于第一间隙13’是敞开的，而相对于第二间隙13”是封闭的。从另外两个相对侧看去时，板组件3相对于第一间隙13’是封闭的，而相对于第二间隙13”是敞开的。第一间隙13’设置用来传送第一媒介穿过板组件3，第二间隙13”设置用来传送第二媒介穿过板组件3。
板式热交换器1包括用于第一媒介的第一入口16和第一出口17，以及用于第二媒介的第二入口18和第二出口19。板组件3的这些入口和出口均适当地延伸穿过板组件3的侧边，即热交换媒介在基本上平行于板4的主延伸平面p的方向上流入和流出板组件3。在所示实施例中，板组件3包括三个部分板组件a，b，c。部分板组件a，b，c通过两块分界板21，22来相互间界定。应当注意的是，板组件3可包括其它数量的部分板组件，例如一块、二块、四块或更多块这种部分板组件。
在所示实施例中，第一媒介通过第一入口16传送到部分板组件a内，并通过一条侧边传送到第一间隙13’中。第一媒介经相对的侧边离开部分板组件a，并被传送到局部空间10中。在局部空间10内，第一媒介穿过分界板21而被传送到部分板组件b中，并通过一条侧边传送到第一间隙13’中。该媒介经相对的侧边离开部分板组件b，并进入到相对的局部空间10内。在这个局部空间10中，第一媒介穿过第二分界板22并被传送到部分板组件c中，并通过一条侧边传送到第一间隙13’中。之后，第一媒介经由部分板组件c的相对侧边、局部空间10和第二出口17而离开板式热交换器1。第二媒介以相应的方式传送到第二入口18中，穿过板式热交换器1，并经由第二出口19流出。应当注意的是，第二媒介也可通过相对第一媒介为逆流的方式来传送，即出口19形成为入口，而入口18形成为出口。
在图4所示实施例中，热交换表面5包括带有凸脊和凹谷的波纹结构的第一区域31，以及带有凸脊和凹谷的波纹结构的第二区域32。热交换表面5的这两个区域31，32的凹谷都位于延伸平面p上，而热交换表面5的这两个区域31，32的凸脊都位于延伸平面p的上方。
第一区域31中的凸脊和凹谷在第一方向A上延伸，而第二区域中的凸脊和凹谷在第二方向B上延伸。第一方向A基本上垂直于第二方向B。此外，第一方向A基本上平行于在板4的两个相对角部之间延伸的对角线，而第二方向B平行于在板4的另两个相对角部之间延伸的对角线。应当注意的是，热交换表面5的区域31，32的凸脊和凹谷也可沿着除所示方向之外的其它方向延伸。第一区域31的凸脊和凹谷不必垂直于第二区域32中的凸脊和凹谷而延伸，但是重要的是，第一区域31中的凸脊和凹谷应当相对于第二区域32中的凸脊和凹谷形成某个角度。例如，为了形成与相邻表面相关的支撑点，或者为了影响流经板式热交换器1的流体，热交换表面5的区域31，32的凸脊和凹谷也可沿着弯曲的路径延伸，并具有更大或更小一些的中断或不规则。出于其它原因，也可存在带偏斜样式的插入部分。
第一区域31的面积基本上等于第二区域32的面积。各区域31，32都还具有外轮廓和/或内轮廓，其与板4相对于旋转轴线x的第一旋转位置以及在旋转90°后到达的板4相对于旋转轴线x的第二旋转位置的相应假想固定轮廓相一致。第二内区域32是方形的，并相对于也是方形的第一外区域31旋转了45°。内区域32的外轮廓形成为外区域31的内轮廓，或者与之重合。在板组件3中，热交换表面5的凸脊基本上总是贴靠着相邻板4的热交换表面5的凹谷，其中这个凸脊与这个凹谷交叉，形成了支撑点或较小的支撑区域。
各板4都包括支撑区域41，其围绕着热交换表面5在边缘区域6的内部延伸。支撑区域41也包括凸脊42和凹谷43的波纹结构。支撑区域41和热交换表面5之间的边界用位于延伸面p的层位上的边界线44来标记。支撑区域41的凹谷43位于延伸面p的下方，而支撑区域41的凸脊42位于延伸面p的上方。
在各角部的附近，支撑区域41具有在与角部之间的对角线基本上一致的方向上延伸的凸脊42或凹谷43。沿着侧边的中央部分，支撑区域41的基本上各个凸脊42和凹谷43均位于其中一条侧边的内部，并在基本上垂直于最靠近所述凸脊42和凹谷43的侧边的方向上延伸。支撑区域41的凸脊42和凹谷43的方向从角部中的对角线方向逐渐变化为中央部分中的垂直方向。
参见图6和7，支撑区域41的凸脊42和凹谷43定位成使得板4的支撑区域41中的各凹谷43都贴靠着位于其下方的板4的支撑区域中的凸脊42。这样，在板组件3中的所有相邻板4之间将总是形成有支撑线或狭长的支撑面，该支撑线在凸脊42和凹谷43的方向上延伸。支撑区域41还具有使得板组件3中的所有板4的支撑区域41的内外轮廓相一致的形状。
图8显示了根据第二实施例的具有热交换表面5的板4，热交换表面5被分成两个区域31，32。内区域32为方形，其定位成使得内区域32的外轮廓的侧边平行于外区域31的外轮廓的最靠近的侧边而延伸。
图9显示了根据第三实施例的具有热交换表面5的板4，热交换表面5被分成两个区域31，32。内区域32为圆形，其定位成使得圆的圆心与外区域的31的中心点重合。
图10显示了根据第四实施例的具有热交换表面5的板4，热交换表面5被分成多个区域。板4具有两个主要区域31，32，其中一个主要区域31包括中央的方形区域33，以及四个在各角部处分别有一个的三角形区域34。
与图4所示的板一样，根据图8-10的所有板形成为使得各区域31，32，33，34都具有各自的外轮廓和/或内轮廓，这些轮廓与板4相对于旋转轴线x的上述第一旋转位置以及在旋转90°后到达的板4相对于旋转轴线x的上述第二位置的相应假想固定轮廓相一致。其中一个区域31即主要区域31的总面积基本上等于另一区域32即主要区域32的总面积。
应当注意的是，在图8-10中没有显示支撑区域41，但是这些实施例当然也包括上述类型的支撑区域41。
本发明并不限于所公开的实施例，而是可在所附权利要求的范围内变化和修改。
应当注意的是，本发明也可应用于带有这样一种热交换表面的板，其仅具有在一个方向、最好是大致对角线方向上延伸的一个凸脊和凹谷区域。
权利要求
1.一种用于板式热交换器(1)的热交换板(4)，其中所述板包括围绕所述板(4)延伸的侧边，在所述侧边内围绕所述板而延伸的边缘区域(6)，和带有凸脊和凹谷的波纹结构的热交换表面(5)，所述凸脊和凹谷在所述板上沿至少第一方向(A，B)延伸，其特征在于，所述板包括支撑区域(41)，其在所述边缘区域(6)内围绕着所述热交换板(5)而延伸，并包括凸脊(42)和凹谷(43)的波纹结构。
2.根据权利要求1所述的板，其特征在于，所述板(4)包括位于所述热交换表面(5)和所述支撑区域(41)之间的标记分界线(44)。
3.根据权利要求1或2所述的板，其特征在于，所述板(4)具有带有至少四条侧边和四个角部的多边形形状。
4.根据权利要求3所述的板，其特征在于，在各角部中，所述支撑区域(41)都具有在与所述角部之间的对角线基本上一致的方向上延伸的凸脊(42)或凹谷(43)。
5.根据权利要求3所述的板，其特征在于，所述支撑区域(41)中沿着所述侧边的中央部分的基本上各个凸脊(42)和凹谷(43)在基本上垂直于最靠近所述凸脊(42)和凹谷(43)的侧边的方向上延伸。
6.根据权利要求4和5所述的板，其特征在于，所述支撑区域(41)中的凸脊(42)和凹谷(43)的方向从所述角部中的对角线方向逐渐变化为所述中央部分中的基本上垂直的方向。
7.根据上述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，所述板(4)包括延伸面(p)，其延伸至所述边缘区域(6)中并与之平行，其中所述支撑区域(41)的所述凹谷(43)位于所述延伸面(p)之下，而所述支撑区域(41)的所述凸脊(43)位于所述延伸面(p)之上。
8.根据权利要求2和7所述的板，其特征在于，所述边界线(44)位于所述延伸面(44)上。
9.根据权利要求7或8所述的板，其特征在于，所述热交换表面(5)的所述凹谷位于所述延伸面(p)上，而所述热交换表面(5)的所述凸脊位于所述延伸面(p)的上方。
10.根据上述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，所述板(4)为大致方形并具有四条侧边(7’，7”)，其中所述侧边中的两条第一侧边(7’)平行并在第一方向上沿相应折叠线折叠，该折叠线在所述边缘区域(6)内平行于所述侧边(7’)而延伸，而所述侧边中的两条第二侧边(7”)平行并在第二方向上沿着相应折叠线折叠，该折叠线在所述边缘区域(6)内平行于所述侧边(7”)而延伸，其中所述第一方向与所述第二方向相反。
11.根据上述权利要求中任一项所述的板，其特征在于，所述热交换表面(5)包括至少一个带有凸脊和凹谷的波纹结构的第一区域(31，33，34)，以及至少一个带有凸脊和凹谷的波纹结构的第二区域(32)，所述第一区域的多个波纹结构在第一方向(A)上延伸，所述第二区域的多个波纹结构在第二方向(B)上延伸，其中所述板(4)具有平行于所述板(4)的法线而延伸的中心旋转轴线(x)，所述区域(31-34)具有各自的轮廓，其与所述板(4)相对于所述旋转轴线(x)的第一旋转位置以及在旋转90°后到达的所述板(4)相对于所述旋转轴线(x)的第二旋转位置的相应假想固定轮廓相一致。
12.根据权利要求11所述的板，其特征在于，所述第一区域(31，33，34)的面积基本上等于所述第二区域(32)的面积。
13.根据权利要求11或12所述的板，其特征在于，所述第一方向(A)基本上垂直于所述第二方向(B)。
14.根据权利要求11-13中任一项所述的板，其特征在于，所述第一方向(A)基本上平行于对角线。
15.根据权利要求11-14中任一项所述的板，其特征在于，所述板(4)具有与位于所述第一旋转位置和所述第二旋转位置时的假想固定轮廓相一致的轮廓。
16.一种用于板式热交换器的板组件，其特征在于，所述板组件(3)包括许多根据权利要求1-15中任一项所述的板，这些板布置成相互重叠。
17.根据权利要求16所述的板组件，其特征在于，所述板组件(3)中的板布置成每隔一块板(4)就有一块板围绕所述旋转轴线(x)旋转90°，并且在相邻的板(4)之间形成了间隙(13’，13”)，其中所述区域具有这样的形状，即所述板组件(3)内的所有板(4)的第一区域(31，33，34)的轮廓相一致，所述板组件(3)内的所有板(4)的第二区域(32)的轮廓相一致，并且所述板组件(3)内的所有板(4)的支撑区域(41)的轮廓相一致。
18.根据权利要求16或17所述的板组件，其特征在于，所述板组件(3)中的板(4)彼此焊接在一起。
19.根据权利要求18所述的包括有根据权利要求10的板在内的板组件，其特征在于，所述板(4)布置成相互重叠，使得一块板(4)的所述第一侧边(7’)贴靠着相邻板(4)的所述第二侧边(7”)，其中所述这些侧边(7’，7”)通过焊接接头(14)相互连接起来。
20.根据权利要求16-19中任一项所述的板组件，其特征在于，基本上所有的板(4)都是大致相同的。
21.根据权利要求16-20中任一项所述的板组件，其特征在于，所述间隙(13’，13”)包括许多个第一间隙(13’)和许多个第二间隙(13”)，其中所述第一间隙(13’)设置成用来传送第一媒介穿过所述板组件(3)，而所述第二间隙(13”)设置成用来传送第二媒介穿过所述板组件(3)。
22.一种板式热交换器，其特征在于，所述板式热交换器包括根据权利要求1-15中任一项所述的板(4)。
23.一种板式热交换器，其特征在于，所述板式热交换器包括根据权利要求16-21中任一项所述的板组件(3)。
全文摘要
本发明涉及一种用于板式热交换器的热交换板(4)、板组件以及板式热交换器。这种板包括围绕着板延伸的侧边、在侧边的内部围绕着板延伸的边缘区域(6)，以及带有凸脊和凹谷的波纹结构的热交换表面(5)，这些凸脊和凹谷在板(4)上的至少第一方向(A，B)上延伸。此外，板包括有支撑区域(41)，其围绕着热交换表面(5)在边缘区域(6)内延伸，并包括凸脊(42)和凹谷(43)的波纹结构。
文档编号F28F3/08GK1605013SQ02825082
公开日2005年4月6日 申请日期2002年11月15日 优先权日2001年12月18日
发明者R·E·布洛姆格伦, E·韦恩曼 申请人:阿尔法拉瓦尔股份有限公司