专利名称：热交换板的制作方法
技术领域：
本发明涉及热交换板，其由金属板形成并且与具有相同结构的其他热交换板组合使用，从而它们彼此平行且整体地组合以形成热交换器，本发明尤其涉及这样一种热交换板，其允许为热交换器提供一种整体组合状态，在该状态中可以在热交换流体之间与它们之间的特性差异一致地进行适当的热交换，同时导致热交换流体分别沿着热交换板的相反表面流动，从而增强热交换效率。
背景技术：
如果要求增加传热系数以增强热交换效率，利用在高温流体和低温流体之间进行热传递(即，热交换)的热交换器，在传统上广泛使用板型热交换器。板型热交换器具有一种结构，在该结构中多个传热板以规定间隔平行地叠置以形成通道，通道依靠各个传热板分离。高温流体和低温流体交替地在上述通道中流动以通过各个传热板进行热交换。日本专利公开No.H3-91695描述了这种传统的板型热交换器的例子。
在传统的板型热交换器中，由弹性材料形成的垫密封元件布置在相邻的两个板之间以使它们之间的距离恒定并且限定流体通道。然而，在板之间流动的热交换流体的高压可以导致垫密封元件的变形，由此不能保证流体之间的合适分离或者导致板之间距离的不利变化。在这种情况下，可能不能进行有效的热交换，因此导致问题。考虑到这些事实，传统的热交换器牵涉的问题是仅能在垫密封元件承受得住的压力范围内利用热交换流体。
近来提出了具有一种结构的热交换器，其中以预定间隔布置的金属薄板在它们的末端通过焊接连接在一起而不使用任何垫密封元件，从而将所述板组装成单一单元以在各个板的相反侧面上形成用于热交换流体的通道。作为本发明人所作出的发明的一个例子，日本专利公开No.2003-194490描述了一种热交换单元，其中由金属薄板形成的传热板彼此平行地排列以彼此分开，除了一侧之外这些板在它们的周边被焊接成具有开口的整体，并且开口被一个端板封闭。
鱼骨形不规则图案已经在传统上广泛地应用于板型热交换器的传热板。然而，这种不规则图案不能获得压力损失减小和可靠的耐压之间的平衡。因此，提出了各种不同形式的不规则图案。日本专利公开No.2000-257488描述了这样不同的不规则图案的例子。
用于上述传统的热交换器的板具有一种结构，在该结构中板包括多个传热部分，每个传热部分具有设在其顶部的隆起结构，并且在所述板的厚度方向具有平坦部(即，其横截面)，在所述板的平面图中具有矩形形状。这些板彼此组合以互相叠置从而形成单一热交换器。
传统的热交换器(即，热交换单元)具有如日本专利公开No.H3-91695，2003-194490和2000-257488所述的结构。关于日本专利公开No.2000-257488中所描述的传统的板，其具有也适用于日本专利公开No.H3-91695和2003-194490中所描述的板的不规则图案，所述板被互相叠置以形成热交换器，从而交替板被颠倒并且所述板的传热部分的上端部面对相邻板的流动通道交叉。所述板彼此组合从而传热部分朝相同的方向伸出，结果是在相邻的两个板之间形成的流动通道具有相同的图案。
通常用于热交换器的两种类型的液体在化学组成上彼此不同，不仅导致特性的差异，而且在而交换过程期间导致诸如压力和流率这样的使用条件的很大差异。因此理论上优选地考虑各个流体的传热而进行热交换。然而，形成于板的相反表面上的流动通道的相同图案导致所述板的基本相同的传热条件。因此，对于流过通道的两种流体别无选择而只能在相同的传热条件下进行热交换。因此难以按照两种热交换流体的温度和特性的差异使用最佳的传热条件，其中通过板在所述流体之间进行热交换，由此导致不能获得有效的热交换的问题。
发明内容
因此用于解决上述问题的本发明的一个目标是提供一种热交换板，其允许优化传热部分的不规则图案以解决分别在所述板的相反表面上流动的流体的特性差异的问题，并且保证足够的传热性能，因此获得高热交换效率。
为了达到前述目标，一种本发明的第一方面的热交换板，其由金属板形成并且具有预定的不规则图案，热交换板被布置在具有相同结构的另一热交换板上，从而在热交换板的相同侧面上彼此接触以提供一对热交换板，一对热交换板与一对或多对其它的热交换板彼此整体地组合以形成热交换器，在该热交换器中在第一和第二热交换流体之间进行热交换，第一和第二流体分别与热交换板的相反表面接触，热交换板包括从热交换板的一个表面向外伸出的多个截头圆锥形或截头棱锥形的主凸出，凸出基于热交换板的预定图案被布置在预定位置；多个中间凸出，每个中间凸出被布置在距离最短地彼此相邻的两个主凸出之间，从而每个主凸出通过两个或以上的中间凸出连接到两个或以上的其它主凸出，每个中间凸出由延伸到两个主凸出的相反表面的一个或多个平坦或弯曲部分限定，并且每个中间凸出具有一个或多个布置在比主凸出的顶端更低的位置的峰部；和多个非突出部分，每个非突出部分被布置在多个中间凸出的相邻中间凸出之间，多个非突出部分的每一个相对于主凸出和中间凸出的突出方向被布置在最低位置，多个非突出部分提供了由主凸出和中间凸出围绕的多个凹窝。
根据本发明的第一方面，热交换板具有不规则图案，其中主凸出和中间凸出形成于金属板上。当热交换板与具有相同结构的另一热交换板组合时从而它们在相同侧面上彼此面对并且前板的主凸出的顶端与后板的主凸出的相应顶端接触，或者在由前板的主凸出和中间凸出围绕的凹窝的后侧上形成的突起接触在由后板的主凸出和中间凸出围绕的凹窝的后侧上形成的相应突起，以形成组合单元，然后由此形成的组合单元以相同方式与其它组合单元组合，在各自相邻的两个板之间形成间隙，在间隙中宽和窄区域重复地连续沿着多条线，凸出沿着多条线在所述板上排列。结果，具有不同构造和大小的间隙提供于所述板的相反表面上。这样的间隙提供不同的通道，因此获得了不同的传热性能。结果，根据热交换流体的特性合适地选择通道使得有可能以非常有效的方式在所述板和各个流体之间进行热交换，由此在热交换流体之间提供有效的热交换。另外，凸出之间的间隙在所述凸出沿其排列的直线上线性地延伸，同时以重复的方式扩大和减小，以形成多个通道部分，从而所述通道部分与其它通道部分交叉以与之连通，由此提供编织通道结构。即使当热交换流体的流动关系基于平行流动系统、反向流动系统和交叉流动系统中的任何一个时，也有可能因此导致所述热交换流体以基本相同的方式进行流动以提供基本相同的传热性能。另外，即使当所述热交换流体基于多个流动方向的任何组合而流动，也有可能平稳地使热交换具有低压力损失和增强热交换器设计的自由度，由此提供优秀的多功能性。
在本发明的热交换板的第二方面中，每个主凸出可以具有截头圆锥形状；并且每个中间凸出由一个或多个弯曲部分限定。
根据本发明的第二方面，通过由截头圆锥限定每个主凸出和由一个或多个弯曲部分限定每个中间凸出将所述板构造成弯曲体的组合形式。因此有可能减小压力损失并且获得热交换流体的平稳流动和平稳的传热，由此提高热交换效率。另外，这样的弯曲结构允许分散力被施加到所述板，由此增强强度以应付具有高压力的流体和提高可成形性。当海水被用作热交换流体之一时，其被引入到所述板之间的通道中，这样的弯曲结构防止污垢附着在其上，由此避免了长期的性能下降。
在本发明的热交换板的第三方面，每个主凸出可以具有截头棱锥形状；并且每个中间凸出可以由一个或多个平坦部分构造。
根据本发明的第三方面，通过由截头棱锥限定每个主凸出和由一个或多个平坦部分限定每个中间凸出将所述板构造成平坦表面体的组合形式。因此有可能提供所述板的传热部分的更容易的设计并且容易地将各个热交换流体的合适热交换性质赋予所述板。另外，有可能容易地制造所述板，由此减小成本。
在本发明的热交换板的第四方面中，每个中间凸出可以具有两个或以上的布置在一直线上的隆起部分，所述直线垂直于相邻两个凸出沿其排列的参考线，从而中间凸出被布置在主凸出的表面之间，每个隆起部分所具有的高度小于主凸出的高度的一半。
根据本发明的第四方面，中间凸出的高度被减小以产生设在所述板的相反表面上的通道构造的变化，从而设在中间凸出之上的通道的高度小于设在中间凸出之下的通道的高度。结果，有可能产生分别流过相邻通道的热交换流体的流率和流速的变化，其中所述板布置在相邻通道之间。这可以应付进行热交换的两种热交换流体在流入和排出热交换器的数量上彼此显著不同的情况，以获得没有损失的传热，由此提高热交换效率。具有更小高度的通道设在中间凸出之下以增强所述流体的流速，由此有效地进行传热并且更显著地提高热交换效率。
为了达到前述目标，一种本发明的第五方面的热交换板，其由金属板形成并且具有预定的不规则图案，热交换板被布置在具有相同结构的另一热交换板上，从而在热交换板的相同侧面上彼此接触以提供一对热交换板，一对热交换板与一对或多对其它的热交换板彼此整体地组合以形成热交换器，在该热交换器中在第一和第二热交换流体之间进行热交换，第一和第二流体分别与热交换板的相反表面接触，热交换板包括从热交换板的一个表面向外伸出的多个截头圆锥形主凸出，凸出基于热交换板的预定图案被布置在预定位置，每个主凸出在其底部带有交替的第一和第二锥形表面边缘，距离最短地彼此相邻的两个主凸出在第一锥形表面边缘彼此连接，从而每个主凸出通过两个或以上的第一锥形表面边缘连接到两个或以上的其它主凸出；和多个非突出部分，每个非突出部分被布置在距离比最短距离更长地彼此相邻的其它两个主凸出的第二锥形表面边缘之间，多个非突出部分的每一个相对于主凸出的突出方向被布置在最低位置，多个非突出部分提供了由主凸出围绕的多个凹窝。
根据本发明的第五方面，热交换板具有不规则图案，其中主凸出以截头圆锥的形式设在金属板上。当热交换板与具有相同结构的另一热交换板组合时从而它们在相同侧面上彼此面对并且前板的主凸出的顶端与后板的主凸出的相应顶端接触，或者在由前板的主凸出围绕的凹窝的后侧上形成的突起接触在由后板的主凸出围绕的凹窝的后侧上形成的相应突起，以形成组合单元，然后由此形成的组合单元以相同方式与其它组合单元组合，在各自相邻的两个板之间形成间隙，在间隙中宽和窄区域重复地连续沿着多条线，主凸出沿着多条线在所述板上排列。结果，具有不同构造和大小的间隙提供于所述板的相反表面上。这样的间隙提供不同的通道，因此获得了不同的传热性能。结果，根据热交换流体的特性合适地选择通道使得有可能以非常有效的方式在所述板和各个流体之间进行热交换，由此在热交换流体之间提供有效的热交换。另外，凸出之间的间隙在凸出沿其排列的直线上线性地延伸，同时以重复的方式扩大和减小，以形成多个通道部分，从而通道部分与其它通道部分交叉以与之连通，由此提供编织通道结构。即使当热交换流体的流动关系基于平行流动系统、反向流动系统和交叉流动系统中的任何一个时，也有可能因此导致热交换流体以基本相同的方式进行流动以提供基本相同的传热性能。另外，即使当热交换流体基于多个流动方向的任何组合而流动，也有可能平稳地使热交换具有低压力损失和增强热交换器设计的自由度，由此提供优秀的多功能性。
图1是根据本发明的第一实施例的热交换板的结构示意图；图2是图1中标记“A”或“B”所示部分的放大图；图3是沿图2中的线III-III截取的横截面图；图4是沿图2中的线IV-IV截取的横截面图；图5是沿图2中的线V-V截取的横截面图；图6是沿图2中的线VI-VI截取的横截面图；图7是沿图2中的线VII-VII截取的横截面图；图8和9是分别设在根据本发明的第一实施例的热交换板之上和之下的间隙的结构示意图，其中热交换板处于彼此平行地组合的状态；图10是根据本发明的改进实施例的热交换板的基本部分的放大图；图11是根据本发明的第二实施例的热交换板的基本部分的放大图；图12是沿图11中的线XII-XII截取的横截面图；图13是沿图11中的线XIII-XIII截取的横截面图；图14是沿图11中的线XIV-XIV截取的横截面图；图15是根据本发明的第三实施例的热交换板的基本部分的放大图；
图16是图15中标记“K”或“L”所示部分的放大图；图17是沿图16中的线XVII-XVII截取的横截面图；图18是沿图16中的线XVIII-XVIII截取的横截面图；图19是沿图16中的线XIX-XIX截取的横截面图；图20是沿图16中的线XX-XX截取的横截面图；图21是沿图16中的线XXI-XXI截取的横截面图；以及图22和23是分别设在根据本发明的第三实施例的热交换板之上和之下的间隙的结构示意图，其中热交换板处于彼此平行地组合的状态。
具体实施例方式
现在，将参考图1-9在下面具体描述本发明的第一实施例。图1是根据本发明的第一实施例的热交换板的结构示意图；图2是图1中标记“A”或“B”所示部分的放大图；图3是沿图2中的线III-III截取的横截面图；图4是沿图2中的线IV-IV截取的横截面图；图5是沿图2中的线V-V截取的横截面图；图6是沿图2中的线VI-VI截取的横截面图；图7是沿图2中的线VII-VII截取的横截面图；图8和9是分别设在根据本发明的第一实施例的热交换板之上和之下的间隙的结构示意图，其中热交换板处于彼此平行地组合的状态。
如上述图中所示，根据本发明的第一实施例的热交换板10由具有矩形形状的金属板形成。金属板在其上具有压制成形的不规则图案，图案包括多个主凸出11和多个中间凸出12。每个主凸出11以截头圆锥的形式从所述板的一个表面向外伸出，从而以规则的间隔布置成排列结构。每个中间凸出12以凸出形式布置在距离最短地彼此相邻的两个主凸出11的相反锥形表面之间。中间凸出12由延伸到上述两个主凸出11的相反锥形表面的弯曲部分限定。每个中间凸出12具有一个布置在比主凸出11的顶端11a更低的位置的峰部12a。为了形成不规则图案，具有截头圆锥形状的主凸出11基于矩阵布置被提供，在矩阵布置中主凸出11以规则的间隔排列，从而一个主凸出11在其周边上的四个位置通过上述的中间凸出12分别连接到其它四个主凸出11。中间凸出沿其排列从而布置在相邻两个主凸出11之间的直线相对于具有矩形形状的所述板的各个侧边倾斜45度角。除了这种不规则图案之外，热交换板可以具有其它不规则图案，在不规则图案中主凸出11沿其排列的直线垂直或平行于所述板的各个侧边，或者相对于那里倾斜期望的角度。
另外，提供了多个非突出部分，每个非突出部分被布置在多个中间凸出12的相邻中间凸出之间，更具体而言被布置在主凸出11和另一主凸出11之间，另一主凸出以比上述最短距离稍长的距离邻近前述主凸出11而不通过中间凸出12。每个多个非突出部分相对于主凸出和中间凸出11、12的突出方向被布置在最低位置。这些非突出部分提供了多个凹窝13，每个凹窝由主凸出11的锥形表面和中间凸出12的弯曲表面围绕。主凸出11的锥形表面与中间凸出12的弯曲表面的连接部被布置在比上述凹窝13更高的位置。所述板具有这样一种弯曲结构使得允许分散力被施加到所述板，并且增强强度以应付具有高压力的流体和提高可成形性。
上述热交换板10被布置在具有相同结构的另一热交换板上，从而它们在相同侧面上彼此面对并且前板的主凸出11的顶端11a与后板的主凸出的相应顶端接触，或者在由前板的主凸出和中间凸出11、12围绕的凹窝13的后侧上形成的突起接触在由后板的主凸出和中间凸出11、12围绕的凹窝13的后侧上形成的相应突起，以形成组合单元，然后由此形成的组合单元以相同方式与其它组合单元组合，以形成具有间隙(即，通道)的热交换器，每个间隙由相邻的两个板限定。热交换流体在这些通道中流动，从而在与所述板的上表面接触的这些流体中的一个与在所述板的下表面接触的这些流体中的另一个之间进行热交换。所述板以该方式彼此整体地组合，从而主凸出或突起彼此接触，由此增强强度。结果，即使在所述板之间施加高压力时，也不能容易地使热交换器变形。可以防止所述板之间距离的变化，由此允许应付热交换流体之间存在大压力差的情况。
在这样组合的板的两个相邻板之间形成的间隙14中，其中在间隙中主凸出11和中间凸出12伸出，多个高度比主凸出11更小的中间凸出12彼此面对并且其间保持预定距离，多个高度进一步小于主凸出11的凹窝13彼此面对并且其间保持预定距离。在相应的多个中间凸出12之间形成的间隙与在相应的多个凹窝13之间形成的间隙连通以形成直通道。在这样的通道中，相应的多个凹窝13之间的流动通道面积大于相应的中间凸出12之间的流动通道面积，从而所述通道线性地延伸，同时以重复的方式扩大和减小。这样的通道与其它通道相交从而与之连通，由此提供编织通道结构(见图8和图9)。
在另一方面，在这样组合的板的两个相邻板之间形成的间隙15中，其中在间隙中主凸出11和中间凸出12不伸出，相应的主凸出11之间的间隙通过相应的中间凸出12之间的间隙彼此连通以形成直通道。在这样的通道中，相应的主凸出11之间的流动通道面积大于相应的中间凸出12之间的流动通道面积，从而通道线性地延伸，同时以重复的方式扩大和减小。这样的通道与其它通道相交从而与之连通，由此提供编织通道结构(见图8和图9)。当由所述板按上述方式组合而成的热交换器在使用时被布置从而所述板直立并且每个板的两个侧面中的一个水平或垂直地布置时，每个都由交替的相应中间凸出12和凹窝13限定的通道保持在倾斜状态。
所述板的上表面上的不规则图案并不关于所述板的下表面上的不规则图案对称，并且所述板被布置在另一板上，从而它们在相同的侧面上彼此接触，结果是上述间隙14和15在构造和大小方面彼此不同。因此，这样的间隙14、15按照它们的构造和大小提供了不同的传热性能。所述板的不规则图案被设置成能够获得间隙14、15的合适构造和大小，并且考虑在其之间进行热交换的两种流体的特性，由此提供用于这些流体的合适的传热性能。因此热交换器具有涉及大体结构的规范，从而热交换流体分别被引入到间隙14、15中以提供预定的传热性能。
现在，将在下面描述根据本发明的所述实施例的热交换板10组成的热交换器的操作。一方面通过将这些流体中的一个引入到形成于单元的两个相邻板之间的间隙14中，其中在单元中所述板平行地彼此叠置并且组合在一起，在所述间隙中主凸出11和中间凸出12伸出并且从那里排出所述流体，另一方面通过将这些流体中的另一个引入到形成于所述单元的两个相邻板之间的间隙15中，其中在间隙中主凸出11和中间凸出12不伸出并且从那里排出所述流体，从而在两种热交换流体之间进行热交换。
在所述板之间由凸出11、12的构造限定的间隙14、15连续并且线性地在凸出11、12沿其排列的直线上延伸。即使当分别在间隙14、15中流动的热交换流体的流动关系基于平行流动系统、反向流动系统和交叉流动系统中的任何一个时，也有可能因此导致热交换流体以基本相同的方式进行流动以提供基本相同的传热性能。另外，即使当热交换流体基于多个流动方向的任何组合而流动，也有可能减小通道中的压力损失以保证间隙14、15中的平稳流动，由此进行有效的热交换。
在热交换流体按照反向流动系统流动的例子中，在形成于组合板的两个相邻的板之间的间隙14中形成有流动编织通道，其中在间隙中主凸出11和中间凸出12伸出，所述流动编织通道主要包括通道部分，在具有最低突起高度的相应的多个凹窝13之间，和在具有中间突起高度的相应的多个中间凸出12之间，所述通道部分沿着凸出11、12在其上排列的直线倾斜地延伸，从而热交换流体在该流动编织通道中流动。在另一方面，在形成于所述组合板的两个相邻的板之间的间隙15中形成有流动编织通道，其中在所述间隙中主凸出11和中间凸出12不伸出，所述流动编织通道主要包括通道部分，在设于主凸出11的后侧上的相应的多个凹窝13之间，和在相应的多个中间凸出12的后侧之间，通道部分沿着凸出11、12在其上排列的直线倾斜地延伸，从而另一热交换流体在该流动编织通道中流动。结果，引入到组合板中的热交换流体分别沿倾斜方向在热交换板10的相反表面上流动，同时重复分叉和汇合以平稳地散布在所述板的每一个区域上。
因此有可能导致热交换流体散布在所述板的整个区域上以促进热交换流体之间的传热并且提高热交换率。另外，热交换流体分别在具有特定构造的流动编织通道中流动，所述特定构造在重复分叉和汇合的同时使热交换流体能够流动，并且按照所述板的相反表面上的热交换流体的特性设置传热性能。结果，有效地提高了通过传热板10的热交换流体之间的传热，由此显著地增强了流体之间的热交换效率。
在根据本发明的第一实施例的热交换板中，热交换板10具有不规则图案，在图案中具有截头圆锥形状的主凸出11和由弯曲部分限定的中间凸出12形成于金属板上。当热交换板与具有相同结构的另一热交换板组合时从而它们在相同侧面上彼此面对并且前板的主凸出11的顶端11a与后板的主凸出11的相应顶端11a接触，或者在由前板的主凸出11和中间凸出12围绕的凹窝13的后侧上形成的突起接触在由后板的主凸出和中间凸出11、12围绕的凹窝的后侧上形成的相应突起，以形成组合单元，然后由此形成的组合单元以相同方式与其它组合单元组合，在各自相邻的两个板之间形成间隙14(15)，在所述间隙中宽和窄区域重复地连续沿着多条线，所述凸出沿着所述多条线在所述板上排列。结果，具有不同构造和大小的间隙14、15提供于所述板的相反表面上。这样的间隙提供不同的通道，因此获得了不同的传热性能。结果，根据热交换流体的特性合适地选择通道使得有可能以非常有效的方式在所述板和各个流体之间进行热交换，由此在所述热交换流体之间提供有效的热交换。另外，通过由截头圆锥限定每个所述主凸出和由一个或多个弯曲部分限定每个所述中间凸出将所述板构造成弯曲体的组合形式。因此有可能减小压力损失并且获得热交换流体的平稳流动和平稳的传热，由此提高热交换效率。另外，这样的弯曲结构允许分散力被施加到所述板，由此增强强度以应付具有高压力的流体和提高可成形性。当海水被用作所述热交换流体之一时，其被引入到所述板之间的通道中，这样的弯曲结构防止污垢附着在其上，由此避免了长期的性能下降。
除了具有所述不规则图案的传热部分之外，根据本发明的第一实施例的热交换板可以具有任何期望的结构。更具体而言，所述热交换板可以用作所述板在它们的边缘被焊接的板型热交换器的热交换板，或者用作所述板通过设在两个相邻的板之间的密封垫元件组合在一起的板型热交换器的热交换板。
在根据本发明的第一实施例的热交换板中，所述板具有一种结构，其中主凸出11被排列成使得每个主凸出11在其周边上的四个位置带有四个相应的中间凸出12。本发明并不仅仅局限于这样的布置，所述板例如可以具有一种结构，其中主凸出16如图10中所示地被排列，从而每个主凸出16在其周边上的六个位置带有六个相应的中间凸出17或凹窝18，从而在主凸出16和其顶端16a中形成交错布置。所述板可以具有任何期望类型的结构，在所述结构的布置中每个主凸出以该方式与预定数量的相邻主凸出组合。因此有可能作出精确的调节，从而由相邻的两个板限定的流动编织通道具有用于引入到所述通道中的热交换流体的特性的合适传热性能。
现在，将参考图11-14在下面具体描述本发明的第二实施例。图11是根据本发明的第二实施例的热交换板的基本部分的放大图；图12是沿图11中的线XII-XII截取的横截面图；图13是沿图11中的线XIII-XIII截取的横截面图；图14是沿图11中的线XIV-XIV截取的横截面图。
如上述图中所示，根据本发明的第二实施例的热交换板20以与本发明的第一实施例相同的方式由具有矩形形状的金属板形成。所述金属板在其上具有压制成形的不规则图案，所述图案包括多个主凸出21，每个主凸出以截头圆锥的形式从所述板的一个表面向外伸出。然而，根据本发明的第二实施例的板20与根据本发明的第一实施例的板10的区别在于相邻的两个主凸出21在其锥形表面边缘彼此直接连接而不在相邻的两个主凸出21之间提供任何中间凸出。
为了形成不规则图案，具有截头圆锥形状的主凸出21基于矩阵布置被提供，在矩阵布置中主凸出21以规则的间隔排列，从而一个主凸出21在其四个锥形表面边缘连接到其它四个主凸出21。更具体而言，每个主凸出21在其底部带有交替的第一和第二组四个锥形表面边缘。距离最短地彼此相邻的两个主凸出21在第一锥形表面边缘彼此连接，从而每个主凸出21通过两个或以上的第一锥形表面边缘连接到四个主凸出21。多个非突出部分，每个非突出部分被布置在距离比上述最短距离更长地彼此相邻的其它两个主凸出21的第二锥形表面边缘之间。每个非突出部分相对于主凸出21的突出方向被布置在最低位置。这样的非突出部分提供了由主凸出21围绕的多个凹窝23。距离最短地彼此相邻的两个主凸出21的相应的第一锥形表面边缘沿其彼此连接的连接线22关于主凸出21的突出方向被布置在比凹窝23更高的水平。
以与本发明的第一实施例相同的方式，上述热交换板20被布置在具有相同结构的另一热交换板上，从而它们在相同侧面上彼此面对并且前板的主凸出21的顶端21a与后板的主凸出的相应顶端接触，或者在由前板的主凸出21围绕的凹窝23的后侧上形成的突起接触在由后板的主凸出21围绕的凹窝23的后侧上形成的相应突起，以形成组合单元，然后由此形成的组合单元以相同方式与其它组合单元组合，以形成具有间隙(即，通道)的热交换器，每个间隙由相邻的两个板限定。热交换流体在这些通道中流动，从而在与所述板的上表面接触的这些流体中的一个与在所述板的下表面接触的这些流体中的另一个之间进行热交换。
在所述板的组合状态下，除了这些板的接触区域之外，相邻两个板之间的间隙形成用于热交换流体的通道。所述通道在预定方向沿着所述板的上表面延伸，同时例如通过增大相应的凹窝23之间的流动通道面积和相应的主凸出21的背面之间的流动通道面积而重复膨胀和收缩。另一通道以相同的方式在预定方向沿着所述板的下表面延伸。即使当热交换流体的流动关系基于平行流动系统、反向流动系统和交叉流动系统中的任何一个时，也有可能因此减小压力损失和获得所述热交换流体的平稳流动和平稳的传热，由此提高热交换效率。
板20的上表面上的不规则图案并不关于所述板的下表面上的不规则图案对称，并且所述板被布置在另一板上，从而它们在相同的侧面上彼此接触，结果是所述间隙在构造和大小方面彼此不同。因此，热交换流体在这些通道中的流动有可能以一种有效的方式进行板20和各个流体之间的传热，由此在热交换流体之间提供有效的热交换。
现在，将参考图15-23在下面具体描述本发明的第三实施例。图15是根据本发明的第三实施例的热交换板的基本部分的放大图；图16是图15中标记“K”或“L”所示部分的放大图；图17是沿图16中的线XVII-XVII截取的横截面图；图18是沿图16中的线XVIII-XVIII截取的横截面图；图19是沿图16中的线XIX-XIX截取的横截面图；图20是沿图16中的线XX-XX截取的横截面图；图21是沿图16中的线XXI-XXI截取的横截面图；以及图22和23是分别设在根据本发明的第三实施例的热交换板之上和之下的间隙的结构示意图，其中热交换板处于彼此平行地组合的状态。
如上述图中所示，根据本发明的第三实施例的热交换板30由具有矩形形状的金属板形成。所述金属板在其上具有压制成形的不规则图案，所述图案包括多个主凸出31和多个中间凸出32。每个主凸出31以截头棱锥的形式从所述板的一个表面向外伸出，从而以规则的间隔布置成排列结构。每个中间凸出32以凸出形式布置在距离最短地彼此相邻的两个主凸出31的相反平坦表面之间。每个中间凸出32具有两个布置在一直线上的隆起部分，所述直线垂直于相邻两个凸出31沿其排列的参考线，从而中间凸出32被布置在相邻的主凸出31的表面之间。每个所述隆起部分所具有的高度小于主凸出31的高度的一半。
以与本发明的第一实施例相同的方式，为了形成不规则图案，具有截头棱锥形状的主凸出31基于矩阵布置被提供，在所述矩阵布置中主凸出31以规则的间隔排列，从而一个主凸出31在其周边上的四个位置通过上述的中间凸出32分别连接到其它四个主凸出31。中间凸出32沿其排列从而布置在相邻两个主凸出31之间的直线相对于具有矩形形状的所述板的各个侧边倾斜45度角(主凸出31的脊线平行或垂直于所述板的各个侧边)。
中间凸出32由布置在直线上的两个隆起部分限定，所述直线垂直于相邻两个凸出31沿其排列的参考线，从而中间凸出32被布置在相邻的主凸出31的表面之间。如上所述，每个所述隆起部分所具有的高度小于主凸出31的高度的一半。
另外，提供了多个非突出部分，每个非突出部分被布置在多个中间凸出32的相邻中间凸出之间，更具体而言被布置在主凸出31和另一主凸出31之间，另一主凸出以比上述最短距离稍长的距离邻近前述主凸出31而不通过中间凸出32。每个所述多个非突出部分相对于主凸出和中间凸出31、32的突出方向被布置在最低位置。这些非突出部分提供了多个凹窝33，每个凹窝由主凸出31的平坦表面和中间凸出32的平坦表面围绕。主凸出31的所述表面与中间凸出32的所述表面的连接部被布置在比上述凹窝33更高的位置。
上述热交换板30被布置在具有相同结构的另一热交换板上，从而它们在相同侧面上彼此面对并且前板的主凸出31的顶端31a与后板的主凸出的相应顶端接触，或者在由前板的主凸出和中间凸出31、32围绕的凹窝33的后侧上形成的突起接触在由后板的主凸出和中间凸出31、32围绕的凹窝33的后侧上形成的相应突起，以形成组合单元，然后由此形成的组合单元以相同方式与其它组合单元组合，以形成具有间隙34、35(即，通道)的热交换器，每个所述间隙由相邻的两个板限定。在这样组合的板的两个相邻板之间形成的间隙34中，其中在所述间隙中主凸出31和中间凸出32伸出，相应的中间凸出32之间的间隙稍小于相应的多个凹窝33之间的间隙。由相应的多个中间凸出32之间的间隙和相应的多个凹窝33之间的间隙形成的通道在流动通道面积中具有较小的变化。这样的通道线性地延伸，同时以重复的方式扩大和减小。这样的通道与其它通道相交从而与之连通，由此提供编织通道结构(见图22和图23)。
在另一方面，在这样组合的板的两个相邻板之间形成的间隙35中，其中在所述间隙中主凸出31和中间凸出32不伸出，由相应的中间凸出32的背面之间的间隙和相应的凹窝33的背面之间的间隙形成用于热交换流体的另一通道。在该通道中，相应的中间凸出32的背面之间的流动通道面积显著小于相应的主凸出31的背面之间的流动通道面积。这样的通道线性地延伸，同时以重复的方式扩大和减小，并且主凸出31的排列方向变化速度高。这样的通道与其它通道相交从而与之连通，由此提供编织通道结构(见图22和图23)。当由所述板按上述方式组合而成的热交换器在使用时被布置从而所述板直立并且每个板的两个侧面中的一个水平或垂直地布置时，每个都由交替的相应中间凸出32和凹窝33限定的通道保持在倾斜状态。
所述板的上表面上的不规则图案并不关于所述板的下表面上的不规则图案对称，并且所述板被布置在另一板上，从而它们在相同的侧面上彼此接触，结果是上述间隙34和35在构造和大小方面彼此不同。因此，这样的间隙34、35按照它们的构造和大小提供了不同的传热性能。所述板的不规则图案被设置成能够获得间隙34、35的合适构造和大小，并且考虑在其之间进行热交换的两种流体的特性，由此提供用于这些流体的合适的传热性能。因此所述热交换器具有涉及大体结构的规范，从而热交换流体分别被引入到间隙34、35中以提供预定的传热性能。
现在，将在下面描述根据本发明的所述实施例的热交换板30组成的热交换器的操作。一方面通过将这些流体中的一个引入到形成于所述单元的两个相邻板之间的间隙34中，其中在所述单元中所述板平行地彼此叠置并且组合在一起，在间隙中主凸出31和中间凸出32伸出并且从那里排出所述流体，另一方面通过将这些流体中的另一个引入到形成于所述单元的两个相邻板之间的间隙35中，其中在所述间隙中主凸出31和中间凸出32不伸出并且从那里排出流体，从而在两种热交换流体之间进行热交换。
在所述板之间由凸出31、32的构造限定的间隙34、35连续并且线性地在凸出31、32沿其排列的直线上延伸。即使当热交换流体的流动关系基于平行流动系统、反向流动系统和交叉流动系统中的任何一个时，也有可能因此导致热交换流体以基本相同的方式进行流动以提供基本相同的传热性能。另外，即使当热交换流体基于多个流动方向的任何组合而流动，也有可能减小通道中的压力损失以保证间隙34、35中的平稳流动，由此进行有效的热交换。
在热交换流体按照反向流动系统流动的例子中，在形成于组合板的两个相邻的板之间的间隙34中形成有流动编织通道，其中在间隙中主凸出31和中间凸出32伸出，流动编织通道主要包括通道部分，在相应的多个凹窝33之间和相应的多个中间凸出32之间，所述通道部分沿着凸出31、32在其上排列的直线倾斜地延伸，从而热交换流体在该流动编织通道中流动。在另一方面，在形成于组合板的两个相邻的板之间的间隙35中形成有流动编织通道，其中在间隙中主凸出31和中间凸出32不伸出，流动编织通道主要包括通道部分，在设于主凸出31的后侧上的相应的多个凹窝33之间，和在相应的多个中间凸出32的后侧之间，通道部分沿着凸出31、32在其上排列的直线倾斜地延伸，从而另一热交换流体在该流动编织通道中流动。结果，引入到组合板中的热交换流体分别沿倾斜方向在热交换板30的相反表面上流动，同时重复分叉和汇合以平稳地散布在所述板的每一个区域上，由此导致所述板和各个热交换流体之间的传热被促进。
以与本发明的第一实施例相同的方式，热交换流体分别在具有特定构造的流动编织通道中流动，所述特定构造在间隙34、35中重复分叉和汇合的同时使热交换流体能够流动，并且按照所述板的相反表面上的热交换流体的特性设置传热性能。特别地，中间凸出32的较小高度使间隙34中的中间凸出32处的流动通道面积大于间隙35中的所述流动通道面积，从而允许流体以显著不同的量在各自的间隙34、35中流动。这可以应付在其之间进行热交换的流体在流率上显著不同的情况(例如，使用液相流体和气相流体)，以促进所述板和热交换流体之间的传热。另外，相应的中间凸出32之间的间隙35极其小以形成狭窄通道，由此使在间隙35的该区域中流动的热交换流体的流速高，从而以明显有效的方式进行所述板和各个流体之间的传热。因此通过导致流体在各自的通道中流动，其中所述通道经优化以提供所述板和各个流体之间的合适传热，有可能有效地进行热交换流体之间的热交换而没有损失。
在根据本发明的第三实施例的热交换板中，在一方面，每个主凸出31具有截头棱锥的形状，每个中间凸出32由平坦部分限定，从而将所述板构造成平坦表面体的组合形式，在另一方面，通过减小每个中间凸出32的高度，设在所述板的相反表面上的通道结构彼此不同，从而形成于组合板的两个相邻板之间的间隙(其中所述凸出伸出)中的流动通道面积大于形成于这些板之间的间隙(其中所述凸出不伸出)中的流动通道面积，因此可以应付进行热交换的两种热交换流体在流入和排出热交换器的数量上彼此显著不同的情况，以实现传热，由此提高热交换效率。
在根据本发明的上述实施例的热交换板中，主凸出31具有截头棱锥的形状。然而，本发明并不仅仅局限于这样的实施例，所述主凸出可以具有其它截头棱锥的形状，例如截头五角锥和截头六角锥，从而提供一种不规则图案，其中按照所述截头棱锥的侧面数量进行主凸出的位置排列。
在根据本发明的上述实施例的热交换板中，应用了一种不规则图案，其中中间凸出32沿其排列从而布置在相邻两个主凸出31之间的直线相对于具有矩形形状的所述板的各个侧边倾斜45度角。然而，本发明并不仅仅局限于这样的实施例，可以应用一种不规则图案，其中中间凸出32沿其排列从而布置在相邻两个主凸出31之间的直线平行或垂直于具有矩形形状的所述板的各个侧边，或者关于其倾斜预定角度。
权利要求
1.一种热交换板，其由金属板形成并且具有预定的不规则图案，热交换板被布置在具有相同结构的另一热交换板上，从而在热交换板的相同侧面上彼此接触以提供一对热交换板，一对热交换板与一对或多对其它的热交换板彼此整体地组合以形成热交换器，在该热交换器中在第一和第二热交换流体之间进行热交换，第一和第二流体分别与热交换板的相反表面接触，热交换板包括从热交换板的一个表面向外伸出的多个截头圆锥形或截头棱锥形的主凸出，凸出基于热交换板的预定图案被布置在预定位置；多个中间凸出，每个中间凸出被布置在距离最短地彼此相邻的两个主凸出之间，从而每个主凸出通过两个或以上的中间凸出连接到两个或以上的其它主凸出，每个中间凸出由延伸到两个主凸出的相反表面的一个或多个平坦或弯曲部分限定，并且每个中间凸出具有一个或多个布置在比主凸出的顶端更低的位置的峰部；和多个非突出部分，每个非突出部分被布置在多个中间凸出的相邻中间凸出之间，多个非突出部分的每一个相对于主凸出和中间凸出的突出方向被布置在最低位置，多个非突出部分提供了由主凸出和中间凸出围绕的多个凹窝。
2.根据权利要求1的热交换板，其中每个主凸出具有截头圆锥形状；并且每个中间凸出由一个或多个弯曲部分限定。
3.根据权利要求1的热交换板，其中每个主凸出具有截头棱锥形状；并且每个中间凸出由一个或多个平坦部分限定。
4.根据权利要求1-3之一的热交换板，其中每个中间凸出具有两个或以上的布置在一直线上的隆起部分，直线垂直于相邻两个凸出沿其排列的参考线，从而中间凸出被布置在主凸出的表面之间，每个隆起部分所具有的高度小于主凸出的高度的一半。
5.一种热交换板，其由金属板形成并且具有预定的不规则图案，热交换板被布置在具有相同结构的另一热交换板上，从而在热交换板的相同侧面上彼此接触以提供一对热交换板，一对热交换板与一对或多对其它的热交换板彼此整体地组合以形成热交换器，在该热交换器中在第一和第二热交换流体之间进行热交换，第一和第二流体分别与热交换板的相反表面接触，热交换板包括从热交换板的一个表面向外伸出的多个截头圆锥形主凸出，凸出基于热交换板的预定图案被布置在预定位置，每个主凸出在其底部带有交替的第一和第二锥形表面边缘，距离最短地彼此相邻的两个主凸出在第一锥形表面边缘彼此连接，从而每个主凸出通过两个或以上的第一锥形表面边缘连接到两个或以上的其它主凸出；和多个非突出部分，每个非突出部分被布置在距离比最短距离更长地彼此相邻的其它两个主凸出的第二锥形表面边缘之间，多个非突出部分的每一个相对于主凸出的突出方向被布置在最低位置，多个非突出部分提供了由主凸出围绕的多个凹窝。
全文摘要
一种热交换板(10)包括主凸出(11)，中间凸出(12)和非突出部分。具有截头圆锥或截头棱锥形状的主凸出(11)基于板(10)上的图案被布置在适当位置。中间凸出(12)被布置在距离最短地彼此相邻的两个主凸出(11)之间，从而主凸出(11)通过两个中间凸出(12)连接到两个其它的主凸出(11)。中间凸出(12)由延伸到两个主凸出(11)的相反表面的平坦部分限定。中间凸出(12)具有布置在比主凸出(11)的顶端(11a)更低的位置的峰部。非突出部分被布置在相邻的中间凸出(12)之间。非突出部分相对于主凸出和中间凸出(11，12)的突出方向被布置在最低位置，从而提供了由主凸出和中间凸出(11，12)围绕的凹窝(13)。
文档编号F28F3/08GK1811322SQ20061000154
公开日2006年8月2日 申请日期2006年1月20日 优先权日2005年1月25日
发明者松崎豊明, 渡边太郎 申请人:株式会社聚源