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，它由金属板做成且和具有相同结构的另外的热交换板一起应用，使其互相平行且结合成整体，从而形成热交换器，本发明尤其涉及这样一种热交换板，它可为热交换器提供整体组合状态，在两种热交换流体分别流畅地流过热交换板两相对表面的同时进行适当的热交换，以确保好的传热性能，从而提高传热效率。
背景技术：
热交换器利用高温流体和低温流体之间发生的传热(即热交换)，若要求提高其传热系数，传统上广泛采用板式换热器。在板式换热器结构上将多个热交换板以规定的间距平行地层层叠叠以便形成通道，整个结构利用各块热交换板分隔。高温流体和低温流体交错地在上述通道中流动，通过热交换板进行热交换。日本专利公开号H3-91695描述作为传统现有技术的这样一种板式换热器的一例并示于图5和图6。
在传统的板式换热器中，弹性材料做的密封垫片放置在相邻的两板之间，使它们中间的距离保持不变并形成流体的通道。但在板之间流动的高压热交换流体会使密封垫片变形，这样不能确保流体正确分开或导致板之间距离发生不利的变动。在这样情况下不能实现有效的热交换，从而遇到了难题。鉴于这些事实，传统的热交换器隐含一个问题，即热交换流体只能在密封垫片能承受的压力范围内被利用。
最近提出的热交换器的结构中，金属薄板以规定间距放置，不用密封垫片而用焊接方法将其端部连接起来，使金属板组合成一个部件，结果在每块板相对两侧形成热交换流体的通道。日本专利公开号2003-194490，作为本发明人发明的一例，描述的热交换部件中，由金属薄板做成的热交换板互相平行排列，以便彼此分开，这些板除了一边外其周边焊接成一有孔的组合体，该孔被一端板关闭。
传统热交换器的结构见日本专利公开号H3-91695和2003-194490。按照日本专利公开号2003-194490所述结构的热交换器，即这种热交换器不采用垫片，板上也没有孔，用作流体进出口的孔形成在板的边缘，这样使其进出口比传统的有孔板的大。因此，热交换流体进入热交换器和从热交换器中排除的阻力明显降低。
但是这样的流体进出口并未形成在板的边缘的全长上而只形成在诸如板角那样一部分地方，这是由于相邻两板一起组合到热交换器中造成的。因此，热交换流体从进口进入后必须使其流动充分扩展到板的宽度上以增加流动的热交换流体与板的接触面积。
但若板的传热区是有恒定形式的凹凸不平，则这是为了强调传热能力而提供的凸台和凹座会对从进口进来的热交换流体带来阻力。因此实际上，热交换流体以阻力最小的最短路径流动，就好象流体从进口一侧直接流向出口一侧。所以热交换流体难以充分扩展在板的宽度上流动，因而产生了流体不能到达远离最短路径区域的问题，特别是流体不能到达沿横向远离进出口的边缘侧，而热交换流体不易到达板的整个传热面。因此不能保证在热交换流体和传热面之间作有效热交换所需的足够面积，从而导致难以改进板的两侧的两股热交换流体间的传热效率。
发明内容
为了解决上述问题而提出本发明的一个目的是提供一种热交换板，在其板的热交换流体进出口至少一个地方附近有子型式的凹凸不平，它的形成是为了加强热传递能力和流体的顺畅流动，以便使在板的相反两面上流动的热交换流体能扩展到板的每个角落，从而最大限度地提高热交换流体响应的传热能力。
为了达到上述目的，本发明第一方面的热交换板是由金属板做成，其上有规定型式的凹凸不平，该热交换板与其他具有相同结构的热交换板层层相叠，形成热交换器，在其中热交换流体与热交换板的相对的第一，第二表面接触而发生热交换，该热交换板包括(i)主传热区，其作为主要区域具有第一子型式凹凸不平，形成预定型式凹凸不平的一部分，及(ii)至少一个导流区，具有与第一子型式凹凸不平不同的第二子型式凹凸不平，形成预定型式凹凸不平的其余部分，所述导流区配置在板的边缘附近规定区域上的预定位置，所述边缘与和该热交换板相结合组成热交换器的另一板的边缘一起形成热交换流体的至少一个进出口；其中导流区的第二子型式凹凸不平包括形成在板的第一表面以一定排列状态排列的多个组合，和从与凸台突出方向相反方向下凹的多个凹座，所述每一凹座位于二个或多个凸台间的中间位置上；每一凸台包括平坦而有一定面积的顶部及具有锥面或曲面外周区域，所述凸台沿直线或曲线排列，使一个凸台被一固定间距设置的其它凸台包围；每一凹座包括平坦而有一定面积的底部及具有曲面的内周区域，该曲面与包围该凹座的各个凸台的外周区域连续相连，所述凹座沿与凸台分布线平行的直线或曲线排列；及在导流区上所述凸台与凹座所沿着排列的多个直线或曲线的至少有一个部分具有一端，该端位于板的边缘的所述规定位置，其形成所述的至少一个进出口，还具有不与该端重合并且位于所述导流区和主传热区的边界上的另一端。
根据本发明的第一方面，在板的边缘附近形成至少一个进出口的预定面积上的规定位置有导流区，在此导流区中进出口与主传热区之间的直线或曲线上排列着凸台和凹座。当这多个具有上述结构的板层层相叠，使形成在板的凹座背后的凸台或突起部分的顶部，与相邻的另一板的凹座背面形成的凸台或突起部分的顶部相接触并组合起来过程热交换器的组装件时，在相邻两板之间的导流区内形成了通道，该通道从进出口直接沿直线或曲线延伸到主传热区，此外也形成由几条线性通道简单组合构成的通道，当进出口与主传热区之间热交换流体的流动方向有变化时，这种通道的流体阻力最小。当热交换流体在板的导流区的通道内流动时，流体流畅地经导流区被均匀地流入主传热区或从出口迅速排出。特别是流体能均匀地从导流区侧流到边界侧再引导到主传热区，结果，热交换流体能传播到主传热区的每个角落，使板的几乎全部面积起传热元件的作用。因此能确保板与热交换流体之间完成有效的热交换并提供较高性能的热交换器。
在本发明热交换板的第二方面，采用的结构中板是正方形或矩形的；热交换流体的至少一个进出口形成在板的至少一条边的一部分或全部长度上；导流区的凸台和凹座沿与板的边缘平行或垂直的方向作线性排列。
根据本发明的第二方面，导流区的凸台与凹座的排列方向或垂直于正方形或矩形板的边。当多个板层层叠叠并组合起来形成热交换器的组装件时，两相邻板之间便形成沿纵向与横向的线性通道，凸台与凹座沿此方向排列并且相互垂直相交。当热交换流体的进出口设置在板的侧边上且沿与导流区及主传热区的排列方向垂直的方向流进和流出导流区时，进入进口边板之间间隙的热交换流体立即通过流体进口区的通道并转动90度，以致可到达主传热区。因此可使热交换流体均匀地从导流区流到主传热区的每个角落，包括远离进口的区域，这样，通道结构随流体进出的方向而改变。因此，传递流体能传播到板的每一角落，有利于板和流体之间的热传递，从而改进传热效率。
在本发明热交换板的第三方面，采用的结构中，凸台以预定的间距按矩阵分布与板的边缘平行或垂直互成直角的二个方向排列，而位于正方形面积四个角上的四个凸台形成的最小正方形面积的中心设一凹座，这样便形成与凸台的矩阵分布相同的矩阵结构；按矩阵分布以固定间距排列的凸台与凹座，在沿其排列方向板的剖面中凸台凹座呈现出正弦波；在板的第一表面上凸台和相邻另一凸台之间的中间区域，和第一表面上凹座与相邻另一凹座之间的中间区域，它们沿凸台突起方向上的高度是凸座底部与凸台顶部的中间高度。
根据本发明的第三方面，凸台和凹座以固定间距作矩阵分布，相邻两凸台之间的中间区域和相邻两凹座之间的中间区域为曲线形，因此，导流区沿凸台和凹座排列方向呈现的曲线结构上，其凹凸不平表现出有规定的周期变化。因此可控制热交换器组装件的板之间的压力损失，实现热交换流体的平稳流动和满意的热传递，从而改善传热效率。此外，沿规定方向上曲线形状平滑使作用于板上的力分散，从而提高强度，应对高压流体和改进的可成形性。此外，即便以海水作为一种热交换流体流入板间间隙，生物染色剂也不易附着在曲面上，从而可防止长期使用时性能下降。
在本发明热交换板的第四方面，在采用的结构中，热交换流体的至少一个进出口以孔的形式形成在板中，供至少一种热交换流体使用；导流区内凸台和凹座按曲线分布排列，此时凸台和凹座的排列线从孔的外侧边缘走向导流区和主传热区的边界，然后逐渐从与孔的外缘相垂直的方向弯向与导流区和主传热区边界的垂直方向。
根据本发明的第四方面，导流区内凸台与凹座顺着板的外形按曲线分布排列，板上的孔作为热交换流体的进出口，而排列曲线则从孔连到主传热区。当多个板层层叠叠并组合起来形成热交换器的组装件时，在板与板之间产生通道，此通道遵循凸台与凹座的分布连续地弯曲，使凸台与凹座彼此连同。当流体经孔流入或流出导流区时，通过进口侧的孔流进板之间间隙的热交换流体直接穿过导流区的曲线通道，以便达到主传热区。因此，使热交换流体能从导流区均匀流向主传热区的每个角落，包括远离进口区的区域，因此，通道形状随流体进出方向而改变。这样，热交换流体传播到板的每个角落，有利于板和流体间的热传递，从而提高传热效率。
在本发明热交换板的第五方面的情况下，在采用的结构中，板是正方形或矩形；热交换流体的至少一个进出口以孔的形式形成在板上，用于一种传热流，而另一种热交换流体的进出口形成在板的至少一条边的部分长度或全长上；导流区内至少一个凸台根据曲线分布设置同时设在板边规定位置与导流区与主传热区的边界的连线附近，作线性排列，在凸台的线性排列上没有凹座。
根据本发明的第五方面，热交换流体的进出口除了孔此外还形成在板的边缘的规定区域中，按曲线分布的至少一部分凸台在进出口与主传热区连接直接直线附近作线性排列。因此，在板的第二表面上凸台背后形成的相互凹座也作直线排列，以便在板的第二表面上形成流体主通道区。这样可使通过孔在板第一表面上流动的流体能在孔与主传热区之间作有效的流动，同时使沿板的第二表面流动但未通过孔的其它流体能在板边缘的进出口与主传热区之间批能够平稳地流动，以完成经过具有第一第二表面的板的二种间传热效率。
在本发明热交换板的第六方面，在采用的结构种，从板的第一表面突出的导流区第二子型式凹凸不平的凸台与从板第二表面突出的相同凸台形状相同，以便与板的第一表面上形成的凹座对应；导流区第二子型式凹凸不平的凹座从板的第一表面下凹，其形状合板的第二表面下凹的相对凹座相同，以便与板第一表面上形成的凸台对应，从而在板相对表面上有相同的子型式凹凸不平。
根据本发明第六方面，导流区在板的第一表面上有子型式的凹凸不平，在板的第二表面上有反向的子型式凹凸不平，因此，板的第一表面上的凸台与其第二表面上的凹座对应。因此，当多个的板层层叠叠且组合起来形成热交换器的组装件时，相邻的两对板之间的相邻间隙(该间隙摆阔由凸台与凹座限定的区域)根据板的第一和第二表面上形成的凸台-凹座关系具有相似的结构。因此可对通过板之间这些间隙的热交换流体在板的两侧表面给予相同的热传递环境。这样，流过板的流体之间能进行正常的热传递，而不受流体的流动状态及特性的影响，从而在热交换流体之间有效地热交换。
图1是根据本发明第一实施例所述热交换板的结构示意图；图2是透视图，示出根据本发明第一实施例所述组装成热交换器组件的热交换板之间的流体流动状态；图3是一示意图，示出根据本发明第一实施例所述热交换板的导流区表面上的流体的流动状态；图4是图1上A区和B区的放大图；图5是图4的V-V线的剖视图；图6是图4V1-V1线的剖视图；图7是一剖视图，示出根据本发明第一实施例所述热交换板之间的间隙；图8是一剖视图，示出根据本发明第一实施例所述热交换板之间形成的另一间隙；图9是根据本发明第二实施例所述热交换板的结构示意图；图10是一示意图，示出根据本发明第二实施例所述热交换板导流区两相对表面上流体的流动状态；图11是图10种E区的放大图；图12是图11的XII-XII线的剖视图；图13是图11的XIII-XIII线的剖视图；图14是根据本发明第三实施例所述热交换板的结构示意图；
图15是一示意图，示出根据本发明第三实施例所述热交换板的导流区两相对表面上流体的流动状态；图16是图15的XVI-XVI线的剖视图；图17是图15的XVII-XVII的剖视图；图18是图15的XVIII-XVIII线的剖视图；及图19是图15的XIX-XIX线的剖视图。
具体实施例方式现在参看图1-8详细说明本发明第一实施例。图1是根据本发明第一实施例所述热交换板的结构示意图；图2是透视图，示意说明根据本发明第一实施例所述组装成热交换器组件的两热交换板之间流体的流动状态；图3是示意图，示出根据本发明第一实施例所述热交换板的导流区表面上的流体的流动状态；图4是图1所示A区和B区的放大图；图5是沿图4V-V线的剖视图；图6是沿图4VI-VI线的剖视图；图7是剖视图，示出根据本发明第一实施例所述热交换板之间形成的间隙，及图8示剖视图，示出根据本发明第一实施例所述热交换板之间形成的另一间隙。
如上述诸图所示，根据本发明第一实施例所述的热交换板示由矩形金属板作成。热交换板在其用作热交换流体进出口的预定边缘附近几处有导流区10，其上有子型式的凹凸不平(即第二子型式的凹凸不平)，包括多个凸台11和凹座12。具有规定凸起形状的凸台11成形于板的上表面从而以矩阵分布为基础而等间距地对齐。凹座12成形于相邻凸台11之间的中间区，从而沿与凸台11突起方向相反的方向凹进。
导流区10分别置于矩形板一对短边附近的区域中，沿组装成热交换器组件时板的纵向遍布热交换流体的进出口，并沿其横向遍布板的边缘的全长。导流区10包括凸台11和凹座12，它们以固定的间距沿与板的边缘平行或垂直方向排列。
凸台11包括圆形平直的顶部11a和外周表面，外周表面是一轴对称的曲面，从顶部11a连续地伸向下部并加宽。凸台11按矩阵分布沿与边平行或垂直的二个方向以固定间距排列在板的表面上。
凹座12包括平坦圆形的底部12a和内周表面，内周表面是轴对称曲面，从凸台11的外轴表面连续延伸起来。凹座12形成在板的表面上，沿与凸台11突起方向相反的方向下凹。凹座12按矩阵分布以与凸台11相同的方式排列，使每一凹座12设置在四个凸台11围住的最小正方形面积的中央。
凸台11和凹座12以固定间距排列，结果在沿其排列方向的横截面上，凸台11的外周表面和凹座12的内周表面大体上是一正弦波。在相邻两凸台11之间的中央位置和相邻两凹座12之间的中央形成过渡性的弯曲区13，使凸台11和凹座12的曲面平滑相连。过渡性的弯曲区13相对于凸台11呈凹形，相对于凹座12呈凸形。过渡性弯曲区13的高度是凹座12的底部12a与凸台11的顶部11a之间居中高度。
凸台11的外周表面和凹座12的内周表面彼此直接平滑相连，最近的凸台11和最近的凹座12都通过过渡性的曲线性13连续性排列，这些凸台11和凹座12位于相邻的四个凸台11或相邻的四个凹座12围城的正方形的四个角上。因此，板上提供的凹凸不平的第二子型，其整个表面是平滑连续的曲面。所以，作用于板上的力可以分散，从而提高其限度，以应对流体高压并改善板的可成形性。
在这样的导流区10中，凹座12形成在板的另一表面(即下表面)上，且与凸台11有相同结构，而形成在板的表面上的凸台11与凹座12也有相同结构，因此在板的相对的二个表面上有相同的第二子型式的凹凸不平。
上述热交换板1搁置在具有同样结构的其他热交换板上，使它们以同一侧面互相面对，这样，导流区10中前一块板的凸台11的顶部11a与后一块板的凸台11的相应顶部11a接触，而主传热区16(它有第一子型式凹凸不平)上前一块板的凸台(未示)的顶部与后一块板的凸台的相应顶部接触，从而形成组装件，然后，这样构成的组装件与其它组装件以同样方式结合，形成有间隙，即通道的热交换器。热交换流体在这些通道中流动，从而使接触板的上表面的一流体与接触下表面的另一流体发生热交换。这些板以这样方法彼此结成整体，因此各凸台互相接触，从而提高了强度。因此，即便板之间作用着高压，热交换器也不易变形。板与板之间距离也不会发生变化，从而可应对热交换流体有巨大压差的情况。
在导流区10，板的凸台11的顶部11a与另一块板的凸台11的顶部11a接触，这样组合的板1的两相邻板之间形成的间隙14，这些板10的凸台11的相应外周表面，除去接触的顶部11a，相互面对并保持一定距离，高度小于过渡弯曲区13的对应凹座12也互相面对且保持一定距离。对应的凸台11外周表面之间形成的间隙与对应凹座12之间形成的间隙连通，形成了直的通道。这样的通道沿凸台11和凹座12排列方向，即横向与纵向作线性延伸，因此，它们彼此相交，互相连通，同时其截面积发生周期性变化(见图7和8)。
另一方面，在板的相反侧形成的间隙15中，同样型式的凹凸不平提供同样的结构，因此，在通道作线性延伸的同时，重复地扩大和缩小，而这样的通道与其它的通道相交，互相连通，因而板组成并以上述那种纵横交错的结构(见图7和8)。当用板组成并以上述方式组合的热交换器投入使用，使各块板的两对边之一保持水平或垂直时，主通道，即变动的对应凹座12与过渡弯曲区13形成的间隙也保持水平或垂直。板在下表面上形成的凹座有同样型式的凹凸不平。该板设有与上表面具有相反凹凸不平型式的下表面，使得该板上表面的凸台以同样凹凸不平的模式对应着该板下表面的凹座。将这些板的同一侧层层相叠，导致凸台与凹座的位置相差它们之间距离的一半。除了这一点外，板之间所有间隙的情况相同。
现在在下面讨论热交换器的运行，此热交换器由根据本发明实施例所述的热交换板1组成。假设热交换板1互相平行地层层相叠，组装成组件，在板的上下边的角上由孔与间隙14连通，另外孔与间隙15连通。各股热交换流体从作为进口的孔进入组件内，并从作为出口的孔排出，因此，热交换流体以逆流方式在主传热区16上板之间各自的间隙中交错流动。
如图2所示，相邻两热交换板1之间在板的上下侧的上面区和下面由间隙14。上面区的间隙14以相邻两热交换板1相对的上导流区10为边界，下面区以对置的下导流区10为边界。间隙14的上面区，其左侧为第一子区，右侧为第二子区(图2)。间隙14的下面区，其左侧也有第一子区，右侧有第二子区。
相邻两热交换板1之间的间隙15，其上下端分别为上面区和下面区，与间隙14相似。间隙14的上面区以相邻两热交换板1对置的上导流区10为边界，下面区以对置的下导流区为边界。间隙15的上面区，其图2的左侧有第一子区，右侧有第二子区。间隙15的下面区，其图2的左侧有第一子区，右侧有第二子区。
如图2所示，热交换流体横向流入，从上面区的第一子区流入间隙14，并在其中流动，见实线箭头。另一股热交换流体在与上述间隙14相邻的间隙15中流动，二股流体被热交换板1隔开，流体从间隙15的上面区的第二子区排除，如图2实线箭头所示。板之间的间隙14，15由凹台11和凹座12的结构确定，并与凸台11与凹座12排列的方向，即纵向与横向连续线性延伸，从而形成热交换流体在此通道区中流动的通道区，通道区与别的通道区相交，因此彼此连通。
在间隙14中流动的热交换流体从间隙14的下面区的第二子区向外排放，如图2实线箭头所示。另一股热交换流体沿横向从下面区第一子区进入间隙15并在其中流动，如图2实线箭头所示。
热交换流体首先从其进入动力在间隙14的上面区水平方向流动，随后垂直流入由主传热区16确定的区域(见图2及3)。更准确地说，热交换流体水平和垂直方向流动，平稳而均匀地到达主热交换板16的边缘，同时在通道的交叉处反复地合流与分流。由于热交换流体能均匀到达主传热区16的边缘，因而能顺畅地遍布热交换板1的二相对表面的每个角落。
另一方面，就热交换流体的排放而论，均布地水平流动的流体从主传热区16的边缘流入导流区10，先水平后垂直流向出口。更准确地说，热交换流体沿水平和垂直方向流动，平稳均匀地到达出口孔，同时在通道交叉处反复地合流与分流。因而能接收来自主传热区16的边缘的热交换流体，然后使其流畅地流动，从而避免主传热区16内由于热交换流体阻塞引起流体布均匀流动的不良影响。
在不同的间隙15中，通道，主要沿及形成在凸台11背后的凹座12，及过渡弯曲区13和间隙14一样沿垂直和水平方向延伸。但与间隙14进口相当的一部分间隙15用做出口，与间隙14出口相当的一部分间隙用作进口。间隙15中的另一热交换流体，其流动特性与间隙14中的热交换流体相似。更准确地说，另一热交换流体在进口侧的导流区10中水平方向流动，然后垂直运动，流畅均匀地到达主传热区16的边缘。该另一热交换流体从主传热区16的边缘经过导流区10内出口侧垂直和水平的通道流到出口，并向外排放。
因此可对导流区10内二种热交换流体控制其在通道内的压力损失，使二种流体通过间隙14，15流向主传热区1。，所以，这二种热交换流体能传送到主传热区16的每个角落，有利于板与流体之间的传热，从而提高其传热效率。此外，当二种热交换流体在各自间隙14，15中流动时，导流区10和热交换流体之间的热传递也在进行，间隙14，15在导流部分10之间延伸且其形状之间的热传递也在进行，间隙14，15在导流部分10之间延伸且形状由子型式凹凸不平决定。因此，流体间的热交换可以实现，而板的总体传热性能可通过导流区10的热交换得到改进。
根据本发明第一实施例所述的热交换板1，其在板1边缘附近形成热交换流体进出口的规定面积上的规定位置有导流区10，凸台11和凹座12在该导流区10内沿进出口与主传热区16之间的直线排列。当多个具有上述结构的板层层相叠并组合起来形成热交换器的组装件时，便在板之间的间隙14，15中与导流区10相接触的区段形成一条从进出口直接线性伸到主传热区16的通道，并形成一条由一些线性通道简单组合形成的通道，它在进出口与主传热区16之间热交换流体的流向发生改变时具有最小的阻力。当热交换流体在板的导流区10内通道中流动时，流体顺畅地通过导流区10，均匀进入主传热区16或从出口迅速排出。特别是当热交换流体流到主传热区16时，进入板之间间隙的流体在导流区10的通道内沿水平方向作线性流动，转过90度作垂直流动，到达主传热区16。因此可使热交换流体从导流区10均匀流到主传热区16的每一角落，包括远离进口的区域，因此热交换流体传送到主传热区16的每一角落，使板的几乎所有面积起有效传热元件的作用。因而能确保板与热交换流体之间由恰当的热传递，提供高的热交换量，从而在二种热交换流体之间发生有效的热交换并提高较高功效的热交换器。
现在参看图9-13详细说明本说明的第二实施例。图9是根据本发明第二实施例所述热交换板的结构示意图，图10是一示意图，示出根据本发明第二实施例所述热交换板的导流区两相对表面上流体的流动状态；图11是图10中E区的放大区；图12是沿图11XII-XII线的剖视图；及图13是沿图11的XIII-XIII线的剖视图。
根据本发明第二实施例所述的热交换板2与本发明第一实施例的相同之处在于，板都是由矩形金属板做成，板上导流区20由子型式的凹凸不平(即第二子型式凹凸不平)，这包括多个凹台21和凹座22。板2与本发明第一实施例的不同之处在于，板2的上端和下端中规定的相对二区用作热交换器组装件在运行时的进出口，而凹台和凹座22根据进出口方位排列在倾斜直线上。
导流区20形成在传板2各自的短边附近，其纵向长度相当于热交换器中的板的组装件中传热体的进出口，其横向长度遍布板的整个短边。凸台21于凹座22沿直线排列，该直线从进出口直接伸向主传热区26的边缘，其方向与矩形板各条边倾斜。
凸台21与本发明第一实施例的凸台11相同之处在于，凸台21包括圆形平台区形式的顶部21a和外周表面，此外周表面是曲面且从顶部21a伸向下边并向下加宽。但本发明第二实施例的凸台1与第一实施例凸台不同之处在于，凸台21排列在板表面的几条直线上，这些直线有规定间距，且与板的边缘倾斜。
凹座22包括底部22a和内周表面，内周表面是一曲面，由周围的凸台21的外周表面连续延伸形成。凹座22形成在板的表面，沿与凹台21突起的反方向下凹。凹座12沿与板的表远倾斜的直线排列，其排列方式与上述凹台21的相同，因此，各凹座22位于四个凸台21形成的最小平行四边形的中央。
凸台21和凹座22以固定间距排列，因此，在凸台21和凹座22的排列方向的剖面上，凸台21的外周表面和凹座22的内周表面形成基本上为正弦波形。在相邻的两凸台21之间和相邻两凹座22之间的中央形成过渡的弯曲区23，使凸台21与凹座22的曲面平滑相连。板上由第二子型式凹凸不平，导流区20上整个表面是平滑连续的曲面，包括凸台21和凹座22中间的区域，其方式与本发明第一实施例同。因此可使板上作用力分散，提高了强度，从而应对流体的高压，改善板的可成形性。
在这一导流区20中，凹座22在板的另一表面(即下表面)上有一与凸台21相同的结构，凸台21在板的表面有与凹座22同样的结构，因而在板的二相对表面上具有相同的第二子型式的凹凸不平。
将上述热交换板2放置在具有相同结构的另一热交换板上，使它们用同一侧相互面对，导流区20前一块的凸台1的顶部21a与后一块板凸台21的对应顶部21a接触，而在主传热区26内，前一块板(形成第一子型式凹凸不平)的凸台(未示)的顶部，与后一块板凸台的对应顶部接触，然后将这样形成的组装件以本发明第一实施例相同方法与另一组装件结合，形成具有间隙，即通道的热交换器。在导流区20内，由于这样组合的板2的相邻两板之间形成间隙24，这些板2的凸台21的顶部21a与另一板的凸台21的顶部21a接触，这些板2的凸台21的相应外周表面21，除了接触的顶部21a以外，互相面对且中间保持一定距离，这些板2的相应过渡弯曲区23也互相面对且中间保持一定距离。对应的凸台22的外周表面之间形成的间隙，与对应凹座22之间形成的间隙连通，从而形成斜向的直通道。相邻通道排列成彼此相交，因而互相连通。(见图12，13)。
另一方面，在板的相反侧形成的间隙25中，相同型式的凹凸不平提供相同的结构，因此，通道在作线性延伸的同时，重复地扩大和缩小，这样的通道与其他通道交错以致互相连通，从而提供一种和上述相同的纵横交错的通道结构(见图12，13)。当以上述方式组合的板所组成的热交换器使用时将每一板的两边之一保持水平或垂直时，主通道，即由振荡的相应凹座22与过渡弯曲区23形成的间隙，也保持水平或垂直。板在其下表面有与上表面倒置型式的凹凸不平，因此基于凹凸不平的型式相同，板上表面上的凸台与板下表面上的凹座一致。这些板以通以侧层层相叠，导致凸台与凹座的位置相差他们之间距离的一半。除此之外，板之间各条间隙保持相同状况。
现在说明热交换器的运行，热交换器由根据本发明实施例所述热交换板2组成。假设在板的上端横边与侧向纵边包围的上面区域和下端横边与侧向纵边包围的下面区域上有热交换板1平行叠置组成的组装件，有孔与间隙24连通，还有其它孔与间隙25相通。热交换流体分别从流体供应区61，71沿斜面通过用作进口的孔进入组装件并用作出口的其它孔排除到流体回收区62，72，因此，热交换流体以逆流方式在板之间各自的间隙中交错流动。
在热交换板2的上面导流区20中，在上端横边和侧向纵边包围的上面区域中，流出一种热交换流体，该流体沿斜向流入形成在板的一侧上的间隙24中并在其中流动。另一种热交换流体在另一间隙25中流动，间隙25位于热交换板2上相对上述间隙24的相反侧，流体自与上述上面区域相反设置的上面区域向外排放。两板之间由凸台21和凹座22的结构确定的间隙24，25沿斜向，即凸台21和凹座22的排列方向作连续线性延伸，热交换流体在其中流动的通道与其它通道相交，因而互相连通。
另一方面，在下导流区20中，已流入间隙24的热交换流体从下面区域向外排出，该下面区域位于上述进入位置相反的位置上。另一热交换流体从进口斜向进入另一间隙25并在其中流动，进口位于上述出口相反的位置。
热交换流体在上面区域的间隙24中在其引进力作用下首先沿斜向流入导流区20，然后主要沿初始方向流动，与此同时在通道的交接处重复地分流和合流，以便平稳均匀地到达主传热区26的边缘(见图10实线箭头)。热交换流体能均匀达到主传热区26的边缘，因此可使热交换流体流到热交换板2的主传热区26两相反表面上每一区域。
另一方面，就热交换流体的排放而沿，均匀地作水平流动的这种流体从主传热区26的边缘进入导流区20，并沿由凸台21和凹座22确定的通道作斜向流动，而后到达出口，与此同时在各通道交界处重复地合流与分流。更具体地说，热交换流体沿斜向流动，顺畅地到达用作出口的孔。因此可均匀接纳来自主传热区26的边缘的热交换流体，然后使其平滑流动，从而避免由于热交换流体阻塞而在主传热区26中发生流体不规则流动的不良效应。
在不同的间隙25中，通道，主要包括形成在图台21背后的凹座22，与过渡弯曲区23以与间隙24相同方式沿垂直和水平方向延伸。但与间隙24的进口相当的一部分间隙25用作出口，与间隙24的出口相当的一部分间隙25用作进口。间隙25中的另一热交换流体与间隙24中的热交换流体有相似的流动特性。更具体地说，另一导流流体在导流区20进口侧沿斜向流动，顺畅而均匀地到达主传热区26的边缘。另一热交换流体从主传热区26的边缘沿导流区20中的斜向通向出口侧流到出口，并向外排出(见图10虚线箭头)。
因此可使各热交换流体通过导流区20中的间隙24，25流向主传热区26。这样，二种热交换流体能传送到主传热区26的每个角落，有利于板与流体间的热交换，从而和本发明第一实施例一样，改进传热效率，此外，通过导流区20热交换能改善板的总体传热性能。
根据本发明第二实施例所述的热交换板，其凸台21和凹座22在进出口与主传热区26之间沿斜向作线性排列。当多个具有上述结构的板层层叠置，并组合起来形成热交换器的组装件时，在板之间便形成通道，此通道从进出口沿直线伸向主传热区26。当热交换流体在板的导流区内的通道种流动时，流体沿斜向顺畅第通过导流体20，从而均匀流入主传热区26并从出口便迅速排出。特别是当热交换流体流向主传热区26时，热交换流体从导流区20的侧边均匀流进主传热区26的边界。因此，热交换流体能均匀流到主传热区26的每个角落，使板的几乎全部面积能用作有效传热构件。因此可确保板与热交换流体间有恰当的传热，提高热交换量，从而在热交换流体之间完成有效热交换并提供较高性能的热交换器。
现在参看图14-19详细说明本发明第二实施例。图14是根据本发明第三实施例所述热交换板的结构示意图；图15是根据本发明第三实施例所述热交换板的导流区两相对表面上流体流态的示意图；图16是沿图15的XVI-XVI线剖开的剖视图；图17是沿图15的XVII-XVII线剖开的剖视图；图18是沿图15的XVIII-XVIII线剖开的剖视图；及图19是沿图15的XIX-XIX线剖开的剖视图。
根据本发明第三实施例所述的热交换板3与本发明第一实施例的相同之处在于板是由矩形金属板构成且其导流区30都具有子型式的凹凸不平(即第二子型式凹凸不平)，它包括多个凸台31和凹座32。板3与本发明第一实施例的不同之处在于，在板的相对二侧面上有沿纵向的孔50，孔50的周围是导流区30，导流区30中的凸台31和凹座32沿从孔50周边到主传热区37的边缘的曲线排列。
沿纵向形成在矩形热交换板3相对二侧即二短边上的上述导流区30，是一块沿热交换板3的纵向延伸一定距离的面积，其长度大于孔50的长度，其在板的横向上的长度遍及板的整个横向尺寸。凸台31与凹座32形成在导流区30相对二侧，在它们之间有孔50，且其位置与孔50的中心对称分布。凸台31和凹座32沿从孔50伸到主传热区37的边缘曲线排列。
凸台31与本发明第一实施例凸台相同之处在于，凸台31的顶部31a为一圆形平坦形，其外周表面是一从顶部31a连续伸向下边并加宽的曲面。但本发明第三实施例的凸台31与本发明第一实施例的凸台11的不同之处在于，它沿从孔50的边缘向主热交换板37边缘伸的曲线排列，不同之处在与于，且互相隔开。
在导流区30上凸台31排列的曲线上的若干位置上有凹座32，它包括底部32a和内周表面，内周表面是从周围凸台31的外周表面连续延伸的曲面。凹座32形成在板的表面并从与凸台31突出方向的反方向下凹。凹座32和上述凸台31的布置一样，沿从孔50的边缘伸向主热交换板37的边缘的曲线排列，但凹座32与凸台31的凹凸型式不同。
凸台31与凹座32对齐排列以致各有连续的横截面。在两相邻的凸台31的中间位置和两相邻凹座的32的中间位置都有过渡弯曲区33，34，以使凸台31和凹座32的弯曲表面平滑地连接。用于连接两相邻凸台31的过渡弯曲区33的形状与相邻两凹座32的过渡弯曲区34不同。板上有第二子型式的凹凸不平，板的导流区30的整个表面包括凸台31和凹座32之间的区域，是平滑连续的曲面。因此，可使作用于板上的力分散，提高其强度，从而应对流体的高压并改善板的可成型性。
在这一导流区30中，凹座32形成在板的另一表面(即下表面)上，其结构于凸台31相同，在另一表面上形成凸台35，凸台31形成在板的表面上，其结构与凹座32相同，它的另一表面形成凹座36。但排列的凸台31与凹座32它们的凹凸不平彼此不一样，且在板的相对两表面上有反向关系，以便在板的两相对表面上不会有本发明第一，二实施例有同样的第二子型式凹凸不平。
将上述热交换板3放置在具有同样结构的另一热交换板上，使它们以同一表面互相面对，以致前一块板导流区30中凸台31的顶部31a与后一块板凸台31的相应顶部31a接触，而有第一子型式凹凸不平的一块板的相应顶部接触，以致形成组装件，然后将这样形成的组装件与其它组装件以与本发明第一实施例相同方法组合形成具有间隙，即通道的热交换器。由于板的凸台31的顶部31a与另以板的凸台31的顶部31a接触，形成的组装板3的相邻两板之间形成了间隙38，因此在导流区30中，这些板3的凸台31的对应外周表面，除了彼此接触的顶部31a外，彼此保持一定距离，这些板3的对应的过渡弯曲区33互相面对并保持一定距离，高度低于过渡弯曲区33的对应凹度32互相面对并保持一定距离，对应的凸台32外周表面之间形成的间隙与对应的凹座32之间形成的间隙连通，所形成的弯曲通道沿凸台31和凹座32排列的曲线延伸。相邻通道互相交叉，因此彼此连通(见图16-19)。
在被板分开的相邻间隙39中，导流区30内的凸台35和凹座36它们在板的两侧面上没有相同的第二子型式凹凸不平。因此，形成在凸台35和凹座的外周之间，及过渡弯曲区34之间互相连通的通道，包括间隙在内，与间隙38中形成的通道很不相同。在形成上述间隙39的其他板上，凹座36和过渡弯曲区34沿垂直或斜线方向排列，因而沿垂直方向或沿相互之间有小夹角方向通道作线性延伸。
现在给出热交换器运行的详细说明，热交换器由根据本发明所述热交换板3组成。假设在由热交换板3平行叠放组成的组装件中，板上有孔50用作一种热交换流体进入间隙38的进口，另一孔50用作上述热交换流体的排出口。此外，另有孔形成在组装件上下端，以便与间隙39连通。另一种热交换流体从进口孔垂直进入而热交换流体从出口排出，这样，热交换流体根据逆流系统在各自的板间间隙中交错流动。
在热交换板3的上导流区30中，一种热交换流体从孔50进入导流区30并在其中流动。另一种在另一间隙39种流动的热交换流体从组装件上端排出，相对与上述间隙38，间隙39位于热交换板3的相反侧。在间隙38中，凸台31和凹座32沿曲线排列，形成多个条通道，有一种热交换流体在其中流动。在间隙39中，有多个垂直或倾斜方向互相交叉通道，根据凸台35和凹座36的排列，间隙39中有其它热交换流体流动。
另一方面，在下导流区30，间隙38中流动的热交换流体从另一孔50向外排出。另一种热交换流体从进口垂直进入其它间隙39，并在其中流动，进口位于上述出口相反位置。
热交换流体首先以其引进力从间隙38中的孔50传播到导流区30，其中一部分流体直接流向孔50下方的主传热区37，其余的大部分流体沿凸台31与凹座32的排列曲线运动，并进入孔50，与此同时在通道交汇处重复地分流与合流，以平滑和均匀地到达主传热区37的边缘(见图15实线箭头)。以此方式，该热交换流体可以均匀地到达主传热区37的边缘，使得热交换流体流到热交换板3的主传热区的相反表面的各个区域。
另一方面，关于热交换流体的排放，这些均量分布水平流动的流体从主传热区37的边缘行进到导流区30的流体，并且陔流体的一部分直接流入孔50，该孔50位于主传热区的下方，其余的部分沿着凸台31和凹座32对齐的曲线进入孔50，同时在通道的交汇处重复进行分流和合流。更具体地说，热交换流体在弯曲通道内流动并平稳地到达出口孔50。因此可均匀接纳来自传热区37边缘的热交换流体然后使其顺畅流动，从而避免因热交换流体阻塞引起流体在主传热区37中不规则流动的不良效应。
在不同的间隙39中，主要包括凸台31背后的凹座32及过渡弯曲区33的通道垂直延伸，或沿小夹角方向延伸。因此，和本发明第一，二实施例的方式一样，间隙38的进出侧用作间隙39的出口侧，而间隙38的出口侧用作间隙39的进口侧。间隙39中的另一热交换流体在通道中流动并顺畅均匀到达主传热区37的边缘，所述通道垂直延伸或沿与导流区30进口侧边缘称小的夹角的方向延伸。其它热交换流体从主传热区37的边缘通过垂直或与导流区30出口侧有一小夹角的方向延伸的通道，流到出口，并向外排放(见图15虚线箭头)。
因此，可使各种热交换流体能通过导流区30中的通道38，39流向主传热区37。因此，两种传热区能传送到主传热区37的每个角落，有利于板与流体间的传热，从而和本发明第一实施例同样方法改进传热效率。此外，在导流区30的传热能改进板的总体热性能。
根据本发明第三实施例所述的热交换板，导流区30中的凸台31和凹座32沿曲线排列，这些曲线根据板的结构从孔50伸向主传热区37，板上的孔50用作热交换流体的进口和出口。当这些有上述结构的板层层相叠起来形成热交换器的组装件时，板之间的间隙38，39中形成沿曲线延伸并互相连通的通道，凸台31和凹座32排列在此曲线上。当特地从进口侧的孔50进入板之间间隙的热交换流体通过孔50进入板的导流区中的通道并排出时，流体能直接通过导流区30中的弯曲通道进入住传热区37，从而可使传热区从导流区的端部均匀流入主传热区37的每个角落，包括从导流区30侧远离孔50的主传热区37。因而能确保板与热交换流体间有恰当的传热，从而提供较高性能的热交换器。在板的边缘规定区域有另一热交换流体的进出口，至少部分以曲线分布为基础的凸台31进出口与主传热区37连接直线的附近提供线性分布。因此，在板的第二表面上，形成在凸台31背后的对应凹座36在板的第二表面呈线性排列。因此提供流体与主传热区37之间适当的流动，同时使沿板第二表面流动的其它流体能顺畅地在板边进出口与主传热区37之间流动，以便在通过板第一，二表面的热交换流体之间传热，从而改进流体之间传热性能。
根据本发明第三实施例所述的热交换板，其结构中的凸台31和凹座32由于用作热交换流体进出口的孔50的位置沿直线排列。本发明不局限于这一实施例，即便热交换流体的进出口以孔的形成出现，凸台31和凹座32也可作线性排列。此外，即便热交换流体进出口形成在板边附近，凸台31和凹座32也能沿曲线排列。选用合适的结构来改进热交换流体进出口与主传热区之间位置关系，以便提供最佳的传动流体流态。
在根据上述第一至第三实施例所述的热交换板中，除了按热交换流体进出口及主传热区的位置与特征提供导流区外，可应用任何希望采用的构造特点。本发明热交换板可在其周边及在要求位置上形成的孔有理想的形状，以便能用作热交换器的热交换板，在所述热交换器中，多个板直接将板的周边用焊接或钎焊方法连接，或用扩散黏结法将板在连接部分，包括凸台顶部连接起来；如为板式热交换器，这时各板层层相叠，中间放置密封垫片，再通过压制法施力于其上形成组装件。
权利要求
1.一种热交换板，由金属板做成，其上有规定型式的凹凸不平，该热交换板与其他具有相同结构的热交换板层层相叠，形成热交换器，在其中热交换流体与热交换板的相对的第一，第二表面接触而发生热交换，该热交换板包括(i)主传热区，其作为主要区域具有第一子型式凹凸不平，形成预定型式凹凸不平的一部分，及(ii)至少一个导流区，具有与第一子型式凹凸不平不同的第二子型式凹凸不平，形成预定型式凹凸不平的其余部分，所述导流区配置在板的边缘附近规定区域上的预定位置，所述边缘与和该热交换板相结合组成热交换器的另一板的边缘一起形成热交换流体的至少一个进出口；其中导流区的第二子型式凹凸不平包括形成在板的第一表面以一定排列状态排列的多个组合，和从与凸台突出方向相反方向下凹的多个凹座，所述每一凹座位于二个或多个凸台间的中间位置上；每一凸台包括平坦而有一定面积的顶部及具有锥面或曲面外周区域，所述凸台沿直线或曲线排列，使一个凸台被一固定间距设置的其它凸台包围；每一凹座包括平坦而有一定面积的底部及具有曲面的内周区域，该曲面与包围该凹座的各个凸台的外周区域连续相连，所述凹座沿与凸台分布线平行的直线或曲线排列；及在导流区上所述凸台与凹座所沿着排列的多个直线或曲线的至少有一个部分具有一端，该端位于板的边缘的所述规定位置，其形成所述的至少一个进出口，还具有不与该端重合并且位于所述导流区和主传热区的边界上的另一端。
2.如权利要求1所述的热交换板，其中所述板是正方形或矩形的；所述热交换流体的至少一个进出口形成在板的至少一条边的一部分或全长上；所述导流区的凸台和凹座沿与板的边缘平行或垂直方向作线性排列。
3.如权利要求2所述的热交换板，其中所述凸台根据矩阵分布沿于板的边缘平行或垂直且互相成直角的两个方向从一定间距排列，所述凹座位于正方形面积四个角上的四个凸台所包围的最小正方形面积的中央，以便提供与凸台的矩阵分布类似的矩阵排列；所述凸台与凹座以一定间距作矩阵分布时沿此凸台与凹座的排列方向剖开的板的横截面中，所述凸台与凹座呈现正弦波；及板的第一表面上凸台和另一相邻凸台间的中间区，和第一表面上凹座与另一相邻凹座间的中间区，它们沿凸台突出方向的高度是所述凹座底部与凸台顶部高度的中间值。
4.如权利要求1所述的热交换板，其中热交换流体的所述至少一个进出口以板中孔的形式提供给至少一种热交换流体用；及导流区内所述凸台和凹座按曲线分布排列，在此曲线排列中，凸台和凹座的排列线从所述孔的外缘指向导流区与主传热区边界，然后逐渐从与孔外缘垂直方向向与导流区和主传热区边界相垂直的方向弯曲。
5.如权利要求4所述的热交换板，其中所述板是正方形或矩形；热交换流体的至少一个进出口以板上孔的形式提供给一种热交换流体，且在板的至少一条边的部分或全部长度上提供给另一种热交换流体；及导流区内至少部分凸台按所述曲线分布设置，并同时位于一线的附近，该线将板的边缘的预定位置与所述导流区和所述主传热区的边界相连，从而作直线排列，而在凸台线性排列线上无凹座。
6.根据权利要求1-5任一项所述的热交换板，其中从板的第一表面凸出的、导流区第二子型式凹凸不平的凸台，其形状与从板的第二表面凸出的相应凸台相同，以便与板的第一表面上形成的凹座对应；导流区第二子型式凹凸不平的凹座从板第一表面下凹，且其形状与板的第二表面下凹的相应凹座相同，以便与板的第一表面上形成的凸台对应，从而在板的两相对表面上提供相同的子型式凹凸不平。
全文摘要
热交换板有主热交换板区和导流区，导流区具有第一和第二子型式的凹凸不平。第二子型式凹凸不平包括凸台和凹座。凸台和凹座排列的直线或曲线，其至少一部分的端部位于板的边缘的预定位置，它成为至少一个进出口，而另一端口位于导流区与主传热区边界上。
文档编号F28F13/00GK1979078SQ20061016561
公开日2007年6月13日 申请日期2006年12月8日 优先权日2005年12月9日
发明者松崎豊明 申请人:株式会社聚源