换热器板和包括这种换热器板的板式换热器的制造方法
【专利摘要】本文提供换热器板和包括这种换热器板的板式换热器。换热器板具有竖直中心轴线，其将换热器板分成左半部和右半部。另外，其具有水平中心轴线，水平中心轴线将换热器板分成上半部和下半部。而且，其具有端口孔，端口孔具有与可适于放到端口孔内的最大虚构圆的中心点重合的参考点。端口孔布置于左半部和上半部内。端口孔具有由虚构平面几何图形的多个角点和连接所述角点的相同数目的完全弯曲的线所限定的形式。
【专利说明】换热器板和包括这种换热器板的板式换热器
【技术领域】
[0001]本发明涉及换热器板。本发明还涉及包括这种换热器板的板式换热器。
[0002]【背景技术】
[0003]板式换热器通常包括两个端板，在端板之间以对准方式布置多个传热板。在一种公知的PHE类型，所谓的带垫片的板式换热器中，垫片布置于传热板之间。端板和因此传热板压向彼此，其中垫片在传热板之间密封。垫片限定在传热板之间的并行流动通道，初始不同温度的两种流体可交替地通过该通道流动以从一种流体向另一种流体传热。
[0004]流体分别通过入口端口和出口端口进出通道，入口端口和出口端口穿过板式换热器延伸且由在传热板中的相应对准的端口孔形成。入口端口和出口端口分别与板式换热器的入口和出口连通。需要类似于泵的设备来进给两种流体通过板式换热器。入口端口和出口端口越小，在PHE内的流体的压降就变得越大且需要更大功率且因此昂贵的设备来进行PHE的适当操作。自然地，入口端口和出口端口的直径可被制成更大以便减小流体的压降且允许使用更小功率的设备。但是，扩大入口端口和出口端口的直径意味着增加在传热板中的端口孔的直径。因而，这可导致传热板的珍贵的传热表面必须牺牲，这通常与板式换热器的降低的传热效率相关联。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种换热器板，其与相对较低的压降相关联且因此可结合也具有相对较低功率的外围设备使用。本发明的基本构思在于提供一种换热器板，其具有至少一个非圆形的端口孔，而不是常规的圆形端口孔。端口孔可适于特定换热器板的设计，且可通过牺牲不显著有助于换热器板的传热性能的表面来扩大端口孔区域。本发明的另一目的在于提供一种包括这种换热器板的板式换热器。用于实现上述目的的换热器板和板式换热器在所附权利要求中限定且在下文中讨论。
[0006]根据本发明的换热器板具有:竖直中心轴线，其将换热器板分成分别由第一长边和第二长边界定的左半部和右半部；以及水平中心轴线，其将所述换热器板分成分别由第一短边和第二短边界定的上半部和下半部。另外，换热器板具有端口孔，其具有与可适于放到端口孔内的最大虚构圆的中心点重合的参考点。端口孔布置于换热器板的左半部和上半部内。换热器板的特征在于端口孔具有由:虚构平面几何图形的多个角点，其中至少一个角点从圆弧移位；以及连接这些角点的相同数目的完全弯曲的线所限定的形式。这些角点中的第一角点布置为最靠近在第一短边与第一长边之间的过渡部且在距参考点的第一距离处。角点中的第二角点被布置成沿顺时针方向最靠近第一角点且在距参考点第二距离处。另外，这些角点中的第三个被布置成沿逆时针方向最靠近第一角点且在距参考点第三距离处。
[0007]如本文所用的用语“换热器板”意味着包括板式换热器的端板和传热板，即使在本文中的重点是传热板的情况下。
[0008]平面几何图形可具有许多不同的类型，例如三角形、四边形、五边形等。因此，角点或端点和因此的曲线的数量可从二到更高不等。
[0009]完全弯曲的线意味着并不具有直的部分的线。因此，端口孔将具有无任何直部的轮廓。这是有益的，因为这将导致在端口孔周围相对较低的弯曲应力。通过端口孔流动的流体力图使得端口孔弯曲为圆形的形式。因此如果端口孔具有直部分，其将导致在换热器板中的相对较高的弯曲应力。
[0010]曲线中的每一个连接这些角点中的两个。
[0011]由于角点中的至少一个从虚构圆弧移位，所以端口孔将为非圆形。
[0012]第二角点和第三角点分别沿顺时针方向和逆时针方向最靠近第一角点的特征表达沿着端口孔轮廓的第一角点、第二角点和第三角点的相对定位。
[0013]关于在参考点与第一角点、第二角点和第三角点之间的第一距离、第二距离和第三距离，其分别为在视图中的最短距离。
[0014]根据本发明的换热器板的一个实施例，角点和曲线的数量等于三。就此而言，相对应的平面几何图形可为三角形。此实施例适合于许多常规的换热器板，其具有基本上矩形的形状且端口孔布置于换热器板的拐角处。
[0015]曲线可为凹入的或者向外凸出，如从端口孔的参考点所观察地。这种设计允许与相对较低的压降相关联的相对较大的端口孔面积。
[0016]换热器板可使得第一角点、第二角点和第三角点分别布置于从端口孔的参考点延伸的第一虚构直线、第二虚构直线和第三虚构直线上。在第一虚构直线与第二虚构直线之间的第一角度基本上等于在第三虚构直线与第一虚构直线之间的第三角度。另外，换热器板可使得在第二角点与参考点之间的第二距离等于在第三角点与参考点之间的第三距离。这种设计允许对称的端口孔，其中对称轴线平行于第一虚构直线。对称端口孔可便于制造换热器板。
[0017]根据本发明，在第一角点与参考点之间的第一距离可小于在第二角点与参考点之间的第二距离和/或在第三角点与参考点之间的第三距离。由此，端口孔的形状可适于换热器板的其余部分的设计。更特定而言，取决于换热器板的设计，相比于使第一角点移位，可存在更多的空间用于使第二角点和第三角点移位以增加端口孔面积。
[0018]换热器板的端口孔可使得连接第一角点与第二角点的曲线的第一曲线和连接第三角点与第一角点的曲线的第三曲线相似但相对于彼此镜像对称。这种均匀曲线允许对称的端口孔，其中对称轴线平行于第一虚构直线。如上文所述，对称端口孔可便于制造换热器板。
[0019]最终，换热器的上半部可包括具备第二波纹模式的第二区域和具备第三波纹模式的第三区域。第二区域和第三区域沿着换热器板的竖直中心轴线连续布置，且第二区域更靠近第一短边且第二区域沿着第二边界线邻接第三区域。第二波纹模式与第三波纹模式彼此不同。另外，第四虚构直线从参考点延伸穿过角点之一且到最靠近第一长边布置的第二边界线的端点。这种设计适合于许多常规的换热器板，因为其允许以使得对换热器板的传热能力影响最小的方式扩大端口孔。这将参看附图在详细描述部分中说明。
[0020]根据本发明的板式换热器包括如上文所述的换热器板。
[0021]通过下文的详细描述以及通过附图，本发明的另外的目的、特征、方面和优点将会显现。【专利附图】
【附图说明】
[0022]现将更详细地参考所附示意图来描述本发明，在附图中:
[0023]图1为板式换热器的正视图，
[0024]图2为图1的板式换热器的侧视图，
[0025]图3为传热板的平面图；以及
[0026]图4为图3的传热板的一部分的示意图。
【具体实施方式】
[0027]参看图1和图2，示出了带垫片的板式换热器2。其包括换热器板，换热器板呈第一端板4、第二端板6和分别布置于第一端板4与第二端板6之间的多个传热板的形式。传热板有两种不同的类型。但是，本发明有关的传热板部分在所有传热板上相似。因此，在两种传热板类型之间的差异将不在本文中进一步讨论。标识为8的传热板中的一个在图3中更详细地示出。不同类型的传热板交替地布置于板组件9中，其中一个传热板的前侧(在图3中示出)朝向相邻传热板的后侧。每隔一个传热板相对于参考方位(在图3中示出)绕图3的图平面的法向旋转180度。
[0028]传热板由垫片(未图示)彼此分开。传热板与垫片一起形成平行的通道，平行的通道被布置成接收两种流体，用于从一种流体向另一种流体传热。为此目的，第一流体被布置成沿每隔一个通道流动且第二流体被布置成沿其余通道流动。第一流体分别通过入口 10和出口 12进出板式换热器2。类似地，第二流体分别通过入口 14和出口 16进出板式换热器2。为了使通道防漏，传热板必须彼此压靠，由此垫片密封在传热板之间。为此目的，板式换热器2包括多个拧紧的装置18，其被布置成分别将第一端板4和第二端板6压到彼此。
[0029]现将参看图3和图4对传热板8进一步展开描述。传热板8为基本上矩形的不锈钢板材。其具有平行于图3和图4的图平面、平行于传热板8的竖直中心轴线y且平行于水平中心轴线X的中心延伸平面c-c (参看图2)。竖直中心轴线y将传热板8分成第一半部20和第二半部22，第一半部20和第二半部22分别具有第一长边24和第二长边26。水平中心轴线X将传热板8分成上半部28和下半部30，上半部28和下半部30分别具有第一短边32和第二短边34。传热板8的上半部28包括分别连接到板式换热器2的入口 10和出口 16的用于第一流体的入口端口孔36和用于第二流体的出口端口孔38。类似地，传热板8的下半部30包括分别连接到板式换热器2的入口 14和出口 12的用于第二流体的入口端口孔42和用于第一流体的出口端口孔44。在下文中，将仅描述板式换热器2的上半部28，因为就本发明所涉及的传热板部分而言，上半部和下半部的结构相同但镜像对称。
[0030]上半部28的入口端口孔36和出口端口孔38分别布置于第一半部20和第二半部22内。另外，它们相似但镜像对称，这就是在下文中将仅描述它们中的一个，入口端口 36的原因。传热板8的上半部28还包括第一区域46、第二区域48、第三区域50和第四区域52a和52b。第一区域46、第二区域48和第三区域50分别沿着竖直中心轴线y连续布置，如从第一短边32观察到的。第一区域46在入口端口孔36与出口端口孔38之间延伸且沿着第一边界线54邻接第二区域48。另外，第一区域46具备第一波纹模式56，第一波纹模式56呈相对于中心延伸平面c-c突起和凹陷的分配模式的形式。第二区域48沿着第二边界线58邻接第三区域50。另外，其具备第二波纹模式60，第二波纹模式60呈相对于中心延伸平面c-c突起和凹陷的过渡模式的形式。第三区域50具备第三波纹模式62，第三波递模式62呈相对于中心延伸平面c-c突起和凹陷的传热模式的形式。第四区域52a和52b从入口端口孔36和出口端口孔38中的相应一个朝向第一区域46和第二区域48延伸。另外，第四区域52a和52b具备第四波纹模式64a和64b (相似但镜像对称)，其呈相对于中心延伸平面c-c突起和凹陷的绝热模式的形式。第一区域46的主要任务是为了跨传热板8的整个宽度上传播流体。第三区域50的主要任务是从在传热板8 一侧上的流体向传热板的另一侧上的流体传热。第二区域48具有传播(spreading)功能以及传热功能。第四区域52a和52b的主要任务是在入口端口孔36与出口端口孔38和第一区域46与第二区域48之间引导流体，即，它们是简单地用于流体输送的区域。上文所述的区域和波纹模式将不在本文中详细描述。替代地，参考在与本申请同日提交且因此合并于本文中的本申请者的共同未决的专利申请“Heat transfer plate and plate heat exchanger comprising sucha heat transfer plate，，。
[0031]在图4中示意性地示出了入口端口孔36。其具有分别由虚构三角形72 (虚线)的第一角点66、第二角点68和第三角点70限定的形式。另外，这些角点分别由第一、第二和第三完全弯曲的线74、76和78连接，这些曲线如从入口端口孔口内所观察的为凹入的。入口端口孔36的参考点80与可布置于入口端口孔中的最大虚构圆82 (阴影线(ghost line))的中心点C重合。第一角点66最靠近传热板8的第一短边32与第一长边24之间的过渡部84而定位。另外，其布置于从参考点80延伸的第一虚构直线86上且在距参考点的第一距离dl处。第二角点68沿顺时针方向最靠近第一角点处定位。另外，其布置于从参考点80延伸的第二虚构直线88上且在距参考点的第二距离d2处。第三角点70沿逆时针方向最靠近第一角点处定位。另外，其布置于从参考点80延伸的第三虚构直线90上且在距参考点的第三距离d3处。
[0032]对于上文所述的第一距离、第二距离和第三距离而言，以下关系是有效的:d2 =d3和d2 > dl。另外，在第一虚构直线与第二虚构直线之间的第一角度α I小于在第二虚构直线与第三虚构直线之间的第二角度α 2且基本上等于在第二虚构直线与第一虚构直线之间的第三角度α 3。换言之，对于第一角度、第二角度和第三角度而言，以下关系是有效的:a I = α 3并且α I〈 α 2。在此具体示例中，a I = α 3 = 115度。此外,连接第一角点66与第二角点68的第一曲线74与连接第三角点70与第一角点66的第三曲线78基本上相同。总之，这意味着入口端口孔36关于延伸穿过第一角点66和参考点80的对称轴线s对称。
[0033]如从附图和上文的描述显而易见地，入口端口孔36并不具有常规的圆形的形式。替代地，其具有由多个角点限定的形式，此处为三个，其中的至少一个，此处为全部，从圆82的弧92移位，且相同数量的曲线(此处因此为三个)连接这些角点。如果入口端口孔为圆形，则其将优选地具有对应于圆82的形式。就压降的观点而言，参考在此方面的先前讨论，甚至更大的入口端口孔将是优选的。但是，传热板8的其余部分的设计限制了入口端口孔的可能大小。例如，较大的圆形入口端口孔将意味着入口端口孔的轮廓可更靠近第一短边32和/或第一长边24布置，这可导致传热板8的强度问题。另外，更大的圆形入口端口孔也可意味着在入口端口孔与第一区域46(图3)之间的区域(如从本领域中已知的那样，在这里通常布置垫片)可能对于垫片布置而言太窄。这种窄的中间区域也可造成压制具有上文所提到的波纹模式的传热板的问题。自然地，传热板8的第一区域46可在传热板上进一步向下移位以留出空间用于更大的圆形入口端口孔36。但是，这将通常与更小的第三区域50和因此传热板的更差的传热能力相关联。
[0034]如上文所述且在附图中所示，入口端口孔的面积可增加而无须修改传热板的其余部分的设计。通过使得入口端口孔比具有对应于圆82的形式的圆形入口端口孔占据更多的传热板8的绝热第四区域52a和52b，能实现与更小压降相关联的更大的入口端口孔。因此仅绝热的第四区域受到此扩大的影响，传热板8的分配和传热能力保持基本上不受影响。更特定而言，用于入口端口孔扩大的大部分空间沿与第四虚构直线94重合的方向存在，第四虚构直线94从参考点80延伸到最靠近传热板8的第一长边24的第二边界线58的端点96。因此，传热板8被设计成使得第三角点70布置于此第四虚构直线94上。另外，由于入口端口孔36的轮廓缺少直部分，因为围绕入口端口孔的弯曲应力将相对较低。
[0035]应强调的是对应于上文所给出的一个端口孔的描述对于传热板的所有入口端口孔和出口端口孔是有效的。
[0036]上文所述的非圆形入口端口孔的另一优点有关于垫片和过滤器。如通过介绍所描述地，在带垫片的板式换热器中，使用垫片来限定并密封在传热板之间的通道。通常，垫片沿着传热板的外围延伸以封闭所有的入口端口孔和出口端口孔并且围绕单个入口端口孔和出口端口孔。垫片可包括夹紧装置，其被布置成与传热板的边缘接合用于将垫片固定到传热板。就某些板式换热器应用而言，例如在与处理以某种方式污染的流体相关联的应用中，滤芯(filter insert)用于防止污染进入到传热板之间的通道内。这些滤芯通常具有圆柱形状且它们延伸穿过板式换热器的入口端口和/或出口端口孔，即，穿过传热板的入口端口孔和出口端口孔。如果，就像常规那样，传热板的入口端口孔和出口端口孔为圆形，则垫片的夹紧装置可能会干扰滤芯。但是，如果入口端口孔和出口端口孔替代地具有如上文所述的形式，则垫片可适应使得垫片夹紧装置在入口端口孔和出口端口孔的角点处与传热板接合。由此，不存在垫片与圆柱形滤芯之间干扰的风险。
[0037]上文所述的本发明的实施例应当仅认为是示例。本领域技术人员应认识到在不偏离创造性的概念的情况下，所讨论的实施例可以多种方式变型。
[0038]上文所述的板式换热器2的端板4和端板6常规地被设计为具有圆形入口和出口。但是，端板也可具备与上文所述的入口端口孔和出口端口孔类似的非圆形的入口和出□。
[0039]另外，上文中，入口端口孔的形式由呈三角形、三个角点和三个曲线的形式的虚构平面几何图形来限定。自然地，在备选实施例中，其它虚构平面几何图形以及角点和曲线的其它数量也可用于限定入口端口孔。
[0040]上文所述的入口端口孔以对称轴线s对称。当然，入口端口孔可替代地完全对称或甚至以多于一个对称轴线对称。作为示例，曲线可全部均匀/不均匀和/或对于所有角点而言到参考点的距离可相同/不同。而且，曲线无需为凹入的。曲线中的一个或多个可具有其它形式。
[0041]上文所述的传热板的上半部包括具备第一波纹模式、第二波纹模式、第三波纹模式和第四波纹模式的第一区域、第二区域、第三区域和第四区域。自然地，本发明也可结合具有包括更多或更少区域的上半部的传热板来使用。作为示例，传热板的上半部可仅包括第二区域、第三区域和第四区域，具有第二、第三和第四不同的波纹配置，第二区域从第三区域一直在入口端口孔36与出口端口孔38之间延伸。例如，第二区域可具备分配模式，第三区域可具备传热模式且第四区域可具备绝热模式，而过渡模式可被省略。
[0042]上文所述的板式换热器为平行逆流型，即每个流体的入口和出口布置于板式换热器的相同半部上且流体沿相反方向流动通过在传热板之间的通道。自然地，板式换热器可替代地为斜流型和/或同流型。
[0043]两种不同类型的传热板包括于上文所述的板式换热器中。自然地，板式换热器可备选地包括仅一种板类型或者多于两个不同的板类型。而且，传热板可由并非不锈钢的其它材料制成。
[0044]最后，本发明可结合除了带垫片类型以外的其它类型的板式换热器来使用，诸如包括永久结合的传热板的板式换热器。
[0045]应当强调的是本文中所用的第一、第二、第三等属性只是为了区分相同种类的类别且并未表达在类别之间的任何类型的相互次序。
[0046]应当强调的是与本发明无关的细节描述已被省略且附图只是示意性的且未必按照比例绘制。还要说明的是附图中的某些比其它附图更加简化。因此，某些构件仅在一个图中示出但在另一图中省去。
【权利要求】
1.一种换热器板(4，6，8)，其具有:竖直中心轴线(y)，其将所述换热器板分成分别由第一长边(24)和第二长边(26)界定的左半部(20)和右半部(22);水平中心轴线(x)，其将所述换热器板分成分别由第一短边(32)和第二短边(34)界定的上半部(28)和下半部(30);以及端口孔(36，38，42，44)，其具有与可适于放到所述端口孔内的最大虚构圆(82)的中心点(C)重合的参考点(80)，所述端口孔布置于所述左半部和上半部内，其特征在于，所述端口孔具有由如下所限定的形式: 虚构平面几何图形(72)的多个角点(66，68，70)，所述角点中的至少一个从所述圆的弧(92)移位；以及 连接所述角点的相同数目的完全弯曲的线(74，76，78)， 其中，所述角点中的第一角点(66)布置为最靠近在所述第一短边与第一长边之间的过渡部(84)，且在距所述参考点第一距离(dl)处，所述角点中的第二角点(68)被布置成沿顺时针方向最靠近所述第一角点且在距所述参考点第二距离(d2)处；以及所述角点中的第三角点(70)被布置成沿逆时针方向最靠近所述第一角点且在距所述参考点第三距离(d3)处。
2.根据权利要求1所述的换热器板(4，6，8)，其特征在于，所述角点(66,68, 70)和曲线(74，76，78)的数量等于三。
3.根据权利要求1或2所述的换热器板(4，6，8)，其特征在于，所述曲线(74，76，78)从所述端口孔的参考点(80)来看为凹入的。
4.根据权利要求1或2所述的换热器板(4，6，8)，其特征在于，所述第一角点(66)、第二角点(68)和第三角点 (70)分别布置于从所述端口孔(36，38，42，44)的参考点(80)延伸的第一虚构直线(86)、第二虚构直线(88)和第三虚构直线(90)上，在所述第一虚构直线(86)与所述第二虚构直线(88)之间的第一角度(α I)等于在所述第三虚构直线(90)与第一虚构直线(86)之间的第三角度(α3)。
5.根据权利要求1或2所述的换热器板(4，6，8)，其特征在于，在所述第二角点(68)与所述参考点(80)之间的第二距离(d2)等于在所述第三角点(70)与所述参考点之间的第三距离(d3)。
6.根据权利要求1或2所述的换热器板(4，6，8)，其特征在于，在所述第一角点(66)与所述参考点(80)之间的第一距离(dl)小于在所述第二角点(68)与所述参考点之间的第二距离(d2)。
7.根据权利要求1或2所述的换热器板(4，6，8)，其特征在于，在所述第一角点(66)与所述参考点(80)之间的第一距离(dl)小于在所述第三角点(70)与所述参考点之间的第三距离(d3)。
8.根据权利要求1或2所述的换热器板(4，6，8)，其特征在于，所述曲线的连接所述第一角点(66)与所述第二角点(68)的第一曲线(74)和所述曲线的连接所述第三角点(70)与第一角点(66)的第三曲线(78)相似但相对于彼此镜像对称。
9.根据权利要求1或2所述的换热器板(8)，其特征在于，所述换热器板的上半部(28)包括具备第二波纹模式(60)的第二区域(48)和具备第三波纹模式(62)的第三区域(50)，所述第二区域和第三区域沿着所述换热器板的竖直中心轴线(y)连续布置，且所述第二区域最靠近所述第一短边(32)，所述第二区域沿着第二边界线(58)邻接所述第三区域，且所述第二波纹模式与第三波纹模式彼此不同，并且其中第四虚构直线(94)从所述参考点(80)延伸穿过所述角点出6，68，70)中的一个且到最靠近所述第一长边(24)布置的第二边界线的端点(96)。
10.一种板式换 热器(2)，其包括根据权利要求1-9中的任一项所述的换热器板(4，6，8)。
【文档编号】F28F3/00GK203443451SQ201320124875
【公开日】2014年2月19日 申请日期:2013年3月19日 优先权日:2012年10月30日
【发明者】J.尼尔森, M.赫德贝格 申请人:阿尔法拉瓦尔股份有限公司