换热板以及使用其的板式换热器的制作方法

本发明涉及制冷空调、石油化工、区域供热等技术领域，尤其涉及在这些技术领域中使用的板式换热器以及其所使用的换热板。

背景技术：

在换热领域中，增加湍流强度，从而增强换热，是强化换热的一种重要途径。对于常规的点波换热板，由于主流动方向在同一平面内，基本上是沿着换热板的板片的近似二维流动。

技术实现要素：

本发明的目的旨在解决现有技术中存在的上述问题和缺陷中的至少一个方面。

根据本发明的一个方面，提供了一种换热板，所述换热板包括凹陷点和/或凸起点，所述换热板上包括多个换热单元，所述至少一个换热单元的至少一个流入口和/或至少一个流出口是受约束的。

在一个示例中，所述换热板上的至少一个换热单元的至少一个流入口和/或至少一个流出口具有不同于其它换热单元的流入口和/或流出口的截面。

在一个示例中，在不改变所述换热单元的布局和焊点外形的情况下，所述至少一个换热单元的至少一个流入口和/或至少一个流出口配置成是可调整的。

在一个示例中，所述换热板的至少一个换热单元中的相邻的凹陷点和/或凸起点之间的过渡曲面配置成是受约束的。

在一个示例中，通过所述换热板的至少部分区域的以下参数中的至少一个来调节整个板式换热器的压降、换热性能和容积中的至少一个：

ta：所述换热板上的相邻两个凸起点之间的边缘间距或两相邻凸起点之间的最短距离；

tb：相邻两凹陷点之间的边缘间距或两相邻凹陷点之间的最短距离，该tb的距离连线与所述ta的距离连线相空间交叉；

ha：连接ta之间有一凹陷过渡曲线，该曲线上表面最低点与换热板的最高点之间的垂直距离；

hb：连接tb之间有一凸起过渡曲线，该曲线下表面最高点与换热板的最低点之间的垂直距离；

wa：与ha对应的曲线两端的距离；

wb：与hb对应的曲线两端的距离；

e：换热板的上表面高点与凹陷点之间的垂直距离，或换热板的下表面最低点与凸起点之间的垂直距离。

在一个示例中，在保持换热板的至少部分区域的ta和tb不变的情况下，通过调整所述至少部分区域的ha、hb来调节换热单元的至少一侧上的流入口的最小流通截面以调节换热板两侧的压降、换热性能、容积和/或非对称性。

在一个示例中，所述调节参数ha和hb包括：调小参数ha同时调大参数hb；或调大参数ha同时调小参数hb。

在一个示例中，所述参数满足以下关系：

根据本发明的另一方面，提供了一种板式换热器，包括多个相互叠置在一起的根据上述的换热板，在叠置之后相邻的两个换热板之间形成换热通道。

在一个示例中，在形成所述的换热通道时，相邻的两个换热板中的对应的换热单元彼此配合以形成基本换热单元格，至少一个所述基本换热单元格的至少一个进口的截面形状是关于板平面非对称的，其中所述板平面为相邻两张换热板的焊接平面。

在一个示例中，所述至少一个进口截面在板平面两侧的高度不同。

在一个示例中，所述至少一个进口的截面的重心不在所述板平面上。

在一个示例中，至少一个所述基本换热单元格的至少一个出口是关于板平面非对称的。

在一个示例中，在流体在所述换热通道中流过多个基本换热单元格时，多个所述基本换热单元格配置成使得流体相对于板平面上下波动。

在一个示例中，至少一个进口和/或出口的截面在所述板平面以上的截面高度和/或截面面积大于在板平面以下的截面高度和/或截面面积；且

至少一个进口和/或出口的截面在所述板平面以上的截面高度和/或截面面积小于在板平面以下的截面高度和/或截面面积。

在一个示例中，所述至少一个进口和/或出口的截面的重心在所述板平面以上和/或以下。

在一个示例中，所述至少一个进口交替布置或按一预定的规律布置；和/或

所述至少一个出口交替布置或按一预定的规律布置。

在一个示例中，在流体流动的单个方向和/或多方向上，多个所述基本换热单元格配置成使得流体相对于板平面上下波动。

在一个示例中，所述至少一个入口和/或至少一个出口在所述板平面上的一个方向上的截面的截面积比另一方向上的截面的截面积大。

附图说明

本发明的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的板式换热器的立体图；

图2是图1中的一张换热板的俯视图；

图3a、图3b和图3c分别是图2中的换热板上的一部分的俯视图、侧视图和立体图；

图4是4张如图2所示的换热板叠加在一起形成换热通道时所形成的结构的一部分的立体示意图；

图5a、5b、5c和5d分别是图4中的第一张换热板的一部分的俯视图、沿线a1-a1、b1-b1、c1-c1的截面视图；

图6是根据本发明的一个实施例的调整之后的4张如图2所示的换热板叠加在一起形成换热通道时所形成的结构的一部分的立体示意图，其中附图中的箭头示出了流体的流动方向；

图7a、7b、7c和7d分别是图6中的第一张或上面的换热板的一部分的俯视图、沿线a2-a2、b2-b2、c2-c2的截面视图；

图8是根据本发明的另一个实施例的调整之后的4张如图2所示的换热板叠加在一起形成换热通道时所形成的结构的一部分的立体示意图，其中附图中的箭头示出了流体的流动方向；

图9a、9b、9c和9d分别是图8中的第一张或上面的换热板的一部分的俯视图、沿线a3-a3、b3-b3、c3-c3的截面视图；

图10是根据本发明的另一实施例的调整之后的叠置在一起的两张换热板的一部分的结构示意图；

图11a-11d分别是图10中所示的结构的俯视图、沿线a4-a4、b4-b4、c4-c4的截面视图；

图12是根据本发明的另一实施例的调整之后的叠置在一起的两张换热板的一部分的结构示意图；

图13a-13d分别是图12中所示的结构的俯视图、沿线a5-a5、b5-b5、c5-c5的截面视图；

图14a-14g分别是根据本发明的还一实施例的调整之后的叠置在一起的两张换热板的一部分的结构俯视图、沿线a6-a6、b6-b6、c6-c6、e-e、f-f和g-g的截面视图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

如图1所示，其是根据本发明的一个实施例的板式换热器100的透视图。该板式换热器100主要包括位于上下两侧的端板10、位于上述两端板10之间的换热板20、位于板式换热器100的进口和出口处的接管30和在进口和出口处设置的加强板40等。

结合图2，可以看出，换热板20的主要换热单元由一些点波单元21组成。当流体流过换热板20的时候，位于换热板20两面的冷热流体被换热板20的板片分割开，且通过该换热板20的板片换热。

如图3a-3c所示，换热板20包括多个凹陷点22和/或凸起点23。该多个凹陷点22和/或凸起点23构成位于换热板20上的换热单元。可以明白，每个换热单元所包括的凹陷点22和/或凸起点23的数量不受具体限制，本领域技术人员可以根据需要设置它们的具体数量。也就是，换热板20的板片的两面上设置有多个这样的换热单元。至少一个换热单元的流道的至少一个流入口24和/或至少一个流出口25是受约束的。

在此需要说明的是，此处所述的“至少一个流入口和/或至少一个流出口是受约束的”含义是指流入口和/或流出口是可以根据期望进行控制或调节的而不必须是规则的或均一的。现有的点波式换热器上的换热板上的点波单元都是规则的，即每个点波单元都具有相同的形状和深度，因此较难根据需要作更多的变换。相比，在本发明中，对于点波式或类似结构的板式换热器，可以根据需要调节换热单元的进出口来实现更好的换热效率；可以根据需要对不同板片区域采用不同的换热单元进出口截面以实现整张板片的更好分液；对于不同区域采用不同换热单元，只需要调整换热单元的进出口就可以，无需改变换热单元布局和焊点外形。

也就是说，对于常规的点波式换热器的换热板，由于主流动方向在同一平面内，基本上是沿换热板20的板片的近似二维流动。相比，本发明是通过调整换热板20的板片上的点波单元的基准面，实现了主流体基准面高低起伏，除了沿板片表面的近似二维流动之外，实现了沿板片深度方向的流动，从而实现了流体的三维流动，大大增强了换热效果。

在一个示例中，换热板20上的至少一个换热单元的流道的至少一个流入口24和/或至少一个流出口25具有不同于其他换热单元的流入口和/或流出口的截面。此处所述的流道是指换热板20上的用于不同流体流过的通道。进一步地，还可以设置成在不改变换热单元的布局和焊点外形的情况下，至少一个换热单元的流道的至少一个流入口24和/或至少一个流出口25可以配置成是可调整的，即可以配置成在特定的区域上具有特定的截面、结构等。

在一个示例中，所述换热板20的至少部分区域的相邻的两侧的流道的最小流通截面a2、a2’轮廓和/或面积不同。可以理解，最小流通截面a2用于第一种流体，而另一种最小流通截面a2’用于第二种流体。

进一步地，换热板20的至少一个换热单元中的相邻的凹陷点22和/或凸起点23之间的过渡面配置成是受约束的，也就是所述过渡面被配置成是根据期望进行调节或控制的。

在本发明的一个示例中，通过换热板20的至少部分区域的以下参数中的至少一个调节整个板式换热器100的压降、换热性能和容积中的至少一个：

ta：所述换热板20上的相邻两个凸起点23之间的边缘间距或两相邻凸起点23之间的最短距离；

tb：相邻两凹陷点22之间的边缘间距或两相邻凹陷点22之间的最短距离，该tb的距离连线与所述ta的距离连线相空间交叉；

ha：连接ta之间有一凹陷过渡曲线，该曲线上表面最低点与换热板20的最高点之间的垂直距离；

hb：连接tb之间有一凸起过渡曲线，该曲线下表面最高点与换热板20的最低点之间的垂直距离；

wa：与ha对应的曲线两端的距离；

wb：与hb对应的曲线两端的距离；

e：换热板20的上表面的高点与凹陷点之间的垂直距离，或换热板20的下表面最低点与凸起点之间的垂直距离。

所述两个凸起点和所述两个凹陷点间共用一个过渡曲面。

在保持换热板20的至少部分区域的ta和tb不变的情况下，通过调整所述至少部分区域的ha、hb来调节换热单元的至少一侧上的流入口24的最小流通截面以调节换热板两侧的压降、换热性能、容积和/或非对称性。

如图4所示，多个上述的换热板20相互叠置在一起而构成所述的板式换热器100，在叠置之后相邻的两个换热板20之间形成换热通道26。相邻的换热通道26通过换热板20的板片分割开。该换热通道26由上下两个换热板20的对应的流道配合而成。

如图5a-5d所示，对于一种点波式换热板的板片来说，当板片点波深度、点波间距ta和tb、板片厚度确定之后，图5c和5d中显示的参数wa和wb也就被确定了，如果依据现有技术中的常规做法，相应的参数ha和hb也就被确定了，这样图4中显示的最小流通截面a1(即换热通道26的最小横截面)也就被限制住了，于是整个换热板20的板片的压降、换热性能、容积也就没有办法改变了。

以图5a-5d中的图示为例，如果ta＝tb，依据自由成形原理，则wa＝wb，ha＝hb，自然也就得出了两侧对称的板片，过渡曲面高度ha＝hb＝e/2，这样的结果是当点波结构设计完成后，两侧的压降、换热性能、容积就没有办法调整，同样地两侧的非对称度也没办法调整。

下面以图6-7d所示为例，在不改变参数ta和tb的前提下，可以自由地在一定范围内通过调整参数ha和hb来调整最小流通截面a2’，以实现调整两侧的压降、换热性能、容积和非对称性。也就是，在图6中显示出换热板20的两侧具有用于第一流体和第二流体的两种进口，其中右侧的进口的最小流通截面为a2，而左侧的进口的最小流通截面为a2’，显然相对于最小流通截面a2，而另一最小流动截面a2’被调小。

首先，以调小参数ha，同时调大参数hb为例，使得图示的换热板的这一板面的最小流通截面变大，压降变小，容积变大。

接下来，以图8-9d所示为例，以调大参数ha，同时调小参数hb为例，使得图示的换热板20的这一板面的最小流通截面a3变小，压降变大，容积变小。也就是，在图8中显示出换热板20的两侧具有类似的两种进口，其中右侧的进口的最小流通截面为a3，而左侧的进口的最小流通截面为a3’，显然相对于最小流通截面a3，而另一最小流动截面a3’被调大。

如上所述，所述调节参数ha和hb的步骤包括：调小参数ha同时调大参数hb；或调大参数ha同时调小参数hb。

所述参数近似满足以下关系：

参见图10和4，在形成所述的换热通道26时，相邻的两个换热板20中的对应的换热单元彼此配合以形成基本换热单元格，如图所示地，可以认为是一个基本单元格，标记a1所指的小口为换热通道26的最小流通截面，该最小流通截面可以视为基本换热单元格的进出口的截面。基本换热单元格具有ab两种换热板叠加形成，其中换热通道由所述ab换热板的流体通道组合而成。

继续参见图6和8，在所述相邻的两个换热板20之间的换热通道26在所述两个换热板20中任一个的相邻的两侧的截面轮廓和/或面积是不同的。具体地，还可以设置成所述换热通道26在所述相邻的两侧的最小流通截面轮廓和/或面积是不同的。

在板式换热器中，同一换热板20的两个表面上的换热通道中流过不同的流体以实现换热。

在图6中显示出两个叠置在一起的换热板20的两侧具有两种进口，其中右侧的换热通道26的进口的最小流通截面为a2，而左侧的换热通道26的进口的最小流通截面为a2’，显然相对于最小流通截面a2，而另一最小流动截面a2’被调小。由于该换热通道26的进口是由两个换热板20上的流道配合而成，故相应地换热板26的至少部分区域的相邻的两侧的流道的最小流通截面轮廓和/或面积不同。

同理，在图8中显示出两个叠置在一起的换热板20的两侧具有两种进口，其中右侧的换热通道26的进口的最小流通截面为a3，而左侧的换热通道的进口的最小流通截面为a3’，显然相对于最小流通截面a3，而另一最小流动截面a3’被调大。由于该换热通道26的进口是由两个换热板20上的流道配合而成，故相应地换热板26的至少部分区域的相邻的两侧的流道的最小流通截面轮廓和/或面积不同。

如图10-11d所示，示出了一种常规的基本换热单元格，小口a2为流体的进口，从图中可以看出，进口的形状为对称的口形，在中心对称面的上下两部分是完全对称的相同的流体形态。

流体依次通过截面a4-a4、b4-b4、c4-c4时，流体始终是沿着对称的通道流动。

如图12-13d所示，示出了根据本发明所述的经过调整之后的换热单元格，小口a5，a5’为流体的进口，从图中可以看出，进口的形状为非对称的，这也使得流体的流动状态为非对称的，更有利与流体的紊流，促进流体的冷热交换，提高换热效率。

此时所示的基本换热单元格的结构特征为：a板(例如图示的上面一个换热板)流体通道与对应的b板(例如图示的下面的一个换热板)流体流通不一样，故这两种换热板的板片形成的换热通道为非对称的。

流体通过第一通径a5-a5的时候，主流偏向板平面的一侧；待进入下一个通径b5-b5的时候，主流偏向板平面的另外一侧；之后交替进入下上下上的流动，使得流体可以上下翻滚。实际可以根据需要，将下上下上交替调整为下下上上交替等等。

所述至少一个进口a5、a5’交替布置或按一预定的规律布置。同理至少一个出口(未示出)也可以交替布置或按一预定的规律布置。

也就是说，板平面以上的截面高度和/或截面面积大于在板平面以下的截面高度和/或截面面积的进口和/或出口与板平面以上的截面高度和/或截面面积小于在板平面以下的截面高度和/或截面面积的进口和/或出口可以交替布置或按一预定的规律布置。也可以截面的重心在所述板平面以上的进口和/或出口与截面的重心在所述板平面以下的进口和/或出口交替布置或按一预定的规律布置。虽然上述仅示出了入口在板平面31上的一个方向上的截面的截面积比另一方向上的截面的截面积大，但是还可以设置成出口在板平面上的一个方向上的截面的截面积比另一方向上的截面的截面积大，也就是，至少一个入口和/或至少一个出口在所述板平面上的一个方向上的截面的截面积比另一方向上的截面的截面积大。

如图14a-g所述，通过改变流通截面以引导流体分布。如下图所示，沿线a6-a6、b6-b6、c6-c6的截面的进口的截面积相比较于沿线e-e、f-f、g-g截面的进口的截面积偏小，这就使得流体流经截面e-e、f-f、g-g的流量偏大，流体更易沿着e-e、f-f、g-g的流通通道流动，从而实现了分液调整。在图中示出了在单方向的截面上流体上下波动，实际上可以实现双方向或更多方向上的上下波动，在此不再一一例举。

通过上述的具体示例可知，至少一个所述基本换热单元格的至少一个进口的截面形状是关于板平面非对称的(如图13b-13d和图14b-14d、14e-14g所示)，其中所述板平面为相邻两张换热板20的焊接平面31、32。

在一个示例中，至少一个所述基本换热单元格的至少一个进口的截面形状是关于板平面在一个方面上是对称的，而在另一个方向上是非对称的。当然，也可以在两个方向都是对称的或者都是非对称的，只要保证一个方向的最小流通截面比另一个方向上的最小流通截面大或小即可。

在本示例中，在两个方向上的所述至少一个进口的截面大小有差异，使得流体偏向大截面的一个方向流动。

还可以从附图看出，可以将进口a3、a4截面设置成在板平面31、32的两侧的高度不同。

进一步地，还可以设置成所述至少一个进口a3、a4的截面的重心不在所述板平面31、32上。

同理，还可以设置成至少一个所述基本换热单元格的至少一个出口(未示出)是关于板平面非对称的。

这样，在流体在所述换热通道中流过多个基本换热单元格时，多个所述基本换热单元格配置成使得流体相对于板平面上下波动。

此外，如图13b-13d和图14b-14d所示，至少一个进口a5、a5’和/或出口的截面在所述板平面31、32以上的截面高度和/或截面面积大于在板平面31、32以下的截面高度和/或截面面积；至少一个进口a5、a5’和/或出口的截面在所述板平面31、32以上的截面高度和/或截面面积小于在板平面31、32以下的截面高度和/或截面面积。所述至少一个进口a5、a5’和/或出口的截面的重心在所述板平面31、32以上和/或以下。所述至少一个进口a5、a5’交替布置或按一预定的规律布置；和/或所述至少一个出口交替布置或按一预定的规律布置。

本发明中虽然以点波式换热器为例进行了详细描述和说明，但是本领域技术人员可以理解其设计构思不限于上述的点波式换热器，可以同样地使用在诸如凸起、凹陷式的板式换热器。也就是，本发明的设计构思可以应用于点波式或具有类似结构的各种板式换热器。

通过本发明的技术方案，可以不改变原有点波式换热器的焊点分布特征；可以提高换热效率，提高产品性能，进而节省成本；有效弥补点波式换热器流体上下翻滚混合的不足。

由现有技术可知，传统的点波式换热器的流体导流效果相对于人字波样式的换热器较弱，且较难控制，本发明的技术方案可以有效解决分液问题。本发明通过调整换热单元进出口实现更好的换热效率，使得换热器拥有更好的换热性能，且利于设计和制造。对于传统的点波式换热器如果想通过调整不同区域的流体分布，以往做法只能采用相同深度但不同结构的换热单元，该处理方式会导致不同的换热单元之间难以顺滑过渡，会带来强度和流体分配难以调节的无难题，而本发明可以保持换热单元的主要外形不变，避免了这样的问题。

以上仅为本发明的一些实施例，本领域普通技术人员将理解，在不背离本总体发明构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本发明的范围以权利要求和它们的等同物限定。