CN106415183B - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种板式热交换器(200；400)，该板式热交换器包括堆叠的热交换器板(102；202a‑202f；302a‑302i；402a‑402i)，所述热交换器板设置有脊和槽的压制图案，该压制图案适于通过在一个热交换器板的脊和相邻热交换器板的槽之间以及一个热交换器板槽的和相邻热交换器板的脊之间提供接触点而使堆叠的热交换器板(102；202a‑202f；302a‑302i；402a‑402i)彼此间保持距离。在堆叠的所有相邻的热交换器板(102；202a‑202f；302a‑302i；402a‑402i)之间形成板间流道，其中，排布有四个开孔(P1‑P4)以提供向所述板间流道的选择性连通。第一对开孔(P1‑P4)与第一组板间流道连通，第二对开孔(P1‑P4)与第二组板间流道连通，其中，至少一组板间流道中的板间流道彼此邻接。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及一种板式热交换器，该板式热交换器包括堆叠的热交换器板，所述热交换器板设置有脊和槽的压制图案，适于通过在一个热交换器板的脊和相邻热交换器板的槽之间以及一个热交换器板的槽和相邻热交换器板的脊之间设置接触点而使堆叠的热交换器板间保持距离，从而使得堆叠的热交换器板中的所有相邻的热交换器板之间形成板间流道，其中，排布有四个开孔，以提供向板间流道的选择性连通，成对排布的开孔与相同的板间流道连通，其中，一对开孔比另一对开孔多连通至少两个板间流道。
背景技术
在热交换领域，板式热交换器在过去的几十年中赢得了相当大的市场份额，因为板式热交换器为流体间交换热量提供了成本效益和有效手段。
典型的板式热交换器包括堆叠放置的多个热交换器板，所述热交换器板设置有脊和槽的压制图案，从而在热交换器板之间形成板间流道。开孔和板间流道之间的选择性连通可以通过在围绕开孔的凹槽中设置垫片来形成，或者在钎焊热交换器的情况下通过设置围绕开孔的区域以使相邻板的这些区域彼此接触或彼此不接触来形成，如果围绕开孔的区域彼此接触，则开孔和板间流道之间将不连通，而如果它们彼此不接触，则开孔和板间流道之间将连通。
在一些情况下，钎焊热交换器中的所有热交换器板彼此相同，且围绕其中两个开孔的区域设置成处于较高高度，而围绕另外两个开孔的区域设置成处于较低高度。当堆叠放置以形成热交换器时，每一个板都在其平面内旋转 180度，从而由处于较低高度的区域围绕的开孔将与设置处于较高高度的开孔邻接。因此，开孔将与设置在两个上部板之间的板间隙连通，而与两个下部板之间的板间隙不连通。
设计有相同板的所有热交换器都是对称的，即所有成对板之间的板间隙都是相同的。
但是，在大多数情况下，非对称式热交换器是优选的(对称式热交换器是最佳选择的唯一情况是想要两个相等流体的相等流动彼此交换热量)。迄今为止还没有用相同的热交换器板制造出非对称式热交换器。
为了制造非对称式热交换器，即具有用于流体的不同流动区域以交换热量的热交换器，已经采用了许多不同的方法，所有这些都是关于使板彼此间保持一定距离的脊和槽的压制图案的加工。例如，每个脊可具有比其相邻脊更低的高度，或者接触点之间的脊可具有更低高度。无论如何，这些板必须具有不同的设计。
在US 2007/261834A1中，公开了一种根据以上描述的非对称式板式热交换器，该热交换器包括设置有人字形图案的堆叠的热交换器板。但是，围绕开孔的区域都是处于相同高度，并且选择性流动通过在一部分板之间围绕开孔的区域中设置密封圈来实现。这为提供不同程度的非对称性提供了好的机会，但是在制造过程中密封圈可能难以控制，并且还构成了热载，这可能导致差的钎焊特性和/或需要更长的钎焊时间。
本发明的目的是提供一种具有较大程度的非对称性同时采用比US 2007/261834A1的热交换器更少的密封圈的热交换器。
发明内容
根据本发明，这些和其他目的通过上述类型的板式热交换器实现，其中至少部分的开孔之间的选择性连通通过将围绕每个热交换器板上的开孔的区域设置成处于不同的高度来实现，从而使得相邻热交换器板的所述区域彼此接触或者彼此不接触。
优选地，所述热交换器所包括的所述热交换器板彼此钎焊以形成所述热交换器。
为了密封所述板间流道，每个所述热交换器板可以设置有沿所述热交换器板的***延伸的边缘(skirt)，其中，当所述热交换器板堆叠放置以形成热交换器时相邻板的所述边缘彼此接触。
根据本发明的一种实施方式，一部分所述开孔和所述板间流道之间的选择性连通通过在相邻板上围绕开孔的区域之间设置密封圈来实现。
在本发明的另一种实施方式中，所述选择性连通通过至少一部分热交换器板的至少一部分开孔足够大，以允许设置在具有足够大开孔的热交换器板的每侧的围绕热交换器板上的开孔的区域之间接触来实现。
附图说明
下面，将参照附图描述本发明，其中：
图1a、图1b和图1c分别为根据本发明第一实施方式的板式热交换器的分解图、截面图和平面图；
图2a、图2b和图2c分别为根据本发明第二实施方式的板式热交换器的分解图、截面图和平面图；
图3a、图3b和图3c分别为根据本发明第三实施方式的板式热交换器的分解图、截面图和平面图；
图4a、图4b和图4c分别为根据本发明第四实施方式的板式热交换器的分解图、截面图和平面图；
图5a、图5b和图5c分别为根据本发明第五实施方式的板式热交换器的分解图、截面图和平面图。
具体实施方式
参考图1a、图1b和图1c，根据本发明第一实施方式的热交换器包括多个热交换器板102a-102j，每个热交换器板都设置有脊和槽的压制图案，并且堆叠放置以形成热交换器。边缘S围绕每个板，所述边缘S适于与相邻板的边缘接触并为由这些板形成的板间隙形成密封，所述板间隙的形成将在下文中进行阐述。脊和槽优选排布成人字形图案，从而当将板堆叠放置时相邻板的交叉的脊和槽之间形成接触点，其中堆叠放置时每个板相对其相邻板在其平面内旋转180度。
此外，所述热交换器板设置有开孔102aa-102ad、 102ba-102bd...102ja-102jd，其中围绕开孔102aa、102ab、102ba、102bb、102ca、 102cb、102da、102db、102ha、102hb、102ia、102ib、102ja、102jb、102dc、 102dd、102ec、102ed、102fc、102fd的区域设置成处于较高高度，而其余开孔设置成处于较低高度。当所述热交换器板堆叠在一起时，每个板相对其相邻板在其平面内旋转180度。因此，在开孔和板间流道之间将形成选择性连通，但是由于高开孔和低开孔的排布，一些板间流道将与全部四个开孔都连通。这将导致流体混合而进行热交换，这显然是非常不适合的。为避免如此，在围绕开孔102da和102ed、102db和102ec、102ga和102hd、102gb和102gc 的区域之间放置密封圈110。
这将导致热交换器中，开孔102aa及其他板上与其对应的开孔将通过热交换器板102b和102c、102e和102f、102h和102i之间的板间流道与开孔 102ab及其他板上与开孔102ab对应的开孔相互连通。开孔102ac及其他板上与其对应的开孔将通过热交换器板102a和102b、102c和102d、102d和 102e、102f和102g、102g和102h之间的板间隙与开孔102ad及相邻板上与开孔102ad对应的开孔相互连通。因此，开孔102aa和102ab将通过三个板间流道连通，而开孔102ac和102ad将通过六个板间流道连通，从而得出不对称比1:2。
可选择地，根据第一实施方式的热交换器还可以设置有盖板104或者底板106或者二者同时设置。如果想要使用具有设置成处于相同高度的开孔的盖板或底板，可以将密封圈110放置在盖板或底板和围绕开孔的区域之间，密封圈110设置的高度使盖板或底板与围绕开孔的区域之间存在间隔。
在本发明的另一实施方式中，所有开孔都设置有适于彼此接触的边缘，因此在开孔和板间流道之间提供密封。然后可以通过在所述边缘上需要开孔和板间流道之间连通的地方切出开孔来实现连通。本发明的这一实施方式的优势在于可以使用相同的板，板间的不同仅在于开孔是穿入、切割或钻入边缘内的。
在图2a至图2c中显示了本发明的第二实施方式。在图2a至图2c中，热交换器200包括多个热交换器板202a-202f，所有热交换器板都设置有开孔P1-P4。所有热交换器板都呈现有脊和槽的压制图案，适于在形成板间流道的情况下使板彼此间保持一定距离，就像第一实施方式一样。一些开孔由设置成处于较高高度或较低高度的区域围绕，而一些热交换器板(202b和 202e)设置有开孔，该开孔明显大于其他热交换器板的开孔。在下文中，板间流道将如下进行标记：板202a和202b之间的流道为a-b，板202b和202c 之间的流道为b-c，以此类推。每个板上的开孔P1和P3是相同的，开孔P2 和P4也是如此。
参照图2c，热交换器板202a的开孔P1由设置成处于较低高度的区域围绕，而同一板上的开孔P2由设置成处于较高高度的区域围绕，所谓“低”和“高”是指区域距离底板206远或近。此外，较“低”高度是指该高度低于所述槽的高度，较“高”高度是指该高度高于所述脊的高度，因此尽管具有大的开孔的板放置在设置有围绕开孔的所述高和低区域的热交换器板之间，但围绕开孔的区域仍可彼此接触。在所示的示例性实施方式中，热交换器板202b设置有大的开孔，围绕板202c的开孔的区域相对于围绕开孔的区域相反地定位，即该板的开孔P1位于较高高度，开孔P2位于较低高度。板 202e的开孔相对于板202d相反地定位。
这样的结果是，围绕板202a的开孔P1的区域将与围绕板202c的开孔 P1的区域接触，而围绕板202c和202d的开孔P1的区域将不会彼此接触。关于开孔P2，围绕板202a和202c的开孔的区域将不会彼此接触，而围绕板 202c和202d的开孔的区域将彼此接触。
因此，开孔P1将与板间流道c-d连通，而开孔P2将与板间流道a-b、 b-c、d-e和e-f连通。
应当注意的是，图2a至图2c的实施方式仅是示例性的，不对称比为1 至5。然而，如果根据图2a至图2c所示，所述堆叠包括更多的热交换器板，则不对称比接近2。此外，本领域技术人员应该能够意识到的是，可以在第一和最后的板间隙设置“单一”流道，例如第一实施方式中所示。
在图3a至图3c中，还显示了根据本发明的热交换器的另一种实施方式。在图3a至图3c中，显示了包括9个热交换器板302a-302i的热交换器，所有热交换器板都包括开孔P1-P4以及脊和槽的压制图案，就像之前公开的实施方式中的热交换器板一样。热交换器板之间的板间隙将被标记为a-b、b-c，并以此类推。
热交换器板302a-302i的开孔由设置成处于各种不同高度不同直径的区域围绕，其方式将在下文进行解释。
在图3a至图3c所示的实施方式中，通过接触围绕板302a和302b的大直径开孔的区域，开孔P1与板间隙a-b关闭连通。通过围绕小直径开孔的区域之间的配合，开孔P1与板间隙b-c也关闭连通。此外，开孔P1将与板间隙c-d和f-g连通，并分别通过围绕小直径、大直径、大直径、小直径开孔的区域之间的配合分别与板间隙d-e、e-f、g-h、h-i关闭连通。
另一方面，开孔P2将与板间隙a-b、b-c、d-e、e-f、g-h、h-i连通，但与板间隙c-d和f-g关闭连通。板间隙和开孔P2之间的选择性连通是通过接触或不接触围绕开孔P2的表面来实现的，其中所有这些表面设置成相同直径。
在图4a至图4c中，显示了本发明的又一种实施方式。该实施方式在需要低流动阻力和低换热比的情况下非常有用，例如，令人关注的是将热交换器用作所谓的吸气热交换器，即用于在即将进入压缩机的制冷剂和离开压缩机的压缩制冷剂之间进行热交换的热交换器。理论上，不管流入和流出介质之间的热交换是否有效都无关紧要，但实际上，如果热交换太有效则压缩机可能会过热。
在图4a至图4c中显示了根据本发明的热交换器400。该热交换器400 包括多个热交换器板402a-401i，每个热交换器板与结合图1a至图1c公开的热交换器板相同。此外，热交换器400包括多个密封圈SR，其设置将在下文中公开。
如上所述，热交换器400设计成具有较差的热交换。这可以通过两种方式实现：减少热交换表面或者降低表面上的热交换。在热交换器400中，密封圈SR布置成使得从开孔P1到例如彼此相邻的开孔P3形成流道。在图4b 中，显示了密封圈SR设置成阻挡从开孔P1到热交换器板402a、402b和402c 之间的板间流道的流动，而开孔P1将与热交换器板402c、402d和402e之间的板间流道相连通。开孔P2与板402a、402b和402c之间的板间流道相连通，并与热交换器板402c、402d和402e之间的板间流道关闭连通。
参照图5a、图5b和图5c，根据本发明第五实施方式的热交换器500包括多个热交换器板502a-502j，每个热交换器板都设置有脊和槽的压制图案，并且堆叠放置以形成热交换器。边缘S围绕每个板，该边缘S适于与相邻板的边缘接触并为由这些板形成的板间隙形成密封，所述板间隙的形成将在下文中进行阐述。所述脊和槽优选排布成人字形图案，从而当将板堆叠放置时相邻板的交叉的脊和槽之间形成接触点，其中每隔一个板相对其相邻板在其平面内旋转180度。
此外，所述热交换器板设置有开孔502aa-502ad、 502ba-502bd...502ja-502jd，其中围绕开孔502aa、502ab、502ba、502bb、502ca、 502cb、502da、502db、502ec、502ed、502fa、502fb、502ga、502gb、502ha、 502hb、502ia、502ib、502ja和502jb的区域设置成处于较低高度，而其余开孔设置成处于较高高度。当所述热交换器板堆叠在一起时，每隔一个板相对其相邻板在其平面内旋转180度。因此，在开孔和板间流道之间将形成选择性连通——但是由于高开孔和低开孔的排布，一些板间流道将与全部四个开孔都连通。这将导致流体混合而进行热交换，这显然是非常不适合的。为避免如此，在围绕开孔502dd和502ea、502ea和502fd、502fd和502ga、502ga 和502hd的区域之间放置密封圈510。并且，在开孔502dc和502eb、502eb 和502fc、502fc和502gb、502gb和502hc之间放置密封圈110(但并未示出)。
这将导致，在热交换器中，开孔502aa及其他板上与其对应的开孔将通过热交换器板502b和502c之间以及热交换器板502h和502i之间的板间流道与开孔502ab及其他板上与开孔502ab对应的开孔相互连通。开孔502ac 及其他板上与其对应的开孔将通过热交换器板502a和502b、502c和502d、 502d和502e、502e和502f、502f和502g、502g和502h之间以及热交换器板502i和502j之间的板间隙与开孔502ad及相邻板上与开孔502ad的对应的开孔相互连通。因此，开孔502aa和502ab将通过两个板间流道连通，而开孔502ac和502ad将通过七个板间流道连通，从而得出不对称比2:7。然而，通过堆叠更多的热交换器板，以与热交换器板502a-502j相同的方式排布，这样的结构可以实现不对称比达到1:5。
可选择地，根据第五实施方式的热交换器500还可以设置有盖板504或者底板506或者二者同时设置。如果想要使用具有设置成处于相同高度的开孔的盖板或底板，可以将密封圈510放置在盖板或底板与围绕开孔的区域之间，该围绕开孔的区域设置的高度使盖板或底板和围绕开孔的区域之间形成间隔。
在又一种实施方式中(附图中未显示)，热交换器包括多个相同的板，其中每隔一个板相对其相邻板在其平面内旋转180度。所述板设置有人字形的脊和槽的图案，适于使板彼此间保持一定距离，以使相邻板之间形成板间流道。板间流道和开孔之间的选择性连通通过排布围绕开孔的区域来实现，从而围绕相邻板的开孔的这些区域交替地彼此接触，因此密封开孔不与由这些开孔所属的板限制的板间流道连通，或者不彼此接触从而允许开孔和由板限制的板间流道之间连通。
目前为止，仅能够用相同的热交换器板制造对称的热交换器，但是根据此实施方式，可以实现不对称比3:1、3:3、5:1、5:3或者被任何其他奇数除的任何奇数。
这可以通过设置密封圈实现，该密封圈从围绕一个板的开孔的区域延伸到围绕另一板的开孔的另一区域。通过设置此密封圈，存在于开孔和板间流道之间的连通被阻挡。
为了在已与之前的开孔关闭连通的板间流道和另一开孔之间提供连通，可以钻出例如孔以打开板间流道从而与另一开孔连通。也可以切割出大的开孔，以使围绕开孔且已彼此接触的区域不再彼此接触，从而在另一开孔和已通过密封圈与之前的开孔阻断连通的板间流道之间提供连通。
此外，热交换器板可以彼此钎焊以形成热交换器，钎焊材料可以是本领域技术人员公知的任何钎焊材料，例如包括降熔剂的铜、镍或铁基钎焊材料。

Claims (9)

1.一种板式热交换器(200；400；500)，该板式热交换器包括堆叠的热交换器板(102a-102j；202a-202f；302a-302i；402a-402i；502a-502j)，所述热交换器板设置有脊和槽的压制图案，该压制图案适于通过在一个热交换器板的脊和相邻热交换器板的槽之间以及一个热交换器板槽的和相邻热交换器板的脊之间提供接触点而使堆叠的热交换器板(102a-102j；202a-202f；302a-302i；402a-402i；502a-502j)彼此间保持距离，从而在堆叠的所有相邻的热交换器板(102a-102j；202a-202f；302a-302i；402a-402i；502a-502j)之间形成板间流道，其中，排布有四个开孔(102aa、102ab、102ac、102ad；P1-P4；402aa-402ad；502aa-502ad)以提供向所述板间流道的选择性连通，成对排布的所述开孔(102aa、102ab、102ac、102ad；P1-P4；402aa-402ad；502aa-502ad)与相同的板间流道连通，其中，一对所述开孔比另一对所述开孔多连通至少两个板间流道，其特征在于，所述开孔(102aa、102ab、102ac、102ad；P1-P4；402aa-402ad；502aa-502ad)之间的选择性连通至少部分地通过将围绕每个热交换器板上的开孔的区域设置成处于不同的高度来实现，从而使得相邻热交换器板的所述区域彼此接触或者彼此不接触。
2.根据权利要求1所述的板式热交换器(200；400；500)，其中，所述热交换器板(102a-102j；202a-202f；302a-302i；402a-402i；502a-502j)彼此钎焊以形成所述热交换器(200；400；500)。
3.根据权利要求1所述的板式热交换器(200；400；500)，其中，每个所述热交换器板(102a-102j；202a-202f；302a-302i；402a-402i；502a-502j)都设置有沿所述热交换器板(102a-102j；202a-202f；302a-302i；402a-402i；502a-502j)的***延伸的边缘(S)，其中，当所述热交换器板(102a-102j；202a-202f；302a-302i；402a-402i；502a-502j)堆叠放置以形成所述热交换器时，相邻板的所述边缘(S)彼此接触。
4.根据权利要求2所述的板式热交换器(200；400；500)，其中，每个所述热交换器板(102a-102j；202a-202f；302a-302i；402a-402i；502a-502j)都设置有沿所述热交换器板(102a-102j；202a-202f；302a-302i；402a-402i；502a-502j)的***延伸的边缘(S)，其中，当所述热交换器板(102a-102j；202a-202f；302a-302i；402a-402i；502a-502j)堆叠放置以形成所述热交换器时，相邻板的所述边缘(S)彼此接触。
5.根据权利要求1所述的板式热交换器(200；400；500)，其中，一部分所述开孔(102aa、102ab、102ac、102ad；P1-P4；402aa-402ad；502aa-502ad)和所述板间流道之间的选择性连通通过在相邻板上围绕所述开孔的区域之间设置密封圈(110；SR；510)来实现。
6.根据权利要求2所述的板式热交换器(200；400；500)，其中，一部分所述开孔(102aa、102ab、102ac、102ad；P1-P4；402aa-402ad；502aa-502ad)和所述板间流道之间的选择性连通通过在相邻板上围绕所述开孔的区域之间设置密封圈(110；SR；510)来实现。
7.根据权利要求3所述的板式热交换器(200；400；500)，其中，一部分所述开孔(102aa、102ab、102ac、102ad；P1-P4；402aa-402ad；502aa-502ad)和所述板间流道之间的选择性连通通过在相邻板上围绕所述开孔的区域之间设置密封圈(110；SR；510)来实现。
8.根据权利要求4所述的板式热交换器(200；400；500)，其中，一部分所述开孔(102aa、102ab、102ac、102ad；P1-P4；402aa-402ad；502aa-502ad)和所述板间流道之间的选择性连通通过在相邻板上围绕所述开孔的区域之间设置密封圈(110；SR；510)来实现。
9.根据上述权利要求中任一项所述的板式热交换器(200；400；500)，其中，至少一部分热交换器板(202a-202f；302a-302i)的至少一部分所述开孔(P1-P4)足够大，以允许设置在具有足够大的所述开孔的热交换器板的每侧的围绕热交换器板上的所述开孔的区域之间接触。
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