CN110268216A - 换热板和换热器 - Google Patents

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Abstract

用于换热器的在第一介质与第二介质之间的板(100)，带有延伸的主平面和主纵向方向(L)，包括：第一热传递表面(101)，其平行于所述主平面且与第一介质接触；以及第二热传递表面(102)，其平行于所述主平面且与第二介质接触；其中第一表面包括第一介质入口区域、第一介质传递区域和第一介质出口区域，该第一介质出口区域包括第一介质出口端口(112)；且第二表面包括第二介质入口区域、第二介质传递区域和第二介质出口区域，该第二介质入口区域与第一介质出口区域重叠且包括不与第一介质出口端口重叠的第二介质入口端口(111)。本发明的特征在于，第一介质出口区域包括突出的脊部(115、116)，其从第一表面的相应边缘(105、106)且垂直于纵向方向延伸，且其中所述突出的脊部形成用于第一介质的屏障***且限定通道(117)，第一介质被迫沿着该通道(117)行进，该通道首先朝第二介质入口端口延伸，然后围绕第二介质入口端口延伸，且此后远离第二介质入口端口延伸。

Description

换热板和换热器
技术领域
本发明涉及一种换热器板以及一种包括多个此类板的换热器。特别地，本发明在冷凝器类型的板式换热器中是有用的。
背景技术
不同类型的换热器在许多不同的应用中使用。特定类型的现有技术的换热器是板式换热器，其中待换热的不同介质的流动通道在此类板的堆叠中的相邻换热板之间形成，且特别地由此类板上的对应换热表面所界定。
特别地，已证明，板式换热器可有利地由相对薄的冲压薄板金属件制造，这些金属件可连结以形成换热器。可使此类换热器相对高效。
现有技术尤其包括WO2009112031A3、EP1630510B2和EP1091185A3，其描述带有鱼骨形突出图案的板的换热器。
此外，EP0186592B1描述带有提供凹部的板的板式换热器。
在本申请提交的时候还未公布的欧洲专利申请EP16192854.4描述一种设计成解决此类现有技术的换热器中关于如下内容的问题的换热器板和换热器：不足的机械稳定性；在整个换热器的给定的最大可接受压降下的换热效率；以及所使用的传热介质(heatmedium)的量的最小化。
本发明在保持总体的换热效率、机械稳定性以及传热介质的使用量的最小化的同时，解决在所述未公布的欧洲专利申请中公开的大体类型的板式换热器中冷却的传热介质实现高效冷却的额外问题。特别地，本发明在换热器为冷凝器的情况下且在所述冷却的传热介质首先冷凝且此后过冷到低于所讨论的介质的冷凝温度的温度的情况下实现这些目标。此外特别地，这些优点在其中过冷的传热介质为例如在热力操作的冷却机器中使用的制冷剂的优选情况下实现。
另外先前的刊物包括：WO2015057115A1，其公开一种带有用于改进的传热介质冷却的通道的换热器；DE19547185A1，其公开一种在板式交换器中增加湍流的元件；DE10049890B4和JP2013130300A，其公开在相应的板式交换器中相应的增加热传递的屏障***。
发明内容
因此，本发明涉及一种用于换热器的在第一介质与第二介质之间的板，该板与延伸的主平面和主纵向方向相关联且包括：第一热传递表面，其基本上平行于所述主平面延伸且布置成与第一介质接触，该第一介质大体上沿着第一表面在第一流动方向上流动；以及第二热传递表面，其基本上平行于所述主平面延伸且布置成与第二介质接触，该第二介质大体上沿着第二表面在第二流动方向上流动；其中第一热传递表面包括第一介质入口区域、第一介质传递区域和第一介质出口区域，该第一介质出口区域包括第一介质出口端口；且第二热传递表面包括第二介质入口区域、第二介质传递区域和第二介质出口区域，该第二介质入口区域与第一介质出口区域在主平面中重叠且包括第二介质入口端口，该第二介质入口端口不与所述第一介质出口端口在主平面中重叠；该板的特征在于，第一介质出口区域包括至少一个突出的脊部，其从第一热传递表面的相应边缘且沿着至少具有垂直于所述主纵向方向的分量的方向延伸，且其中所述一个或多个突出的脊部形成用于第一介质的屏障***且限定通道，如在所述主平面中看到的，第一介质被迫沿着该通道在它从第一介质传递区域到第一介质出口端口的路上行进，该通道首先朝第二介质入口端口延伸，然后围绕第二介质入口端口延伸，且此后远离第二介质入口端口延伸。
附图说明
在下文中，将参照本发明的示例性实施例和附图详细地描述本发明，其中：
图1是根据本发明的第一示例性实施例的换热器板的顶视图；
图2是图1中示出的换热器板的透视图；
图3是图1中示出的换热器板的部分移除的透视图；
图3A也是图1中示出的换热器板的部分移除的透视图；
图4是图1中示出的换热器板的顶视图，该换热器板在图4中以根据本发明的优选的安装定向来示出；
图5是根据本发明的第二示例性实施例的换热器板的透视图；
图6是图5中示出的换热器板的顶部平面图；
图7是图5中示出的换热器板连同三个额外的对应换热器板的截面的平面侧视图，其示意性地示出根据本发明的换热器中的所述板的定向；
图8是根据本发明的换热器的透视图；
图9是图8中示出的换热器的顶部平面图，其中示出截面A-A；
图10是不根据本发明的换热器的透视图；以及
图11是根据本发明的第三示例性实施例的换热器板的简化细节图。
具体实施方式
所有的图共用(share)共同一组参考标号，其表示相同的部分。而且，对于图中示出的板400以及两个主要的示例性换热板100、200，每个参考标号中相应的最后两个数字表示这两个板的对应部分(在适用时)。图中大体上，“CR”表示截面表面。
因此，图1-4示出用于换热器的在第一介质与第二介质之间的板100。第一和第二介质可各自彼此独立为液体或气体，且/或由于所述介质之间发生的换热作用(将所述板100用作根据本发明的换热器中的构件部分)从一个转变到另一个。
板100、200与延伸的主平面相关联，延伸的主平面未在图中指示，但其位于图1、图4和图6中的纸的平面中。此外，板100、200与主纵向方向L和横向方向C相关联。横向方向C垂直于主纵向方向L且平行于主平面。
板100包括第一热传递表面101，其基本上平行于所述主平面延伸且布置成在换热期间与第一介质接触，该第一介质在所述换热器中的板100的使用期间大体上沿着第一表面101在第一流动方向F1上流动。此外，板100包括第二热传递表面102，其基本上平行于所述主平面延伸且布置成与第二介质接触，该第二介质在此类使用期间大体上沿着第二表面102在第二流动方向F2上流动。流动方向F1和流动方向F2两者优选地基本上平行于纵向方向L。
要注意的是，图中示出的流动方向F1和流动方向F2使得板100是用于逆流式换热器的。这是优选的配置。还可想到，将带有过冷区域的并流式换热器用作本文中描述的换热器。在该情况下，可使用与图中示出的那些设计类似的设计，但其中交换了第二介质入口和出口，使得如本文中描述的，第二介质在相反方向上流动。
在纵向方向L上按倒序，板100包括第一区域110、第二区域120和第三区域130。第一区域110和第三区域130包括介质入口和出口，而第二区域120是传递区域，介质跨过该传递区域在区域110、130之间输送。优选地，沿着传递区域120不存在介质入口或出口，该传递区域120优选地占据板100在纵向方向L上的总长度的至少一半。
此外，板100包括用于第一介质的入口131和用于第一介质的出口112以及用于第二介质的入口111和用于第二介质的出口132。这些入口111、131和出口112、132可呈板100中的通孔的形式。图中，所述通孔具有圆形形状。然而，要认识到的是，可使用任何合适的形状(诸如方形形状)。由于板100、200优选为相同的或基本上相同的(除了成镜像的一些板之外—关于第一和第二类型的板100、200参见下文)，当板100、200堆叠时，这些通孔将对准以形成带有与所讨论的通孔的形状相同的截面形状的隧道。在使用期间，当板100作为多个此类板100中的一个安装在根据本发明的换热器中(如下文进一步详细描述的)时，入口和出口131；112；111；132中的每一个连接到相同板堆叠中其它板的对应入口/出口，以便形成大体的第一介质入口、第一介质出口、第二介质入口和第二介质出口端口。然后，入口端口布置成将第一和第二介质分别分配到每个板的入口131；111，且这些出口端口布置成将第一和第二介质分别从出口112；132传送且传送远离换热器。
入口111和出口112优选地完全布置在所述第一区域110中，而入口131和出口132优选地完全布置在第二区域130中。
沿着流动方向F1、F2，第一和第二介质分别在相应的入口111、131与相应的出口112、132之间在由相同板堆叠中的相邻板100形成的通道中流动。
要注意的是，相应成对131、112；111、132的入口布置成使得两股传热介质以关于横向方向C交叉的方式流动，由此每股传热介质在它从入口到出口的路上从一个横向方向C侧部105、106横贯到另一个，且甚至使得流径交叉(如在板100的主平面中看到的)。即使这是优选的布置，要认识到的是，其它布置也是可能的，例如通过交换131和132的位置。
更特别地，根据本发明的换热器包括两种类型(第一类型和第二类型)的多个板100。所述第一类型100a和所述第二类型100b两者的板100为如本文中所描述类型的这样的板，其中所述第二类型的板具有与所述第一类型的板的形状关于所讨论的板100的所述主平面基本上成镜像的形状。第一类型的所有板在第一类型板的组内可为相同的，而第二类型的所有板在该组内可为相同的。此外，板在堆叠中布置于彼此之上(在垂直于板的主平面的方向上堆叠，这些主平面布置成平行的)，其中所述第一和第二类型的板交错地布置。由于第一和第二类型的板成镜像，布置在相邻板上的凹部和脊部中对应的那些同彼此且保持彼此直接接触，使得相邻板的对应的第一表面101和/或第二表面102彼此直接邻接，且使得用于所述第一和第二介质的流动通道103、104在所述表面101、102之间形成。这在图7中示出，使用板200且为了提高清楚性在每对相邻板之间示出有小距离。然而，在安装状态中，不存在距离—板200布置成使得邻近的板200的凹部223和脊部221同彼此直接接触。
要认识到的是，板100可优选地以对应的方式堆叠，以便构成根据本发明的对应换热器的构件部分。如从图2和图3清楚的，板100(与板200相比)具有围绕板100的周边延伸的弯曲边缘107。边缘107相对于板100的主平面弯曲，且具有简化如下过程的目的：将板100连结在一起，以形成板100的所述堆叠。如果存在此类弯曲边缘107，边缘107与板100的脊部和凹部相反不在第一和第二类型的板之间成镜像。
本文中，由“基本上成镜像”意指，在邻近的板之间，本文中描述的所有或至少95%的凹部和脊部存在且重合。优选地，除了上文提到的类型的可能的弯曲侧缘之外，成镜像的板是相同但成镜像的。
在此类换热器中，可使用适当设计的端板，使堆叠中最后的板100、200在任意堆叠端部上密封且形成密封的换热器，其唯一的入口/出口是上文描述的入口和出口端口。
因此，由于第一介质在具有第一表面101、201作为限制性侧壁的通道203(参见图7)中输送，而第二介质在具有第二表面102、202作为限制性侧壁的通道104、204中输送(这些通道103、104；203、204仅通过所述板100、200来分离)，每个板100、200在所述第一和第二介质之间传递热量。更特别地，第一介质在由相邻板200a、200b的相反的相应表面101、201所限定的通道中流动，而第一介质与其换热的第二介质在由相邻板200b、200a的相反的相应表面102、202所限定的对应通道中流动。此外参见图8和图9。
根据优选实施例，第一表面101包括突出的脊部121，其限定在第一流动方向F1上延伸的至少两个平行且端部开放的通道122。此外，第二表面102优选地包括多个突出的凹部123，其在所述通道122中布置于邻近的相应成对的所述脊部121之间。
本文中，“脊部”指的是脊部布置在其上的所讨论的表面101的伸长的突出几何特征。优选地，第一表面101中的此类脊部121与相反的表面102中对应的伸长的凹槽或凹口相关联。
类似地，“凹部”在本文中指的是所讨论的凹部布置在其上的所讨论的表面102的点状突出几何特征。优选地，此类凹部与相反的表面101中对应的点状凹槽或凹口相关联。图中，凹部示出有大体上圆形的形状。然而，要认识到的是，可取决于应用而使用任何合适的形状(诸如，方形或八角形)。因此，词语“点状”旨在意指“在所讨论的板的主平面中带有大体上以特定点为中心而不是伸长的形状”。
脊部和凹部两者优选地布置有平面顶表面，该平面顶表面布置成邻接相邻布置的成镜像的换热器板的对应的相应脊部或凹部的对应的平面顶表面。
板100优选地由薄板金属制造，其中材料厚度优选地跨过整个板100主平面(且特别地跨过脊部115、116、121、125和凹部118、119、123、113、114、133、134、135(参见下文))基本上相等。有利地，板100由冲压成期望形状的薄板金属件制造。
已发现，此类换热器板100且特别是带有布置在所形成的通道122中的形成通道的脊部121和凹部123的此类图案的换热板100在用作本文中所描述类型的换热器中的构件部分时提供非常良好的机械稳定性，同时仍能够在所述第一和第二介质之间非常高效地传递热量(跨过各种各样的应用)。然而，要注意的是，可使用与图中示出的那些不同图案的凹部和/或脊部(特别是在传递区域120、220中)，同时仍获得如要求保护的带有通道117、217(参见下文)的冷却部分的益处。
使用此类板100还使得对于脊部和凹部可能以非常小的高度来设计(参见下文)，以便仅使用非常小体积的第一和/或第二介质来实现换热器。特别地，可使脊部高度非常小，由此可减少第一介质的量。此类小型化可在不危害效率和压降要求的情况下进行。
图5和图6示出第二示例性换热器板200，带有：对应的第一表面201和第二表面202；区域210、220、230；入口211、231；出口212、232；脊部221、通道222和凹部223。如上文描述且下文进一步描述的，该第二换热器板200提供与第一板100类似的优点。
如图中示出的，所述突出的脊部121、221优选地限定在第一流动方向F1上延伸的至少三个、优选地至少五个(在示例性板100中存在七个通道122，而在示例性板200中存在十三个通道222)平行且端部开放的通道122。发明人已发现，对于小的换热器，显著的优点已经可利用两个(在一些情况下至少三个)此类通道来实现，而对于较大的换热器，更多的通道将提供第一介质的更好的分配。
优选的是，通道122沿着纵向方向L沿着板100的基本上整个第二区域120延伸。特别地，通道122中的至少三个优选地各自沿着板100在纵向方向L上的整个长度的至少50%(优选地至少60%)延伸。
优选的是，凹部123沿着通道122中的至少三个(优选地沿着所有通道122)布置。优选地，凹部123沿着每个单独通道122的基本上整个长度来分配，优选地基本上等距地分配。优选地，具有凹部123的每个通道沿着其相应长度布置有至少三个、优选地至少五个、优选地至少十个此类凹部123。如图中公开的，相邻平行通道122的凹部123优选地布置成使得它们相对于彼此在纵向方向L上稍微移位。
根据一个优选实施例，通道122布置有当第一介质呈液体形式时且当板100布置在安装状态中以供使用(该安装状态在图4中示出)时允许通道122、103(其中通道103由如上文描述的两个相反且成镜像的开放通道部分122形成)完全排空第一介质的形状。在该安装状态中，板100的主平面基本上竖直地定向，且其中横向方向C对于竖直V成角度A布置，且纵向方向L相对于水平方向H以相同的角度A倾斜。角度A优选地在5°与40°之间。为了完全排空所述第一介质，脊部121中的每一个的至少一个相应侧壁(在图5中，在竖直方向上面向上的侧壁)的曲率在主平面和所述横向方向C上缺少局部最小值。由于当板100以图5中示出的定向安装时脊部121的侧壁形成通道122的底部，没有此类局部最小值确保在操作期间将没有液体第一介质变得截留在此类局部最小值中，且结果，通道122可被完全排空。当然，在每个脊部121的纵向端部处，所讨论的脊部侧壁的曲率向下弯曲，但这在此预期的意义上不视为局部最小值。
当板100处于如图4中示出的稍微倾斜的安装定向中时通道122可被完全排空，这对于优选的冷凝换热器应用实现良好的效率，带有冷却或过冷功能(下文更充分地详细描述)，同时在效率和稳健性方面仍实现上文描述的优点。而且，避免了关于在冷凝物所捕获(caught)处的区域中过热的问题。
优选地，所述脊部121中的至少一个、优选地至少两个邻近的脊部在沿着所述第一流动方向F1的至少一个位置处中断，从而限定用于第一介质的相应混合区124，该第一介质流过所述通道122中对应的邻近通道。进一步优选地，所述混合区124使在沿着第一流动方向F1的所述至少一个位置处存在的所有或至少大部分的所述平行通道122互连。这提供良好的热传递效率，同时保持换热器的结构稳健性。通过跨过横向方向均匀地分配第一介质，板100的张力也保持到最小值(由于热传递过程将是均匀的)。根据备选实施例，混合区124不使在沿着第一流动方向F1的所述至少一个位置处存在的所有的所述平行通道122互连。
优选的是，若干此类混合区124布置在沿着纵向方向L的不同位置处，诸如等距地布置。还优选的是，如图中示出的，邻近的混合区124相对于彼此在横向方向C上移位，使得至少一个通道122不中断地延伸经过至少一个混合区。
混合区可布置为对应脊部中的简单中断，允许在所讨论的混合区处第一介质在通道之间混合。然而，如图中示出的，备选地优选的是，第二表面包括至少一个突出的屏障结构，优选为脊部125、225，其在基本上垂直于第二流动方向F2的方向上延伸且布置在所述混合区124、224中。如图1-4中示出的，脊部125可限定用于第二介质的可穿透的屏障。如图5中示出的，脊部225可备选地包括连接的屏障，其对于第二介质是不可穿透的，但跨过整个横向方向C延伸，以便不允许第一介质经过，而迫使它沿着曲线路径移动。
如上文提到的，沿着主纵向方向L按倒序，板100优选地包括区域110、120和130。在第一表面101上，区域130可包括第一介质入口区域。在第一表面101上，区域120可包括第一介质传递区域。在第一表面101上，区域110可包括第一介质出口区域。
在优选实施例中，第一表面101包括上文所描述类型的至少三个混合区124，其布置在第一流动方向F1上的不同位置处，且其中如在第一流动方向F1上看到的，与较远离第一介质入口区域处相比，较接近于第一介质入口区域处所述混合区124更密集或更接近地布置。注意，此类变化的混合区域124的密度未在图中示出。
根据本发明，第一热传递表面101、201包括所述第一介质入口区域、所述第一介质传递区域和所述第一介质出口区域。而且，第一介质出口区域包括第一介质出口端口112、212。
此外根据本发明，第二热传递表面102、202包括第二介质入口区域、第二介质传递区域和第二介质出口区域，且第二介质入口区域与所述第一介质出口区域在主平面中重叠。而且，第二介质入口区域包括第二介质入口端口111、211，第二介质入口端口111、211转而不与所述第一介质出口端口112、212在主平面中重叠。
优选地，第二介质出口区域与第一介质入口区域重叠。这然后限定用于在逆流式换热器中使用的板。大体上，在第二表面102、202上，板100、200优选地包括与第一介质传递区域重叠的第二介质传递区域。
特别地，优选的是，所述第一介质入口区域包括第一介质入口131、231。然后，优选的是，特别是在换热器为冷凝器类型的换热器的情况下，第一介质入口131、231在主平面中具有比第一介质出口112、212更大的截面，优选为至少两倍大小。因此，在其中入口131、231和出口112、212为通孔的优选情况下，该截面大小为孔大小。当使用由于换热从气相冷凝到液相的第一介质时，此类配置满足高效的构造。
此外，优选的是，第一介质入口区域包括突出部135、235的图案，优选为以沿着第一介质流动方向F1(图1-4)或沿着横向方向C(图5和图6)的分量延伸的短脊部，其布置成将第一介质分配到所述平行通道122、222中的至少两个的相应入口。
除了布置在通道122、222中的上文描述的脊部121、221和凹部123、223之外，第一表面101和第二表面102中的至少一个(优选地两者)包括相应的多个额外突出的凹部。图中，这些额外的凹部示为：第一区域110、210中的第一表面101、201凹部113、213；第三区域130、230中的第一表面101、201凹部133、233；第一区域110、210中的第二表面102、202凹部114、214；以及第三区域130、230中的第二表面102、202凹部134、234。优选的是，板100、200包括所有四种或这些类型的凹部113、133、114、134；213、233、214、234。
这些凹部共用如下的共同(joint)目的：跨过板100；200的相应表面101、102；201、202分配相应介质，提高热传递效率；以及给换热器提供机械稳定性。
特别地，优选的是，与第二表面102、202的额外凹部114、134；214、234的数量相比，第一表面101、201包括更多、优选为至少两倍、优选为至少三倍的所述额外凹部113、133；213、233。这已被证明实现了非常高效的热传递(特别是在冷凝器类型的换热器的情况下)，而不危害其机械稳定性。而且，这实现了处理对换热器的较大介质压力阻力的可能性。
如从图7清楚的，第一介质通道203(在垂直于每个板200的主平面的方向上)低于第二介质通道204。这在冷凝器类型的换热器(其中第一介质由于换热而冷凝)的情况下是特别优选的。
特别地，优选的是，上文描述的凹部和脊部垂直于所述主平面的相应高度限定在所述第一介质通道203中对于第一介质的第一流动高度和在所述第二通道204中对于第二介质的第二流动高度。然后，优选的是，第二流动高度为第一流动高度的至少2倍，优选为至少5倍。关于图1-4中示出的示例性板，对应的特征是适用的(true)。
为了使所有对应的凹部和脊部在相邻成镜像的板之间邻接，要认识到的是，任意表面101、102；201、202上所有的凹部和脊部优选地具有相同的高度(如从所述主平面测量的)。
在特别优选的实施例中，第一介质通道203的第一流动高度为至多2 mm，优选为至多1 mm，优选为至少0.5 mm。这意味着单独的凹部和脊部的高度(包括用来将板连结在一起的任何额外材料，诸如在邻接的凹部与脊部之间的钎焊材料)为至多1 mm，优选为0.4 mm，优选为至少0.2 mm。在钎焊于一起的结构(参见下文)的优选情况下，优选的是，所使用的钎焊材料(优选地呈箔(诸如铜箔)的形式)在加热之前为0.01 mm至0.08 mm厚。
关于平行通道122、222，它们在横向方向C上优选为5与20 mm之间宽，优选为8与15mm之间宽。
在下文中，将更接近地详细描述第一介质出口区域，特别是关于在第一介质通过第一介质出口端口112、212离开之前提供第一介质的高效冷却的结构。特别地，此类结构可用作过冷结构，其使冷凝的第一介质在通过第一介质出口端口112、212离开之前高效地冷却到低于第一介质的冷凝温度。这在如上文和下文所描述的逆流类型的换热器中特别有用。这些优点可在不使换热器的机械稳定性遭受危险的情况下实现(即使在相对大的介质压力下)，且仅需要有限量的第一介质。
因此，根据本发明，第一介质出口区域包括至少一个、优选地至少两个突出的脊部115、116；215、216，其从第一热传递表面101；201的相应边缘(诸如侧缘105、106、205、206)且沿着至少具有垂直于所述主纵向方向L的分量的方向延伸。此外，所述一个或多个突出的脊部115、116；215、216形成用于第一介质的屏障***且限定通道117、217，如在所述主平面中看到的，第一介质被迫沿着该通道117、217在它从第一介质传递区域到第一介质出口端口112、212的路上行进。如在图中看到的，通道117、217首先朝第二介质入口端口111、211延伸，然后围绕第二介质入口端口111、211延伸，且此后远离第二介质入口端口111、211延伸。通道117、217与通道入口117a、217a相关联。
这在第一介质出口区域中提供第一与第二介质之间非常强大且高效的热传递，特别是在第一介质被冷却的情况下从第一介质到第二介质的此类热传递。在冷凝器类型的换热器的情况下，优选的是，换热器尺寸设置成使得第一介质在已经进入通道117、217中之后冷凝(优选地完全冷凝)，于是从冷凝的第一介质到第二介质(其经由第二介质入口端口111、211进入)的热传递变得非常高效。
根据优选实施例，通道117、217具有在通道117、217直接上游的对于第一介质的总流动截面的至多3分之一、优选为至多5分之一的流动截面，使得在第一介质进入通道117、217中之前和之后处于相同相的情况下，与通道117、217的直接上游相比，第一介质流动速度在通过通道117、217时更高。然而，优选的是，板100、200尺寸设置成使得处于气相的通过第一介质入口131、231进入的第一介质在它完全冷凝成液体形式之前横穿第一介质传递区域的至少一半，优选为基本上整个第一介质传递区域。特别地，冷凝优选地在连通到通道117、217入口时和/或在进入通道117、217入口之前发生，使得处于液相的第一介质与行进穿过相对较宽的第一介质传递区域的处于气相的相同第一介质相比仍以较低的流动速度行进穿过相对较窄的通道117、217。与特定的所选择的第一和第二介质的类型和入口温度有关，这样设置板100、200的尺寸将产生第一介质的非常高效的过冷。所述尺寸设置可招致(incur)关于板100、200长度和宽度、凹部和脊部布置、通道203、204高度等等的设计选择。
本文中，“上游”意指关于第一介质流动方向F1的上游。如在图1-4中看到的，例如，在通道117直接上游的总流动截面是板100的基本上整个横向方向C宽度，而在通道117中对于第一介质的总流动截面例如为(取决于所考虑的通道117的该部分)：脊部115、116之间的纵向方向L距离；第二介质入口端口111与板100边缘106之间的横向方向C距离；以及脊部115与板100短端之间的纵向方向L距离。对于板200，对应的特征是有效的。
更特别地，优选的是，通道117、217沿着其长度的大部分(优选地沿着其整个长度)为5与30 mm之间宽，优选为8与20 mm之间宽。
在图中示出的优选示例中，板100、200包括第一侧缘105、205和第二相反的侧缘106、206，优选为伸长的板100、200的长边缘。侧缘105、106、205、206因此布置于离彼此在横向方向C上一定距离处。
侧缘105、106、205、206优选地设置成使得第一介质出口端口112、212比第二介质入口端口111、211更接近于第一侧缘105、205布置。
所述至少一个突出的脊部优选地包括远侧脊部115、215，其从第一侧缘105、205一直延伸到第二介质入口端口111、211。此外，所述至少一个突出的脊部优选地包括近侧脊部116、216，其从第二侧缘106、206朝第一侧缘105、205延伸，但没有一直延伸到第一侧缘105、205。因此，近侧脊部116、216优选地具有封闭端(对于远侧脊部115、215情况优选地不是这样)，该封闭端终止于围绕入口112、212且完全包绕入口112、212形成的脊部结构且优选地形成该脊部结构的部分。大体上，优选的是，近侧脊部116、216比远侧脊部115、215更接近于第一介质传递区域布置，且远侧脊部115、215布置在第一介质出口端口112、212与第一介质传递区域之间。
与其相比，图10示出不根据本发明的传热板(heat plate)。由于图10中与近侧脊部116、216对应的脊部没有自始至终一直延伸到与第二介质入口111、211对应的端口，图10中的第一介质不被迫围绕第二介质入口行进。特别地，从第一介质传递区域一直流到第一介质出口且从第一介质出口流出的所有的第一介质不被迫围绕第二介质入口行进。
如在该背景下本文中使用的，第一介质“被迫围绕第二介质入口行进”旨在意指，从第一介质传递区域一直行进到第一介质出口且从第一介质出口出来的所有的第一介质被迫围绕第二介质入口行进(与仅部分的所述第一介质围绕第二介质入口行进相反)。
图11示出根据本发明的换热器板400的相应的第一区域410。板400包括：第一介质出口412和第二介质入口411；远侧屏障415和近侧屏障416；第一侧405和第二侧406；以及通道417，包括入口417a、第一上游部分417b、中间部分417c和第二下游部分417d。
要注意的是，远侧屏障415延伸经过第二介质入口411，但通道417仍经由中间部分417c绕过第二介质入口411。例如，近侧屏障416在横向方向C上延伸经过第二介质入口411，这迫使第一介质在上游部分417b和下游部分417d两者中经过第二介质入口411。
要进一步注意的是，通道117、217、417还可例如分成多个平行的子通道，所有子通道围绕第二介质出口延伸。这还将意味着所讨论的通道作为整体绕过第二介质入口。
特别地，且如图1-4中示出的，远侧脊部115包括弯曲部分115a，且因此沿着通道117的长度的至少一部分弯曲，以便大体上遵循第一介质出口端口112的轮廓。本文中，表达“大体上遵循端口的轮廓”意指，所讨论的脊部具有如下曲率：其至少大致对应于所讨论的端口的周边几何形状，但在离所讨论的端口的一部分一定距离处(诸如等距地)且沿着该部分延伸。优选地，该曲率对应于关于所讨论的端口的中心沿着至少10度角(angulardegrees)的端口几何形状。
类似地，优选的是，近侧脊部116包括弯曲部分116a，且因此沿着通道117的长度的至少一部分弯曲，以便大体上遵循第二介质入口端口111的轮廓，至于与第一介质出口端口111有关的弯曲部分115，带有对应的含意。
此类弯曲部分115a和/或116a以及优选地两者的组合实现非常紧凑的通道117几何形状，提供在区域110中高效率的热传递，同时允许用于所述传递区域的较大表面。
根据图5和图6中示出的备选实施例，远处脊部215和近侧脊部216中的至少一个(优选为两者)是直的。这有助于更简单的板200设计。
如上文描述的，在优选实施例中，第一和第二热传递表面101、201两者包括相应的凹部113、114、123、133、134、213、214、223、233、234。优选地，此类凹部还存在于第一区域110、210中，优选地包括第一热传递表面101、201凹部113、213和第二热传递表面102、202凹部114、214两者。
优选地，通道117、217包括：通道117、217的第一上游(关于穿过通道117、217的第一介质的流动方向)部分117b、217b；通道117、217的中间部分117c、217c；以及通道117、217的第二下游部分117d、217d。中间部分117c、217c布置在上游部分117b、217b与下游部分117d、217d之间，布置成围绕第二介质入口端口111、211来传送第一介质。进一步优选地，第一部分117b、217b和第二部分117d、217d中的每一个包括第一热传递表面101、201凹部113、213和第二热传递表面102、202凹部114、214两者，而中间部分117c、217c包括至少80%(优选地仅)第一热传递表面101、201凹部113、213。优选地，存在多个第一热传递表面101、201凹部118、218，其围绕第二介质入口111、211布置，优选地等距且包绕第二介质入口111、211布置，优选地在离入口111、211周边相等距离处。优选地，无凹部的通道118a、218a限定在凹部118、218的外部在板100、200的周边与凹部118、218之间，以用于允许第一介质不中断地流动。
这提供坚固、紧凑的构造，同时仍保持足够的热传递。
类似地，多个第一热传递表面101、201凹部119、219围绕第一介质出口112、212布置。凹部119、219优选地等距且包绕第一介质出口112、212布置，优选地在离出口121、212相等距离处。
根据非常优选的实施例，板100、200通过一起钎焊在上文所描述的堆叠结构中来一起形成换热器，使得相邻成镜像的板100、200的所述凹部和脊部中对应的那些钎焊在一起，顶面抵靠顶面。这在不使所述脊部与凹部之间形成的复杂通道的完整性遭受危险的情况下形成非常坚固的构造。特别地，板100、200优选地由不锈钢制造，且使用铜或镍来钎焊在一起；或备选地，板100、200可由铝制造，且使用铝来钎焊在一起。实际上，板100、200布置在所述堆叠结构中，在中间带有钎焊箔材料。然后，整个堆叠在炉中经受加热，导致钎焊材料熔化且将板100、200经由上文描述的凹部和脊部持久地连结在一起。
特别地，根据本发明的此类换热器可优选为封闭的逆流式换热器，包括：第一介质入口端口353，其布置成将第一介质分配到相应的第一介质通道203与所述板200的所述第一表面201接触；第一介质出口端口351，其布置成从所述第一通道203引导第一介质与所述第一表面201接触且将第一介质从换热器引导出；第二介质入口端口350，其布置成将第二介质分配到相应的第二介质通道204与所述板的第二表面202接触；以及第二介质出口端口352，其布置成从所述第二介质通道204引导第二介质与第二表面202接触且将第二介质从换热器引导出。关于使用如图1-4中示出的板100的换热器，对应的特征是适用的。
特别地，且如上文提到的，该换热器为冷凝器类型的换热器，其布置成使处于气相的第一介质与第二介质换热，使得第一介质冷凝(优选地完全冷凝)成液体形式。在该情况下，优选的是，换热器布置成使得冷凝的液体第一介质此后从第一介质出口端口351流出，优选地在如上文描述的过冷区域中被冷却到低于第一介质的冷凝温度(优选为此类冷凝温度之下至少3°C，最优选为此类冷凝温度之下3°与7°C之间)之后。
特别地，本发明在其中第一介质为制冷剂(优选为烃，优选为丙烷)的特定情况下是有用的。类似地，第二介质可优选为液体，优选为水。
此类换热器的优选用途包括：用作冷却设备(诸如冷冻机或制冷机)中的换热器；在用于加热室内空气、水或属于一种性质的类似物的热泵中使用；用于工业换热和制冷的目的(诸如在食品工业内)；等等。
优选地，根据本发明的换热器在其最长的尺寸方面最大为1米。
图8和图9示出换热器300，包括在图1-4中示出且在上文描述的类型的多个(在示出的示例中，十个)换热板100。板100一个堆叠在另一个之上，其中每隔一个板100关于其相邻的邻近板成镜像(同样如上文所描述的)。要注意的是，在换热器300中，每个板200的弯曲边缘205不成镜像。
第一介质经由第一介质入口端口353进入换热器300，第一介质入口端口353与在相应的相邻成对的板100之间形成且由它们相应的第一表面101所界定的所有通道连通。优选地，这些通道是平行的，使得第一介质沿着第一流动方向F1以并流流动。第一介质然后被从这些通道收集，且经由第一介质出口端口351离开。
第二介质经由第二介质入口端口350进入换热器300，第二介质入口端口350与在相应的相邻成对的板100之间形成且由它们相应的第二表面102所界定的所有通道连通。优选地，这些通道是平行的，使得第二介质沿着第二流动方向F2以并流流动。第二介质然后被从这些通道收集，且经由第二介质出口端口352离开。
因此，要认识到的是，第一和第二介质流两者以并流的方式在相应的入口和出口端口之间在所述堆叠中成对的单独板100之间流过所述类型的多个通道。
如在图9中最佳地看到的，除了端口350-353之外，换热器300还包括端板360、361，其用于在板100堆叠的每个末端上界定所述通道，确保换热器300完全封闭且不透液体和气体。
上文已描述了优选实施例。然而，对技术人员显而易见的是，可在不脱离本发明的基本想法的情况下对所公开的实施例作出许多修改。
大体上，板100、200和换热器的上文描述的特征可自由地组合(在适用时)。
关于板100、200和400所述的一切可用于与其它板互换(在适用时)。因此，板200还可例如布置有如板100中示出的弯曲边缘107等等。
只要遵守上文描述的设计原理，图中示出的特定图案的凹部和脊部可变化。关于过冷结构通道117、217和它相关联的凹部113、118、119、213、218、219，这是特别适用的。
举例来说，图中存在两个结合的脊部115、116；215、216，其一起形成通道117；217。即使该配置是优选的，然而，将有可能仅使用一个屏障。例如，屏障116；216可被省略，或可能利用密集成组的第一表面凹部来代替。
因此，本发明不限于所描述的实施例，而可在所附权利要求书的范围内变化。

Claims (15)

1.用于换热器的在第一介质与第二介质之间的板(100；200)，所述板(100；200)与延伸的主平面和主纵向方向(L)相关联且包括：
第一热传递表面(101；201)，其基本上平行于所述主平面延伸且布置成与所述第一介质接触，所述第一介质大体上沿着第一表面(101；201)在第一流动方向(F1)上流动；以及
第二热传递表面(102；202)，其基本上平行于所述主平面延伸且布置成与所述第二介质接触，所述第二介质大体上沿着第二表面(102；202)在第二流动方向(F2)上流动；其中
所述第一热传递表面(101；201)包括第一介质入口区域、第一介质传递区域和第一介质出口区域，所述第一介质出口区域包括第一介质出口端口(112；212)；且
所述第二热传递表面(102；202)包括第二介质入口区域、第二介质传递区域和第二介质出口区域，所述第二介质入口区域在所述主平面中与所述第一介质出口区域重叠且包括第二介质入口端口(111；211)，所述第二介质入口端口(111；211)在所述主平面中不与所述第一介质出口端口(112；212)重叠；
其特征在于，所述第一介质出口区域包括至少一个突出的脊部(115、116；215、216)，其从所述第一热传递表面(101；201)的相应边缘(105、106；205；206)且沿着至少具有垂直于所述主纵向方向(L)的分量的方向延伸，且其中所述一个或多个突出的脊部(115、116；215、216)形成用于所述第一介质的屏障***且限定通道(117；217)，如在所述主平面中看到的，所述第一介质被迫沿着所述通道(117；217)在它从所述第一介质传递区域到所述第一介质出口端口(112；212)的路上行进，所述通道(117；217)首先朝所述第二介质入口端口(111；211)延伸，然后围绕所述第二介质入口端口(111；211)延伸，且此后远离所述第二介质入口端口(111；211)延伸。
2.根据权利要求1所述的板(100；200)，其特征在于，所述通道(117；217)具有在所述通道(117；217)直接上游的对于所述第一介质的总流动截面的至多3分之一、优选为至多5分之一的流动截面，使得与所述通道(117；217)的直接上游相比，第一介质流动速度在通过所述通道(117；217)时更高。
3.根据权利要求l或权利要求2中任一项所述的板(100；200)，其特征在于，所述通道(117；217)沿着其长度的大部分、优选地沿着其整个长度为5与30 mm之间宽，优选为8与20mm之间宽。
4.根据前述权利要求中任一项所述的板(100；200)，其特征在于，所述板(100；200)包括第一侧缘(105；205)和第二相反的侧缘(106；206)，所述侧缘(105、106；205、206)布置于离彼此在横向方向(C)上一定距离处，所述横向方向(C)垂直于所述主纵向方向(L)且平行于所述主平面，其中所述第一介质出口端口(112；212)比所述第二介质入口端口(111；211)更接近于所述第一侧缘(105；205)布置，其中所述突出的脊部(115、116；215、216)包括远侧脊部(115；215)和近侧脊部(116；216)，所述远侧脊部(115；215)从所述第一侧缘(105；205)一直延伸到所述第二介质入口端口(111；211)，所述近侧脊部(116；216)从所述第二侧缘(106；206)朝所述第一侧缘(105；205)延伸，但没有一直延伸到所述第一侧缘(105；205)，其中所述近侧脊部(116；216)比所述远侧脊部(115；215)更接近于所述第一介质传递区域布置，且其中所述远侧脊部(115；215)布置在所述第一介质出口端口(112；212)与所述第一介质传递区域之间。
5.根据权利要求4所述的板(100)，其特征在于，所述远侧脊部(115)沿着所述通道(117)的至少一部分弯曲，以便大体上遵循所述第一介质出口端口(112)的轮廓。
6.根据权利要求4或权利要求5所述的板(100)，其特征在于，所述近侧脊部(116)沿着所述通道(117)的至少一部分弯曲，以便大体上遵循所述第二介质入口端口(111)的轮廓。
7.根据前述权利要求中任一项所述的板(100；200)，其特征在于，所述第一和第二热传递表面(101；201)两者包括相应的凹部(113、114、118、119、123、133、134；213、214、218、219、223、233、234)，且其中所述通道(117；217)的第一上游部分(117b；217b)以及所述通道(117；217)的第二下游部分(117d；217d)各自包括第一热传递表面凹部(113；213)和第二热传递表面凹部(114；214)两者，但所述通道(117；217)的中间部分(117c；217c)仅包括第一热传递表面凹部(118；218)，所述中间部分(117c；217c)布置在所述上游(117b；217b)与下游(117d；217d)部分之间，所述中间部分(117c；217c)围绕所述第二介质入口端口(111；211)来传送所述第一介质。
8.根据权利要求7所述的板(100；200)，其特征在于，所述凹部(113、114、118、119、123、133、134；213、214、218、219、223、233、234)和脊部(115、116、121、125；215、216、221、225)垂直于所述主平面的相应高度限定对于所述第一介质的第一流动高度和对于所述第二介质的第二流动高度，且其中所述第二流动高度为所述第一流动高度的至少2倍，优选为至少5倍。
9.根据权利要求8所述的板(100；200)，其特征在于，所述第一流动高度为至多2 mm，优选为至多1 mm，优选为至多0.5 mm。
10.换热器，其包括第一类型(200a)和第二类型(200b)的多个板(100；200)，所述第一类型和所述第二类型两者的所述板(100；200)是根据前述权利要求中任一项所述的板(100；200)，而其中所述第二类型的板(100；200)具有与所述第一类型的板(100；200)的形状基本上成镜像的形状，所述板(100；200)在堆叠中布置于彼此之上，其中所述第一和第二类型的板(100；200)交错地布置，由此相邻板(100；200)的凹部(113、114、118、119、123、133、134；213、214、218、219、223、233、234)和脊部(115、116、121、125；215、216、225、221)中对应的那些同彼此且保持彼此直接接触，使得相邻板(100；200)的对应的第一表面(101；201)和/或第二表面(102；202)彼此邻接，且使得用于所述第一和第二介质的流动通道(203、204)在所述表面(101、102；201、202)之间形成。
11.根据权利要求10所述的换热器，其特征在于，所述板(100；200)钎焊在一起，使得相邻成镜像的板(100；200)的所述凹部(113、114、118、119、123、133、134；213、214、218、219、223、233、234)和脊部(115、116、121、125；215、216、221、225)中对应的那些钎焊在一起。
12.根据权利要求10或权利要求11所述的换热器，其特征在于，所述换热器为封闭的逆流式换热器，包括：
第一介质入口端口，其布置成将所述第一介质分配到所述板(100；200)的相应的第一热传递表面(101；201)；
第一介质出口端口，其布置成从所述第一热传递表面(101；201)引导所述第一介质且将所述第一介质从所述换热器引导出；
第二介质入口端口，其布置成将所述第二介质分配到所述板(100；200)的相应的第二热传递表面(102；202)；以及
第二介质出口端口，其布置成从所述第二热传递表面(102；202)引导所述第二介质且将所述第二介质从所述换热器引导出。
13.根据权利要求10至权利要求12中任一项所述的换热器，其特征在于，所述换热器为冷凝器，其布置成使处于气相的所述第一介质与所述第二介质换热，使得所述第一介质冷凝，且布置成使得冷凝的液体第一介质此后首先在流过低于所述第一介质的冷凝温度的所述通道(117；217)的同时被冷却，且此后从所述第一介质出口(112；212)流出。
14.根据权利要求13所述的换热器，其特征在于，所述第一介质为烃，优选为丙烷。
15.根据权利要求13或权利要求14所述的换热器，其特征在于，所述第二介质为液体，优选为水。
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