CN115325864A - 用于板式热交换器的具有不对称性波纹结构的板 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于板式热交换器(1)的板(2)。该板(2)设置有多个波纹结构(8)，该板(2)的横截面由此限定多个峰部(9)和谷部(10)，这些峰部(9)和谷部(10)限定沿着板(2)的表面的流动路径。峰部(9)和/或谷部(10)具有关于与峰部(9)和/或谷部(10)的顶点相交的中心线(11、12)不对称的形状。本发明还公开了一种板式热交换器(1)，该板式热交换器包括以堆叠构造布置的多个这样的板(2)，其中，形成在板(2)中的峰部(9)和谷部(10)限定板(2)之间的流动路径。

Description

用于板式热交换器的具有不对称性波纹结构的板
技术领域
本发明涉及一种用于板式热交换器的板。该板设置有多个波纹结构，这些波纹结构限定沿该板的相反两侧的流动路径。本发明还涉及包括多个这种板的板式热交换器。
背景技术
板式热交换器包括多个堆叠的板，每个板都设置有波纹图案。从而在板之间限定了流动路径，并且可以通过板在沿着板的相反两侧流过的流体之间经由各自的流动路径进行热交换。
由板的波纹图案的设计决定流动路径的大小和形状。在其中一个板的横截面视图中，波纹图案限定了峰部和谷部，它们通常彼此相同或相似，从而沿着板的相反两侧限定相同的或非常相似的流动路径。此外，由波纹图案限定的峰部和谷部通常是对称的，即，板的从峰部或谷部的顶点延伸的部分在倾斜角、曲率半径等方面基本相同。
板式热交换器可以是例如呈垫片式热交换器的形式，其中，板在张力下以非永久性方式保持在一起，即，板可以彼此分离。或者，板式热交换器可以呈钎焊热交换器的形式，其中，波纹图案的顶部彼此钎焊或熔焊，即，板以永久方式彼此接合。
沿着板的相反两侧的相同流动路径具有如下结果：在相应的流动路径中流动的流体中的压力条件也相同或非常相似。例如，各个热交换流体通过热交换器时的压降基本相同。然而，有时希望热流体的压降不同于冷流体的压降，以便在热交换器中获得期望的热传递。例如，这可以通过以峰部与谷部不同的这样的方式设计波纹图案来获得。这导致峰部或谷部相对较大，这可能会降低热交换器的强度。为了对此进行补偿，可以至少在弱化部分增加板的厚度，而这导致通过板的热传递较差。
发明内容
本发明的实施例的一个目的是提供一种用于板式热交换器的板，其中，获得了在热交换器中的改进的热传递。
本发明的实施例的另一个目的是提供一种具有改进的热传递能力的板式热交换器。
根据本发明的第一方面，提供了一种用于板式热交换器的板，该板设置有多个波纹结构，板的横截面由此限定多个峰部和谷部，这些峰部和谷部限定沿着板的表面的流动路径，其中，峰部和/或谷部具有关于与峰部和/或谷部的顶点相交的中心线不对称性的形状。
因此，本发明的第一方面提供了一种用于板式热交换器的板，即如上所述的包括多个堆叠的板的热交换器。该板设置有多个波纹结构。因此，当板被堆叠以形成板式热交换器时，沿着板的相反两侧形成流动路径，并且在沿着板的相反两侧形成的流动路径中流动的流体之间可以发生热交换。由于波纹结构，所以板的横截面限定了多个峰部和谷部，并且这些峰部和谷部限定了在板的相反两侧上的流动路径。
峰部和/或谷部具有关于与峰部和/或谷部的顶点相交的中心线不对称性的形状。
在本文中，术语“顶点”应该被解释为表示构成极值(即，板材与板的平均平面之间的距离最大)的波纹结构的位置。
由于峰部和/或谷部具有关于与相应顶点相交的中心线不对称性的形状，所以在从一个方向接近顶点之一的区域中的板部分的形状不同于从相反方向接近顶点的区域中的板部分的形状。这导致由波纹结构的峰部和谷部限定的流动路径也是不对称性的。此外，不对称性的后果是形成在板的一侧上的流动路径与形成在板的相反侧上的流动路径不同。因此，沿着板的相反两侧流动的热交换流体中普遍存在的压力条件也彼此不同。例如，在通过热交换器时，热流体的压降与冷流体的压降不同，从而可以获得期望的流体之间的热传递。由于不对称性的峰部和/或谷部，这在没有显著削弱板的情况下获得，因为峰部和/或谷部仅在一侧被扩大。因此，不需要增加板的厚度来补偿这种弱化。
此外，当堆叠相同的板以形成板式热交换器时，彼此相邻布置的板可以相对于彼此是颠倒的，即，一个板的不对称性峰部变成相邻的板的不对称性谷部。从而使各个板的非对称峰部和非对称谷部邻接布置，由此进一步提高热交换器的强度。
峰部和谷部可以具有不对称性的形状。作为替代方案，可以只有峰部具有不对称性的形状，而谷部具有对称的形状；或者，可以只有谷部具有不对称性的形状，而峰部具有对称的形状。
峰部和/或谷部的横截面可以在中心线的相对两侧限定不同的曲率。
根据该实施例，峰部和/或谷部的不对称性是在靠近峰部和/或谷部的顶点的区域中的板的曲率(即，在顶点的区域中的板材所遵循的路径的在板的横截面内的曲率)的方面。例如，板材的曲率半径可以从中心线的一侧到中心线的另一侧不同。
可替代地或另外，沿着板的表面的在峰部的顶点与相邻的第一谷部的顶点之间的距离可以不同于沿着板的表面的在峰部的顶点与相邻的第二谷部的顶点之间的距离。
在波纹图案中，峰部和谷部交替地布置，即在两个谷部之间布置一个给定的峰部，在两个峰部之间布置一个给定的谷部，布置在波纹图案的外边界处的峰部或谷部除外。这样的峰部/谷部将只有一个相邻的谷部/峰部。
板材将彼此相邻定位的峰部和谷部(即，相邻的峰部和谷部)的顶点相互连接。根据该实施例，给定峰部的不对称性呈沿着板的表面的到布置成邻近在与峰部的顶点相交的中心线的相反侧的峰部的相邻谷部的距离的差异的形式。距离的差异可以例如由板的各个部分的斜率的差异引起。
应该注意的是，尽管上述实施例涉及峰部的顶点与相邻或邻近的谷部的各个顶点之间的距离，但是上述描述也适用于相反的情况，即，谷部的顶点与相邻或邻近的峰部的相应顶点之间的距离。
峰部和谷部可以在板上形成人字形图案。根据该实施例，峰部和谷部的顶点沿着沿板的表面的基本上呈直线的线以及在相对的两半表面上形成的相对于彼此形成角度的线延伸。当堆叠板以形成板式热交换器时，可以以相邻的板相对于彼此颠倒的方式布置板。由此，由相邻板上的人字形图案限定的线将不重合，而是在多个交叉点处彼此交叉。流过由波纹结构限定于板之间的流动路径的流体由此被迫改变方向，从而在流体中引起湍流，这提供了改进的热传递。
给定峰部和/或谷部的不对称性可以沿着峰部和/或谷部延伸的方向变化。
根据该实施例，峰部和/或谷部的不对称性沿着各个峰部和/或谷部延伸的方向不是恒定的。不对称性的变化可以例如是在不对称性的大小的方面，即，在与顶点相交的中心线一侧处的峰部或谷部的形状与在中心线的相反的第二侧处的峰部或谷部的形状相差多少。
此外，不对称性形状可以从中心线的一侧移动到另一侧。例如，在不对称性在中心线的相对两侧限定不同的曲率的情况下，在沿着峰部或谷部延伸的方向的给定位置处，可以在中心线的第一侧处定义第一曲率半径R1，并且可以在中心线的相反的第二侧处定义第二曲率半径R2。然而，在沿着该方向的另一位置处，可以在中心线的第一侧处定义第二曲率半径R2，并且可以在中心线的第二侧处定义第一曲率半径R1。
不对称性的变化可以是平滑且连续的。可替代地或另外，不对称性的突然变化可以发生在沿着峰部或谷部延伸的方向的特定位置处。
由于不对称性的变化，所以流经所形成的流动路径的流体中的湍流增加，从而改善了热传递。
此外，当堆叠板以形成板式热交换器时，可以以提高板式热交换器的强度的方式相对于彼此布置相邻板的不对称性的变化。这允许板被制造成具有较低的厚度，或者至少不增加厚度，而不损害热交换器的强度。板的较低厚度甚至进一步改善了通过板的热传递。
最后，在制造板时，不对称性的变化在压制过程中提供了更好的板锁定或固定。从而可以以更精确的方式制造板。这进而导致板的厚度更均匀，并且在板式热交换器是垫圈式热交换器的情况下，当板在张力下被堆叠时板之间的接触得到改善。类似地，在板式热交换器是钎焊式热交换器的情况下，板之间的接触也得到改善。
不对称性的变化可以是周期性的。根据该实施例，板可以以确保相邻板的峰部或谷部的特定部分接触的方式适当地被堆叠。
根据本发明的第二方面，提供了一种板式热交换器，其包括以堆叠构造布置的多个根据本发明的第一方面的板，其中，形成在板中的峰部和谷部限定板之间的流动路径。
由于板式热交换器包括多个根据本发明的第一方面的板，所以以上参照本发明的第一方面阐述的说明在这里同样适用。
特别地，在峰部和/或谷部的不对称性沿峰部和/或谷部延伸的方向变化的情况下，板可以以上述方式被堆叠，从而提高热交换器的强度并且改善热传递。
附图说明
现在将参照附图更详细地描述本发明，其中，
图1是根据本发明的实施例的板式热交换器的透视图，
图2示出了根据本发明的实施例的板式热交换器的四个板，
图3是根据本发明的实施例的用于板式热交换器的板的一部分的局部剖视图，
图4是根据本发明的实施例的用于板式热交换器的板的一部分的透视图，
图5是图4的用于板式热交换器的板的俯视图，并且
图6是根据本发明的实施例的用于板式热交换器的板的示意图。
具体实施方式
图1是根据本发明的实施例的板式热交换器1的透视图。板式热交换器1包括堆叠布置在两个端板3之间的多个板2。第一流体入口4可连接到第一热交换流体的流体源，并且第二流体入口5可连接到第二热交换流体的流体源。热交换流体由此通过各自的流体入口4、5进入板式热交换器1中，并沿着相应的板2的相反两侧通过，同时通过板2进行热交换。第一热交换流体通过第一流体出口6离开板式热交换器1，第二热交换流体通过第二流体出口7离开板式热交换器1。
图2示出了用于板式热交换器(例如图1中所示的板式热交换器)的四个板2。以分解方式示出板2，即，板2之间具有一定距离。然而，为了通过板2形成板式热交换器，板2被堆叠，即，布置成彼此紧邻并且它们的表面完全重叠。因此，流体入口4、5和流体出口6、7也布置成彼此相邻，从而形成将热交换流体分配到板2之间形成的流动路径的入口歧管和出口歧管。
每个板2都设置有多个波纹结构8，这些波纹结构8限定了在板2上以人字形图案布置的峰部和谷部。人字形图案以这样的方式布置：即，从一个板2到与其相邻布置的板2交替它们的方向。在相邻板2的峰部重合的位置处，板2彼此邻接。从而限定沿着板2的表面的流动路径，并且这些流动路径确保在其中流动的流体中引入湍流，从而确保沿着给定板2的相反两侧流动的热交换流体之间的良好热交换。
图3是根据本发明的实施例的用于板式热交换器的板2的一部分的局部剖视图。板2设置有波纹图案8，该波纹图案8限定多个峰部9和谷部10。在图3中，示出了两个峰部9和两个谷部10。第一热交换流体可以沿着板2的第一表面在由峰部9所限定的空腔中通过，并且第二热交换流体可以沿着板2的相对的第二表面在由谷部10所限定的空腔中通过。因此，波纹图案8的峰部9和谷部10限定了沿着板2的表面的流动路径，并且可以通过板2在第一热交换流体和第二热交换流体之间进行热交换。
峰部9具有相对于与峰部9的顶点相交的中心线11不对称性的形状，这意味着峰部9的布置在中心线11的左侧的部分的曲率半径R1小于峰部9的布置在中心线11的右侧的部分的曲率半径R2。这进一步导致沿着板2的表面的从峰部9的顶点到各个相邻谷部10的顶点的距离彼此不同。因此，从峰部9的顶点到布置在峰部9左侧的谷部10的顶点的距离比从峰部9的顶点到布置在峰部9右侧的谷部10的顶点的距离短。
此外，谷部10还具有相对于与谷部10的顶点相交的中心线12不对称性的形状，即，与相邻的峰部9的顶点的距离彼此不同，类似于前文描述的情况。此外，谷部10限定不同于由峰部9限定的曲率半径R1和R2的曲率半径R3。
由于峰部9和谷部10的不对称性形状，所以峰部9和谷部10所限定的流动路径也是非对称的，沿着板2的相应的相反两侧所限定的流动路径彼此不相同。因此，沿着板2的相反两侧流动的第一热交换流体和第二热交换流体中普遍存在的压力条件也彼此不同，从而允许在流体之间获得期望的热传递。
图4是根据本发明的实施例的用于板式热交换器的板2的一部分的透视图。图4的板2例如可以是图3中所示的板2。
在图4所示的板2中，峰部9和谷部10的不对称性沿着由箭头13所示的峰部9和谷部10沿着其延伸的方向不是恒定的。相反，不对称性从一侧转移到另一侧，从而限定肩部14。该转移可以例如使得曲率半径R1和R2改变位置，即，第一曲率半径R1从中心线的左侧移动到中心线的右侧并再次返回，而第二曲率半径R2从中心线的右侧移动到中心线的左侧，然后再次返回。沿着方向13的不对称性的变化基本上是周期性的。
沿着方向13的这些不对称性的变化迫使沿着板2的表面的相应的流动路径流动的热交换流体改变方向，从而导致热交换流体中的湍流增加。从而改善了流体之间的热传递。
此外，当板2与其他板堆叠以形成板式热交换器时，相邻的板2的不对称性的变化可以以提高板式热交换器的强度的方式相对于彼此布置。这允许板2被制造为具有较低的厚度，而不损害板式热交换器的强度。板2的较低厚度甚至进一步改善了通过板2的热传递。
最后，在制造板2时，不对称性的变化在压制过程中提供了更好的对板2的锁定或固定。从而可以以更精确的方式制造板2。这进而使得板2的厚度更均匀，并且当板2在张力下被堆叠时改善了板2之间的接触。
图5是图4的板2的俯视图。仅显示了板2的一部分。可以清楚地看到肩部14如何沿着峰部9延伸的方向13从一侧转移到另一侧。还可以看出，肩部14使沿着板2的所形成的流动路径具有弯曲形状，这迫使其中流动的热交换流体改变方向，从而增加流体中的湍流。
图6是根据本发明的实施例的用于板式热交换器的板2的示意图。板2设置有多个波纹结构8，这些波纹结构8限定了形成人字形图案的多个峰部9和谷部10。
可以看出，峰部9以前文中参照图4所描述的方式形成肩部14。因此，峰部9的不对称性沿着峰部9延伸的方向变化。

Claims (8)

1.一种用于板式热交换器(1)的板(2)，所述板(2)设置有多个波纹结构(8)，所述板(2)的横截面由此限定多个峰部(9)和谷部(10)，所述多个峰部(9)和谷部(10)限定沿着所述板(2)的表面的流动路径，其中，所述峰部(9)和/或所述谷部(10)具有关于与所述峰部(9)和/或谷部(10)的顶点相交的中心线(11、12)不对称的形状。
2.根据权利要求1所述的用于板式热交换器(1)的板(2)，其中，所述峰部(9)以及所述谷部(10)具有不对称的形状。
3.根据权利要求1或2所述的用于板式热交换器(1)的板(2)，其中，所述峰部(9)和/或谷部(10)的横截面在所述中心线(11、12)的相对两侧限定不同的曲率。
4.根据前述权利要求中任一项所述的用于板式热交换器(1)的板(2)，其中，沿着所述板(2)的表面的在所述峰部(9)的顶点与相邻的第一谷部(10)的顶点之间的距离不同于沿着所述板(2)的所述表面的在所述峰部(9)的顶点与相邻的第二谷部(10)的顶点之间的距离。
5.根据前述权利要求中任一项所述的用于板式热交换器(1)的板(2)，其中，所述峰部(9)和谷部(10)在所述板(2)上形成人字形图案。
6.根据前述权利要求中任一项所述的用于板式热交换器(1)的板(2)，其中，给定的峰部(9)和/或谷部(10)的不对称性沿着所述峰部(9)和/或谷部(10)延伸的方向(13)变化。
7.根据权利要求6所述的用于板式热交换器(1)的板(2)，其中，所述不对称性的变化是周期性的。
8.一种板式热交换器(1)，包括以堆叠构造布置的多个根据前述权利要求中任一项所述的板(2)，其中，形成在所述板(2)中的峰部(9)和谷部(10)限定板(2)之间的流动路径。
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