CN101004329A - 双壁泄流换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种板式换热器，其包括为两种流体提供流动通道的多个板对。该板式换热器具有用于两种流体中的每一种的入口和出口，其中多个板对的两个邻接板对的面对表面为第一流体限定了流动通道。两个邻接板对中的一个的相反表面以及多个板对中的另一个邻接板对的面对表面为第二流体提供流动通道。沿其各流动通道流动的第一流体和第二流体彼此保持热连通。预定的泄流用通道形成在每个板对的各面对表面的至少一个上，能够将每种流体排出到换热器外部。

Description

双壁泄流换热器
技术领域
本发明涉及一种板式换热器，并且更具体地涉及一种具有双壁、泄流结构的板式换热器，所述泄流结构用于将在板式换热器内部沿预定的泄漏通道发生的泄漏所产生的流体沿板式换热器的外部排出到预定的区域。
背景技术
传统地，换热器用于利用非饮用流体加热或冷却饮料或处理危险流体，同时提供物理的、机械的边界以防止各流体流之间的接触。换热器与所有的机械装置一起具有它们相应、独特的有限操作时间期限，在该时间期限结束时，各装置由一个或多个原因而失效。换热器的典型的失效模式为边界开裂，其使得一种或两种流体能够：1)流出到外部环境或大气中(外部泄漏)或2)相互混合而不会流出到外部环境(内部泄漏)。由于换热器使用在可饮用的、卫生的或危险流体的设施中，所以使两种流体混合的内部泄漏可以具有灾难性的结果，例如在可饮用和卫生设施的情况下的疾病或中毒，或危险流体处理设施的情况下的化学起火或爆炸。内部泄漏通常不会立即被注意到，而外部泄漏通常在视觉上较为明显。
为了避免具有看不见(内部)泄漏的这种可能的情形，希望提供一种完全泄流的双壁边界，其将泄漏的流体排出到外部环境或大气中而不是在换热器内部发生各流体的混合，同时换热器继续操作。制造具有双壁结构的换热器所需要的制造过程更加精细，因此双壁换热器通常比传统的、单壁换热器更加昂贵。结果是，在无序竞争的市场中，在许多真正需要完全泄流、双壁结构以提供足够的安全水平的设施中，却使用来单壁换热器。在为增加总的公众安全的努力下，各种机构和政府机关实行了结构规范，其需要将“双壁”换热器或“双壁，泄流”换热器用于可饮用流体设施中。
例如，Underwriters Laboratories，Inc.of Chicago，Illinois公司的两个的注册商标UNDERWRITERS LABORATORIES INC.或UL，已经制定了认证需要，以对所有在可饮用水换热器中的制冷剂包括双壁泄流结构。实例包括水冷却器/冷饮柜和制冷剂的减温器。还有，the International Association ofPlumbing and Mechanical Officials of Ontario，Canada的注册商标LAPMO，已经制定了管道设备规范认证需要，以包括用于饮用水加热的双壁换热器，或最低限度，包括双重分隔或两个换热器。双重分隔换热器的实例包括用于加热民用热水的民用循环或蒸汽锅炉。另外在用于可饮用水应用时，各种美国的州和市政当局以及其他国家要求双壁或各流体的双重分隔。
双壁换热器是这样的交换器，其中，将两种流体分隔开的传热表面包括由两个独立的表面层组成，而不是一个。因此，如果第一表面层不能够提供流体严密的阻隔，第二层应当保持良好，使得与失效表面层接触的一定量的流体在各表面层之间流动，优选地使泄漏的流体流动到可以在换热器外部进行检测的位置，以使得可以将换热器取下不用。双壁结构要作为防止流体的交叉污染的安全特征。
该泄漏检测过程的另一定义是两个表面层之间的“泄漏通道”。该泄漏通道或者是由于两个层的金属-金属表面之间的内在间隙，或是由于两个层之间的有意形成的间隙，或者是两个层之间足够的孔隙。在任何的情况下，来自失效表面层的流体会沿“泄漏通道”流到检测泄漏的流体的外部位置。
最先能够购得的结合有这些操作特征的双壁换热器为管形设计。例如，颁发给Doucette等人的美国专利第4,210,199涉及一种采用两个管的双壁管，一个管设置在另一管的内部。外部管的直径周期性地减小，或型锻在内部管上，从而获得双壁结构，为在流体之间进行传热及形成泄流用通道而在各壁之间提供接触。还可采用了其他类似的管状设计。这些方法获得了相对精确控制的泄流用通道和接触区域尺寸的产品。
当上述双壁管道插入到换热器中时，采用了“双管板”的方法，其中，外部管和内部管各自插入穿过邻近的管板。管板为管状换热器的典型部件，穿过该管板各管被插入并且随后通过机械轧制、液压膨胀或焊接/钎焊的方法而被密封。该方法提供了内部和外部管之间的双密封以及管结合处的泄漏通道，得到了完全泄流的双壁换热器。这些管状设计至少受到两个主要缺点的困扰：1)制造成本高，及2)相对传统单壁设计的较大物理尺寸。
双壁板式换热器是后来发展的产物。双壁板式换热器通过同时在同一工具上形成两个薄壁材料带而制成，以使得两个带基本上相同地形成在一起，得到用作双层的一对换热器板。双层板对或组随后被堆叠以形成板对之间的流体流动通道，并且经由沿板对周边设置的弹性衬垫而分隔开彼此的板对。整个组件然后经由长的、带螺纹的螺栓被压缩并且被保持在一起，所述螺栓沿换热器周边而定位。
该结构的主要限制是，因为各板对中的板的张力性能造成在成型过程之后发生的“回弹”效应，两个成形板之间的接触区域和泄流用通道(也就是泄漏通道)中的流动区域难以控制。该回弹效应不能使各带完全嵌套在一起，或在其间形成基本上共形的接触。当泄流用通道邻近于在基本上共形的邻接板之间具有接触的位置时，泄流用通道的流动区域会非常小，使得为使泄漏的流体强制流过泄流用通道流动区域，需要提高流体压力水平。在这些各邻接板之间的共形表面接触的位置上典型地具有相对高的传热系数。因为各板表面之间的间隙所造成的另外的热阻力，在邻接板之间的非共形表面接触的其他位置上典型地具有较低的传热系数。邻接于这些位置的泄漏通道流动区域典型地相对较大，从而为泄漏流体提供相对低的流体阻力。如果为使流体在各板之间的流动所需要的流体压力的大小最小化，增加所设计的泄流用通道间隙，那么会显著地减小双壁板的传热系数。该传热系数的减小是由于关联于各板之间间隙的增加而增加的热阻力所引起的，减小的传热系数和各板之间增加的间隙之间的关系基本上是线性关系。与板间隙的增加所引起的传热系数的减小相对应的流体泄漏压力的减小是双壁应用中的板式换热器的主要难题。
在设计双壁板式换热器中另外重要的考虑涉及到围绕端口处的区域，在该区域，两种流体由端口密封而分隔开。为了完全满足上述建筑规范需要双壁结构的目的，端口处必须经由双端口密封系统完全地向外部环境泄流。在衬垫类型的板式换热器中，各种衬垫方法用来获得双端口密封结构，如果第一端口密封失败，该结构使泄漏能够向换热器外部泄露。颁布给Dahlgren的美国专利第4,976,313提供了该技术的实例。然而，衬垫类型的板式换热器受到三个主要的缺点的困扰：1)制造成本高，2)比全金属结构型更短的衬垫寿命，以及3)比该管形交换器更低的压力承载能力。
钎焊的板式换热器最后进入双壁换热器市场。钎焊的板式换热器在结构上类似于衬垫类型板式换热器的方面在于，它们利用通过同时以同一工具形成两个薄壁带的材料制造的各个板而构成，以使得两者基本上相同地作为双层而形成在一起。这些双板对或组随后堆叠而形成流体通道。然而，没有利用衬垫和较长的螺杆紧固件来提供密封机构，钎焊板换热器而是采用钎焊材料的薄板，以使得板对在钎焊熔炉或其他加热装置中钎焊在一起。颁发给Blomgren等人的美国专利第5,291,945涉及到一种双壁钎焊换热器。
在制造双壁、钎焊板式换热器时关键重要的制造方面在于，防止钎焊材料在毛细作用下流入到相邻各板之间的泄流用通道中，从而阻止泄漏的流体流出换热器的流动通道。上述美国专利第5,291,945仅仅提出了在板对周边处的该问题。该专利的换热器结构所提供的解决方案是提供双板对的周边边缘之间的足够大的间隙，以使得毛细作用力和重力两者都防止钎焊金属毛细地进入各双板组之间小的中间间隙中，以利用重力在特定的方位上钎焊换热器板。
美国专利第5,291,945的换热器结构的另一个缺点在于，其缺少压力承载能力。该压力承载能力的缺少是各双板对的周边没有被钎焊的结果，从而仅仅使用钎焊材料来将板对保持在一起限于端口处。为了增加该单元的压力承载能力以使得其能够承载相对低压系统的需要，包括螺纹杆、两个垫圈和两个螺母的机械加强系统增加到每个端口结构中。
总之，美国专利第5,291,945涉及具有几个缺点，其包括：
i)端口孔没有泄流、需要满足建筑规范要求的双密封；
ii)端口处需要进行结构的再加强；
iii)钎焊材料箔不能如各板一样地被同时冲压；
iv)缺少防止或激励钎焊材料毛细进入泄流用通道中的措施；
v)缺少用于外部泄漏发生的预定位置；以及
vi)较低的设计工作压力。
其他的，诸如瑞典的SWEP International AB和德国的WTT(WilchwitzThermo-Technik)也制造双壁、泄流钎焊板式换热器。它们各自在成型过程之后将双板对分隔开，并且在各板表面的周边的一部分上施加例如氧化物的涂覆层，该涂覆层阻止钎焊材料的毛细流动，随后在装配换热器之前为进行钎焊重建双板对。该步骤防止各板的整个周边充满钎焊材料，该钎焊材料会完全封闭所形成的泄流到环境的泄漏通道，并且提供对换热器的相当多的结构加强。
然而，所有公知的双壁钎焊板式换热器结构具有共同的缺点，即，不具有在各端口周围设置双密封或在各端口周围设置独立泄流用通道的结构。钎焊板式换热器的所有公知结构之后的内在假设是，如果端口结合处失效(例如，钎焊材料被腐蚀掉)，则泄流区域打开并且使该泄漏在各板之间进行泄流。这种假定的在端口处泄漏的泄流不能保证，因而在满足建筑和管道规范以及要求双壁分隔的需求的目的上表现为主要障碍。
总之，钎焊板式换热器具有如下不足：较高的泄流用通道压力降、板的泄漏处不具有特定的泄流用通道以泄流到外部环境，以及在各端口周围不具有双密封和泄流用通道。此外，由于没充分地引导泄流用通道，所以可能容易忘记泄漏检测。结合现有技术的构造方法，由于设计带来的低传热效率和低工作压力密封度是个问题。因此，当钎焊的板式换热器构造成双壁结构时，其需要特定的特征和特性来满足安全性的需要且相对于现有技术具有显著的改进。
发明内容
本发明涉及一种板式换热器，其包括多个嵌套成对的板，所述多个成对的板中的每一个板具有相对的表面和周边凸缘，并且具有大致类似的表面形状。每个板对当被压在一起时在接触表面之间形成基本共形的配合，每个板对的相反表面为至少两种流体中的每一种提供至少一个流动通道的一部分。所述多个板对的相邻板对的面对表面和周边凸缘为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界。各相邻板对中每一对的至少一个板对的相反表面为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界。所述至少一个板对具有高热传导性并且为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界的一部分，从而提供在所述板的相反表面上的所述两种流体之间的热连通。为所述至少两种流体的每种流体设置有入口和出口，每种流体的所述入口和出口与所述流体的每个流动通道流体连通。预定的泄流用通道形成在每个板对的各面对表面的至少一个上，能够将每种流体排出到换热器外部。
本发明还涉及一种制造用于板式换热器的板的方法，步骤包括：提供多个嵌套成对的板，所述多个成对的板中的每一个板具有相对的表面和周边凸缘，并且具有大致类似的表面形状。每个板对当被压在一起时在接触表面之间形成基本共形的配合，每个板对的相反表面为至少两种流体中的每一种提供至少一个流动通道的一部分。所述多个板对的相邻板对的面对表面和周边凸缘为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界。各相邻板对中每一对的至少一个板对的相反表面为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界，所述至少一个板对具有高热传导性并且为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界的一部分，从而提供在所述板的相反表面上的所述两种流体之间的热连通。多个板中的每个板包括如下步骤：将多个孔形成在板中，至少两个孔具有环绕该孔的凸起区域，每个凸起区域限定一个通道，该通道用于排出沿多个孔的各对准孔在嵌套的板对之间泄漏的至少两种流体的流体。该方法还包括如下步骤：在板上形成至少一个第一泄流用通道，所述至少一个第一泄流用通道与所述至少两个凸起区域流体连通，以将所述至少两种流体排出到周边凸缘的外部。该方法还包括如下步骤：对至少一个板的至少一个表面和周边凸缘选择性地施加表面处理，所述至少一个表面与板对的接触表面相应。
本发明还进一步涉及多个嵌套成对的板，所述多个成对的板中的每一个板具有相对的表面和周边凸缘，并且具有大致类似的表面形状。每个板对当被压在一起时在接触表面之间形成基本共形的配合，每个板对的相反表面为至少两种流体中的每一个提供至少一个流动通道的一部分。所述多个板对的相邻板对的面对表面和周边凸缘为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界。各相邻板对中每一对的至少一个板对的相反表面为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界。所述至少一个板对具有高热传导性并且为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界的一部分，从而提供在所述板的相反表面上的所述两种流体之间的热连通。为所述至少两种流体的每种流体设置入口和出口，每种流体的所述入口和出口与所述流体的每个流动通道流体连通。预定的泄流用通道形成在每个板对的各面对表面的至少一个上，能够将每种流体排出到换热器外部。
本发明的优点在于每个板对之间的预定流动通道，其使泄漏的流体能够流到外部环境中。
本发明的另一优点在于，泄漏的流体流动到外部环境发生在预定位置或各位置。
本发明的另一优点在于，泄流用通道形成在各端口周围，以确保端口密封周围的流体泄漏流到外部环境中。
本发明的优点在于，在每个端口周围具有双密封。
本发明的又一优点在于，泄流用通道与邻接板对的接触表面之间的交叉连接点不重合。
本发明的又一优点在于，泄流用通道可以配设成，减小在预定的时间期间内将泄漏的流体流到外部环境中所需的流体压力水平。
本发明的另一优点在于，其能够真正地满足双壁的建筑规范的目的。
附图说明
结合附图，通过对优选实施例更详细地说明，本发明的其他特征和优点会变得显而易见，所述附图以实例的方式示出了本发明的原理。
图1是本发明的板式换热器的透视图；
图2是本发明的板式换热器的板布置的简要分解平面图；
图3是本发明的板式换热器的板对中的一个板的平面图；
图4是本发明的板式换热器的板对中的另一个板的平面图；
图5是本发明的板式换热器的两个相邻、嵌套的板对的端口的一部分的横截面；
图6是经受本发明板式换热器的表面处理的板的平面图；
图7是在本发明板式换热器的各板上形成的第二浮雕的透视图；
图8是本发明板式换热器堆叠的板对的平面图。
具体实施方式
本发明涉及一种在图1-8中所描述的双壁板式换热器10。这样的换热器在工作原理上类似于在1995年10月31日所出版的美国专利第5,462,113以及于2003年8月19日提交的题述为“具有加强表面特征的板式换热器(PLATE HEAT EXCHANGERWITH ENCHANCED SURFACEFEATURES)”的美国专利申请第10/643,689中所述的单壁换热器结构，这两者都通过整体引用的方式结合于此。换热器10包括多个成形板12，该板由设置在顶部板14和底部板16之间的例如铜的高热传导材料组成，其为第一流体F1和第二流体F2提供独立的流体通道，同时在第一流体F1和第二流体F2之间提供热连通。为了有助于对换热器10的各板12进行定向，图1和2包括标注顶(TOP)和底(BOTTOM)，图2为缺少顶和底板14、16。应当理解的是，换热器可以放置在许多物理方位上，包括竖直、水平和在其间的任何位置。虽然为非典型的，但第一和第二流体F1和F2可以具有相同的组成。典型地，正好相反地相对的入口18和出口20形成在顶部板14上，使第一流体F1能够进入板12，并且类似地，正好相反地相对的入口22和出口24形成在顶部板14上，使第二流体F2也能够进入板12。可替代地，可以有利地使其中一对的入口/出口的方位颠倒，以使得流体入口/出口的第一对和第二对定位在换热器10的相对的端部。
参照图1和2，成形板12包括交替设置的板对26、28。每个板对26、28包括类似设置的嵌套在一起的板34、36，每个板34、36具有相对端部30、32。也就是说，板34、36的传热表面基本上类似，以使得当板34、36压在一起时，各表面嵌套在一起，以在其间形成基本上一致的接触，从而提供穿过各板组合厚度的高的传热系数。典型地，板对26和板对28之间的不同仅仅在于，端部30、32相反，或换句或说为板对26绕轴线38转动180度(见图1)，该轴线垂直于顶部板14的表面。每个板34包括多个孔AU，BU，其在板34安装在换热器10中时与各入口/出口对准。类似地，每个板36包括多个孔AL、BL，其在板36安装在换热器10中时与各入口/出口对准。虽然描绘了包括入口/出口18、20、22、24的布置，但是可以理解的是，可以包括有另外的入口/出口，例如在采用三种或更多种热交换流体时。在板34、36的表面上形成有多个V形山脊40，也称作为皱折状，典型地设置成人字形构造，以在设置到邻近的板对26、28上时提供改变方向及横截面的曲折通道，以实现流体F1和F2之间的热连通，这在上述的美国专利第5,462,113和美国专利申请第10/643,689中得到了讨论。板34、36向外延伸到形成在板边缘处的凸缘42，所述板边缘限定板34、36的周边。堆叠的板34、36的凸缘42物理地相互接触并且对流体流形成屏障，以形成换热器10。
本发明的板式换热器10优选地具有钎焊的构造，虽然在一个实施例中，仅仅端口而不是整个换热器表面需要操作或特殊的环来提供沿端口的流体紧密密封。虽然在图2中未示出，优选地，至少一个由钎焊材料构成的箔板插入到邻近的板对26、28之间。一旦将箔板被插入并且将各板充分地压在一起，换热器10被加热到低于板34、36的熔点但高于插入的箔板的熔点的预定温度足够的时间，以熔化箔板。由于毛细作用，优选为铜的熔化金属被吸入到相互接触的邻接的板对26、28之间的区域，例如交叉点44(见图8)，其为板对26、28的相反取向的V形山脊40以及周边凸缘42的各顶点的交点。典型地由铜组成的箔板沿流体密封的这些区域或交叉点(也就是沿周边凸缘)形成金属的粘结，并且提供显著增加的结构支撑，通常用破裂压力来表示，其可以接近3,000psi并且足以承受来自流体F1、F2的压力，并且满足安全性规则的需要。
然而，在钎焊过程中，熔化的钎焊材料不仅会在邻接的板对26、28的各接触表面之间流动，而且也在其他的接触表面之间流动。换句话讲，包括周边凸缘42的板对26、28的板34、36之间的共形接触的表面也可以钎焊在一起，除非在至少一个板表面上实施表面处理。例如，参照图6，对于板34、36来说，除了围绕端口孔(AU，BU，AL，BL)的区域52以及沿周边凸缘42的区域48之外，整个传热表面46得到典型地处理。通过对接触的传热表面46不进行钎焊，在板对26、28的其中一个板上具有缺口的情况下，流体可以流过缺口以及共形接触表面之间，流到泄流用通道54(图3)，这使泄漏的流体能够流到外部环境中，以作为更换换热器的警告。端口处52(图6)被掩盖，以防止表面处理材料施加在端口孔(AU，BU，AL，BL)周围，因为希望的是，沿端口孔的周边形成双密封。
值得注意的是，除了区域48，表面处理不会施加到凸缘42上，这使得钎焊的结合处能够形成在接触的凸缘42表面的大部分上。对区域48进行掩盖的原因是不仅提供了沿凸缘42的泄漏路径，以保证泄漏的流体能够流到外部环境中，而且还通过阻止沿周边凸缘的所有其他入口提供集中的泄漏路径。优选地，诸如凸起区域的50的集中检查区域形成在非处理区域50中，以向外部观察者精确显示任何外部流体泄漏的预期位置。如图6所示，在凸缘42的相对部分上设置一对相反的区域和相应的凸起区域50。凸起区域50还示出在图7中组装的换热器10中。可替代地，不凸起区域50，而是还可以使用其他不会损坏凸缘表面42的标记来指示流体泄漏的位置，例如作记号。不设置这样的集中泄漏路径使泄漏检测更为困难，这是由于流体泄漏否则可能沿凸缘42周边的任何部分或多个部分发生，或者在凸缘的延伸区域上扩展可能泄漏的区域。
现在将要讨论本发明新颖的预定泄流用通道。为了方便理解，当如图2所示端部32被取向为上端时，图3和4一起表示板34(图3)堆叠在板36(图4)之上的板对28。然而，当如图2所示端部30被取向为上端时，图3和4表示板34(图3)堆叠在板36(图4)之上的其他的板对26。在图3中还示出，泄流用通道54形成在板34中，并且优选地从端部30到端部32沿直线延伸，从而为在板34、36的共形接触表面之间泄漏的流体提供预定的通道而流向外部环境。应当理解的是，泄流用通道54可以可替代地或另外地形成在板36上或可以在每个板34、36上形成多个泄流用通道54。然而，每个泄流用通道54提供了狭窄的区域，该区域具有穿过板对厚度的减小的传热系数，以因此单个泄流用通道可以是优选的。还可能的是，泄流用通道54不会从端部30到端部32沿直线路径继续，也没必要这样，泄流用通道甚至提供一个从端部30到32的连接通道，作为延伸到板34、36的横向于端部30、32的一个或多个相对端部的一个或多个“分支”。本领域技术人员可以理解的是，增加泄流用通道54的数量可以减小流动泄漏的流体所需要的流体压力的量并减少到可能的泄漏位置最近泄流用通道的长度，但增加了具有减小的传热系数的区域的大小，因此可以实现最适宜的布置。对泄流用通道54的可能路径的仅有的限制是，泄流用通道与任何交叉点44不会相交(图8)。由垂直于泄流用通道的横截面所限定的泄流用通道54的形状可以类似于有角度的屋顶、弯曲或任何其他封闭的几何形状，只要与板对26、28之间的共形接触表面的其他区域相比，泄漏的流体可以以足够较小的阻力沿泄流用通道54流动，以流向和最终经过周边凸缘42而流到外部环境中。
应当理解的是，除了泄流用通道54的形状和通道之外，泄流用通道的尺寸也是需要考虑的另一个因素。例如，由UNDER WRITERSLAB ORATORIES INC.或UL(均为Underwriters Laboratories，Inc.ofChicago，Illinois的注册商标)或IAPMO(the International Association ofPlumbing and Mechanical Officials of Ontario，Canada的注册商标)所颁布的某些安全规定，泄漏必须在例如30分钟的预定时间期限内明显视觉可见，同时以例如12psi的预定流体压力来操作换热器。可以提供尺寸、泄流用通道的路线选择和泄流用通道的形状的组合来满足这些规定。也就是说，还可以彼此相对地配置这些参数，例如因此要求较高的流体压力从而可以改善传热效率，导致交替的结构，在其中，流体压力高达大约400psi或超过大致1psi，在该范围内包括1psi水平的增量。
应当理解的是，在多个泄流用通道54形成在板34、36上的情况中，用于表面处理的相应区域48和凸起区域50或其他视觉明显可见的标记还可以加到板凸缘42上。
除了提供预定的泄流用通道54之外，本发明的换热器10包括具有双密封的流体端口，该双密封对防止流体F1、F2的不小心混合提供加强的保护措施。此外，泄流用通道环绕每种流体端口孔，以沿任何端口的破坏换热器的双密封的任何部分泄漏出的流体向外部环境排出。术语“端口”意指组装的各板的对准的开口，而术语“孔”意指单个板的各开口，虽然各术语“开口”、“孔”和“端口”可以相互交替使用。为了容易理解和对各板进行定位，图3和4一起表示当如图2所示端部32取向为上端时，板34(图3)堆叠在板36之上(图4)的板对28。然而，当如图2所示端部30取向为上端时，图3和4表示板34(图3)堆叠在板36之上(图4)的板对26。
优选地，两对基本上相同的孔AU、BU形成在板34上。优选地，两对基本上相同的孔AL、BL形成在板36上。下标“U”表示相关联的孔(AU、BU)对应于在板对26、28的上板上形成的孔。类似地，下标“L”表示相关联的孔(AL、BL)对应于板对26、28的下板。优选地，孔AU具有孔AU、BU、AL、BL中的最大直径，并且不包括周边凸起，而孔BU优选地具有各孔中的最小直径，但是包括周边凸起区域56。优选地，孔AL的直径大于孔BU的直径，但是小于孔BL的直径，并且另外包括周边凸起区域58。孔BL的直径大于AL的直径，但是小于AU的直径并且不包括周边凸起。换句话讲，在优选的结构中，因此各直径的大小为，AU＞BL＞AL＞BU。
为了遵从上述规定，例如当板34的孔BU叠置在孔BL之上并且与孔BL嵌套时，板对28形成，所述的堆叠表示为BU-BL。类似地，当板对28叠置在嵌套的板对26上时，从板对28的顶部板到板对26的底部板的堆叠布置如图5所示，其沿图8中的线5-5截开并且表示为BU-BL-AU-AL。在装配和钎焊操作完成之后，图5示出了以端口中心线66所表示的邻近组的板对26、28的流体端口的局部横截面。密封区域60提供了双密封，以防止流过端口的流体在邻近的板对26、28的任意板之间流动。第一或主要端口密封形成在板对28的板34和板对26的板36之间。然而，假定足够的钎焊材料被蚀刻掉，以使得流体可以经过板对28的板34和板对26的板36之间，则第二密封实际上为两个独立的密封。两个第二密封件的第一个设置在板对28的板34和板36之间，其防止流体流入到由板34的凸起区域56形成的周边泄流用通道62中。所述两个第二密封件中的第二个设置在板对28的板36和板对26的板36之间，其防止流体流入到由板36的凸起区域58形成的周边泄流用通道64中。
应当理解的是，当熔化的钎焊材料流入并且形成端口的双密封时，因为构成凸起的区域56、58，使得在接触板对28的相邻板36的相对侧的凸起区域56、58之间的区域60内的结合处，不具有足够的毛细作用力，钎焊材料不会流入到泄流用通道62、64中。值得注意的是，直径AU足够地大，从而板对26的板34不会延伸到凸起区域58和板对28的板36之间的结合处中，这增加了凸起区域58和板对28的板36之间的角度间隔，并且提供了更为有效的第二端口密封。
然而，在围绕端口的第一和第二密封都破裂或蚀刻掉的情况下，泄流用通道62、64确保泄漏的流体具有预定的通道以流到外部环境中。回来参照图3-5，到达泄流用通道62的泄漏流体随后流过形成在板34上、桥接泄流用通道62和泄流用通道54的泄流用通道68。类似地，到达泄流用通道64的泄漏流体随后流过形成在板36上、桥接泄流用通道64和泄流用通道54的泄流用通道70上。如上所述，泄流用通道68、70可以从各泄流用通道62、64沿任何方向向外延伸，并且包括一个以上的通道，并且形成在各板34、36的各共形表面的任意一个上或两者上，只要各泄流用通道不与交叉点44的交叉连接点重合。
应当理解的是，防止钎焊结合形成的表面处理可呈现良好的热传导性能，从而显著地提高经由双壁板对26、28的总体热传导性。例如，利用特定氧化物配方的表面处理可以产生比空气高大约250倍并且为样品板材料、不锈钢的热传导系数的大约一半的热传导系数。测试已经显示，该表面处理材料减小了板对的各接触传热表面之间的间隔，该间隔主要是由各板的回弹所产生，从而提高了经由板对的总体热传导性。
虽然参照优选实施例对本发明进行了说明，但本领域技术人员会理解的是，在不脱离本发明范围的情况下可以对本发明进行各种变化，并且对本发明的部件可以采用等同物来替代。另外，在不脱离本发明实质范围的情况下，可以为适应特定的情况或材料对本发明的教导进行许多的改变。因此，本发明不打算受限于作为实现该发明所构思的最佳模式所公开的特定实施例，而是本发明将包括落入到所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1、一种板式换热器，其包括：
多个嵌套成对的板，所述多个成对的板中的每一个板具有相对的表面和周边凸缘，并且具有大致类似的表面形状，每个板对当被压在一起时在接触表面之间形成基本共形的配合，每个板对的相反表面为至少两种流体中的每一种提供至少一个流动通道的一部分，其中，所述多个板对的相邻板对的面对表面和周边凸缘为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界，并且其中，各相邻板对中每一对的至少一个板对的相反表面为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界，所述至少一个板对具有高热传导性并且为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界的一部分，从而提供在所述板的相反表面上的所述两种流体之间的热连通；
所述至少两种流体的每种流体的入口和出口，每种流体的所述入口和出口与所述流体的每个流动通道流体连通；以及
其中，预定的泄流用通道形成在每个板对的各面对表面的至少一个上，能够将每种流体排出到换热器外部。
2、如权利要求1所述的板式换热器，其中，邻接板对之间或邻接板对的邻接板之间流体的内部泄漏沿泄流用通道流动，并且当换热器在预定的时间期间增压到小于大约400psi时，在周边凸缘的外部该流体的内部泄漏在视觉上很明显。
3、如权利要求2所述的板式换热器，其中，所述换热器增压到小于大约50psi。
4、如权利要求3所述的板式换热器，其中，所述换热器增压到大约1psi。
5、如权利要求1所述的板式换热器，其中，每个板对的一个接触表面的至少一部分包括表面处理。
6、如权利要求1所述的板式换热器，其中，所述泄流用通道与邻接板对的相反表面之间的接触交叉点不重合。
7、如权利要求6所述的板式换热器，其中，所述泄流用通道朝向周边凸缘沿大致线性通道延伸。
8、如权利要求6所述的板式换热器，其中，所述线性通道朝向周边凸缘沿曲线通道延伸。
9、如权利要求6所述的板式换热器，其中，所述泄流用通道包括多个朝向周边凸缘的通道。
10、如权利要求1所述的板式换热器，其中，板对中的每个邻接对包括多个端口，该端口用于为流过板对的邻接对的至少一种流体提供流体通道，多个端口中的每个端口具有双密封。
11、如权利要求10所述的板式换热器，其中，每个端口具有至少两个环绕的凸起区域，该凸起区域与所述泄流用通道流体连通地形成在邻接板对的最外边的相对的板上。
12、如权利要求1所述的板式换热器，其中，所述板式换热器具有钎焊结构，该结构包括将至少一个箔板插入到多个板对的邻接板对之间，当所述板式换热器被加热到低于多个板的邻接板对的熔点之下而高于所述至少一个箔板的熔化温度之上的预定温度时，所述的至少一个箔板成为熔化状，并且在多个板的邻接板之间流动，形成所述多个板对的所述邻接板对的面对表面之间的钎焊交叉点接触。
13、如权利要求12所述的板式换热器，其中，板表面的预定区域被选择性地处理，以防止在预定区域中的钎焊接触。
14、如权利要求13所述的板式换热器，其中，各板对之间的各接触表面的至少一个周边凸缘的至少一个表面的至少一个部分被有选择性地处理，以防止钎焊接触的形成。
15、如权利要求14所述的板式换热器，其中，集中检查区域基本上与所述至少一个被处理部分重合。
16、如权利要求15所述的板式换热器，其中，所述集中检查区域为形成在所述至少一个周边凸缘上的凸起区域。
17、一种制造用于板式换热器的板的方法，步骤包括：
提供多个嵌套成对的板，所述多个成对的板中的每一个板具有相对的表面和周边凸缘，并且具有大致类似的表面形状，每个板对当被压在一起时在接触表面之间形成基本共形的配合，每个板对的相反表面为至少两种流体中的每一种提供至少一个流动通道的一部分，其中，所述多个板对的相邻板对的面对表面和周边凸缘为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界，并且其中，各相邻板对中每一对的至少一个板对的相反表面为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界，所述至少一个板对具有高热传导性并且为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界的一部分，从而提供在所述板的相反表面上的所述两种流体之间的热连通；多个板中的每个板包括如下步骤：
在板中形成多个孔，至少两个孔具有环绕该孔的凸起区域，每个凸起区域限定一个通道，该通道用于排出沿多个孔的各对准孔在嵌套的板对之间泄漏的至少两种流体的流体；
在板上形成至少一个第一泄流用通道，所述至少一个第一泄流用通道与所述至少两个凸起区域流体连通，以将所述至少两种流体排出到周边凸缘的外部；以及
对至少一个板的至少一个表面和周边凸缘选择性地施加表面处理，所述至少一个表面与板对的接触表面相应。
18、如权利要求17所述的方法，其中，所述至少一个第一泄流用通道与在多个板对的相邻板对的面对表面之间形成的交叉点连接不重合。
19、一种板式换热器，其包括：
多个嵌套成对的板，所述多个成对的板中的每一个板具有相对的表面和周边凸缘，并且具有大致类似的表面形状，每个板对当被压在一起时在接触表面之间形成基本共形的配合，每个板对的相反表面为至少两种流体中的每一种提供至少一个流动通道的一部分，其中，所述多个板对的相邻板对的面对表面和周边凸缘为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界，并且其中，各相邻板对中每一对的至少一个板对的相反表面为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界，所述至少一个板对具有高热传导性并且为所述至少两种流体中的两种流体提供流动通道边界的一部分，从而提供在所述板的相反表面上的所述两种流体之间的热连通；
所述至少两种流体的每种流体的入口和出口，每种流体的所述入口和出口与所述流体的每个流动通道流体连通；以及
其中，预定的泄流用通道形成在每个板对的各面对表面的至少一个上，能够将每种流体排出到换热器外部。
20、如权利要求19所述的板式换热器，其中，各板对的每个邻接对包括多个端口，所述的多个端口用于为流过各板对的邻接对的至少一种流体提供流动通道，所述多个端口中的每一个端口具有双密封，每个端口具有至少两个环绕的凸起区域，该凸起区域形成在邻接板对的最外边的相对的板上，以将沿每个相邻板对的各板之间的端口泄漏的所述至少两种流体的两种流体排出到泄流用通道中。
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