CN101213414A - 热交换板、热交换板对和板式热交换器的热交换板套件 - Google Patents

热交换板、热交换板对和板式热交换器的热交换板套件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一热交换板(11)、一对热交换板和一板式热交换器的一热交换板套件。每一热交换板包括一传热区(33)和一沿一边界线(35)邻接该传热区的分布区(34)。该分布区有分别与相邻热交换板的分布区上的下凹和突起邻接的突起和下凹。该传热区有分别与相邻热交换板的传热区上的下凹和突起邻接的突起(51)和下凹(52)，从而沿与边界线平行的方向形成相距第一距离的第一接触面。该传热区包括一沿边界线邻接该分布区的过渡区(58)，该过渡区有分别与相邻热交换板的传热区的下凹和突起邻接的突起和下凹，从而沿第一方向形成相距第二距离的第二接触面。第二距离大大小于第一距离。

Description

热交换板、热交换板对和板式热交换器的热交换板套件
发明背景
本发明涉及按权利要求1导言所述的板式热交换器的热交换板套件的热交换板。本发明还涉及按权利要求8导言所述的包括第一热交换板和第二热交换板的一对热交换板。此外，本发明涉及按权利要求17导言所述的板式热交换器的热交换板套件。
上述类型的具有热交换板的板式热交换器通常包括呈人字型的中央传热区，也即由相邻热交换板的平行波峰和波谷的波纹互相邻接成在热交换板之间形成点状接触面，热交换板端区上的孔道处有分布区。分布区通常呈所谓的分布型(“巧克力型”)，即相邻热交换板的波纹设计成在相邻热交换板之间形成线状接触面。在分布区与中央传热区之间的过渡区即波纹型式改变的区域上，强度比在中央传热区和分布区上稍稍减小。其原因是波纹型式的构造方法不同，即人字型有许多位置接近的小接触面，而分布型的接触面虽然大但是较少，其间具有自由结构。
图1示意出一热交换板1，其中，在右上角画出中央传热区2与分布区3之间的过渡区的一种型式。图2为该过渡区的放大图。长斜方形4表示热交换板1底平面上的线状接触面，长斜方形表示热交换器1顶平面上的线状接触面。直线6为该热交换板1的波谷，而直线7为相邻热交换板1的波峰。波谷6与波谷7相交处生成吸收压力负荷的点状接触面。在图2中，中央传热区2的人字型为典型的所谓的高NTU(传热单位数)型式，波峰与热交换板1的纵向中央轴线x之间成约65°的锐角。图3示出一典型的所谓的低NTU型式，其锐角约为25°。高NTU型式的流阻较高，而低NTU型式的流阻较低。
高NTU型式在接触面之间宽度上的距离A1显著大于低NTU型式的对应距离A2。在向分布区的过渡中强度十分重要，因为接触面必须承受分布区上的一部分负荷。比较距离A1与A2可看到，A1的长度为A2的两倍。由于该排中的接触面数与该距离成反比，因此，沿向分布区过渡的过渡区的支撑点数量低NTU型式为高NTU型式的两倍。接触面之间宽度上的距离越长，各接触面上的负荷越大，很难避免负荷很大的大自由表面。除了接触面上负荷大，高NTU型式上的用于分布区的破坏负荷也变小。
因此，在定中央传热区的尺寸时，中央传热区上高NTU的型式的热交换板确定着热交换板的最大受压性能。如热交换板中央传热区上为低NTU型式，不会出现上述强度问题。但是，在许多情况下要求在中央传热区上使用所谓的高NTU型式以提高传热。
US-A-4,781,248公开了上述类型的一种热交换板。该热交换板用来装在板式热交换器的热交换板套件中。特别参见该专利的图4，图4示出呈分布型的分布区和有高NTU型式的中央传热区。
发明内容
本发明的目的是避免分布区与中央传热区之间过渡区上的上述问题。确切说，本发明的目的是提高分布区与中央传热区之间过渡区的强度。
该目的由上述热交换板实现，其特征在于，该中央传热区包括沿边界线邻接第一分布区的至少第一过渡区，过渡区上有突起和下凹，这些突起和下凹分别邻接该热交换板套件中相邻热交换板的中央传热区的下凹和突起，从而沿与边界线平行的所述方向形成相距第二距离的第二接触面，其中，第二距离大大小于第一距离。
这样，由于分布区旁的过渡区的相邻热交换板之间的支撑点增加，因此热交换板套件工作时的承载力提高。沿与边界线平行的直线的支撑点排列得更紧密，从而特别在中央传热区呈高NTU的型式时其数量比现有技术多。
按照本发明实施例，中央传热区呈由伸展在与中心轴线成第一锐角的方向上的形成所述突起和下凹的波纹，其中，第一过渡区呈由伸展在与中心轴线成第二锐角的方向上的形成所述突起和下凹的波纹；第一锐角显著大于第二锐角。按照该实施例，过渡区的型式可为流阻较低的人字型即低NTU型式。
按照本发明另一实施例，至少一条与边界线平行位于相距边界线一距离处的直线上有至少一些第二接触面，该距离较小且显著小于第二距离。这样，相邻热交换板之间的支撑点靠近分布区而有助于提高热交换板的该部分中的强度。
按照本发明另一实施例，所述方向与中心轴线大致垂直。
按照本发明另一实施例，过渡区的突起和下凹设计成使得当该热交换板设置在热交换板套件中与另一热交换板相邻时第二接触面获得点接触形状。
按照本发明另一实施例，分布区的突起和下凹分别邻接该热交换板套件中的相邻热交换板的下凹和突起而形成第三接触面。此外，分布区的突起和下凹设计成使得第三接触面在该热交换板设置在热交换板套件中与另一热交换板相邻时获得线接触形状。这类设计包括所谓的分布型。
该目的还可由上述热交换板对实现，其特征在于，至少第一热交换板的中央传热区包括沿边界线邻接第一分布区的至少第一过渡区，该过渡区就延伸平面而言有突起和下凹，这些突起和下凹分别邻接第二热交换板的中央传热区的下凹和突起，从而沿与边界线平行的所述第一方向形成相距第二距离的第二接触面，其中，第二距离显著小于第一距离。
该对热交换板的优选实施例见从属权利要求9-16。
该目的还可由上述热交换板套件实现，其特征在于，至少第一热交换板的中央传热区包括沿边界线邻接第一分布区的至少第一过渡区，该过渡区就延伸平面而言有突起和下凹，这些突起和下凹分别邻接第二热交换板的中央传热区的下凹和突起，从而沿与边界线平行的所述第一方向形成相距第二距离的第二接触面，其中，第二距离大大小于第一距离。
该热交换板套件的优选实施例见从属权利要求18-25。
附图说明
下面结合附图通过对各实施例的说明详细说明本发明。
图1为现有技术的热交换板的示意平面图；
图2为图1热交换板右上区域的详图；
图3示出图2右上区域上的另一型式；
图4为一由热交换板套件构成的板式热交换器的侧视图；
图5为图4板式热交换器的正视图；
图6为图4和5热交换板套件和板式热交换器的热交换板的平面图；
图7为两相邻热交换板第一实施例一区域的示意图；以及
图8为两相邻热交换板第二实施例一区域的示意图。
具体实施方式
图4和5示出本发明接受第一介质和第二介质的板式热交换器。该板式热交换器包括具有若干互相相邻的热交换板11的热交换板套件10。热交换板套件10位于一框板12与一压板13之间。压板13用穿过板12和13的螺栓14压靠热交换板套件10和框板12。连接螺栓上有螺纹，因此可通过旋紧连接螺栓14上的一螺母15压紧该热交换板套件。该实施例示出四根连接螺栓14。应该指出，连接螺栓1 4的数量可变动，视应用场合的不同而不同。还应指出，即使以下说明的是用连接螺栓压紧的有衬垫板式热交换器，但本发明也可用于热交换板永久连接的板式热交换器、例如钎焊的板式热交换器。本发明也可用于具有成对永久连接的热交换板的板式热交换器，其中，两热交换板例如焊接在一起。
该板式热交换器包括第一介质的第一进口20、第一介质的第一出口21、第二介质的第二进口22和第二介质的第二出口23。进口和出口20-23穿过框板12和热交换板套件10。
图6示出用于图4和5的板式热交换器的热交换板11。该热交换板11模压而成，如图4所示，沿中央延伸平面p-p伸展。热交换板11包括第一端区31、第二端区32和伸展在第一端区31和第二端区32之间且与它们邻接的中央传热区33。中心轴线x在中央延伸平面p-p中沿热交换板11穿过第一端区31、中央传热区33和第二端区32。
第一分布区34伸展在第一端区31上而沿第一边界线35与中央传热区33邻接。第二分布区36伸展在第二端区32上而沿第二边界线37与中央传热区33邻接。在该实施例中，边界线35和37与中心轴线X垂直。但是，应该指出，边界线35和37也可具有相对中心轴线x的一定的斜度、也可呈曲线、或其不同部分可伸展在不同方向上。
每一热交换板11还可包括进口和出口20-23的四个孔道41、42、43和44。孔道41和44位于第一端区31上，孔道42和43位于第二端区32上。每对热交换板11之间有界定两相邻热交换板之间第一介质的第一板间隙和两相邻热交换板11之间第二介质的第二板间隙的第一衬垫45。第一板间隙经孔道41-44中的两孔道与第一进口20和第一出口21连通。第二板间隙经孔道41-44中的两孔道与第二进口22和第二出口23连通。
中央传热区33相对中央延伸平面p-p具有由突起51和下凹52构成的图案或波纹，突起和下凹构成平行波峰和波谷而分别邻接热交换板套件10中相邻热交换板11的中央传热区33上的下凹52和突起51，从而在突起51与下凹52之间形成第一接触面54。在图7和8中，这由一热交换板11的与相邻热交换板11的下凹52邻接、交叉的突起51示出。
在所示实施例中，如图6所示，中央传热区33的平行突起51和下凹52的波纹伸展在与中心轴线x成锐角α的方向上。通过这样的平行波峰和波谷的波纹，如图7和8所示，第一接触面54在两相邻热交换板11之一在中央延伸平面p-p中转动180°时获得点接触形状。中央传热区33的突起51和下凹52的图案在所示实施例中呈所谓的人字型。第一接触面54沿一方向互相相距第一距离A3，该方向在图7所示实施例中与边界线35平行、从而与中心轴线x垂直。在图8所示实施例中，相应方向与边界线35成一锐角。
中央传热区33还包括沿边界线35与第一分布区31邻接的第一过渡区58和沿边界线37与第二分布区32邻接的第二过渡区59。第一和第二过渡区58、59中的每一个相对中央延伸平面p-p有突起61和下凹62的图案或波纹。这些突起61和下凹62分别邻接相邻热交换板11的中央传热区33的下凹和突起，从而形成第二接触面64。该相邻热交换板11的中央传热区33的下凹和突起可如图7所示由该相邻热交换板11的中央传热区33的过渡区58、59的下凹62和突起61构成，也可如图8所示由中央传热区33的下凹52和突起51构成。
第一分布区34和第二分布区36也都相对延伸平面p-p具有突起71和下凹72的图案或波纹，这些突起和下凹分别邻接该热交换板套件1中相邻热交换板11的分布区34、36的下凹72和突起71，从而均匀分布从孔道41、43之一传到中央传热区33的介质或把介质从中央传热区33有利地传到孔道42、44之一。分布区34、36设计成使得突起71和下凹72的图案给出特别是相对高NTU图案的中央传热区的流阻的较小的流阻。
分布区33的突起71和下凹72适于邻接相邻热交换板11的下凹72和突起72，从而在突起71与下凹72之间形成第三接触面74，该接触面74在一热交换板11与另一在延伸平面p-p中转动180°的热交换板11相邻时获得线接触形状。分布区34、36的突起71和下凹72的图案在所示实施例中设计成所谓的分布图案。
如图6所示，第一过渡区58和第二过渡区59各具有伸展在与中心轴线x成第二锐角β的方向上构成所述突起61和下凹62的图案或波纹。第二锐角β较小，可为20-35°、例如25°。
在图7所示实施例中，第一锐角α较大、例如为65度、即大致大于第二锐角β。因此得出所谓的高NTU图案，即中央传热区33传热较好、流阻和压力降较大。在第一锐角α大的情况下，接触面54之间的距离A3较大，在分布区34、36与中央传热区33之间的过渡处的上述强度问题，该问题可用所示过渡区58、59克服。过渡区58、59的第二接触面64沿与边界线35，37平行的方向互相相距第二距离A4。第二距离A4显著小于第一距离A3。因此，相邻热交换板11之间的支撑点数量在过渡区58、59中增加，从而强度提高。
此外，沿至少一条与边界线35、37平行并与边界线35，37相距距离B1设置的直线设有一些第二点状接触面64，该距离较小。特别是，距离B1显著小于第二距离A4。
在图8所示实施例中使用两类热交换板，一类热交换板的过渡区58的图案与中央传热区33不同，而另一类热交换板11的过渡区的图案与中央传热区33相同。确切说，热交换板11之一与图7所示第一实施例的热交换板相同，而另一热交换板11为现有热交换板。但是，第二热交换板11具有所谓的低NTU图案，即第一锐角α较小、等于或大致等于第一热交换板11的过渡区58的第二锐角β。
本发明不限于上述实施例，而可在后附权利要求的范围内改动和修正。

Claims (25)

1.接受第一介质和第二介质的板式热交换器的热交换板套件(10)的热交换板，其中，该热交换板(11)有中央延伸平面(p-p)，包括
第一端区(31)，
第二端区(32)，
伸展在第一端区(31)与第二端区(32)之间的中央传热区(33)，其中，中心轴线(x)沿该热交换板穿过第一端区(31)、该中央传热区和第二端区(32)，以及
伸展在第一端区(31)上、沿一边界线(35)邻接该中央传热区(33)的至少一个第一分布区(34)，其中，该分布区(34)就延伸平面(p-p)而言有突起(71)和下凹(72)，这些突起和下凹分别与该热交换板套件中的相邻热交换板的分布区(34)上的下凹(72)和突起(71)邻接，从而沿该边界线(35)均匀分布所述介质，
其中，该中央传热区(33)就该延伸平面(p-p)而言有突起(51)和下凹(52)，这些突起和下凹分别与该热交换板套件中的相邻热交换板的中央传热区(33)上的下凹(52)和突起(51)邻接，从而沿与边界线(35)平行的第一方向形成彼此相距第一距离(A3)的第一接触面(54)，其特征在于，该中央传热区(33)包括至少一个沿边界线(35)邻接第一分布区(34)的第一过渡区(58)，该过渡区就该延伸平面(p-p)而言有突起(61)和下凹(62)，这些突起和下凹分别与该热交换板套件中的相邻热交换板的中央传热区(33)的下凹(62、52)和突起(61、51)邻接，从而沿与边界线(35)平行的所述第一方向形成彼此相距第二距离(A4)的第二接触面(64)，其中，第二距离(A4)显著小于第一距离(A3)。
2.按权利要求1所述的热交换板，其特征在于，该中央传热区(33)有形成所述突起(51)和下凹(52)、沿与中心轴线(x)成第一锐角(α)的倾斜方向伸展的波纹，其中，该第一过渡区(58)有形成所述突起(61)和下凹(62)、沿与中心轴线(x)成第二锐角(β)的倾斜方向伸展的波纹；第一锐角(α)显著大于第二锐角(β)。
3.按权利要求1和2中任一权利要求所述的热交换板，其特征在于，至少一条与边界线(35)平行相距边界线(35)一距离(B1)的直线上有至少一些第二接触面(64)，该距离较小且显著小于第二距离(A4)。
4.按上述任一权利要求所述的热交换板，其特征在于，所述第一方向与该中心轴线(x)大致垂直。
5.按上述任一权利要求所述的热交换板，其特征在于，过渡区(33)的突起(61)和下凹(62)设计成使得第二接触面(64)当该热交换板设置在热交换板套件中与另一热交换板相邻时获得点接触形状。
6.按上述任一权利要求所述的热交换板，其特征在于，分布区(34)的突起(71)和下凹(72)分别邻接该热交换板套件(10)中的相邻热交换板(11)的下凹(72)和突起(71)从而形成第三接触面(74)
7.按权利要求6所述的热交换板，其特征在于，分布区(34)的突起(71)和下凹(72)设计成使得当该热交换板(11)设置在热交换板套件(10)中与另一热交换板(11)相邻时第三接触面(74)获得线接触形状。
8.一对热交换板，包括在接受第一介质和第二介质的板式热交换器的热交换板套件中彼此邻接的第一热交换板(11)和第二热交换板(11)，其中，两热交换板(11)各有一中央延伸平面(p-p)，包括
第一端区(31)，
第二端区(32)，
一伸展在第一端区(31)与第二端区(32)之间的中央传热区(33)，其中，一中心轴线(x)沿该热交换板穿过第一端区(31)、该中央传热区(33)和第二端区(32)，以及
伸展在第一端区(31)上、沿边界线(35)邻接该中央传热区(33)的至少一个第一分布区(34)，其中，该分布区(34)就该延伸平面(p-p)而言有突起(71)和下凹(72)，这些突起和下凹分别与该热交换板套件中的相邻热交换板的分布区(34)上的下凹(72)和突起(71)邻接，从而沿该边界线(35)均匀分布所述介质，
其中，该中央传热区(33)就该延伸平面(p-p)而言有突起(51)和下凹(52)，这些突起和下凹分别与该热交换板套件(10)中的相邻热交换板的中央传热区(33)上的下凹(52)和突起(51)邻接，从而沿与边界线(35)平行的第一方向形成彼此相距第一距离(A3)的第一接触面(54)，其特征在于，至少第一热交换板(11)的中央传热区(33)包括至少一个沿边界线(35)邻接第一分布区(34)的第一过渡区(58)，该过渡区就该延伸平面(p-p)而言有突起(61)和下凹(62)，这些突起和下凹分别与第二热交换板(10)的一中央传热区(33)的下凹(62、52)和突起(61、51)邻接，从而沿与边界线(35)大致平行的所述第一方向形成彼此相距第二距离(A4)的第二接触面(64)，其中，第二距离(A4)显著小于第一距离(A3)。
9.按权利要求8所述的一对热交换板，其特征在于，第一热交换板(11)的中央传热区(33)有形成所述突起(51)和下凹(52)、沿与中心轴线(x)成第一锐角(α)的倾斜方向伸展的波纹，其中，该第一过渡区(58)有形成所述突起(61)和下凹(62)、沿与中心轴线(x)成第二锐角(β)的倾斜方向伸展的波纹；第一锐角(α)显著大于第二锐角(β)。
10.按权利要求8和9中任一权利要求所述的一对热交换板，其特征在于，第二热交换板(11)的中央传热区(33)包括至少一个沿边界线(35)邻接第一分布区(34)的第一过渡区(58)，该过渡区就延伸平面(p-p)而言有突起(61)和下凹(62)，这些突起和下凹分别邻接第一热交换板(11)的第一过渡区(58)的下凹(62)和突起(61)，从而沿与边界线(35)平行的所述第一方向形成互相相距第二距离(A4)的所述第二接触面(64)，其中，第二距离(A4)显著小于第一距离(A3)。
11.按权利要求8-10中任一权利要求所述的一对热交换板，其特征在于，至少一条与边界线(35)平行的相距边界线(35)一距离(B1)的直线上有至少一些第二接触面(64)，该距离较小且显著小于第二距离(A4)。
12.按权利要求8-11中任一权利要求所述的一对热交换板，其特征在于，所述第一方向与该中心轴线(x)大致垂直。
13.按权利要求8-12中任一权利要求所述的一对热交换板，其特征在于，过渡区(58)的突起(61)和下凹(62)设计成使得第二接触面(64)获得大致点接触形状。
14.按权利要求8-13中任一权利要求所述的一对热交换板，其特征在于，第一热交换板(11)的分布区(34)的突起(71)和下凹(72)分别邻接相邻热交换板(11)的下凹(72)和突起(71)从而形成第三接触面(74)。
15.按权利要求14所述的一对热交换板，其特征在于，分布区(34)的突起(71)和下凹(72)设计成使得第三接触面(74)获得大致线接触形状。
16.按权利要求8-15中任一权利要求所述的一对热交换板，其特征在于，第二热交换板(11)在延伸平面(p-p)中相对第一热交换板(11)转动180°。
17.接受第一介质和第二介质的板式热交换器的热交换板套件，该热交换板套件(10)包括在热交换板套件(10)中交替邻接的第一热交换板(11)和第二热交换板(11)，其中，两热交换板(11)各有一中央延伸平面(p-p)，包括
第一端区(31)，
第二端区(32)，
伸展在第一端区(31)与第二端区(32)之间的中央传热区(33)，其中，中心轴线(x)沿该热交换板穿过第一端区(31)、该中央传热区(33)和第二端区(32)，以及
伸展在第一端区(31)上、沿一边界线(35)邻接该中央传热区(33)的至少一个第一分布区(34)，其中，该分布区(34)就该延伸平面(p-p)而言有突起(71)和下凹(72)，这些突起和下凹分别与该热交换板套件(10)中的相邻热交换板(11)的分布区(34)上的下凹(72)和突起(71)邻接，从而沿该边界线(35)均匀分布所述介质，
其中，该中央传热区(33)就该延伸平面(p-p)而言有突起(51)和下凹(52)，这些突起和下凹分别与该热交换板套件(10)中的相邻热交换板(11)的中央传热区(33)上的下凹(52)和突起(51)邻接，从而沿与边界线(35)平行的第一方向形成彼此相距第一距离(A3)的第一接触面(54)，
其特征在于，至少第一热交换板(11)的中央传热区(33)包括至少一个沿边界线(35)邻接第一分布区(34)的第一过渡区(58)，该过渡区就该延伸平面(p-p)而言有突起(61)和下凹(62)，这些突起和下凹分别与相邻热交换板(11)的中央传热区(33)的下凹(62、52)和突起(61、51)邻接，从而沿与边界线(35)大致平行的所述第一方向形成彼此相距第二距离(A4)的第二接触面(64)，其中，第二距离(A4)显著小于第一距离(A3)。
18.按权利要求17所述的热交换板套件，其特征在于，第一热交换板(11)的中央传热区(33)有形成所述突起(51)和下凹(52)、沿与中心轴线(x)成第一锐角(α)的倾斜方向伸展的波纹，其中，该第一过渡区(58)有形成所述突起(61)和下凹(62)、沿与中心轴线(x)成第二锐角(β)的倾斜方向伸展的波纹；第一锐角(α)显著大于第二锐角(β)。
19.按权利要求17和18中任一权利要求所述的热交换板套件，其特征在于，第二热交换板(11)的中央传热区(33)包括至少一个沿边界线(35)邻接第一分布区(34)的第一过渡区(58)，该过渡区就延伸平面(p-p)而言有突起(61)和下凹(62)，这些突起和下凹分别邻接第一热交换板(11)的第一过渡区(58)的下凹(62)和突起(61)，从而沿与边界线(35)平行的所述方向形成互相相距第二距离(A4)的所述第二接触面(64)，其中，第二距离(A4)显著小于第一距离(A3)。
20.按权利要求17-19中任一权利要求所述的热交换板套件，其特征在于，沿至少一条与边界线(35)平行相距边界线(35)一距离(B1)的直线有至少一些第二接触面(64)，该距离较小且显著小于第二距离(A4)。
21.按权利要求17-20中任一权利要求所述的热交换板套件，其特征在于，所述第一方向与该中心轴线(x)大致垂直。
22.按权利要求17-21中任一权利要求所述的热交换板套件，其特征在于，过渡区(58)的突起(61)和下凹(62)设计成使得第二接触面(64)获得大致点接触形状。
23.按权利要求17-22中任一权利要求所述的热交换板套件，其特征在于，第一热交换板(11)的分布区(34)的突起(71)和下凹(72)分别邻接该热交换板套件(10)中的相邻第二热交换板(11)的下凹(72)和突起(71)从而形成第三接触面(74)。
24.按权利要求23所述的热交换板套件，其特征在于，分布区(34)的突起(71)和下凹(72)设计成使得第三接触面(74)获得大致线接触形状。
25.按权利要求17-24中任一权利要求所述的热交换板套件，其特征在于，第二热交换板(11)在延伸平面(p-p)中相对第一热交换板(11)转动180°。
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