CN101416017A - 在最外层热交换器板外侧设有加强板的板式热交换器 - Google Patents

在最外层热交换器板外侧设有加强板的板式热交换器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及包括多个板的板式热交换器。这些板与主延伸平面平行地延伸并包括多个热交换器板和一个加强板(2)。热交换器板彼此相邻设置并形成板组件，板组件具有第一板空间和第二板空间。每个热交换器板具有四个孔口，孔口形成穿过板组件延伸的端口(8)。热交换器板包括在板组件一侧的最外层热交换器板和在板组件相对一侧的最外层热交换器板。板组件的板空间中的两个在板组件的相应一侧形成相应的最外层板空间，其由最外层热交换器板中的相应一个向外界定。加强板设置在一个第一热交换器板的外侧。加强板(2)具有主区域(20)，其与延伸平面平行地延伸，并包括加强图案(21)，加强图案设置在两个端口(8)附近并包括从热交换器板向外伸出的至少一个凹陷(22)。

Description

在最外层热交换器板外侧设有加强板的板式热交换器
技术领域
本发明涉及板式热交换器，其包括板组件，该板组件具有根据权利要求1前序部分的板，如US4987955A所述。
背景技术
在许多永久连接例如钎焊的板式热交换器的应用中，需要高强度。在如下情况下这是重要的：当通过板式热交换器传送的一个或者多个介质的工作压力很高时或者当一个或者多个介质的工作压力随着时间变化时。板式交换器在传送之前进行压力测试。希望获得这样的板式交换器的强度和刚度，使得与压力测试有关的弹性变形尽可能小。
为了满足更高强度的要求，已知使用更厚的端部或者加强板，也就是说，两个板位于板组件的最外层外置处。这些加强板也可以是衬板或者框架和压力板。也已知将片材、垫片或者厚的平板作为加强板。这些片材、垫片或者厚的平板可以设置在框架和/或压力板的外侧。这种附加板、垫片等的缺点是由于当制造板式热交换器(例如当其被钎焊)时更多的部件需要固定，使得制造复杂。
具有更多材料的加厚加强板的另一缺点在于，对于该加强板的热“迟钝”增加。由于该加强板的增加的热迟钝，获得了板式热交换器的减小的热疲劳性能，热别是在设置在加强板内侧最相邻的位置的热交换器板中更是如此。由于热交换器板由更薄的材料制成，它们更迅速地适应介质温度，导致在热交换器板和加强板之间出现不期望的温度差，并导致热应力。
此外，加厚的加强板导致如下缺点：消耗更多材料并因此增加了板式热交换器的成本。
美国专利US4987955A中公开了一种板式热交换器，其包括多个与主延伸平面平行地延伸的板。这些板包括多个热交换器板和至少一个加强板。热交换器板彼此相邻设计，并形成板组件，其中对于第一介质形成第一板空间，对于第二介质形成第二板空间。每个热交换器板具有四个孔口，这些孔口形成穿过板组件延伸的端口。热交换器板包括位于板组件一侧的最外层热交换器板和位于板组件相对一侧最外层热交换器板。在板组件中的两个板空间在板组件的相应侧形成相应的最外层板空间，它们通过相应一个最外层热交换器板向外界定。加强板设置在最外层热交换器板之一的旁边和外侧。
发明内容
本发明的目的是弥补上述缺点并提供具有高强度的板式热交换器。此外，本发明的目的是提功能够以低成本制造的板式热交换器。其旨在提供具有高强度的永久连接的板式热交换器。
上述目的通过最初限定的板式热交换器实现，其特征在于，加强板具有主区域，所述主区域与所述延伸平面平行地延伸，并包括加强图案，所述加强图案设置在两个端口的附近并包括从板组件向外伸出的至少一个凹陷，从主平面的法向看所述凹陷沿着主平面是细长的。这种具有加强图案的加强板可以比完全平的板制得更薄，并同时抵抗作用在板组件上的力。具体而言，这种加强图案可以对由于任何介质的高压力倾向于使得热交换器板向外变形的力进行抵抗。有利的是，凹陷在与倾向于使热交换器板向外变形的力垂直的平面内延伸。可以通过压缩模制加强板形成凹陷。凹陷长度比宽度大，并在垂直于倾向于使热交换器板向外变形的力的所述平面内获得明显的长度。
根据本发明的一种实施方式板式热交换器彼此永久连接。优选的是，所述板通过熔化金属材料例如通过钎焊和/或熔焊彼此永久连接。应当理解，这些板也可以彼此胶接。应当注意，本发明同样适用于设有垫片的板式热交换器，其中热交换器板通过合适的连接件例如连接螺栓相互压在一起。
根据本发明的另一实施方式，加强图案被设计成与设置在加强板旁边的最外层热交换器板的压制图案相互作用，使得加强板相对于最外层热交换器板定位在限定的位置中。通过这种方式，由于加强板不必在钎焊板式热交换器之前例如通过焊接安装到最外层热交换器板上，方便了板式热交换器的制造。由于该限定的位置，加强板可以相对于最外层热交换器板和板组件锁定在期望的位置。
根据本发明的又一种实施方式，凹陷具有基本上直的延伸部。该直的延伸部可以如上所述平行于与倾向于使得热交换器板变形的力垂直的平面延伸。该平面与延伸平面垂直或者基本上垂直。
根据本发明的再一种实施方式，凹陷在所述两个端口之间延伸。特别在两个端口之间出现相对于延伸平面从板组件沿法向向外作用的力。该区域的凹陷可以有效地抵抗这些力。
根据本发明的另一种实施方式，加强图案包括从热交换器板向外伸出的多个凹陷。有利的是，至少一个凹陷具有基本上直的延伸部。所有或者一些凹陷可以有利地基本上是直的并彼此基本上平行地延伸。此外，至少一个凹陷可在所述两个端口之间延伸。
根据本发明的另一种实施方式，主区域具有基本上平的延伸部，加强图案从所述平的延伸部向外伸出。
根据本发明的另一种实施方式，主区域具有形成加强板的至少大部分区域的区域。加强板的该区域可以一定程度上小于热交换器板的该区域。
根据本发明的另一种实施方式，加强板包括至少两个孔口，其相对于所述两个端口的相应端口同心。因此，加强板的孔口可以形成板式热交换器的一部分端口。应当理解，加强板可以是连续的，即不包括孔口，因为用于所涉及的端口的入口和/或出口可以定位在板组件的背离加强板的一侧上。
根据本发明的另一种实施方式，加强板包括两个加强图案，所述加强图案设置在相应一对端口附近，并且每个加强图案包括至少一个从热交换器板向外伸出的凹陷。加强板包括至少四个孔口，这些孔口相对于板组件的端口的相应端口同心。
根据本发明的另一种实施方式，每个热交换器板包括热交换器区域和围绕所述热交换器区域延伸的外部边缘区域，其中，加强板的尺寸适于容纳在所述外部边缘区域中。所述外部边缘区域包括从所述延伸平面向外伸出的环绕凸缘。根据该实施方式，加强板的区域因此小于热交换器板的区域，于是加强板可以有利地基本上是平的，其不包括任何热交换器板包括的凸缘。但是，应当理解，加强板原则上可以与热交换器板具有相同的区域，并设有与热交换器板相同的环绕凸缘。
根据本发明的另一种实施方式，所述板包括设置在第二最外层热交换器板外侧的另一加强板，所述另一加强板具有主区域，所述主区域与延伸平面平行地延伸并且包括加强图案，所述加强图案设置在两个端口的附近并包括从所述热交换器板向外伸出的至少一个凹陷。因此，板组件可在两侧上包括用于加强端口周围区域的加强板。所述另一加强板可以大体上具有与上述加强板相同的设计。
附图说明
通过下面参照附图对各个实施实施方式的描述，本发明将被说明地更加清楚，其中：
图1是根据本发明第一实施方式的板式热交换器的侧视图；
图2是图1所示板式热交换器的前视图；
图3是图1所示板式热交换器的前视图；
图4是沿着图2的线IV-IV截取的剖视图；
图5是图1所示板式热交换器的热交换器板的前视图；
图6是根据本发明的第二实施方式的板式热交换器的侧视图；
图7是图6所示板式热交换器的前视图；
图8是图6所示板式热交换器的前视图；
图9是根据本发明的第三实施方式的板式热交换器的侧视图；
图10是图9所示板式热交换器的前视图；以及
图11是图9所示板式热交换器的前视图。
具体实施方式
图1-4示出了根据本发明的板式热交换器的第一实施方式。该板式热交换器包括多个板，每个板与主延伸平面p基本上平行地延伸。这些板在第一实施方式中包括多个热交换器板1和至少一个加强板2。在第一实施方式中，板式热交换器包括四个加强板2。此外，这些板包括框架板3和压力板4，它们设置在热交换器板1的相应一侧。热交换器板1形成板组件，其具有用于第一介质的第一板空间5和用于第二介质的第二板空间6。板空间5和6交替设置，使得每两个第二板空间之间是第一板空间5，其他板空间是第二板空间6，参见图4。
参见图5，每个热交换器板1包括四个孔口7，它们形成穿过板组件延伸的端口8，所述端口形成分别用于使两种介质到达第一板空间5和第二板空间6的入口和出口。入口和出口连接到示意性示出的入口和出口管9上。每个热交换器板1包括内部热交换器区域10和围绕热交换器区域10延伸的外部边缘区域11。外部边缘区域11包括或者形成从主延伸平面p向外伸出的环绕凸缘。框架板3和压力板4也具有这种包括或者形成从主延伸平面p向外伸出的环绕凸缘的外部边缘区域11。在第一实施方式中，每个加强板2的尺寸使得它们可以容纳在外部边缘区域11中。
此外，参见图5，每个热交换器板1以本身公知的方式具有压制图案13，其为在热交换器区域10上的至少一个波峰和波谷的形式。图5中示出的该压制图案13仅仅是示意性的，只是这种图案的一个例子。应当理解，热交换器板1可以具有各种设计的压制图案。
热交换器板1包括位于板组件的一侧的最外层热交换器板1′和位于板组件的相对一侧的最外层热交换器板1″。此外，热交换器板1、1′和1″在板组件的相应侧形成两个最外层板空间(参见图4中的标记6)。这两个最外层板空间分别通过最外层热交换器板1′和最外层热交换器板1″向外界定。加强板2分别设置在最外层热交换器板1′和1″之一的外侧。
在第一实施方式中，框架板3紧挨着最外层热交换器板1′设置在最外层热交换器板1′外侧，压力板4紧挨着最外层热交换器板1”设置在最外层热交换器板1′‘外侧。框架板3和压力板4在第一实施方式中不具有热功能，即没有介质在最外层热交换器板1′和框架板3之间或者在最外层热交换器板1″和压力板4之间传送。框架板3和压力板4可因此基本上是平面，即没有设置在热交换器板1上的压制图案13。
所有板，即加强板2、框架板3、热交换器板1、′和1′、以及压力板4彼此相互永久连接，优选通过金属材料的熔化例如钎焊、熔焊或者钎焊和熔焊的结合。入口和出口管9也可以钎焊到板上，更确切地说为钎焊到加强板2上。这些板也可以通过胶接永久连接。应当理解，也可以通过可释放的连接件使得这些板相互连接，其中这些板可以通过连接螺栓彼此压在一起。
在第一实施方式中，加强板2分别紧挨着框架板3设置在框架板3外侧和紧挨着压力板4设置在压力板4外侧。每个加强板2具有主区域20，主区域20与延伸平面p平行地延伸。主区域20包括加强图案21，其设置在两个端口8附近并包括至少一个(在第一实施方式中为四个)细长的从板组件向外伸出的凹陷22，参见图4，该图示意性示出了凹陷22的剖面形状。实际上，该剖面形状可以更光滑，例如可以接近于半圆形。可以有利地结合加强板2的压缩模制来获得加强图案21。设置在框架板3旁边的加强板2包括两个与相应的端口8同心的孔口。设置在压力板4旁边的加强板2是连续的，即没有孔口，参见图4。
应当理解，这些凹陷不是必须是细长的，而是沿着主延伸平面p的法向看可以具有基本上具有圆形或者方形的形状。必要的是，凹陷22在与使热交换器板1、1′和1″向外变形的力垂直的平面内具有特定的延伸。凹陷22在第一实施方式中是细长的，基本上直地延伸，在上述法向上看长度明显大于宽度。此外，细长凹陷22基本上彼此平行延伸。至少三个细长凹陷22在第一实施方式中在两个端口8之间延伸。应当理解，一个或者多个细长凹陷22可以偏离所示的直的形状延伸。例如，一个或者多个细长凹陷22可以光滑弯曲或者弯曲成一个或者多个部分。
在操作时，压力出现在板式热交换器的内部，该压力倾向于向外按压板组件，特别是外部热交换器板1、1′和1″。通过设置细长凹陷22，这种向外的弯曲被防止或减轻，因为细长凹陷22沿着这样的平面延伸，该平面与该内部力提供的向外弯曲垂直、基本上垂直或者形成较大的角度。
加强图案21也可以有利地设计成与最靠近加强板2的板，即在第一实施方式中的框架板3和压力板4的压制图案的突起和/或凹陷相互作用。由于这种配合，在制造板式热交换器时，可以将加强板相对于所述最靠近设置的板定位在限定的位置。这样，不必例如在板式热交换器被钎焊之前预先连接热交换器板，例如通过点焊连接到所述最靠近设置的板上。
图6-8示出了第二实施方式，其与第一实施方式的不同之处在于，其包括两个加强板2而不是四个。应当理解，在所有实施方式中，具有基本上相同的功能的元件具有相同的附图标记。第二实施方式中的加强板2大于第一实施方式中的加强板，并在包括四个端口8的区域上延伸。此外，在第二实施方式中，两个入口和出口管9从板式热交换器的一侧延伸，两个入口和出口管9从板式热交换器的相对一侧延伸。设置在框架板3旁边的加强板2包括相对于相应的端口8同心的四个孔口。参见图8，设置在压力板3旁边的加强板2是连续的，即没有孔口。
图9-11示出了第三实施方式，其与第一和第二实施方式的不同之处在于，其包括在板组件的一侧上形成框架板的加强板32和在板组件的另一相对侧上形成压力板的加强板42。在第三实施方式中，加强板32和42比第二实施方式中的大一些，也包括形成从延伸平面向外伸出的凸缘的相应的边缘区域11。加强板32包括相对于相应的端口同心的四个孔口，而加强板42是连续的，参见图11，即没有孔口。此外，每个加强板21的细长凹陷22之一在第三实施方式中具有替代的设计，其具有一定程度上弯曲的端部。
本发明不限于上面描述的实施方式，而是可以在后面的权利要求书的范围内变化和改进。

Claims (17)

1.一种板式热交换器，包括多个板，每个板与主延伸平面(p)平行地延伸，所述多个板包括多个热交换器板(1)和至少一个加强板(2、32、42)，
其中，所述热交换器板(1)彼此相邻设置并形成板组件，所述板组件具有用于第一介质的第一板空间(5)和用于第二介质的第二板空间(6)，
每个热交换器板具有四个孔口(7)，所述孔口形成穿过所述板组件延伸的端口(8)，
所述热交换器板(1)包括在板组件一侧的最外层热交换器板(1′)和在板组件相对一侧的最外层热交换器板(1′′)，
所述板组件的所述板空间(5、6)中的两个在板组件的相应一侧形成相应的最外层板空间，相应的最外层板空间由最外层热交换器板(1′、1′′)中的相应一个向外界定，以及
所述加强板(2、32、42)设置在所述最外层热交换器板(1′、1′′)之一的外侧，
其特征在于，所述加强板(2、32、42)具有主区域(20)，所述主区域与所述延伸平面(p)平行地延伸并包括加强图案(21)，所述加强图案设置在两个端口(8)的附近并包括从板组件向外伸出的至少一个凹陷(22)，从主平面(p)的法向看所述凹陷沿着主平面(p)是细长的。
2.根据权利要求1所述的板式热交换器，其特征在于，所述板彼此永久连接。
3.根据权利要求2所述的板式热交换器，其特征在于，所述板通过熔化金属材料彼此永久连接。
4.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，加强图案(21)被设计成与设置在加强板(2)旁边的最外层热交换器板(1′、1′′)的压制图案(13)相互作用，使得加强板(2)相对于最外层热交换器板(1′、1′′)定位在限定的位置中。
5.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，所述凹陷(22)具有基本上直的延伸部。
6.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，所述凹陷(22)在所述两个端口之间延伸。
7.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，加强图案(21)包括从热交换器板(1)向外伸出的多个凹陷(22)。
8.根据权利要求7所述的板式热交换器，其特征在于，至少一个凹陷(22)具有基本上直的延伸部。
9.根据权利要求7或8所述的板式热交换器，其特征在于，至少一个凹陷(22)在所述两个端口(8)之间延伸。
10.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，主区域(20)具有基本上平的延伸部，加强图案(21)从所述平的延伸部向外伸出。
11.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，主区域(10)具有形成加强板(2)的至少大部分区域的区域。
12.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，加强板(2、32、42)包括至少两个孔口，其与所述两个端口(8)的相应端口(8)同心。
13.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，加强板(2)包括两个加强图案(11)，所述加强图案(11)设置在相应一对端口(8)附近，并且每个加强图案(11)包括至少一个从热交换器板(1)向外伸出的凹陷(12)。
14.根据权利要求13所述的板式热交换器，其特征在于，加强板(2)包括至少四个孔口，其与板组件的端口(8)的相应端口(8)同心。
15.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，每个热交换器板(1)包括热交换器区域(10)和围绕所述热交换器区域(10)延伸的外部边缘区域(11)，其中，加强板(2)的尺寸适于容纳在所述外部边缘区域(11)中。
16.根据权利要求15所述的板式热交换器，其特征在于，所述外部边缘区域(11)包括从所述延伸平面(p)向外伸出的环绕凸缘。
17.根据前述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，所述板包括设置在第二最外层热交换器板(1′′)外侧的另一加强板(2、42)，所述另一加强板(2、42)具有主区域(20)，所述主区域(20)与延伸平面(p)平行地延伸并且包括加强图案(21)，所述加强图案(21)设置在两个端口(8)的附近并包括从所述热交换器板(1)向外伸出的至少一个凹陷(22)。
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