CN101983310A - 板式换热器 - Google Patents

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Abstract

板式换热器包括多个换热器板(1)、第一端板(2)和第二端板(3)。板(1-3)通过硬焊材料彼此永久连接。每个换热器板具有传热区域和围绕相应孔口的多个孔口区域。板式换热器包括具有朝向换热器板的底面(51)的多个(50，53)。至少一个平坦元件包括从底面(51)延伸并且紧紧地邻接最外面换热器板的一个孔口区域的环状突出部(52)。

Description

板式换热器
技术领域
本发明涉及根据权利要求1的前序部分的板式换热器。
背景技术
JP-3527704公开包括彼此邻近地设置的多个换热器板的这种板式换热器。第一保护板设置在第一最外面一个换热器板的附近并且第一框架板设置在第一保护板外部。第二保护板设置在另一个第二最外面换热器板的附近并且第二框架板设置在第二保护板外部。板彼此硬焊(braze)以形成具有第一板空隙和第二板空隙的板组。每个换热器板具有换热器区域、第一孔口(porthole)区域、第二孔口区域、第三孔口区域以及第四孔口区域，每个孔口区域围绕由孔口边限定的相应孔口。板式换热器包括四个连接管，其连接到相应一个孔口区域并且各包括集成的附连凸缘。附连凸缘设置在第一框架板和第一保护板之间、第一保护板和第一最外面换热器板之间或框架板和第一最外面换热器板之间。
在许多换热器应用中，希望实现高的或非常高的设计压力，即能够允许流过板空隙的一种或两种介质的高的或非常高的压力。还希望能够允许在上述类型的板式换热器中的这种高压力，该板式换热器具有例如通过硬焊而永久连接的换热器板。在不提供外部加固构件的情况下，难以实现这种高设计压力。
这种板式换热器中的薄弱区域是孔口区域，即直接围绕孔口的区域。这些区域确定当前使用的板式换热器中的设计压力。然而，虽然孔口区域的某些设计将改进设计压力，但是这种设计将不会改进在板式换热器的另一个区域的强度，即问题将因此仅仅被转移。
需要非常高的设计压力的应用的一个示例是在具有作为冷却剂的二氧化碳的冷却回路中用于蒸发器和冷凝器的板式换热器。从环境的观点，与诸如氟利昂的传统冷却剂相比，二氧化碳在本领域中是非常有利的。
发明内容
本发明的目的是提供具有高设计压力的板式换热器，并且更确切地允许至少一种流过其中的介质的非常高的压力的板式换热器。
该目的通过最初限定的板式换热器实现，该板式换热器的特征在于至少一个平坦元件包括从底面延伸并且紧紧地邻接至少一个最外面换热器板的一个孔口区域的环状突出部。这种平坦元件将提供孔口区域的加固。由于环状突出部，平坦元件将紧紧地和可靠地附连到该区域中的换热器板。
根据本发明的实施例，每个换热器板沿主延伸平面延伸，其中，所述区域在第一水平和第二水平之间延伸，第一水平与主延伸平面相隔一段距离，第二水平与主延伸平面相隔一段距离并且在主延伸平面的相对侧，其中，每个孔口区域包括定位在第一和第二水平中的一个处的环状平坦区域。有利地，环状突出部可因此在第二水平紧紧地邻接环状平坦区域。
根据本发明的另外的实施例，每个孔口区域包括布置在环状平坦区域上并且沿孔口边分布的内部部分的组，内部部分从环状平坦区域移位并且延伸至第一和第二水平中的另一个。有利地，从相应孔口观察，环状突出部可因此定位在内部部分外部。
根据本发明的另外的实施例，每个孔口区域包括外部部分的组，该外部部分与内部部分相隔一段距离地沿环状平坦区域分布并且从环状平坦区域移位并且延伸至第一和第二水平中的另一个。有利地，从相应孔口观察，环状突出部可因此定位在外部部分内部。
根据本发明的另外的实施例，板式换热器包括连接到相应孔口的多个连接管，其中，平坦元件形成相应连接管的环状附连凸缘。这种平坦元件可以是连接管的集成部分。平坦元件，作为连接管的环状附连凸缘，提供连接管到板组的相应孔口的紧密的和可靠的连接。
根据本发明的另外的实施例，至少一个平坦元件是连接到相应连接管的分离部分。在连接管具有诸如外螺纹的任何突出部分的情况下，这种方案是有利的。平坦元件可因此设置在端板和最外面换热器板之间，此后，连接管引入至孔口并且连接到平坦元件。有利地，至少一个平坦元件可通过硬焊连接到相应连接管。
根据本发明的另外的实施例，平坦元件覆盖相应孔口。平坦元件可因此连接到与一个连接管相对的孔口。在这种情况下，平坦元件当没有连接管连接到此处时作为加固孔口区域的元件。而且，平坦元件将提供孔口区域的可靠密封。
根据本发明的另外的实施例，平坦元件硬焊到至少一个端板并且硬焊到至少一个最外面换热器板。
根据本发明的另外的实施例，至少一个端板具有围绕每个孔口的提升部分，以给相应平坦元件提供空间。
根据本发明的另外的实施例，孔口区域包括第一孔口区域、第二孔口区域、第三孔口区域和第四孔口区域。
附图说明
本发明现在将通过各种实施例的描述以及参考附图进行更详细地解释。
图1示出根据本发明的板式换热器的侧视图。
图2示出图1中的板式换热器的平面图。
图3示出图1中的板式换热器的换热器板的平面图。
图4示出图1中的板式换热器的换热器板的另一个平面图。
图5示出图4中的换热器板的孔口区域的部分的平面图。
图6示出穿过图1中的板式换热器的传热区域处的一些换热器板的截面图。
图7示出图1中的板式换热器的换热器的传热区域的部分的平面图。
图8示出穿过图1中的板式换热器的孔口S1的部分的截面图。
图9示出穿过图1中的板式换热器的孔口S3的部分的截面图。
图10示出另一个实施例的类似于图8截面图的截面图。
图11示出另一个实施例的类似于图9截面图的截面图。
具体实施方式
图1和图2示出板式换热器，包括多个换热器板1；第一端板2，其设置在最外面一个换热器板1的附近；以及第二端板3，其设置在另一个相对的最外面换热器板1的附近。
换热器板1通过金属板的成形而制成并且彼此邻近地设置。第一端板2、第二端板3和换热器板1利用硬焊材料通过硬焊而彼此永久连接，以形成板组。板组限定或具有用于第一介质的第一板空隙4和用于第二介质的第二板空隙5，参见图6。第一和第二介质可以是任何适合的传热介质。例如，第一和/或第二介质可以是二氧化碳。
公开的实施例的板式换热器具有四个孔口S1、S2、S3和S4，其中，孔口S1连接到连接管11并且与第一板空隙4连通，孔口S2连接到连接管12并且与第一板空隙4连通，孔口S3连接到连接管13并且与第二板空隙5连通，孔口S4连接到连接管14并且与第二板空隙5连通。应注意的是，板式换热器可具有不同于所公开的孔口数目的另外孔口数目，例如2、3、5、6、7或8个孔口。连接管可设置为从第一端板2延伸，如所公开的，和/或从第二端板3延伸。
在公开的实施例中，每个换热器板1具有矩形形状，其带有两个长侧边15和两个短侧边16，参见图3。纵向中心轴线x在两个长侧边15之间、平行于两个长侧边15并且横向于短侧边16延伸。每个换热器板1还沿主延伸平面p延伸，参见图6。
如可从图3和图4所见，每个换热器板1具有传热区域20和多个孔口区域21-24，第一和第二介质之间的传热的主要部分在传热区域20处发生。在公开的实施例中，孔口区域21-24包括第一孔口区域21、第二孔口区域22、第三孔口区域23和第四孔口区域24。每个孔口区域21-24围绕穿过换热器板1的相应孔口。每个孔口由孔口边25限定。
换热器板1的一侧上的所有区域20-24在第一水平p’与第二水平p”之间延伸，该第一水平p’与主延伸平面p相隔一段距离，该第二水平p”与主延伸平面p相隔一段距离并且在主延伸平面p的相对侧，参见图6。关于换热器板1的所述一侧，第一水平p’形成换热器板1的上水平，第二水平p”形成换热器板1的下水平，如图6所见。因此，第一水平p’比第二水平p”定位更靠近第一端板2。每个换热器板1还具有凸缘26，其沿长侧边15和短侧边16围绕换热器板1延伸。如可在图6中所见，凸缘26比第二水平p”更远离主延伸平面p延伸。
每个换热器板1通过具有金属板厚度t的金属板的成形而形成。应注意的是，金属板厚度t可变化并且可在换热器板1的成形之后稍微改变。金属板厚度t在成形之前可处在范围0.2≤t≤0.4mm中。有利地，金属板厚度t在成形之前可以是0.3mm或大约0.3mm。
每个换热器板1还具有深度d，参见图6。深度d由第一水平p’和第二水平p”之间的距离限定。深度d可等于或小于1.0mm，优选地等于或小于0.90mm，更优选地等于或小于0.85mm或最优选地等于或小于0.80mm。
如可在图3、图6和图7中所见，传热区域20包括以如下方式布置的脊部27和谷部27’的皱状，即使得一个换热器板1的脊部27邻接毗邻一个换热器板1的谷部27’，以在图7中由实线示出的换热器板1和图7中由虚线示出的邻近换热器板1之间形成多个连接区域28。脊部27彼此相隔距离r布置，并且彼此平行以及与谷部27’平行延伸。
脊部27和谷部27’沿与中心线x形成倾斜角α的延伸线e延伸，参见图7。倾斜角α可处在范围20°≤α≤70°中。有利地，倾斜角α可以是45°或大约45°。在公开的实施例中，每个脊部27和谷部27’的延伸线e在中心线x的一侧形成正倾斜角α并且在中心线x的另一侧形成相应的负倾斜角α。如可在图7中所见，脊部27和谷部27’在中心线x处还形成连接区域29。而且，连接区域30形成在邻近换热器板1的凸缘26之间。在邻近脊部27之间或在邻近脊部27的相应的中心延伸线e之间的距离r可小于4mm，或可以是大约3mm或3mm，参见图7。
如上所述，板式换热器利用在硬焊操作之前在换热器板1之间引入的硬焊材料进行硬焊。硬焊材料具有关于板式换热器的传热区域20的硬焊体积。板式换热器的第一空隙4和第二空隙5具有关于板式换热器的传热区域20的空隙体积。为了获得板式换热器的高强度，有利地在邻近换热器板1之间提供形成上述连接区域28、29的足够大量的硬焊材料。因此，硬焊体积相对空隙体积的比例可以是至少0.05、至少0.06、至少0.08或至少0.1。
每个孔口区域21-24包括环状平坦区域31、布置在环状平坦区域31上并且沿孔口边25分布的内部部分32的组。内部部分32从环状平坦区域31在相对于主延伸平面p垂直的方向上移位。每个孔口区域21-24还包括外部部分33的组，该外部部分33与内部部分32相隔一段距离地布置在环状平坦区域31上并且沿环状平坦区域31分布。毗邻孔口边25的内部部分32延伸至或定位在与外部部分33相同的水平，而环状平坦区域31定位在不同于内部部分32和外部部分33的另一个水平。更具体地，第一孔口区域21和第二孔口区域22的内部部分32和外部部分33延伸至或定位在第二水平p”，而第一孔口区域21和第二孔口区域22的环状平坦区域31定位在第一水平p’。而且，第三孔口区域23和第四孔口区域24的内部部分32和外部部分33延伸至或定位在第一水平p’，而第三孔口区域23和第四孔口区域24的环状平坦区域31定位在第二水平p”。每个内部部分32在相应的水平p’和p”处具有平坦延伸部，并且每个外部部分33在相应的水平p’和p”处具有平坦延伸部。这意味着第一孔口区域21和第二孔口区域22的内部部分32和外部部分33的平坦延伸部定位在第二水平p”，而第三孔口区域23和第四孔口区域24的内部部分32和外部部分33的平坦延伸部定位在第一水平p’。
在板组中，每隔一个换热器板1在主延伸平面p中旋转180°。这意味着一个换热器板1的内部部分32将毗邻并连接到相邻换热器板1的相应一个内部部分32。同样地，一个换热器板1的外部部分33将毗邻并连接到相邻换热器板1的相应一个外部部分33。更具体地，一个换热器板1的第一孔口区域21的内部部分32和外部部分33将连接到板组中相邻换热器板1的第三孔口区域23的相应一个内部部分32和外部部分33。同样地，一个换热器板1的第二孔口区域22的内部部分32和外部部分33将连接到公开实施例的板组中相邻换热器板1的第四孔口区域24的相应一个内部部分32和外部部分33。
如可在图5中所见，每个内部部分32具有延伸至并且毗邻孔口边25的内部41。而且，每个内部部分32具有外分段42，其毗邻内部41并且具有至少180°的角度延伸。外分段42毗邻环状平坦部分31。外分段42具有连续轮廓和半径R。半径R是基本恒定的并且允许在范围0.8R≤R≤1.2R内、更具体地在范围0.9R≤R≤1.1R内以及最具体地在范围0.95R≤R≤1.05R内变化。
而且，每个外部部分33可具有内分段45，其毗邻环状平坦区域31并且具有至少90°、至少120°或至少150°的角度延伸。内分段45优选地还具有连续轮廓，以及可具有半径R’，其是恒定的或基本恒定的，并且允许在范围0.8R’≤R’≤1.2R’内、更具体地在范围0.9R≤R≤1.1R内以及最具体地在范围0.95R≤R≤1.05R内变化。
如可在图4中所见，每个孔口区域21-24的内部部分32和外部部分33两者围绕相应的孔口均匀分布。更具体地，内部部分32具有在邻近内部部分32之间的相等内部角度距离。外部部分33具有在邻近外部部分33之间的相等外部角度距离。而且，第一孔口区域21和第三孔口区域23的外部部分33具有关于这两个孔口区域21和23的内部部分32的第一相对周向位置。第二孔口区域22和第四孔口区域24的外部部分33具有关于这两个孔口区域22和24的内部部分32的第二相对周向位置。可从图4观察到第一相对周向位置相对于第二相对周向位置周向地移位或包括周向位移。在公开的实施例中，周向位移等于在邻近外部部分33之间的相等外部角度距离的一半或大约一半。
在公开的实施例中，每个孔口区域21-24包括9个内部部分32和18个外部部分33。这是内部部分32和外部部分33的合适数目。在公开的实施例中，内部角度距离大约两倍于外部角度距离。然而应注意的是，内部部分32的数目和外部部分33的数目可变化并且可偏离公开的数目。
四个连接管11-14中的每个连接到孔口区域21-24中的相应一个并且包括平坦元件50。每个平坦元件50形成附连凸缘，其附连到或集成在相应的连接管11-14并且连接到板组，参见图8和图9。所有平坦元件50设置在端板2、3中的一个和一个最外面换热器板1之间。更具体地，在公开的实施例中，每个平坦元件50设置在一个最外面换热器板1和第一端板2之间。平坦元件50硬焊到最外面换热器板1和第一端板2。第一端板2的每个孔口周围的区域在提升部分2a处提升以给相应的平坦元件50提供空间，如可在图1、图8和图9中所见。关于第一和第二孔口S1和S2，平坦元件50具有平坦的或基本平坦的底面51，其分别在第一孔口区域21和第二孔口区域22处邻接并连接到最外面换热器板1的环状平坦区域31。因此，环状平坦区域31定位在第一水平p’，参见图8。
关于第三和第四孔口S3、S4，每个平坦元件50包括环状突出部52，其从平坦的底面51突出并且朝向板组。环状突出部52分别在第三孔口区域23和第四孔口区域24处紧紧地邻接最外面换热器板1的环状平坦区域31。因此，环状平坦区域31定位在第二水平p”，参见图9。因此，对于所有孔口S1-S4保证平坦元件50的可靠的和紧密的邻接。
在第二端板3和另一个最外面换热器板1之间，设置形成加固垫圈53的平坦元件53。平坦元件53不形成连接管11-14的一部分并且覆盖相应的孔口。用于孔口S1和S2的平坦元件53具有平坦的或基本平坦的底面51，其以与平坦元件50相同的方式紧紧地邻接并且连接到另一个最外面换热器板1的环状平坦区域31。用于孔口S3和S4的平坦元件53具有带有环状突出部52的平坦的底面51，该环状突出部52紧紧地邻接并且连接到另一个最外面换热器板1的环状平坦区域。第二端板3还具有围绕每个孔口的提升部分3a。
应注意的是，在入口和/或出口将被提供作为穿过第二端板3的可选件或补充件的情况下，一个或多个平坦元件53可由具有平坦元件50的相应连接管代替。
图10和图11公开另外的实施例，其与图8和图9中公开的实施例的不同仅仅在于连接管11-15包括外螺纹55以及平坦元件50硬焊到连接管11-15。以这种方式，平坦元件50可布置在最外面换热器板1和第一端板2之间。连接管11-15可此后引入至相应的孔口，以连同板式换热器的硬焊而硬焊到平坦元件50。
本发明不限于公开的实施例，而是可在权利要求的范围内变化和改变。

Claims (15)

1.一种板式换热器，包括多个换热器板(1)，其由金属板形成并彼此邻近地设置；第一端板(2)，其设置在最外面一个所述换热器板(1)的附近；以及第二端板(3)，其设置在另一个最外面换热器板(1)的附近，
其中，所述端板(2，3)和所述换热器板(1)通过硬焊材料彼此永久连接，以形成具有第一板空隙(4)和第二板空隙(5)的板组，
其中，每个换热器板具有形成传热区域(20)和多个孔口区域(21-24)的样式，每个孔口区域围绕由孔口边限定的相应孔口，
其中，所述板式换热器包括连接到所述板组并且具有朝向所述板组的底面(51)的多个平坦元件(50，53)，
其特征在于，至少一个所述平坦元件(50，53)包括环状突出部(52)，其从所述底面(51)延伸并且紧紧地邻接至少一个所述最外面换热器板(1)的一个所述孔口区域(21-24)。
2.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，每个换热器板(1)沿主延伸平面(p)延伸，所述区域(20-24)在第一水平(p’)和第二水平(p”)之间延伸，所述第一水平(p’)与所述主延伸平面(p)相隔一段距离，所述第二水平(p”)与所述主延伸平面(p)相隔一段距离并且在所述主延伸平面(p)的相对侧，并且每个所述孔口区域(21-24)包括定位在所述第一水平(p’)和所述第二水平(p”)中的一个处的环状平坦区域(31)。
3.根据权利要求2所述的板式换热器，其特征在于，所述环状突出部(52)在所述第二水平(p”)紧紧地邻接所述环状平坦区域(31)。
4.根据权利要求3所述的板式换热器，其特征在于，每个所述孔口区域(21-24)包括布置在所述环状平坦区域(31)上并且沿所述孔口边(26)分布的内部部分(32)的组，所述内部部分(32)从所述环状平坦区域(31)移位并且延伸至所述第一水平(p’)和所述第二水平(p”)中的另一个。
5.根据权利要求4所述的板式换热器，其特征在于，从相应孔口观察，所述环状突出部(52)定位在所述内部部分(32)外部。
6.根据权利要求4和5中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，每个孔口区域(21-24)包括外部部分(33)的组，所述外部部分(33)与所述内部部分(32)相隔一段距离地沿所述环状平坦区域(31)分布并且从所述环状平坦区域(31)移位并且延伸至所述第一水平(p’)和所述第二水平(p”)中的另一个。
7.根据权利要求6所述的板式换热器，其特征在于，从相应孔口观察，所述环状突出部(52)定位在所述外部部分(33)内部。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，所述板式换热器包括连接到相应孔口的多个连接管(11-14)，并且所述平坦元件(50)形成相应连接管(11-14)的环状附连凸缘。
9.根据权利要求8所述的板式换热器，其特征在于，至少一个所述平坦元件(50)是连接到所述相应连接管(11-14)的分离部分。
10.根据权利要求9所述的板式换热器，其特征在于，至少一个所述平坦元件(50)通过硬焊连接到所述相应连接管(11-14)。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，所述平坦元件(53)覆盖相应孔口。
12.根据权利要求8-11中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，所述平坦元件(53)连接到与一个所述连接管(11-14)相对的孔口。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，所述平坦元件(50，53)硬焊到至少一个所述端板(2，3)并且硬焊到至少一个所述最外面换热器板(1)。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，至少一个所述端板(2，3)具有围绕每个孔口的提升部分(2a，3a)，以给相应平坦元件(50)提供空间。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，所述孔口区域(21-24)包括第一孔口区域(21)、第二孔口区域(22)、第三孔口区域(23)和第四孔口区域(24)。
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