CN102016480B - 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)，其由金属板形成并且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。每个换热器板具有形成传热区域和多个孔口区域的样式。每个换热器板沿主延伸平面(p)延伸。在换热器板的一侧上，该区域在第一水平(p’)和第二水平(p’)之间延伸，第一水平(p’)与主延伸平面相隔一段距离，第二水平(p’)与主延伸平面相隔一段距离并且在主延伸平面的相对侧。每个换热器板具有由在第一水平和第二水平之间的距离限定的深度(d)。该深度等于或小于1.0mm。

Description

板式换热器
技术领域
本发明涉及板式换热器。 
背景技术
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(brazing)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(porthole)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深度等于或小于1.0mm。 
换热器板的如此小的深度改进板和板式换热器的强度。换热器板的小的深度允许在传热区域上在诸如脊部和谷部的皱状元件之间的小的距离。在皱状元件之间如此小的距离意味着板组中的邻近换热器板之间的接触区域或连接区域之间的距离也将较短。因此，小的深度导致在连接区域之间的小的距离，并且因此导致在传热区域上方的大量的这种连接区域。 
根据本发明的实施例，深度等于或小于0.9mm，更优选地等于或小于0.85mm，并且最优选地等于或小于0.80mm。 
根据本发明的另外的实施例，每个换热器板在成形之前具有处在范围0.2≤t≤0.4mm中的金属板厚度t。有利地，金属板厚度t是大约0.3mm。 
根据本发明的另外的实施例，硬焊材料具有关于板式换热器的换热器区域的硬焊体积，其中，第一空隙和第二空隙具有关于板式换热器的传热区域的空隙体积，并且其中硬焊体积相对空隙体积的比例是至少0.05。硬焊材料的如此较大的体积提高在换热器板之间的连接强度，并且因此提高板式换热器的强度。 
根据本发明的另外的实施例，每个换热器板限定纵向中心线，其中，传热区域包括以如下方式布置的脊部和谷部，即使得一个换热器板的脊部邻接毗邻一个换热器板的谷部，以形成多个连接区域。有利地，脊部和谷部沿与中心线形成倾斜角α的至少一个延伸线延伸，其中，倾斜角α处在范围20°≤α≤70°中。优选地，倾斜角α是大约45°。这种倾斜角α提供最大的连接区域，并且因此有助于板组和板式换热器的高强度。 
根据本发明的另外的实施例，每个脊部和谷部的延伸线在中心线的一侧形成正倾斜角α并且在中心线的另一侧形成相应的负倾斜角，其中，脊部和谷部在中心线处形成连接区域。在中心线处的这种连接区域提供在这个区域中的高强度。 
根据本发明的另外的实施例，脊部彼此相隔一段距离布置并且彼此平行延伸。有利地，传热区域上的邻近脊部之间的距离小于4mm。在邻近脊部之间的如此小的距离如上所解释的是有利的，并且有助于 在传热区域的大量的连接区域。有利地，该距离可以是大约3mm。 
根据本发明的另外的实施例，每个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)，其通过金属板的成形而形成并彼此邻近地设置，并且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(1)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(21-24)围绕由孔口边(25)限定的相应孔口，
其中，每个换热器板(1)沿主延伸平面(p)延伸，
其中，所述换热器板(1)的一侧上的所述区域(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
其中，每个换热器板(1)具有由所述第一水平(p’)和所述第二水平(p”)之间的距离限定的深度(d)，
其特征在于，所述深度(d)等于或小于1.0mm。
2.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，所述深度(d)等于或小于0.90mm。
3.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，所述深度(d)等于或小于0.85mm。
4.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，所述深度(d)等于或小于0.80mm。
5.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，每个换热器板(1)在所述成形之前具有处在范围0.2mm≤t≤0.4mm中的金属板厚度t。
6.根据权利要求5所述的板式换热器，其特征在于，所述金属板厚度t是大约0.3mm。
7.根据权利要求1-4中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，所述硬焊材料具有关于所述板式换热器的传热区域(20)的硬焊体积，所述第一板空隙(4)和所述第二板空隙(5)具有关于所述板式换热器的传热区域(20)的空隙体积，所述硬焊体积相对所述空隙体积的比例是至少0.05。
8.根据权利要求1-4中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，每个换热器板(1)限定纵向中心线(x)，所述传热区域(20)包括以如下方式布置的脊部(27)和谷部(27’)，即使得所述换热器板(1)中的一个的脊部(27)邻接所述换热器板(1)中的毗邻一个的谷部(27’)，以形成多个连接区域(28)。
9.根据权利要求8所述的板式换热器，其特征在于，所述脊部(27)和谷部(27’)沿与所述中心线形成倾斜角α的至少一个延伸线(e)延伸，所述倾斜角α处在范围20°≤α≤70°中。
10.根据权利要求9所述的板式换热器，其特征在于，所述倾斜角α是大约45°。
11.根据权利要求9和10中的任一项所述的板式换热器，其特征在于，每个脊部(27)和谷部(27’)的所述延伸线(e)在所述中心线(x)的一侧形成正倾斜角α并且在所述中心线(x)的另一侧形成相应的负倾斜角α，所述脊部(27)和谷部(27’)在所述中心线(x)处形成连接区域(29)。
12.根据权利要求8所述的板式换热器，其特征在于，所述脊部(27)彼此相隔一段距离(r)布置并且彼此平行延伸。
13.根据权利要求12所述的板式换热器，其特征在于，所述传热区域(20)上的邻近脊部(27)之间的所述距离(r)小于4mm。
14.根据权利要求13所述的板式换热器，其特征在于，所述传热区域(20)上的邻近脊部(27)之间的所述距离(r)是大约3mm。
15.根据权利要求1-4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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