CN102245991B - 钎焊热交换器的开口 - Google Patents

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Abstract

一种钎焊热交换器(100，200)，该钎焊热交换器(100，200)包括多个热交换器板(110，120，130，140，150)，该多个热交换器板(110，120，130，140，150)设置有具有突脊和凹槽的压制结构，以形成流动通道，该流动通道使介质交换相邻的所述热交换器板(110，120，130，140，150)之间的热量。所述流动通道选择性地与开口(160)流体连通。沿该开口(160)的内周设置有压痕表面(180；280)，并且该压痕表面(180；280)包括突脊(181；282)和凹槽(182；281)，所述突脊(181；282)和所述凹槽(182；281)被设置为使得一个热交换器板(110，120，130，140，150)的突脊(181；282)与相邻的板(110，120，130，140，150)的凹槽(182；281)相接触，以形成蜂巢结构。所述压痕表面(180；280)被定位为使得该压痕表面(180；280)至少部分地围绕所述开口(160)，并且移除山形表面(184)，以增加对从所述开口(160)流向所述流动通道的流体流开放的表面区域。

Description

钎焊热交换器的开口
技术领域
本发明涉及钎焊热交换器(brazed heat exchanger)，该钎焊热交换器包括多个热交换器板，该多个热交换器板上设置有具有突脊和凹槽的压制结构(pressed pattern)，以形成流动通道，该流动通道使介质在相邻的热交换器板之间交换热量。所述流动通道选择性地与开口流体连通。 
背景技术
热交换器用于交换流体介质之间的热量，并且通常包括多个互相堆叠的板，从而在所述多个板之间形成流动通道。通常，设置有开口以允许选择的流体从所述流动通道流进和流出，该流动通道可以通过设置在所述板上的突脊(ridge)和凹槽(groove)结构(pattern)来形成，所述板的突脊和凹槽设置为互相接触以使所述板互相保持一定距离。 
市场上有多种类型的热交换器，例如，管片(tube and fin)式热交换器、气液(air-liquid)热交换器和板式热交换器。 
板式热交换器通常用于交换两种流体形式的介质之间的热量，但是使用板式热交换器的新兴市场是热泵，其中，板式热交换器用于交换低温液体(如盐水(brine))和冷却剂之间的热量。通常，这种热交换器被设计以承受几十巴(bar)的压力，该压力是在使用普通冷却剂的热泵回路中所需的压力。 
近年来，存在在热泵中使用二氧化碳作为冷却剂的总体趋势。多个原因使得二氧化碳成为受欢迎的选择，主要原因是二氧化碳的高温制冷系数(COP)(效能)较高，如果使用热泵生产自来水，则非常需要较高的高温制冷系数。 
然而，使用二氧化碳作为冷却剂意味着热交换器必须承受高达140巴的 高冷却剂压力(coolant pressure)。迄今为止，还没有板式热交换器能够承受如此高的压力。 
制造板式热交换器的惯用方法是将热交换器板钎焊(braze)在一起，以形成所述热交换器。钎焊热交换器意味着在大量的板上设置钎焊材料，然后将所述板互相堆叠，并置入温度高到足以融化所述钎焊材料的熔炉中。融化钎焊材料意味着所述钎焊材料(部分由于毛细管力(capillary force))将集中在热交换器板互相之间紧挨的区域中，即，集中在相邻板的突脊和凹槽之间的接触点。并且在熔炉温度降低后，钎焊材料将凝固，并且热交换器板将互相连接以形成紧密且强固的热交换器。使用上述类型的热交换器板，通过接触点形成所述板之间的流动通道，所述接触点产生自相邻板的突脊和凹槽之间的交叉处的接触点。 
本领域技术人员所公知的是，如果承受较高压力，钎焊热交换器的开口处附近容易破坏。这是由于内压能够将钎焊板撕裂，并且因为开口呈现为接触点密度(concentration)低的表面，所以开口附近的撕裂力最高。 
SE 458 884公开了一种热交换器，其中，通过提供围绕开口的内圆周设置的表面来加强所述开口，其中所述表面设有高部和低部，该高部和低部与相邻板上的相对应的部分相接合，以形成强化所述开口的蜂巢结构(honeycomb structure)。该方案的确加强了开口的强度，然而，该方案也具有一些严重的缺陷：首先，从开口至所述流动通道的表面区域明显比没有蜂巢结构的的开口的表面区域小；其次，互相接触的相邻板的大多数高部区域和低部区域不会传递任何力。本发明的目的是提供一种钎焊板式热交换器的开口，该开口具有加强的强度以承受高的内压，同时保留了较大的表面区域，该表面区域的开放用于使所述流动通道和所述开口之间连通。 
发明内容
根据本发明，通过包括突脊和凹槽的压痕表面解决了上述和其他问题。所述突脊和凹槽设置为使得一个热交换器板的突脊与相邻的板的凹槽接触，所述压痕表面被定位为使得该压痕表面至少部分地围绕所述开口，其中，移除了垂直于所述突脊和所述凹槽延伸的壁部中的材料。 
附图说明
下文中，将参考附图对本发明进行描述，其中： 
图1是根据本发明的热交换器的开口的第一种实施方式的局部剖视的透视示意图； 
图2是图1中开口的局部剖视的放大透视示意图；和 
图3是根据本发明的开口的第二种实施方式的局部剖视的透视示意图。 
具体实施方式
参考图1，根据现有技术的钎焊热交换器100包括互相堆叠以形成该热交换器100的多个热交换器板110、120、130、140、150。每个热交换器板110、120、130、140和150都设有至少四个开口(仅示出了一个开口160)、突脊和凹槽结构以及密封表面170，所述突脊和凹槽结构适于使相邻板互相保持一定距离，从而在板之间形成流动通道。相邻板的密封表面170相配合以封闭开口160与由热交换器板形成的流动通道之间的连通，或允许开口160与所述流动通道之间的连通。通常，这通过位于相邻板上的压入深度(press depth)大的密封表面170与压入深度小的密封表面170之间的交替来实现。 
此外，钎焊热交换器的热交换器板通常包括裙部(skirt)，该裙部围绕所述板的周边延伸；相邻板的裙部将相互接触，并且被钎焊在一起，以形成 围绕所述热交换器的牢固的、液密的边缘。 
为了加强开口160，表面170(该表面170的向内延伸的表面，标注为180)朝向所述开口延伸。表面180为“压痕的(dented)”，即设有压制的突脊表面181和凹槽表面182，该突脊表面和凹槽表面通过中间表面183互相连接。所述突脊和凹槽的压入深度分别等于密封表面170的小的压入深度和大的压入深度。山形表面(gable surface)184将密封表面170与中间表面183和凹槽表面182连接。 
由图1可知，由于一个板的凹槽表面182将与另一个板上相对应的表面181接触，所以相邻板的压痕表面180互相作用以在开口中形成蜂巢基体(matrix)。上述表面之间的连接将被钎焊在一起，并且由于相邻板的压痕表面180的相应的配合表面互相接触，所以这些表面将被钎焊在一起。图2以放大的尺寸展示了沿直径剖开的开口160。 
应当理解，并不是所有的由相邻板上的压痕表面180形成的蜂巢开口都是“有效(active)”的，即开放以使流体从开口流向流动通道，所述流动通道由适于使相邻板互相保持一定距离的突脊和凹槽结构形成。因此，与由无压痕表面180的板所形成的开口相比，从所述开口至所述流动通道的流动区域将大约减半。 
为了恢复设置有压痕表面180的开口的大部分流动区域，根据本发明，可以移除形成山形表面184的材料；这样移除材料将使得每个蜂巢开口都有效，即允许从开口流向流动通道。 
有利地，可以在进行压制操作以形成热交换器板之前移除形成山形表面的材料。 
另一种增加从开口的流动区域的方法为使用图3的实施方式。根据图3的实施方式的热交换器200包括热交换器板210、220、230、240、250，该热交换器板210、220、230、240、250上设置有突脊和凹槽，该突脊和凹槽 适于在形成用于流体之间热量交换的流动通道的情况下使热交换器板相互之间保持一定距离。 
通过热交换器板形成的流动通道通过设置在两个顶点(height)中的一个上的密封表面选择性地与开口260(图3中仅示出了一个)流体连通，使得设置在一个顶点上的密封表面与其他顶点上的两个密封表面相邻。通过这种方式能够实现所述开口与所述流动通道之间的选择性连通；一个开口260将与每隔一个(every other)流动通道流体连通。 
目前为止，根据第二种实施方式的热交换器与第一种实施方式的热交换器相同。然而，根据第一种实施方式，压痕表面180设有突脊表面181和凹槽表面182，但是，第二种实施方式的热交换器包括分别为窄V形或V形的凹槽281和突脊282。 
与第一种实施方式相比，根据第二种实施方式的热交换器具有更大的流动区域，同时保留了第一种实施方式的热交换器的开口的大部分强度。 
所述突脊和所述凹槽之间的连接，或所述突脊表面和所述凹槽表面之间的连接都将使得开口区域非常坚固，因为可以通过钎焊连接处传递力，从而将力从热交换器的下侧传递至热交换器的上侧。 
此外，根据本发明设置的压痕表面可以缓解与制造钎焊热交换器相关的另一个问题；在钎焊作业时，热交换器(尤其是开口附近)容易“收缩(shrink)”是一个公知的问题。这种收缩是由于钎焊材料的融化造成的。钎焊材料的融化发生在整个热交换器中，但是在形成流动通道时用于使相邻的板互相之间保持一定距离的突脊和凹槽限制了热交换表面的收缩量。 
然而，在现有的热交换器中，开口会发生更严重的收缩，因为设置在围绕热交换器板延伸的裙部上的钎焊材料的融化将导致关于热交换器的高度的更大的收缩。通过设置所述压痕表面，能够实现限制开口附近收缩，因为相邻板的表面181和182将限制收缩量，使该收缩量与包括适于将两个相邻 的板相互之间保持一定距离的突脊和凹槽的区域所呈现出的收缩量相同。 
在本发明的另一种实施方式中，压痕表面180、280仅设置在开口周部上；如果不考虑上述收缩问题，仅在未被围绕每个热交换器板的裙部紧密围绕的区域上设置压痕表面180是有利的。 

Claims (1)

1.一种钎焊热交换器（100，200），该钎焊热交换器（100，200）包括多个热交换器板（110，120，130，140，150），该多个热交换器板（110，120，130，140，150）设置有密封表面（170）以及具有突脊和凹槽的压制结构，以形成流动通道，该流动通道使介质交换相邻的所述热交换器板（110，120，130，140，150）之间的热量，所述流动通道选择性地与开口（160）流体相通，其特征在于，所述密封表面（170）的朝向所述开口延伸的压痕表面（180；280）沿所述开口（160）的内周设置，该压痕表面（180；280）包括突脊表面（181；282）和凹槽表面（182；281），所述突脊表面（181；282）和所述凹槽表面（182；281）通过中间表面（183）互相连接，所述突脊表面（181；282）和所述凹槽表面（182；281）的压入深度分别等于所述压痕表面的小的压入深度和大的压入深度，山形表面（184）将所述密封表面（170）与所述中间表面（183）和所述凹槽表面（182；281）连接，所述突脊表面（181；282）和所述凹槽表面（182；281）设置为使得一个热交换器板（110，120，130，140，150）的突脊表面（181；282）与相邻的板（110，120，130，140，150）的凹槽表面（182；281）相接触，以形成蜂巢结构，所述压痕表面（180；280）定位为使得该压痕表面（180；280）至少部分地围绕所述开口（160），其中，移除山形表面（184），以增加对从所述开口（160）流向所述流动通道的流体流开放的表面区域。
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