CN102308177A - 板式换热器 - Google Patents

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Abstract

一种板式换热器包括多个换热器板(1)。每个板限定纵向中心线(x)且包括传热区(20)，传热区(20)包括脊部(27)和谷部(27′)。一个板的脊部邻接邻近一个板的谷部以形成多个接合区(28，29)。脊部和谷部中的每个具有V形构造，其带有：第一部分(31)，其与中心线形成正角；第二部分(32)，其与中心线形成相应的负角；以及连接部分(33)，其连接第一部分与第二部分且沿着弯曲路径(35)延伸。每个连接部分包括突出部(34)，其沿着中心线从弯曲路径向外延伸。突出部在中心线处形成相应的中心接合区(29)。

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。这种板式换热器在EP-B-1 456 593中公开。
背景技术
在许多换热器应用中，需要实现较高或很高的设计压力，即，能允许流过板间隙的介质之一或二者的较高或很高的压力。也需要能在上文所限定类型的板式换热器中允许这种高压，该板式换热器具有例如通过焊接(braze)而永久接合(join)的换热器板。在不提供外部加强构件的情况下难以实现这种高设计压力。
焊接的板式换热器的强度至少部分地由相邻换热器板之间的接合区来限定。这种接合区的分配是重要的，以便能提供高设计压力。在现有板式换热器中，由于脊部和谷部的样式，沿着中心线的区域倾向于包括比传热区的其余部分更少的接合区。中心区因此不利地影响板式换热器的总强度和设计压力。在沿着中心线的区域中更少支承的这种问题在所谓的脊部和谷部的低θ样式中特别突出，其中脊部与中心线的倾斜角较小。
需要很高设计压力的应用的一个实例为用于在以二氧化碳作为冷却剂的冷却回路中的蒸发器和冷凝器的板式换热器。与诸如氟利昂的传统冷却剂相比，从环保观点而言，二氧化碳在此情况下是很有利的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有高设计压力的板式换热器，且更精确地说，提供一种允许流经它的介质中的至少一个的很高压力的板式换热器。更具体而言，该目的是为了改进在沿着每个换热器板的中心线的区域中板式换热器的强度。
这个目的由最初限定的板式换热器来实现，其特征在于，每个连接部分包括沿着中心线从弯曲路径向外延伸的突出部，并且连接部分的突出部在中心线处形成相应的中心接合区。利用脊部的连接部分的这种突出部，能定位中心接合区使得它们形成在每个换热器板的传热区上接合区的均匀分配的一部分。支承点因此也可均匀地分配于传热区上，这确保了板式换热器的均匀强度。这是实现高设计压力的重要条件。
根据本发明的一实施例，每个连接部分具有凹侧和凸侧，且具有在凹侧与凸侧之间测量的宽度，且其中宽度在中心线处具有最大值。连接部分的宽度因此在突出部处具有其最大值。因此宽度随着距中心线的距离增加而减小。
根据本发明的另一实施例，接合区，包括中心接合区，沿着垂直于中心线延伸的多个横向线布置，其中每个中心接合区位于横向线的相应一个上。有利地，连接部分可构造成使得接合区，包括中心接合区，沿着横向线等距或大致等距地定位。换言之，在中心接合区与相邻接合区之间的距离与沿着横向线在任何两个相邻接合区之间的距离相等或大致相等。
根据本发明的另一实施例，突出部由两个相对的侧线与向前的前线界定，其中侧线大致是直的且朝向前线彼此会聚。
根据本发明的另一实施例，倾斜角α等于或大于10°且小于45°。由传热区的V形构造所形成的样式因此为所谓的低θ样式，特征为较低传热和较低流动阻力。有利地，倾斜角α小于40°，小于35°，或甚至小于30°。
根据本发明的另一实施例，每个换热器板的样式具有在传热区的相应侧上的两个分配区，每个分配区包围端孔中的两个。有利地，每个分配区可具有布置成V形构造的脊部和谷部，其带有：第一部分，其具有在中心线的一侧与中心线形成正倾斜角α的第一延伸线；第二部分，其具有在中心线的另一侧与中心线形成相应的负倾斜角α的第二延伸线，其中倾斜角α大于45°。由分配区的V形构造所形成的样式因此为所谓的高θ样式，特征为较高传热和较高流动阻力。这种高θ样式有助于改进介质的分配。
根据本发明的另一实施例，所述脊部和谷部，在换热器板的一侧上，在距主延伸平面一定距离的第一高度与距主延伸平面一定距离且在主延伸平面的相对侧上的第二高度之间延伸，且其中每个换热器板具有深度，其由第一高度与第二高度之间的距离限定，并且等于或小于1.0mm。换热器板的这种较小深度改进了板和板式换热器的强度。换热器板的较小深度允许在传热区上在脊部与谷部之间的较小距离和因此在相邻换热器板之间、在接合区之间的较小距离。因此，较小深度导致在接合区之间的较小距离和因此在传热区上大量的这种接合区。
根据本发明的另一实施例，脊部安置成彼此距一定距离且彼此平行地延伸，其中在传热区上在相邻脊部之间的距离小于4mm。相邻脊部之间的这种较小距离如上文所解释地是有利的，并且有助于在传热区处大量的接合区。有利地，此距离可为大约3mm。
根据本发明的另一实施例，每个换热器板在成型之前具有金属板厚度t，其在0.2≤t≤0.4mm的范围内。
根据本发明的另一实施例，焊接材料相对于板式换热器的传热区具有焊接体积，其中第一间隙和第二间隙相对于板式换热器的传热区具有间隙体积，且其中焊接体积与间隙体积的比例为至少0.05。焊接材料的这种较大体积增强了在换热器板之间的接合强度和因此板式换热器的强度。
根据本发明的另一实施例，分配区包括第一端孔、第二端孔、第三端孔和第四端孔。有利地，每隔一个换热器板1在板封装中在主延伸平面中旋转180°。
附图说明
现将通过各种实施例的描述且参看附图来更贴近地解释本发明。
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的板式换热器的平面图。
图3示出图1的板式换热器的换热器板的平面图。
图4示出在图1的板式换热器的传热区处的某些换热器板的截面图。
图5示出图3中的换热器板的传热区的一部分的平面图。
具体实施方式
图1和图2示出一种板式换热器，其包括：多个换热器板1；第一端板2，其设于换热器板1的最外部板的旁侧；以及第二端板3，其设于另一相对最外部换热器板1的旁侧。
换热器板1通过金属板的成型而制成，并且并排地设置。第一端板2、第二端板3和换热器板1利用焊接材料通过焊接永久地彼此接合以形成板封装。板封装限定或具有用于第一介质的第一板间隙4和用于第二介质的第二板间隙5，参看图4。第一介质和第二介质可为任何合适的传热介质。举例而言，第一介质和/或第二介质可为二氧化碳。
所公开的实施例的板式换热器具有四个端孔S1、S2、S3和S4，其中端孔S1连接到连接管11且与第一板间隙4连通，端孔S2连接到连接管12且与第一板间隙4连通，端孔S3连接到连接管13且与第二板间隙5连通，端孔S4连接到连接管14且与第二板间隙5连通。应当指出的是，板式换热器可具有所公开的端孔之外的另外数量的端孔，例如2个、3个、5个、6个、7个或8个端孔。可提供连接管，其如所公开地从第一端板2延伸，和/或从第二端板3延伸。
在所公开的实施例中，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16，参看图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且横向于短侧边16延伸。每个换热器板1还沿着主延伸平面p延伸，参看图4。在该板封装中，每隔一个换热器板1在主延伸平面p中旋转180°。
如在图3中可看出，每个换热器板1具有：传热区20，在传热区20处，发生第一介质与第二介质之间的大部分传热；第一分配区21和第二分配区22。在所公开的实施例中，第一分配区21包括且包围第一端孔23和第二端孔23。第二分配区22包括且包围第三端孔23和第四端孔23。每个端孔23由端孔边缘25限定。
应当指出的是，根据另一实施例的换热器板1可设计成不具有分离的分配区。
所有的区20-22在换热器板1的一侧上、在距主延伸平面p一定距离的第一高度p′与距主延伸平面p一定距离且在主延伸平面p的相对侧上的第二高度p″之间延伸，参看图4。相对于换热器板1的所述一侧，第一高度p′形成换热器板1的上高度，且第二高度p″形成换热器板1的下高度，如在图4中可看出。因此第一高度p′定位成比第二高度p″更靠近第一端板2。每个换热器板1还具有凸缘26，其沿着长侧边15和短侧边16绕换热器板1延伸。如在图4中可看出，凸缘26比第二高度p″更远离主延伸平面p延伸。
通过具有金属板厚度t的金属板的成型来制成每个换热器板1。应当指出的是，金属板厚度t可变且在换热器板1的成型后稍微改变。金属板厚度t，在成型之前，可在0.2≤t≤0.4mm的范围内。有利地，金属板厚度t，在成型之前，可为0.3mm或大约0.3mm。
每个换热器板1还具有深度d，参看图4。深度d由第一高度p′与第二高度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。
如在图3和图5中可看出，传热区20包括脊部27和谷部27′的波纹，脊部27和谷部27′布置成使得一个换热器板1的脊部27邻接邻近一个换热器板1的谷部27′，以在换热器板1与相邻换热器板1之间形成多个接合区28。接合区28沿着垂直于中心线x延伸的多个横向线y布置。
脊部27和谷部27′沿着与中心线x形成倾斜角α的延伸线e延伸，参看图5。倾斜角α小于45°且在10°≤α≤45°的范围内。有利地，倾斜角α可小于40°，小于35°，或甚至小于30°。在所公开的实施例中，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且在中心线x的另一侧形成相应的负倾斜角α。如在图5中可看出，脊部27和谷部27′还在中心线x处形成接合区29。而且，接合区30形成于相邻换热器板1的凸缘26之间。
脊部27安置成彼此距一定距离r，并且彼此平行且与谷部27′平行地延伸。在相邻脊部27之间或在相邻脊部27的相应中心延伸线e之间的距离r可小于4mm，或可为大约3mm，或为3mm，参看图5。
脊部27和谷部27′中的每个因此具有V形构造，其具有：第一部分31，对于第一部分31，延伸线e在中心线x的一侧与该中心线x形成所述正倾斜角α；第二部分32，对于第二部分32，延伸线e在中心线x的另一侧与该中心线x形成所述相应的负倾斜角α；以及连接部分33，其连接第一部分与第二部分且沿着弯曲路径延伸。连接部分33位于中心线x处，使得中心线x延伸穿过连接部分33，参看图3和图5。
每个连接部分33包括突出部34，其沿着中心线x从弯曲路径35向外延伸。连接部分33的突出部34在中心线x处形成相应的一个中心接合区29。因此接合区29在弯曲路径35的旁侧或大致旁侧位于突出部34上。此外，每个中心接合区29位于相应的一个横向线y上。
而且，如在图3和图5中可看出，每个连接部分33具有凹侧和凸侧。包括第一部分31、第二部分32和连接部分33的每个脊部27具有宽度w。在凹侧与凸侧之间测量的连接部分33的宽度w在中心线x处具有最大值。连接部分33的突出部34由两个相对的侧线36、37与向前的前线38界定。前线38是弯曲的，而两个侧线36、37是直的或大致直的。两个侧线36、37可彼此平行或大致平行地延伸，或者可如在所公开实施中尤其参看图6朝向前线38彼此会聚。
连接部分33构造成使得接合区28、29，即接合区28和中心接合区29沿着横向线y大致等距地定位。因此对于所有接合区28、29，在相邻接合区28、29之间的距离相等或大致相等。这意味着对于所有接合区28、29，包围每个接合区28、28的面积A相等或大致相等。面积A被表示为图5中围绕接合区28、29中的三个的菱形(rhombic)面积。因此，将由中心接合区29中的任一个承载的负荷与将由其余接合区28中的任一个承载的负荷相等或大致相等。
每个分配区21、22与传热区20分开。传热区20在两个分配区21、22之间居中地定位且由相应的薄过渡区39与分配区21、22分开，参看图3，薄过渡区39的宽度大约为脊部27的宽度w。而且，分配区21、22具有布置为V形构造的脊部27和谷部27′，其与传热区20的相应构造的不同在于倾斜角α更大且更具体而言大于45°，优选地大于50°，或甚至大于55°。而且，分配区21、22的脊部27的连接部不具有任何突出部。
相应的中心接合区位于连接部的弯曲路径上。
在不具有分离的分配区的实施例的情况下，也不存在过渡区。因此，传热区20的脊部和谷部的样式以相同的V形构造在整个换热器板1上延伸，即，倾斜角α在整个换热器板1上相等或大致相等。在此实施例中，端孔23因此延伸穿过传热区20。
如上文所述，板式换热器利用在焊接操作之前引入于换热器板1之间的焊接材料进行焊接。焊接材料相对于板式换热器的传热区20具有焊接体积。板式换热器的第一间隙4和第二间隙5相对于板式换热器的传热区20具有间隙体积。为了得到板式换热器的高强度，有利地提供足够大量的焊接材料，从而在相邻换热器板1之间形成上述接合区28、29。因此，焊接体积与间隙体积的比例可为至少0.05，至少0.06，至少0.08，或至少0.1。
本发明并不限于所公开的实施例，而是可在下文的权利要求的范围内变化和修改。

Claims (16)

1.一种板式换热器，包括多个换热器板(1)，所述多个换热器板(1)通过金属板的成型而制成，并且并排地设置且利用焊接材料永久地彼此接合以形成板封装，所述板封装具有第一板间隙(4)和第二板间隙(5)，
其中，每个换热器板(1)沿着主延伸平面(p)延伸且限定纵向中心线(x)，
其中，每个换热器板(1)具有形成传热区(20)的样式和多个端孔(23)，
其中，所述传热区(20)包括脊部(27)和谷部(27′)，所述脊部(27)和谷部(27′)布置成使得所述换热器板(1)中的一个的脊部(27)邻接所述换热器板(1)中的邻近一个的谷部(27′)以形成多个接合区(28，29)，
其中，所述脊部(27)和谷部(27′)中的每个具有V形构造，其带有：第一部分(31)，其具有在所述中心线(x)的一侧与所述中心线(x)形成正倾斜角α的第一延伸线；第二部分(32)，其具有在所述中心线(x)的另一侧与所述中心线(x)形成相应的负倾斜角α的第二延伸线；以及连接部分(33)，其连接所述第一部分(31)与所述第二部分(32)且沿着弯曲路径延伸，
其特征在于，每个连接部分(33)包括突出部(34)，其沿着所述中心线(x)从所述弯曲路径(35)向外延伸，并且所述连接部分(33)的突出部(34)在所述中心线(x)处形成相应的中心接合区(29)。
2.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于，每个连接部分(33)具有凹侧和凸侧，并且具有在所述凹侧与所述凸侧之间测量的宽度(w)，并且其中，所述宽度(w)在所述中心线(x)处具有最大值。
3.根据权利要求2所述的板式换热器，其特征在于，所述接合区(28，29)，包括所述中心接合区(29)，沿着垂直于所述中心线(x)延伸的多个横向线(y)布置，并且其中，每个中心接合区(29)位于所述横向线(y)中的相应一个上。
4.根据权利要求3所述的板式换热器，其特征在于，所述连接部分(33)构造成使得所述接合区(28，29)，包括所述中心接合区(29)，沿着所述横向线(y)大致等距地定位。
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，所述突出部(34)由两个相对的侧线(36，37)与向前的前线(38)界定，并且其中，所述侧线(36，37)大致是直的且朝向所述前线(38)彼此会聚。
6.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，所述倾斜角α等于或大于10°且小于45°。
7.根据权利要求6所述的板式换热器，其特征在于，所述倾斜角α小于40°。
8.根据权利要求6所述的板式换热器，其特征在于，所述倾斜角α小于35°。
9.根据权利要求6所述的板式换热器，其特征在于，所述倾斜角α小于30°。
10.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，每个换热器板的样式具有在所述传热区(20)的相应侧上的两个分配区(21，22)，每个分配区(21，22)包围所述端孔(23)中的两个。
11.根据权利要求10所述的板式换热器，其特征在于，每个分配区(21，22)具有布置成V形构造的脊部(27)和谷部(27′)，所述V形构造具有：第一部分(31)，其具有在所述中心线(x)的一侧与所述中心线(x)形成正倾斜角α的第一延伸线；第二部分(32)，其具有在所述中心线(x)的另一侧与所述中心线(x)形成相应的负倾斜角α的第二延伸线，并且其中，所述倾斜角α大于45°。
12.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，所述脊部(27)安置成彼此距一定距离(r)且彼此平行地延伸，其中，在所述传热区(20)上在相邻脊部(27)之间的距离(r)小于4mm。
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，所述脊部和谷部，在所述换热器板的一侧上，在距所述主延伸平面(p)一定距离的第一高度(p′)与距所述主延伸平面(p)一定距离且在所述主延伸平面(p)的相对侧上的第二高度(p″)之间延伸，并且其中，每个换热器板(1)具有深度(d)，其由所述第一高度(p′)与所述第二高度(p″)之间的距离限定并且等于或小于1.0mm。
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，每个换热器板(1)在所述成型之前具有金属板厚度t，其在0.2≤t≤0.4mm的范围内。
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，所述焊接材料相对于所述板式换热器的传热区(20)具有焊接体积，其中，所述第一间隙(4)和所述第二间隙(5)相对于所述板式换热器的传热区(20)具有间隙体积，并且其中，所述焊接体积与所述间隙体积的比例为至少0.05。
16.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，所述分配区(21，22)包括第一端孔(23)、第二端孔(23)、第三端孔(23)和第四端孔(23)。
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Inventor before: Bermhult Rolf

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