CN103026164A - 热交换器板、具有热交换器板的板式热交换器以及用于制造板式热交换器的方法 - Google Patents

热交换器板、具有热交换器板的板式热交换器以及用于制造板式热交换器的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种热交换器板（1），涉及该热交换器版（1）的制造以及涉及根据本发明的热交换器板（1）在板式热交换器（100）中的使用。所提供的板基材（10）至少在其顶侧（10o）上形成有流动管道布置结构（20），该流动管道布置结构（20）具有多个流动管道（20k），其中所述流动管道（20k）中的一些或全部在其整个延伸部上或在若干部分上具有管道杆（20s），该管道杆（20s）形成管道壁（20w），该管道壁（20w）界定各相应流动管道（20k）的管道通道（20w）。

Description

热交换器板、具有热交换器板的板式热交换器以及用于制造板式热交换器的方法
技术领域
本发明涉及一种热交换器板，设有该热交换器板的板式热交换器以及用于制造该板式热交换器的方法。本发明还具体涉及具有陶瓷板的板式热交换器。
背景技术
在用于在不相互接触且禁止混合在一起的两种流体或气态介质之间交换一定热量的热交换器或换热器中，通常使用所谓的板式热交换器或板式换热器，其中用于在两种介质之间交换热量的区域是通过堆叠所谓的热交换器板或换热器板而形成的，所述热交换器板或换热器板被像包裹一样彼此抵靠着放置或被放置在彼此的顶部上，其中紧挨着的热交换器板在其间建立流动空间，并且紧挨着的流动空间在流动方面彼此分开，并且分别分配给两种介质中的一种。因此，这里堆叠或包裹内的奇数接连着的（consecutive）流动空间运载第一介质，并且堆叠或包裹内偶数接连着的流动空间运载第二介质，从而没有任何混合。热量经由分别界定（border）并且分隔流动空间的热交换器板进行交换，使得热交换器板用作流动空间的边界壁，并通过设置相应的垫圈相对于彼此密封。
已知热交换器板由例如金属制成，使得包括多个热交换器板的热交换器的构造能够被熔接或钎焊，作为其结果，钎焊或熔接焊缝同时也用作垫圈。
依照其制造成本、重量和物理化学特性，金属热交换器板有时并不是有利的。
发明内容
本发明的目的在于指出一种用于板式热交换器的热交换器板、板式热交换器本身以及用于制造热交换器板的方法，其中可以在特别高度的可靠度和机械稳定性的条件下以尤其有效的方式实现热交换。
本发明的目的是根据本发明借助于关于用于板式热交换器的热交换器板的独立权利要求1中的特征、根据本发明借助于关于板式热交换器的独立权利要求17中的特征、以及根据本发明借助于关于制作用于板式热交换器的热交换器板的方法的独立权利要求18中的特征来实现。有利的进一步发展是从属权利要求的相应的目的。
因此，本发明的一方面涉及替代常规提供的金属材料，提供一种陶瓷材料、并且具体地是SiC材料或碳化硅材料、作为用于板式热交换器的热交换器板的材料。
本发明的另一方面涉及通过使所提供的流动管道布置结构的部分或全部的流动管道部分地或完全地具有管道腹板（web），而在给定该类型材料的选择的情况下，确保热交换器板的机械稳定性，所述管道腹板形成通道壁，所述管道壁完全地或部分地界定管道沟槽。这些管道腹板机械地使流动管道布置结构的流动管道稳定，并且因此使作为整体的板基材稳定，尤其是在它们在使用期间和被一体形成到板式热交换器中时与其它热交换器板相互作用的情况下，并且允许特定的热交换器板以基本扁平的形式抵靠于另一紧挨着的热交换器板，使得由流动介质施加的压力不能够致使下方的陶瓷材料中的板破裂。
重点放在能够根据本发明实现的以下方面：
板基材，并且因此热交换器板能够呈现任何、即甚至常规的形状和尺寸，使得尤其是板基材的总体高度和总体宽度、并且因此根据本发明的热交换器板的总体高度和总体宽度不受限制。
关于所要提供的流动管道，能够依据应用面积而设置在根据本发明的热交换器板中的最小管道深度，例如在所谓的微型热交换器或微型换热器中也在大致0.2mm范围内。
当根据本发明的热交换器板在板式热交换器中被利用时，可使用具有垫圈的布置结构。然而，这不是强制的，因为仅通过将紧挨着的换热器板放置在彼此的正好顶部上也能够建立相互密封，其中热交换器板在过程中相互支撑，例如具体在于：板的后侧依次接触堆叠中板的前侧。管道腹板也能够抵靠管道腹板，后侧也能抵靠管道腹板等。
根据本发明的热交换器板的几何构造和其流动管道结合多个根据本发明的热交换器板在板式热交换器中的布置结构使得可以实现热交换介质或流体的分流，例如还在具有多个通路和/或热交换流体的多个分流方面实现。
烧结碳化硅材料或SSiC材料能够在所有或部分板基材设计中使用。该材料选择的特别优势在于：增加的机械稳定性，并且增加化学惰性。
所述板基材的最小层厚Dmin和/或平均层厚Dm能够在在约2mm至约4mm的范围之间，具体地约3mm或更小，优选地约2mm。所形成的管道腹板使得可以相应地减小热交换器板的厚度，而不会造成任何机械不稳定。在缺少由流动管道的相应的管道腹板提供的机械稳定性时，如果热交换器板由陶瓷材料制成，则需要高得多的层厚来使热交换器板稳定。这会致使重量和体积上升，因此在相同的热交换水平下使得更大的设备和更高的成本成为必要。
板基材的层厚Ds在管道腹板的区域中能够大于板基材的最小层厚Dmin和/或板基材的平均层厚Dm，由此大致满足以下关系
Ds≥Dmin
或大致满足以下关系
Ds≥Dm。
流动管道的管道沟槽的底板的高度处，流动管道的管道沟槽的底板的局部宽度Bb与流动管道的管道腹板的底部的局部宽度Bsb——均垂直于流动管道的局部方向测量——能够展现约为1:4的比值Bb:Bsb，由此大致满足以下关系
Bb:Bsb=10:4。
在背对流动管道的管道沟槽的底板的一侧上，流动管道的管道沟槽的底板的局部宽度Bb与流动管道的管道腹板的高台（plateau）的局部宽度Bsp——均垂直于流动管道的局部方向测量——能够展现在约为10:3的范围内的比值Bb:Bsp，由此大致满足以下关系
10:4≤Bb:Bsp≤10:2
或优选地大致满足以下关系
Bb:Bsp=10:3。
在流动管道的管道沟槽的底板高度处的流动管道的管道腹板的底部的局部宽度Bsb与在背对流动管道的管道沟槽的底板一侧上的流动管道的管道腹板的高台的局部宽度Bsp——均垂直于流动管道的局部方向测量——能够展现范围从约1：1至约4:2、优选地为约4:3的比值Bsb:Bsp，由此大致满足以下关系
4:2≤Bsb:Bsp≤1:1
或优选地大致满足以下关系
Bsb:Bsp=4:3。
流动管道的通道壁包括与相对于流动管道的管道沟槽的底板的法向形成的角度α，所述角度α范围从大于0°至小于30°，优选地在约15°，由此大致满足以下关系
0°<α≤30°
或优选地大致满足以下关系
=15°。
流动管道的管道沟槽的底板的局部宽度Bb——垂直于流动管道的局部方向测量——与流动管道的管道沟槽的深度t——垂直于流动管道的管道沟槽的底板测量——能够展现范围从约10:10至约10:4、优选地为10:4的比值Bb:t，由此大致满足以下关系
10:10≤Bb:t≤10:4
或优选地大致满足以下关系
Bb:t=10:4。
在关于板厚的管道几何形状方面，在构造根据本发明的热交换器板期间通过各种几何布置结构来实现刚刚描述的措施（measures），结果是，以相对低的体积和/或重量实现了尤其有利的机械特性。
能够设置供给或移出开口，所述供给或移出开口从上侧到底侧穿透板基材并且向板基材的上侧供给或从该上侧移出第一热交换流体F1，其中流动管道布置结构被设计成将第一热交换流体F1从供给开口传输到移出开口。
流动管道布置结构中的所有或部分流动管道能够展现多波动行进部。
波动方向U可沿由板基材限定的表面或平面延伸和/或局部和/或平均地垂直于由相应的流动管道限定的流动方向延伸。
相应的流动管道的波动形状可以是选自包括锯齿形状、交替梯形形状、波浪形状、正弦形状及其组合的组中的形状。
板基材的后侧或底侧能够展现具有多个相应的流动管道的用于第二热交换流体F2的第二流动管道布置结构。
从上侧到底侧穿透板基材的第二供给和移出开口能够设置成向板基材的后侧或底侧供给或从之移出第二热交换流体F2，其中第二流动管道布置结构被设计成从第二供给开口向第二移出开口传输第二热交换流体F2。
根据本发明的热交换器板能够被设计成在前侧或上侧和后侧或底侧方面关于沿板基材延伸的对称轴线S以180°旋转对称。
板基材能够基本上具有矩形形状。
这里，供给和移出开口能够形成在矩形形状的相对的第一边上的——优选地短边上的区域中，具体地形成在角部区域中。
第一和/或第二热交换流体F1、F2流动的方向和/或流动管道延伸的主方向能够基本上沿矩形形状的相对的第二边——优选地长边延伸的方向形成。
当根据本发明的多个热交换器板相互作用、即被一起排成堆叠或包裹时，上述措施（measures）使得可以实现不同的流动几何形状。
本发明的另一方面还提供同样地具有多个（n个）根据本发明的热交换器板的板式热交换器，其中热交换器板被设计和布置成使得：各前一热交换器板j＝1,…,n-1的板基材的后侧或底侧与相应的紧挨着的热交换器板j+1，j＝1，…,n-1的板基材的前侧或上侧直接相对地放置或与直接抵靠于后者，或特别地具有插置（interspersed）的密封布置结构；热交换器板j＝1，…,n的排列和/或特别地密封布置结构的建立导致在流动方面上彼此分开的直接连续的流动通过空间R1,…,Rn+1形成或被形成；紧挨着的流动通过空间Rj,Rj+1,j＝1，…,n在流动方面上成对分开；且相应的隔一个相邻的流动通过空间Rj,Rj+2,j＝1，…,n在流动方面上成对连结在一起，且各分配给一热交换流体F1、F2，并设计成允许相应的分配的热交换流体F1、F2从相应的供给开口流到相应的移出开口。
本发明的另一方面还提供一种用于制造板式热交换器的热交换器板的方法，该方法具体地包括以下步骤：提供或形成板基材，该板基材包含或由SiC材料或碳化硅材料构成，并具有前侧或上侧和后侧或底侧；在板基材的前侧或上侧上形成具有多个流动管道的流动管道布置结构，其中流动管道布置结构中的一些或全部流动管道完全或部分地制造有管道腹板，所述管道腹板界定管道沟槽并且形成管道壁。
板基材能够包含或由烧结碳化硅材料或SSiC材料构成。
流动管道布置结构的流动管道能够被设计成展现完全或部分多波动行进部（progression）。
波动方向U能够被设计成沿由板基材限定的表面或平面中延伸和/或局部和/或平均地垂直于由流动管道限定的流动方向延伸。
波动形状能够是选自包括锯齿形状、交替梯形形状、波浪形状、正弦形状及其组合的组中的形状。
将基于附图解释这些和其它方面。
附图说明
图1A展示描绘根据本发明的热交换器板的实施例的前侧的示意性俯视图。
图1B展示描绘图1所示根据本发明的热交换器板的实施例的后侧的示意性俯视图。
图2A、2B展示类似于图1和2的根据本发明的热交换器板的另一实施例，其中主流动管道具有不同的几何形状。
图3、4展示描绘根据本发明的热交换器板的两个实施例的前侧的示意性俯视图，该两个实施例被设计成类似于图1A和2A的实施例，但供给管道的管道腹板展现相对图1A和2A不同的几何形状。
图5、6展示描绘根据本发明的热交换器板的横截面图，以示出管道几何形状的横截面。
图7展示描绘根据本发明的热交换器板的堆叠的分解图，这种类型可设置在板式热交换器内。
图8A-8D展示描绘图7所示热交换器板的堆叠或包裹的示意性侧视图，其中示意了用于两种所提供的流动介质的流动条件。
图9展示描绘根据本发明的板式热交换器的实施例的示意性侧视图，其展现根据本发明的热交换器的堆叠或包裹。
图10A、10B展示示意性地描绘根据本发明的热交换器板的另一实施例的俯视图和横截面图。
具体实施方式
下文将描述本发明的各实施例。本发明的所有实施例与其技术特征和特性可根据需要且无限制地以彼此独立的方式或以随机汇集的方式组合。
下文结合附图用相同的附图标记标示结构和/或功能上相同、类似或等同作用的特征或元件。不会在每种情况下重复这些结构或构件的详细描述。
首先总体参照附图。
本发明还具体涉及具有多个根据本发明热交换器板1的板式热交换器100或板式换热器100。
具体地，这里提供用于构造根据本发明的热交换器板1的单片设计的陶瓷材料。
单片陶瓷材料对挠曲载荷高度敏感。这是先前已经大大地排除使用单片陶瓷材料来构造板式热交换器100中的热交换器板1的原因，因为用于陶瓷热交换器板且具体地用于SSiC热交换器板1中的流动腔室的各种结构概念并不在热交换器板1的大面积上提供支撑作用。由于在相应的流动腔室暴露于流体压力期间，由内部压力载荷导致的挠曲载荷，这在先前已导致板破裂。
该问题根据本发明通过设计具有所谓的管道腹板20s的流动管道20k来解决，所述管道腹板20s形成管道壁20w，所述管道壁20w在其方面（on their part）完全或部分地界定流动管道布置结构20的流动管道20k的管道沟槽20r。
确切地是，管道腹板20s具体地依靠所述管道腹板20s有助于在板式热交换器100中相对于彼此地支撑根据本发明的多个热交换器板1的布置结构的事实而使热交换器板1的结构固有地稳定，所述热交换器板1由陶瓷材料、且尤其由SiC或SSiC材料构成。
现将详细参照附图。
图1展示热交换器板1或换热器1的第一实施例的示意性俯视图。
后者主要由板基材10构成，板基材10也简称为用于热交换器板1的基材10，并且包含或由至少一种陶瓷材料10’、优选的是SiC材料或碳化硅材料10’构成，并且还优选地包含或由至少一种烧结碳化硅材料10’或SSiC材料10’构成。
用于热交换器板1的基材10具有板结构，该板结构具有前侧或上侧10o和后侧或底侧10u；然而，这些能够恰恰对于相应的应用具体地具有等同的地位，并且还能够具有类似或甚至相同的结构。
下面将首先描述根据本发明的热交换器板1的基材的所谓的前侧或上侧10o。
首先设置的是第一流体F1的供给开口2、第一流体F1的移出开口3、用于第二流体F2的供给开口2’以及用于第二流体F2的移出开口3’。所有开口2、2’、3、3’都形成在板基材10的边缘或角部区域。
用于第一流体F1的供给开口2形成在图1A所示的视图的左上角。用于第一流体F1的移出开口3形成在左下角。然而，用于第一流体F1的移出开口3能够被定位成与用于第一流体F1的供给开口2对角线方向相对，即在图1A所展示的视图中的右下角中。
在图1A的实施例中，用于第二流体F2的供给开口2’形成在右上角的区域中，而用于第二流体F2的移出开口3’形成在右下角的区域中。然而，用于第二流体的移出开口3’也能够被定位成与用于第二流体的供给开口2’对角线方向相对，即在图1A所示附图中的左下角的区域中。
用于相应的流体的相应的供给开口和移出开口均相对于板基材10的纵向排列彼此相对地放置。在图1A所示的布置结构中，它们另外地相对于短边k被布置在板基材10的相应的左侧或右侧上。此外，一方面两个供给开口2、2’和另一方面两个移出开口3、3’相对于板基材10的纵向边缘1或长边1彼此相对，使得尤其当将多个根据本发明的热交换器板10组合在板式热交换器100内时实现逆流过程；这将再下文更详细地进行说明。
用于第一流体的供给开口2和移出开口3通过用于前侧10o并且用于第一流体F1的主垫圈6而被包含或定界在板基材10的上侧10a上，使得用于第二流体F2的供给开口2’和移出开口3’位于用于上侧10o的主垫圈6的外侧。
除了用于第一流体F1的供给开口2和移出开口3之外，设置在用于前侧10o的主垫圈6的内侧的还有用于流动管道20k的布置结构20，所述布置结构20也被称为管道布置结构20或流动管道布置结构20。设置在该通道布置结构20中的多个流动管道20k在基材10的表面或上侧10o上延伸，具体来说多个单独的管道20k在板基材10的上侧10o上、在用于上侧10o的主垫圈6内侧形成一种浮凸。管道20k主要在用于第一流体F1的供给开口2和移出开口3之间延伸。
整个管道布置结构20被划分成主管道布置结构或主热交换管道布置结构21，该布置结构21位于用于第一流体的供给开口2与移出开口3之间的中部并且与后者稍微间隔开，并且由主管道21k或主热交换管道21k形成。供给或分布管道布置结构22或分布管道22k或者管束、合并或移出管道布置结构23与用于第一流体F1的供给开口2和移出开口3紧挨着并且与主管道布置结构21直接连接和/或与之相邻，其中所述供给或分布管道布置结构22具有分布管道22k，所述管束、合并或移出管道布置结构23具有多个管束、合并或移出管道23k。
在运行期间，第一流体F1经由供给开口2供给，并且被以可实现方式在板基材的上侧10o上引入并且在那里进行分布。该分布由邻接用于第一流体F1的供给开口2的供给和分配管道布置结构22的分布管道22k操纵。
供给和分配管道布置结构22的分配管道22k将第一流体F1运载延续到主管道布置结构21或主热交换管道布置结构21的主管道21k或主热交换管道21k中。主管道21k和主管道布置结构21在设计上比供给和分配管道布置结构22相对更长，从而导致在管道20k中流动的第一流体F1在其中保留更长的时间，使得产生与板基材10的强烈热传递。
主管道21k然后过渡到所谓的集束管道23k，该集束管道23k也能够被称为移出管道23k或合并管道23k，并且该集束管道23k容纳来自主管道21k的第一流体F1并将该第一流体F1通到用于第一流体F1的移出开口3，然后该第一流体F1在从用于第一流体F1的供给开口2开始流动通过整个管道布置结构20的管道20k之后，通过所述移出开口3再次退出管道布置结构20，并且因此退出根据本发明的热交换器板1的基材的上侧10o。
由于用于第一流体F1和用于上侧10o的主垫圈6，第一流体F1在从供给开口2流动到移出开口3的同时不到达该主垫圈6外侧的外部区域，并且因此不到达用于第二流体F2的供给开口2’和移出开口3’的区域。此外，用于第二流体的供给开口2’和移出开口3’展现第一和第二辅助垫圈4-1或4-2，所述第一和第二辅助垫圈4-1或4-2通过在其边缘区域中向外包络用于第二流体F2的供给开口2’和移出开口3’而再次密封用于第二流体F2的供给开口2’或移出开口3’。因此，用于第一流体F1的供给开口2和移出开口3与用于第二流体F2的供给开口2’和移出开口3’在流动方面彼此分开或隔离，使得第一和第二流体F1或F2在板基材的上侧10o上不混合在一起。
用于第一流体F1的供给开口2和供给和分配管道布置结构22共同形成用于基材的前侧10o或用于第一流体F1的供给或分配区域7，所述供给和分配管道布置结构22具有分配管道22k或供给管道22k。
主管道布置结构21或主热交换管道布置结构21以其主管道21k或主热交换管道21k形成位于板基材10的上侧10o上的或用于根据本发明的热交换器板1的第一流体F1的主热交换区域或主热传递区域9。
因而，用于第一流体F1的移出开口3与具有集束管道23k、合并管道23k或移出管道23k的管束和移出管道布置结构形成用于根据本发明的热交换器板1的板基材10的前侧10o或用于第一流体的所谓的管束和移出区域8。
在图1A上的俯视图中示出的布置结构关于所标出的对称轴线x严格地轴向对称。至少在一方面用于第一流体F1的供给开口2和用于第二流体F2的移出开口3’与用于第一流体F1的移出开口3和用于第二流体F2的供给开口2’关于也标出的对称轴线y严格轴向对称地布置。基材10的外部形状以关于轴线x和y严格地轴向对称的方式布置，且基本上被成形为类似具有圆角的细长矩形，并且长边I与短边k的高宽比在约2:1的范围内。
在图1A上所描绘的布置结构中，供给管道22k或分配管道22k以1对1布置或分配方式直接过渡到主管道21k，并且主管道21k又以1对1布置方式过渡到集束管道23k或移出管道23k。图上的管道中空空间20r或管道沟槽20r被描绘为白的或亮的，而构成管道壁的管道腹板20s被示出为黑的或暗的。
因此，在图1A上的布置结构中的管道20k作为整体由相应的供给管道22k、直接分配的主管道21k和直接分配给其的移出管道23k形成。主管道21k这里被成形为类似具有三角形基本图案的锯齿或曲折线。然而，也可考虑其它实施例。
关于来自图1A的布置结构的关键因素在于，管道布置结构20整体并且管道20k具体地包括所谓的管道腹板20s，所述管道腹板20s形成管道沟槽20r的管道壁20w。确切地是，从流体动力或流控动力学观点看，这些管道腹板20s在用于第一流体F1的供给开口2的区域中产生特殊的机械稳定性。
一方面，固有地平坦设计的板基材10的机械稳定性由沟槽20r和腹板20s的凹陷顺序而固有地稳定。然而，板式热交换器100中的堆叠的根据本发明的热交换器板1的多个板基材10之间的相互作用还具有使紧挨着的基材10在管道腹板20s的区域上被相互支撑的效果。该双重的机械稳定或加固性使得可以使用板基材10的陶瓷基材材料10’，所述陶瓷基材材料10’固有地在根据本发明的挠曲应力方面不能承受强载荷，所述陶瓷基材材料10’具体地是所谓的碳化硅材料或SiC材料的形式，并且具体地是烧结碳化硅材料或SSiC材料的形式，而不必要增加根据本发明的热交换器板1的板基材10的板厚度或层厚度DS，这是由于腹板结构，即管道的沟槽20r和管道20k的腹板20s的凹陷顺序连同通过使管道20k的腹板20s直接抵靠在相邻热交换器板1构成的板堆叠中而导致的相互支撑作用产生相对于彼此更高的刚度和稳定性，使得在根据本发明的热交换器板1的板基材10上的挠曲应力不超过可能的最大值，即使当第一流体F1在伴随的高压下通过用于第一流体F1的供给开口2被引入时也是如此。
从来自图1A上的布置结构的基材10的上侧10o方向看，图1B展示示出相同的基材10的后侧10u或底侧10u的结构的一种虚线图。为此原因，用点或虚线描绘所有的结构。
这里提供的用于后侧10u的、用于第二流体F2的主垫圈6’以及用于第一流体F1的供给开口2或移出开口3的第一和第二辅助垫圈4-1’和4-2’的在后侧10u方面的布置结构关于对称轴线x严格地轴向或镜像对称，且通过比较，图1A上所示的关于用于第一流体F1的主垫圈6和用于第二流体的辅助垫圈4-1和4-2在前侧10o方面的相应布置结构关于对称轴线y严格地轴向或镜像对称。
这里主垫圈6’包络用于第二流体F2的供给开口2’和移出开口3’，将用于第一流体F1的供给开口2和移出开口3在流动方面上与相应的第一和第二辅助垫圈4-1’和4-2’向外分离，并且其内部展现在根据本发明的热交换器板1的板基材10的后侧10u上的用于第二流体F2的管道布置结构20’或流动管道布置结构20’。
因此，用于板基材10的后侧10u或底侧10u的布置结构基本上对应于图1A所示的用于板基材10的前侧10o的布置结构。
因而，其间形成用于后侧10u或第二流体F2的供给区域7’或分配区域7’、管束区域8’或移出区域8’、以及主热交换区域9’或主热传递区域9’，具体地是，在根据本发明的热交换器板1的板基材10的后侧10u上，通过用于第二流体F2的供给开口2’与具有用于第二流体F2的供给管道22k’或分配管道22k’的供给管道布置结构22’或分配管道布置结构22’的相互作用、通过具有用于第二流体F2的主管道21k’或主热交换管道21k’的主管道布置结构21’或主热交换管道布置结构21’、或通过用于第二流体F2的移出开口3’与具有用于第二流体F2的集束、合并或移出管道23k’的集束管道布置结构23’、合并管道布置结构22’或移出管道布置结构24’的相互作用来形成。
其它方面，相应地适用根据图1关于前侧10o所陈述的内容。
除了图1A和1B上用于第一流体1的主管道21k和用于第二流体F2的主管道21k’和相应的腹板20s、20s’展现锯齿或曲折形状，而在根据图2A和2B的实施例中呈波形，具体地是正弦曲线行进部的类型的波形之外，图2A和2B所示的布置结构对应于图1A和1B的布置结构。
所有的管道形状基本上都是可想到的，即例如具有任何横向波动，即在基材10的上侧10o或底侧10u的平面中延伸，并且在根据本发明的热交换器板1的板基材10的前侧10o和/或后侧10u的XY平面内具有波动方向U。
波动本身致使在管道20k、20k’内流动或涌动的流体F1、F2停留更长的时间，并且因此导致与基材10的材料10’更紧密的热交换。
图3和4展示描绘用于根据本发明的热交换器板1的两个另外的实施例的基材10的上侧10o的俯视图。在它们的结构方面，管道20k、20k’的主管道21k、21k’这里基本上一方面对应于图1A、B上的布置结构中的管道，另一方面对应于图2A、B上的布置结构中的管道，即它们展现锯齿或波浪形状。
与图1A至2B上的布置结构相反，图3和4上的布置结构展现不再与主管道21k、21k’1对1对应的供给管道22k、22k’和移出管道23k、23k’。而是，管道腹板20s、20s’——具体地22s、22s’、23s、23s’——这里在设计上大大扩展，使得供给管道22k、22k’和移出管道的总体数量少于主管道21k、21k’的数量。然而，如果腹板20s、20s’、22s、22s’、23s、23s’进行扩展，则这里在用于第一介质的供给开口2和移出开口3的区域中机械稳定性被进一步增加，并且相应地对于在后侧10u上的、用于第二介质的供给开口2’和3’亦是如此。
图5和6展示穿过根据本发明热交换器板1的两个实施例的基材10的剖切局部视图，具体地是以图1A至4的布置结构为基础沿方向Y观察到的视图。
图5和6上所示的布置结构展现了用于管道20k、20k’、具体地是主热交换管道布置结构21、21’，即主管道21k、21k’的横截面的各种可能实施例。
在图5所示的布置结构中，相应的管道20k、20k’的相应的管道沟槽20r、20r’和相应的管道腹板20s、20s’具有大致矩形或四方形形状，并展现相对于彼此基本相同的构造。例如，这里相应的管道底板20b、20b’形成用于下方的基材的最小层厚度Dmin的水平高度。腹板或管道腹板20s、20s’以形成管道沟槽20r、20r’的深度t的高度放置在其上，该深度t对应于流动管道20k、20k’的管道沟槽20r的底板20b、20b’的宽度Bb，但是也对应于在底板20b、20b’的高度处的管道腹板20s、20s’的宽度Bsb，并且还对应于腹板20s、20s’的高台20sp、20sp’的局部宽度Bsp。
管道20l、20k’的几何形状给予管道壁20w、20w’垂直设计。为相应的管道腹板20s、20s’的底部和管道腹板20s、20s’的高台20sp、20sp’选择相同的宽度，其中Bsp=Bsb。
相比而言，图6上的实施例中的管道腹板20s、20s’的底部和管道腹板20s、20s’的高台20sp、20sp’这样选择，即：产生用于管道腹板20s、20s’、朝向背对管道底板20b、20b’的一侧的渐缩的行进部，其中相应的管道壁20w、20w’的倾斜角α不为0°，使得Bsb>Bsp。
图7展示根据本发明的具有多个热交换器板1或1j，j＝1，…,n的板式热交换器100的布置结构100’的示意性和透视分解图，其被布置成彼此覆盖或重叠以类似堆叠（stack）110，并且交替地产生用于第一流体F1的流动空间R1、R3、R5…或用于第二流体F2的流动空间R2、R4、R6、…。还指示出的是根据本发明的紧挨着的热交换器板1或1j，j=1，…,n的间隙或流动空间R1、R2、R3…相对于相应的第一和第二流体F1、F2的分配。箭头指示相对于向前流动和返回流动的流动状态，即流入和流出。该图中未指示相应的垫圈6、4-1、4-2和各种管道布置结构20、20’。
图8A至8D示意性地展示在图7上布置结构100’中呈现的关于第一和第二流体F1和F2的流动状态的剖切侧视图和俯视图。这里专门地示出用于第一和第二流体F1、F2的第一和第二辅助垫圈4-1、4-2、4-1’、4-2’。
从图7至8D提供的信息显而易见的是，将根据本发明的多个换热器板1或1j，j＝1，...，n串在一起并且使其相互连接产生用于第一和第二流体F1和F2的交替的流动空间的排列，其中在直接连续的热交换器板1或1j，j＝1，...，n之间的接连着的奇数间隙R1、R3、R5……形成用于第一流体F1的流动空间R1、R3、R5……，而在直接连续的热交换器板1或1j，j＝1，...，n之间的接连着的偶数间隙R2、R4、R6……形成用于第二流体F2的流动空间R2、R4、R6……。
因为主垫圈6、6’和辅助垫圈4-1、4-2、4-1’、4-2’具有太厚的构造，所以图8A至8D上的描绘在这里不是按比例的；然而，这用于示意几何状态和流动状态。
图9展示具有组合成堆叠110的多个根据本发明的热交换器板1或1j，j＝1，...，n的根据本发明的板式热交换器100的布置结构100’的更实际描绘的示意性局部剖切侧视图。
由多个根据本发明的热交换器板1或1j，j＝1，...，n组成的堆叠110这里经由相应的螺纹接头130而被夹紧在两个夹紧板120或夹紧装置120之间，使得在各个根据本发明的热交换器板1或1j，j＝1，...，n之间相互作用期间，在前述附图中描述的状态作为整体发生。
图10A和10B描述包含或由陶瓷基材10构成的根据本发明的热交换器板1的另一实施例。
这里根据本发明的热交换器板1也具有大致矩形构造，但长边与短边1或k之间的比率约为4:1。其它方面，是结合图2A、2B和4以及6描述的状态。这意味着实际的主热交换管道21k、21k’被大致成型为波浪形状，且在一方面供给和移出管道22k、22k’、23k、23k’与另一方面主热交换管道21k、21k’之间不存在1对1的对应或分配，且下方的流动管道20k、20k’的腹板20s、20s’——具体地意味着22s、22s’、23s、23s’——具有梯形横截面，并且具有远离相应的管道底板20b、20b’渐缩的行进部。
附图标记列表
1     根据本发明的热交换器板、换热器板
1j    给定根据本发明的多个j＝1，…,n热交换器板、换热器板的布置结构的根据本发明的热交换器板、换热器板
2     供给开口（第一流体F1）
2’   供给开口（第二流体F2）
3     移出开口（第一流体F1）
3’   移出开口（第二流体F2）
4-1   第一辅助垫圈（前侧10o/用于供给开口、第二流体F2）
4-1’ 第一辅助垫圈（后侧10u/用于供给开口、第一流体F1）
4-2   第二辅助垫圈（前侧10o/用于供给开口、第二流体F2）
4-2’ 第二辅助垫圈（后侧10u/用于供给开口、第一流体F1）
6     主垫圈（前侧10o/第一流体F1）
6’   主垫圈（后侧10u/第二流体F2）
7     供给区域/分配区域（前侧10o/第一流体F1）
7’   供给区域/分配区域（后侧10u/第二流体F2）
8     管束区域/移出区域（前侧10o/第一流体F1）
8’   管束区域/移出区域（后侧10u/第二流体F2）
9     主热交换区域/主热传递区域（前侧10o/第一流体F1）
9’   主热交换区域/主热传递区域（后侧10u/第二流体F2）
10    热交换器板10的基材、板基材
10’  板基材的材料、陶瓷材料、SiC或SSiC材料
10o   基材10的上侧/前侧
10u   基材10的底侧/后侧
20    管道布置结构/流动管道布置结构（前侧10o/第一流体F1）
20’  管道布置结构/流动管道布置结构（后侧10u/第二流体F2）
20b,20b’ 管道底板
20k,20k’ 流动管道、管道、热交换管道
20p,20p’ 管道高台
20r,20r’ 管道沟槽
20s,20s’ 管道腹板
20w,20w’ 管道壁
21,21’ 主热交换管道布置结构、主管道布置结构
21b,21b’ 管道底板
21k,21k’ 主热交换管道、主管道
21p,21p’ 管道高台
21r,21r’ 管道沟槽
21s,21s’ 管道腹板
21w,21w’ 管道壁
22,22’ 供给管道布置结构/分配管道布置结构
22b,22b’ 管道底板
22k,22k’ 分配管道
22p,22p’ 管道高台
22r,22r’ 管道沟槽
22s,22s’ 管道腹板
22w,22w’ 管道壁
23,23’ 管束布置结构/移出管道布置结构
23b,23b’ 管道底板
23k,23k’ 集束管道、合并管道、移出管道
23p,23p’ 管道高台
23r,23r’ 管道沟槽
23s,23s’ 管道腹板
23w,23w’ 管道壁
100   根据本发明的板式热交换器或板式换热器
100’ 根据本发明的板式热交换器100或板式换热器100的布置结构
110   包括多个热交换器板1或换热器板1的堆叠
120   夹紧板、夹紧布置结构
130   螺纹装置、螺纹接头、夹紧螺钉
F1   第一流体、第一热交换流体
F2   第二流体、第二热交换流体
k    板基材10的短边
l    板基材10的长边
t    管道20k、20k’或管道沟槽20r、20r’的深度
U    波动方向

Claims (20)

1.一种用于板式热交换器（100）的热交换器板（1），
-具有板基材（10），所述板基材（10）包含或由SiC材料（10’）或碳化硅材料（10’）构成，并且所述板基材（10）具有前侧或上侧（10o）和后侧或底侧（10u），
-其中，至少所述板基材（10）的所述前侧或上侧（10o）包括流动管道布置结构（20），所述管道布置结构（20）具有多个流动管道（20k），并且
-其中，所述流动管道布置结构（20）中的流动管道（20k）中的一些或全部完全或部分地设有管道腹板（20s），所述管道腹板（20s）界定管道沟槽（20r）并且形成管道壁（20w）。
2.根据权利要求1所述的热交换器板（1），
其中，所述板基材（10）包含或由烧结碳化硅材料（10’）或SSiC材料（10）构成。
3.根据前述权利要求中的一项所述的热交换器板（1），
其中，所述板基材（10）的最小层厚Dmin和/或平均层厚Dm的范围在约2mm和约4mm之间，具体地量度为约3mm或更小，优选地约2mm。
4.根据前述权利要求中的一项所述的热交换器板（1），
其中，在管道腹板（20s）的区域中的所述板基材（10）的层厚Ds大于所述板基材（10）的最小层厚Dmin且/或大于所述板基材（10）的平均层厚Dm，
由此大致满足以下关系
Ds≥Dmin
或大致满足以下关系
Ds≥Dm。
5.根据前述权利要求中的一项所述的热交换器板（1），
其中，在所述流动管道（20k）的管道沟槽（20w）的底板（20b）的高度处，所述流动管道（20k）的管道沟槽（20w）的底板（20b）的局部宽度Bb与所述流动管道（20k）的管道腹板（20s）的底部的局部宽度Bsb——均垂直于所述流动管道（20k）的局部方向测量——展现约为1:4的比值Bb:Bsb，
由此大致满足以下关系
Bb:Bsb=10:4。
6.根据前述权利要求中的一项所述的热交换器板（1），
其中，在背对所述流动管道（20k）的管道沟槽（20r）的底板（20b）的一侧上，所述流动管道（20k）的管道沟槽（20r）的底板（20b）的局部宽度Bb与所述流动管道（20k）的管道腹板（20s）的高台（20sp）的局部宽度Bsp——均垂直于所述流动管道（20k）的局部方向测量——展现约为10:3的比值Bb:Bsp，
由此大致满足以下关系
10:4≤Bb:Bsp≤10:2
或优选地大致满足以下关系
Bb:Bsp=10:3。
7.根据前述权利要求中的一项所述的热交换器板（1），
其中，在所述流动管道（20k）的管道沟槽（20r）的底板（20b）高度处的所述流动管道（20k）的管道腹板（20s）的底部（20sb）的局部宽度Bsb与在背对所述流动管道（20k）的管道沟槽（20r）的底板（20b）的一侧上的所述流动管道（20k）的管道腹板（20s）的高台（20sp）的局部宽度Bsp——均垂直于所述流动管道（20k）的局部方向测量——展现范围从约1：1至约4:2、优选地为4:3的比值Bsb:Bsp，
由此大致满足以下关系
4:2≤Bsb:Bsp≤1:1
或优选地大致满足以下关系
Bsb:Bsp=4:3。
8.根据权利要求1至6中的一项所述的热交换器板（1），
其中，流动管道（20k）的管道壁（20w）包括与相对于所述流动管道（20k）的管道沟槽（20r）的底板（20b）的法向形成的角度α，所述角度α范围从大于0°至小于30°，优选地约为15°，
由此大致满足以下关系
0°<α≤30°
或优选地大致满足以下关系
α=15°。
9.根据前述权利要求中的一项所述的热交换器板（1），
其中，所述流动管道（20k）的管道沟槽（20r）的底板（20b）的局部宽度Bb——垂直于所述流动管道（20k）的局部方向测量——与所述流动管道（20k）的管道沟槽（20r）的深度t——垂直于所述流动管道（20k）的所述管道沟槽（20r）的所述底板（20b）测量——展现范围从约10:10至约10:4、优选地为10:4的比值Bb:t，
由此大致满足以下关系
10:10≤Bb:t≤10:4
或优选地大致满足以下关系
Bb:t=10:4。
10.根据前述权利要求中的一项所述的热交换器板（1），
-其中，供给开口和移出开口（2、3）被设置成用于向或从所述板基材（10）的上侧（10o）供给第一热交换流体或从该上侧移出第一热交换流体（F1），所述供给开口和移出开口（2、3）从所述上侧（10o）到所述底侧（10u）穿过所述板基材（10o），并且
-其中，所述流动管道布置结构（20）被设计成从所述供给开口（2）到所述移出开口（3）传输所述第一热交换流体（F1）。
11.根据前述权利要求中的一项所述的热交换器板（1），
-其中，所述流动管道布置结构（20）的流动管道（20k）的全部或部分具有多波动行进部，并且
-其中，波动方向（U）在由所述板基材（10）限定的表面或平面中延伸，且/或所述波动方向（U）垂直于局部和/或平均地由相应的所述流动管道（20k）限定的流动方向。
12.根据前述权利要求中的一项所述的热交换器板（1），
其中，相应的流动管道（20k）的波动的形状能够是选自包括锯齿形状、交替梯形形状、波浪形状、正弦形状及其组合的组中的形状。
13.根据前述权利要求中的一项所述的热交换器板（1），
其中，所述板基材（1）的后侧或底侧（1u）展现具有多个相应的流动管道（20k’）的、用于第二热交换流体（F2）的第二流动管道布置结构（20’）。
14.根据权利要求13所述的热交换器板（1），
-其中，第二供给开口和移出开口（2’、3’）被设置成向所述板基材（10）的所述后侧或底侧（10u）供给所述第二热交换流体或或从其移出所述第二热交换流体（F2），所述第二供给开口和移出开口（2’、3’）从所述上侧（10o）到所述底侧（10u）穿过所述板基材（10），并且
-其中，所述第二流动管道布置结构（20）被设计成用于从所述第二供给开口（2’）到所述第二移出开口（3’）传输所述第二热交换流体（F2）。
15.根据前述权利要求中的一项所述的热交换器板（1），
所述热交换器板被设计成在所述前侧或上侧（10o）和所述后侧或底侧（10u）方面关于在所述板基材（10）中延伸的对称轴线（S）180°旋转对称。
16.根据前述权利要求中的一项所述的热交换器板（1），
-其中，所述板基材（10）基本上具有矩形形状，
-其中，所述供给开口和/或移出开口（2,2’,3,3’）被形成在所述矩形形状的相对的第一边上的——优选地短边上的——区域中，并且
-其中，所述第一和/或第二热交换流体（F1,F2）流动的方向和/或所述流动管道（20k,20k’）延伸的主方向基本上沿所述矩形形状的相对的第二边——优选地长边——延伸的方向形成。
17.一种板式热交换器（100），
-具有多个根据权利要求1至16中的一项所述的热交换板（1;1j,j＝1，…,n），
-其中，所述热交换板（1;1j,j＝1，…,n）被以如下方式设计和布置：
-各上述热交换器板（1;1j＝1，…,n-1）的板基材（1）的后侧或底侧（10u）与相应的紧挨着的热交换器板（1;1j+1,j＝1，…,n-1）的板基材（1）的前侧或上侧（10o）直接相对地放置或抵靠于相应的紧挨着的热交换器板（1;1j+1,j＝1，…,n-1）的板基材（1）的前侧或上侧（10o），或具有插置的密封布置结构（6,4-1,4-2），
-热交换器板（1;1j＝1，…,n-1）的排列和/或特别地所述密封布置结构（6,4-1,4-2）的建立导致在流动方面彼此分开的直接连续流动通过空间（R1，…,Rn+1）形成，
-紧挨着的流动通过空间（Rj,Rj+1,j＝1,…,n）在流动方面成对地分开，并且
-各隔一个相邻的流动通过空间（Rj,Rj+2,j＝1，…,n-1）在流动方面成对地连结在一起，其分别分配给一热交换流体（F1，F2）并且被设计成允许相应地分配的热交换流体（F1，F2）从相应的供给开口（2，2’）流动到相应的移出开口（3，3’）。
18.一种用于制造板式热交换器（100）的热交换器板（1）的方法，
所述方法具有以下步骤：
-提供或形成板基材（10），所述板基材（10）包含或由SiC材料（10’）或碳化硅材料（10’）构成，并且所述板基材（10）具有前侧或上侧（10o）和后侧或底侧（10u），
-在所述板基材（10）的所述前侧或上侧（10o）上形成流动管道布置结构（20），所述流动管道布置结构（20）具有多个流动管道（20k），
-其中，所述流动管道布置结构（20）中的所述流动管道（20k）中的一些或全部完全或部分地制造有管道腹板（20s），所述管道腹板（20s）界定管道沟槽（20r）并且形成管道壁（20w）。
19.根据权利要求18所述的方法，
其中，所述板基材（10）包含或由烧结碳化硅材料（10）或SSiC材料（10’）构成。
20.根据前述权利要求18或19中的一项所述的方法，
-其中，所述流动管道布置结构（20）的流动管道（20k）被设计成展现完全或部分多波动行进部，
-其中，波动方向（U）被设计成在由所述板基材（10）限定的表面或平面中延伸，且/或所述波动方向（U）垂直于局部或平均地由所述流动管道（20k）限定的流动方向。
-其中，特别地是，所述波动的形状是选自包括锯齿形状、交替梯形形状、波浪形状、正弦形状及其组合的组中的形状。
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