CN1053040C - 用于不同流量的流体的板式热交换器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于两种流量不同的流体之间传热的板式热交换器，该热交换器包括数块大致为矩形的传热板，其上设有穿通其角部的进出口。每一块传热板都有一个中间传热部和二个位于传热部和各个进出口之间的分配部。本发明中用于一种流体的进出口尺寸不同于用于另一种流体的进出口的尺寸。而且，传热板的分配部上用于一种流体的流动阻力大于用于另一种流体的流动阻力。

Description

用于不同流量的流体的板式热交换器

本发明涉及用于二种不同流量的流体之间传热的板式热交换器，该热交换器由数块大体上为矩形的传热板构成，每一块传热板都有穿过其角部用于各种流体的进出口，一个在中央位于各自的进出口之间的传热部，和二个分配部，这两个分配部位于传热部和各自的进出口之间，并在这些流体从它的进口朝着传热部流动时用于这两种流体的分配。

传统的成形板式热交换器一般具有一组相同的传热板，这些传热板对于两种流体具有相同的进出口。这样一种具有相同进出口的热交换器最好只用于相同流量的两种流体。如果其中一种流体通过热交换器的流量小于另一种流体，则流体的压降将是不同的，其原因是压降随体积流量的平方成比例地变化。这就是说，如果流体的流量不同，则流体和传热板之间的传热在每块传热板的两侧面上的效果不可能最佳。

对于所谓的热交换流体之间的不对称流动，为了增加传热，以前有人建议减小传热板一侧面上流动导管的体积，正如公开在欧洲专利EP470073中所建议的那样，或者通过传热板的不同波纹结构的组合来影响流动导管的流动阻力，如公开在欧洲专利EP88316或EP204880上的那样。通常这些早先建议的结构只容许两种流体之间有小的不对称的流动，而且对于两种流体而言，传热板上的热传递不是足够地有效。

本发明的目的是在上述种类的板式热交换器中在两种不同流量的流体之间获得一种改进的传热效果。本发明的另一目的是提出一种用于不同流量的流体的板式热交换器，与以前已知的板式热交换相比，该热交换器能在不同流量的两种流体之间容许大的不对称流动。

本发明的目的是这样实现的，使用于所述两种流体的第一种流体的传热板的进出口开口的尺寸小于用于另一种流体的进出口开口尺寸，并使传热板在它的分配部上加工成在第一种流体的进出口和传热部之间流动的第一流体的流动阻力大于在第二流体的进出口和传热部之间流动的另一种流体的流动阻力。

尽管两种热交换流体的流量是不同的，但本发明的目的在于使传热板的两侧上具有同样大的压降。因此，举例来说，第一种流体(即具有最小流量的流体)的传热流动条件得到优化，同时另一种流体(即具有最大流量的流体)的流动条件被简化。

最好将第一种流体的各个分配部上的流动通道做得比另一种流体的各个分配部上的流动通道更长，使第一种流体的流动阻力大于另一种流体的流动阻力。

而且可将用于第一种流体的分配部的流道总宽度小于另一种流体的总宽度，使第一种流体的流动阻力大于另一种流体的流动阻力。

也可以通过在传热板的分配部上设计冲压结构，使各个传热板的一个侧面上的冲压深度小于另一个侧面上的冲压深度，以便两种流体具有不同的流动阻力。换言之，分配部分的高度可以变化，即传热板较小流量侧的流动通道比较大流量侧的流动通道更浅。用这种方法，传热板增加了对具有大的不对称流动的两种流体提供有效热传递的可能性。

通过使传热板对不同流体局部设有不同尺寸的进出口，并在分配部上局部设有一种冲压结构，使通过较大孔口的流量得到相对宽的进口端部和出口端部，而通过较小孔口的流量得到较窄的进口端部和出口端部，流过大孔口的流量可以增加，而流过小孔口的流量则减小。因此，传热板在两种不同的流量之间容许有一种强的不对称性，同时对于两种流体提供了有利于流体之间传热的流动条件。

下面将参照附图对本发明详述如下，图中：

图1示意性地显示本发明的板式热交换器；

图2显示用于图1中的板式热交换器的第一种传热板；

图3显示用于图1中的板式热交换器的第二种传热板；

图4显示用于本发明板式热交换器的另一种传热板。

图1中所示的板式热交换器1包括一组薄的传热板2，一块前端板3和一块后端板4。前端板3上有用于较小流量的第一种流体的一个进口5和一个出口6，和用于较大流量的第二种流体的一个进口7和一个出口8。

传热板2通过冲压在其上形成有凸起和凹槽形式的结构，交替的第一和第二传热板的凸起部相互靠着。传热板之间的密封装置在每块第二块板中间限定一个用于第一种流体的流动空间，而在其余的板中间限定一个用于另一种流体的流动空间。

图1中所示的传热板2通过钎接连接在一起，但是本发明板式热交换器中的传热板也可以借助于框架或其它合适的方法固定在一起。

图2中所示的第一传热板2a是细长的并大致成矩形，其上分别具有进口5a、7a和出口6a和8a。进口和出口都位于传热板的角部9a、10a、11a和12a。第一种流体的进口和出口5a和6a位于传热板的长边13a一侧，另一种流体的进出口7a和8a位于传热板的另一长边14a一侧。传热板2a设计成平行流动，即流体在传热板的每一侧上的主流方向是平行的。

根据本发明，第一种流体的进出口5a和6a是相同的，但一般小于另一种流体的进出口7a和8a。同样，进出口7a和8a也是相同的。

此外，传热板2a具有一个上分配部15a，一个下分配部16a和安排在它们之间的传热部17a。

上分配部15a和下分配部16a上具有冲压结构，这些结构大致是根据英国专利No.1357282中的内容形成的。因此，它们具有相互靠近伸出的凸起部18a，这些凸起部是从平行于传热板2a的一个平面向上冲压形成的，以及与凸起部18a成一定角度相互靠近从上述平面向下冲压形成的伸出凹槽19a。由于凹槽19a在传热板2a的另一侧面上形成有凸起部，所以，传热板的两侧面上都有凸起部，这些凸起部与中间板部一起在分配部15a和16a的各个侧面形成用于热传递流体的通道。这样形成在传热板一侧上的通道与在传热板的另一侧上以相同方式形成的通道成倾斜状。

从图2中可以明显地看到，各分配部15a和16a的所示一侧上的凸起18a基本上以从较大开口7a和8a朝着传热部17a的方向延伸，而凹槽19a基本上以从较小开口5a和6a朝着传热部17a的方向延伸。

传热部17a显示的冲压结构呈常规的所谓凸起和凹槽的人字形图案。

在图3中显示了第二传热板2b，在本发明的板式热交换器中，该传热板与图2所示的传热板2a配合。传热板2b的一些详细部分(在传热板2a中也可找到)用与图2中的相同标号表示，但后面用“b”取代“a”。

在传热板2b中，各分配部15b和16b上的凸起部18b和凹槽19b与图2中的传热板2a中的对应凸起部18a和凹槽19a相比是以另一种方式形成的。因此，凸起部18b基本上以从相对小的开口5b和6b朝着传热部17b的方向延伸，而凹槽19b基本上以从较大的开口7b和8b朝着传热部17b的方向延伸。

而且，在人字形图案冲压的凸起和凹槽的方向方面，传热板2b的传热部17b不同于传热板2a对应的传热部17a。

当两块传热板2a和2b在板式热交换器中相互合起来时，在传热板的各个分配部15a、16a和15b、16b区域上，其中一块传热板上的凸起部将平行延伸靠在另一块传热板上的凸起部上。在传热部17a和17b区域上，传热板的人字形凸起部将交叉地相互靠近，形成一个所谓的交叉波纹结构。

传热部配合产生交叉波纹结构的两块传热板在传热板之间一种流体流动的流动方向观察，在相互交叉的凸起部之间形成有许多纯角，因此对该种流体提供非常大的流动阻力。在这种情况下，由于传热板的这种几何形状，尽管分配部区域上的流动速度约为主传热部区域上的流动速度的两倍，传热板的分配部一般按百分比对传热板中间的流动阻力影响狠小。

具有人字形图案的传热部在相互交叉的凸起部之间形成对应的锐角，与上述情况相反给出一个小的流动阻力，并且分配部在板之间对流动阻力的影响可以按百分比成比例地增大。

根据本发明，通过使较大流量的流动阻力小于较小流量的流动阻力，阐明了两种热交换流体流量之间的不对称性。这是使传热板上用于大流量的进出口大于用于小流量的进出口，并使用于大流量的分配部更宽更短，但相对应地延长和减小了小流量的宽度。

例如，在分配部15a和16a中，通过较大进出口7a和8a的流体流量获得宽的进出口端部，即在传热板一侧上用于较大流量的总的流动宽度较大，而在传热板该侧上用于较小流量的总流动宽度较小。

此外，与大流量相比用于小流量的分配部15a和16a的流动通道更长。

在图2和图3中所示种类的分配部的冲压结构中，用于大流量通道(在传热板的一侧上)的流通面积可以通过将位于上冲压凸起和下冲压凹槽之间的板部放置得离凹槽的底部比离凸起的顶部更近做得更大，但相应地减小了用于小流量通道(在该传热板的另一侧上)的流通面积。

在图4中显示了另一种设计的传热板20，该传热板不同于图2中所示的传热板2a，其用于第一种流体的进口25位于传热板的一个长边21处，而用于该同一流体的出口26位于传热板的第二长边22处；用于第二种流体的进口27位于传热板的一个长边21处，用于第二种流体的出口28位于传热板的第二长边22处。该传热板20设计成所谓的对角式流动，即这些流体的主流方向相互交叉，每一股流体对角地流过传热板20。

关于对角流动，在板式热交换器中要求两种不同种类的传热板(具有不同的冲压结构)在相邻板的冲压结构之间提供理想的配合。根据本发明，在传热板上进行对角流动(图4)的中间传热部以及分配部的功能都类似于平行流动(图2和图3)的传热板。

关于平行流动，本发明提出的板式热交换器可以只借助于一种在分配部和传热部上设有相同冲压结构的板件获得，只要将另一种板绕着该板平面上的一条轴线相对于其它的板转180°就行。但是，这就要求沿传热板的边缘和绕它的进出口在结构上有用于二板之间密封的特殊条件。

在传热板的分配部区域内用于大流量的开口端部比用于小流量的开口端部宽50％，用于小流量的通道比用于大流量的通道长50％，这两者的组合可以使用于大流量的通道流量在两种流体通过各块板间具有相同的压降时比用于小流量的通道流量增加一倍。

在对小流量采用较浅的通道，对大流量采用较深的通道的组合中，在分配部区域内大小流量之间的不对称比例是3∶1。

当传热部具有带锐角的人字形结构，从而提供较小的流动阻力时，通过整个板式热交换器可获得热交换流体的比例为3∶1。

当传热部具有带纯角的人字形结构，从而提供较大的流动阻力时，通过板式热交换器的大小流量之间可获得的热交换流体的比例是1.2-1.5∶1。

在本发明提出的板式热交换器中，可以维持传热板两侧上的流动的热交换流体的压降，与不同的流量无关。这就有可能使具有较小流量的流体的流道比在传热板上具有相同大小的进出口的常规板式热交换器中对应的流道具有较小的流通面积。就这方面而言，已有可能使具有较大流量的流体流道可以获得比在常规板式热交换器中对应的流道更大的流通面积。由于这一点，本发明提出的板式热交换器局部地在大流量侧获得比常规板式热交换器更大的流量，局部地获得比与热交换流体的流量具有一定的不对称性相关的常规板式热交换器更大传热能力。

传热板的这种较大的传热能力可以以不同的方式使用，或者在一些热交换工作中，本发明提出的板式热交换器可以使用比常规板式热交换器少的传热板，或者使每一块传热板做得比以常规方法设计的传热板更小。在后一种情况中，除了传热板的成本外，用于将成组的传热板固定在一起的枢架的成本也可降低。举例来说，在后一种情况，根据本发明形成的细长的传热板可以做得比对应常规传热板更薄。而且，框架可以由此做得更薄，因而更便宜。

本发明的一个优点还在于流体流动不对称性的简化作用可以在不损害传热板经得住高流体压力的能力的情况下进行，同时维持传热板的薄度不变。传热板之间的支撑点和接触点可以安排得象常规传热板一样密。

上面只对传热板的分配部的一种冲压结构和传热部的一种冲压结构作了介绍，但正如后面所附的权利要求书所限定的那样，在本发明的范围内，可以有其它一些合适的冲压结构。

Claims (7)

1.一种用于两种不同流量的流体之间传热的板式热交换器，该热交换器包括数块大致为矩形的传热板(2a，20)，每块传热板都具有穿过其角部用于各种流体的进出口(5a、6a和7a、8a；25，26和27，28)；位于中央各个进出口之间的传热部(17a)；以及位于传热部(17a)和对应的进出口之间的分配部(15a、16a)，当这些流体由它们的进口朝着传热部流动时，分配部用于分配对应的两种流体；其特征在于，用于所述两种流体的第一种流体的传热板的进出口(5a、6a；25，26)的尺寸比用于另一种流体的进出口(7a、8a；27，28)的尺寸小，用于第一种流体的分配部(15a、16a)的总的流动宽度比用于另一种流体的分配部的总的流动宽度窄，从而在第一种流体的进出口(5a，6a；25，26)和传热部(17a)之间流动的第一种流体的流动阻力比在第二种流体的进出口(7a、8a；27，28)和传热部(17)之间流动的另一种流体的流动阻力大。

2.如权利要求1所述的板式热交换器，其特征在于，用于第一种流体的分配部(15a、16a)上的流道比用于另一种流体的分配部(15a、16a)上的流道更长。

3.如权利要求1或2所述的板式热交换器，其特征在于，分配部(15a、16a)的冲压结构使得传热板(2a、20)的一侧上的冲压深度比另一侧上的冲压深度小，从而使第一种流体的流道比另一种流体的流道浅。

4.如权利要求1或2所述的板式热交换器，其特征在于，所述的传热板是细长的，用于第一种流体的进出口(5a，6a)位于各块传热板的一条长边(13a)处，而用于另一种流体的进出口(7a、8a)位于各块传热板的第二长边(14a)处。

5.如权利要求3所述的板式热交换器，其特征在于，所述的传热板是细长的，用于第一种流体的进出口(5a，6a)位于各块传热板的一条长边(13a)处，而用于另一种流体的进出口(7a、8a)位于各块传热板的第二长边(14a)处。

6.如权利要求1或2所述的板式热交换器，其特征在于，传热板的进出口(25-28)的位置安排使传热板之间的流体流动的两个主要流动方向相互交叉并在传热板上对角延伸。

7.如权利要求3所述的板式热交换器，其特征在于，传热板的进出口(25-28)的位置安排使传热板之间的流体流动的两个主要流动方向相互交叉并在传热板上对角延伸。

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