CN113439192B - 热交换器板和板式热交换器 - Google Patents

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Abstract

公开用于汽化第一流体的板式热交换器和热交换器板(1)。热交换器板包括热交换器区域，其与热交换器板的延伸平面(p)平行地延伸且包括脊和谷的波纹。边缘区域围绕热交换器区域延伸。端口孔延伸穿过热交换器区域且包括用于所述第一流体的第一入口端口孔(11)。外围边沿(15)包绕第一入口端口孔且横向于延伸平面从根端(16)延伸到边缘(17)。外围边沿具有周向长度且包括平的或基本平的部分(31)。限制孔(30)延伸穿过平的或基本平的部分。

Description

热交换器板和板式热交换器
技术领域
本发明涉及一种热交换器板。本发明还涉及一种包括多个热交换器板的板式热交换器。板式热交换器可构造成作为汽化器(evaporator)操作。
背景技术
WO 2017/174301公开一种热交换器板，公开一种用于汽化第一流体的板式热交换器，以及一种制造板式热交换器的方法。热交换器板包括：热交换器区域，其与热交换器板的延伸平面平行地延伸；边缘区域，其围绕热交换器区域延伸；多个端口孔，其延伸穿过热交换器区域；以及外围边沿，其包绕所述多个端口孔中的第一端口孔且横向于延伸平面从根端延伸到顶端，其中边沿高度垂直于延伸平面。热交换器板包括至少一个限制孔，其延伸穿过外围边沿且具有垂直于延伸平面的高度。
WO 2017/207292公开一种板式热交换器，该板式热交换器包括：第一热交换器板；第二热交换器板；第一板间隙，其各自由初级成对的一个第二热交换器板和相邻的第一热交换器板形成；以及第二板间隙，其各自由次级成对的一个第一热交换器板和相邻的第二热交换器板形成。每个第一热交换器板包括外围边沿，其包绕第一端口孔且限定穿过板式热交换器的用于第一流体的入口通道。每个次级对包围与外围边沿相邻的入口室。入口室对第二板间隙关闭，对入口通道开放且经由喷嘴部件与第一板间隙中的一个连通，从而允许第一流体从入口通道流向第一板间隙。
US 9,310,136公开一种用于在流体之间交换热量的钎焊板式热交换器，包括设有脊和凹槽的压制波纹的多个热交换板。热交换器板堆叠到彼此上，使得在所述板之间形成流动通道。流动通道与端口开口选择性连通。端口裙部布置在热交换板上。端口裙部至少部分地包绕端口开口，在与热交换器板的平面相比大体上垂直的方向上延伸，且布置成彼此叠盖以形成管状构造或其一部分。
当通过压制来形成热交换器板和外围边沿时，由于材料的变形，材料中可出现大的应变，特别地在外围边沿的边缘处。在汽化器(例如，上文涉及的文献中描述的那些)中，期望对于形成用于制冷剂(呈液态)的入口的端口孔来说具有相对小的流动面积。此类小的流动面积进一步增加外围边沿中的应变。穿过经受大应变的外围边沿的限制孔可导致关于外围边沿强度的问题，且可使外围边沿易于(sensible)破裂，特别是接近于外围边沿的边缘。
发明内容
本发明的目的因此在于解决上文论述的问题，以及提供一种在端口孔(特别是用于制冷剂的入口端口孔)的区域中具有提高的强度的板式热交换器。
目的通过起初限定的热交换器板来实现，其特征在于，沿周向长度，外围边沿包括平的或基本平的部分，以及限制孔延伸穿过平的或基本平的部分。
平的或基本平的部分因此可为平的或平面的或可具有沿周向长度的微小的曲率。
外围边沿的平的或基本平的部分不包括应力，或基本不包括应力，意味着应变与在外围边沿的一个或多个其余部分中(特别地在外围边沿的边缘附近)的相比显著更低。因此，与当限制孔延伸穿过弯曲的外围边沿时相比，由于限制孔造成的在外围边沿上破裂的风险显著更低。因此，所要求保护的热交换器板(特别地在用于待汽化的流体的入口端口孔的区域中)的强度提高。
根据本发明的实施例，外围边沿由所述至少一个平的或基本平的部分和至少一个其余部分形成，其可具有沿周向长度变化的曲率半径。沿周向长度在每个位置中，所述至少一个其余部分的曲率半径可短于平的或基本平的部分的曲率半径。
根据本发明的实施例，外围边沿的平的或基本平的部分横向于热交换器板的延伸平面延伸。
根据本发明的实施例，平的或基本平的部分具有与热交换器板的延伸平面平行测量的长度，该长度为周向长度的至少5％，优选为周向长度的至少10％，或更优选为周向长度的至少15％。有利地，所述长度可为外围边沿的周向长度的至多50％。
根据本发明的实施例，相比于到外围边沿的边缘，限制孔定位成更接近于根端。限制孔的该位置有助于外围边沿和第一入口端口孔的强度。
根据本发明的实施例，限制孔具有至少0.5mm的直径。限制孔的直径对第一流体产生限制，其足以在限制孔内部产生第一流体在板间隙中的适当分布和压降。限制孔的直径的准确长度可由诸如选择以形成第一流体的制冷剂的类型之类的因素来确定。
根据本发明的实施例，平的或基本平的部分朝热交换器区域的中心线转动。平的或基本平的部分以及因此限制孔的此类位置可将第一流体朝热交换器区域引导。然而，平的或基本平的部分还可在另一方向上(例如朝热交换器板的短侧或朝热交换器板的长侧)转动。
根据本发明的实施例，外围边沿包括两个平的或基本平的部分，其中相应的限制孔延伸穿过平的或基本平的部分中的每个。平的或基本平的部分的数量以及因此限制孔的数量因此可为一个、两个、三个、四个或甚至更多个。平的或基本平的部分和限制孔的数量由诸如选择以形成第一流体的制冷剂的类型之类的因素来确定。因此，平的或基本平的部分可在不同的方向上(例如，包括朝热交换器区域的中心线)转动。
相比于到外围边沿的外端，限制孔中的每个可定位成更接近于根端。
限制孔中的每个可具有至少0.5mm或根据上文给出的示例的直径。
与热交换器板的延伸平面平行测量的平的或基本平的部分中的每个的长度可为周向长度的至少5％，优选为周向长度的至少10％，或更优选为周向长度的至少15％。有利地，平的或基本平的部分的所述长度的总和可为外围边沿的周向长度的至多50％。
根据本发明的实施例，端口孔具有相应的流动面积且包括用于所述第一流体的第一出口端口孔，其中第一入口端口孔的流动面积可小于或显著小于第一出口端口孔的流动面积，特别地，第一入口端口孔的流动面积小于第一出口端口孔的流动面积的50％。此类较小的流动面积大体上增加外围边沿中的应变，特别地在外围边沿的边缘处。因此，平的或基本平的部分可在该情况下以有效的方式减小应变并为限制孔提供适当的位置。
根据本发明的实施例，脊和谷在距主延伸平面一定距离处的初级水平与在主延伸平面的相反侧上并距其一定距离处的次级水平之间延伸，其中热交换器板具有由初级水平与次级水平之间的距离限定的压制深度，且其中外围边沿可具有比压制深度的两倍更长的垂直于主延伸平面的长度。外围边沿的此类长度允许在热交换器板的外围边沿的外端与另一热交换器板的外围边沿的根端之间的叠盖接头。
目的还通过起初限定的板式热交换器来实现，其中多个热交换器板包括第一热交换器板和第二热交换器板，第一热交换器板中的每个构成如上文描述的热交换器板。
根据本发明的实施例，其中第一热交换器板和第二热交换器板以交替的顺序布置在板式热交换器的板组中以形成用于待汽化的第一流体的第一板间隙和用于第二流体的第二板间隙。
根据本发明的实施例，第一热交换器板和第二热交换器板的端口孔分别形成用于第一流体的入口通道、用于第一流体的出口通道、用于第二流体的入口通道和用于第二流体的出口通道。用于第一流体的入口通道可具有与用于第一流体的出口通道的流动面积相比更小或显著更小的流动面积。
根据本发明的实施例，限制孔从用于第一流体的入口通道穿过第一热交换器板的外围边沿的平的或基本平的部分延伸到第一板间隙中的一个。
根据本发明的实施例，第一热交换器板中的一个的外围边沿的外端和相邻的第一热交换器板的外围边沿的根端彼此叠盖并形成叠盖接头，特别是钎焊叠盖接头。
附图说明
现在要通过对各种实施例的描述并参照附接到其的图来更接近地解释本发明。
图1示意性地公开根据本发明的实施例的板式热交换器的平面视图。
图2示意性地公开沿图1中的线II-II的纵截面视图。
图3示意性地公开图1中的板式热交换器的第一热交换器板的平面视图。
图4示意性地公开图1中的板式热交换器的入口通道的一部分的截面视图。
图5示意性地公开图3中的第一热交换器板的第一入口端口孔的从上方的视图。
具体实施方式
图1和图2公开一种板式热交换器，其包括布置在板式热交换器的板组中的多个热交换器板1、2。热交换器板1、2包括第一热交换器板1和第二热交换器板2。第一热交换器板1和第二热交换器板2中的每个与相应的延伸平面p平行地延伸。
如可在图2中看到的，第一热交换器板1和第二热交换器板2以交替的顺序并排布置，使得用于第一流体的第一板间隙3形成在每对相邻的第一热交换器板1与第二热交换器板2之间，且用于第二流体的第二板间隙4在每对相邻的第二热交换器板2与第一热交换器板1之间。第一板间隙3和第二板间隙4以交替的顺序并排设在板式热交换器中。
板组的热交换器板1、2可由以已知的方式通过钎焊过程所得到的钎焊材料连结至彼此。
板式热交换器构造成作为汽化器操作，其中第一板间隙3构造成接收待在其中汽化的第一流体。第一流体可为任何合适的制冷剂。第二板间隙4构造成接收第二流体来用于加热待在第一板间隙3中汽化的第一流体。
第一热交换器板1和第二热交换器板2中的每个具有与延伸平面p平行延伸的热交换器区域5(见图3)以及围绕热交换器区域5延伸的边缘区域6。边缘区域6因此包绕热交换器区域5且形成凸缘，该凸缘相对于延伸平面p倾斜，见图2。热交换器板1、2中的一个的边缘区域6的凸缘以本身已知的方式邻接和连结(特别地钎焊)至热交换器板1、2中相邻的热交换器板的边缘区域6的对应凸缘。
热交换器区域5包括脊和谷的波纹7，其在图3中示意性地指示。波纹7可形成各种图案，例如对角线图案、鱼骨图案等，如板式热交换器领域中已知的。
波纹7的脊和谷在距主延伸平面p一定距离处的初级水平p'与在主延伸平面p的相反侧上并距其一定距离处的次级水平p”之间延伸，见图4。热交换器板具有由初级水平p'与次级水平p”之间的距离限定的压制深度d。
第一热交换器板1和第二热交换器板2中的每个还包括四个端口孔11、12、13、14，见图3，第一入口端口孔11、第一出口端口孔12、第二入口端口孔13和第二出口端口孔14。端口孔11-14中的每个具有相应的流动面积。
在图中公开的实施例中，第一入口端口孔11具有与第一出口端口孔12的流动面积相比更小或显著更小的流动面积，例如小于第一出口端口孔12的流动面积的50％。第二入口端口孔13和第二出口端口孔14的流动面积的尺寸取决于第二流体的性质。
如可在图4中看到的，第一热交换器板1的第一入口端口孔11由外围边沿15所包绕。外围边沿15具有根端16和边缘17。外围边沿15具有垂直于延伸平面p的从根端16到边缘17的边沿高度H。高度H可比压制深度d的两倍更长或比两个相邻的热交换器板1、2的压制深度d的总和更长。
外围边沿15是渐缩锥形的或略微渐缩的或略微锥形的，且横向于延伸平面p延伸远离热交换器区域5。外围边沿15从根端16朝边缘17渐缩。
其余三个端口孔12-14不设有任何的设在第一入口端口孔11处类型的外围边沿，而是由端口孔边缘18限定，在图2中对于端口孔13示意性地指示。
此外，如可在图4中看到的，第二热交换器板2的第一入口端口孔11没有任何的外围边沿。第二热交换器板2的第一入口端口孔11由端口孔边缘19限定。
第一热交换器板1和第二热交换器板2布置成使得第一热交换器板1的外围边沿15限定延伸穿过板式热交换器的入口通道21，见图1和图4。外围边沿15在到达相邻的第一热交换器板1之前通过相邻的第二热交换器板2。第一热交换器板1的外围边沿15的边缘17叠盖和连结至相邻的第一热交换器板1的外围边沿15的根端16，以形成叠盖接头20。第一热交换器板1的外围边沿15的边缘17因此可在叠盖接头20处钎焊至相邻的第一热交换器板1的外围边沿15的根端16。
第一热交换器板1和第二热交换器板2的第一出口端口孔12限定用于第一流体的出口通道22，见图1。第一热交换器板1和第二热交换器板2的第二入口端口孔13限定用于第二流体的入口通道23。第一热交换器板1和第二热交换器板2的第二出口端口孔14限定用于第二流体的出口通道24。
在所公开的实施例中，第一热交换器板1中的每个包括限制孔30，其从入口通道21穿过外围边沿15延伸到第一板间隙3中的一个。
外围边沿15具有围绕第一入口端口孔11的周向长度。在图中公开的实施例中，沿周向长度，外围边沿15包括平的或基本平的部分31以及其余部分32(具有曲率半径)，或由它们组成。平的或基本平的部分31因此可为平的或可具有与其余部分32的曲率半径相比更长或显著更长的曲率半径，即，微小的曲率。限制孔30延伸穿过外围边沿15的平的或基本平的部分31，见图4和图5。
外围边沿15的平的或基本平的部分31横向于第一热交换器板1的延伸平面p延伸。
外围边沿15因此可由所述平的或基本平的部分31和可形成弯曲圆形部分的其余部分32组成。其余部分32可在与延伸平面p平行的每个平面中具有恒定的曲率半径，或其余部分32的曲率半径可沿其余部分32的周向长度变化。其余部分32和平的或基本平的部分31均可相对于与延伸平面p垂直的线倾斜或略微倾斜，且因此有助于外围边沿15的渐缩。
平的或基本平的部分31具有与第一热交换器板1的延伸平面p平行测量的长度，该长度为周向长度的至少5％。优选地，所述长度可为周向长度的至少10％，或更优选为周向长度的至少15％。有利地，所述长度可为外围边沿的周向长度的至多50％。
如图4中指示的，相比于到外围边沿15的边缘17，限制孔30可定位成更接近于根端16。
限制孔30可为圆形的或近似圆形的，且具有至少0.5mm、至少0.7mm或至少1.0mm的直径。限制孔的直径可小于3mm，或小于2mm。
在图中公开的实施例中，平的或基本平的部分31朝热交换器区域5的中心线x转动。中心线x与第一热交换器板1的两个长侧平行地延伸，见图3。
在另一实施例中，平的或基本平的部分31可在另一方向上(例如朝第一热交换器板1的短侧或朝第一热交换器板1的长侧)转动。
在图中公开的实施例中，外围边沿15仅包括具有一个限制孔30的一个平的或基本平的部分31。在另一实施例中，唯一平的或基本平的部分31可包括多于一个的限制孔30，例如两个限制孔30。在另外的实施例中，外围边沿15可包括两个或更多个平的或基本平的部分31，其沿外围边沿15分布且各自包括一个或多个限制孔30。在该情况下，平的或基本平的部分31可在不同的方向上(例如，包括朝热交换器区域5的中心线x)转动。
特别地，外围边沿15可包括四个平的或基本平的部分31，其彼此垂直地布置以形成方形或矩形状的第一入口端口孔11，其中四个其余部分31各自可形成具有短的或非常短的曲率半径的角部。第一入口端口孔11的另外的形状是可能的，诸如三角形、五边形等。
图中公开的实施例中的其余部分32的形状可脱离具有恒定曲率半径的圆形形状，且因此可为卵形的、椭圆形的或不规则的。
本发明不限于所公开的实施例，而是可在以下权利要求书的范围内变化和修改。

Claims (12)

1.一种热交换器板(1)，其构造成由构造成用于汽化第一流体的板式热交换器所包括，所述热交换器板(1)包括
热交换器区域(5)，所述热交换器区域(5)与所述热交换器板(1)的延伸平面(p)平行地延伸且包括脊和谷的波纹(7)，
边缘区域(6)，所述边缘区域(6)围绕所述热交换器区域(5)延伸，
多个端口孔(11-14)，其延伸穿过所述热交换器区域(5)，所述端口孔(11-14)包括用于所述第一流体的第一入口端口孔(11)，
外围边沿(15)，所述外围边沿(15)包绕所述第一入口端口孔(11)且横向于所述延伸平面(p)从所述外围边沿(15)的根端(16)延伸到所述外围边沿(15)的边缘(17)，其中所述外围边沿(15)具有围绕所述第一入口端口孔(11)的周向长度，以及
至少一个圆形的限制孔(30)，其延伸穿过所述外围边沿(15)，
其特征在于，所述外围边沿(15)沿所述周向长度包括至少一个平的或基本平的部分(31)，所述限制孔(30)延伸穿过所述平的或基本平的部分(31)，且所述限制孔(30)具有至少0.5mm的直径，其中所述端口孔(11-14)具有相应的流动面积且包括用于所述第一流体的第一出口端口孔(12)，且其中所述第一入口端口孔(11)的流动面积小于所述第一出口端口孔(12)的流动面积。
2.根据权利要求1所述的热交换器板，其特征在于，所述外围边沿(15)的平的或基本平的部分(31)横向于所述热交换器板(1)的延伸平面(p)延伸。
3.根据权利要求1或2所述的热交换器板，其特征在于，所述平的或基本平的部分(31)具有与所述热交换器板(1)的延伸平面(p)平行测量的长度，所述长度为所述周向长度的至少10％。
4.根据权利要求1或2所述的热交换器板，其特征在于，相比于到所述外围边沿(15)的边缘(17)，所述限制孔(30)定位成更接近于所述根端(16)。
5.根据权利要求1或2所述的热交换器板，其特征在于，所述平的或基本平的部分(31)朝所述热交换器区域(5)的中心线(x)转动。
6.根据权利要求1或2所述的热交换器板，其特征在于，所述外围边沿(15)包括两个平的或基本平的部分(31)，且其中相应的限制孔(30)延伸穿过所述平的或基本平的部分(31)中的每个。
7.根据权利要求1或2所述的热交换器板，其特征在于，所述波纹(7)的脊和谷在距主延伸平面(p)一定距离处的初级水平(p')与在所述主延伸平面(p)的相反侧上并距其一定距离处的次级水平(p”)之间延伸，且其中所述热交换器板(1)具有由所述初级水平(p')与所述次级水平(p”)之间的距离限定的压制深度(d)，且其中所述外围边沿(15)具有比所述压制深度(d)的两倍更长的垂直于所述主延伸平面(p)的高度(H)。
8.一种板式热交换器，其包括多个热交换器板，其中所述多个热交换器板包括第一热交换器板和第二热交换器板，所述第一热交换器板中的每个构成根据权利要求1至7中任一项所述的热交换器板。
9.根据权利要求8所述的板式热交换器，其特征在于，所述第一热交换器板和所述第二热交换器板以交替的顺序布置在所述板式热交换器的板组中以形成用于待汽化的第一流体的第一板间隙(3)和用于第二流体的第二板间隙(4)。
10.根据权利要求9所述的板式热交换器，其特征在于，所述第一热交换器板和所述第二热交换器板的端口孔(11-14)分别形成用于所述第一流体的入口通道(21)、用于所述第一流体的出口通道(22)、用于所述第二流体的入口通道(23)和用于所述第二流体的出口通道(24)。
11.根据权利要求10所述的板式热交换器，其特征在于，所述限制孔(30)从用于所述第一流体的所述入口通道(21)穿过所述第一热交换器板的外围边沿(15)的平的或基本平的部分(31)延伸到所述第一板间隙(3)中的一个。
12.根据权利要求9至11中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，所述第一热交换器板中的一个的外围边沿(15)的边缘(17)叠盖相邻的第一热交换器板的所述外围边沿(15)的根端(16)以形成叠盖接头。
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