CN1440501A - 板式热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种板式热交换器，其包括至少一组叠置的板件，每一板件具有中心传热部和围绕该部的边缘部(15)，该板件的传热部在彼此之间界定出用于至少一种热交换流体(F1)的流动空间，并且每一板件为双壁结构并包括两个尺寸大体上相同且压制成大体上相同形式的传热板(1，5；2，6；3，7；4，8)，该传热板彼此靠近，但仍限定出一在彼此面对的其表面之间的空间，并且该传热板使得经一个传热板(1，5；2，6；3，7；4，8)中的孔漏出的热交换流体(F1)在该传热板之间被引导至该板件的边缘部(15)。在至少一个板件中的所述传热板(1，5；2，6；3，7；4，8)之间的空间中具有至少一个层状电热元件(16)，每一层状电热元件(16)包括至少一个电气连接的电阻层，以使可使用该层状电热元件(16)进行电加热。

Description

板式热交换器
技术领域
本发明涉及一种板式热交换器，其包括至少一组叠置的板件，每一板件具有中心传热部和围绕该部的边缘部。板件的该传热部在其之间界定出用于至少一种热交换流体的流动间隙。每一板件为双壁结构并且包括两个尺寸大体上相同并压制成大体上相同形式的传热板，该传热板定位成彼此接近，但仍限定出一在彼此面对的其表面之间的间隙，并且该传热板使得经一个传热板上的孔漏出的热交换流体在传热板之间被引导至板件的边缘部。
本发明还涉及一种用于至少两种热交换流体的板式热交换器，该热交换器使用至少一个密封装置永久地连接，并且该热交换器包括至少一个带有传热板的板芯部、至少两个端板、以及用于热交换流体的入口元件和出口元件。板芯部包括交替的传热板和在该交替的传热板之间的中间传热板。所述交替的传热板中的每一个板和两个相邻的中间板中的一个板分别形成一板件。
背景技术
WO，A1，91/17404示出了上述类型的板式热交换器。交替板15、17、19、21和中间板16、18、20、22在板的芯部交替布置，见图4。每一交替板和两个相邻的中间板中的一个板形成板件。经任何板的可能的流体泄漏在最靠近有关的板件之间流动并向外流入外界环境中，并且由此成为可见的。在该板式热交换器中没有对流体进行电加热的形式。
EP，B1，0787417示出了电阻层状电热元件，其包括施加在电隔离基板上的电阻薄膜通道。封装隔离层施加在顶部上。然而，该元件的表面没有被封装隔离层覆盖，而是在该层中的“窗”6使得热敏控制装置设置成直接与薄膜通道和/或该隔离基板接触。在板式热交换器中该层状电热元件的使用不是已知的。
发明内容
本发明的目的在于使得对带有板件的板式热交换器中的至少一种流体进行电加热成为可能。
本发明的板式热交换器包括至少一组叠置的板件，每一板件具有中心传热部和围绕该部的边缘部，该板件的该传热部在彼此之间界定出用于至少一种热交换流体的流动空间，并且每一所述板件为双壁结构并包括两个尺寸大体上相同且压制成大体上相同形式的传热板，该传热板彼此靠近，但仍限定出一在彼此面对的其表面之间的空间，并且该传热板使得经一个传热板中的孔漏出的热交换流体在该传热板之间被引导至该板件的边缘部。
在至少一个该板件中的传热板之间的该空间中具有至少一个层状电热元件，每一层状电热元件包括至少一个电气连接的电阻层，以使可使用该层状电热元件进行电加热。
在大多数的所述板件中的每一板件中设置有至少一个层状电热元件。在所有的所述板件中的每一板件中也可设置有至少一个层状电热元件。
所述至少一个层状电热元件接附到所述表面中的至少一个表面的一部分上并且在其上延伸。或者，所述至少一个层状电热元件还可接附到所述表面中的至少一个表面的整体上并且在其上延伸。
如果在所述板件中的至少一个板件中设置有两个或多个层状电热元件，所述层状电热元件在所述表面中的至少一个表面上以间隔开一定距离的方式彼此接附，或者所述层状电热元件在所述表面中的至少一个表面上彼此全部地或部分地重叠。
所述至少一个层状电热元件中的每一个还包括至少一个电隔离层，该隔离层位于上述电阻层和所述传热板中的至少一个传热板之间。所述至少一个电阻层中的每一个通过至少一个电气控制设备连接到至少一个电压源上。
所述至少一个电阻层中的每一个包括涂有氧化物层的金属基板层；电介质粘接层；一个或多个另外的涂层；以及电路层。所述金属是不锈钢，而所述氧化物层包括氧化铬。
第一流体流经所有的所述流动空间。或者，所述第一流体流经每隔一个的所述流动空间，而第二流体流经其余的流动空间中的至少一个。
在本发明的板式热交换器的另一实施方式的目的在于提供一种用于至少两种热交换流体的板式热交换器，该热交换器使用至少一个密封装置永久地连接，并且该热交换器包括至少一个带有传热板的板芯部、至少两个端板、以及用于所述热交换流体的入口元件和出口元件。板芯部包括交替的传热板和在该交替的传热板之间的中间传热板。
所述传热板中的每一个展示出至少一个带有凸部和凹部的中心波纹图案；流经流体开口的至少四个流动，以形成经该板芯部的用于每一流体的入口通道和出口通道；以及至少一个围绕所有部分的边缘部。
所述交替的传热板中的每一板和两个相邻的中间板中的第一板分别与所述密封装置一起形成用于热交换流体中的一种流体流动的通道，该通道从流经所述通道的一端中的开口的所述流延伸至经所述通道的相对端中的开口的所述流，每隔一个的所述通道引导所述流体中的第一流体的流动，而其余通道中的至少一个通道引导所述流体中的第二流体的流动，以便分别用于所述第一和第二流体的所述入口通道和出口通道分别与第一和第二组通道流体上连通。
所述交替的传热板中的每一板和两个相邻的中间板中的第一板分别与所述密封装置一起形成至少两个旁通通道，每一个该旁通通道成对地与经定位成彼此相对的开口的流动连接，经成对的开口的所述一个流动位于所述交替的传热板与第一中间传热板中的另一板之间，以便引导热交换流体中的一个流体旁通流经所述通道。
所述交替的传热板中的每一板和两个相邻的中间板中的第二板分别形成一板件，该板件以这样的方式形成，即在两个板之间的空间形成一通路，流经一个板中的孔的流体泄漏在板之间经该通路引导至所述板件的边缘部，以便从外侧可见，所述密封装置围绕每一对彼此相对的经开口的流动、所述交替的传热板中的每一板、以及所述第二中间传热板中的另一板进行密封，以便形成通道，流经该通道的流体在不进入所述板之间的所述空间情况下分开地流动。
在所述板件中的所述两个板之间的所述空间中具有至少一个层状电热元件，每一层状电热元件包括至少一个电气连接的电阻层，以使可使用该层状电热元件进行电加热。
所述至少一个层状电热元件中的每一个还包括至少一个电隔离层，该隔离层位于上述电阻层和所述传热板中的至少一个传热板之间。所述至少一个电阻层中的每一个通过至少一个电气控制设备连接到至少一个电压源上。
所述至少一个电阻层中的每一个包括涂有氧化物层的金属基板层；电介质粘接层；一个或多个另外的涂层；以及电路层。所述金属是不锈钢，而所述氧化物层包括氧化铬。
从后附的权利要求书中可清晰地呈现出本发明的其它方面的特征。参照附图将更详细描述本发明的实施方式的其它形式。
附图说明
图1示出了作为本发明的板式热交换器的部分的板芯部的一部分的示意性分解图；
图2示出了沿图1中II-II线截取的截面图，图1中所示的板芯部连接起来；
图3示出了沿平行于图1中的II-II线截取的截面图，接触点处于两个现有技术的板件之间；和
图4示出了沿平行于图1中的II-II线截取的截面图，接触点处于两个本发明的板件之间。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了八个本身相似的传热板1-8，其意在作为本发明的板式热交换器的部件。传热板以这种方式成对地配合使用，即，交替的传热板1与中间传热板5配合使用并形成第一板件，交替的传热板2与中间传热板6配合使用并形成第二板件，诸如此类的板以类似方式经板的芯部。在板的芯部中的相隔的板件相对于其余的板件沿相应板的平面转向180度。该传热板由薄板制成，该薄板通过压制设置有形式为凸部9和凹部10的波纹。该凸部和凹部在每一板的所谓传热部分的两侧面上形成人字形的图案。
每一板是矩形的并具有流经在每一板角部处的开口的流动。这样，以相同的方式取向的板1和5以及3和7具有分别流经开口A、B、C和D的彼此线性定位的流动，同时，板2和6以及4和8中的每一板具有流经开口A-D的对应流动，然而，开口以不同的方式定位，其结果为，这些板相对于其余板转向180度。
在图1中用虚线示出了不同传热板当它们在板的芯部中永久地连接到一起时如何彼此抵靠进行密封。这样，明显的是，在该第一板件中的板1和5将连接到一起并将仅围绕经开口A-D的流动进行彼此抵靠的密封。由于板1和5在板的芯部中以相同的方式取向，板5的凸部将定位在板1的背面上的凹部中，在背面上的该凹部形成了板1的正面上的凸部9。通常没有热交换流体在板1和5之间流动。在其余板件中的板以对应的方式仅围绕经开口A-D的每一流动彼此密封地连接到一起。
以不同方式取向的板5和2共同界定了热交换流体流经的板间隙。因此所提及的板围绕其边缘部分以及围绕流经每一板的开口的两个流动以液体密封的方式连接到一起。这样，如图1所示，沿板2的边缘部分的虚线围绕两个传热板以及所有四个端口部分，并且虚线还围绕流经该板的开口C的流动。虚线还示出了围绕流经该板的开口B的流动，但是这隐藏在图1的板5的后面。
在板5和2之间的间隙中，板2的凸部9横过并置靠于板5的背面上的凸部中，在背面上的该凸部由在该板的正面上的凹部10形成。
板5和2将在所有的接触点处永久地连接起来，该接触点处于彼此置靠的凸部之间，但在这些接触点之间存在有在板之间的流动空间。该流动空间与板2(见图1)的右侧的开口A和D连通并与板5中的相对定位的开口B和C连通，但是该流动空间不与在这两个板中的其余开口连通。流动空间以相应的方式存在于所有的板件之间。
流经传热板的开口A-D的流动形成用于两个热交换流体的经板的芯部的通道。在图1中用箭头示出了第一流体F1如何经板1的开口B引入板的芯部并经该板的开口C返回，还示出了第二流体F2如何经板1的开口D引入芯部并经该板的开口A返回。如图所示，在板式热交换器的使用期间流体F1流经板5和2以及板7和4之间平行联接的空间，同时流体F2流经板6和3之间的空间。
为了获得传热板例如板6的两个端口部分于相邻的例如板3的的两个端口部分之间的置靠，其中该相邻板相对于第一提及的板(例如板6)在其自身的平面中转向180度，在每一板上的对角线方向的端口组定位在不同的平面中。这样，在每一板的所示侧面上的围绕开口B和C的端口组定位在与凸部9的顶部相同的平面中，而在该板的另一侧面上的围绕开口A和D的端口组定位在与凸部的顶部相同的平面中，该凸部由凹部10形成在该板的该另一侧面上。
为了形成相邻板的边缘部分之间的置靠关系，其中一个板相对于另一个板在其自身的平面中转向180度，所有板的边缘部分沿相同的方向弯折，以便它们彼此部分地重叠，见图2。
在图2中，示出了沿图1中线II-II经板截取的截面图，因为传热板的数量大于八个，这些板连接到构成板的芯部的一部分上。然而，传热板的数量可根据对于传热的现有需要自由地进行选择，这样可能小于或等于八个，由此可观察到：如果在板件结构中需要进行两种流体的热交换，则板的最小数量为六个，以便更容易地观察到泄漏，并且不希望任何流体在端板(未示出)和传热板之间流动。
从图2中清晰地示出成对的板即每一板件如何彼此置靠，在该截面图中板表面似乎紧靠表面而未示出任何流动空间。然而，分别结合图3和图4对板的整个区域上的不完整的置靠进行以下解释。相邻板件又产生在彼此之间的用于两种热交换流体F1和F2的细长的通道11、12和13。通道11和13意在用于热交换流体F1，而通道12意在用于热交换流体F2。仅最后提及的通道12与所示的经板的芯部的通道14连通。
从图2中还明显地示出板1、5、2和6以及板3、7、4和8如何以液体密封的方式围绕通道14彼此连接到一起。在板的边缘部分15处，仅板5和2、以及6和3、以及7和4以液体密封的方式连接到一起，同时其余的板仅彼此置靠。
因为如上所述传热板设置有形式为凸部9和凹部10的波纹，同时形成人字形图案，并且因为如上所述在板的芯部中的相隔的板件相对于其余的板件沿相应板的平面转向180度，在板的芯部中板件上的波纹部分在许多点处置靠在相邻板件上的波纹部分上。
如果使用现有技术的板件，即这样一种板件，其中在所有的其区域突出部分中在每一交替板上的凸部和凹部分别与在中间板上的相应凸部和凹部配合并且紧密接触，其结果如图3所示，图3为经该接触点的截面图。在每一板件中的板之间的空间是最小的，但是仍导致流体可能经任何板泄漏到板的芯部的边缘部分。然而，如果该空间制造成较大的话，其还可容纳一个或多个加热装置，以使可对在板的芯部中的流体进行直接电加热。该空间可以不同方式而改变。
这样，使用根据本发明的板件，其中在每一交替板上的凸部和凹部在相应的区域突出部分的较大部分上分别与在相应的中间板上的相应凸部和凹部配合并且紧密接触。与(即超过半数的)或最优选为所有这些点的较大部分中的至少一个或每一个相反，最靠近地围绕定位区域，其中在一板件上的凸部和凹部置靠在另一板件上的凸部和凹部上，不存在上述的配合和紧密接触。在板的芯部连接到一起时，其结果如图4所示，该图示出了经接触点的截面图。在每一板件中的板之间的空间展示了多个区域扩大的空间，每一该空间适合于放置一个或多个加热装置。
根据图4的实施形式中，在每一接触点处每一板件具有一个区域扩大的空间，并且在该可进入的每一区域空间中具有一形式为层状电热元件16的加热装置。每一个层状电热元件16包括一个电阻层和两个电隔离层，该两个电隔离层包围该电阻层。每一电阻层通过电气控制设备连接到电压源上，以便使得电阻层的加热成为可能。
每一电阻层由例如不锈钢的金属基板构造成，该金属基板又涂覆有氧化物层，例如氧化铬；粘接层；一个或多个另外的分离的涂层；以及最后的钯银合金或任何其它适当的主要材料为镍、铂、银或碳的电路层。该电路层通过所述的电气控制设备连接到上述的电压源上。上述粘接层具有与钢大致相同的热膨胀系数，上述另外的分离的涂层中的一个位于最外的涂层具有与印刷涂料层大致相同热膨胀系数，该印刷涂料层使得可使用丝网印刷来施加电路层。
上述的电隔离层由陶瓷材料构造成，但是也可使用任何其它的适当的电隔离材料。
在一实施方式中，每一交替板上的凸部的压制深度比同一板上的凹部的压制深度要大，同时每一中间板上的凸部的压制深度比同一板上的凹部的压制深度要小。
在另一实施方式中，每一交替板上的凸部的压制深度比同一板上的凹部的压制深度要小，同时每一中间板上的凸部的压制深度比同一板上的凹部的压制深度要大。
当然也可构想出带有与所述层状电热元件16结合的另一外形的传热板的板件。例如，可使用(图3)现有技术的板件，由于层状电热元件16的厚度，在每一板件中的板布置成彼此稍微间隔开。因为层状电热元件16接附到平表面上是最适当的，然而带有传热板的板件是优选的，而在其波纹图案中提供了这种平表面17(图4)，其在波纹部分的侧部18中与每一板件中的板之间的金属接触相结合。
可以将层状电热元件16接附到彼此面对的某一板件的一个表面或两个表面上。还可以将层状电热元件16接附到彼此背离的某一板件的一个表面或两个表面上。每一层状电热元件16可以在与其接附的表面的一部分上延伸或在整个表面上延伸。层状电热元件16还可彼此接附并且由此全部或部分地彼此重叠。
本发明的层状电热元件16的使用使得可以以精确和节省成本的方式在带有板件的板式热交换器中对至少一种流体进行直接的电加热。由于在每一板件中的板在波纹的侧部18中总是彼此连接，所以在板的芯部中的流体之间的热交换是有效的。形式为点、缝、线和/或面的一个或多个软焊或钎焊连接部可作为密封装置使用。然而，本发明的板件还可与任何其它永久的密封装置结合使用，例如形式为点、缝、线和/或面的焊接或粘结连接部。在软焊或钎焊中还可使用例如镍基软焊。
上述第一流体F1可与上述第二流体F2相同。上述第一流体F1可流经所有上述通道11-13中的一个或多个通道。上述第二流体F2可流经所有上述通道11-13中的一个或多个通道。
上述电气控制设备可以是任何适当的已知类型。在该板式热交换器中，带有电阻层的层状电热元件16之间没有电气连接。
层状电热元件16也可接附到不带板件的常规板式热交换器中的一个或多个单件的热交换板上。这样将相隔的板间隙用于层状电热元件16，而其余的板间隙用于流动的流体，该板式热交换器在工作过程中具有用于流体的加热器的功能。或者，可构想出流体在带有层状电热元件16的一个或多个板间隙中流动，由此在不带层状电热元件16的板间隙中流动的流体可以是相同的流体或另一流体。
本发明不限于此处所示的实施形式，而是可以根据后附的权利要求书进行改变。

Claims (16)

1.一种板式热交换器，其包括至少一组叠置的板件，每一所述板件具有中心传热部和围绕该部的边缘部(15)，该板件的该传热部在彼此之间界定出用于至少一种热交换流体(F1)的流动空间，并且每一所述板件为双壁结构并包括两个尺寸大体上相同且压制成大体上相同形式的传热板(1，5；2，6；3，7；4，8)，该传热板彼此靠近，但仍限定出一在彼此面对的其表面之间的空间，并且该传热板使得经一个传热板(1，5；2，6；3，7；4，8)中的孔漏出的热交换流体(F1)在该传热板之间被引导至所述板件的边缘部(15)，
其特征在于，在至少一个所述板件中的所述传热板(1，5；2，6；3，7；4，8)之间的所述空间中具有至少一个层状电热元件(16)，每一层状电热元件(16)包括至少一个电气连接的电阻层，以使可使用该层状电热元件(16)进行电加热。
2.如权利要求1所述的板式热交换器，其特征在于，其在大多数的所述板件中的每一板件中设置有至少一个层状电热元件(16)。
3.如上述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，其在所有的所述板件中的每一板件中设置有至少一个层状电热元件(16)。
4.如上述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，所述至少一个层状电热元件(16)固定到所述表面中的至少一个表面的一部分上并且在其上延伸。
5.如上述权利要求1-3中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，所述至少一个层状电热元件(16)固定到所述表面中的至少一个表面的整体上并且在其上延伸。
6.如权利要求1所述的板式热交换器，其特征在于，其在所述板件中的至少一个板件中设置有两个或多个层状电热元件(16)。
7.如权利要求6所述的板式热交换器，其特征在于，所述层状电热元件(16)在所述表面中的至少一个表面上以间隔开一定距离的方式彼此接附。
8.如权利要求6所述的板式热交换器，其特征在于，所述层状电热元件(16)在所述表面中的至少一个表面上彼此全部地或部分地重叠。
9.如上述权利要求1-5中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，所述至少一个层状电热元件(16)中的每一个还包括至少一个电隔离层，该隔离层位于上述电阻层和所述传热板中的至少一个传热板之间。
10.如上述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，第一流体(F1)流经所有的所述流动空间。
11.如上述权利要求1-9中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，所述第一流体(F1)流经每隔一个的所述流动空间，而第二流体(F2)流经其余的流动空间中的至少一个。
12.一种用于至少两种热交换流体(F1，F2)的板式热交换器，该热交换器使用至少一个密封装置永久地连接，并且该热交换器包括至少一个带有传热板(1-8)的板芯部、至少两个端板、以及用于所述热交换流体(F1，F2)的入口元件和出口元件，并且其中
所述板芯部包括交替的传热板(1-4)和在该交替的传热板(1-4)之间的中间传热板(5-8)，
所述传热板(1-8)中的每一个展示出至少一个带有凸部(9)和凹部(10)的中心波纹图案；流经流体开口(A-D)的至少四个流动，以形成经该板芯部的用于每一流体(F1，F2)的入口通道和出口通道(14)；以及至少一个围绕所有部分的边缘部(15)，
所述交替的传热板(1-4)中的每一板和两个相邻的中间板(5-8)中的第一板分别与所述密封装置一起形成用于热交换流体(F1，F2)中的一种流体流动的通道(11-13)，该通道从流经所述通道(11-13)的一端中的开口(A-D)的所述流延伸至经所述通道(11-13)的相对端中的开口(A-D)的所述流，每隔一个的所述通道(11，13)引导所述流体中的第一流体(F1)的流动，而其余通道(12)中的至少一个通道引导所述流体中的第二流体(F2)的流动，以便分别用于所述第一(F1)和第二(F2)流体的所述入口通道和出口通道(14)分别与第一和第二组通道(11-13)流体上连通，
所述交替的传热板(1-4)中的每一板和两个相邻的中间板(5-8)中的第一板分别与所述密封装置一起形成至少两个旁通通道，每一个该旁通通道成对地与经定位成彼此相对的开口(A-D)的流动连接，经成对的开口(A-D)的所述一个流动位于所述交替的传热板(1-4)与第一中间传热板(5-8)中的另一板之间，以便引导热交换流体(F2，F1)中的一个流体旁通流经所述通道(11-13)，
所述交替的传热板(1-4)中的每一板和两个相邻的中间板(5-8)中的第二板分别形成一板件，该板件以这样的方式形成，即在两个板(1，5；2，6；3，7；4，8)之间的空间形成一通路，流经一个板(1，5；2，6；3，7；4，8)中的孔的流体泄漏在板之间经该通路引导至所述板件的边缘部，以便从外侧可见，所述密封装置围绕每一对彼此相对的经开口(A-D)的流动、所述交替的传热板(1-4)中的每一板、以及所述第二中间传热板(5-8)中的另一板进行密封，以便形成通道，流经该通道的流体(F1，F2)在不进入所述板之间的所述空间情况下分开地流动，
其特征在于，在所述板件中的所述两个板(1，5；2，6；3，7；4，8)之间的所述空间中具有至少一个层状电热元件(16)，每一层状电热元件(16)包括至少一个电气连接的电阻层，以使可使用该层状电热元件(16)进行电加热。
13.如权利要求12所述的板式热交换器，其特征在于，所述至少一个层状电热元件(16)中的每一个还包括至少一个电隔离层，该隔离层位于上述电阻层和所述两个板中的至少一个板之间。
14.如上述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，所述至少一个电阻层中的每一个通过至少一个电气控制设备连接到至少一个电压源上。
15.如上述权利要求中任一项所述的板式热交换器，其特征在于，所述至少一个电阻层中的每一个包括涂有氧化物层的金属基板层；电介质粘接层；一个或多个另外的涂层；以及电路层。
16.如权利要求15所述板式热交换器，其特征在于，所述金属是不锈钢，而所述氧化物层包括氧化铬。
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