TW201702547A - 熱交換器板以及板式熱交換器 - Google Patents

Abstract

本案揭示一種熱交換器板(2)，其包含：一熱交換器區域(11)；至少兩個埠口(12)，其各具有一直徑(D)；以及至少兩個埠口區域(13)。該等埠口中之每一者由該等埠口區域中一相對應的一者包圍。該等埠口區域與彼此分離。每一埠口區域包含樑(20)之一波紋結構。該等樑中之每一者具有一末端並沿一相對應延伸方向(23)朝向該埠口延伸。該等樑中之每一者之該延伸方向穿過該樑之該末端與一輻射線(25)形成一銳角(α)。

Description

熱交換器板以及板式熱交換器

本發明係關於熱交換器板，該熱交換器板包含：熱交換器區域；至少兩個埠口，其各具有直徑；以及至少兩個埠口區域，其中埠口中之每一者由埠口區域中相對應的一者包圍，其中埠口區域與彼此分離，其中每一埠口區域具有樑(beam)之波紋結構，且其中樑中之每一者具有末端並沿相對應延伸方向朝向埠口延伸。

本發明係亦關於具有此種熱交換器板之板式熱交換器。

板式熱交換器之此類熱交換器板之埠口區域在板式熱交換器之操作期間經受強及變化的荷載。當每隔一個的板間隙之壓力增大時，大拉力出現在埠口區域中，該等大拉力傾向於將鄰近熱交換器板拉開，尤其在銅焊或熔接的板式熱交換器的情況下。特別地，大的力將因而出現在埠口區域中之樑的接觸區處或周圍。

在樑之末端部分處提供接觸區為不利的，因為熱交換器板之埠口區域之材料厚度在樑之其中材料在若干方向上彎曲及變形的末端部分處為最薄的。因此，末端部分不適用於承受大荷載。若接觸區位於樑之末端部分處，則因而將存在一種在熱交換器板之材料中出現裂紋之危險。

其中熱交換器區域之樑在同一方向上延伸至埠口區域中的 板式熱交換器將在埠口區域中具有不規則定位的接觸區。換言之，一些接觸區將接近於埠口定位，且另一些更遠離埠口定位。此外，埠口區域中之鄰近接觸區之間的距離將圍繞埠口變化。此在埠口區域之強度方面為不利的。

US 8,109,326揭示一種傳熱板，該傳熱板旨在與其他傳熱板一起構成板堆疊體，該板堆疊體具有用於熱交換器之永久連接板，其中傳熱板具有第一長側及相對第二長側，第一短側及相對第二短側，展現脊部及谷部之圖案的傳熱表面、第一埠區域及第二埠區域，第一埠區域位於第一長側與第一短側之間會合處所形成的第一拐角部分中，第二埠區域位於第二長側與第一短側之間會合處所形成的第二拐角部分中，且第一埠區域連接至許多脊部及谷部，其中脊部及谷部原則上具有自第一埠區域對角式朝向第二長側之範圍。

WO 201173083揭示一種熱交換器板，該熱交換器板包括底部，該底部具有分別放置於四個拐角區域中之四個流體通路開口，該底部經提供具有自板之中間縱向軸之兩側延伸的人字形圖案波紋結構。板之波紋結構旨在與相同的鄰近板之波紋結構以豎直鄰近關係相交，其中兩個板皆旋轉180°，由此形成用於其共同的銅焊之逐點接觸區域。該底部在拐角區域中及通路開口附近處具有附加的升高區域，該等區域能夠限定用於銅焊之附加的逐點接觸區域，由此使得有可能自熱交換器改良耐壓性。

本發明之目標係補救以上論述之問題。詳言之，本發明之目的在於改良熱交換器板之埠口周圍的埠口區域強度以及改良板式熱交換器 之強度。

此目標藉由熱交換器板達成，該熱交換器板最初定義並表徵為樑中之每一者的延伸方向穿過樑之末端與輻射線形成銳角。

相對於輻射線傾斜之此類樑導致以下有利解決方案：板式熱交換器之鄰近熱交換器板之埠口區域的相對樑將在位於與相對應樑之末端的一段距離處之接觸區處彼此交叉。因此，可避免樑之末端附近的其中樑之材料為最薄的接觸區。因此，如所主張之熱交換器板導致改良的埠口區域強度且因此以及改良的板式熱交換器強度。

根據本發明之實施例，樑中之每一者的銳角大體上相等或為相等的。此特徵有助於位於與樑之末端的一段距離處及位於與埠口的相同距離處之所有接觸區。因此，可達成埠口區域之圍繞埠口的均勻強度。

根據本發明之其他實施例，樑大體上等距地或等距地圍繞埠口提供。此外，此特徵有助於埠口區域之圍繞埠口的均勻強度，因為荷載將圍繞埠口均勻分佈。

根據本發明之其他實施例，每一樑之延伸方向相對於圓相切，該圓具有小於埠口之直徑的直徑並與埠口同心。此定義遵照上文定義之銳角。

根據本發明之其他實施例，銳角α大於10°。銳角α可大於20°。銳角α可大於30°。銳角α可大於40°。

根據本發明之其他實施例，銳角α小於80°。銳角α可小於70°。銳角α可小於60°。銳角α可小於50°。

根據本發明之其他實施例，圓之直徑短於埠口之直徑的 80%。圓之直徑可短於埠口之直徑的70%。圓之直徑可短於埠口之直徑的60%。

根據本發明之其他實施例，圓之直徑可長於埠口之直徑的20%。圓之直徑可長於埠口之直徑的30%。圓之直徑可長於埠口之直徑的40%。

根據本發明之其他實施例，每一樑之末端位於與埠口之一段距離處。因此，可能圍繞埠口存在環形平坦區域。環形平坦區域可在埠口與埠口區域之樑的末端之間延伸。此種平坦環形區域有助於加強埠口區域。

根據本發明之其他實施例，埠口區域之樑中之每一者沿該延伸方向具有細長形狀。

有利地，細長形狀可為筆直的或大體上筆直的。

根據本發明之其他實施例，樑中之每一者具有相對末端。相對末端可接近於熱交換器區域定位。因此，埠口區域之樑中之每一者可自相對末端朝向埠口延伸至樑之末端。

根據本發明之其他實施例，每一樑之相對末端定位於相對應埠口區域內。

根據本發明之其他實施例，每一樑之相對末端位於與熱交換器區域之波紋結構之樑的一段距離處。

有利地，可隨後在埠口區域之樑之相對末端與熱交換器區域之間或與熱交換器區域之樑之間存在可能為平坦的環形區域。

根據本發明之其他實施例，樑中之至少一些者的相對末端連接至熱交換器區域之波紋結構的樑或至少一個樑。較佳地，埠口區域之超 過50%的樑連接至熱交換器區域之波紋結構的樑。

根據本發明之其他實施例，每一樑具有彎曲形狀，進而在延伸方向上交叉兩次。樑之此種彎曲形狀允許每一樑形成兩個接觸區，從而可有助於埠口區域之甚至更高的強度。

亦藉由板式熱交換器達成該目標，該板式熱交換器最初定義並包含如上定義之複數個熱交換器板。

根據本發明之其他實施例，一個熱交換器板之埠口區域的每一樑與鄰近熱交換器板之埠口區域中之一者的樑形成接觸區。

例如，板式熱交換器中之每隔一個的熱交換器板可相對於剩餘的熱交換器板旋轉180°。亦為可能的為，板式熱交換器中之兩種(包括兩種或更多種)熱交換器板(例如每隔一個的熱交換器板)可具有反向圖案。

根據本發明之其他實施例，每一樑具有彎曲形狀，進而在延伸方向上交叉兩次，且其中一個熱交換器板之埠口區域的每一樑形成兩個接觸區。在其中皆位於與樑之末端的一段距離處的兩個接觸區的情況下，埠口之強度可進一步得到改良。

有利地，兩個接觸區亦定位於與樑之相對末端的一段距離處。

根據本發明之其他實施例，一個熱交換器板之埠口區域的每一樑與鄰近熱交換器板之埠口區域的兩個樑形成兩個接觸區。

現將經由各種實施例之描述並參考在此所附之圖式更詳細地解釋本發明。

圖1示意性揭示根據本發明之第一實施例的板式熱交換器之前視圖。

圖2示意性揭示圖1中之板式熱交換器之側視圖。

圖3示意性揭示沿圖1中之線III-III穿過板式熱交換器之縱向截面。

圖4示意性揭示圖1中之板式熱交換器之熱交換器板的平面視圖。

圖5揭示圖4中年之熱交換器板之埠口區域中之一部分的更詳細平面視圖。

圖6揭示根據本發明之第二實施例的板式熱交換器之熱交換器板之埠口區域中之一部分的更詳細平面視圖。

圖1-3揭示一種板式熱交換器1，該板式熱交換器1包含複數個熱交換器板2之板封裝。熱交換器板2包含：壓力板2a，其可形成最外板；以及框架板2B，其可形成其他最外板。

參見圖3，熱交換器板2形成用於第一介質之第一板間隙3及用於第二介質之第二板間隙4。第一板間隙3及第二板間隙4以交替順序佈置於板式熱交換器1中。

板式熱交換器1包含用於第一介質之第一進口6、用於第一介質之第一出口7、用於第二介質之第二進口8及用於第二介質之第二出口9。

圖4揭示熱交換器板2中之一者。在所揭示之實施例中，所有熱交換器板2均相同。此外，壓力板2a及框架板2b可相同於剩餘的熱交換器板2。

在板式熱交換器1中，每隔一個的板2旋轉180°。

然而，應注意，熱交換器板不需要為相同的，但例如每隔一個的熱交換器板可為反向的，亦即，熱交換器板之圖案為反向的。板式熱交換器可因此包含兩個或更多個不同種類的熱交換器板。

根據第一實施例，每一熱交換器板2包含熱交換器區域11及四個埠口12。縱向中心軸x沿熱交換器板2延伸。

應注意，每一熱交換器板2可包含另一數量的埠口12，例如兩個，一個用於第一介質之進口且另一個用於第一介質之出口，其中第二介質之進口及出口藉由板封裝中之開放側形成。此在多於四個埠口之情況下亦為可能的，例如在多於兩種介質之情況下。

每一埠口12具有直徑D。

每一埠口12由埠口區域13中相對應的一者包圍。如圖4中可見，埠口區域13與彼此分離。

在所揭示之實施例中，埠口區域13中之每一者為環形的，亦即，每一埠口區域13圍繞相對應埠口12一直延伸。

在所揭示之實施例中，每一埠口12及埠口區域13為環狀的或大體上環狀的。應注意，埠口12及埠口區域可具有偏離環形形狀之形狀，例如卵形或橢圓形，或類似多邊形之形狀。

在所揭示之實施例中，四個埠口12及埠口區域13為相同的。然而，應注意，埠口12及埠口區域13可能不同於彼此，例如相對於埠口12及埠口區域13之大小而言。

熱交換器板2亦包含邊緣區域14，邊緣區域14形成熱交換器板2之外部部分。邊緣區域14包圍熱交換器區域11。

在所揭示之實施例中，邊緣區域14經配置為彎曲離開熱交換器區域11之凸緣，如圖2及3中可見。

在所揭示之實施例中，熱交換器板2例如經由銅焊、熔接或膠合而永久結合至彼此。永久結合點可沿兩個鄰近熱交換器板2之邊緣區域14之凸緣延伸。因此，在兩個鄰近熱交換器板2之間封閉的板間隙3、4可為密封的。

在第一實施例中，具有相對應埠口12之埠口區域13離邊緣區域14有一段距離地位於熱交換器區域11上。然而，應注意，埠口區域13可相鄰於邊緣區域14定位，參見例如圖6。

熱交換器區域11具有以本來已知的方式形成脊部及谷部之樑15的波紋結構。在所揭示之實施例中，熱交換器區域11之波紋結構之樑15在同一方向上全部對角地延伸。樑15與縱向中心軸x形成一角度。

應注意，熱交換器區域11之樑15之波紋結構的圖案可不同於所揭示之例如所謂魚骨圖案，其中樑15形成箭頭狀圖案。波紋結構亦可在熱交換器區域11之不同區段中不同。此外，可能存在熱交換器區域11之相鄰於埠口區域13的不同波紋結構形成所謂分配區域。

每一埠口區域13亦包含在埠口區域13處形成脊部及谷部之樑20之波紋結構。埠口區域13之樑20中之每一者具有轉而朝向埠口12之末端21及轉而朝向熱交換器區域11或朝向邊緣區域14之相對末端22，亦參見圖6。

埠口區域13之樑20中之每一者沿相對應延伸方向23朝向埠口12延伸。埠口區域13之每一樑20沿延伸方向23具有細長形狀。在第 一實施例中，細長形狀為筆直的或大體上筆直的。

在第一實施例中，埠口區域13之每一樑20之末端21位於自埠口12的一段距離上，如在圖5中可見。因此，在埠口12與埠口區域13之樑20的末端21之間存在環形平坦區域24。

埠口區域13之每一樑20之相對末端22位於相對應埠口區域13內。在第一實施例中，樑20中之至少一些者之相對末端22連接至熱交換器區域11之波紋結構之樑15。

展示埠口區域13中之僅一部分的圖5揭示一個樑20，該樑20不連接至熱交換器區域11之任何樑15。當然可存在埠口區域13之多於一個的樑20，該樑20不連接至熱交換器區域11之任何樑15。例如埠口區域13之2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個或甚至更多個樑20可能不連接至熱交換器區域11之任何樑15。

圖5亦揭示埠口區域13之至少三個樑20，該等樑20連接至熱交換器區域11之兩個樑15。此外，樑20之此數量可更大或更小。

此外，圖5展示埠口區域13之兩個樑20之實例，該兩個樑20連接至熱交換器區域11之同一樑15。

埠口區域13之樑20中之每一者的延伸方向23與輻射線25形成銳角α，輻射線25延伸穿過埠口區域13之樑20之末端21並穿過埠口之中心C。

埠口區域13之樑20中之每一者的銳角α大體上相等或為相等的。

銳角α可大於10°、大於20°、大於30°或大於40°。

此外，銳角α可小於80°、小於70°、小於60°或小於50°。

例如，銳角α可為45°或約45°。

因此，埠口區域13之每一樑20的延伸方向23相對於圓26相切。圓26具有直徑d，直徑d小於埠口12之直徑D。圓26與埠口12同心，亦即，圓26之中心C形成埠口12之中心。

圓26之直徑d可短於埠口12之直徑D的80%，可短於埠口12之直徑D的70%，或可短於埠口12之直徑D的60%。

此外，圓26之直徑d可長於埠口12之直徑D的20%，可長於埠口12之直徑D的30%，或可長於埠口12之直徑D的40%。

埠口區域13之樑20圍繞埠口12等距地提供。

圖5例示板式熱交換器1之板封裝的兩個熱交換器板2。用連續線展示第一熱交換器板2之樑15及20，而用虛線展示第二鄰近及下伏熱交換器板2之樑15及20。如上所指出，第二熱交換器板2相對於第一熱交換器板2旋轉180°。

第一熱交換器板2之埠口區域13的每一樑20與第二熱交換器板2之埠口區域13的樑20形成接觸區30。如圖5中可見，接觸區30遠離末端21及遠離相對末端22或離末端21及離相對末端22有一段距離地位於樑20之中心部分處。

接觸區30圍繞埠口12等距地提供。

接觸區30具有相對小的大小。該等接觸區30可具有卵形形狀或輪廓，如在圖5及6中可見。

接觸區30亦位於與埠口12的相同距離上，並位於與埠口 12之中心的相同距離上。

圖6例示第二實施例，第二實施例不同於第一實施例係由於埠口區域之每一樑20具有細長延伸部，但具有彎曲形狀或稍微彎曲的形狀，進而在樑20之延伸方向23上交叉兩次。

圖6例示在板式熱交換器1之板封裝中相鄰於彼此的兩個熱交換器板2，儘管已用連續線展示兩個熱交換器板2。

第二實施例不同於第一實施例亦由於，埠口區域13之樑20中之每一者的相對末端22位於與熱交換器區域11之樑15之末端的一段距離處。因此，存在圍繞埠口區域13延伸之環形區域27。在圖6中，環形區域27在埠口區域13與熱交換器區域11之間以及埠口區域13與邊緣區域之間延伸。

環形區域27沒有樑。環形區域27可為平坦的或大體上平坦的。

歸咎於彎曲形狀，一個熱交換器板2之埠口區域13的樑20中之每一者與鄰近熱交換器板2形成兩個接觸區30。更確切而言，在第二實施例中，一個熱交換器板2之埠口區域13的每一樑20與鄰近熱交換器板2之埠口區域13的兩個樑20形成兩個接觸區30，如在圖6中可見。

接觸區30中之兩者皆位於與相對應樑20之末端21的一段距離上，並位於與相對應樑之相對末端22的一段距離上。

即使所揭示之實施例參考永久結合板式熱交換器，但本發明可亦適用於板式熱交換器，其中熱交換器板以其他方式結合，例如藉助於繫緊螺栓。在此情況下，邊緣區域14可經配置來允許使墊片定位於鄰近熱 交換器板之間。

本發明不限於所揭示及論述之實施例，但可在申請專利範圍範疇內經變化及修改。

D‧‧‧直徑

X‧‧‧縱向中心軸

α‧‧‧銳角

2‧‧‧熱交換器板

11‧‧‧熱交換器區域

12‧‧‧埠口

13‧‧‧埠口區域

14‧‧‧邊緣區域

15‧‧‧樑

20‧‧‧樑

23‧‧‧延伸方向

25‧‧‧輻射線

Claims (15)

1. 一種熱交換器板(2)，其包含：一熱交換器區域(11)，至少兩個埠口(12)，其各具有一直徑(D)，至少兩個埠口區域(13)，其中該等埠口(12)中之每一者由該等埠口區域(13)中一相對應的一者包圍，其中該等埠口區域(13)與彼此分離，其中每一埠口區域(13)包含樑(20)之一波紋結構，以及其中該等樑(20)中之每一者具有一末端(21)並沿一相對應延伸方向(23)朝向該埠口(12)延伸，該熱交換器板之特徵在於，該等樑(20)中之每一者之該延伸方向(23)穿過該樑(20)之該末端(21)與一輻射線(25)形成一銳角(α)。
2. 如申請專利範圍第1項之板式熱交換器，其中該等樑(20)中之每一者的該銳角(α)大體上相等。
3. 如申請專利範圍第1及2項中任一項之熱交換器板，其中該等樑(20)圍繞該埠口(12)等距地提供。
4. 如前述申請專利範圍項中任一項之熱交換器板，其中每一樑(20)之該延伸方向(23)相對於一圓(26)相切，該圓(26)具有小於該埠口(12)之該直徑(D)之一直徑(d)並與該埠口(12)同心。
5. 如前述申請專利範圍項中任一項之熱交換器板，其中該銳角(α)大於10°。
6. 如前述申請專利範圍項中任一項之熱交換器板，其中該銳角(α)小於 80°。
7. 如前述申請專利範圍項中任一項之熱交換器板，其中每一樑(20)之該末端(21)位於與該埠口(12)之一段距離處。
8. 如前述申請專利範圍項中任一項之熱交換器板，其中該樑(20)中之每一者具有一相對末端(22)。
9. 如申請專利範圍第8項之熱交換器板，其中每一樑(20)之該相對末端(22)位於該相對應埠口區域(13)內。
10. 如申請專利範圍第8及9項中任一項之熱交換器板，其中該等樑(20)中之至少一些者之該相對末端(22)連接至該熱交換器區域(11)之一波紋結構之一樑(15)。
11. 如前述申請專利範圍項中任一項之熱交換器板，其中每一樑(20)具有一彎曲形狀，進而在該延伸方向(23)上交叉兩次。
12. 一種板式熱交換器(1)，其包含如前述申請專利範圍項中任一項之複數個熱交換器板(2)。
13. 如申請專利範圍第12項之板式熱交換器，其中一個熱交換器板(2)之該等埠口區域(13)的每一樑(20)與一鄰近熱交換器板(2)之該等埠口區域(13)中之一者的一樑(20)形成一接觸區(30)。
14. 如申請專利範圍第13項之板式熱交換器，其中該埠口區域(13)之每一樑(20)具有一彎曲形狀，進而在該延伸方向(25)上交叉兩次，且其中一個熱交換器板(2)之該埠口區域(13)之每一樑(20)形成兩個接觸區(30)。
15. 如申請專利範圍第14項之板式熱交換器，其中一個熱交換器板(2)之該埠口區域(13)的每一樑(20)與該鄰近熱交換器板(2)之該埠口區域(13)的 兩個樑(20)形成兩個接觸區(30)。