TW202043691A - 熱交換器板及板式熱交換器 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種板式熱交換器，其包含一熱交換器板（1），該熱交換器板具有一四邊形形狀，其具有兩個相對的初級側（5）及兩個相對的次級側（6），及一縱向中心軸線（x），該縱向中心軸線與該等初級側平行。該熱交換器板包含具有隆脊（8）及凹部（9）之一波紋的一熱交換器區域（7）。四個孔口區域（14）位於該熱交換器板之一各別拐角處，且每一孔口區域皆包含延伸穿過該熱交換器板之一各別孔口（15）。一邊緣區域（16）圍繞該熱交換器區域及該等孔口區域延伸且鄰接該熱交換器區域及該等孔口區域。該熱交換器區域包含一主要區域及一局部區域，該局部區域沿著該等初級側中之一者延伸且鄰接該邊緣區域及該等孔口區域中之一者。該局部區域之該等凹部朝向該縱向中心軸線漸縮。

Description

熱交換器板及板式熱交換器

本發明係關於一種如技術方案1的前言之熱交換板。本發明亦係關於如技術方案11的前言之板式熱交換器。

在例如用於空調應用的板式熱交換器中，難以在形成用於載熱介質（例如水）之入口的孔口區域旁邊的封閉孔口區域周圍獲得足夠的載熱介質流動。當進入熱交換器區域時，在封閉孔口區域周圍流動的載熱介質遇到過高的流動阻力。此可歸因於熱交換器區域的相對較高的θ圖案，即，可相對於熱交換器板的縱向中心軸線具有較大的所謂人字形角或傾角的波紋的圖案。相對較高的θ圖案會產生更多的湍流，且因此產生較多熱傳遞，較高壓降及較高流阻。

US9448013揭示一種板式熱交換器，其包括複數個熱交換器板，每一熱交換器板具有用於流體的入口及出口。熱交換器板中之每一者包含具有波紋或隆脊及凹部的熱交換器區域。

US8109326揭示一種熱交換器板，其具有帶有隆脊及凹部的波紋的熱交換器區域。隆脊的寬度隨隆脊的延伸而變化。隆脊的寬度愈小，波峰部分的寬度愈小。

US4630674揭示一種板式熱交換器，其包括複數個熱交換器板。熱交換器板中之每一者包含帶有波紋或隆脊及凹部的熱交換器區域以及四個孔口區域。熱交換器區域由墊圈界定。凹槽自熱交換器區域的一側漸縮，而隆脊自熱交換器區域的相對側漸縮。

本發明的目的為克服上文所論述問題。更精確地，本發明的目的為提供一種熱交換器板及一種板式熱交換器，其准許圍繞一封閉孔口的一經改良流動。

此目的藉由最初定義的熱交換器板來實現，該熱交換器板之特徵在於局部區域之凹部朝向縱向中心軸線漸縮。

在熱交換器區域上方延伸的熱交換器區域之波紋形成與隆脊及凹部之傾角（所謂的人字形角）有關的θ值。波紋因此可在主要區域或整個主要區域或實質上整個主要區域上方延伸。局部區域之波紋的隆脊及凹部可繼續進入主要區域，且因此可在主要區域及局部區域兩者上延伸。

主要區域之波紋的隆脊及凹部沿其延伸可具有恆定或實質上恆定的寬度。

因此，局部區域之波紋的凹部沿其遠離邊緣區域朝向主要區域及縱向中心軸線的延伸方向漸縮或具有一減小寬度。

局部區域之漸縮凹部有助於減小流體在邊緣區域內部之孔口周圍流動並穿過局部區域至主要區域的流動阻力。

局部區域可包含至少一個凹部、至少兩個凹部或至少三個凹部。局部區域可具有類三角形的形狀。局部區域小於或明顯小於主要區域。

根據本發明的具體實例，該一個孔口區域包含在邊緣區域與孔口之間的彎曲外區，其中彎曲外區形成延伸至局部區域的彎曲凹部。彎曲外區因此可在該一個孔口區域的孔口周圍延伸，且可在封閉的孔口外部及周圍將流體輸送穿過局部區域並進入主要區域。

根據本發明的具體實例，隆脊及凹部之波紋在頂部平面與底部平面之間延伸，其中該等隆脊延伸至頂部平面，且該等凹部延伸至該底部平面。彎曲外區可位於底部平面處。

根據本發明的具體實例，局部區域之凹部的波紋漸縮至局部區域與主要區域之間的過渡線。

根據本發明的具體實例，局部區域之隆脊的波紋沿著其延伸具有一恆定寬度。

根據本發明的具體實例，局部區域包含沿著邊緣區域延伸並鄰接邊緣區域的細長外區，其中細長外區為扁平的，且其中局部區域之隆脊及凹部自細長外區延伸。細長外區可形成用於流體至局部區域之入口。細長外區可位於底部平面處，且因此與局部區域之凹部處於同一位準，且與彎曲外區處於同一位準。

根據本發明的具體實例，局部區域之波紋的凹部自細長外區漸縮。因此，局部區域之凹部可自細長外區延伸至過渡線。

根據本發明的具體實例，局部區域之波紋的凹部具有與細長外區鄰接的各別端部部分，其中端部部分為彎曲的。彎曲端部部分可准許許流體較平穩地流入至局部區域之凹部中。

根據本發明的具體實例，波紋之隆脊及凹部的傾角在局部區域上較之在主要區域上較陡。因此，流動阻力在局部區域處較之在主要區域處可較小。

根據本發明的具體實例，局部區域之波紋的θ值低於主要區域之波紋的θ值。因此，與主要區域相比，局部區域可呈現相對較低壓降及相對較低流動阻力。

根據本發明的具體實例，波紋之隆脊及凹部在過渡線處彎曲。隆脊及凹部因此可准許隆脊及凹部的傾角自局部區域平滑過渡至主要區域。

根據本發明的具體實例，邊緣區域形成凸緣，該凸緣相對於延伸平面p傾斜。

目的亦藉由最初定義的板式熱交換器來實現，其特徵在於第一熱交換器板中之每一者為上文所定義類型的熱交換器板。

根據本發明的具體實例，第一及第二熱交換器板永久地彼此接合，較佳地硬焊（brazed）。

根據本發明的具體實例，板式熱交換器包含：第一入口通道，其用於第一流體且延伸穿過孔口區域中之第一者的孔口；第一出口通道，其用於第一流體且延伸穿過孔口區域中之第二者的孔口；第二入口通道，其用於第二流體且延伸穿過孔口區域中之第三者的孔口，及第二出口通道，其用於第二流體且延伸穿過該等孔口區域中之第四者的孔口，其中第一熱交換器板的局部區域鄰接第四孔口區域。自第一孔口區域之孔口流動的第一流體可在第四孔口區域周圍在第一熱交換器板上流動穿過局部區域並進入主要區域。

根據本發明的具體實例，第一入口通道及第一出口通道與第一板間隙連通，且第二入口通道及第二出口通道與第二板間隙連通。

圖1及圖2揭示板式熱交換器，其包含在板式熱交換器中以交替次序彼此並排配置的複數個第一熱交換器板1及複數個第二熱交換器板2。

板式熱交換器可經組態以作為蒸發器或冷凝器操作。然而，板式熱交換器亦可用於其他熱交換應用。在下文所論述的具體實例中，板式熱交換器經組態以作為蒸發器操作。

第一熱交換器板1及第二熱交換器板2中之每一者皆與延伸平面p平行地延伸。

第一熱交換器板1及第二熱交換器板2以一方式並排配置，使得形成用於第一流體之第一板間隙3及用於第二流體之第二板間隙4。

在所揭示的具體實例的蒸發器應用中，第一流體可為載熱流體，諸如水，且第二流體可為任何合適的致冷劑。

如在圖2中可見，第一板間隙3中之每一者由第一熱交換器板1中之一者及第二熱交換器板2中之一毗鄰者形成。第二板間隙4中之每一者由第二熱交換器板2中之一者與第一熱交換器板1中之一毗鄰者形成。

如在圖2中可見，第一板間隙3及第二板間隙4以交替次序彼此並排配置。

在所揭示具體實例中，第一熱交換器板1及第二熱交換器板2彼此永久地接合，較佳地彼此硬焊。然而，第一熱交換器板1及第二熱交換器板2可以其他方式安裝在一起，例如藉助於繫緊螺栓。

如可見，尤其在圖3及圖4中，第一熱交換器板1及第二熱交換器板2中之每一者具有四邊形形狀，具有兩個相對的平行初級側5及兩個相對的平行次級側6。在所揭示的具體實例中，四邊形形狀為帶有圓角的矩形，其中初級側5形成長邊，而次級側6形成短邊。

縱向中心軸線x延伸穿過次級側6且與初級側5平行。縱向中心軸線x與第一熱交換器板1及第二熱交換器板2中之每一者的延伸平面p平行。

第一熱交換器板1及第二熱交換器板2中之每一者包含具有隆脊8及凹部9之波紋的熱交換器區域7，亦參見圖5。熱交換器區域7平行於延伸平面p延伸。隆脊8及凹部9之波紋可以已知方式形成各種圖案，例如對角圖案、魚骨圖案或交替對角圖案，如圖3及圖4中所示出。

隆脊8及凹部7之波紋在頂部平面與底部平面之間延伸。在頂部平面及底部平面彼此且與延伸平面p平行。隆脊8延伸至頂部平面，且凹部9延伸至底部平面。

隆脊8及凹部9相對於縱向中心軸線x具有傾角，亦被稱為人字形角。隆脊8及凹部9之波紋形成與傾角有關的θ值。較大的人字形角度（相對於縱向中心軸線x較不陡）意指較高θ值；且較小的人字形角度（相對於縱向中心軸線x較陡）意指較低θ值。

第一熱交換器板1及第二熱交換器板2中之每一者亦包含四個孔口區域11、12、13、14。每一孔口區域11至14位於第一熱交換器板1及第二熱交換器板2中之各別者至各別拐角處，且包含分別延伸穿過第一熱交換器板1及第二熱交換器板2的各別孔口15。

此外，第一熱交換器板1及第二熱交換器板2中之每一者包含邊緣區域16，該邊緣區域16圍繞且鄰接熱交換器區域7及孔口區域11至14延伸。因此，邊緣區域16圍繞熱交換器區域7並形成凸緣，該凸緣相對於延伸平面p傾斜，參見圖2。

第一熱交換器板1中之一者的邊緣區域16的凸緣可以本身已知且如可在圖2中可見的方式鄰接，且可接合至第二熱交換器板2中之毗鄰者之邊緣區域16的對應凸緣。

板式熱交換器包含用於第一流體的第一入口通道21及第一出口通道22，以及用於第二流體的第二入口通道23及第二出口通道24，參見圖1及圖2。

用於第一流體的第一入口通道21延伸穿過第一孔口區域11之孔口15。用於第一流體的第一出口通道22延伸穿過第二孔口區域12之孔口15。用於第二流體的第二入口通道23延伸穿過第三孔口區域13之孔口15。用於第二流體的第二出口通道24延伸穿過第四孔口區域14之孔口15。

第一入口通道21及第一出口通道22與第一板間隙3連通，以便將第一流體供應至第一板間隙3，並自第一板間隙3排出第一流體。第二入口通道23及第二出口通道24與第二板間隙4連通，以便將第二流體供應至第二板間隙4，並自第二板間隙4排出第二流體。

第一熱交換器板1之熱交換器區域7包含主要區域30及局部區域31。局部區域31沿著初級側5中之一者延伸，且鄰接邊緣區域16及第四孔口區域14，如在圖5及圖6中更詳細地揭示。

局部區域31之波紋的隆脊8及凹部9可繼續進入主要區域30，且因此可在主要區域30及局部區域31兩者上延伸。局部區域31小於或顯著小於主要區域30。

在所揭示具體實例中，局部區域31之波紋包含四個凹部9。然而，局部區域31可包含少於或多於四個的凹部9，例如1、2、3、5或甚至更多的凹部9。每一凹部9由波紋之隆脊8界定。

如在圖5及圖6中可見，局部區域31可具有類三角形形狀。

局部區域31之凹部9朝向縱向中心軸線x且朝向主要區域30漸縮。漸縮的凹部9可具有半圓錐形或實質上半圓錐形的形狀。

局部區域31之漸縮凹部9有助於減小第一流體在邊緣區域16內部之第四孔口區域14之孔口15周圍的第一熱交換器板1上流動並穿過局部區域31至主要區域30的流動阻力。

錐角α經指示用於圖5中所揭示的四個凹部9中之三者。凹部9的錐角α可為2°至6°，尤其為3或4°。對於不同的凹部9，錐角α可不同。

在所揭示的具體實例中，第四孔口區域14包含位於邊緣區域16與孔口15之間的彎曲外區32。彎曲外區32可形成延伸至局部區域31的彎曲凹部。彎曲外區32因此可位於底部平面處，或至少具有在底部平面處的最低延伸。彎曲外區32可准許第一流體圍繞第四孔口區域14之孔口15平滑流動。

局部區域31包含細長外區33，其沿著邊緣區域16延伸並鄰接邊緣區域16。細長外區33可為扁平的或實質上扁平的。局部區域31之隆脊8及凹部9自細長外區33朝向主要區域30延伸。細長外區33位於底部平面處，且因此與彎曲外區32及局部區域31的凹部9處於同一位準。因此，第一板間隙3中之第一流體可在彎曲外區32上沿圖6中之箭頭F的方向流動至細長外區33，且自該細長外區將第一流體分配至局部區域31之四個凹部9中，如由四個較細箭頭所說明。

局部區域31之凹部9漸縮至局部區域31與主要區域30之間的過渡線34。凹部9因此可沿著其自細長外區33至過渡線34及主要區域30的延伸漸縮。

局部區域31之波紋的隆脊8沿著其延伸具有一恆定寬度。因此，隆脊8自細長外區33至過渡線34及主要區域30可具有相同寬度。主要區域30之波紋的隆脊8及凹部9沿著其延伸可具有恆定或實質上恆定的寬度。

局部區域31之凹部9具有鄰接細長外區33的各別端部部分35。如在圖5及圖6中可見，端部部分35為彎曲的或稍微彎曲的。端部部分35沿朝向邊緣區域16的向外方向朝向第四孔口區域14彎曲。

波紋之隆脊8及凹部9在局部區域31上之傾角較之在主要區域30上較陡。該傾角亦可促使局部區域31之波紋的θ值低於主要區域30之波紋的θ值。如圖5中所指示，局部區域31的隆脊8及凹部9中之每一者因此可與主要區域之對應隆脊8及凹部9形成各別角度p。角度p可為170°至179°，尤其為173°至177°。

如在圖5及圖6中可見，隆脊8及凹部9在過渡線34處彎曲。

第二熱交換器板2，參見圖4、圖7及圖8，不具有局部區域，該局部區域具有較之主要區域30漸縮的凹部9或較陡的隆脊8及凹部9。另外，第二熱交換器板2可具有隆脊8及凹部9，隆脊8及凹部9在整個熱交換器區域7上方具有恆定寬度且相對於縱向中心軸線x具有恆定傾角，即，在整個熱交換器區域7上呈人字形角。

因此，第一熱交換器板1及第二熱交換器板2可為相同的，惟除局部區域31之外，且惟除具有相同絕對值但正負號相反的隆脊及凹部的傾角之外。如在圖3及圖4中可見，第一熱交換器板1及第二熱交換器板2可經組態以按交替次序彼此堆疊。

在第一熱交換板1及第二熱交換板2之第四孔口區域14包含環形波紋37。環形波紋37設置在第四孔口區域14之孔口15周圍。環形波紋37的目的為改良第四孔口區域14之強度。環形波紋37包含沿著各別延伸方向延伸的隆脊及凹部，該等隆脊及凹部與孔口15之徑向線形成銳角，參見EP3093602。

如上文所提及，所揭示具體實例係關於一種蒸發器。根據另一具體實例，熱交換器板及板式熱交換器可用作冷凝器，其中第四孔口區域14之孔口15形成用於第二流體（即，致冷劑）的入口，而第三孔口區域之孔口15形成用於第二流體的入口。

上文所揭示及論述的具體實例經組態用於第一及第二流體的逆流流動。然而，具體實例可替代地經組態用於第一及第二流體的並流流動，其中，例如，第一出口通道22形成用於第一流體的入口，且第一入口通道21形成用於第一流體的出口。

本發明並不限於所揭示具體實例，而是可在所附申請專利範圍的範圍內進行修改及變化。

無

現在將藉由各種具體實例的描述並參考所附圖式更詳細地解釋本發明。 [圖1]示意性地揭示根據本發明的具體實例的板式熱交換器的平面圖。 [圖2]示意性地揭示沿著圖1中之線II-II的縱向剖面圖。 [圖3]示意性地揭示圖1中之板式熱交換器的第一熱交換器板的平面圖。 [圖4]示意性地揭示圖1中之板式熱交換器的第二熱交換器板的平面圖。 [圖5]示意性地揭示圖3中之第一熱交換器板的拐角部分的平面圖。 [圖6]示意性地揭示圖5中之拐角部分的平面圖，且說明第一流體的流動。 [圖7]示意性地揭示圖4中之第二熱交換器板的拐角部分的平面圖。

Claims (14)

1. 一種熱交換器板（1），其經組態以由一板式熱交換器所包含， 該熱交換器板（1）具有一四邊形形狀，該四邊形形狀具有兩個相對的平行的初級側（5）及兩個相對的平行的次級側（6），及一縱向中心軸線（x），該縱向中心軸線與該等初級側（5）平行且與該熱交換器板（1）之一延伸平面平行，該熱交換器板（1）包含： 一熱交換器區域（7），其具有隆脊（8）及凹部（9）之一波紋，該等隆脊（8）及該等凹部（9）相對於該縱向中心軸線（x）具有一傾角，其中該波紋形成與該傾角有關的一θ值， 四個孔口區域（11至14），每一者位於該熱交換器板（1）之一各別拐角處，且每一者皆包含延伸穿過該熱交換器板（1）之一各別孔口（15），以及 一邊緣區域（16），其圍繞該熱交換器區域（7）及該等孔口區域（11至14）延伸並鄰接該熱交換器區域（7）及該等孔口區域（11至14）， 其中該熱交換器區域（7）包含一主要區域（30）及一局部區域（31），該局部區域（31）沿著該等初級側（5）中之一者延伸且鄰接該邊緣區域（16）及該等孔口區域（14）中之一者， 其特徵在於，該局部區域（31）之該等凹部（9）朝向該縱向中心軸線（x）漸縮。
2. 如請求項1之熱交換器板，其中該一個孔口區域（14）包含在該邊緣區域（16）與該孔口（15）之間的一彎曲外區（32），且其中該彎曲外區（32）形成延伸至該局部區域（31）之一彎曲凹部。
3. 如請求項1及2中任一項之熱交換器板，其中該局部區域（31）之該波紋的該等凹部（9）漸縮至該局部區域（31）與該主要區域（30）之間的一過渡線（34）。
4. 如請求項1至3中任一項之熱交換器板，其中該局部區域（31）之該波紋的該等隆脊（8）沿著該等隆脊之延伸具有一恆定寬度。
5. 如請求項1至4中任一項之熱交換器板，其中該局部區域（31）包含沿著該邊緣區域（16）延伸並鄰接該邊緣區域（16）的一細長外區（33），其中該細長外區（33）為扁平的，且其中該局部區域（31）之該等隆脊（8）及該等凹部（9）自該細長外區（33）延伸。
6. 如請求項5之熱交換器板，其中該局部區域（31）之該波紋的該等凹部（9）自該細長外區（33）漸縮。
7. 如請求項5及6中任一項之熱交換器板，其中該局部區域（31）之該波紋的該等凹部（9）具有鄰接該細長外區（33）之一各別端部部分（35），且其中該等端部部分（35）為彎曲的。
8. 如請求項1至7中任一項之熱交換器板，其中該波紋之該等隆脊（8）及該等凹部（9）的該傾角在該局部區域（31）上較之在該主要區域（30）上較陡。
9. 如請求項8之熱交換器板，其中該局部區域（31）之該波紋的該θ值低於該主要區域（30）之該波紋的該θ值。
10. 如請求項8及9中任一項之熱交換器板，其中該波紋的該等隆脊（8）及該等凹部（9）在該過渡線處為彎曲的。
11. 一種板式熱交換器，其包含： 第一熱交換器板（1）及第二熱交換器板（2），該等第一熱交換器板及該等第二熱交換器板以一交替次序彼此並排配置， 第一板間隙（3），其用於一第一流體，每一第一板間隙（3）由該等第一熱交換器板（1）中之一者及該等第二熱交換器板（2）中之一毗鄰者形成，以及 第二板間隙（4），其用於一第二流體，每一第二板間隙（4）由該等第二熱交換器板（2）中之一者及該等第一熱交換器板（1）中之一毗鄰者形成， 其中該等第一板間隙（3）及該等第二板間隙（4）以一交替次序彼此並排配置， 其特徵在於，該等第一熱交換器板（1）中之每一者為如請求項1至10中任一項之熱交換器板（1）。
12. 如請求項11之板式熱交換器，其中該等第一熱交換器板（1）及該等第二熱交換器板（2）永久地彼此接合。
13. 如請求項11及12中任一項之板式熱交換器，其中該等板式熱交換器包含： 一第一入口通道（21），其用於該第一流體且延伸穿過該等孔口區域（11至14）中之一第一孔口區域（11）之該孔口（15）， 一第一出口通道（22），其用於該第一流體且延伸穿過該等孔口區域（11至14）中之一第二孔口區域（12）之該孔口（15）， 一第二入口通道（23），其用於該第二流體且延伸穿過該等孔口區域（11至14）中之一第三孔口區域（13）之該孔口（15），以及 一第二出口通道（24），其用於該第二流體且延伸穿過該等孔口區域（11至14）中之一第四孔口區域（14）之該孔口（15）， 其中該等第一熱交換器板（1）之該局部區域（31）鄰接該第四孔口區域（11）。
14. 如請求項12之板式熱交換器，其中該第一入口通道（21）及該第一出口通道（22）與該等第一板間隙（3）連通，且其中該第二入口通道（23）及該第二出口通道（24）與該等第二板間隙（4）連通。

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