TWI320089B - A plate heat exchanger - Google Patents

Description

1320089 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係有關於一種板式熱交換器，其包含至少兩 個分開的流體路徑，供主要及次要流體交換熱Y該二個 流體路#實質上被永久互聯之熱交換板件所界定，該等 板件被提供有脊部與凹陷之一人字形圖樣，且在咳等兩 流體之相等質量流中提供不同的壓力降。 【先前技術】 許多上述之熱交換器被使用在以熱水的方式加熱龍頭 水，该熱水也被用在加熱住屋。加熱用水的入口溫度可能 為例如攝氏70度，及其出口溫度可為例如攝氏6〇度。該 龍頭水之入口溫度可能為大約攝氏1〇度而其出口溫度可為 2氏55度。這顯示了加熱用水的質量流必須為該龍頭水的 貝里仙·之2‘5倍。所以，使加熱用水的流體路徑之截面積 較該龍頭水之流體路徑之截面積為寬，是很經濟的作法。 例如，使人字形圖樣之頂部扁平以使其變寬，其底部係 未被改變’便可達到此目的。 雖然這使得該熱交換器不對稱，更進一步增加熱交 換器的效率仍以改進的目標，也就是說增進熱交換流 體間的熱傳遞而不增加板式熱交㈣之重量。 於西π 1 999年7月2日公開之日本專利申請號第 1 1 17。771Α號揭露了在流體路徑中，相同質量流的情況 〃有不同壓力降的—種板式熱交換器。 其精由增加傾斜度可完成，該傾斜度也就是指在該 j32〇〇89

人字形圖樣中相鄰的脊部的接觸之間的距離。此已知裝 釁被適應於在水及一冷卻流體之間交換熱，流經該流體 絡徑之水具有較小之壓力降。藉由在形成水渠道之板件 的部分中做出小凹陷，水的凍結不會對該板式熱交換器 造成傷害。然而’板件間之接觸面積將會相對較大，而 損失流體間的熱交換。在導引水流之渠道中的小凹陷會 造成相應之極窄小的流體渠道，其係在冷卻流體之流體 路徑中。相鄰之板件的接觸面積並非堅實地互聯，以便 增加該板式熱交換器的彈性，但該交換器之力學強度也 會變弱’使該交換器不適於高壓力流體。 们τ 5月茶號 ΗΖ81 283Α 器 -------y w玢』一热父換 ，其中兩種熱交換流體之壓力降在相同f量流的條件 下為不同。根據其揭露中的圖5中的實施例，形成一人 ^形圖樣的流體路徑包含具有較大流體截面積之渠道， 成：較大截面積之渠道中具有兩個小的第二凹陷 ^具有總相對高壓力降之流體路徑，會包含有造成改變 . 使用乂換盗中的材料來交換埶， 為一種不經濟的方法。同 二凹陷之數目，由於，… 玄傾斜度會增加第 目較少，…哭被堅實相接的接觸點數 孕…-玄乂換裔之力學強度會降低。 【發明内容】 其中該等板件之材料以一 f ::了的板式熱交換器 Ή以一更為經濟的 此致率被增加了 ，同# π的方式被使用，且 冋時維持了該交 父換盗的一高力學 6 1320089 度。 根據本發明，可獲得此目的，以至於在界定流體路經 板件之至少一些對中，具有較低的壓力降之凹陷處至少 =分有兩種不同的壓製深度，其係由該熱交換器板之該人 2形圖樣之脊部之頂端所界定之平面開始被測量者，較小 係位於該人字形圖樣之兩個頂端之間，且至少為較大者 40%，以致該等脊部之頂端接觸一鄰接板 ::具有高壓力降之-流體渠道，其實質上在由交1線: 疋之點上彼此接觸。 【實施方式】 ! 1為一已知且被廣泛使用之板式熱交換器之一板件 平㊣圖’其被提供有脊部2與凹陷3之-人字形的 卜。在此交換器中’此種板件之一堆疊係在其平面上旋 一其它板件後形成。圖2顯示了脊部與凹陷如何彼此 斜圖3為沿著圖！中線A_A之一剖面圖，顯示了 —段傾 及該堡製深度D，其值對於該板式熱交換器之 6皆十分重要。 3圖4為著圖2中線Β__β之剖面圓，其沿著根據圖卜 種Γ Γ熱交換器之四個板件為之。被該等板件所限制之兩 體故Γ換机體之流被以不同影線表示。需瞭解，此等兩流 杈係在相同質量流下提供相等壓力降。 之〜藉由提高傾斜P並且使脊部之頂端2平坦，該等流體 的μ 路徑相較於另一流體之流體路徑，會具有較大 1320089 的截面積β 然而’如圖5所示，在熱交換板件之間的接觸面積將 =更大。此些面積不能被用來作為該等兩流體流之間的熱

圖6顯示根據日本專利申請號1 1 17377〗之一習知之板 式熱交換器，錢示非對稱類型之一板式熱交換器，1中 該板^對限制了流體路徑，其具有較大截面積者被提^有 冰度之凹陷I ’其較該人字形圖樣之脊部之頂端之壓 製深度Dl為小°此係為了使該板式熱交換器對結冰形成的 知D更具有抵抗力。在此實施例巾，未被用於熱交換之板 件之間的平面接觸面積係仍然存在。 製造一非對稱板式熱交換器之另一提案已被日本專利 申明號U281 283A所描述。在此，該交換器之板件間的接 觸面積^由以具小凹陷之區域來替換該平面接觸面積來達 成。此係破圖7所顯示，並且應理解具有較大壓力降之流 體路徑會有含有大的截面積之渠道，並且至少為較小截： 積者的兩倍數量。此設計對於窄渠道中熱傳遞是不利的， 因為其較具有寬截面積之流體渠道小上許多之流率。 圖8顯示對應於圖4_7剖面之一剖面，其係為根據本 發明之兩個熱交換器板。-第-壓製深度（也就是界定該 等脊部頂端之平面與界定脊部底部之最低平面之間的距 離）已被指出為D】，被界定為該人字形圖樣之該等脊部之 頂端之該平面與小凹陷底端之平面之間的距離之—第二壓 製深度已被指出為I。該人字形圖樣之傾斜已被指示為p。 1320089 顯示於圖8中兩板#4另, a .,^ , 坂件4及5之人字形圖樣係互為鏡像， *工具係用來做板件之麗製。 卜 ^^ , ^ 瓜冋犄，母—板件需在相對 方、堆f中相鄰板件之平面上被 衹轉動180度，以便獲得交又

的人子形圖樣。圖g A 關S 9為經過圖8之類型中四個板件4'5、 b及7之剖面圖，並且科虛认固4， 蝴m 文且對應於圖Η中剖面c_c。用於流 月直乂換熱之二渠道被以兩種 个u毛線表不。由圖9應理解， ::4板件…限制之流體之抵抗力，係較被該等板件 :5、或…所限制之流體之抵抗力為高。然而，板 件間的接觸面積被維持在最 4Λ Λ 牡琅J但由焊接而互聯之板件上 接觸之數量係為實質的计曰y* ^ 、 並且將為该熱交換器提供力學強 度。維持經由圖9中8所兮亡+夕#工士 厅十之截面積之流體之實質質量 流是相當重要的。通過.區域8之質量流係為近乎和宜截面 積截面積成比Μ，且這-導致主要依賴該壓製深度D2之大 小。-小的壓製深度D2(如圖7所示者）會使區域8變小， 並且可能幾乎堵住流體通道。-小的第二麼製深度，會具 有和圖5中人字形圖樣之脊部之間大的接觸區域幾乎相同 的效果。 已被I現。亥第一壓製深度h應為至少該壓製深度。 之40% ’較佳為其50%。 圖10為對應於圓9之剖面圓的一剖面圖，但其中僅板 件4 '之對之板件4具有兩個不同的麼製深度。該對中另 一板件（指示為5)係為具有一屋製深度之方便的形狀。 根據圖】0之該等兩板件4、5不具有互為鏡像之圖案並 且可被設計為使-板件不f要旋轉，以便獲得接觸之脊部 1320089 之交叉。 根據圖11之訾·祐办丨 疋只她例，板件5之該第二壓製深度D2係 較板件6之第二壓製深度d3為大。 圖 12 顯不 一 -φ· /, 例’其中板件4具有兩種不同之第二 壓製深度。該壓製深声η > m 衣冰度Dg被使用在該板件之一區域，並且 該壓製深度h在該板件之另一區域。 應被理解，根據本發明之一熱交換器可包含除已被描 述者之卜八匕板件對之組合。如—些對可為圖4中已知 之;^纟相同質量流的情況下，提供熱交換媒介在流體 渠道内相同的麼力降。 【圖式簡單說明】 本發月將參考所附圖式以更詳細被描述，該等圖式中： 圖1為在一種已知之板式熱交換器中板件之平面圖。 圖2為根據圖i之兩個板件之交叉圖樣之示意圖，其 係在其中之一在平面上被轉動後互相置於彼此之上。 圖3為圖1中沿著a-A線之剖面圖。 圖4為圖2中沿著β-Β線之剖面圖，其為圖j之四個 板件之一堆疊。 圖5為根據圖4之一剖面圖’但係為一已知的對稱的 板式熱交換器。 圖6為根據圖4及圖5之剖面圖’但係為根據日本專 利申請號第1 1 1 73771A之一板式熱交換器。 圖7為根據圖6之一剖面圖，但係為根據日本專利申 請號第11281283A之一板式熱交換器。

Claims (1)

1320089 十、申請專利範圍： …1.冑板式熱交換器’其包含至少兩個分開之流體路 仏以用於第一及第二流體交換熱該兩個流體路徑被提供 有脊部與⑽（2,3)之-人字形圖樣之熱交換器板 所實質界$ ϋ且提供該兩流體在相同質量流的情況下， 不同的壓力降， 其中，界定該流體路徑之至少一#板件之中的該等凹 1¾具有較低之壓力降’其至少部分為兩不同壓製深度（I， D〇中任一個’該等深度係自該熱交換器板之該人字形圖樣 ，該等脊部之頂端界定之平面量起者，其較小者（Μ位於 β亥人子形圖樣之該等頂部之間且至少為較大者（D之4〇%， ”特徵在於該等熱交換器板（4_7)係藉由焊接互聯且在於 該等：部之該等頂端接合一相鄰板件之該等㈣，以界定 具有咼壓力降之-流體渠道’其實質沿著交叉線所界定之 點上互相接觸。 Λ 2·如申請專利範圍第1項所述之板式熱交換器，其特 徵在於，該較小壓製深度（D2)為該較大壓製深度（Dl)之 約 50%。 .如申請專利範圍第1項及第2項中任一項所述之板 式熱交換器’其包含一板件對，其中該等板件之僅一者具 有兩個不同的壓製深度。 4.如申請專利範圍第1項及第2項中任一項所述之板 式熱父換器’其中該等兩板件具有不同之第二壓製深度。 5·如申凊專利範圍第1項及第2項中任一項所述之板 12 1320089 I料敏赠(更)止免·说頁j • 式熱交換器，其包含一板件對，其中一板件具有兩不同之 - 第二壓製深度。 十一、圖式： 如次頁

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