TWI342947B - Plate heat exchanger - Google Patents

Description

1342947 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 (本發明係有關於一種被用來完成至少一高溫流體與至 少—冷卻流體中間之熱交換作用的板式熱交換器，其中包 :有若干個叠堆熱交換器平板，每一個熱交換器平板均： 3 （ a )—個高溫流體入口、（ b ) 一個冷卻流體出口、（仁） 一個高溫流體出口和（d) 一個冷卻流體入口，此疊堆熱交 換器平板係會限制住至少二熱交換用流體之溝槽，並且'其 中用於限制住一冷卻流體溝槽之成對平板係會沿著接觸區 或而被熔接在一起’用以組成延伸至高溫流體之流動入口 内的凸緣。 先前技術】 該 然氣） 家所需 型化和 換器製 其 來將相 熔接用 材料曝 變化） 當曝露 问溫流體可以是一種由燃燒油料（例如是燃料或天 所產生的氣流，而且冷卻流體可以是被用來加熱住 的水流。上述之熱交換器的設計方式必須是儘量小 降低製造成本。此項結果的得到則係藉由將該熱交 作成能夠接收非赍古、B a t u + 戸爷同 >皿之加熱用氣流。 中所使用熱氣之、、θ由止丨μ ^义恤度限制值的設定係藉由使用被用 鄰接熱交換器平& & ^ Λ 十板相互連結至通口孔洞之周圍處的 材料’該熱氣太I目丨丨β a 一 L +身則疋會流過該通口孔洞。當熔接 露至快速變化Φ +^ 度值（亦即是曝露至高溫梯度 ，該熔接用材料f a _ 寸C通常是銅或鎳）會容易產生疲勞。 至大幅度和快# μ、ra & 項的溫度變化狀況時，甚至是使用於 1342947 熱交換器平板中的材料（通常是鋼）亦會容易產生疲勞。 於是，隨著流過熱交換器之高溫流體溫度的增加熱交換 器的使用壽命將會被減少。 【發明内容】 本發明之目的係在設計出一個參考以上所述之種類的 板式熱交換器，其中在熱交換器内之材料的溫度梯度最大 值只貝上係可以被降低，而且熱交換器的使用壽命實質上 係可以被延長。 依照本發明，其中有二個用於一冷卻流體的分離溝槽 係會被提供用來與該接觸區域相鄰接，該接觸區域本身則 是會組成一個延伸至通過入口之該高溫流體氣流内的凸 緣，該二個用於冷卻流體的分離溝槽係被提供有一共用入 口和一共用出口，該共用入口的安裝位置係較該共用出口 之女裝位置具有更高的流體壓力，該分離溝槽的其中之一 分離溝槽有一部份係會被一個位於一該平板上的壓製隆起 β位所限制住，該平板本身則是會組成用於限制住冷卻流 體之溝槽所需的該成對平板，該壓製隆起部位係被用來接 觸到一個位於在該成對平板中另一平板上的相對應隆起部 位與”亥壓製隆起部位相鄰接的一個溝槽所具有之高度係 低於該壓製隆起部位之高度。 因此’以上之結果可以確保冷卻介質能夠穩定地流入 至平板之間，這些平板係藉由熔接之作用而沿著在高溫流 體平板中之入口周圍處的區域被相互連結，該冷卻介質的 1342947 流動係會接近炫接過之接頭，而且接近被曝露至在熱交換 内之溫度梯度最大值的平板材料。 【實施方式】 一種如圖1所示之已知熱交換器平板1係被提供有一 個隆起部位與凹陷部位的壓製山形式樣，此壓製山形式樣 在圖形中係以元件符號2來表示。此平板丨係被表示成來 自上方，而且其上部側邊係被用來限制住冷卻用水的流 動，同時，其另一側邊係被用來限制住熱氣（例如是攝氏 1300度之減）的流動。此平板1另外被提供有四個孔洞 3-6，其中孔洞3為高溫流體之入口，孔洞4為冷卻用水之 出口’孔、洞5為高溫流體之出口和孔洞6為冷卻用水之入 >口者平板1而流動之冷卻用水係以箭頭方向7和8来 表示一其中箭頭方向7係表示較大水流的流動方向，同時 :頭方向8表示較小水流的流動方向。孔洞3係會受到平 板1之圓形邊緣9的限制，此平柘 於邊…-直後二 本身則是沿著-個介 ”直線n之間的環狀區域10而被熔接 鄰接的熱交換器平板（未_ 1 h 接i相 绩w, (未於圖1中表示出來），上述之直 線11係會鄰接此平板i 之1 平板的環狀區域1。將會組：二位°。二個熔接在-起之 會被埶教桩餹 凸緣，此凸緣的二側邊係 會被，、、、軋接觸到和被傳導埶 會流到曝露至冷卻用水中的“斤冷"導熱量本身則是 机 P用水中的相鄰接平板部位。 然而，沿著平^ 。位12 (在圖丨中以陰影部份來 1342947 表示）而流動之冷卻用水的流速非常,卜 位於區域1G之平板相互連結的 二；疋’被用來將 和在F Μ丨0 & ^ i 接用材料（例如是銅或鎳） 矛在&域10内的平板材料將 定.、《声f ρη > —j達超過由熔接用材料所設 疋概度犯圍之局溫，並且通常是被連結至在熱交換㈣板 之材料内的咼溫梯度。此項 、 〇_丄λ 果會導致材料產生疲勞，因 此，大幅降低熱交換器的使用壽命。 圖2和圖3表示出如何藉由採用一 計方式來避免產生上述之缺點。 發月之- 圖2表示出一個被使用於一依照本發明之熱交換器的 …父換為平板21。已在圖1中表示之相對應細部内容和特 色係被提供有相對應的元件符號。平板㈣被表示成來自 上方’並且冷郃用水係會通過平板的上部側邊，同時，熱 氣則係會沿著平板的下部側邊而流過。一個形狀為一部份 %形的隆起4位22已被往上壓製成到達隆起部位2之頂端 问度"玄隆起°卩位22的頂端係會接觸到位於一相鄰接平板 内之一相對應隆起部位的頂端（參考圖3，此項結果將於下 文中而加以說明），並且限制住一個被安置於該隆起部位 22與位於。卩份環狀區域1 〇之該凸緣中間的分離溝槽 23。如圖2之所示，此溝槽23具有一個與出口 4相隔—段 ^ 24 用以容許冷卻用水流過’以及具有一個接 近該出口 4的出口 25。進入至該溝槽23之入口 24内的— 部份冷卻用水將會經過一個介於在一部份環狀區域1 〇内之 该凸緣與平板21之相鄰接角落部位13中間的溝槽26。值 得注意之處係位於入口 24之位置處的冷卻流體壓力將會大 丄： 於出口 25的壓Λ信，κ a &疋，確保該冷卻流體能夠流經溝槽 23 和 26 ° 、, 表不出個熱交換器平板31被安置於如圖2所示 .、的頂端上。圖3表示出此平板3 1係來自上方， 並且冷卻用水將合彡凡笔亚4 S 者千板的下部側邊而流過。如同在此 員技術中所吊用之方式，平板3】的山形式樣2係被導引成 '、_ 所不之平板的山形式樣保持對置。形狀為一部份 環形和以上所提及之隆起部位係以元件符號32來表示，並 且係會被往下壓製成接觸到如圖2所示之隆起部位22的頂 端。於是m隆起部位22和32將會—起被用來限 制住δ玄溝槽23。溝槽入口 24 4、耸 _ 24和溝槽出口 25則再一次被表 示於圖3中。 圖4為沿著圖2和圖3中直線\4所取之經過本發明 之熱交換器的垂直剖面If]。i 且』囟圖此熱交換器被表示出係具有十 個溝槽成形板，這些溝槽成形板係由在其彼此相互接觸之 區域和位置點均被熔接在-起的金屬薄板所組成。如圖4 之所示，㈣交換器係被提供有較重的末端平板一個上 側末端平板101和-個下側末端平板1〇2。此上側末端平板 1〇1係會承載配件1G3、1G4,用以將-個提供熱氣之來源 連結至加熱過之冷卻用水的排放出口。元件符號】〇5和1〇6 係被用來表示間隔環。&交換作用的流動情形係以不同陰 影部份來表示。 值得注意之處係冷卻用水所採用的溝槽23 # 26將會 被安置成接近炫接過之接師曝露至熱氣流中之平板部件 1342947 /\即係由溝槽成形板之環狀區域所組成的凸緣），於 疋施夠降低炫接用材料和在凸緣内之材料的最高溫度。 々另外，亦值得注意之處係由在接近區域ι〇之平板内之 凹:。P位所產生的溝槽23、26之高度必須要低於隆起部位 ’凹陷部位3 2的高度，致使無法阻礙到高溫介質的流動。 ，圖5個別表示出若干個如圖4所示之溝槽成形板。圖 :::其形狀係與如圖2所示之平板相對應的平板係以A 2不’其形狀係與如圖3所示之平板相對應的平板係以B 來心不。A型式平板之彎曲隆起部位22的高度，以及b型 式平板之相對應彎曲凹陷部位32的高度必須要等於平板山 I式樣2之隆起部位的高度。熱氣和冷卻用水的流動情形 係以雙箭頭連同單一箭頭來表示。 值侍注意之處係以上所描述和在圖2到圖5中所表示 之裝置係可以被使用於除了加熱住家所需之鋼爐以外的其 他熱交換作用。另夕卜，亦可以被有利地應用於其他方面， 其中熱交換用流體的高溫係會損壞到被安置於接近熱流體 所進入之通口孔洞處的材料。 圖2到圖5表示出本發明被應用至一種二通道熱交換 器。圖6表示出延伸至一於三通道熱交換器中所採用之熱 ML體 内之平板凸緣的冷卻問題。此種類之習知熱交換 器已被描述於例如是美國專利第6,3〇5,466號中。在此種類 之熱交換器中，一加熱流體係會被二不同的低溫流體所冷 卻。每一個該二冷卻用流體係會被成對的平板所限制住， 追些平板則係會沿著加熱用流體之通口孔洞而被熔接成彼 10 1342947 此相互連結，並且組成延伸至加熱用流體之通口孔洞内的 凸緣。-般而f ’加熱用流體的入口和出口係會被安置成 介於出口與二冷卻用流體的入口之間。值得注意之處係流 動=其入口 6與其出口 4之間的冷卻用流體在由陰影部份 所標示之區域内的流速係非常慢。 如圖7之所示，分離溝槽23和託係分別具有共用入 口 24和共用出σ25 ’該二共用入口、共用出口則有:部份 係會被-隆起部位22所限制住。因此，用於組成延伸至熱 流體入口 3内之成形凸緣之平板區域1()的冷卻作用將合得 到改進，其改進方式係類似於以上如圓2到圖5所說明之 内容相關的冷卻作用。以元件符號27表示之區域係—個被 壓製成到達隆起部位22之高度的平板區域。值得注意之處 係該平板區域27毋須特別被加以冷卻。 圖8表示出一個三通道熱交換器的平板，其中一個且 有一中央入口3和二出口 ” 加.，、、用體係會與二個 具有入口 6、6,和出口 4、4,的冷卻用户舻# 4 & 、 ,L ^ ^ ^ P用桃體產生熱交換作用。 〜者在圖8中陰影部份區域流動 P用/巩體的流量將會 共用入口 24、一共用 、22’所限制住的溝槽 之入口 3周圍處的流 如圖9之所示’藉由提供具有— 口 25和一部份係會被隆起部位22 23與26，冷卻用流體沿著加熱用流體 動狀況係可以得到改進。 圖10表示出具有用於冷卻二加 0* _ 扣，爪額之早一冷卻用 机體之三通道埶交換器φ - 1 乂換裔中-加熱用流體入口的冷卻問題。 1342947 在圖ίο中所示之陰影部份區域係代表著由 ^、冷部用流體# 速過低所產生的冷卻效果不佳區域。 w 圖η表示出冷卻作用係如何採用與先前所描述 明實施例相類似的方法而得到改進。t中 八甲相類似的特點已 被提供有相對應之元件符號。圖12表示出沿著圖Η 線γ — γ所取的垂直剖面圖。 t 在圖中，每一個該二加熱用流體連同該單_冷卻用 流體均被提供有一特定的陰影部份。溝槽2 3 ^ a 和26係接近 凸緣1 0。每.一個凸緣均係由四個炫接力 . 1U浴接在—起之平板部件所 共同組成。 【圖式簡單說明】 參考隨附之圖式，本發明將被詳加描述，圖式中 圖i示意地和以平面圖表示出一個藉由燃燒熱氣來加 熱冷水之先前技術熱交換器的平板。 圖2示意地和以平面圖表示出一個依照本發明之熱交 換器的平板。 圖3示意地和以平面圖表示出一個位於依照本發明之 熱交換器内的熱交換用平板’此熱交換用平板係被用來安 置於一個如圖2所示之種類的平板頂端上。 圖4表示出沿著圖2和圖3中直線χ—χ所取之依照本 發明之熱交換器的垂直剖面圖。 圖5為一個勿解圖，其中表示出如圖4所示之平板的 界定流動方向。 12 A圖6為與如圖1所示平板相對應之三通道熱交換器之 …人換器平板的平面圓。 圖7為依照本發明之三通道熱交換器之熱交換器平板 ,、平面圖’其中表示出在一熱流體之入口内的平板凸緣冷 部作用係如何相較於如圖6所示之實施例而得到改進。 10 為具有一加熱流體中央入口之三通道熱交換器之 熱父換器平板的平面圖。 圖9為依照本發明之三通道熱交換器之熱交換器平板 的平面圖，其中表示出在一熱流體之入口内的平板凸緣冷 鲁 卻作用係如何相較於如圖8所示之實施例而得到改進。 圖〗〇為三通道熱交換器之熱交換器平板的平面圖，其 中熱量係於一冷卻流體與二加熱流體之間產生交換作用。 圖11為依照本發明之三通道熱交換器之熱交換器平板 的平面圖’其中表示出在二熱流體之入口内的平板凸緣冷 部作用係如何相較於如圖1 〇所示之實施例而得到改進。 圖1 2為沿著圖11中直線Y — Y所取的垂直剖面圖。 【主要元件符號說明】 1·熱交換器平板 2.壓製山形式樣 3.孔洞/中央入口 4.孔洞/出口 4’·孔洞 5.孔洞 5a·出口 5b.出口 6.孔洞/入口 6，.入口 人箭頭方向 8.箭頭方向 13 1342947 9.邊緣 10.環狀區域/凸緣 1 1.直線 1 2.部位 13.角落部位 2 1.熱交換器平板 22.隆起部位 22’.隆起部位 23.分離溝槽 24.入口 /共用入口 25.出口 /共用出口 26.分離溝槽 27.平板區域 3 1.熱交換器平板 3 2.隆起部位/彎曲凹陷部位 1 0 1.上側末端平板 1 0 2.下側末端平板 103.配件 104.配件 106.間隔環 105.間隔環 14

Claims (1)

1342947 十、申請專利範圍： 1 · 一種被肖纟完成至少一^显流體與至少一冷卻流體 中間之熱交換作用的板式熱交換器，纟

交換器平板⑺、31)，每一個熱交換器平板均包含：（;) 一個用於該高溫流體的入口（3)、⑴-個用於該冷卻 流體的出口（4)、⑴一個用於該高溫流體的出口⑺ ::、⑷-個用於該冷卻流體的入口⑷，該疊堆熱交換 益平板係會限制住至少二熱交換用流體之溝槽，並且其中 用於限制住-冷卻流體溝槽之成對平板係會沿著接觸區域 (10)而被炼接在一起，用以組成延伸至該高溫流體之流 動入口内的凸.緣，其特徵為：有二個用於一冷卻流體的分 離溝槽（23、26)係會被提供用來與該接觸區域相 鄰接，該接觸區域本身則是會組成—個延伸至通過入口（ 3 ) 之。亥间’皿机體氣流内的凸緣，該二個用於冷卻流體的分離 溝槽（23、26 )係被提供有一共用入口（ 24 )和一共用出 口 （25)，該共用入口 （24)的安裝位置係較該共用出口 (25 )之安裝位置具有更高的流體壓力，該分離溝槽（23 ' 26)的其中之一分離溝槽（23)有一部份係會被一個位於 該二平板（21、31)其中之一平板（21)上的壓製隆起部 位（22 )所限制住，該平板本身則是會組成用於限制住冷 卻流體之溝槽所需的該成對平板，該壓製隆起部位（22 ) 係被用來接觸到一個位於在該成對平板（2丨、3丨）中另一 平板（31)上的相對應隆起部位（32)，與該壓製隆起部 位（22)相鄰接的—個溝槽（23)所具有之高度係低於該 15 1342947 壓製隆起部位（22)之高度。 2. 如申請專利範圍第丨項之板式熱交換器，其特徵為： 在每一個熱交換器平板中，用於該高溫流體之該入口（ 3 ) 所具有的區域係大於用於該高溫流體之出口（ 5 )所具有的 區域尺寸。 3. 如申請專利範圍第1項或第2項之板式熱交換器，其 特徵為：該板式熱交換器係採用氣體作為高溫流體。 4. 如申請專利範圍第丨項或第2項之板式熱交換器，其 特徵為：每一個熱交換器平板通常係長方形，而且用於該 熱交換流體之該人口和出口（ 3到6)係被安置於接近該平 板之角洛部位。 5-如申請專利範圍第3項之板式熱交換器，其特徵為. 每一個熱交換器平板通常係長方形，而且用於該熱交換古 體之該入口和出口（3到6)係被安置於接近 :、凌 郃竹。 &之角落 為： 6·如申請專利範圍第丨項之板式熱交換器，其特徵 該板式熱交換器係被設計用於三種熱交換用流體： (0 —種加熱用、高溫流體和 (Π)二種冷卻用流體。 r如曱^專利範圍第ό項之板式熱交換器，其特 該加熱用流體之該入口⑺已被安置成與該入口（6)為 隔一段距離’並且亦與用於該二冷卻用流體其中之一办 的出口 （ 4 )相隔一段距離。 ％ 8.如申請專利範圍第1項之板式熱交換器，其特微、 16 1342947 ' 該板式熱交換器係被設計用於三種熱交換用流體：（i )二 種加熱用流體和（ii ) 一種冷卻用流體，用於該加熱用流體 之該入口（ 3、3 ’）和出口（ 5、5 ’）係被安置於用於該冷卻 用流體之該開口（ 4、6)的二側邊上。 十一、圖式： 如次頁

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