TWI553287B - 末端件及包含此末端件的平板式熱交換器及製造此末端件的方法 - Google Patents

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TWI553287B
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克拉斯 柏堤森
安德爾斯 尼亞德
克雷門斯 菲克拓
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阿爾法拉瓦公司
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Description

末端件及包含此末端件的平板式熱交換器及製造此末端件的方法
本發明係關於一種用於平板式熱交換器之末端件，一種包含此末端件之平板式熱交換器以及一種製造此末端件的方法。該末端件包含一框架部件，該框架部件具有內部部分、外部部分以及佈置於該內部部分與該外部部分之間的中間部分。該內部部分之外壁表面經佈置以面向包含於該平板式熱交換器中的熱轉移板之包裝的第一表面。該第一表面具有中央部分及圍繞該中央部分的周邊部分。
平板式熱交換器或PHE通常由兩個末端件或末端板組成，於該等末端件或末端板之間，許多熱轉移板以對準的方式佈置成包裝形式。在一類已知的PHE中，即在所謂的加墊片的平板式熱交換器中，墊片係佈置在熱轉移板之間。因此使末端板及熱轉移板壓向彼此，藉以使墊片密封在熱轉移板之間。墊片界定出熱轉移板之間的平行流道，兩種初始溫度不同之流體可流經該等通道以將熱自一流體轉移至另一流體。
加墊片的平板式熱交換器之末端板一般稱為框架板或壓力板。框架板經常固定至如地面的一支撐表面，而壓力板可相對於該框架板移動。用於運載壓力板以及熱轉移板之載桿自框架板的上部件延伸，而用 於導引壓力板及熱轉移板之導桿自框架板的下部件延伸。此外，框架板及壓力板藉助於許多成對配合的螺栓及螺帽彼此連接。螺栓通常延伸穿過壓力板及框架板之對立邊緣部分中的各別開口，以使得熱轉移板佈置於螺栓之間。螺栓之螺栓頭部與框架板的外表面接合，而螺帽與螺栓及壓力板之外表面接合。藉由相對於各別螺栓旋轉螺帽，可調節框架板與壓力板之間的壓力。
為獲得帶有不洩漏流道的緊密的平板式熱交換器，框架板及壓力板必須用力壓向彼此。然而，由於螺栓與框架板及壓力板之邊緣部分接合，平板之中央部分存在向外膨出的風險，特別係於流體通過平板式熱交換器之通道時存在此風險。由此，此向外膨出可能引起穿過通道的不均勻流動，進而導致平板式熱交換器之熱效能的降低或甚至導致通道洩漏。為確保不發生該等情況，框架板及壓力板相對較厚，從而使其沈重並耗費材料。
本發明之一目的在於提供一種用於平板式熱交換器之末端件，如與先前技術相比，其輕巧且具材料有效性。本發明之基本概念係提供一種非實心的末端件。本發明之其他目的係提供一種包含此末端件之平板式熱交換器及一種製造此末端件之方法。該末端件、該平板式熱交換器以及用於達成以上目的之方法係界定於所附的申請專利範圍中且在以下討論。
根據本發明的一種用於平板式熱交換器之末端件包含一框架部件。該框架部件具有內部部分、外部部分以及佈置於該內部部分與該 外部部分之間的中間部分。該內部部分之外壁表面經佈置以面向包含於該平板式熱交換器中的熱轉移板之包裝的第一表面，該第一表面具有中央部分及圍繞該中央部分之周邊部分。該末端件之特徵在於該框架部件係經擠出的，且特徵在於該框架部件之中間部分包含在該框架部件之擠出方向上延伸的第一數目之空腔。該擠出方向平行於該框架部件之軸線。該末端件之進一步特徵在於該內部部分之外壁表面的外部尺寸至少與該等熱轉移板之包裝的第一表面的中央部分之外部尺寸一樣大。
由於該框架部件係經擠出的，因而其可整體成形。因此，該擠出使得可能以相對直接之方式製造該框架部件，因為可不需諸如焊接或機械緊固的額外組裝操作以獲得該框架部件之空腔結構。
此外，由於該框架部件係經擠出的，其橫截面在剛擠出之後，亦即，在該框架部件之任何加工之前，沿該軸線為恆定的。該擠出使得容易製造適於不同平板式熱交換器尺寸之框架板，因為經擠出之長形件可容易地橫向於該軸線切割成所需量度。另外，該擠出使得能夠以極難用其他製造技術實現之設計來製造框架部件，及因此製造末端件。另外，該框架部件之特徵可藉由使用適合的擠出模而易於適應特定類型之平板式熱交換器。
由於該框架部件包含空腔，該等空腔「預設狀態」下係以空氣填充，空氣乃比許多可擠出材料更好的絕緣體，因而該框架部件可具有相對良好的絕緣性質，該性質可對該平板式熱交換器之熱轉移效率做出正面貢獻。另外，此特徵可降低於該框架部件之外部部分上燙傷的風險。
在一種平板式熱交換器中，流體通常流經熱轉移板之包裝的 中央，亦即，在該等熱轉移板之各別中央部分之間流動。取決於平板式熱交換器之類型，該等流體亦可、但並非必須，在熱轉移板之包裝的中央之外流動，亦即，在該等熱轉移板之各別周邊部分之間流動。熱轉移板之中央部分共同界定該熱轉移板包裝之第一表面的中央部分。相似地，該等熱轉移板之周邊部分共同界定該熱轉移板包裝之第一表面的周邊部分。由於該框架部件之內部部分的外壁表面具有外部尺寸，該等尺寸至少與該熱轉移板包裝之第一表面的中央部分的外部尺寸一樣大，該外壁表面可遮蓋(至少部分一入口及出口可延伸穿過該框架部件，如以下進一步所論述)該平板包裝之第一表面的中央部分，如在該外壁表面之法線方向所見。該外壁表面可足夠大以同時遮蓋該平板包裝之第一表面的周邊部分，若所預期之平板式熱交換器為該等流體亦於熱轉移板之該包裝的中央之外流動的類型，此可為有益的。該等流體僅可流經該平板包裝之中央的平板式熱交換器之一實例為加墊片的平板式熱交換器，其中該等平板之間的該等墊片可界定該平板包裝之中央。該等流體可流經整個平板包裝(亦即，亦在包裝的中央之外流動)的平板式熱交換器之一實例為全焊型平板式熱交換器。
應強調的是，「遮蓋(至少部分地遮蓋)平板包裝之第一表面的外壁表面」，該措辭並不意謂該外壁表面必須接觸或甚至直接相鄰於熱轉移板之包裝。例如，墊片、加強板、間距板或相似物，可佈置於該外壁表面與該熱轉移板包裝之間。
應強調的是，該第一表面對應於一虛構連續平面之表面，當此等熱轉移板在包裝中對準時，該虛構連續平面定界出由該等熱轉移板形成的三維物件。
該末端件可經構造以使得該框架部件之中間部分包含第二數目的分隔壁，該等分隔壁在該框架部件之外部部分與內部部分之間延伸。該外部部分之內壁表面包含第三數目的外部連接區域。相似地，該內部部分之內壁表面包含第四數目的內部連接區域。該等分隔壁中之每一者可沿該等外部連接區域中之一者連結該外部部分，且沿該等內部連接區域中之一者連結該內部部分。藉由適當地定位此等分隔壁，可由相對少量之材料來製造相對強固之框架部件。
該等分隔壁之數目、位置以及設計可適應於特定的平板式熱交換器類型。
該等分隔壁可充當加強件，其可以材料有效方式顯著地強化框架部件，因為該等空腔可佔據兩個相鄰分隔壁之間的完整空間且因此為相對較大的。
該框架部件之外部部分的內壁表面在該框架部件中兩個相鄰外部連接區域之間基本上為平面。此設計是有利的，因為當框架部件受到應力且力求拉直外部部分時，可減少或甚至消除在該框架部件之外部部分中的彎曲力矩。
該末端件可如此以使得該框架部件之該外部部分的外壁表面與該內部部分的外壁表面之間的距離在該框架部件之中央段比在該中央段之外要更大，該中央段沿該框架部件之該軸線延伸。此設計是有益的，因為當該框架部件經受特定類型之應力時，該框架部件之中央段對變形的抵抗力變得更好。
作為滿足上文指定之距離關係的框架板設計之一實例，該框 架部件之外部部分的外壁表面可向外拱出，如自框架部件之中間部分所見。
作為滿足上文指定之距離關係的框架板設計之另一實例，該框架部件之內部部分的外壁表面可向外拱出，如自框架部件之中間部分所見。
該末端件可經構造以使得該框架部件之外部部分的厚度小於該框架部件之內部部分的厚度。當然，自經濟的觀點而言，較薄部分是有利的。
根據本發明的末端件之一實施例，該框架部件之外部部分及內部部分中之每一者皆具有兩個對立的第一側，該等第一側平行於該軸線，該等外部部分及內部部分沿該等第一側彼此連接。藉此，該框架部件包含一圍繞中間部分之封閉套殼，主要就該框架部件之強度而言，而且就該框架部件之衛生(防止污垢進入空腔)而言，該封閉套殼係有益的。
該末端件可進一步包含第六數目的桿，該等桿延伸於該框架部件之中間部分內部。此等桿可以不同方式設計及定位以改良該框架板之不同特徵或為該框架板增加其他功能。作為一實例，桿中每一者可沿空腔中之各別空腔延伸於框架部件內部。如此佈置，該等桿可起作用以加強框架部件。另外，桿中至少一者可延伸於框架部件外部且自該框架部件之兩個對立第二側之一側突出。如此佈置，該等桿可充當該框架部件之支撐機構及/或提升機構。
此外，該框架部件可包含延伸穿過該框架部件之外部部分及內部部分的至少一個凹部。另外，桿中至少一者可包含與該框架部件之至少一個凹部重合的至少一個孔。藉此，該框架部件與該等桿中之該至少一 者之間的配合可變得容易。
該內部部分之外壁表面可適於經佈置平行於該平板式熱交換器之熱轉移板的延伸平面。關於此實施例，該末端件可佈置來壓向另一對立的末端件以用於佈置在該等末端件之間的熱轉移板包裝之壓縮，如以介紹方式所提及。
或者，該內部部分之外壁表面可適於經佈置垂直於平板式熱交換器之熱轉移板的延伸平面。此實施例可用於與最初所述之平板式熱交換器不同的其他類型之平板式熱交換器(例如全焊型平板式熱交換器)，如將在以下進一步所論述。
該框架部件可包含沿擠出方向連接的複數個擠出模組。擠出極寬之物件係困難的，尤其係由於迫使擠出材料穿過大型模或模具所需的極高之力。因此，實際上，就可擠出多寬的物件而言通常存在限制。因而，此實施例在理論上允許提供寬度不受限制之末端件，此意謂本發明亦可用於相對大型的平板式熱交換器。該等模組基本上可直接在擠出後與彼此連接，或其可在後一階段彼此連接。後一選擇可為有利的，因為其可便於末端件之處理，例如運輸。
根據本發明的平板式熱交換器包含如上所述的末端件及熱轉移板之包裝。該末端件之框架部件的內部部分的外壁表面面向熱轉移板之包裝的第一表面。該第一表面具有中央部分及圍繞該中央部分之周邊部分。該內部部分之外壁表面的外部尺寸至少與熱轉移板之包裝的第一表面的中央部分之外部尺寸一樣大。
該末端件之內部部分的外壁表面可經佈置平行或垂直於該 熱轉移板之延伸平面。
製造用於平板式熱交換器之末端件的本發明方法，該方法包含框架部件，該框架部件具有內部部分、外部部分以及佈置於該內部部分與該外部部分之間的中間部分，該內部部分之外壁表面經佈置以面向包含於該平板式熱交換器中的熱轉移板之包裝的第一表面，該第一表面具有中央部分及圍繞該中央部分之周邊部分，該方法之特徵在於包含以下步驟：擠出該框架部件，該框架部件帶有包含於該框架部件之中間部分中的許多空腔。該等空腔在該框架部件之擠出方向上延伸，該擠出方向平行於該框架部件之軸線。該方法之進一步特徵在於包含：擠出框架部件，該框架部件之內部部分的外壁表面的外部尺寸至少與熱轉移板之包裝的第一表面的中央部分的外部尺寸一樣大。
本發明允許長的框架部件長形件之擠出，該等長形件可於後一階段按需要切割成不同的較短長形件。藉此，本發明允許平板式熱交換器末端件之極快速及靈活的製造。
C‧‧‧軸線/縱軸線
D‧‧‧擠出方向
x‧‧‧方向
y‧‧‧方向
x1‧‧‧外部尺寸
x2‧‧‧外部尺寸
x3‧‧‧外部尺寸
y1‧‧‧外部尺寸
y2‧‧‧外部尺寸
y3‧‧‧外部尺寸
t1‧‧‧厚度
t2‧‧‧厚度
2‧‧‧平板式熱交換器
4‧‧‧第一末端件
6‧‧‧第二末端件
8‧‧‧框架部件/第一框架部件
10‧‧‧框架部件/第二框架部件
12‧‧‧熱轉移板包裝
13‧‧‧熱轉移板
14‧‧‧內部部分
15‧‧‧外壁表面
16‧‧‧內部部分
17‧‧‧第一表面
18‧‧‧入口/出口
19‧‧‧外壁表面
20‧‧‧載桿
21‧‧‧第二對立表面
22‧‧‧導桿
23‧‧‧中央部分
24‧‧‧支撐桿
25‧‧‧周邊部分
26‧‧‧螺栓/螺紋螺栓
26'‧‧‧螺栓頭
28‧‧‧螺帽
30‧‧‧凹部
32‧‧‧第一側/長側
34‧‧‧第一側/長側
36‧‧‧第一側/長側
38‧‧‧第一側/長側
40‧‧‧框架物件
42‧‧‧內部部分
44‧‧‧外部部分
46‧‧‧中間部分
48‧‧‧外壁表面
50‧‧‧內壁表面
52‧‧‧空腔
52'‧‧‧外空腔
54‧‧‧分隔壁
56‧‧‧外壁表面
58‧‧‧內壁表面
60‧‧‧內部連接區域
62‧‧‧外部連接區域
64‧‧‧中央段
66‧‧‧桿
66'‧‧‧桿
66"‧‧‧桿
68‧‧‧第一部件
68'‧‧‧支腿
68"‧‧‧支腿
70‧‧‧第二部件
70'‧‧‧支腿
70"‧‧‧支腿
72‧‧‧孔
74‧‧‧孔
76‧‧‧孔
78‧‧‧孔’
80‧‧‧凸部
82‧‧‧凸部
84‧‧‧第二側/短側
86‧‧‧第二側/短側
88‧‧‧全焊塊型平板式熱交換器/平板式熱交換器
90‧‧‧第一末端件
92‧‧‧第二末端件
94‧‧‧第三末端件
96‧‧‧第四末端件
98‧‧‧第五末端件
100‧‧‧第六末端件
102‧‧‧第一框架部件
104‧‧‧第二框架部件
106‧‧‧第三框架部件
108‧‧‧第四框架部件
110‧‧‧熱轉移板包裝
112‧‧‧熱轉移板
114‧‧‧角梁
116‧‧‧內部部分
118‧‧‧內部部分
120‧‧‧內部部分
122‧‧‧內部部分
124‧‧‧內部部分
126‧‧‧內部部分
128‧‧‧外壁表面
130‧‧‧外壁表面
132‧‧‧外壁表面
134‧‧‧外壁表面
136‧‧‧外壁表面
138‧‧‧外壁表面
140‧‧‧第一表面
142‧‧‧第二表面
144‧‧‧第三表面
145‧‧‧中央部分
146‧‧‧第四表面
147‧‧‧周邊部分
148‧‧‧第五表面
150‧‧‧第六表面
152‧‧‧凹部
154‧‧‧孔
156‧‧‧模組/擠出模組
158‧‧‧模組/擠出模組
160‧‧‧模組/擠出模組
162‧‧‧模組/擠出模組
164‧‧‧模組化框架物件
166‧‧‧接縫
168‧‧‧內部部分
170‧‧‧外部部份
172‧‧‧連接表面
174‧‧‧邊界表面
176‧‧‧模組化擠出框架物件
178‧‧‧擠出模組/外凸模組
180‧‧‧擠出模組/內凹模組
182‧‧‧擠出模組/外部模組
184‧‧‧凸部
186‧‧‧凹槽
188‧‧‧凹槽
190‧‧‧凹槽
192‧‧‧凸部
194‧‧‧凸部
196‧‧‧框架物件/模組化擠出框架物件
198‧‧‧末端模組
200‧‧‧中間模組
202‧‧‧支撐件/聚合物支撐件
204‧‧‧凸部
206‧‧‧基座
208‧‧‧支腳
210‧‧‧框架
212‧‧‧空腔
本發明將參閱隨附示意圖更詳細地描述，圖中：圖0為熱轉移板之包裝的示意透視圖，圖1為加墊片的平板式熱交換器的透視圖，圖2為圖1之平板式熱交換器的側視圖，圖3為圖1之平板式熱交換器的俯視圖，圖4為圖1之平板式熱交換器的前視圖，圖5為用於制作圖1之平板式熱交換器的框架物件的俯視圖， 圖6為圖5之框架物件的透視圖，圖7為圖1之平板式熱交換器之桿的透視圖，圖8為圖1之平板式熱交換器之一部分的透視圖，圖9為焊接型平板式熱交換器的透視圖，圖10為圖9之平板式熱交換器的分解圖，圖11為例示兩個框架物件模組的橫截面圖，圖12為例示模組化框架物件的透視圖，圖13為替代性的模組化框架物件之示意俯視圖，圖14為替代性的模組化框架物件之示意前視圖，以及圖15為可連接至根據本發明之框架部件的支撐件的透視圖。
參閱圖1至圖4，展示加墊片的平板式熱交換器2。該平板式熱交換器包含第一末端件4及第二末端件6，該等末端件分別對應於最初所描述的已知平板式熱交換器之框架板及壓力板。第一末端件4包含第一框架部件8，而第二末端件包含第二框架部件10。在圖0中單獨地且示意地例示的熱轉移板13之堆疊或包裝12係經佈置於第一末端件4之第一框架部件8之內部部分14與第二末端件6之第二框架部件10之內部部分16之間。更特定言之，內部部分14之外壁表面15面向熱轉移板13之包裝12的第一表面17，而內部部分16之外壁表面19面向該熱轉移板之該包裝的第二對立表面21。內部部分14及16，及因此外壁表面15及19，具有外部尺寸x1及y1。熱轉移板包裝之第一表面及第二表面平行於熱轉移板之延伸平面，該延伸平面垂直於圖2及圖3的圖平面，且該等表面具有外部尺寸x3及y3。 此外，第一表面及第二表面各自具有外部尺寸為x2及y2的中央部分及圍繞該中央部分之周邊部分，在圖0中，僅可見第一表面17之分別表示為23及25的該等部分。如自圖中清楚可見，第一末端件4及第二末端件6之內部部分14及16在方向x上延伸至熱轉移板包裝12之外。在方向y上，第一框架部件與第二框架部件以及平板包裝12的延伸基本上是相同的。換言之，x1〉x3〉x2且y1=y3〉y2。
在本文中未予以單獨例示之熱轉移板13基本上為不銹鋼之矩形片材，該等不銹鋼具備某種紋路或輪廓及許多流體入口埠及出口埠。該等板經佈置連續地對準且藉由墊片(未圖示)彼此分離。熱轉移板13與墊片一起形成平行通道，該等平行通道經佈置以接收兩種流體，該等流體用於將熱自一流體轉移至另一流體。為此，第一流體經佈置以於每一個第二通道中流動且第二流體經佈置以於其餘的通道中流動。該等流體經由入口及出口饋入平板式熱交換器2且自該平板式熱交換器送出，該等入口及出口與熱轉移板13之流體入口埠及出口埠流體連通且延伸穿過第一末端件4。在圖中，入口及出口共同表示為18。
為在第一末端件4與第二末端件6之間對準且支撐熱轉移板13，平板式熱交換器2進一步包含載桿20，該載桿穿過第二末端件6之頂部而固定至第一末端件4之頂部，且在水平方向上自第一末端件之該頂部延伸。此外，導桿22穿過第二末端件6之底部而固定至第一末端件4之底部，且在水平方向上自第一末端件之該底部延伸。而且，載桿20及導桿22之自由端分別固定至用於增加穩定性的支撐桿24。為與載桿及導桿接合，熱轉移板13以及第一框架部件與第二框架部件於其頂部邊緣及底部邊緣具 備各自的凹部。
為使熱轉移板之間的通道在第一流體及第二流體流經此等通道時為防漏的，熱轉移板之堆疊或包裝12必須加以壓縮，亦即，第一末端件4及第二末端件6必須壓向彼此。為此，平板式熱交換器2進一步包含四個螺紋螺栓26及四個螺帽28，且第一末端件4及第二末端件6，或更明確地即第一框架部件8及第二框架部件10，各自具備四個凹部30，該等凹部分別沿第一框架部件及第二框架部件之兩個對立第一側或長側32 & 34及36 & 38分佈。螺栓26中之每一者延伸穿過第一框架部件8之凹部之一及第二框架部件10之凹部之一對應者以便接合螺帽28之一。螺栓26之螺栓頭26'與第一框架部件8接合，而螺帽與第二框架部件10接合，以將第一末端件及第二末端件彼此連接。藉由擰緊螺帽28，使該等第一末端件及第二末端件更有力地壓向彼此。
加墊片的平板式熱交換器之一般功能及設計為人所熟知，將不在本文中詳細描述。
本發明之本質分別在於第一末端件4及第二末端件6的獨特設計。第一末端件及第二末端件之構造基本上相同。為簡單起見，以下將焦點放在第一末端件4上。
如以上所提及，第一末端件4包含第一框架部件8。第一框架部件8係自框架物件40產生，該物件例示於圖5及圖6中。更特定言之，第一框架部件8係藉由在框架物件40上銑切出上文所提及之凹部而獲得。因此，框架物件40之以下所論述之特徵亦為第一框架部件8之特徵，且第一框架部件及框架物件的措辭在後文中交替地使用。
框架物件40由鋁製得且藉由以平行於框架物件之縱軸線C之擠出方向D進行擠出而產生。因此，框架物件40之橫截面沿縱軸線C為恆定的。框架物件40具有內部部分42、外部部分44以及中間部分46。內部部分42實際上構成先前所提及的第一末端件4之內部部分14，該內部部分為實心壁，如自框架物件內所見，該實心壁帶有凸面或向外相對輕微凸起或拱起的外壁表面48及平坦的內壁表面50。因此，內部部分42之厚度t1在第一框架部件8之縱軸線C的橫向上有所變化，以使得該厚度自長側32、34向內增加。中間部分46包含藉由八個分隔壁54彼此分離的九個空腔52，該等空腔及該等分隔壁沿第一框架部件8之縱軸線C延伸。如自框架物件內所見，外部部分44為帶有平滑外壁表面56及有角內壁表面58的向外彎曲或拱出實心壁。
分隔壁54中每一者在第一框架部件8之內部部分42與外部部分44之間延伸。更特定言之，內部部分42之內壁表面50包含五個內部連接區域60，該等區域之一在圖5及圖6中以虛線例示，而外部部分44之內壁表面58包含四個外部連接區域62，該等區域之一在圖5中用虛線例示。所有連接區域皆沿第一框架部件8之縱軸線C延伸。分隔壁54中之每一者沿內部連接區域60之一連結內部部分42且沿外部連接區域62之一連結外部部分44。如自圖中清楚可見，一個或兩個分隔壁連結內部連接區域60中之每一者，同時兩個分隔壁連結外部連接區域62中之每一者。外部部分44之內壁表面58在每兩個相鄰外部連接區域62之間為平面，此乃如上文提及的內壁表面有角之原因。因為外壁表面56為平滑的且內壁表面58有角，所以外部部分44之厚度t2在第一框架部件8之縱軸線C的橫向上以 及在兩相鄰外部連接區域之間有所變化，以使得該厚度自外部連接區域62向內增加。
因此，再返回至圖1至圖4，當組裝平板式熱交換器2時，熱轉移板之堆疊12係佈置於第一末端件4及第二末端件6之間，以使得該等板與載桿20及導桿22接合。螺栓26經插入穿過第一框架部件8之凹部30中的各別一者及第二框架部件10之凹部30中的對應一者。螺帽28旋擰在螺栓26之各別一者上且經擰緊以將第一末端件4及第二末端件6壓向彼此。當第一末端件及第二末端件之間的距離為所要距離時，平板式熱交換器2即準備使用，亦即，平板式熱交換器之通道準備接收流體，將於該等流體之間轉移熱。因為螺帽及螺栓與框架部件8及10之邊緣段接合，所以在框架部件8及10中的應力(當流體通過平板式熱交換器2時，該應力為其最大應力)將自邊緣部分向內增加且在邊緣部分之間的中部處為其最大應力。然而，由於框架部件8及10之內部部分及外部部分兩者(對框架物件40而言，分別表示為42及44)均向外膨出，框架部件在該等部分之各別中央段(對第一框架部件8而言表示為64，且圖1中以虛線例示)中同樣地最為強固。因此，在受到應力時，框架部件8可抵抗變形。此外，框架部件之外部部分的內壁表面(對框架物件40而言，表示為58)在各別外部連接區域之間為平面的事實使得框架部件對於變形甚至更有抵抗力，因為當第一末端件4及第二末端件6壓向彼此時，基本上在外部部分中無彎曲力矩而僅有拉應力。
在壓縮開始之前，第一末端件4之內部部分14及第二末端件之內部部分16分別向外膨出，如上文所論述。因此，當壓縮開始時，堆 疊12之熱轉移板在「預擰緊」期間於其中央部分中受迫靠向彼此。隨著螺帽28進一步擰緊，內部部分14及16之向外膨出逐漸減少。當獲得堆疊12之所要壓縮時，即不再擰緊螺帽。在此狀態下，亦即，當平板式熱交換器準備使用時，向外膨出基本上為零。此意謂內部部分14及16之外壁表面(對內部部分14而言，表示為48或15，且對內部部分16而言，表示為19)基本上為平面，從而有利於獲得防漏平板式熱交換器。
如以上所提及，堆疊12之熱轉移板藉由墊片彼此分離。雖然在圖中不可見，但是第一末端件4及第二末端件6與熱轉移板之堆疊12之間亦是存在墊片的。因此，第一末端件4之內部部分14及第二末端件6之內部部分16並非在整個外壁表面(對第一框架部件8而言，表示為48或15，且對內部部分16而言，表示為19)上進行支撐。不均勻的支撐亦歸因於熱轉移板之紋路。因此，為抵抗由於此部分支撐之變形，內部部分相對較厚。更特定言之，內部部分之厚度t1大於外部部分之厚度t2。
第一末端件4及第二末端件6中每一者進一步包含兩個相似但鏡像倒置的桿66，該等桿之一係表示為66'且單獨在圖7中例示。桿66'係由碳鋼製得且由帶有L形橫截面的較長第一部件68，亦即，兩個支腿68'及68"，以及帶有相同L形橫截面的較短第二部件70，亦即，兩個支腿70'及70"組成。第一部件68及第二部件70分別以L形式永久地連結。第一部件68之支腿68'包含三個孔72、74以及76，而第二部件70之支腿70'包含一個孔78。桿66'經佈置以延伸穿過第一框架部件8之中間部分46的空腔52之外空腔52'，平行於該第一框架部件之縱軸線C。更特定言之，桿66'之支腿68'經佈置以與內部部分14之內壁表面50接合，而桿66'之支腿68" 經佈置以與定界外空腔52'之分隔壁54接合。為了桿66在空腔52'內的正確定位，第一框架部件8包含自內壁表面50延伸的凸部80及自定界外空腔52'之分隔壁54延伸的凸部82。凸部80及82經佈置以與支腿68'及68"之各別遠端邊緣接合。
如圖4中所例示，桿66'比第一框架部件8長且其自該第一框架部件之兩個對立第二側或短側84及86凸出。因此，孔72係佈置於第一框架部件8外部，更特定言之位於該第一框架部件上方。相似地，孔78係佈置於第一框架部件8外部，更特定言之位於該第一框架部件下方且面向地面。然而，孔74及76係佈置於第一框架部件8內部。更特定言之，該等孔可與凹部30中之各別一者對準。
如以上所述，當組裝平板式熱交換器2時，螺栓26經插入穿過第一框架部件及第二框架部件之凹部30。在與框架部件連接時，螺栓26亦插入穿過第一框架部件之桿中的一者及第二框架部件之桿中的一者。關於桿66'，螺栓經插入穿過支腿68"之孔74及76。當擰緊螺帽28，桿66相對於框架部件8及10固定。桿66用作凹部30周圍之加強件，在該等凹部處框架部件係相對弱的。無加強桿66之情況下，在框架部件之凹部30周圍的區域中存在與螺帽之擰緊有關的斷裂的風險。
如本文所使用，螺帽擰緊屬於一種相對操作。因此，螺帽擰緊可藉由旋轉螺帽或螺栓達成。據此，桿66亦可用作與帶有某些設計(如習知的六角形外形)的螺帽之擰緊有關的止動機構，如在圖8中所例示，該圖展示桿66之另一桿66"。如自圖中清楚可見，桿之L形狀，或更特定言之，該等桿之不包含孔的支腿可防止螺帽旋轉。因此，藉由使用帶有經 適合設計之螺栓頭的螺栓，該等經適合設計之螺栓頭為不因桿的存在而妨礙旋轉的螺栓頭(如內角沈頭螺栓(socket head bolt))，末端件可藉由旋轉螺栓頭而不用手動地固持螺帽來壓向彼此。另外，該等桿之包含孔的支腿可消除對習知平板式熱交換器之螺栓及螺帽所需的彼等墊圈之需要。
因此，桿66具有加強及止動功能。然而，亦可將其他靈巧的功能整合於桿中。每當需要提起平板式熱交換器2時，桿66的佈置在框架部件8及10上方之孔(對桿66'而言，表示為72)可用作提舉機構。實際上，此等孔可用作提舉機構，係歸因於桿的L形狀，與螺栓是否存在無關。桿之較短的第二部件將抵靠框架部件之下部短側而自行止動。此外，桿66之佈置於框架部件下方的孔(對桿66'而言，表示為78)可用作附接裝置，其經佈置以與例如錨定於地面的螺栓配合，以用於固定且支撐平板式熱交換器2。將此等提舉及固定特徵整合在桿中消除對用於提舉及固定平板式熱交換器之習知機構的需要。此類習知機構需要末端件長於熱轉移板來允許末端件與提舉及固定機構之間的接合。若取而代之地將提舉及固定特徵如此處所建議整合在桿中，末端件即可具有與熱轉移板相同的長度，此乃材料有效的。
應注意的是，平板式熱交換器2之支撐桿24及桿66為相似的，從而使得平板式熱交換器更便宜且組裝起來更容易。
進一步而言，應指出的是，如自一些圖中顯而易見，框架部件之短側藉由套殼封閉。此係出於衛生學及美學之原因。
參閱圖9至圖10，部分地例示一種全焊塊型平板式熱交換器88。該熱交換器分別包括第一末端件90、第二末端件92、第三末端件94、 第四末端件96、第五末端件98以及第六末端件100。該第一末端件、第二末端件、第三末端件以及第四末端件為平板式熱交換器88之側面板且其基本上全部如上述末端件4及6一樣來構造。因此，該第一末端件、第二末端件、第三末端件以及第四末端件分別包含第一框架部件102、第二框架部件104、第三框架部件106以及第四框架部件108中之各別一者。該第五末端件及第六末端件為平板式熱交換器88之頂蓋及底蓋，且其二者均依傳統設計的。然而，在一替代實施例中，第五末端件及第六末端件亦可基本上如上述末端件4及6一樣來構造。
平板式熱交換器88進一步包含熱轉移板112之堆疊或包裝110。熱轉移板之包裝為全焊型，此即為熱轉移板之間不需要墊片來用於平板之間的流道的適當密封之原因。第一末端件90、第二末端件92、第三末端件94、第四末端件96、第五末端件98以及第六末端件100分別經佈置以拴接(螺栓未示出)至一組角梁114，以繞熱轉移板112之包裝110形成盒形外殼。因此，在經組裝的熱交換器88中，平板包裝110係佈置於第一末端件90、第二末端件92、第三末端件94、第四末端件96、第五末端件98以及第六末端件100之各別內部部分116、118、120、122、124以及126之內。更特定言之，內部部分116、118、120、122、124以及126之各別外壁表面128、130、132、134、136以及138面向熱轉移板112之包裝110的第一表面140、第二表面142、第三表面144、第四表面146、第五表面148以及第六表面150中之各別一者。內部部分及因此外壁表面中之每一者具有外部尺寸x1及x2。熱轉移板包裝110之第一表面140及第二表面142係對立的且垂直於熱轉移板112之延伸平面。相似地，第三表面144及第四表面 146係對立的且垂直於熱轉移板112之延伸平面。第一表面、第二表面、第三表面以及第四表面中之每一者具有外部尺寸x3及y3。此外，第一表面、第二表面、第三表面以及第四表面中之每一者具有外部尺寸為x2及y2的中央部分及圍繞該中央部分之周邊部分，對第一表面而言，該等部分在圖10中表示為145及147。第五表面148及第六表面150係對立的且平行於熱轉移板112之延伸平面。
如自圖中清楚可見，第一末端件90、第二末端件92、第三末端件94以及第四末端件96之內部部分116、118、120以及122延伸至熱轉移板包裝110之外。換言之，x1>x3>x2且y1>y3>y2。
如以上所提及，末端件經佈置以拴接至角梁。更特定言之，第一框架部件102、第二框架部件104、第三框架部件106以及第四框架部件108各自具備沿其縱向邊緣的凹部152。螺栓經佈置以延伸穿過凹部152中之各別一者且進一步進入角梁114之一的對應孔154中。
全焊塊型平板式熱交換器之一般功能及設計為人所熟知，且將不在本文中詳細描述。特別地，全焊塊型平板式熱交換器的與本發明不相關之構件在此將不做描述。取而代之地，參閱歐洲專利申請案EP2508831，其在此以引用方式納入本文中。
如以上所提及，平板式熱交換器2之第一末端件4及第二末端件6的構造與平板式熱交換器88之第一末端件90、第二末端件92、第三末端件94以及第四末端件96的構造基本上相似。上文集中對第一末端件4之描述因此對末端件90、92、94以及96而言亦有效。然而，焊接型熱交換器之末端件與加墊片的熱交換器之末端件可能在某些方面有所不同。作為 一實例，用於形成焊接型熱交換器之末端件的框架物件40之內部部分42可為平直狀且具有均勻厚度，因為焊接型熱交換器之末端件並非係佈置來壓縮熱轉移板112之包裝110。
當然，即使未在圖中例示，焊接型平板式熱交換器之末端件中的一或多者可包含與以上所述的桿66相似的桿。
如以上所提及，就可擠出多寬的物件而言存在限制。為允許提供寬度超過最大擠出寬度之末端件，末端件之框架部件，亦即，該框架部件自其產生的該框架物件可包含複數個擠出模組。此類模組156、158、160以及162及此模組化框架物件164例示於圖11及12中。該等模組藉由焊接沿平行於擠出方向(D)延伸之接縫166並排連接。每兩個模組藉由框架物件164之兩個對立接縫連接，一接縫至少部分地延伸穿過內部部分168，且一接縫至少部分地延伸穿過外部部分170。在圖11中，例示模組156及158之連接表面172。在組裝框架物件中，模組中之每一者的連接表面172中的每一者係焊接至模組中之相鄰一者的連接表面172中的對應一者。連接表面至少部分地自模組之各別一者的邊界表面174突出。藉此，在模組之間達成緊密相接變得較為容易。此係因為邊界表面可能並非完美平面，其為在兩個邊界表面之間難以達成緊密相接之原因。因此，在模組彼此焊接後，在每兩個模組之間存在狹窄中央槽縫。
模組可藉由不同焊接技術彼此焊接。此類技術之一實例為摩擦攪拌焊接，藉由該技術可將模組以快速且強固之方式加以連接。更特定言之，藉由摩擦攪拌焊接可達成的焊接接縫與模組結構之其餘部分一樣強固。另外，藉由摩擦攪拌焊接，可同時產生一個以上的焊接接縫，如在兩 個模組(上文提及)之間的兩個對立的焊接接縫，從而實現快速生產率。此外，長度長的模組可焊接在一起以產生長度長的框架物件，在後一階段，該等框架物件可按需要切割成較短長度。當然，亦可設想除焊接以外的其他模組連接技術。例如，模組可被膠接或旋擰在一起。
作為另一實例，模組可藉由某種機械自鎖機構連接。圖13例示包含外凸模組178、內凹模組180以及外部模組182的模組化擠出框架物件176。外凸模組178包含凸部184及凹槽186。內凹模組180包含兩個凹槽188及190。外部模組182包含兩個凸部192及194。所有凹槽及凸部皆沿擠出方向D延伸。如圖13中所例示，將外凸模組178之凸部184收納在內凹模組180之凹槽188中、將外部模組182之凸部192收納在內凹模組180之凹槽190中，且將外部模組182之凸部194收納在外凸模組178之凹槽186中以便組裝合框架物件176。
當然，模組化擠出框架物件可以許多不同方式加以構造。例如，該框架物件可僅包含一外凸模組及一內凹模組，該等模組藉由一或多對配合的凸部及凹槽進行連接。該框架物件亦可包含兩個末端模組及理論上任何數目的相似或不同的中間模組，該等模組全部藉由某種自鎖機構及/或焊接及/或某些其他連接機構加以串聯連接。可設想與本發明有關的不同種類的自鎖機構，如替代形式的凸部及凹槽，例如鳩尾形式。
亦可設想包含具有不同寬度及/或長度的模組的模組化擠出框架物件。圖14例示模組化擠出框架物件196，其包含兩個基本上相似的末端模組198及更寬且更長的中間模組200以便容納如載桿及導桿、擰緊螺栓以及提舉、支撐及固定機構的特徵。因此，框架物件196經尺寸設定以 在局部較大，其中需要將特殊特徵併入所得的末端件中，此舉可不僅節省空間而且節省材料及因此金錢。
因此，以上描述的本發明之平板式熱交換器之核心為擠出的非實心框架部件。藉由擠出，可能製造帶有相對複雜的設計的框架部件，該設計可抵抗變形，因為其提供有效的負載分佈。此外，框架部件極具材料有效性，自經濟的角度看，此為有益的。另外，由於框架部件包含空腔且可由諸如鋁的密度相對低的材料製得，所以其為相對輕巧的。將鋁用於框架部件之一優點在於，其無需如習知碳鋼末端板一樣加以塗裝來變得有抵抗性。
本發明之上述實施例只應看作範例。熟習此項技術者會意識到，在不偏離本發明觀點之情況下，所論述之實施例可以許多方式加以改變及組合。
作為一實例，框架部件可由諸如鋼或聚合物的任何適合的可擠出材料製得。
作為另一實例，本發明可用於任何類型的平板式熱交換器，該平板式熱交換器諸如半焊接型平板式熱交換器及所有類型的帶有永久連結熱轉移板之平板式熱交換器。
上文指出且在圖中展示的末端件之設計僅為示範性的。因此，框架部件可包含任何數目及任何設計的空腔及分隔壁。分隔壁不必是筆直的，而是可為有角的或彎曲的且甚至彼此連接的，以便在框架部件內形成例如網格狀結構。此外，分隔壁可具有變化之厚度且一分隔壁之設計可與另一分隔壁之設計不同。
另外，框架部件之外部部分及內部部分可在長側上彼此分離。此外，框架部件之外部部分的外壁表面可如內壁表面一樣為有角的而不是平滑的。另外，一或多個分隔壁可連結框架部件之內部部分及外部部分的內部接觸區域及外部接觸區域中之每一者。
此外，可使用帶有與上述桿不同的設計的桿。例如，可使用帶有矩形或U形橫截面的桿替代帶有L形橫截面的桿。當然，桿之設計決定其功能。另外，一個以上的桿可延伸於同一個空腔內。此外，桿不需要沿完整的空腔延伸。最後，桿可佈置於除外部空腔以外的其他空腔中。
如以上所提及，框架部件之第二側或短側可藉由套殼封閉且桿可延伸穿過框架部件，且超出該框架部件之下部短側以尤其用於支撐及固定框架部件。根據一替代實施例，本發明之框架部件可具備在圖15中例示且以數字202表示的聚合物支撐件。支撐件202包含許多凸部204，其經佈置以自框架物件40之短側86插入該框架物件之空腔52中(參見圖4及圖5)且與界定此等空腔之內壁接合。支撐件之基座206經佈置以延伸於框架物件或框架部件外部且其包含適於與地面接觸之支腳208。如自圖15中清楚可見，支撐件202可具有部分中空結構且包含框架210及空腔212，從而使得支撐件輕巧且具材料有效性但仍然強固。對於具備支撐件202之框架部件，可不需要用於封閉下部短側的套殼，此外，若桿存在，則其可不必延伸超出下部短側以支撐框架部件。此係因為支撐件經佈置以既封閉下部短側又支撐框架部件。
當然，支撐件202可為除聚合物材料以外的其他材料。
以上框架部件之內部部分具有基本上平面的內壁表面及輕 微凸面的外壁表面。因此，內部部分之厚度係變化的。當然，框架部件內部部分之其他設計係可能的。作為一實例，框架部件內部部分之內壁表面及外壁表面兩者皆為輕微凸面的。或者，如以上所提及，該等表面兩者可基本上為平面。在兩種情況下，內部部分可具有恆定厚度。
在上述平板式熱交換器中，螺栓及螺帽經佈置以彼此配合且與框架部件之凹部配合來將末端件壓向彼此。當然，其他機構可用以將末端件壓向彼此。
上述支撐桿在某些平板式熱交換器類型中可不為必需的，因為桿為兩個末端件提供支撐及固定的解決方案。
上述的桿之L形為螺帽提供止動的解決方案。當然，桿可替代地為螺栓頭提供止動的解決方案。據此，末端件將藉由旋轉螺帽而不是螺栓而壓向彼此。此外，可設想其他止動的解決方案。作為一實例，螺帽或螺栓頭可永久地附接(例如焊接)至桿。
應強調的是，與本發明不相關的細節描述已予以省略，且圖僅僅為示意圖且未根據比例繪製。亦應指出的是，一些圖比其他圖更加簡化。因此，某些構件可能在一幅圖中例示但卻在另一幅圖上略去。
2‧‧‧平板式熱交換器
8‧‧‧框架部件/第一框架部件
10‧‧‧第二框架部件
12‧‧‧熱轉移板包裝
14‧‧‧內部部分
15‧‧‧外壁表面
16‧‧‧內部部分
17‧‧‧第一表面
18‧‧‧入口/出口
19‧‧‧外壁表面
20‧‧‧載桿
21‧‧‧第二對立表面
24‧‧‧支撐桿
26‧‧‧螺栓/螺紋螺栓
28‧‧‧螺帽
36‧‧‧第一側/長側
38‧‧‧第一側/長側
66"‧‧‧桿
68'‧‧‧支腿
68"‧‧‧支腿
70'‧‧‧支腿
78‧‧‧孔

Claims (16)

  1. 一種平板式熱交換器(2，88)，其包含末端件(4，90)以及熱轉移板(13，112)之一包裝(12，110)，該末端件包含一框架部件(8，102)，該框架部件具有一內部部分(42，14，116)、一外部部分(44)以及一佈置於該內部部分與該外部部分之間的中間部分(46)，且該框架部件係經擠出的，該框架部件之該中間部分包含在該框架部件之一擠出方向(D)上延伸的第一數目之空腔(52)，該擠出方向係平行於該框架部件之一軸線(C)，其中該框架部件(8，102)之該內部部分(42，14，116)之一外壁表面(48，15，128)係面向熱轉移板(13，112)之該包裝(12，110)的一第一表面(17，140)，該第一表面具有一中央部分(23，145)及一圍繞該中央部分之周邊部分(25，147)，且其中該框架部件之該內部部分之該外壁表面的外部尺寸(x1，y1)與熱轉移板之該包裝的該第一表面的該中央部分之外部尺寸(x2，y2)至少一樣大。
  2. 如申請專利範圍第1項之平板式熱交換器(2，88)，其中該框架部件(8)之該內部部分(42，14)的該外壁表面(48，15)經佈置平行於該等熱轉移板(13)之一延伸平面。
  3. 如申請專利範圍第1項之平板式熱交換器(2，88)，其中該框架部件(102)之該內部部分(42，116)的該外壁表面(48，128)經佈置垂直於該等熱轉移板(112)之一延伸平面。
  4. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之平板式熱交換器(2，88)，其中該框架部件(8，102)之該中間部分(46)包含：第二數目的分隔壁(54)，該等分隔壁在該框架部件之該外部部分與該內部部分之間延伸，該外部部 分(44)之一內壁表面(58)包含第三數目的外部連接區域(62)，並且該內部部分(42，14，116)之一內壁表面(50)包含有第四數目的內部連接區域(60)，該等分隔壁中之每一者沿該等外部連接區域中之一者連結該外部部分，且沿該等內部連接區域中之一者連結該內部部分。
  5. 如申請專利範圍第4項之平板式熱交換器(2，88)，其中該外部部分(44)之該內壁表面(58)基本上在兩個相鄰外部連接區域(62)之間為平面。
  6. 如申請專利範圍第4項之平板式熱交換器(2，88)，其中該外部部分(44)之一外壁表面(56)與該框架部件(8，102)之該內部部分(42)的該外壁表面(48，15，128)之間的距離在該框架部件之一中央段(64)中比在該中央段外部要大，該中央段沿該框架部件之該軸線(C)延伸。
  7. 如申請專利範圍第6項之平板式熱交換器(2，88)，其中該框架部件(8，102)之該外部部分(44)的該外壁表面(56)可向外拱出，如自該框架部件之該中間部分(46)所見。
  8. 如申請專利範圍第6項之平板式熱交換器(2，88)，其中該框架部件(8，102)之該內部部分(42)的該外壁表面(48，15，128)可向外拱出，如自該框架部件之該中間部分(46)所見。
  9. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之平板式熱交換器(2，88)，其中該框架部件(8，102)之該外部部分(44)的厚度t2小於該框架部件之該內部部分(42，14，116)的厚度t1。
  10. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之平板式熱交換器(2，88)，其中該框架部件(8，102)之該外部部分及該內部部分(44，42，14，116) 中之每一者皆具有兩個對立的第一側(32，34)，該等第一側平行於該軸線(C)，該外部部分及該內部部分沿該等第一側彼此連接。
  11. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之平板式熱交換器(2，88)，其進一步包含第六數目的桿(66)，該等桿延伸於該框架部件(8，102)之該中間部分(46)內部。
  12. 如申請專利範圍第11項之平板式熱交換器(2，88)，其中該等桿(66)中每一者沿該等空腔(52)中之一各別空腔延伸於該框架部件(8，102)內部。
  13. 如申請專利範圍第12項之平板式熱交換器(2，88)，其中該等桿(66)中至少一者延伸於該框架部件(8，102)外部且自該框架部件之兩個對立第二側(82，86)之一側突出。
  14. 如申請專利範圍第13項之平板式熱交換器(2，88)，其中該框架部件(8，102)包含延伸穿過該框架部件之該外部部分及該內部部分(44，42，14，116)的至少一個凹部(30，152)，且該等桿(66)中至少一者包含與該框架部件之該至少一個凹部重合的至少一個孔(72，74，76，78)，以易於該框架部件與該等桿中之該至少一者之間的配合。
  15. 如申請專利範圍第1至3項中任一項之平板式熱交換器(2，88)，其中該框架部件包含複數個擠出模組(156，158，160，162，178，180，182)，該等模組沿該擠出方向(D)連接。
  16. 一種製造用於一平板式熱交換器(2，88)之一末端件(4，90)的方法，該末端件包含一框架部件(8，102)，該框架部件具有一內部部分(42，14，116)、一外部部分(44)以及一佈置於該內部部分與該外部部分之間的 中間部分(46)，該內部部分之一外壁表面(48，15，128)經佈置以面向包含於該平板式熱交換器內的熱轉移板(13，112)之一包裝(12，110)的一第一表面(17，140)，該第一表面具有一中央部分(23，145)及一圍繞該中央部分之周邊部分(25，147)，其中該框架部件(8，102)之該中間部分(46)包含複數個分隔壁(54)，該等分隔壁在該框架部件之該外部部分與該內部部分之間延伸，該外部部分(44)之一內壁表面(58)包含複數個外部連接區域(62)，該內部部分(42，14，116)之一內壁表面(50)包含複數個內部連接區域(60)，並且該等分隔壁(54)中之每一者沿該等外部連接區域(62)中之一者連結該外部部分(44)，且沿該等內部連接區域(60)中之一者連結該內部部分(42，14，116)，其特徵在於擠出該框架部件，該框架部件帶有包含於該框架部件之該中間部分中的許多空腔(52)，該等空腔在該框架部件之一擠出方向(D)上延伸，該擠出方向平行於該框架部件之一軸線(C)，且該內部部分之該外壁表面的外部尺寸(x1，y1)與熱轉移板之該包裝的該第一表面的該中央部分之外部尺寸(x2，y2)至少一樣大。
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