TWI565926B - 在埠區具有改良強度的平板式熱交換器 - Google Patents

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Description

在埠區具有改良強度的平板式熱交換器
本發明係關於一種平板式熱交換器，其包括具有永久接合熱傳遞平板之平板包裝，在該等熱傳遞平板之間形成用於至少兩種熱交換流體的通道。各熱傳遞平板均具備埠孔，該等埠孔與其他熱傳遞平板中的對應埠孔一起形成貫穿該平板包裝的埠道。
此類平板式熱交換器中之熱傳遞平板通常經由焊接、銅焊或壓焊(bonding)而彼此永久接合。在熱傳遞平板已經由銅焊而彼此永久接合之平板式熱交換器中，熱交換器常常具備兩個末端平板，該等末端平板厚於熱傳遞平板且在平板包裝中係用兩個各別外部熱傳遞平板永久接合在一起。通常，末端平板之一具備與貫穿平板包裝之埠道相對的孔，而且另一末端平板可具備與埠道相對的一或多個孔。在末端平板中之至少一者上，緊固有通常呈管套形式之連接構件，該緊固係例如藉由環繞此等平板之各別孔進行銅焊而達成。末端平板中之每一者不必以單件製成，而可由兩個或兩個以上之部件製成。
介於熱傳遞平板之間的用於熱交換流體之通道一般以一方式連接至該等埠道，以使得每個第二通道均將由該等熱交換流體之一流 過，且相應地包括在第一組通道內。剩餘通道形成第二組通道，第二組通道將由另一種熱交換流體流過。在平板式熱交換器處於操作中時，第一熱交換流體流過第一管套進入第一埠道中，進一步流過第一組通道至第二埠道，且經由第二管套流出。第二熱交換流體流過第三管套進入第三埠道，進一步流過第二組通道至第四埠道，且經由第四管套流出。
在永久接合(例如銅焊)平板式熱交換器之許多應用中，需要高強度以便於適應經由平板式熱交換器傳送之一或多種介質的高工作壓力，或在任何介質之工作壓力隨著時間變化時適應一或多種介質的高工作壓力。為確保平板式熱交換器之強度及剛性滿足較高強度之要求，在交貨之前對平板式熱交換器進行測試。就壓力測試而言，希望塑性變形盡可能小。
如上文所提及，為滿足較高強度之要求，一種完全確立之技術係使用較厚的末端或強化平板，該等平板為位於平板包裝中最外部位置之兩個平板。亦可將該等強化平板指定為配接平板或框式平板及壓力平板。還可將薄板、墊環或厚平板提供在框式平板及/或壓力平板之外側。此等額外平板、墊環或類似物之一個缺點在於製造變得更為複雜，因為在生產平板式熱交換器時，例如銅焊平板式熱交換器時，必須固定更多組件。
具有更多材料之較厚強化平板的另一缺點在於，該類強化平板之熱「緩慢性」增加。歸因於強化平板之此種較高熱緩慢性，獲得平板式熱交換器，尤其是最鄰近強化平板內部提供之熱交換器平板之降低的熱疲勞效能。由於熱交換器平板係由較薄材料製造，所以其將會更迅速地適應介質之溫度，從而導致熱交換器平板與強化平板之間非所欲的溫度差 異，且因此適應熱相依應力。
此外，較厚強化平板導致以下缺點：材料之消耗變大並且因此增加平板式熱交換器之成本。
US-A-4,987,955揭示一種平板式熱交換器，其包括平行於主延伸平面延伸之複數個平板。該等平板包括複數個熱交換器平板及至少一個強化平板。熱交換器平板彼此靠近提供並且形成平板包裝，該平板包裝具有用於第一介質之第一平板間隙及用於第二介質之第二平板間隙。各個熱交換器平板具有四個埠孔，該等埠孔形成延伸穿過平板包裝之埠。熱交換器平板包括處於該平板包裝一側之最外部熱交換器平板及處於該平板包裝一相對側之最外部熱交換器平板。該平板包裝中該等平板間隙中之兩者於該平板包裝之一各別側處形成一各別最外部平板間隙，該等最外部平板間隙係由該等最外部熱交換器平板中之一各別平板向外定界。強化平板係提供於該等最外部熱交換器平板中之一的近旁及外側。
本發明之目的為減少或至少緩解上文所提及之缺點且提供具有高強度的平板式熱交換器。本發明進一步針對可以低成本製造之平板式熱交換器。詳言之，本發明之目的在於達成一種具有改良強度的永久接合平板式熱交換器。
該目的係藉由初始定義之平板式熱交換器來達成，該平板式熱交換器之特徵在於：隔板係佈置於配接平板與最外部熱交換器平板中之一各別平板之間，該隔板包括至少兩個埠孔，該等埠孔係與最外部熱交換器平板及配接平板之各別埠孔中的每一者同心，並且隔板之埠孔分別大於 最外部熱交換器平板之埠孔及配接平板之埠孔。歸因於隔板，平板式熱交換器將能夠承受比其他情況下可能存在的壓力更高的壓力。
在本發明之一較佳實施例中，平板彼此永久地接合。
在本發明之另一實施例中，隔板之尺寸及形狀與配接平板之尺寸及形狀相同。
在本發明之另一實施例中，隔板永久接合至最外部熱交換器平板及配接平板。
在又一實施例中，隔板係分別佈置於框式平板與配接平板之間及壓力平板與配接平板之間。
P‧‧‧主延伸平面
1‧‧‧平板式熱交換器
2’‧‧‧最外部熱交換器平板
2’’‧‧‧最外部熱交換器平板
3‧‧‧配接平板
4‧‧‧框式平板
5‧‧‧壓力平板
6‧‧‧第一平板間隙
7‧‧‧第二平板間隙
8‧‧‧埠孔
9‧‧‧進口管/出口管
10‧‧‧內部熱交換器區
11‧‧‧外部邊緣區
12‧‧‧壓製圖案
13‧‧‧隔板
14‧‧‧埠孔
15‧‧‧凸起
現藉助於各種實施例之描述並參考隨附圖式來更為仔細地描述本發明。
圖1揭示先前已知的平板式熱交換器之側視圖。
圖2揭示圖1中的平板式熱交換器之正視圖。
圖3揭示圖1中的平板式熱交換器之熱交換器平板之正視圖。
圖4揭示根據本發明的熱交換器之一實施例之分解圖。
圖5揭示根據本發明的熱交換器之一實施例之橫截面圖。
圖1至圖3中示出了先前已知之平板式熱交換器。平板式熱交換器1包括複數個平板2，每個平板大體上平行於主延伸平面p延伸且形成平板包裝。另外，平板式熱交換器1包括框式平板4及壓力平板5，其提 供於平板包裝之一各別側上。此外，平板式熱交換器1包括至少一個配接平板3。在所示之實施例中，平板式熱交換器包括四個配接平板3。熱交換器平板2形成平板包裝，該平板包裝具有用於第一介質之第一平板間隙6及用於第二介質之第二平板間隙7。該等平板間隙6及7係以交替的順序提供，使得相鄰的兩個第一平板間隙6之間的平板間隙為第二平板間隙7。
各熱交換器平板2包括四個埠孔8，該等埠孔形成延伸穿過該平板包裝之埠道且形成供兩種介質分別到達第一平板間隙6及第二平板間隙7之進口及出口。進口及出口連接至示意性揭示之進口管及出口管9，該等管道可佈置於配接平板3上。在不存在進口管及/或出口管9時，配接平板3為封閉的。各熱交換器平板2包括內部熱交換器區10及環繞熱交換器區10延伸之外部邊緣區11。外部邊緣區11包括或形成自延伸平面p向外延伸之環繞凸緣。框式平板4及壓力平板5亦具有此外部邊緣區11，其包括或形成自延伸平面p向外延伸之凸緣。在較佳實施例中，各配接平板3具有一尺寸以使得該配接平板係含在外部邊緣區11之內。配接平板3還可具備提供於埠8中之兩者附近的強化圖案。
此外，每個熱交換器平板2於熱交換器區10上具有本身已知之壓製圖案12，參見圖式，該圖案係呈具有脊線及谷線之至少一褶皺的形式。圖3中揭示之壓製圖案12僅是示意性的且為此圖案之一實例。應注意的是，熱交換器平板2可具有多種設計之壓製圖案。
熱交換器平板2包括於平板包裝之一相對側處的最外部熱交換器平板2”。此外，熱交換器平板2、2’、2”於平板包裝之一各別側處形成兩個最外部平板間隙。該兩個最外部平板間隙分別由最外部熱交換 器平板2’及最外部熱交換器平板2”向外定界。配接平板3分別提供於最外部熱交換器平板2’及2”之一的外側。
在本發明之一較佳實施例中，框式平板4係直接提供於最外部熱交換器平板2’之外側且壓力平板5係直接提供於最外部熱交換器平板2”之外側。在此實施例中，框式平板4及壓力平板5不具有熱功能，亦即，在最外部熱交換器平板2’與框式平板4之間或在最外部熱交換器平板2”與壓力平板5之間無傳送之介質。因此，框式平板4及壓力平板5可大體上為平面，亦即，缺少提供於熱交換器平板1上之壓製圖案12。
根據本發明，具有與配接平板3大體上相同的外部尺寸之隔板13係佈置於框式平板4與配接平板3及/或壓力平板5與配接平板3之間的夾心結構中。隔板13具備埠孔14，該等埠孔與框式平板4及/或壓力平板5之埠孔8以及配接平板3之埠孔14大體上同心。然而，隔板13之埠孔14的尺寸大於平板、框式平板及壓力平板以及配接平板3(若具備埠孔)之埠孔8的尺寸。配接平板3可能不具備進口管及出口管9，且在此情況下，壓力平板5外側之配接平板為封閉的。在特殊情況下，配接平板3可具備凸起15，亦即，尺寸及直徑大體上對應於平板2之埠孔8的向外凸出區域。凸起之目的是更好地承受平板間隙中流體所施加之壓力。該等球形物之直徑較佳對應於埠孔8之直徑及形狀。歸因於較大之尺寸，亦即，隔板13之埠孔14的直徑，可歸因於流體壓力而達成具有改良強度及剛性之平板式熱交換器。在操作過程中，於平板式熱交換器之內部產生壓力，該壓力傾向於向外按壓平板包裝，尤其外部熱交換器平板2、2’、2”。藉助於直接提供於框式平板4外側及直接提供於壓力平板5外側之隔板13，該向外彎曲 得以阻止。
所有平板，亦即，配接平板3、框式平板4、熱交換器平板2、2’、2”以及壓力平板5，較佳經由金屬材料之熔融，例如銅焊、壓焊、焊接或其組合而彼此永久接合。此外，進口管及出口管9可銅焊至該等平板，且更精確而言為銅焊至配接平板3。該等平板亦可經由膠接進行永久連接。
本發明不限於所描述之實施例，但在以下申請專利範圍之範疇內可加以變化及修改。
1‧‧‧平板式熱交換器
3‧‧‧配接平板
8‧‧‧埠孔
9‧‧‧進口管/出口管
13‧‧‧隔板
14‧‧‧埠孔

Claims (5)

  1. 一種包括複數個平板之平板式熱交換器，各平板平行於一主延伸平面(p)延伸且該等平板包括複數個熱交換器平板(2)及至少一個配接平板(3)，其中該等熱交換器平板(2)設成彼此靠近且形成一平板包裝，該平板包裝具有用於一第一介質之第一平板間隙(6)及用於一第二介質之第二平板間隙(7)，其中各個該等熱交換器平板具有四個埠孔(8)，該等埠孔形成延伸穿過該平板包裝之埠，其中該等熱交換器平板(2)包括處於該平板包裝一側之一最外部熱交換器平板(2’)及處於該平板包裝一相對側之一最外部熱交換器平板(2”)，其中該平板包裝中該等平板間隙(6、7)中之其中兩者於該平板包裝之一各別側處形成一各別最外部平板間隙，該等最外部平板間隙藉由該等最外部熱交換器平板(2’、2”)之一各別平板向外定界，且其中該配接平板(3)係設於該等最外部熱交換器平板(2’,2”)之一的外側，其特徵在於：一隔板(13)係佈置於該配接平板(3)與該等最外部熱交換器平板(2’、2”)中一各別平板之間，該隔板(13)包括至少兩個埠孔(14)，該等埠孔與該等最外部熱交換器平板(2’、2”)及該配接平板(3)之該等各別埠孔(8)中的每一者同心，且該隔板(13)之該等埠孔(14)分別大於該等最外部熱交換器平板之該等埠孔(8)及該配接平板(3)之 該等埠孔(8)。
  2. 如申請專利範圍第1項之平板式熱交換器，其中該等平板彼此永久接合。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之平板式熱交換器，其中該隔板(13)之尺寸及形狀與該配接平板(3)之尺寸及形狀相同。
  4. 如申請專利範圍第1或2項之平板式熱交換器，其中該隔板(13)永久接合至該等最外部熱交換器平板(2’、2”)及該配接平板(3)。
  5. 如申請專利範圍第1或2項之平板式熱交換器，其中該隔板(13)分別佈置於一框式平板(4)與該配接平板(3)之間，及一壓力平板(5)與該配接平板(3)之間。
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