TWI624642B - 板式熱交換器 - Google Patents

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TWI624642B
TWI624642B TW106117179A TW106117179A TWI624642B TW I624642 B TWI624642 B TW I624642B TW 106117179 A TW106117179 A TW 106117179A TW 106117179 A TW106117179 A TW 106117179A TW I624642 B TWI624642 B TW I624642B
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邁赫達德 莫哈姆迪安
科史丹 多卡瑞
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阿爾法拉瓦公司
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Abstract

一種板式熱交換器包含第一熱交換器板(1)、第二熱交換器板(2)、各自由一第二熱交換器板及一鄰近的第一熱交換器板之一初級對(I)形成的第一板間隙，及各自由一第一熱交換器板及一鄰近的第二熱交換器板之一次級對(II)形成的第二板間隙。每一第一熱交換器板包含一周邊輪緣(15)，該周邊輪緣圍繞一第一孔道(11)，且界定穿過該板式熱交換器的用於一第一流體之一入口通道(21)。每一次級對圍封鄰近於該周邊輪緣之一入口腔室(30)。該入口腔室對該等第二板間隙封閉，對該入口通道敞開，且經由一噴嘴構件(31)與該等第一板間隙中的一者連通，藉此准許該第一流體自該入口通道至該第一板間隙之一流動。

Description

板式熱交換器
本發明係指如申請專利範圍第1項之用於蒸發的板式熱交換器。
EP-2 730 878揭示板式熱交換器之板封裝。板封裝包含第一熱交換器板及第二熱交換器板，該等熱交換器板以一種方式並排配置使得，第一板間隙形成於每一對鄰近的第一熱交換器板與第二熱交換器板之間，且第二板間隙形成於每一對鄰近的第二熱交換器板與第一熱交換器板之間。第一板間隙及第二板間隙彼此分離並按交替次序並排提供於板封裝中。第一及第二熱交換器板中的每一者具有由周邊輪緣圍繞之第一孔道。第一熱交換器板及第二熱交換器板經由第一及第二熱交換器板之間的銅焊材料接合點彼此接合，且以使得周邊輪緣一起界定延伸穿過板封裝之入口通道的方式進行配置。
提供穿過第一及/或第二熱交換器板之周邊輪緣的限制孔，且形成流體通道，從而允許入口通道與第一板間隙之間的連通。
與先前技術板式熱交換器有關的一個問題是限制孔易開裂。這種易開裂性是歸因於周邊輪緣之相對較低的高度，此意謂限制孔將相對接近周邊輪緣之邊緣來定位。因此，限制孔與周邊輪緣之邊緣之間將 僅存在很短的距離。在熱交換器板之壓力深度很小時尤其如此。
本發明之目標在於彌補上文所論述之問題。詳言之，本發明目標旨在使得板式熱交換器在入口通道處較不易開裂，尤其是在形成入口通道之周邊輪緣中。
藉由最初界定之板式熱交換器來實現此目標，該板式熱交換器的特徵在於次級對中的每一者圍封鄰近於周邊輪緣之入口腔室，且入口腔室對第二板間隙封閉，對入口通道敞開，且經由包含一或多個限制孔之至少一個噴嘴構件與第一板間隙中的一者連通，藉此准許第一流體自入口通道流動至第一板間隙。
可藉由使得用於第一流體之噴嘴定位於入口腔室中且並未穿過周邊輪緣，避免周邊輪緣之開裂。噴嘴構件包含一或多個限制孔。此限制孔可在組裝板式熱交換器之前預先製成。一或多個限制孔提供對穿過噴嘴構件之第一流體的限制或調節。此限制或調節確保第一流體在第一板間隙中之恰當分佈。因此，第一流體可自入口通道流動至入口腔室中，且接著穿過噴嘴流動至第一板間隙中。
根據本發明之具體實例，噴嘴構件在入口腔室與該等第一板間隙中的所述一者之間延伸穿過第一熱交換器板。因此，噴嘴的位置可與周邊輪緣相隔一段距離，從而避免開裂之風險。
根據本發明之具體實例，穿過第一熱交換器板之限制孔的數目可為一個、兩個、三個、四個或甚至更多個。
根據本發明之具體實例，一或多個限制孔合起來具有1.5至 2.5mm2之流通面積。
根據本發明之具體實例，入口腔室中的每一者與板式熱交換器之其他入口腔室分離。
根據本發明之具體實例，入口腔室圍繞入口通道。因此，入口腔室可為環形。或者，入口腔室可沿著入口通道之周邊的一部分延伸。
根據本發明之具體實例，第一熱交換器板中的每一者包含鄰近周邊輪緣之環形平坦部分。環形平坦部分及周邊輪緣可部分圍封入口腔室。環形平坦部分有助於接近周邊輪緣之區的加固。
根據本發明之具體實例，環形平坦部分實質上平行於延伸平面延伸。
根據本發明之具體實例，環形平坦部分鄰接於一鄰近次級對之第二熱交換器板的對應環形平坦部分。環形平坦部分與對應環形平坦部分之接合保障了入口通道周圍的板式熱交換器之高強度。
根據本發明之具體實例，次級對之第一熱交換器板的周邊輪緣包含凹陷部，該凹陷部形成延伸遠離入口通道之表面部分，其中孔隙延伸穿過表面部分，且准許第一流體自入口通道至第一板間隙之該流動。
藉由提供穿過此表面部分之孔隙，孔隙距周邊輪緣之邊緣的距離可能大於孔隙位於周邊輪緣正上方時的距離。因此，孔隙不太易於在周邊輪緣中形成開裂。因此，第一流體可自入口通道流動至凹陷部中，且穿過孔隙，穿過表面，且接著進一步流動至第一板間隙中。
根據本發明之具體實例，凹陷部自環形表面及自周邊輪緣延伸。
根據本發明之具體實例，表面部分由壁表面部分地圍繞，該壁表面在表面部分與環形平坦部分之間延伸，且連接至表面部分及環形平坦部分。
根據本發明之具體實例，表面部分實質上為平面。
根據本發明之具體實例，表面部分實質上平行於延伸平面延伸。
根據本發明之具體實例，次級對之第一熱交換器板的周邊輪緣包含凹口，該凹口自周邊輪緣之邊緣延伸，且准許第一流體自入口通道至第一板間隙之該流動。
與穿過周邊輪緣且接近邊緣的孔相比，位於周邊輪緣之邊緣處的此凹口不太易於在周邊輪緣中形成開裂。因此，第一流體可自入口通道經由凹口流動至入口腔室中，且接著進一步流動至第一板間隙中。
根據本發明之具體實例，周邊輪緣具有垂直於延伸平面之自周邊輪緣之邊緣至根端的輪緣高度，其中周邊輪緣在到達鄰近第一熱交換器板之前通過鄰近第二熱交換器板。因此，周邊輪緣之邊緣可接合至鄰近次級對之第一熱交換器板的周邊輪緣之根端。
根據本發明之具體實例，第一及第二熱交換器板中的每一者具有包含脊及谷之波紋的熱交換器區域，且其中壓力深度界定於熱交換器板之上側的脊之上部點與谷之下部點之間。
根據本發明之具體實例，壓力深度小於3mm，較佳地小於2mm。
根據本發明之具體實例，第一及第二熱交換器板中的每一者 包含在熱交換器區域周圍延伸之邊緣區域。
如前述申請專利範圍中任一項，其中第一熱交換器板及第二熱交換器板較佳經由銅焊彼此永久地接合。
1‧‧‧第一熱交換器板
2‧‧‧第二熱交換器板
3‧‧‧第一板間隙
4‧‧‧第二板間隙
5‧‧‧熱交換器區域
6‧‧‧邊緣區域
7‧‧‧波紋
8‧‧‧壓力深度
11‧‧‧第一孔道
12‧‧‧第二孔道
13‧‧‧第三孔道
14‧‧‧第四孔道
15‧‧‧周邊輪緣
16‧‧‧邊緣
17‧‧‧根端
18‧‧‧輪緣高度
19‧‧‧孔道邊緣
21‧‧‧入口通道
22‧‧‧出口通道
23‧‧‧入口通道
24‧‧‧出口通道
30‧‧‧入口腔室
31‧‧‧噴嘴構件
32‧‧‧環形平坦部分
33‧‧‧對應環形平坦部分
34‧‧‧第一突出部
35‧‧‧第二突出部
36‧‧‧平坦區域
40‧‧‧凹陷部
41‧‧‧表面部分
42‧‧‧壁表面
43‧‧‧孔隙
50‧‧‧凹口
p‧‧‧延伸平面
I‧‧‧初級對
II‧‧‧次級對
本發明現經由各種具體實例之描述且參看隨附在此之圖式更接近地解釋。
圖1示意性地揭示根據本發明之第一具體實例之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的縱向截面圖。
圖3示意性地揭示圖1中之板式熱交換器之第一熱交換器板的平面圖。
圖4示意性地揭示圖1中之板式熱交換器之第二熱交換器板的平面圖。
圖5示意性地揭示第一熱交換器板之入口通道區域的平面圖。
圖6示意性地揭示第二熱交換器板之入口通道區域的平面圖。
圖7示意性地揭示沿著圖5中之線VII-VII的熱交換器板中之一些的入口通道區域的截面圖。
圖8示意性地揭示沿著圖5中之線VIII-VIII的熱交換器板中之一些的入口通道區域的截面圖。
圖9示意性地揭示根據第二具體實例之板式熱交換器之第一熱交換器板的入口通道區域的平面圖。
圖10示意性地揭示第二熱交換器板之入口通道區域的截面圖。
圖11示意性地揭示自圖9中之入口通道所見到的一對次級熱交換器板的正視圖。
圖12示意性地揭示沿著圖9中之線XII-XII的熱交換器板中之一些的入口通道區域的截面圖。
圖13示意性地揭示沿著圖10中之線XIII-XIII的熱交換器板中之一些的入口通道區域的截面圖。
圖1及圖2揭示包含複數個熱交換器板1、2之板式熱交換器。熱交換器板1、2包含按交替次序彼此並列配置於板式熱交換器中的第一熱交換器板1及第二熱交換器板2。
第一熱交換器板1及第二熱交換器板2中的每一者平行於延伸平面p延伸。
第一熱交換器板1及第二熱交換器板2以一種方式並排配置使得形成用於第一流體之第一板間隙3及用於第二介質之第二板間隙4。
板式熱交換器經組態以操作為蒸發器，其中第一板間隙3經組態以接收其中蒸發之第一流體。第一流體可為任何合適的致冷劑。第二板間隙4經組態以接收第二流體以用於加熱將在第一板間隙3中蒸發之第一流體。
板式熱交換器亦可反轉，且接著經組態以操作為冷凝器，其中第一流體(亦即致冷劑)冷凝於第一板間隙3中，且經由第二板間隙4傳輸第二流體以用於冷卻經由第一板間隙3傳輸之第一流體。
每一第一板間隙3由初級對I形成，該初級對由第二熱交換器板2中之一者及第一熱交換器板1中之鄰近者組成，參見圖7及圖8。
每一第二板間隙4由次級對II形成，該次級對由第一熱交 換器板1中之一者及第二熱交換器板2中之鄰近者組成，參見圖7及圖8。
第一板間隙3及第二板間隙4按交替次序並排提供於板式熱交換器中，如圖2中可看出。
每一第一熱交換器板1及第二熱交換器板2具有平行於延伸平面p延伸之熱交換器區域5(參見圖3及圖4)及在熱交換器區域5周圍延伸之邊緣區域6。因此，邊緣區域6圍繞熱交換器區域5，且形成凸緣，該凸緣相對於延伸平面p傾斜，參見圖2。熱交換器板1、2中的一者之邊緣區域6之凸緣以本身已知的方式鄰接且接合至熱交換器板1、2中的鄰近者之邊緣區域6的對應凸緣。
熱交換器區域5包含脊及谷之波紋7，該波紋在圖3及圖4中及在圖7及圖8中示意性地指示出。波紋7可形成如在板式熱交換器之領域中已知的各種圖案，例如，對角線圖案、魚骨形圖案等。
壓力深度8界定於各別第一熱交換器板1及第二熱交換器板2之上側的脊之上部點與谷之下部點之間，參見圖7。壓力深度8小於3mm，較佳小於2mm。壓力深度較佳可等於或大於1mm。
第一熱交換器板1及第二熱交換器板2中的每一者亦包含四個孔道11、12、13、14。
第一熱交換器板1之孔道11至14中的第一孔道11由周邊輪緣15圍繞，參見圖7及圖8。周邊輪緣15為環形，且橫向於或實質上橫向於延伸平面p延伸遠離熱交換器區域5。
周邊輪緣15具有邊緣16及根端17。周邊輪緣15具有垂直於延伸平面p的自邊緣16至根端17之輪緣高度18，參見圖7。輪緣高度 18大於或稍大於壓力深度8的兩倍。
如圖7及圖8中可以看出，周邊輪緣15為錐形或圓錐形的，或略微錐形或圓錐形的，且朝向邊緣16逐漸變窄，尤其是自根端17至邊緣16。
剩餘三個孔道12至14不具備此周邊輪緣，但由圖2中針對孔道13示意性地指示之孔道邊緣界定。
在所揭示之具體實例中，第二熱交換器板2之第一孔道11亦缺乏周邊輪緣。第二熱交換器板2之第一孔道11由孔道邊緣19界定，參見圖7及圖8。
第一熱交換器板1及第二熱交換器板2經由第一熱交換器板1與第二熱交換器板2之間的銅焊材料(諸如銅或銅合金)之接合點彼此永久地接合。
第一熱交換器板1及第二熱交換器板2可由金屬或金屬合金(諸如不鏽鋼)製成，該金屬或金屬合金延伸至熱交換器板1、2之外表面。
金屬或金屬合金之外表面具有使得其在板式熱交換器之銅焊期間黏附至銅焊材料的性質。
熱交換器板1、2以一種方式配置使得第一熱交換器板1之周邊輪緣15界定延伸穿過板式熱交換器的入口通道21，如圖7及圖8中可以看出。周邊輪緣15在到達鄰近第一熱交換器板1之前通過鄰近第二熱交換器板2。因此，一個次級對II之第一熱交換器板1之周邊輪緣的邊緣16接合至鄰近次級對II之第一熱交換器板1之周邊輪緣15的根端17。
熱交換器板1、2之第二孔道12界定用於第一流體之出口通 道22，參見圖1及圖2。熱交換器板1、2之第三孔道13界定用於第二流體之入口通道23。熱交換器板1、2之第四孔道14界定用於第二流體之出口通道24。
周邊輪緣15具有凸側及相反凹側。周邊輪緣15之凹側面向入口通道21。
次級對II中的每一者圍封鄰近於周邊輪緣15之各別入口腔室30。周邊輪緣15之凸側面向入口腔室30。
入口腔室30中的每一者對第二板間隙4封閉，對入口通道21敞開，且經由各別噴嘴構件31與第一板間隙3中的一者連通，參見圖5及圖8。
因此，入口腔室30中的每一者與板式熱交換器之其他入口腔室30分離或對該等其他入口腔室封閉。
准許第一流體自入口通道21經由入口腔室30流動至第一板間隙3。
噴嘴構件31在入口腔室30與第一板間隙3中的一者之間延伸穿過第一熱交換器板1。
在所揭示之具體實例中，噴嘴構件31包含一個限制孔或由一個限制孔形成。應注意，噴嘴構件31可包含多於一個限制孔。限制孔提供對穿過噴嘴構件之第一流體的限制或調節。此限制或調節確保第一流體在第一板間隙中之恰當分佈。
限制孔或多於一個限制孔合起來具有1.5至2.5mm2之流通面積。
該一或多個限制孔可為圓形。
在所揭示之具體實例中，入口腔室30圍繞入口通道21。因此，入口腔室30為環形。
第一熱交換器板1中的每一者包含鄰近周邊輪緣15之環形平坦部分32。環形平坦部分32平行於或實質上平行於延伸平面p自周邊輪緣15延伸。
第二熱交換器板2中的每一者包含對應環形平坦部分33，該對應環形平坦部分平行於或實質上平行於延伸平面p自孔道邊緣19延伸，參見圖6。
環形平坦部分32及對應環形平坦部分33彼此平行地延伸，且彼此鄰接，參見圖7及圖8。環形平坦部分32、周邊輪緣15及對應環形平坦部分33圍封入口腔室30。
如圖5中可以看出，環形平坦部分32具有第一突出部34，該第一突出部平行於延伸平面p延伸遠離周邊輪緣15。環形平坦部分32在第一突出部34處較寬。
如圖6中可以看出，對應環形平坦部分33具有第二突出部35。對應環形平坦部分33在第二突出部35處較寬，且因此自孔道邊緣19向更遠處延伸。第二突出部35具有比第一突出部34長的周邊長度。
在第一突出部34的旁邊，每一次級對II之第一熱交換器板1具有平坦區域36，參見圖5，該平坦區域平行於延伸平面p延伸，參見圖8。
平坦區域36鄰近於板環形平坦部分32的凹面部分而定位， 且朝向周邊輪緣15延伸。
第一突出部34及平坦區域36與第二突出部35相反地定位。噴嘴構件31延伸穿過平坦區域36，如圖5及圖7中可以看出。
應注意，環形腔室30可替代地僅沿著入口通道21之周邊的一部分延伸。舉例而言，入口腔室30可具有對應於第二突出部35之長度的圓周長度。
在第一具體實例中，次級對II之第一熱交換器板1的周邊輪緣15包含凹陷部40，該凹陷部形成延伸遠離入口通道21之表面部分41，參見圖3、圖5及圖7。凹陷部40自環形平坦部分32及自周邊輪緣15延伸。 表面部分41由壁表面42部分圍繞，該壁表面在表面部分41與環形平坦部分32之間延伸，且連接至表面部分41及環形平坦部分32。
表面部分41實質上為平面，且實質上平行於延伸平面p延伸。
在第一具體實例中，入口腔室30經由孔隙43對入口通道21敞開，參見圖5及圖7。孔隙43延伸穿過表面部分41，且准許第一流體自入口通道21經由入口腔室30流動至第一板間隙3。
儘管第一具體實例中僅揭示一個孔隙43，但應注意可提供多於一個孔隙43。孔隙43或若干孔隙具有總流通面積，其大於噴嘴構件31之流通面積，詳言之，大於噴嘴構件31之一或多個限制孔的總流通面積。
參見圖9至圖13，第二具體實例與第一具體實例的不同之處在於入口通道21如何對入口腔室30敞開。應注意，已經在不同具體實例中對於對應元件使用相同參考符號。
在第二具體實例中，次級對II之第一熱交換器板1的周邊輪緣15包含凹口50。凹口50朝向周邊輪緣15之邊緣16敞開，且自周邊輪緣15之邊緣16延伸，尤其參見圖11及圖12。
在第二具體實例中，入口腔室30因此經由凹口50對入口通道21敞開，這准許第一流體自入口通道21經由入口腔室30及噴嘴構件31流動至第一板間隙3，該噴嘴構件延伸穿過第一熱交換器板1之平坦區域36。
凹口50與環形平坦部分32之第一突出部34相反地定位，如圖12中可以看出。
儘管第二具體實例中僅揭示一個凹口50，但應注意可提供多於一個凹口50。凹口50或若干凹口具有總流通面積，其大於噴嘴構件31之流通面積，詳言之，大於噴嘴構件31之一或多個限制孔的總流通面積。
在第二具體實例中，周邊輪緣15不具有形成表面部分之凹陷部。
本發明不限於所揭示之具體實例，而是可在以下申請專利範圍的範圍內變化且修改。

Claims (15)

  1. 一種用於蒸發的板式熱交換器，其包含第一熱交換器板(1)及第二熱交換器板(2)，其按交替次序彼此並列地配置，用於一待蒸發的第一流體之第一板間隙(3)，每一第一板間隙(3)由一初級對(I)形成，該初級對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)中之一鄰近者組成，及用於一第二流體之第二板間隙(4)，每一第二板間隙(4)由一次級對(II)形成，該次級對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)中之一鄰近者組成，其中該等第一及第二板間隙(3、4)按一交替次序彼此並列地配置，其中該等第一熱交換器板(1)及該等第二熱交換器板(2)中的每一者平行於一延伸平面(p)延伸，且包含一數目個孔道(11至14)，其中該等第一熱交換器板(1)中之每一者包含一周邊輪緣(15)，該周邊輪緣圍繞該數目個孔道(11至14)中之一第一孔道(11)，且橫向於該延伸平面(p)延伸，其中該等第一熱交換器板(1)中之一者之該周邊輪緣(15)延伸至該等第一熱交換器板(1)中之一鄰近者，以使得該等周邊輪緣(15)界定穿過該板式熱交換器的用於該第一流體之一入口通道(21)，其特徵在於，該等次級對(II)中之每一者圍封鄰近於該周邊輪緣(15)之一入口腔室(30)，且該入口腔室(30)對該等第二板間隙(4)封閉，對該入口通道(21)敞開，且經由包含一或多個限制孔之一噴嘴構件(31)與該等第一板間隙(3)中的一者連通，藉此准許該第一流體自該入口通道(21)至該第一板間隙(3)之一流動。
  2. 如申請專利範圍第1項之板式熱交換器，其中該噴嘴構件(31)在該入口腔室(30)與該等第一板間隙(3)中之所述一者之間延伸穿過該第一熱交換器板(1)。
  3. 如申請專利範圍第1項及第2項中任一項之板式熱交換器，其中該一或多個限制孔合起來具有1.5至2.5mm2之一流通面積。
  4. 如申請專利範圍第1項及第2項中任一項之板式熱交換器，其中該入口腔室(30)圍繞該入口通道(21)。
  5. 如申請專利範圍第4項之板式熱交換器，其中該等第一熱交換器板(1)中之每一者包含鄰近該周邊輪緣(15)之一環形平坦部分(32)。
  6. 如申請專利範圍第5項之板式熱交換器，其中該環形平坦部分(32)實質上平行於該延伸平面(p)延伸。
  7. 如申請專利範圍第1項及第2項中任一項之板式熱交換器，其中該次級對(II)之該第一熱交換器板(1)的該周邊輪緣(15)包含一凹陷部(40)，該凹陷部形成延伸遠離該入口通道(21)之一表面部分(41)，且其中一孔隙(43)延伸穿過該表面部分(41)，且准許該第一流體自該入口通道(21)至該第一板間隙(3)之該流動。
  8. 如申請專利範圍第5項之板式熱交換器，其中該凹陷部(40)自該環形平坦部分(32)及自該周邊輪緣(15)延伸。
  9. 如申請專利範圍第8項之板式熱交換器，其中該表面部分(41)由一壁表面(42)部分地圍繞，該壁表面在該表面部分(41)與該環形平坦部分(32)之間延伸，且連接至該表面部分(41)及該環形平坦部分(32)。
  10. 如申請專利範圍第7項之板式熱交換器，其中該表面部分(41)實質上為平面。
  11. 如申請專利範圍第7項之板式熱交換器，其中該表面部分(41)實質上平行於該延伸平面(p)延伸。
  12. 如申請專利範圍第1項及第2項中任一項之板式熱交換器，其中該等次級對(II)之該第一熱交換器板(1)的該周邊輪緣(15)包含一凹口(50)，該凹口自該周邊輪緣(15)之一邊緣(16)延伸，且准許該第一流體自該入口通道(21)至該等第一板間隙(3)之該流動。
  13. 如申請專利範圍第1項及第2項中任一項之板式熱交換器，其中該周邊輪緣(15)具有垂直於該延伸平面(p)之自該周邊輪緣(15)之一邊緣(16)至一根端(17)的一輪緣高度(18)，且其中該周邊輪緣(15)在到達該鄰近的第一熱交換器板(1)之前通過該鄰近的第二熱交換器板(2)。
  14. 如申請專利範圍第1項及第2項中任一項之板式熱交換器，其中該等第一及第二熱交換器板(1、2)中的每一者具有包含脊及谷之一波紋(7)的一熱交換器區域(5)，且其中一壓力深度(8)界定於各別的第一及第二熱交換器板(1、2)之一上側上的該等脊之一上部點與該等谷之一下部點之間。
  15. 如申請專利範圍第14項之板式熱交換器，其中該壓力深度(8)小於3mm。
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