TWI744802B - 熱交換器板和板式熱交換器 - Google Patents

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TWI744802B
TWI744802B TW109105840A TW109105840A TWI744802B TW I744802 B TWI744802 B TW I744802B TW 109105840 A TW109105840 A TW 109105840A TW 109105840 A TW109105840 A TW 109105840A TW I744802 B TWI744802 B TW I744802B
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珍斯 羅隆德
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瑞典商阿爾法拉瓦公司
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Abstract

本發明揭示一種用於蒸發一第一流體之板式熱交換器及熱交換器板（1）。該熱交換器板包含一熱交換器區域，該熱交換器區域與該熱交換器板之一延伸平面（p）平行地延伸並包含隆脊及凹谷之一波紋。一邊緣區域圍繞該熱交換器區域延伸。通口孔延伸穿過該熱交換器區域並包含用於該第一流體之一第一入口通口孔（11）。一周邊邊沿（15）環繞該第一入口通口孔並橫向於該延伸平面自一根端（16）延伸至一邊緣（17）。該周邊邊沿具有一圓周長度並包含一平坦或實質上平坦部分（31）。一限制孔（30）延伸穿過該平坦或實質上平坦部分。

Description

熱交換器板和板式熱交換器
本發明係指一種根據技術方案1之序文的熱交換器板。本發明亦係指一種板式熱交換器，其包含複數個熱交換器板。板式熱交換器可經組態以作為蒸發器而操作。
WO 2017/174301揭示一種熱交換器板、一種用於蒸發第一流體之板式熱交換器，及一種製造板式熱交換器之方法。熱交換器板包含：熱交換器區域，其與熱交換器板之延伸平面平行地延伸；邊緣區域，其圍繞熱交換器區域延伸；數個通口孔，其延伸穿過熱交換器區域；及周邊邊沿，其環繞該數個通口孔中之第一通口孔並橫向於延伸平面自根端延伸至頂端，其中邊沿高度垂直於延伸平面。熱交換器板包含至少一個限制孔，其延伸穿過周邊邊沿並具有垂直於延伸平面之高度。
WO 2017/207292揭示一種板式熱交換器，其包含：第一熱交換器板；第二熱交換器板；第一板間隙，其各自由一個第二熱交換器板與一鄰近的第一熱交換器板之一初級對形成；及第二板間隙，其各自由一個第一熱交換器板與一鄰近的第二熱交換器板之一次級對形成。每一第一熱交換器板包含一周邊邊沿，周邊邊沿環繞第一通口孔並界定用於使第一流體穿過板式熱交換器之入口通道。每一次級對圍封一入口腔室，入口腔室鄰近周邊邊沿。入口腔室 對第二板間隙閉合，對入口通道敞開，並經由噴嘴構件與第一板間隙中之一者連通，藉此准許第一流體自入口通道流動至第一板間隙。
US 9,310,136揭示一種用於在流體之間交換熱之硬焊板式熱交換器，其包含具備隆脊及凹槽之按壓波紋的數個熱交換板。熱交換器板彼此堆疊，使得在該等板之間形成流動通道。流動通道與通口開口進行選擇性連通。通口裙套(port skirt)配置於熱交換板上。通口裙套至少部分地環繞通口開口，相較於熱交換器板之平面在大體上垂直方向上延伸，並經配置以彼此重疊以形成管類組態或其部分。
歸因於材料之變形，可能會在經由按壓形成熱交換器板及周邊邊沿時在材料中出現大應變，尤其是在周邊邊沿之邊緣處。在例如上述文獻中所描述之蒸發器的蒸發器中，期望具有用於通口孔之相對小流動區域，該通口孔形成用於處於液態之冷凍劑之入口。此類小流動區域進一步增加了周邊邊沿中之應變。穿過經受大應變之周邊邊沿之限制孔可能會造成關於周邊邊沿之強度的問題，並可能會致使周邊邊沿之開裂明顯，尤其是接近周邊邊沿之邊緣。
本發明之目的因此係補救上文所論述之問題，並提供通口孔之區域中之強度改良的板式熱交換器，該通口孔尤其是用於冷凍劑之入口通口孔。
該目的係由最初定義之熱交換器板達成，該熱交換器板之特徵在於，周邊邊沿沿著圓周長度包含一平坦或實質上平坦部分，且限制孔延伸穿過該平坦或實質上平坦部分。
該平坦或實質上平坦部分可因此為平坦的或平面的，或可具有沿著該圓周長度之一輕微曲率。
該周邊邊沿之該平坦或實質上平坦部分不包含應力，或實質上不 包含應力，此意謂應變顯著地低於該周邊邊沿之一剩餘部分或多個剩餘部分中之應變，尤其是在該周邊邊沿之邊緣附近。歸因於該限制孔的在該周邊邊沿上之裂痕風險因此顯著地低於該限制孔延伸穿過一彎曲周邊邊沿時之風險。因此，改良了所主張之熱交換器板的強度，尤其是在用於要蒸發之流體之入口通口孔之區域中的強度。
根據本發明之一實施例，該周邊邊沿由該至少一個平坦或實質上平坦部分及至少一個剩餘部分形成，該至少一個平坦或實質上平坦部分及該至少一個剩餘部分可具有沿著該圓周長度變化之一曲率半徑。在沿著該圓周長度之每一位置中，該至少一個剩餘部分之該曲率半徑可短於該平坦或實質上平坦部分之該曲率半徑。
根據本發明之一實施例，該周邊邊沿之該平坦或實質上平坦部分橫向於該熱交換器板之延伸平面延伸。
根據本發明之一實施例，該平坦或實質上平坦部分具有與該熱交換器板之該延伸平面平行地量測的一長度，該長度為該圓周長度之至少5%，較佳地為該圓周長度之至少10%，或更佳地為該圓周長度之至少15%。有利地，該長度可為該周邊邊沿之該圓周長度之至多50%。
根據本發明之一實施例，該限制孔經定位成相較於該周邊邊沿之該邊緣較接近根端。該限制孔之此定位有助於該周邊邊沿及第一入口通口孔之強度。
根據本發明之一實施例，該限制孔具有至少0.5mm之一直徑。該限制孔之該直徑對第一流體產生一限制，該限制足以在該限制孔內部之板間隙中產生該第一流體之一壓力降及一適當分佈。該限制孔之該直徑之確切長度可由諸如經選擇以形成該第一流體之冷凍劑類型的因素判定。
根據本發明之一實施例，該平坦或實質上平坦部分轉向朝著熱交 換器區域之一中心線。該平坦或實質上平坦部分之此類位置及因此該限制孔可將該第一流體朝向該熱交換器區域導向。然而，該平坦或實質上平坦部分亦可在另一方向上被轉向，例如朝向該熱交換器板之一短側或朝向該熱交換器板之一長側。
根據本發明之一實施例，該周邊邊沿包含兩個平坦或實質上平坦部分，其中一各別限制孔延伸穿過該等平坦或實質上平坦部分中之每一者。該等平坦或實質上平坦部分之數目及因此限制孔之數目可因此為一個、兩個、三個、四個或甚至更多個。該等平坦或實質上平坦部分及限制孔之數目由諸如經選擇以形成該第一流體之冷凍劑類型的因素判定。因此，該等平坦或實質上平坦部分可在不同方向上被轉向，包括例如朝向該熱交換器區域之該中心線。
該等限制孔中之每一者可經定位成相較於該周邊邊沿之外端較接近該根端。
該等限制孔中之每一者可具有至少0.5mm或根據上文所給出之實例之一直徑。
與該熱交換器板之該延伸平面平行地量測的該等平坦或實質上平坦部分中之每一者之該長度可為該圓周長度之至少5%，較佳地為該圓周長度之至少10%，或更佳地為該圓周長度之至少15%。有利地，該等平坦或實質上平坦部分之該等長度之總和可為該周邊邊沿之該圓周長度之至多50%。
根據本發明之一實施例，該等通口孔具有一各別流動區域並包含用於該第一流體之一第一出口通口孔，其中該第一入口通口孔之該流動區域可小於或顯著地小於該第一出口通口孔之該流動區域，尤其是該第一入口通口孔之該流動區域小於該第一出口通口孔之該流動區域之50%。此類較小流動區域通常會增加該周邊邊沿中之應變，尤其是在該周邊邊沿之該邊緣處。因此，該平坦或實質上平坦部分可在此狀況下以一高效方式減小該應變並為該限制孔提供 一適當位置。
根據本發明之一實施例，隆脊及凹谷在距主延伸平面之一距離處之一初級水平面與距該主延伸平面並在該主延伸平面之一相對側上之一距離處之一次級水平面之間延伸，其中該熱交換器板具有由該初級水平面與該次級水平面之間的距離界定之一壓力深度，且其中該周邊邊沿可具有垂直於該主延伸平面之一長度，該長度長於該壓力深度之兩倍。該周邊邊沿之此類長度准許該等熱交換器板之該周邊邊沿之該外端與另一熱交換器板之該周邊邊沿之該根端之間的一重疊接頭。
該目的亦係由最初定義之板式熱交換器達成，其中該複數個熱交換器板包含：第一熱交換器板，該等第一熱交換器板中之每一者構成如上文所描述之一熱交換器板；及第二熱交換器板。
根據本發明之一實施例，其中該等第一及第二熱交換器板以一交替次序配置於該板式熱交換器之一板封裝中，以形成用於要蒸發之該第一流體之第一板間隙及用於一第二流體之第二板間隙。
根據本發明之一實施例，該等第一及第二熱交換器板之通口孔分別形成用於該第一流體之一入口通道、用於該第一流體之一出口通道、用於該第二流體之一入口通道，及用於該第二流體之一出口通道。用於該第一流體之該入口通道可具有一流動區域，該流動區域小於或顯著地小於用於該第一流體之該出口通道之該流動區域。
根據本發明之一實施例，該限制孔穿過該第一熱交換器板之該周邊邊沿之該平坦或實質上平坦部分自用於該第一流體之該入口通道延伸至該等第一板間隙中之一者。
根據本發明之一實施例，該等第一熱交換器板中之一者之該周邊邊沿之該外端與一鄰近的第一熱交換器板之該周邊邊沿之該根端彼此重疊並形 成一重疊接頭，尤其是一硬焊重疊接頭。
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
11:第一入口通口孔
12:第一出口通口孔
13:第二入口通口孔
14:第二出口通口孔
15:周邊邊沿
16:根端
17:邊緣
18:通口孔邊緣
19:通口孔邊緣
20:重疊接頭
21:入口通道
22:出口通道
23:入口通道
24:出口通道
30:限制孔
31:平坦或實質上平坦部分
32:剩餘部分
d:壓力深度
p:延伸平面
p':初級水平面
P":次級水平面
x:中心線
II-II:線
現在將經由各種實施例之描述並參考至此所附之圖式更嚴密地闡釋本發明。
[圖1]示意性地揭示根據本發明之一實施例之板式熱交換器的平面圖。
[圖2]示意性地揭示沿著圖1中之剖面線II-II的縱向剖面圖。
[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入口通道之一部分的剖面圖。
[圖5]示意性地揭示圖3中之第一熱交換器板之第一入口通口孔的俯視圖。
圖1及圖2揭示板式熱交換器，其包含配置於板式熱交換器之板封裝中之複數個熱交換器板1、2。熱交換器板1、2包含第一熱交換器板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中之每一者與各別延伸平面p平行地延伸。
如在圖2中可見，第一熱交換器板1及第二熱交換器板2以交替次序並排地配置，使得用於第一流體之第一板間隙3形成於每一對鄰近的第一熱交換器板1與第二熱交換器板2之間，且用於第二流體之第二板間隙4形成於每一對鄰近的第二熱交換器板2與第一熱交換器板1之間。第一板間隙3及第二板間隙4以交替次序並排地提供於板式熱交換器中。
板封裝之熱交換器板1、2可由經由硬焊製程以已知方式獲得之硬焊材料彼此接合。
板式熱交換器經組態以作為蒸發器而操作，其中第一板間隙3經 組態以接收要在其中蒸發之第一流體。第一流體可為任何合適冷凍劑。第二板間隙4經組態以接收第二流體以用於加熱要在第一板間隙3中蒸發之第一流體。
第一熱交換器板1及第二熱交換器板2中之每一者具有：與延伸平面p平行地延伸之熱交換器區域5，參見圖3；及圍繞熱交換器區域5延伸之邊緣區域6。邊緣區域6因此環繞熱交換器區域5並形成相對於延伸平面p傾斜之凸緣，參見圖2。熱交換器板1、2中之一者的邊緣區域6之凸緣以本身已知之方式鄰接及接合至、尤其是硬焊至熱交換器板1、2中之鄰近的一者的邊緣區域6之對應凸緣。
熱交換器區域5包含隆脊及凹谷之波紋7，圖3中示意性地指示該波紋。如在板式熱交換器之技術領域中所知，波紋7可形成各種圖案，例如對角線圖案、魚骨形圖案等等。
波紋7之隆脊及凹谷在距主延伸平面p之距離處之初級水平面p'與距主延伸平面p並在該主延伸平面之相對側上之距離處之次級水平面p"之間延伸，參見圖4。熱交換器板具有由初級水平面p'與次級水平面p"之間的距離界定之壓力深度d。
第一熱交換器板1及第二熱交換器板2中之每一者亦包含四個通口孔11、12、13、14，參見圖3，即，第一入口通口孔11、第一出口通口孔12、第二入口通口孔13及第二出口通口孔14。通口孔11至14中之每一者具有一各別流動區域。
在諸圖中所揭示之實施例中，第一入口通口孔11之流動區域小於或顯著地小於第一出口通口孔12之流動區域，例如小於第一出口通口孔12之流動區域之50%。第二入口通口孔13及第二出口通口孔14之流動區域的尺寸取決於第二流體之性質。
如在圖4中可見，第一熱交換器板1之第一入口通口孔11由周邊邊 沿15環繞。周邊邊沿15具有根端16及邊緣17。周邊邊沿15具有垂直於延伸平面p自根端16至邊緣17之邊沿高度H。高度H可長於壓力深度d之兩倍，或長於兩個鄰近的熱交換器板1、2之壓力深度d之總和。
周邊邊沿15為漸縮圓錐形，或輕微漸縮或輕微圓錐形，並橫向於延伸平面p延伸遠離熱交換器區域5。周邊邊沿15自根端16朝向邊緣17漸縮。
剩餘三個通口孔12至14不具備設置於第一入口通口孔11處之種類之任何周邊邊沿，但由通口孔邊緣18界定，圖2中針對通口孔13示意性地指示該通口孔邊緣18。
此外，第二熱交換器板2之第一入口通口孔11缺乏任何周邊邊沿，如在圖4中可見。如圖2所示，第二熱交換器板2之第一入口通口孔11由通口孔邊緣19界定。
第一熱交換器板1及第二熱交換器板2經配置使得第一熱交換器板1之周邊邊沿15界定延伸穿過板式熱交換器之入口通道21，參見圖1及圖4。周邊邊沿15在到達鄰近的第一熱交換器板1之前通過鄰近的第二熱交換器板2。第一熱交換器板1之周邊邊沿15之邊緣17與鄰近的第一熱交換器板1之周邊邊沿15之根端16重疊及接合以形成重疊接頭20。第一熱交換器板1之周邊邊沿15之邊緣17可因此在重疊接頭20處硬焊至鄰近的第一熱交換器板1之周邊邊沿15之根端16。
第一熱交換器板1及第二熱交換器板2之第一出口通口孔12界定用於第一流體之出口通道22，參見圖1。第一熱交換器板1及第二熱交換器板2之第二入口通口孔13界定用於第二流體之入口通道23。第一熱交換器板1及第二熱交換器板2之第二出口通口孔14界定用於第二流體之出口通道24。
在所揭示之實施例中，第一熱交換器板1中之每一者包含一限制孔30，該限制孔穿過周邊邊沿15自入口通道21延伸至第一板間隙3中之一者。
周邊邊沿15具有圍繞第一入口通口孔11之圓周長度。在諸圖中所揭示之實施例中，周邊邊沿15沿著圓周長度包含具有曲率半徑之平坦或實質上平坦部分31及剩餘部分32或由該等部分組成。平坦或實質上平坦部分31可因此為平坦的，或可具有長於或顯著地長於剩餘部分32之曲率半徑的曲率半徑，亦即，輕微曲率。限制孔30延伸穿過周邊邊沿15之平坦或實質上平坦部分31，參見圖4及圖5。
周邊邊沿15之平坦或實質上平坦部分31橫向於第一熱交換器板1之延伸平面p延伸。
周邊邊沿15因此可由可形成彎曲圓形部分之剩餘部分32及該平坦或實質上平坦部分31組成。剩餘部分32可在與延伸平面p平行之每一平面中具有恆定曲率半徑，或剩餘部分32之曲率半徑可沿著剩餘部分32之圓周長度變化。剩餘部分32及平坦或實質上平坦部分31可皆相對於垂直於延伸平面p之線傾斜或輕微傾斜，並因此有助於周邊邊沿15之錐形。
平坦或實質上平坦部分31具有與第一熱交換器板1之延伸平面p平行地量測的長度，該長度為圓周長度之至少5%。較佳地，該長度可為圓周長度之至少10%，或更佳地為圓周長度之至少15%。有利地，該長度可為周邊邊沿之圓周長度之至多50%。
限制孔30可經定位成相較於周邊邊沿15之邊緣17較接近根端16，如已在圖4中所指示。
限制孔30可為圓形或大致圓形，並具有至少0.5mm、至少0.7mm或至少1.0mm之直徑。限制孔之直徑可小於3mm或小於2mm。
在諸圖中所揭示之實施例中，平坦或實質上平坦部分31轉向朝著熱交換器區域5之中心線x。中心線x與第一熱交換器板1之兩個長側平行地延伸，參見圖3。
在另一實施例中，平坦或實質上平坦部分31可在另一方向上轉動，例如朝向第一熱交換器板1之短側或朝向第一熱交換器板1之長側。
在諸圖中所揭示之實施例中，周邊邊沿15包含具有一個限制孔30之僅一個平坦或實質上平坦部分31。在另一實施例中，唯一的平坦或實質上平坦部分31可包含多於一個限制孔30，例如兩個限制孔30。在另一實施例中，周邊邊沿15可包含兩個或多於兩個平坦或實質上平坦部分31，該等部分沿著周邊邊沿15分佈並各自包含一個或多個限制孔30。在此狀況下，平坦或實質上平坦部分31可在不同方向上被轉向，包括例如朝向熱交換器區域5之中心線x。
詳言之，周邊邊沿15可包含彼此垂直地配置以形成類正方形或類矩形的第一入口通口孔11的四個平坦或實質上平坦部分31，其中四個剩餘部分31各自可形成具有短或極短曲率半徑之拐角。第一入口通口孔11之其他形狀係可能的，諸如三角形、五邊形等等。
諸圖中所揭示之實施例中的剩餘部分32之形狀可偏離具有恆定曲率半徑之圓形形狀，並可因此為卵形、橢圓形或不規則。
本發明並不限於所揭示之實施例，而是可在以下申請專利範圍之範圍內變化及修改。
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
15:周邊邊沿
16:根端
17:邊緣
19:通口孔邊緣
20:重疊接頭
21:入口通道
30:限制孔
31:平坦或實質上平坦部分
32:剩餘部分
d:壓力深度
p:延伸平面
p':初級水平面
P":次級水平面

Claims (13)

  1. 一種熱交換器板(1)，其建構成被一板式熱交換器包含，該板式熱交換器建構成用於蒸發一第一流體，該熱交換器板(1)包含：一熱交換器區域(5)，其與該熱交換器板(1)之一延伸平面(p)平行地延伸並包含隆脊及凹谷之一波紋(7)，一邊緣區域(6)，其圍繞該熱交換器區域(5)延伸，數個通口孔(11至14)，其延伸穿過該熱交換器區域(5)，該等通口孔(11至14)包含用於該第一流體之一第一入口通口孔(11)，一周邊邊沿(15)，其環繞該第一入口通口孔(11)並橫向於該延伸平面(p)自該周邊邊沿(15)之一根端(16)延伸至該周邊邊沿(15)之一邊緣(17)，其中該周邊邊沿(15)具有圍繞該第一入口通口孔(11)之一圓周長度，及至少一個限制孔(30)，其延伸穿過該周邊邊沿(15)，其特徵在於，該周邊邊沿(15)沿著該圓周長度包含至少一個平坦或實質上平坦部分(31)，且該限制孔(30)延伸穿過該平坦或實質上平坦部分(31)，其中該周邊邊沿(15)之該平坦或實質上平坦部分(31)橫向於該熱交換器板(1)之該延伸平面(p)延伸。
  2. 如請求項1之熱交換器板，其中該平坦或實質上平坦部分(31)具有與該熱交換器板(1)之該延伸平面(p)平行地量測的一長度，該長度為該圓周長度之至少10%。
  3. 如請求項1或2之熱交換器板，其中該限制孔(30)經定位成相較於該周邊邊沿(15)之該邊緣(17)較接近該根端(16)。
  4. 如請求項1或2之熱交換器板，其中該限制孔(30)具有至少0.5mm之一直徑。
  5. 如請求項1或2之熱交換器板，其中該平坦或實質上平坦部分 (31)轉向朝著該熱交換器區域(5)之一中心線(x)。
  6. 如請求項1或2之熱交換器板，其中該周邊邊沿(15)包含兩個平坦或實質上平坦部分(31)，且其中一各別限制孔(30)延伸穿過該等平坦或實質上平坦部分(31)中之每一者。
  7. 如請求項1或2之熱交換器板，其中該等通口孔(11至14)具有一各別流動區域並包含用於該第一流體之一第一出口通口孔(12)，且其中該第一入口通口孔(11)之該流動區域小於該第一出口通口孔(12)之該流動區域。
  8. 如請求項1或2之熱交換器板，其中該波紋(7)之該等隆脊及該等凹谷在距該主延伸平面(p)之一距離處之一初級水平面(p')與距該主延伸平面(p)並在該主延伸平面之一相對側上之一距離處之一次級水平面(p")之間延伸，且其中該熱交換器板(1)具有由該初級水平面(p')與該次級水平面(p")之間的距離界定之一壓力深度(d)，且其中該周邊邊沿(15)具有垂直於該主延伸平面(p)之一高度(H)，該高度長於該壓力深度(d)之兩倍。
  9. 一種板式熱交換器，其包含複數個熱交換器板(1、2)，其中該複數個熱交換器板(1、2)包含：第一熱交換器板(1)，該等第一熱交換器板中之每一者構成一如請求項1至8中任一項之熱交換器板；及第二熱交換器板(2)。
  10. 如請求項9之板式熱交換器，其中該等第一及第二熱交換器板(1、2)以一交替次序配置於該板式熱交換器之一板封裝中，以形成用於要蒸發之該第一流體之第一板間隙(3)及用於一第二流體之第二板間隙(4)。
  11. 如請求項10之板式熱交換器，其中該等第一及第二熱交換器板(1、2)之該等通口孔(11至14)分別形成用於該第一流體之一入口通道(21)、用於該第一流體之一出口通道(22)、用於該第二流體之一入口通道(23)，及用於該第二流體之一出口通道(24)。
  12. 如請求項11之板式熱交換器，其中該限制孔(30)穿過該第一熱交換器板(1)之該周邊邊沿(15)之該平坦或實質上平坦部分(31)自用於該第一流體之該入口通道(21)延伸至該等第一板間隙(3)中之一者。
  13. 如請求項10至12中任一項之板式熱交換器，其中該等第一熱交換器板(1)中之一者之該周邊邊沿(15)之該邊緣(17)與一鄰近的第一熱交換器板(1)之該周邊邊沿(15)之該根端(16)重疊，以形成一重疊接頭。
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