本發(fā)明涉及一種板式熱交換器，該板式熱交換器包括堆疊的熱交換器板，所述熱交換器板設(shè)置有脊和槽的壓制圖案，適于通過(guò)在一個(gè)熱交換器板的脊和相鄰熱交換器板的槽之間以及一個(gè)熱交換器板的槽和相鄰熱交換器板的脊之間設(shè)置接觸點(diǎn)而使堆疊的熱交換器板間保持距離，從而使得堆疊的熱交換器板中的所有相鄰的熱交換器板之間形成板間流道，其中，排布有四個(gè)開(kāi)孔，以提供向板間流道的選擇性連通，成對(duì)排布的開(kāi)孔與相同的板間流道連通，其中，一對(duì)開(kāi)孔比另一對(duì)開(kāi)孔多連通至少兩個(gè)板間流道。

背景技術(shù)：

在熱交換領(lǐng)域，板式熱交換器在過(guò)去的幾十年中贏得了相當(dāng)大的市場(chǎng)份額，因?yàn)榘迨綗峤粨Q器為流體間交換熱量提供了成本效益和有效手段。

典型的板式熱交換器包括堆疊放置的多個(gè)熱交換器板，所述熱交換器板設(shè)置有脊和槽的壓制圖案，從而在熱交換器板之間形成板間流道。開(kāi)孔和板間流道之間的選擇性連通可以通過(guò)在圍繞開(kāi)孔的凹槽中設(shè)置墊片來(lái)形成，或者在釬焊熱交換器的情況下通過(guò)設(shè)置圍繞開(kāi)孔的區(qū)域以使相鄰板的這些區(qū)域彼此接觸或彼此不接觸來(lái)形成，如果圍繞開(kāi)孔的區(qū)域彼此接觸，則開(kāi)孔和板間流道之間將不連通，而如果它們彼此不接觸，則開(kāi)孔和板間流道之間將連通。

在一些情況下，釬焊熱交換器中的所有熱交換器板彼此相同，且圍繞其中兩個(gè)開(kāi)孔的區(qū)域設(shè)置成處于較高高度，而圍繞另外兩個(gè)開(kāi)孔的區(qū)域設(shè)置成處于較低高度。當(dāng)堆疊放置以形成熱交換器時(shí)，每一個(gè)板都在其平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180度，從而由處于較低高度的區(qū)域圍繞的開(kāi)孔將與設(shè)置處于較高高度的開(kāi)孔鄰接。因此，開(kāi)孔將與設(shè)置在兩個(gè)上部板之間的板間隙連通，而與兩個(gè)下部板之間的板間隙不連通。

設(shè)計(jì)有相同板的所有熱交換器都是對(duì)稱(chēng)的，即所有成對(duì)板之間的板間隙都是相同的。

但是，在大多數(shù)情況下，非對(duì)稱(chēng)式熱交換器是優(yōu)選的(對(duì)稱(chēng)式熱交換器是最佳選擇的唯一情況是想要兩個(gè)相等流體的相等流動(dòng)彼此交換熱量)。迄今為止還沒(méi)有用相同的熱交換器板制造出非對(duì)稱(chēng)式熱交換器。

為了制造非對(duì)稱(chēng)式熱交換器，即具有用于流體的不同流動(dòng)區(qū)域以交換熱量的熱交換器，已經(jīng)采用了許多不同的方法，所有這些都是關(guān)于使板彼此間保持一定距離的脊和槽的壓制圖案的加工。例如，每個(gè)脊可具有比其相鄰脊更低的高度，或者接觸點(diǎn)之間的脊可具有更低高度。無(wú)論如何，這些板必須具有不同的設(shè)計(jì)。

在US 2007/261834A1中，公開(kāi)了一種根據(jù)以上描述的非對(duì)稱(chēng)式板式熱交換器，該熱交換器包括設(shè)置有人字形圖案的堆疊的熱交換器板。但是，圍繞開(kāi)孔的區(qū)域都是處于相同高度，并且選擇性流動(dòng)通過(guò)在一部分板之間圍繞開(kāi)孔的區(qū)域中設(shè)置密封圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。這為提供不同程度的非對(duì)稱(chēng)性提供了好的機(jī)會(huì)，但是在制造過(guò)程中密封圈可能難以控制，并且還構(gòu)成了熱載，這可能導(dǎo)致差的釬焊特性和/或需要更長(zhǎng)的釬焊時(shí)間。

本發(fā)明的目的是提供一種具有較大程度的非對(duì)稱(chēng)性同時(shí)采用比US2007/261834A1的熱交換器更少的密封圈的熱交換器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

根據(jù)本發(fā)明，這些和其他目的通過(guò)上述類(lèi)型的板式熱交換器實(shí)現(xiàn)，其中至少部分的開(kāi)孔之間的選擇性連通通過(guò)將圍繞每個(gè)熱交換器板上的開(kāi)孔的區(qū)域設(shè)置成處于不同的高度來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而使得相鄰熱交換器板的所述區(qū)域彼此接觸或者彼此不接觸。

優(yōu)選地，所述熱交換器所包括的所述熱交換器板彼此釬焊以形成所述熱交換器。

為了密封所述板間流道，每個(gè)所述熱交換器板可以設(shè)置有沿所述熱交換器板的外圍延伸的邊緣(skirt)，其中，當(dāng)所述熱交換器板堆疊放置以形成熱交換器時(shí)相鄰板的所述邊緣彼此接觸。

根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)施方式，一部分所述開(kāi)孔和所述板間流道之間的選擇性連通通過(guò)在相鄰板上圍繞開(kāi)孔的區(qū)域之間設(shè)置密封圈來(lái)實(shí)現(xiàn)。

在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中，所述選擇性連通通過(guò)至少一部分熱交換器板的至少一部分開(kāi)孔足夠大，以允許設(shè)置在具有足夠大開(kāi)孔的熱交換器板的每側(cè)的圍繞熱交換器板上的開(kāi)孔的區(qū)域之間接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)。

附圖說(shuō)明

下面，將參照附圖描述本發(fā)明，其中：

圖1a、圖1b和圖1c分別為根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的板式熱交換器的分解圖、截面圖和平面圖；

圖2a、圖2b和圖2c分別為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施方式的板式熱交換器的分解圖、截面圖和平面圖；

圖3a、圖3b和圖3c分別為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施方式的板式熱交換器的分解圖、截面圖和平面圖；

圖4a、圖4b和圖4c分別為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施方式的板式熱交換器的分解圖、截面圖和平面圖；

圖5a、圖5b和圖5c分別為根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的板式熱交換器的分解圖、截面圖和平面圖；以及

圖6a、圖6b和圖6c分別為根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施方式的板式熱交換器的分解圖、截面圖和平面圖。

具體實(shí)施方式

參考圖1a、圖1b和圖1c，根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施方式的熱交換器100包括多個(gè)熱交換器板102a-102j，每個(gè)熱交換器板都設(shè)置有脊R和槽G的壓制圖案，并且堆疊放置以形成熱交換器。邊緣S圍繞每個(gè)板，所述邊緣S適于與相鄰板的邊緣接觸并為由這些板形成的板間隙形成密封，所述板間隙的形成將在下文中進(jìn)行闡述。脊R和槽G優(yōu)選排布成人字形圖案，從而當(dāng)將板堆疊放置時(shí)相鄰板的交叉的脊和槽之間形成接觸點(diǎn)，其中堆疊放置時(shí)每個(gè)板相對(duì)其相鄰板在其平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180度。

此外，所述熱交換器板設(shè)置有開(kāi)孔102aa-102ad、102ba-102bd...102ja-102jd，其中圍繞開(kāi)孔102aa、102ab、102ba、102bb、102ca、102cb、102da、102db、102ha、102hb、102ia、102ib、102ja、102jb、102dc、102dd、102ec、102ed、102fc、102fd的區(qū)域設(shè)置成處于較高高度，而其余開(kāi)孔設(shè)置成處于較低高度。當(dāng)所述熱交換器板堆疊在一起時(shí)，每個(gè)板相對(duì)其相鄰板在其平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180度。因此，在開(kāi)孔和板間流道之間將形成選擇性連通，但是由于高開(kāi)孔和低開(kāi)孔的排布，一些板間流道將與全部四個(gè)開(kāi)孔都連通。這將導(dǎo)致流體混合而進(jìn)行熱交換，這顯然是非常不適合的。為避免如此，在圍繞開(kāi)孔102da和102ed、102db和102ec、102ga和102hd、102gb和102gc的區(qū)域之間放置密封圈110。

這將導(dǎo)致熱交換器中，開(kāi)孔102aa及其他板上與其對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔將通過(guò)熱交換器板102b和102c、102e和102f、102h和102i之間的板間流道與開(kāi)孔102ab及其他板上與開(kāi)孔102ab對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔相互連通。開(kāi)孔102ac及其他板上與其對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔將通過(guò)熱交換器板102a和102b、102c和102d、102d和102e、102f和102g、102g和102h之間的板間隙與開(kāi)孔102ad及相鄰板上與開(kāi)孔102ad對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔相互連通。因此，開(kāi)孔102aa和102ab將通過(guò)三個(gè)板間流道連通，而開(kāi)孔102ac和102ad將通過(guò)六個(gè)板間流道連通，從而得出不對(duì)稱(chēng)比1:2。

可選擇地，根據(jù)第一實(shí)施方式的熱交換器100還可以設(shè)置有蓋板104或者底板106或者二者同時(shí)設(shè)置。如果想要使用具有設(shè)置成處于相同高度的開(kāi)孔的蓋板或底板，可以將密封圈110放置在蓋板或底板和圍繞開(kāi)孔的區(qū)域之間，密封圈110設(shè)置的高度使蓋板或底板與圍繞開(kāi)孔的區(qū)域之間存在間隔。

在本發(fā)明的另一實(shí)施方式中，所有開(kāi)孔都設(shè)置有適于彼此接觸的邊緣，因此在開(kāi)孔和板間流道之間提供密封。然后可以通過(guò)在所述邊緣上需要開(kāi)孔和板間流道之間連通的地方切出開(kāi)孔來(lái)實(shí)現(xiàn)連通。本發(fā)明的這一實(shí)施方式的優(yōu)勢(shì)在于可以使用相同的板，板間的不同僅在于開(kāi)孔是穿入、切割或鉆入邊緣內(nèi)的。

在圖2a至圖2c中顯示了本發(fā)明的第二實(shí)施方式。在圖2a至圖2c中，熱交換器200包括多個(gè)熱交換器板202a-202f，所有熱交換器板都設(shè)置有開(kāi)孔P1-P4。所有熱交換器板都呈現(xiàn)有脊和槽的壓制圖案，適于在形成板間流道的情況下使板彼此間保持一定距離，就像第一實(shí)施方式一樣。一些開(kāi)孔由設(shè)置成處于較高高度或較低高度的區(qū)域圍繞，而一些熱交換器板(202b和202e)設(shè)置有開(kāi)孔，該開(kāi)孔明顯大于其他熱交換器板的開(kāi)孔。在下文中，板間流道將如下進(jìn)行標(biāo)記：板202a和202b之間的流道為a-b，板202b和202c之間的流道為b-c，以此類(lèi)推。每個(gè)板上的開(kāi)孔P1和P3是相同的，開(kāi)孔P2和P4也是如此。

參照?qǐng)D2c，熱交換器板202a的開(kāi)孔P1由設(shè)置成處于較低高度的區(qū)域圍繞，而同一板上的開(kāi)孔P2由設(shè)置成處于較高高度的區(qū)域圍繞，所謂“低”和“高”是指區(qū)域距離底板206遠(yuǎn)或近。此外，較“低”高度是指該高度低于所述槽的高度，較“高”高度是指該高度高于所述脊的高度，因此盡管具有大的開(kāi)孔的板放置在設(shè)置有圍繞開(kāi)孔的所述高和低區(qū)域的熱交換器板之間，但圍繞開(kāi)孔的區(qū)域仍可彼此接觸。在所示的示例性實(shí)施方式中，熱交換器板202b設(shè)置有大的開(kāi)孔，圍繞板202c的開(kāi)孔的區(qū)域相對(duì)于圍繞開(kāi)孔的區(qū)域相反地定位，即該板的開(kāi)孔P1位于較高高度，開(kāi)孔P2位于較低高度。板202e的開(kāi)孔相對(duì)于板202d相反地定位。

這樣的結(jié)果是，圍繞板202a的開(kāi)孔P1的區(qū)域?qū)⑴c圍繞板202c的開(kāi)孔P1的區(qū)域接觸，而圍繞板202c和202d的開(kāi)孔P1的區(qū)域?qū)⒉粫?huì)彼此接觸。關(guān)于開(kāi)孔P2，圍繞板202a和202c的開(kāi)孔的區(qū)域?qū)⒉粫?huì)彼此接觸，而圍繞板202c和202d的開(kāi)孔的區(qū)域?qū)⒈舜私佑|。

因此，開(kāi)孔P1將與板間流道c-d連通，而開(kāi)孔P2將與板間流道a-b、b-c、d-e和e-f連通。

應(yīng)當(dāng)注意的是，圖2a至圖2c的實(shí)施方式僅是示例性的，不對(duì)稱(chēng)比為1至5。然而，如果根據(jù)圖2a至圖2c所示，所述堆疊包括更多的熱交換器板，則不對(duì)稱(chēng)比接近2。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該能夠意識(shí)到的是，可以在第一和最后的板間隙設(shè)置“單一”流道，例如第一實(shí)施方式中所示。

在圖3a至圖3c中，還顯示了根據(jù)本發(fā)明的熱交換器的另一種實(shí)施方式。在圖3a至圖3c中，顯示了包括9個(gè)熱交換器板302a-302i的熱交換器300，所有熱交換器板都包括開(kāi)孔P1-P4以及脊R和槽G的壓制圖案，就像之前公開(kāi)的實(shí)施方式中的熱交換器板一樣。熱交換器板之間的板間隙將被標(biāo)記為a-b、b-c，并以此類(lèi)推。

熱交換器板302a-302i的開(kāi)孔由設(shè)置成處于各種不同高度不同直徑的區(qū)域圍繞，其方式將在下文進(jìn)行解釋。

在圖3a至圖3c所示的實(shí)施方式中，通過(guò)接觸圍繞板302a和302b的大直徑開(kāi)孔的區(qū)域，開(kāi)孔P1與板間隙a-b關(guān)閉連通。通過(guò)圍繞小直徑開(kāi)孔的區(qū)域之間的配合，開(kāi)孔P1與板間隙b-c也關(guān)閉連通。此外，開(kāi)孔P1將與板間隙c-d和f-g連通，并分別通過(guò)圍繞小直徑、大直徑、大直徑、小直徑開(kāi)孔的區(qū)域之間的配合分別與板間隙d-e、e-f、g-h、h-i關(guān)閉連通。

另一方面，開(kāi)孔P2將與板間隙a-b、b-c、d-e、e-f、g-h、h-i連通，但與板間隙c-d和f-g關(guān)閉連通。板間隙和開(kāi)孔P2之間的選擇性連通是通過(guò)接觸或不接觸圍繞開(kāi)孔P2的表面來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中所有這些表面設(shè)置成相同直徑。

在圖4a至圖4c中，顯示了本發(fā)明的又一種實(shí)施方式。該實(shí)施方式在需要低流動(dòng)阻力和低換熱比的情況下非常有用，例如，令人關(guān)注的是將熱交換器用作所謂的吸氣熱交換器，即用于在即將進(jìn)入壓縮機(jī)的制冷劑和離開(kāi)壓縮機(jī)的壓縮制冷劑之間進(jìn)行熱交換的熱交換器。理論上，不管流入和流出介質(zhì)之間的熱交換是否有效都無(wú)關(guān)緊要，但實(shí)際上，如果熱交換太有效則壓縮機(jī)可能會(huì)過(guò)熱。

在圖4a至圖4c中顯示了根據(jù)本發(fā)明的熱交換器400。該熱交換器400包括多個(gè)熱交換器板402a-401i，每個(gè)熱交換器板與結(jié)合圖1a至圖1c公開(kāi)的熱交換器板相同。此外，熱交換器400包括多個(gè)密封圈SR，其設(shè)置將在下文中公開(kāi)。

如上所述，熱交換器400設(shè)計(jì)成具有較差的熱交換。這可以通過(guò)兩種方式實(shí)現(xiàn)：減少熱交換表面或者降低表面上的熱交換。在熱交換器400中，密封圈SR布置成使得從開(kāi)孔P1到例如彼此相鄰的開(kāi)孔P3形成流道。在圖4b中，顯示了密封圈SR設(shè)置成阻擋從開(kāi)孔P1到熱交換器板402a、402b和402c之間的板間流道的流動(dòng)，而開(kāi)孔P1將與熱交換器板402c、402d和402e之間的板間流道相連通。開(kāi)孔P2與板402a、402b和402c之間的板間流道相連通，并與熱交換器板402c、402d和402e之間的板間流道關(guān)閉連通。

參照?qǐng)D5a、圖5b和圖5c，根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施方式的熱交換器500包括多個(gè)熱交換器板502a-502j，每個(gè)熱交換器板都設(shè)置有脊R和槽G的壓制圖案，并且堆疊放置以形成熱交換器。邊緣S圍繞每個(gè)板，該邊緣S適于與相鄰板的邊緣接觸并為由這些板形成的板間隙形成密封，所述板間隙的形成將在下文中進(jìn)行闡述。所述脊R和槽G優(yōu)選排布成人字形圖案，從而當(dāng)將板堆疊放置時(shí)相鄰板的交叉的脊和槽之間形成接觸點(diǎn)，其中每隔一個(gè)板相對(duì)其相鄰板在其平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180度。

此外，所述熱交換器板設(shè)置有開(kāi)孔502aa-502ad、502ba-502bd...502ja-502jd，其中圍繞開(kāi)孔502aa、502ab、502ba、502bb、502ca、502cb、502da、502db、502ec、502ed、502fa、502fb、502ga、502gb、502ha、502hb、502ia、502ib、502ja和502jb的區(qū)域設(shè)置成處于較低高度，而其余開(kāi)孔設(shè)置成處于較高高度。當(dāng)所述熱交換器板堆疊在一起時(shí)，每隔一個(gè)板相對(duì)其相鄰板在其平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180度。因此，在開(kāi)孔和板間流道之間將形成選擇性連通——但是由于高開(kāi)孔和低開(kāi)孔的排布，一些板間流道將與全部四個(gè)開(kāi)孔都連通。這將導(dǎo)致流體混合而進(jìn)行熱交換，這顯然是非常不適合的。為避免如此，在圍繞開(kāi)孔502dd和502ea、502ea和502fd、502fd和502ga、502ga和502hd的區(qū)域之間放置密封圈510。并且，在開(kāi)孔502dc和502eb、502eb和502fc、502fc和502gb、502gb和502hc之間放置密封圈110(但并未示出)。

這將導(dǎo)致，在熱交換器中，開(kāi)孔502aa及其他板上與其對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔將通過(guò)熱交換器板502b和502c之間以及熱交換器板502h和502i之間的板間流道與開(kāi)孔502ab及其他板上與開(kāi)孔502ab對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔相互連通。開(kāi)孔502ac及其他板上與其對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔將通過(guò)熱交換器板502a和502b、502c和502d、502d和502e、502e和502f、502f和502g、502g和502h之間以及熱交換器板502i和502j之間的板間隙與開(kāi)孔502ad及相鄰板上與開(kāi)孔502ad的對(duì)應(yīng)的開(kāi)孔相互連通。因此，開(kāi)孔502aa和502ab將通過(guò)兩個(gè)板間流道連通，而開(kāi)孔502ac和502ad將通過(guò)七個(gè)板間流道連通，從而得出不對(duì)稱(chēng)比2:7。然而，通過(guò)堆疊更多的熱交換器板，以與熱交換器板502a-502j相同的方式排布，這樣的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)比達(dá)到1:5。

可選擇地，根據(jù)第五實(shí)施方式的熱交換器500還可以設(shè)置有蓋板504或者底板506或者二者同時(shí)設(shè)置。如果想要使用具有設(shè)置成處于相同高度的開(kāi)孔的蓋板或底板，可以將密封圈510放置在蓋板或底板與圍繞開(kāi)孔的區(qū)域之間，該圍繞開(kāi)孔的區(qū)域設(shè)置的高度使蓋板或底板和圍繞開(kāi)孔的區(qū)域之間形成間隔。

在又一種實(shí)施方式中(附圖中未顯示)，熱交換器包括多個(gè)相同的板，其中每隔一個(gè)板相對(duì)其相鄰板在其平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)180度。所述板設(shè)置有人字形的脊和槽的圖案，適于使板彼此間保持一定距離，以使相鄰板之間形成板間流道。板間流道和開(kāi)孔之間的選擇性連通通過(guò)排布圍繞開(kāi)孔的區(qū)域來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而圍繞相鄰板的開(kāi)孔的這些區(qū)域交替地彼此接觸，因此密封開(kāi)孔不與由這些開(kāi)孔所屬的板限制的板間流道連通，或者不彼此接觸從而允許開(kāi)孔和由板限制的板間流道之間連通。

目前為止，僅能夠用相同的熱交換器板制造對(duì)稱(chēng)的熱交換器，但是根據(jù)此實(shí)施方式，可以實(shí)現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)比3:1、3:3、5:1、5:3或者被任何其他奇數(shù)除的任何奇數(shù)。

這可以通過(guò)設(shè)置密封圈實(shí)現(xiàn)，該密封圈從圍繞一個(gè)板的開(kāi)孔的區(qū)域延伸到圍繞另一板的開(kāi)孔的另一區(qū)域。通過(guò)設(shè)置此密封圈，存在于開(kāi)孔和板間流道之間的連通被阻擋。

為了在已與之前的開(kāi)孔關(guān)閉連通的板間流道和另一開(kāi)孔之間提供連通，可以鉆出例如孔以打開(kāi)板間流道從而與另一開(kāi)孔連通。也可以切割出大的開(kāi)孔，以使圍繞開(kāi)孔且已彼此接觸的區(qū)域不再彼此接觸，從而在另一開(kāi)孔和已通過(guò)密封圈與之前的開(kāi)孔阻斷連通的板間流道之間提供連通。

此外，熱交換器板可以彼此釬焊以形成熱交換器，釬焊材料可以是本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的任何釬焊材料，例如包括降熔劑的銅、鎳或鐵基釬焊材料。