板式熱交換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種堆疊多個(gè)板且所述多個(gè)板由于表面結(jié)構(gòu)形成在相鄰板之間的流 動(dòng)路徑的類型的熱交換器。
[0002] 具體地，本發(fā)明設(shè)及一種板式熱交換器，其中所述板在相反的方向上限定第一組 凹部和第二組凹部。第一組凹部中的凹部形成第一組接觸面，所述第一組接觸面中的每一 個(gè)被布置成抵靠相鄰板的接觸面，并且第二組凹部中的凹部形成第二組接觸面，所述第二 組接觸面中的每一個(gè)被布置成抵靠相鄰板的接觸面。
【背景技術(shù)】
[0003] 板式熱交換器使用板在兩個(gè)介質(zhì)（典型地在分開的第一和第二流動(dòng)路徑中流動(dòng) 的流體）之間輸送熱量。與傳統(tǒng)的熱交換器相比較，流體暴露于板表面限定的大的表面積。 運(yùn)增加了流體之間的熱能的交換。
[0004] 板式熱交換器通常用于熱水鍋爐，尤其是用于家用熱水等的瞬時(shí)制備。 陽〇化]重要因素是熱交換、流動(dòng)阻力、價(jià)格、尺寸和耐用性。
[0006] 流動(dòng)路徑每一個(gè)連接到一次流體連接部或二次流體連接部，例如用于提供加熱流 體或家用熱水。第一和第二流動(dòng)路徑在板的相對(duì)側(cè)，并且所述板帶有許多不同結(jié)構(gòu)，例如魚 骨形或緋骨狀皺折。例如，當(dāng)堆疊的魚骨形熱交換器板被定位成使得所述熱交換器板接入 皺折的相交點(diǎn)時(shí)且由于皺折形成相對(duì)的尖端頂部，相鄰板的頂部之間的接觸面積變小且較 少有明顯邊界。
[0007] 由于在運(yùn)些接觸區(qū)沒有直接的熱傳遞，因此小接觸面積是理想的。另一方面，所述 接觸區(qū)吸收板的力，從而抵消第一和第二流動(dòng)路徑中的流體的壓力。
[0008] 如果接觸面積過小，則減小的強(qiáng)度必須通過增加板厚度來補(bǔ)償W防止變形。通常， 所述板具有0. 4mm或更大的厚度。熱傳遞通過增加板厚度基本上被減小。
[0009] 微凹圖案的概念使得可m受計(jì)具有界限分明區(qū)域的接觸區(qū)，并且因此界限分明且 優(yōu)化強(qiáng)度和水力特性。
[0010] 由于介質(zhì)通過熱交換器型面時(shí)出現(xiàn)減速變化，與傳統(tǒng)的魚骨形圖案相比，微凹圖 案的剖面高度可W被通常減小30%，并且仍然保持相同的壓降。減小的剖面高度造成大約 兩倍的硬焊點(diǎn)數(shù)量，因此增加強(qiáng)度?？蛇x地，可W應(yīng)用較薄板。
[0011] 此外，介質(zhì)在通過熱交換器時(shí)出現(xiàn)的減速變化對(duì)于給定的壓力損失導(dǎo)致更高的對(duì) 流換熱比。運(yùn)能夠設(shè)計(jì)界限分明的硬焊區(qū)域而不會(huì)降低基于微凹圖案的熱交換器的總性 能。
[0012] 楠圓形凹部的益處是增加的微凹圓周，產(chǎn)生更高的強(qiáng)度且同時(shí)減小接觸面積，從 而導(dǎo)致增加的熱傳遞面積并因此增加總效率。
[0013] 緋骨狀皺折的另外缺點(diǎn)是引導(dǎo)流體沿著Z字形路徑，從而產(chǎn)生不受歡迎的阻力和 壓力下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0014] 本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有良好的導(dǎo)熱性、良好的強(qiáng)度重量比的板式熱交 換器并提供一種容易制造且耐用的板式熱交換器。
[0015] 在第一方面中，本發(fā)明提供一種具有凹部的板式熱交換器，所述凹部被布置成矩 陣圖案，并且在相鄰行中的凹部的中屯、之間具有距離XI且在相鄰列中的凹部的中屯、之間 具有距離X2,其中所述凹部具有圓周長C且C/X1在1.03-2. 27的范圍內(nèi)，例如在1. 1-2. 3 的范圍內(nèi)。相應(yīng)地，C/X2可W優(yōu)選地還在1. 1-4. 32的范圍內(nèi)，例如在1.2-4. 0的范圍內(nèi)。
[0016] 通過主張的保護(hù)范圍，本發(fā)明令人吃驚地提供了一種具有高強(qiáng)度且具體地對(duì)重量 和成本因素具有高強(qiáng)度的熱交換器板。
[0017] 本發(fā)明尤其與襯墊式交換器有關(guān)，其中堆疊的熱交換器板通過外力保持在一起， 例如當(dāng)擠壓在頂板與底板之間時(shí)通過螺栓固定，并且基于在構(gòu)建堅(jiān)固的熱交換器發(fā)現(xiàn)的要 點(diǎn)，該要點(diǎn)是如果頂部分別為凹部的底部，則最重要的不是表面積而是其圓周的長度。然 而，本發(fā)明還可W被應(yīng)用于板粘合連結(jié)的情況。熱交換器可W具體地包括具有小于0. 30mm 的厚度的板。在運(yùn)種情況下，與平坦微凹區(qū)域的強(qiáng)度相比，凹部圓周的強(qiáng)度通常變成關(guān)鍵。
[0018] 在此，矩陣圖案是行和列的二維表格狀圖案，矩陣圖案可W具體地為平行的行和 平行的列，且可W具體地為垂直于列的行。
[0019] 通過限定，每一個(gè)凹部可W在朝向相鄰行中的凹部的中屯、的最短的方向上形成從 該凹部的中屯、到該凹部的接觸面的邊緣的距離rl。在行垂直于列的實(shí)施例中，最短的方向 將為從一行中的第η個(gè)凹部的中屯、到直接相鄰的行中的第η個(gè)凹部的中屯、的直線方向。
[0020] 通過限定，每一個(gè)凹部可W在朝向相鄰列中的凹部的中屯、的最短的方向上形成從 該凹部的中屯、到該凹部的接觸面的邊緣的距離r2。在行垂直于列的實(shí)施例中，最短的方向 將為從一列中的第η個(gè)凹部的中屯、到直接相鄰的列中的第η個(gè)凹部的中屯、的直線方向。
[0021] 具體地，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)C/X1有利地可W選擇為在上邊界與下邊界之間，所述上邊界 由-0. 2*(rl/r2)巧.4的函數(shù)限定，所述下邊界由-0. 03*(rl/r2)+l. 23的函數(shù)限定。
[0022] 圖17的表格1顯示根據(jù)本發(fā)明的所有應(yīng)用的不同強(qiáng)度間隔。
[0023] 在另一個(gè)實(shí)施例中，C/X2可W被選擇為在上邊界與下邊界之間，所述上邊界由 0. 9*(rl/r2)+l. 36的函數(shù)限定，所述下邊界由0. 27*(rl/r2)+0. 95的函數(shù)限定。
[0024] 第一組接觸面中的每一個(gè)接觸面可W至少形成對(duì)稱的第一和第二垂直軸線，從而 限定例如具有圓形或楠圓形的凹部。具體地，對(duì)稱軸線可W具有不同的長度，例如在達(dá)到 1 : 4、例如1 : 3或1 : 2的范圍內(nèi)的長度，從而限定例如楠圓形。
[0025] 第一組接觸面中的接觸面可W被布置成抵靠相鄰板的第二組接觸面中的接觸面， 并且所有板可W是相同的。
[00%] 在第二方面，本發(fā)明提供一種用于板式熱交換器的板，所述板在相反的方向上限 定第一組凹部和第二組凹部，第一組凹部中的每一個(gè)凹部形成布置成抵靠相鄰板的接觸 面的第一接觸面，第二組凹部中的每一個(gè)凹部形成布置成抵靠相鄰板的接觸面的第二接觸 面，所述凹部被布置成矩陣圖案，并且在相鄰行中的凹部的中屯、之間具有距離XI且在相鄰 列中的凹部的中屯、之間具有距離X2,其中所述凹部具有圓周長C且C/X1在1. 1-2. 3的范圍 內(nèi)。
[0027] 通過應(yīng)用到根據(jù)本發(fā)明的第一方面的熱交換器的限定，C/X1可W優(yōu)選地被選 擇成在上邊界與下邊界之間，所述上邊界由-0.2*(rl/r2)巧.4的函數(shù)限定，所述下邊界 由-0.03*(rl/r2)+1.23的函數(shù)限定。C/X2可W被選擇成在上邊界與下邊界之間，上邊界由 0. 9*(rl/r2)+l. 36的函數(shù)限定，并且下邊界由0. 27*(rl/r2)+0. 95的函數(shù)限定。
[0028] 在第Ξ方面，本發(fā)明提供一種設(shè)計(jì)板式熱交換器的方法，所述板式熱交換器具有 多個(gè)板，每一個(gè)板都在相反的方向上限定第一組凹部和第二組凹部，第一組凹部中的每一 個(gè)凹部形成布置成抵靠相鄰板的接觸面的第一接觸面，第二組凹部中的每一個(gè)凹部形成布 置成抵靠相鄰板的接觸面的第二接觸面，其特征在于，所述凹部被布置成矩陣圖案，并且在 相鄰行中的凹部的中屯、之間具有距離XI且在相鄰列中的凹部的中屯、之間具有距離X2,其 中所述凹部具有圓周長C且C/X1在1、1-2、3的范圍內(nèi)。
[0029] 再次，通過應(yīng)用到根據(jù)本發(fā)明的第一方面的熱交換器的限定，C/X1可W優(yōu)選地被 選擇成在上邊界與下邊界之間，所述上邊界由-0. 2*(rl/r2)巧.4的函數(shù)限定，所述下邊界 由-0.03*(rl/r2)+1.23的函數(shù)限定。CA2可W被選擇成在上邊界與下邊界之間，上邊界由 0. 9*(rl/r2)+l. 36的函數(shù)限定，并且下邊界由-0. 27*(rl/r2)+0. 95的函數(shù)限定。
【附圖說明】
[0030] 圖1顯示根據(jù)本發(fā)明的熱交換器的立體圖；.
[0031] 圖2顯示根據(jù)本發(fā)明的板式熱交換器的俯視圖；.
[0032] 圖3顯示用于熱交換器的板；. 陽03引圖4 W側(cè)視圖顯示堆疊的板；.
[0034] 圖5和圖6顯不一個(gè)板的四邊形部分；
[0035] 圖7-9顯示對(duì)Ξ個(gè)不同的rl/r2比值的計(jì)算；
[0036] 圖10-12顯示對(duì)圓周長/XI和圓周長/X2的計(jì)算；
[0037] 圖13顯示rl/a數(shù)值的上限和下限；
[0038] 圖14顯示圓周長/a數(shù)值的上限和下限；
[0039] 圖15-20顯示分別對(duì)于不同強(qiáng)度間隔的圓周長/XI和圓周長/X2的數(shù)值；W及
[0040] 圖21包括具有根據(jù)本發(fā)明全部適用的不同的強(qiáng)度間隔的表格。
【具體實(shí)施方式】
[0041] 應(yīng)該理解的是詳細(xì)說明和具體的示例雖然表示本發(fā)明的實(shí)施例，但僅是作為示例 提供，運(yùn)是因?yàn)楸景l(fā)明的精神和保護(hù)范圍內(nèi)的各種變化和變型對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員從詳 細(xì)說明中都是清楚的。
[0042] 圖1顯示板式熱交換器1，所述板式熱交換器包括沿著箭頭3顯現(xiàn)的堆疊方向堆疊 的多個(gè)熱交換器板2。所述熱交換器板W頂部抵靠底部的方式堆疊。
[0043] 圖2顯示熱交換器的俯視圖。熱交換器板具有用于連接到流體連接部的四個(gè)拐角 開口 4、5、6、7,使得兩個(gè)開口 4、7通過入口和出口將第一流體供給源連接到所述板的上側(cè) 一從入口到出口的整體流動(dòng)方向由實(shí)線箭頭顯示。第二供給源在所述板的下側(cè)連接到兩個(gè) 開口 6、5。從入口到出口的整體流動(dòng)方向W虛線箭頭顯示。所述流為橫向逆流。另外，逆流 為一種選擇，其中4+6和7巧相連接。
[0044] 具有微凹頂部和底部的微凹結(jié)構(gòu)由白色和黑色楠圓形標(biāo)記9、10顯示。所述凹部 沿著相反的方向突出。所述板可w例如由平坦的板制成，所述平坦的板通過沖壓加工變形， W形成相對(duì)于原始平坦板的中屯、面沿著相反的方向延伸的凹部。 W45] 圖3顯示單個(gè)板。W數(shù)字11標(biāo)記的虛構(gòu)平面顯示每一個(gè)板限定的中屯、面。所述 板形成第一組凹部12和第二組凹部13。第一和第二組凹部在相反的方向上從虛構(gòu)的中屯、 面遠(yuǎn)離所述中屯、面延伸。所述板且因此還有凹部可W通過例如在模具中將例如為不誘鋼、 侶、銅、黃銅、鋒或塑料的金屬薄板擠壓成期望的形狀而制成。所述板還可W通過成型、例如 通過在模具或沖模中對(duì)塑料壓力成型來制成。
[0046] 圖3顯示側(cè)視圖且凹部可W具有為任何形狀的頂面，例如根據(jù)本發(fā)明的例示實(shí)施 例的凹部的楠圓形設(shè)計(jì)。其它形狀也可W采用，例如超楠圓形、矩形等，只要凹部在第一方 向上具有界限分明的延伸部，且在正交于第一方向的第二方向上具有界限分明的延伸部即 可。
[0047] 圖4顯示4個(gè)板14、15、16、17,并且顯示微凹頂部18如何被放置在上部相鄰的板 的微凹底部19上且W同樣方式將微凹底部20連接到下部相鄰板的微凹頂部21。
[0048] 圖4還顯示了凹部的側(cè)壁大致呈45度，如角度標(biāo)示。運(yùn)樣，頂部和底部的凹部盡 可能相互靠近。運(yùn)產(chǎn)生更高數(shù)量的凹部和更高的強(qiáng)度。45度的角度由例如不誘鋼材料的最 大伸長度來限制。對(duì)于實(shí)際的原因，例如由于擠壓工具的公差，通常應(yīng)用更小的角度。所述 壁通過材料的自由浮動(dòng)而平滑地形