專利名稱：板疊、熱交換板和疊板式熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疊板式熱交換器的板疊，該板疊包括數(shù)個熱交換板，每個熱交換板具有一個傳熱部和數(shù)個通孔，所述熱交換板以這樣的方式相互接合，第一流體通道在熱交換板之間的數(shù)個熱交換板間空間內(nèi)形成，第二流體通道在熱交換板之間的數(shù)個另外的熱交換板間空間內(nèi)形成；通孔為每一個流體通道形成至少一個進(jìn)口通道和至少一個出口通道。
本發(fā)明還涉及一種用于上述板疊中的熱交換板。
疊板式熱交換器通過供入兩種不同的換熱介質(zhì)進(jìn)行工作，每一種換熱介質(zhì)經(jīng)過單獨(dú)的進(jìn)口通道供入分離的流體通道，在此，較熱的介質(zhì)將其部分熱量借助于熱交換板傳遞給另一種介質(zhì)。這兩種介質(zhì)可以是不同的液體、蒸汽，或者上述介質(zhì)的組合物，即所謂兩相介質(zhì)。
下面結(jié)合一疊板式熱交換器對疊板式熱交換器的原理進(jìn)行更詳細(xì)地說明，該熱交換器是所謂的兩相應(yīng)用，在1991年出版的Alfa Laval AB小冊子《疊板式蒸發(fā)器》(IB67068E)(見

圖1)給予了說明。
準(zhǔn)備全部或部分蒸發(fā)的介質(zhì)，例如準(zhǔn)備濃縮的漿汁，通過設(shè)置在板的下部的進(jìn)口通道供入熱交換器。該進(jìn)口通道由支架板上的兩個開口限定。這兩個開口直接引向上述的進(jìn)口通道，該進(jìn)口通道貫穿熱交換器延伸。蒸汽通過第二進(jìn)口通道供入流體通道，該第二進(jìn)口通道設(shè)置在熱交換板上部的上角部，由于蒸汽占據(jù)較大的空間，通道具有較大的橫截面。
當(dāng)熱交換器處于運(yùn)行狀態(tài)時，蒸汽在板間空間內(nèi)向下流動，并被全部或部分冷凝。冷凝物經(jīng)過兩個出口通道排出，該出口通道由設(shè)置在熱交換板兩個下角部的孔所限定，并經(jīng)過支架板上的兩個連接孔從疊板式熱交換器引出。第二介質(zhì)在板間空間向上輸送，并在其經(jīng)過一個出口通道最終排出之前，全部或部分汽化，該出口通道設(shè)置在熱交換板的另一上角部，并經(jīng)過支架板上的連接孔從熱交換器引出。
與此技術(shù)相關(guān)聯(lián)的一個問題在于，在長的疊板式熱交換器中，疊板式熱交換器的板疊具有大量的熱交換板，介質(zhì)流，沿疊板式熱交換板的長度方向趨向于變化。因此，疊板式熱交換器的最大能力不能利用。即使一個或者幾個板間空間發(fā)揮了最大能力，仍有相當(dāng)多數(shù)量的板間空間的利用水平大大低于其最大能力。這種問題在兩相應(yīng)用中更為嚴(yán)重，因?yàn)楦鹘橘|(zhì)的氣相比其液相要容易揮發(fā)得多，這意味著氣相和液相在熱交換器中將有不同的表現(xiàn)，從而在有關(guān)的流體通道的不同板間空間呈現(xiàn)不同的流動。與絕大多數(shù)疊板式熱交換器相關(guān)的另一個問題在于，在許多情況下，難于使流體流橫跨每一個熱交換板的整個寬度均勻分布，即沿整個傳熱部均勻分布。試圖改善這種分布的一種方法，是使進(jìn)口通道制成圖1所示的矩形。為了方便與其它元件連接，可以使用諸如支架板上的兩個連接孔，此連接孔直接連接至矩形的進(jìn)口通道。通常，不希望在通道內(nèi)有這種急劇的尺寸變化，因?yàn)檫@將在流體中導(dǎo)致紊流。
上述有關(guān)問題，即使在疊板式熱交換器并不用于兩相應(yīng)用的場合也會出現(xiàn)。該問題已經(jīng)結(jié)合兩相應(yīng)用進(jìn)行了討論，因?yàn)樵趥鹘y(tǒng)的疊板式熱交換器中，這種應(yīng)用場合更突出。
WO97/15797公開了一種疊板式熱交換器，此熱交換器擬用于蒸發(fā)液體，例如蒸發(fā)制冷劑。這種疊板式熱交換板具有一個進(jìn)口通道和一個分配通道，此分配通道貫穿疊板式熱交換器延伸，并沿疊板式熱交換器的長度方向通過數(shù)個流體通道相互連通。設(shè)置分配通道的目的在于，在不同的板間空間特別使流體流均勻，該板間空間在進(jìn)口通道在板間空間之間作為膨脹室或均化室。不過，該方案并未提供一種對于各種運(yùn)行情況都完全令人滿意的技術(shù)方案，而傳統(tǒng)工業(yè)用疊板式熱交換器可能就面臨著各種運(yùn)行狀態(tài)。
GB-A-2 052 723和GB-A-2 054 124公開了一種疊板式熱交換器的兩種不同方案，該熱交換器在板間空間的前部和后部進(jìn)行了分段。為了使流到疊板式熱交換器的流體流到達(dá)后部，此疊板式熱交換器設(shè)置了由一條管子構(gòu)成的旁路通道，此旁路通道在進(jìn)口通道內(nèi)同心設(shè)置。設(shè)置此同心旁路通道的目的在于將部分流體流輸送到后部。第一部分的板間空間直接與進(jìn)口通道的前部連通，第二部分的板間空間直接與進(jìn)口通道的后部連通。
因此，現(xiàn)有技術(shù)沒有這樣的結(jié)構(gòu)，能實(shí)現(xiàn)沿疊板式熱交換器的長度方向和橫跨熱交換器的寬度方向兩方面都令人滿意的流體流分布?？傊?，現(xiàn)有技術(shù)沒有這樣的結(jié)構(gòu)能在兩相應(yīng)用中解決這些問題。
這一目的是借助于在發(fā)明領(lǐng)域中所述形式的板疊實(shí)現(xiàn)的，其特征在于，至少第一流體通道的進(jìn)口通道包括至少兩個主通道，其為第一流體通道接受流體流；和至少一個輔通道，其與主通道和第一流體通道連通，并且設(shè)置成從主通道接受流體流，并將此流體流輸送至第一流體通道。
通過提供具有兩個主通道和一個輔通道的板疊，實(shí)現(xiàn)了這樣的板疊，其中，流體流可有優(yōu)點(diǎn)地沿板疊的長度方向和橫跨板疊的寬度分布，同時，板疊可容易地與傳統(tǒng)的管道系統(tǒng)相互連接，對流體流沒有負(fù)面的影響，在板疊和傳統(tǒng)的管道系統(tǒng)之間不需要特定的適配連接器。輸送至板疊的進(jìn)口通道的流體流的特定部分偏離主通道，并且被輸送至輔通道，該輔通道沿板疊延伸。偏離主通道的流體流在輔通道的周圍回旋，因此，沿板疊的長度方向均勻分布。由于采用了主通道和輔通道，輔通道可進(jìn)一步設(shè)計成橫跨板疊的寬度方向分布流體流，主通道可設(shè)計成允許傳統(tǒng)的圓管道與板疊相連接。通過提供具有適當(dāng)橫截面的主通道和輔通道，通道和熱交換表面之間的界面、以及通道和外部連接之間的界面可以設(shè)計成彼此相互相對地獨(dú)立。這意味著，可以避免流體路徑中突然的尺寸變化，因此，任何不理想的紊流和壓降也可以避免。
通過采用一個以上的主通道，不同的通道甚至可更獨(dú)立地設(shè)計。為了保證輔通道橫跨板疊的整個寬度分布流體流，所述通道有優(yōu)點(diǎn)地具有細(xì)長形狀，這意味著，其橫截面積很可能大于主通道的橫截面積，主通道通常是圓形的。每個輔通道配套的主通道的數(shù)目的不同組合、通道的相對尺寸和形狀可用于不同的應(yīng)用。
本發(fā)明的推薦實(shí)施例在各從屬權(quán)利要求中是明顯的。
根據(jù)一個推薦實(shí)施例，在至少一個主通道內(nèi)設(shè)有一流體分配裝置，通過在主通道內(nèi)設(shè)置流體分配裝置，可以調(diào)節(jié)沿主通道在不同位置處流體流偏離主通道的尺寸。流體分配裝置的偏離特性還促使流體在輔通道內(nèi)的均勻化。
每個主通道都有優(yōu)點(diǎn)地貫穿整個板疊延伸，因?yàn)檫@是向整個板疊提供流通的簡單方法。
根據(jù)一個推薦實(shí)施例，輔通道也貫穿整個板疊延伸。由于該方案，整個板疊僅需要一個輔通道。
然而，根據(jù)另外一個推薦實(shí)施例，輔通道分為數(shù)個不同的分段，每一個分段只貫穿板疊的一部分延伸。該方案特別適合于包括大量板的板疊，在輔通道內(nèi)，對于確定數(shù)目的板間空間，該方案使得有可能獲得流體在的均勻化。通過沿輔通道的數(shù)個不同分段的分布均勻化功能，每個輔通道可容許略較低程度的均勻化，同時，沿板疊的長度方向仍然能夠獲得理想的分布，而采用唯一的具有相同均勻化程度的長輔通道容許均勻化的程度可能就較高。這種分割意味著板疊可應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域，而沒有主要的性能損失。
流體分配裝置沿涉及的部分主通道適當(dāng)?shù)貏澏酥魍ǖ罊M截面的一部分區(qū)域的界線，方式是，在流體流流動方向上，沿主通道該橫截面積遞減。因此，偏離主通道的流體以流體技術(shù)一致的方式提供給輔通道。
根據(jù)一個推薦實(shí)施例，流體分配裝置包括一筒形體部，此筒形體部環(huán)繞著一傾斜板。該筒形體部也許其可容易地設(shè)置和固定在板疊的進(jìn)口通道內(nèi)。該傾斜板提供了良好的偏離作用，因?yàn)槠湓试S流體以流動方向可逐漸改變的方式沿該傾斜板流動。
傾斜板的前部有優(yōu)點(diǎn)地設(shè)置在距主通道管壁一段距離處。這保證了該傾斜板延伸至通道的流體流內(nèi)，并且使部分流體偏轉(zhuǎn)。
傾斜板的后部在鄰近主通道和輔通道之間的流體通路處適當(dāng)?shù)嘏c主通道的通道壁連接。這導(dǎo)致了被偏轉(zhuǎn)的流體流直接被輸送至輔通道。
可靠地偏離正確比例的流體流的適當(dāng)方式是對流體分配裝置的傾斜板提供一偏轉(zhuǎn)邊，此偏轉(zhuǎn)邊指向與流體流方向相反的方向。
根據(jù)一個推薦實(shí)施例，偏轉(zhuǎn)邊緣本質(zhì)上垂直延伸。偏轉(zhuǎn)邊緣的方向是有優(yōu)點(diǎn)的，兩相流動如環(huán)流或?qū)恿饕部煞殖纱笾孪嗤壤牟煌?。這是重要的，因?yàn)檎羝鸵后w的非均勻分布都降低疊板式熱交換器的容量，并且增加熱交換器“干運(yùn)行”的危險，即一個或幾個板之間的流體流動不充分，這可導(dǎo)致流體流中的固體顆粒燃燒并且粘附在板上。
傾斜板適當(dāng)?shù)匕ㄒ槐举|(zhì)上平直的半橢圓板。這是保證流體分配裝置的偏轉(zhuǎn)作用的簡單方法。
傾斜板沿主通道的延伸長度有優(yōu)點(diǎn)地大于橫貫主通道的最大延伸量。因此，所獲得的偏轉(zhuǎn)不會導(dǎo)致任何大范圍的紊流。
根據(jù)一個推薦實(shí)施例，流體分配裝置包括數(shù)個向外延伸的連接裝置，此連接裝置設(shè)置成固定在熱交換板之間的結(jié)合點(diǎn)，這些熱交換板環(huán)繞主通道在結(jié)合點(diǎn)彼此接觸。通過以這種方式固定流體分配裝置，通道中不需要固定流體分配裝置的附加元件。因此，用于壓縮板疊的連接桿的力也用于固定流體分配裝置。
根據(jù)一個推薦實(shí)施例，所述體部包括一種開口的、筒形殼體結(jié)構(gòu)，此筒形殼體環(huán)繞并支撐傾斜板。這樣，環(huán)繞傾斜板的所述體部便于傾斜板在通道中的正確定位。根據(jù)一個推薦實(shí)施例，所述體部包括一管，此管環(huán)繞傾斜板，并在其圓周表面設(shè)有開口，傾斜板與所述開口連接。該體部的設(shè)計非常堅固，不會過于影響通道中的流體的流動。這也保證了正確比例的流體被輸送至輔通道。筒形形狀保證了可防止主通道與輔通道之間的不希望的泄露。
流體分配裝置的外形適當(dāng)?shù)貙?yīng)于主通道的內(nèi)部形狀。這意味著流體分配器僅在很小程度上影響流體的流動，由于或多或少可采用重合的表面，更容易獲得正確的定位。
根據(jù)一個推薦實(shí)施例，在主通道與輔通道之間的流體通路沿主、輔通道具有延伸部，此延伸部的長度小于每一個通道沿另外一個的延伸長度。這種結(jié)構(gòu)增加了在輔通道中產(chǎn)生平均、循環(huán)流動的流體流的趨勢，從而使得橫跨與輔通道相連通的不同的板間空間具有優(yōu)良的分布。
根據(jù)一個推薦實(shí)施例，在主通道和輔通道之間僅設(shè)有一個流體通路。這增加了在輔通道中產(chǎn)生平均、循環(huán)流動的流體流的趨勢。
通過在疊板式熱交換器中采用上述的板疊，獲得了這樣的疊板式熱交換器，其中，流體流橫跨不同的板間空間均勻分布。該均勻分布在兩相應(yīng)用中也可以獲得，即流體具有液體相和氣體相的情況。具有流體分配裝置的主通道把流體體輸送至輔通道，在輔通道中，流體流是均勻的。
根據(jù)一個推薦實(shí)施例，疊板式熱交換器包括至少兩個板疊，其中，第一板疊的主通道與第二板疊的主通道相連通并且在本質(zhì)上重合，第一板疊的輔通道與第二板疊的輔通道相互分離。這種結(jié)構(gòu)使得沿疊板式熱交換器的長度方向具有非常有利的分布，即使在板疊的局部可能某些不理想分布的情況下，也是如此。
對附圖的簡要說明下面將結(jié)合所附原理圖，對本發(fā)明更詳細(xì)地說明，這些附圖，通過舉例，示出了根據(jù)本發(fā)明的不同方面的常見推薦實(shí)施例。
圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的疊板式熱交換器運(yùn)行原理說明；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的板疊所用的熱交換板；圖3示出了一個熱交換板，并示出了在主通道中對流體分配裝置的布局與方位的原理性建議；圖4是根據(jù)本發(fā)明的疊板式熱交換器推薦實(shí)施例的分解圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明第一推薦實(shí)施例的流體分配裝置；圖6示出了圖5所示流體分配裝置的一個方案；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明第二推薦實(shí)施例的流體分配裝置；圖8示出了圖7中流體分配裝置的一部分；圖9-11示出了在不同的兩相流體流中，流體分配裝置推薦實(shí)施例功能的示意圖；圖12-15示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)(圖12-13)和本發(fā)明推薦實(shí)施例(圖14-15)中，流體流是如何沿疊板式熱交換器的長度分布的示意圖；圖16是一個頂視圖，示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實(shí)施例，流體分配裝置是如何設(shè)置在主通道中的示意圖；圖17是替換實(shí)施例的頂視圖，該替換實(shí)施例具有主通道和輔通道的替換配置；圖18和19是兩個示意圖，示出了在一個主通道與一個輔通道之間的不同墊片的設(shè)置；圖20示出了本發(fā)明的一個實(shí)施例，其中偏轉(zhuǎn)斜面的傾角可以改變。
對推薦實(shí)施例的詳細(xì)說明如圖2所示，每一個熱交換板100包括上孔部A、下孔部B和中間傳熱部C。
在熱交換板的下孔部，熱交換板100具有兩個主進(jìn)口孔110a-b和一個輔進(jìn)口孔110c，其為第一流體流所用；和兩個出口孔120e-f，其為第二流體流所用。兩個出口孔120e-f設(shè)置在熱交換板的角部。兩個主進(jìn)口孔110a-b設(shè)置在兩個出口孔120e-f的內(nèi)側(cè)。輔進(jìn)口孔110c具有狹長的形狀，并部分設(shè)置在兩個主進(jìn)口孔110a-b之間，以及主進(jìn)口孔110a-b與傳熱部C之間。輔進(jìn)口孔110c具有的狹長形狀，并橫跨傳熱部C寬度的主部延伸。
在熱交換板的上孔部，熱交換板100具有兩個雙進(jìn)口孔120a-b、120c-d，其設(shè)置在兩角，所述這些進(jìn)口孔在熱交換板的每一個角部構(gòu)成第二流體流用的連續(xù)進(jìn)口通道；和，第一流體流用的中央出口孔110d。
熱交換板110擬用于以圖4所示方式設(shè)置成疊板式熱交換器。此疊板式熱交換器包括一個機(jī)架板210、一個加壓板220、和數(shù)個中間熱交換板100，它們設(shè)置成通過傳統(tǒng)的拉桿夾緊在一起(見圖1)，此拉桿與機(jī)架板210和加壓板220連接，并彼此相向壓緊。不同熱交換板100的孔110a-d、120a-f對準(zhǔn)，以構(gòu)成貫穿疊板式熱交換器延伸的進(jìn)口通道和出口通道。
熱交換板100在墊片槽130中設(shè)有墊片131，或設(shè)置凸起的墊圈(未示出)，以貼靠相鄰的熱交換板100，從而相對于周圍環(huán)境確定熱交換板間空間的界線。熱交換板100還具有墊片或類似的元件，這種元件環(huán)繞上述孔110a-d、120a-f中的某些孔延伸。這些環(huán)繞孔110a-d、120a-f的墊片在熱交換板100的相應(yīng)側(cè)面100a-b具有不同的形狀，以允許孔110a-b中的某些孔沿?zé)峤粨Q板100的傳熱部C的第一側(cè)100a彼此連通。而其它的孔120a-f沿?zé)峤粨Q板100的傳熱部C的另一側(cè)100b彼此連通。
此外，熱交換板100具有某種形狀的溝紋(未示出)，這種有溝紋的熱交換板在許多點(diǎn)彼此貼靠接觸，這樣，即使這些熱交換板被壓在支架板210和加壓板220之間，在熱交換板100之間仍舊形成板間空間。
如圖4所示，第一流體流經(jīng)過兩個連接孔211a-b供入疊板式熱交換器，此連接孔穿過機(jī)架板210延伸，并與熱交換板100上的主進(jìn)口孔110a-b對準(zhǔn)。主進(jìn)口孔110a-b構(gòu)成兩個貫穿熱交換器延伸的主進(jìn)口通道230a-b、330a-b(見圖4、16和17)。第一流體流從主進(jìn)口通道230a-b、330a-b流向由輔進(jìn)口孔110c構(gòu)成的輔通道240、230。主通道230a-b、330a-b和輔通道240、340，通過流體流通路彼此連通，此流體流通路沿主通道230a-b、330a-b和輔通道240、340具有有限的延伸長度。輔通道240、340又與熱交換板間空間250連通，該熱交換板間空間構(gòu)成第一流體流通道250a。
設(shè)置具有有限延伸長度流體流通路的不同方法，將在后面說明。流體流通路在主、輔通道230a-b、330a-b、240和340之間的有限延伸使一種循環(huán)的、均衡的流體流在輔通道240、340中形成，這就導(dǎo)致沿輔通道240、340的長度上，從而也就是沿疊板式熱交換器的長度L上，在覆蓋不同熱交換板的板間空間范圍，獲得流體的均勻分布。
在主通道230a-b、330a-b和輔通道240、340之間有限的延伸長度，例如可以借助于一種流體分配裝置400a-b、500實(shí)現(xiàn)(見圖5-8)，此裝置設(shè)置在主通道230a-b、330a-b內(nèi)，使主通道230a-b、330a-b內(nèi)的部分流體流偏轉(zhuǎn)，并使這部分流體流，在通道延伸部的某個部位輸送至輔通道240、340(見圖16-17)。
根據(jù)流體分配裝置400a-b的第一實(shí)施例(見圖5-6)，此種裝置包括一個本體，本體的形狀是細(xì)長筒形開口殼體結(jié)構(gòu)。圖5和圖6中分別示出的兩種流體分配裝置，是彼此不同的方案，在兩種方案中，用相同的字符表示相對應(yīng)的元件。開口殼體結(jié)構(gòu)環(huán)繞并支撐傾斜板410。開口殼體結(jié)構(gòu)包括數(shù)個環(huán)411和數(shù)個細(xì)長支桿412，此細(xì)長支桿用于將這些環(huán)411相互連接。根據(jù)這兩種方案，流體分配裝置400a-b包括三個環(huán)411。在一個方案中，流體分配裝置400a包括三條支桿412，而在另一個方案中，流體分配裝置400b包括四條支桿412。
根據(jù)流體分配裝置500的第二實(shí)施例，該裝置包括一個管501，此管在圓周表面具有開口502。流體分配裝置500還包括一個傾斜板510，此傾斜板設(shè)置成覆蓋開口502。
開口502的形狀設(shè)計成這樣，其中，在一個方向(與圖8中F方向相反的方向)由兩條邊503a、b所限定，此兩條邊從圓周表面501上的一點(diǎn)延伸，兩條邊的相對距離，隨著兩條邊503a、503b距起點(diǎn)的距離增大，彼此間沿圓周方向的距離增大。這意味著，在第一端(按F方向)，開口502幾乎包圍圓周表面501圓周的一半，在第二端，開口502通過兩條邊503a、503b的交匯而終結(jié)，并與圓周表面501連接。在開口502的第一端，由開口502所限定的圓周表面501的邊503，處于距起始圓周表面501為第一徑向距離H處。
通過以這種方式設(shè)計開口502，并設(shè)置覆蓋凹入部的傾斜板510，獲得了一種口哨似結(jié)構(gòu)。距離H決定了在管501中被偏轉(zhuǎn)流體流F的量。
流體分配裝置400a-b、500兩者的實(shí)施例，擬用相同方式應(yīng)用。一個或更數(shù)個流體分配裝置，設(shè)置在沿主通道長度方向的不同部位，如圖4、16和17所示。
設(shè)置傾斜板410、510是為了使主通道中的部分流體流偏轉(zhuǎn)進(jìn)入輔通道。圖3和圖9-11示出了傾斜板410、510是如何設(shè)置成具有特定取向的。圖3和圖9-11示出了從流體流方向F(見圖5-8)觀察的流體分配裝置。傾斜板上處于傾斜板前部的偏轉(zhuǎn)邊410a、510a，設(shè)置在距通道壁徑向距離為H處，流體分配裝置通過設(shè)置偏轉(zhuǎn)邊，使部分流體流偏轉(zhuǎn)。偏轉(zhuǎn)邊410a、510a使主通道中的流體流劃分為主流FH和輔流FS，此輔流擬供入輔通道。
偏轉(zhuǎn)邊410a、510a是垂直設(shè)置的，這意味著在兩相應(yīng)用中也具有良好的分配功能(見圖10-11)。在“層流”(在此情況下，氣相流體處于液相流體之上)和“環(huán)流”(此情況下，液體薄膜環(huán)繞氣相流體)兩種情況下，流體分配裝置按與主流FH中存在的本質(zhì)上相同的比例使兩相偏轉(zhuǎn)，這意味著在兩相應(yīng)用中普遍存在的分配問題可以避免。在傳統(tǒng)板式熱交換器中，氣相流體傾向于穿過第一板間空間向上流至一個更大的范圍。偏轉(zhuǎn)邊410a、510a沿徑向的位置，在很大程度上決定了有多少流體流被偏轉(zhuǎn)。
除了傾斜板410、510的徑向距離，還可以改變其傾斜角及其沿主通道延伸的長度。傾斜板的延伸長度除了其它因素以外取決于主、輔通道之間流體流通路的延伸長度。傾斜板的延伸長度還取決于可以利用的最大傾斜角，在這個傾斜角不致引起所不希望的渦流擾動和壓力降。傾斜角本身又取決于偏轉(zhuǎn)邊沿徑向的位置和傾斜板的延伸長度。因此，每一個參數(shù)值的選擇是受其它參數(shù)值選擇的影響，并受使用熱交換板的應(yīng)用場合的影響。根據(jù)一個推薦實(shí)施例，傾斜板410、510具有的傾斜角α為15°(見圖16)。
圖5和圖6示出了流體分配裝置400的兩種不同方案，該分配裝置使主通道中的流體流的不同量偏轉(zhuǎn)。
提供主、輔通道之間流體流通路有限延伸的另一個方法是設(shè)置墊片131，墊片環(huán)繞在數(shù)個熱交換板間空間250(見圖18)，并只允許第一流體流在有限數(shù)量的熱交換板板間空間內(nèi)的主孔與輔孔之間流動。通過利用在鄰近流體通路部處使墊片131’部分地凹入，或部分地切去墊片，在主、輔通道之間流體流通路中的流體流可以調(diào)整。墊片131’凹入或切除的程度決定了偏轉(zhuǎn)量，因此，就功能而論，相當(dāng)于對流體分配裝置傾斜板的傾斜度、延伸長度和徑向插入量的選擇。由于流體流通路只跨過流體流通路部相對有限的延伸長度延伸，這種結(jié)構(gòu)也可以用于某些兩相應(yīng)用的場合。
如圖14-17、20所示，最好將疊板式熱交換板的板疊分為數(shù)個分段。這種分段是通過將輔通道240、340、640分為多段實(shí)現(xiàn)的，每一個分段與數(shù)個熱交換板間空間連通。輔通道的每一個分段服務(wù)于某些熱交換板間空間。輔通道240、340、640分段方法之一是無規(guī)律地設(shè)置熱交換板100，在這個熱交換板上沒有制出輔進(jìn)口孔110c。
這種設(shè)計特別適用于長熱交換器。輔通道的分段意味著，設(shè)置流體流通路和流體分配裝置，以在輔通道內(nèi)建立一種平衡流的意向，也可以在長熱交換器中應(yīng)用。
在圖12中示出了一種沒有分段的傳統(tǒng)熱交換器。圖13示出了沿疊板式熱交換器，特別是在兩相應(yīng)用的場合，液體流的分配趨勢。分段疊板式熱交換器的相應(yīng)流體流分配趨勢，在圖14和15中圖解說明了。由于分段，獲得了沿疊板式熱交換器長度上總體更好的流體流分配。
此外，分段意味著，在每一個分段內(nèi)流體流分配的滿意度較低的情況下，仍舊能獲得總體更好的流體流分配。但是，由于分段，在每一個分段獲得滿意的流體流分配變得更容易，這就意味著總體的流體流分配，大大好于不分段的長疊板式熱交換器。
圖16示出了設(shè)有流體分配裝置231的兩個主通道230a-b和一個輔通道240，以及輔通道240分為兩個分段240a-b的布局情況。在此實(shí)施例中，每一個主通道230a-b通過兩個流體流通路部與每一個輔通道分段240a-b連通，在主通道230a-b內(nèi)鄰近流體流通路部處，設(shè)置了流體分配裝置。值得指出的是，從一個主通道引出的不同流體流通路部，按彼此相距距離P設(shè)置。此外，從一個主通道230a引出的流體流通路部，相對于從另一個主通道230b引出的流體流通路部偏移。這就允許在輔通道240的不同分段240a-b獲得均衡的流體流。
圖17示出了主通道330a-b和分為兩個分段的輔通道340的配置情況。輔通道340的第一分段340a由一個主通道330b供給流體，而輔通道340的第二分段340b，由另一個主通道330a供給流體。在此實(shí)施例中，示出了流體流通路部331，此流體流通路部是由取消了整個密封墊片而形成的(見圖19)。流體流通路331，相對于流體流方向F，設(shè)置在輔通道340a-b的后部，以使在輔通道分段340a-b內(nèi)的流體流，獲得另人滿意的均衡性。為輔通道后段340b供給流體的主通道340a通過設(shè)置在熱交換板間空間內(nèi)的墊片332與輔通道的前分段340a隔離。輔通道340的分段340a-b通過板110’而彼此隔離，在該板上沒有制出輔助孔(參見圖2中的輔助孔110c)。對輔通道的前分段340a供給流體流的主通道330b的后部通過墊片332與輔通道的后分段340b部分隔離，并通過板100’與主通道330b的前部部分隔離。為了保證板疊支撐流體壓力，將一股小的流體流，通過板100’上的小開口和與所述部平行的輔通道340，輸送到后部。另外，可以將設(shè)置在主通道330b’與輔通道340b之間的全部墊片取消。
沒有相對于輔通道340和主通道330b前部的這種分界，會有停滯的流體出現(xiàn)在主通道330b的后部330b’。
圖20示出了主通道630和輔通道640的一種配置方式，分成三個分段640a-c的所述輔通道，每一分段提供數(shù)個熱交換板間空間。這種結(jié)構(gòu)包括三個流體分配裝置631a-c，此流體分配裝置設(shè)置在主通道630內(nèi)，其中，每一個擬用于將主通道630中的部分流體流偏轉(zhuǎn)流入輔通道的相應(yīng)分段640a-c中。
如圖所示，流體分配裝置631a-c的每一個傾斜板，延伸進(jìn)入主通道的長度不同。不同傾斜板伸入主通道630的距離沿板式熱交換板中流體流方向F遞增。第一個流體分配裝置631a，使主通道630中一定部分的流體偏轉(zhuǎn)。為了保證同樣多的流體輸送到第二分段640b，第二流體分配裝置631b，使仍在主通道630中流體流的更多部分偏轉(zhuǎn)。下一個流體分配裝置631c，再使在主通道630中進(jìn)一步減少了的流體流中的更多部分偏轉(zhuǎn)。
這種借助于流體分配裝置不同的插入距離所獲得的作用，也可以在某種程度上通過墊片改變獲得，墊片的改變是通過改變沿疊板式熱交換器長度上流體流通路部的尺寸實(shí)現(xiàn)的。小的流體流通路部對應(yīng)于小的插入距離，大的流體流通路部對應(yīng)于更大的插入距離。
在圖20所示實(shí)施例中，流體分配裝置可以設(shè)定或調(diào)節(jié)。這種可調(diào)節(jié)性，例如可以通過具有可變傾斜角的傾斜板實(shí)現(xiàn)。疊板式熱交換器包括控制單元700，此控制單元包括必要的控制裝置和致動裝置632a-c。在圖20中，致動裝置632a-c為細(xì)長拉桿，此細(xì)長拉桿通過控制單元中的某種馬達(dá)或活塞致動。可以用多種其它方式實(shí)現(xiàn)這種調(diào)節(jié)，例如通過使用支撐傾斜板的伺服馬達(dá)，或者通過使用鋼絲繩取代圖示拉桿，與傾斜板的某種背壓彈簧懸架相結(jié)合，允許采取一定的傾斜角α。
通過使流體分配裝置可調(diào)，一種和相同的疊板式熱交換器可以比傳統(tǒng)的疊板式熱交換器在一個更大得多的能力范圍應(yīng)用。根據(jù)進(jìn)入的總流體流不同，可以將較小或更大的流體流偏轉(zhuǎn)，使其流到疊板式熱交換板的不同分段。甚至可以關(guān)閉疊板式熱交換器的某一個或數(shù)個分段，以便處理不同的能力需求，或者通過完全關(guān)閉流體分配裝置以清潔之。在一種未設(shè)置主/輔通道或分段的傳統(tǒng)疊板式熱交換器中，如果供給的流體流與熱交換器的設(shè)計流體流不對應(yīng)，流體流會不均勻分配。
在下述權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍內(nèi)，顯然可能對在此所述的實(shí)施例進(jìn)行多種修改。
例如，主、輔通道的配置，流體分配裝置(固定式和可調(diào)式)，流體分配裝置的插入距離可以或不可以沿疊板式熱交換器的長度遞增，墊片的凹入或部分切除，根據(jù)不同應(yīng)用場合的當(dāng)前需要，都可以改變。
權(quán)利要求
1.一種疊板式熱交換器的板疊，該板疊包括數(shù)個熱交換板(100)，每個熱交換板具有一個傳熱部(C)和數(shù)個通孔(110a-d，120a-f)，所述熱交換板(100)以這樣的方式相互聯(lián)系，第一流體通道在數(shù)個第一板間空間(250)中的熱交換板(100)之間形成，第二流體通道在數(shù)個第二板間空間(250)中的熱交換板之間形成；孔(110a-d，120a-f)為每個流體通道形成至少一個進(jìn)口通道和至少一個出口通道(110a-d，120a-f；230，240；330，340；630，640)，其特征在于至少第一流體通道的進(jìn)口通道包括至少兩個主通道(110a-b；630a-b)，其為第一流體通道接受流體流；和至少一個輔通道(110c)，其通過流體流通路與主通道(110a-b)和第一流體通道連通，并且設(shè)置成從主通道(110a-b)接受流體流，并將此流體流輸送至第一流體通道。
2.如權(quán)利要求1所述的板疊，其中，在至少一個主通道(110a-b；230a-b；630)內(nèi)設(shè)有一流體分配裝置(231；400；500；631a-c)，其使部分主通道內(nèi)的流體流途經(jīng)所述流體通路偏轉(zhuǎn)至輔通道(110c；240；640)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的板疊，其中，每個主通道貫穿整個板疊延伸。
4.如權(quán)利要求1-3其中之一所述的板疊，其中，輔通道貫穿整個板疊延伸。
5.如權(quán)利要求1-3其中之一所述的板疊，其中，輔通道分為數(shù)個分段(240a-b；340a-b；640a-c)，每一個分段只貫穿板疊的一部分延伸。
6.如權(quán)利要求2-5其中之一所述的板疊，其中，流體分配裝置沿涉及的部分主通道劃定了主通道橫截面的一部分區(qū)域的界線，方式是，在流體流流動方向上，沿主通道該橫截面積遞減。
7.如權(quán)利要求2-6其中之一所述的板疊，其中，流體分配裝置包括一種筒形體部(400a-b；501)，此筒形體部環(huán)繞著一傾斜板(410；510)。
8.如權(quán)利要求7所述的板疊，其中，傾斜板(410；510)的前部(410a；510a)設(shè)置在距主通道管壁一段距離處。
9.如權(quán)利要求7或8所述的板疊，其中，傾斜板的后部在鄰近主通道和輔通道之間的流體通路處與主通道的通道壁連接。
10.如權(quán)利要求7-9其中之一所述的板疊，其中，流體分配裝置的傾斜板具有偏轉(zhuǎn)邊(410a；510a)，此偏轉(zhuǎn)邊指向與流體流方向相反的方向。
11.如權(quán)利要求10所述的板疊，其中，偏轉(zhuǎn)邊(410a；510a)具有本質(zhì)上垂直的延伸部。
12.如權(quán)利要求7-11其中之一所述的板疊，其中，傾斜板包括一本質(zhì)上平直的半橢圓板。
13.如權(quán)利要求11和12所述的板疊，其中，偏轉(zhuǎn)邊(410a；510a)由板的橢圓主軸之一所限定。
14.如權(quán)利要求7-13其中之一所述的板疊，其中，傾斜板(410；510)沿主通道的延伸長度大于橫貫主通道的最大延伸量。
15.如權(quán)利要求2-14其中之一所述的板疊，其中，流體分配裝置包括數(shù)個向外延伸的連接裝置(413；513)，此連接裝置設(shè)置成固定在熱交換板之間的結(jié)合點(diǎn)，這些熱交換板環(huán)繞主通道在結(jié)合點(diǎn)彼此接觸。
16.如權(quán)利要求7-15其中之一所述的板疊，其中，所述體部包括一種開口的、筒形殼體結(jié)構(gòu)(400a-b)，此筒形殼體環(huán)繞并支撐傾斜板(410)。
17.如權(quán)利要求7-15其中之一所述的板疊，其中，所述體部包括一管(501)，此管環(huán)繞傾斜板(510)，并在其圓周表面(501)設(shè)有開口(502)，傾斜板(510)與所述開口(502)連接。
18.如權(quán)利要求2-17其中之一所述的板疊，其中，流體分配裝置具有這樣的外形，此外形本質(zhì)上對應(yīng)于主通道的內(nèi)部形狀。
19.如權(quán)利要求1-18其中之一所述的板疊，其中，在主通道與輔通道之間的流體通路沿主、輔通道具有延伸部，此延伸部的長度小于每一個通道沿另外一個的延伸長度。
20.如權(quán)利要求1-19其中之一所述的板疊，其中，在每個主通道與輔通道之間只有一個流體通路。
21.如權(quán)利要求2-20其中之一所述的板疊，其中，在每個主通道中設(shè)有至少一個流體分配裝置。
22.如權(quán)利要求2-21其中之一所述的板疊，其中，流體分配裝置可以調(diào)節(jié)，方式是，由流體分配裝置偏轉(zhuǎn)至輔通道內(nèi)的主通道中的部分流體流可以調(diào)節(jié)。
23.如權(quán)利要求5-22其中之一所述的板疊，其中，一個主通道與輔通道的第一部分連通，而另外一個主通道與輔通道的第二部分連通。
24.如權(quán)利要求22所述的板疊，其中，各主通道與輔通道的不同部分連通。
25.一種疊板式熱交換器，其特征在于，其包括如權(quán)利要求1-24其中之一所述的至少一種板疊。
26.一種熱交換板，其用于疊板式熱交換器的板疊，所述熱交換板(100)具有一個傳熱部(C)和數(shù)個通孔(110a-d，120a-f)，所述熱交換板(100)以這樣的方式與板疊中的其它熱交換板(100)相互聯(lián)系，第一流體通道在數(shù)個第一板間空間(250)中的熱交換板(100)之間形成，第二流體通道在數(shù)個第二板間空間(250)中的熱交換板之間形成；孔(110a-d，120a-f)為每個流體通道形成至少一個進(jìn)口通道和至少一個出口通道，其特征在于所述熱交換板(100)具有至少兩個主通道(110a-b)，其與板疊中的其它熱交換板的對應(yīng)主通道一起形成構(gòu)成一個所述進(jìn)口通道的兩個主通道，該進(jìn)口通道為第一流體通道接受流體流；和一個輔通道(110c)，其與所述其它熱交換板的對應(yīng)輔通道一起形成構(gòu)成一個輔通道，該輔通道通過流體通路與主通道和第一流體通道連通。
27.如權(quán)利要求26所述的熱交換板，其中，輔通道(110c)設(shè)置在主通道(110a-b)和熱交換部(C)之間。
28.如權(quán)利要求26或27所述的熱交換板，其中，輔通道(110c)比各主通道(110a-b)具有較大的橫截面積。
29.一種如權(quán)利要求26-28其中之一所述的熱交換板的應(yīng)用，用于制造如權(quán)利要求12-24其中之一所述的板疊。
30.一種如權(quán)利要求26-28其中之一所述的熱交換板的應(yīng)用，用于制造如權(quán)利要求25所述的熱交換器。
全文摘要
一種疊板式熱交換器的板疊，該板疊包括數(shù)個熱交換板(100)，每個熱交換板具有數(shù)個通孔(110a－d，120a－f)，所述熱交換板(100)以這樣的方式相互聯(lián)系，熱交換板(100)之間形成第一流體通道和第二流體通道；孔(110a－d，120a－f)為每個流體通道形成至少一個進(jìn)口通道和至少一個出口通道(110a－d，120a－f；230，240；330，340；630，640)，至少第一流體通道的進(jìn)口通道包括至少兩個主通道(110a－b；630a－b；330a－b；630a－b)，其為第一流體通道接受流體流；和至少一個輔通道(110c)，其通過流體流通路與主通道(110a－b)和第一流體通道連通，并且設(shè)置成從主通道(110a－b)接受流體流，并將此流體流輸送至第一流體通道。還進(jìn)一步說明了上述類型的熱交換板、具有該熱交換板和板疊的疊板式熱交換器、以及所述熱交換板在疊板式熱交換器和板疊中的應(yīng)用。
文檔編號F28D9/02GK1426525SQ0180855
公開日2003年6月25日 申請日期2001年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月19日
發(fā)明者卡爾·M·霍爾姆, 伯恩特·塔格松, 尼爾斯·I·A·尼爾松 申請人:阿爾法·拉瓦爾股份公司