專利名稱：抗疲勞的板式熱交換器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種板式熱交換器，用于液態(tài)的和/或氣態(tài)的至少兩個介質 之間的間接熱交換，該板式熱交換器具有基本上長方六面體形的基體、用 于供入和排出所述介質的裝置(集管，接管)和多個基本上疊堆形布置的 通道，這些通道用于使分別在相鄰的通道中流動的介質之間進行間接的熱 交換，其中，這些通道通過彼此隔開距離的分隔板形成，其中，這些分隔 板通過封閉板條彼此隔開距離，這些通道具有波狀的型廓件(翅片)，所述 波狀的型廓件在其波峰和波谷處與分隔板形成導熱接觸，并且該疊堆通過 蓋板封閉。以油冷卻器或空氣冷卻器的例子對本發(fā)明進行了描述，但是理 論上本發(fā)明也可應用于任意的板式熱交換器，因此并不局限于示例性描述 的應用。
背景技術：
板式熱交換器已被以大量實施形式公開并且被設計用于液態(tài)的和/或氣 態(tài)的至少兩個介質之間的間接熱交換。參與熱交換的介質在此流經該熱交 換器中的、在空間上被分隔開的通道，從而僅僅間接地進行熱交換。在此， 該間接的熱交換通過使相應的通道彼此分隔開的結構、即所謂的分隔板進 行。這些分隔板疊堆形地布置在一個熱交換器中并且通過封閉板條彼此間 隔開。由此在這些分隔板之間形成所謂的通道，當時參與熱交換的介質流 經這些通道?？傮w來說，這些分隔板具有基本上矩形的形狀，從而在疊堆 形布置的情況下得到近似長方六面體形的板式熱交換器。按照現(xiàn)有技術， 在該基本上長方六面體形的結構上設有用于將相應的介質供入到不同的通 道中并且排出的裝置。按照現(xiàn)有技術，這些通道具有波狀的型廓件、即所謂的翅片。在這些 在分隔板之間形成的通道中置入波狀的型廓件，所述波狀的型廓件在該波 狀結構的相應的換向點處、即所謂的波峰和波谷處與分隔板形成導熱接觸。4在此，波狀的型廓件被布置得垂直于流經所述通道的介質的流動方向。由 此，通過波狀的型廓件在換向點處與分隔板的導熱接觸改善了兩個流經相 鄰通道的介質的熱交換。
在將這種按照現(xiàn)有技術的板式熱交換器用作油冷卻器或空氣冷卻器 時，所述用于供入和排出的裝置被這樣構成，使得油與作為冷卻介質的空 氣分別交替地流經這些相鄰的通道。如果將該冷卻器使用在壓縮機中，則 該板式熱交換器經常遭受壓力交變和溫度交變。這種壓力交變或溫度交變 導致高的機械應力，這導致高的材料負荷和快速的材料疲勞。

發(fā)明內容
因此，本發(fā)明的任務在于這樣設計一種本文開頭所述類型的板式熱交 換器，使得該板式熱交換器的幾何尺寸如下地得到優(yōu)化，即改善穩(wěn)定性和 抗疲勞性。
所述任務通過以下方式實現(xiàn)，即分隔板的寬度與所述波狀的型廓件的 相同特征的重復距離、例如兩個波峰之間的重復距離(波長)之間的比例
具有15與80之間的范圍內的值。
出人意料的是，通過借助有限元方法進行的強化的實驗性和數(shù)字性研 究表明，當按照本發(fā)明改變板式熱交換器的幾何尺寸時可顯著提高板式熱 交換器的機械穩(wěn)定性和抗疲勞性。通過按照本發(fā)明將分隔板的寬度與波長 的比例設置在15與80之間的范圍內的值上可不僅顯著改善熱交換器的穩(wěn) 定器，而且顯著改善其抗疲勞性。 一個用作油冷卻器的板式熱交換器的模 擬表明，在按照本發(fā)明的實施形式中，在發(fā)生疲勞斷裂之前，抗疲勞性平 均改善了 10倍。
本發(fā)明的基本構思是通過使板式熱交換器的幾何參數(shù)適當?shù)乇舜藚f(xié)調 來改善穩(wěn)定性。根據(jù)本發(fā)明，不僅該板式熱交換器的所有部分更堅實地 (massiver)構成以提高其穩(wěn)定性，而且波長與分隔板寬度之間的比例得到 優(yōu)化。根據(jù)本發(fā)明，通過分隔板寬度與波長的比例調節(jié)這樣地選擇分度一 一在給定寬度的分隔板上設置多少波狀結構(翅片)，使得實現(xiàn)該板式熱交 換器的最佳穩(wěn)定性和抗疲勞性。
按照本發(fā)明的一個有利的構型，分隔板的寬度與波長之間的比例具有 20與60之間、優(yōu)選28與50之間、特別優(yōu)選29與43之間的范圍內的值。符合目的的是，分隔板的寬度與厚度之間的比例小于150。在本發(fā)明的 一個有利的構型中，分隔板的寬度與厚度之間的比例具有50與150之間、 優(yōu)選75與115之間、特別優(yōu)選80與105之間的范圍內的值。通過分隔板 寬度相對于分隔板厚度的附加優(yōu)化實現(xiàn)了穩(wěn)定性和抗疲勞性的進一步改善。
有利的是，在通道被作為介質的油流過時， 一個波峰的最高點與一個 波谷的最低點之間的高度差(翅片高度)與所述波狀的型廓件的材料厚度
(翅片厚度)的比例在7與80之間的范圍內。在本發(fā)明的一個構型中，在 通道被作為介質的油流過時，翅片高度與翅片厚度之間的比例在8與20之 間、優(yōu)選10與15之間的范圍內。在本發(fā)明的范圍內已經被證實有利的是， 在熱交換器的通道引導熱的、待冷卻的油時，這樣構造翅片，使得翅片高 度與翅片厚度之間的比例總是處于一個在8與20之間的值。
被證明同樣有利的是，這樣地構造封閉板條，使得所述封閉板條具有 一個底面和三個垂直于該底面的翼片，其中，這三個翼片這樣地取向，使 得這些翼片指向所述長方六面體形的基體的內部，并且這三個翼片的中間 翼片長于外部的兩個翼片。在此，本發(fā)明的這種封閉板條可以不僅具有一 個開口或缺口而且可以具有多個開口或者缺口 ，所述一個/一些相應的介質 通過所述開口或缺口被導入到所述通道中。優(yōu)選兩個分隔板之間的所有距 離在所述分隔板的兩個較短的邊上分別通過一個這樣的封閉板條封閉。通 過在底面上構造三個垂直豎立的翼片可以降低封閉板條的質量，同時不會 損害機械穩(wěn)定性。在作為油冷卻器應用時，兩個較長的邊有利地無封閉板 條地構成并且由此可以使環(huán)境空氣作為冷卻介質流過。
在本發(fā)明的一個特別優(yōu)選的構型中，本發(fā)明的板式熱交換器用作油冷 卻器或空氣冷卻器，其中，特別是熱油通過與空氣進行熱交換而被冷卻。 在這種應用中，板式熱交換器由于待冷卻的油的由應用條件引起的經常的 溫度和/或壓力變化而遭受特別高的機械負荷。在這種應用情況下，通過本 發(fā)明實現(xiàn)的高的機械穩(wěn)定性和抗疲勞性特別有利的發(fā)揮作用。
借助本發(fā)明，特別是這樣地實現(xiàn)了一種本文開頭所述類型的板式熱交 換器，使得特別是當在壓力關系和溫度關系持續(xù)變化的情況下使用時，與 現(xiàn)有技術相比顯著提高了板式熱交換器的機械穩(wěn)定性和抗疲勞性。


下面借助于本發(fā)明的在附圖中詳細闡述的實施例詳細闡述本發(fā)明。其
中
圖1示出本發(fā)明的板式熱交換器的一個實施形式的示意性立體圖，
圖2示出與圖l相同的視圖，其中，沒有附件，
圖3a示出圖1和2中的板式熱交換器的一個通道的示意性立體圖，
圖3b示出圖3a中的通道的橫截面的局部圖，
圖4以示意性立體圖示出本發(fā)明的板式熱交換器的一個第二實施形式 的解體圖。
具體實施例方式
圖1示出一個從外部觀察的板式熱交換器。該板式熱交換器具有一個 中央的長方六面體8，該長方六面體的長度L為l.lm并且其寬度B及高度 H分別為llcm。在該長方六面體8的上面、側面和下面可以看見安裝上的 半圓柱形的盒(Kasten) 6和6a (集管)。在該長方六面體8的下方并且在 背離所示側面的一側也有這種安裝上的盒。但是它們被部分地遮蓋。通過 接管7可以對該板式熱交換器供入流體或者將該流體再取出，在此該流體 是空氣和油。集管6和6a用于分配通過所述接管7引入的介質或者用于收 集和用于集中待從該板式熱交換器中取出的介質并且具有8mm (集管6) 的(壁)厚或6mm (集管6a)的(壁)厚。
圖1中所示的板式熱交換器被設計用于使兩個以上流體流在分隔開的 通道中在彼此旁邊流過以進行熱交換。所述流的一部分可以反向地在彼此 旁邊流動，另一部分交叉。為了闡述本發(fā)明，考慮簡單的情況，即一個空 氣流和一個油流在分隔開的、彼此交替的通道中交叉地在彼此旁邊流動。 較大數(shù)目的流體流在本發(fā)明的范圍內沒有提出附加的質的觀點。
在圖2中可以看出圖1中的板式熱交換器的內部是如何構成的。長方 六面體8基本上由分隔板1和波狀的型廓件2 (翅片)或分配器型廓件3構 成。具有分隔板1和型廓件2或3的層彼此交替。分隔板1之間的中間空 間被稱為通道14 (在圖3a和3b中示出一個這樣的通道并且下面對其進行 描述)，所述分隔板被設計用于被一個流體流過并且在此具有型廓件2和3。
長方六面體8具有交替地平行于流動方向的通道14和分隔板1。分隔
7板1和通道14 (即型廓件2和3)都是由鋁制成。分隔板l具有l(wèi).lmm的 厚度。通道14的側面通過鋁制的封閉條4a封閉，從而通過與分隔板1的 堆疊結構方式形成一個側壁。封閉條4a沿著分隔板1具有10mm的寬度。 該長方六面體8的這些堆疊的分隔板1通過平行于這些分隔板1的、厚度 為6mm的鋁制的蓋板5封閉。通道14在其端側處通過鋁制的封閉板條4b 封閉，該封閉板條沿著分隔板具有的厚度為5.5mm。
該長方六面體8通過將焊料施加到分隔板1的面上并且接下來使分隔 板1和通道14交替地彼此堆疊而產生。蓋板5向上或向下遮蓋該疊堆8。 接著，通過在一個包圍該疊堆8的爐中加熱而使該疊堆8焊接。
分配器型廓件3在該板式熱交換器的側面上具有分配器型廓件入口 9 (也參見圖2，封閉條4a和封閉板條4b中的缺口)。通過這些分配器型廓 件入口 ，流體可以經由集管6和6a以及接管7從外部進入到對應的通道14 中或者又被取出。在圖2中示出的分配器型廓件入口 9在圖1中被集管6 禾口 6a遮蓋。
在圖3a中示出圖1和2中所示的板式熱交換器的這些通道14中的一 個。流體的流動方向通過箭頭表示。流體在一個分配器型廓件入口 9處流 入，以便在對應的分配器型廓件3中分布在通道14的整個寬度上。接著， 該流體流經波狀的熱交換型廓件2并且在進行完熱交換之后從另外的分配 器型廓件3集中到出口側的分配器型廓件入口 9上。該通道14在其側向的 側面上和端側上通過封閉條4a和封閉板條4b限定。
圖3b示出圖3a中的波狀熱交換型廓件2的橫截面的局部圖。該型廓 件2具有4mm的高度HP和0.7mm的型廓件厚度SP。該型廓件2的波狀 延伸曲線在1.6mm的波長LP之內重復。因此分隔板寬度B與波長LP的按 照本發(fā)明的比例為69。
在圖4中以解體圖在沒有附件的情況下示出空氣-油-板式熱交換器的 四個通道。
由分隔板22和型廓件23或25構成的長方六面體30通過蓋板21向上 封閉。對于該長方六面體30和蓋板21以及分隔板22的尺寸及對于其材料 在此相應地適用圖1和2中的描述。最上面的通道27被設計用于穿流的空 氣，位于其下的通道28被設計用于穿流的油。在其下面又是被設計用于穿 流的空氣的通道，依此類推。在該板式熱交換器中，空氣橫向于長方六面體30的縱向方向被引導并且油沿著該長方六面體30的縱向方向被引導。 引導空氣的通道27的封閉板條24具有大寫"E"形狀的型廓，其中，該大 寫"E"的尖端指向該板式熱交換器的內部。所述端側的封閉板條24沿著 分隔板22具有5.5mm的厚度。引導油的通道28通過側面的封閉條26封閉， 這些封閉條沿著分隔板22具有12mm的寬度。引導空氣的通道27中的型 廓件23被設計得與引導油的通道28中的型廓件25不同。在所述弓I導空氣 的通道27中，型廓件23具有6mm的高度，這些結構以3.5mm的波長重復 并且該型廓件具有0.7mm的厚度。在所述引導油的通道28中，型廓件高度 為3.5mm并且這些結構以1.5mm的波長重復。在引導油的通道28中，型 廓件厚度也是0.7mm。在本發(fā)明的另一構型中，在引導油的通道中，型廓 件高度為5mm，型廓件厚度為0.5mm。
按照以上附圖描述的板式熱交換器這樣運行，即板式熱交換器中的流 體壓力和溫度不超過80bar和7(TC。此外，在這些板式熱交換器中流體被 這樣供入，即壓力波動保持小于設計壓力的50%并且每個通道中的體積流 量在熱交換期間為10升/分鐘。
即使在油與空氣之間不進行熱交換時，該板式熱交換器也被油繼續(xù)穿 流，但體積流量降低，為0.5升/分鐘。這是為了使該板式熱交換器保持提
局的溫度。
對于第三實施例來說(未示出)，很大程度上采用圖l和2中的板式熱 交換器的特性。與第一實施例的區(qū)別在于，僅僅是最下面的兩個分隔板和 最上面的兩個分隔板具有Umm的厚度。內部的分隔板僅具有0.8mm的厚 度。此外，僅僅是最上面的和最下面的型廓件具有圖3b中給出的值。位于 內部的型廓具有較大的高度、較小的型廓厚度和較大的型廓結構波長。在 本發(fā)明的該構型中，在引導油的通道中，型廓件高度為5mm，型廓件厚度 為0.5mm。在該構型中，波長LP為2.5mm，分隔板寬度B為llcm。
參考標號表
1 分隔板
2 熱交換型廓件
3 分配器型廓件 4a 封閉條4b封閉板條
蓋板
6，6a
7接管
8長方六面體
9分配器型廓件入口
14通道
21蓋板
22分隔板
23，25型廓件
24封閉板條
26封閉條
27引導空氣的通道
28引導油的通道
30長方六面體
SP型廓件厚度
LP波長
HP通道高度
B長方六面體寬度
H長方六面體高度
長方六面體長度
權利要求
1.一種板式熱交換器，用于液態(tài)的和/或氣態(tài)的至少兩個介質之間的間接熱交換，該板式熱交換器具有基本上長方六面體形的基體(8)、用于供入和排出所述介質的裝置(集管6，6a，7)和多個基本上疊堆形布置的通道(14)，這些通道用于使分別在相鄰的通道(14)中流動的介質之間進行間接的熱交換，其中，這些通道通過彼此隔開距離的分隔板(1，22)形成，其中，這些分隔板通過封閉板條(4a，4b)彼此隔開距離，這些通道具有波狀的型廓件(翅片，2)，所述波狀的型廓件在其波峰和波谷處與分隔板(1，22)形成導熱接觸，并且該疊堆通過蓋板(5，21)封閉，其特征在于，分隔板的寬度(B)與所述波狀的型廓件(2)的相同特征的重復距離、例如兩個波峰之間的重復距離(波長，LP)之間的比例具有15與80之間的范圍內的值。
2. 根據(jù)權利要求1所述的板式熱交換器，其特征在于分隔板的寬度 (B)與波長(LP)之間的比例具有20與60之間、優(yōu)選28與50之間、特別優(yōu)選29與43之間的范圍內的值。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的板式熱交換器，其特征在于分隔板的 寬度(B)與厚度之間的比例小于150。
4. 根據(jù)權利要求1至3中任一項所述的板式熱交換器，其特征在于 分隔板的寬度(B)與厚度之間的比例具有50與150之間、優(yōu)選75與115 之間、特別優(yōu)選80與105之間的范圍內的值。
5. 根據(jù)權利要求1至4中任一項所述的板式熱交換器，其特征在于 在通道(14)被作為介質的油流過時， 一個波峰的最高點與一個波谷的最 低點之間的高度差(HP)(翅片高度)與所述波狀的型廓件(2)的材料厚 度(翅片厚度，SP)的比例具有7與80之間的范圍內的值。
6. 根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的板式熱交換器，其特征在于在通道(14)被作為介質的油流過時，翅片高度(HP)與翅片厚度(SP) 之間的比例具有8與20之間、優(yōu)選10與15之間的范圍內的值。
7. —種板式熱交換器，用于液態(tài)的和/或氣態(tài)的至少兩個介質之間的間 接熱交換，該板式熱交換器具有基本上長方六面體形的基體(8)、用于供 入和排出所述介質的裝置(集管，6, 6a， 7)和多個基本上疊堆形布置的 通道(14)，這些通道用于使分別在相鄰的通道(14)中流動的介質之間進 行間接的熱交換，其中，這些通道(14)通過彼此隔開距離的分隔板(1， 22)形成，其中，這些分隔板(1， 22)通過封閉板條(4a， 4b)彼此隔開 距離，并且該疊堆通過蓋板(5， 21)封閉，其特征在于，所述封閉板條(4a， 4b)具有一個底面和三個垂直于該底面的翼片，其中，這三個翼片這樣地 取向，使得這些翼片指向所述長方六面體形的基體的內部，并且這三個翼 片的中間翼片長于外部的兩個翼片。
8. 權利要求1至7中任一項所述的板式熱交換器作為油冷卻器或空氣 冷卻器的應用。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種板式熱交換器，用于在液態(tài)的和/或氣態(tài)的至少兩個介質之間進行間接的熱交換，該板式熱交換器具有基本上長方六面體形的基體(8)、用于供入和排出所述介質的裝置(集管6，6a，7)和多個基本上疊堆形布置的通道(14)，這些通道用于使分別在相鄰的通道(14)中流動的介質之間進行間接的熱交換，其中，這些通道通過彼此隔開距離的分隔板(1，22)形成，其中，這些分隔板通過封閉板條(4a，4b)彼此隔開距離，這些通道具有波狀的型廓件(翅片，2)，所述波狀的型廓件在其波峰和波谷處與分隔板(1，22)形成導熱接觸，并且該疊堆通過蓋板(5，21)封閉，本發(fā)明提出，分隔板的寬度(B)與所述波狀的型廓件的相同特征的重復距離、例如兩個波峰之間的重復距離(波長，LP)之間的比例具有15與80之間的范圍內的值。
文檔編號F28D9/00GK101629792SQ20091015167
公開日2010年1月20日 申請日期2009年7月15日 優(yōu)先權日2008年7月15日
發(fā)明者H·艾格納, M·霍克, R·赫茨爾, R·迪茨 申請人:林德股份公司