技术领域
本发明涉及一种板壳式热交换器和一种用于板壳式热交换器的传热板。
背景技术
板壳式热交换器包括位于壳体或外壳内的多个叠置的结构化板。多个板成对连接，使得用于第一流体的第一流体流动路径至少部分地设置在成对连接的板内。所述成对连接的板被设计成将第一入口开口与热交换器的第一出口开口流体地连接，从而形成第一流体流动路径。用于第二流体的第二流体流动路径设置在成对连接的板的外部，并且第二流体流动路径通过板与第一流体流动路径被分隔开。第二流体流动路径将第二入口开口流体地连接到第二出口开口。
第二流体通过第二入口开口进入热交换器的壳体，并且第二流体沿着壳体内部的复杂的第二流体流动路径流动，并通过第二出口开口流出。当第二流体进入热交换器的壳体时，第二流体经历了复杂变化：从管状或圆筒形流经过例如管道变成分支流，经过热交换器内部的各种部件。
根据热交换器的内部布局，第二流体流可能在某些区域中受到阻碍和/或以不均匀的方式被引导，从而降低了热交换器内部的两个流体之间的传热率。因此，本发明的目的是提高热交换器的效率。这包括确保在壳体侧和盒体侧均对称地分配流量。另一个目的是确保两侧的压降和压力分配之间的最佳关系并增加热分配。另外，一个目的是制造一种在高压下更坚固的热交换器，其在整个外部部件上均匀分配，从而使得能够获得靠近中心处的加强。在本文中，“壳体侧”是指这样的流动路径，其中壳体的内部通过传热板的侧形成流动入口和流动出口的分配，而盒体侧是指由连接板自身形成的连通且密封的流动路径，其入口和出口由传热板上形成的开口构成。
发明内容
此目的通过本发明的根据权利要求1的热交换器和通过根据权利要求10的用于热交换器的传热板来实现。本发明的其他实施例是从属权利要求的主题。
根据第一权利要求，提供一种板壳式热交换器，其包括壳体和在壳体内的多个传热板。壳体可以是圆筒形的，并且传热板的尺寸和形状可以设计成紧贴地装配到壳体中。但是，壳体的非圆筒形形状也是可以的。传热板形成流体连通的第一腔，以便为第一流体流提供第一流体流动路径。壳体形成第二腔，在第二腔中布置板，并且在第二腔中设置用于第二流体流的第二流体流动路径。第二流体流动路径通过板与第一流体流动路径流体分隔开。第一流体流动路径穿过相邻板之间的入口板开口和出口板开口，从而形成盒体侧，而第二流体流动路径穿过壳体的第二入口开口和第二出口开口，从而形成壳体侧。至少一些板包括在一个板开口和第二入口开口或第二出口开口附近的至少一个凹部。至少一些板沿着热交换器的截面线对称，该截面线正交于从入口板开口到出口板开口的截面线延伸。热交换器被设计成使得凹部、一个板开口和第二入口开口或第二出口开口可以位于热交换器的一个扇区中，该扇区与热交换器的包含其他凹部、其它的板开口和/或其它的第二开口的其他扇区分隔开。
通过在相同扇区中设置凹部、板开口之一和第二开口中的任一个，可以在壳体内形成分布室，这有助于第二腔内第二流体的优化分配。热交换器因此包括传热板，该传热板被形成为用于改进第二流体流在热交换器内的分配。尽管与不包括这样的凹部的板相比，凹进的传热板的热交换表面减少了，但是由于第二流体流的更好的分配，可以提高热交换器的整体效率。
由于通常在热交换器内采用多个传热板，因此可以在热交换器中提供相应数量的凹进的板。相对于板的凹部形状，板可以彼此相同。或者，替代地，凹部的形状可以在某些板上有变化。特别地，定位在更远离第二入口开口和第二出口开口的板的凹部可以小于或大于定位在更接近第二入口开口和第二出口开口的板的凹部。
可以广义地理解术语凹部，该术语凹部指的是板的任何弯曲部分、笔直部分或弯曲的和笔直的组合部分。由于板通常可以基于圆形，因此凹部可以指板的表示与板的任何其他圆形形状的有偏差的边缘部分。
在本发明的一个实施例中，至少一些板包括靠近一个板开口和第二入口开口或第二出口开口的两个凹部。两个凹部可以彼此对称。凹部的位置和形状的这种定义涉及热交换器的截面图或截面平面，如从附图的描述中将更加明显。靠近一个板开口和第二开口的两个凹部的存在可以使得分配室的容积最大化，从而优化第二流体流的分配。
在本发明的另一实施例中，至少一些板包括四个凹部，其中两个凹部靠近入口板开口，并且两个凹部靠近出口板开口。同样，凹部的位置与热交换器的截面图或截面平面有关。独立于凹部的数量和位置，一个热交换器的板可以彼此相同，或者一个热交换器的至少一些板的其各自的凹部可以具有不同的数量、形状和/或位置。
在本发明的另一实施例中，两个凹部、一个板开口和第二入口开口或第二出口开口被定位在热交换器的一个分配区域中，在所述热交换器的截面图和截面平面中，所述分配区域对应于跨度小于120°角、特别是小于90°角、并且优选地小于85°角的热交换器的区域。当前使用的术语热交换器的区域或分配区域可以指的是从圆筒形热交换器切出的扇形或楔形切口。因此，该区域可以对应于热交换器的这样一部分，该部分类似于由在热交换器的中心线处彼此交叉的两个平面所限制的部分圆筒。
在本发明的另一个实施例中，热交换器包括两个分配区域，该两个分配区域彼此偏移180°，并且优选地被引导区域彼此分开，所述引导区域优选地包括弯曲的外部部分，该弯曲的外部部分与壳体的内壁对准。通过在板开口和第二开口附近的凹部的存在来限定分配区域。
在本发明的另一实施例中，凹部包括至少一个笔直部分和/或至少一个凹形弯曲部分和/或至少一个凸形弯曲部分。凹部的精确形状可以适应于热交换器的整体几何形状，以及为了使第二流体流在分配室内的分配最大化，该分配室至少部分地由凹部的形状限定。
在本发明的另一实施例中，提供了两个凹部并且将其设计成形成具有U形截面的分配室。U形的分配室使得可以将板开口定位为至少部分地被分配室围绕。这产生了这样一种设计，该设计使得可以在热交换器的传热板之间更有效地分配第二流体，同时保持传热板的尺寸并因此保持传热表面尽可能大。实际上提高了热交换器的整体效率。
在本发明的另一实施例中，分配室的高度小于板开口的高度的两倍，特别是小于板开口的高度的一倍半，并且优选地与板开口的高度大致相同。板开口的高度可以理解为圆形板开口的情况下的板开口的内径。如果板开口不是圆形的，则其在横截面平面中的最大或最小内部宽度或其在由第二开口限定的方向上的间隙可以对应于板开口的高度。由第二开口限定的方向可以对应于热交换器的高度，如将在附图中示出的。
在本发明的另一实施例中，板在热交换器的截面图或截面平面中关于两个轴线对称。由于流过热交换器的流体可以至少部分地显示对称的路径特性，因此板的相应对称的布局还可以提高热交换器的整体效率。所述板可以关于两个轴线对称，所述两个轴线分别是热交换器的截面线，该热交换器的截面线正交于与从入口开口到出口开口的截面线延伸，并且关于从入口开口到出口开口的所述线对称。
凹进的板可在其外边缘成对互连。
板可以对称地定位在壳体内，使得由凹部形成的两个分配室具有相同的尺寸和形状。这针对高压提供特别坚固的热交换器。对称定位使流动的更均匀的分配，并且壳体例如为圆形或椭圆形，尽管存在流动和压力，壳体壁曲率有助于将传热板的堆叠保持在适当的位置。本发明还涉及一种用于根据任一实施例的板壳式热交换器的传热板。传热板可具有上述关于热交换器和相应的传热板的任何或全部特征。
附图说明
参考以下附图描述本发明的更多细节和优点：
图1a：板壳式热交换器的分解图；
图1b：板壳式热交换器的截面示意图；
图2a：板壳式热交换器的传热板的详细图；
图2b：多个连接的传热板的详细截面图；
图3：通过热交换器的第一流体流动路径和第二流体流动路径的示意图；
图4：具有凹进的传热板的热交换器的截面图；以及
图5：具有凹进的传热板的热交换器的另一实施例的截面图。
具体实施方式
图1a示出板壳式热交换器100的分解图；热交换器100包括壳体20和在壳体20内的多对密封的传热板对10。
壳体20可以是中空圆筒形状，并且板10可以具有相应的形状和尺寸，使得板10可以装配到壳体20中。壳体20和板10的其他形状也是可以的，但是，至少部分地允许将板10定位成接近壳体20的形状是优选的。
板10形成流体连接的第一腔11，第一腔11用于为由相应箭头指示的第一流体流提供第一流体流动路径12。第一流体流通过第一入口开口23进入热交换器和通过第一出口开口23'离开热交换器。第一腔11被两个相邻的板10围绕，这两个相邻的板彼此连接，如图1b中更清楚地示出并且将在下文更详细地描述。图1b以截面图和组装状态示出了热交换器100。
板10在其边缘成对两两地被焊接或被钎焊，形成用于从第一入口开口23到第一出口开口23'的密封的第一流体流动路径12的第一腔11。多个这种堆叠被堆叠并且在第一入口开口23和第一出口开口23'周围被焊接或被钎焊。相连的第一入口开口23和第一出口开口23'形成诸如空圆筒体的中空体积，该中空体积穿过堆叠，以沿密封的第一流体流动路径12来分配和循环第一流体。形成在密封的成对的板10的外部和壳体20的内部的第二流体流动路径22连接到第二入口开口24和第二出口开口24'。第二流体流通过第二入口开口24进入热交换器100和通过第二出口开口24'离开热交换器100。
壳体20形成第二腔21，在第二腔21中布置板10，并且在第二腔21中设置用于第二流体流的第二流体流动路径22。第二流体流通过第二入口开口24进入热交换器100和通过第二出口开口24'离开热交换器100。第二流体流动路径22通过板10与第一流体流动路径12分隔开。，被板10彼此分隔流动的两个流体之间产生热交换。
图2a示出了现有技术中的传热板10的详细视图。板10可以包括圆形金属薄板并且可以包括弯曲的或非平面的部分。板10可将板10的一侧的第一流体流动路径12与板10的另一侧的第二流体流动路径22分隔开。板10可以在其通常为平面和/或圆形的侧面的一侧或两侧上包括图案化的传热部分。图案化的热传递部分可以被图案化以增加板10与流过板10的流体之间的接触表面，从而增加通过板10以及流体之间的热传递。图案化的热传递区域可以包括网状部分和/或冲压部分和/或冲切部分和/或深冲压部分。
板10可以包括板开口13、13'，该板开口13、13'用于将相邻的板10彼此流体连接并且连接到第一入口开口23和第一出口开口23'，如图1a所示。两个相邻的板10可以沿着板开口13、13'的边缘和/或沿着两个板10的外周通过焊接或钎焊而连接和密封在一起。
与图2a所示的板10相比，根据本发明的板10具有至少部分非圆形的外周，如将在图4和图5中所示。
图2b示出了多个连接的传热板10的详细截面图。两个相邻的板10可以在其外周处、特别是在其外边缘的环形连接部分14处彼此连接。因此，提供了密封的成对的连接板10，以允许第一流体流过由成对的板10限定的第一流体流动路径12。
第二流体流动路径22在两对相邻的连接板10之间被引导，并通过其通过的板10与第一流体流动路径12分隔开。第二流体流动路径22在靠近定位的板10之间包括平坦的狭窄通道。如图2b所示，沿竖直方向以及在成对的连接板10之间的第二流体流速是必不可少的。该流动分量近似对应于第二流体流相对于壳体20的径向分量或切向分量。
从图2b中可以看出，在板10的环形部分14的区域中，第二流体需要在图2b的水平方向上流动以被分配在各对连接的板10之间。
第二流体流的该水平分量或轴向分量可能会受到板10和壳体20的内壁之间可用空间的限制。相应地，两个流体之间的传热率可能会由于板10和壳体20的内壁之间缺少空间而受到不利影响。
图3是通过热交换器100的第一流体流动路径12和第二流体流动路径22的示意图。在图3中，热交换器100的垂直于壳体20的纵向轴线的横截面彼此相邻。左侧图像示出了在一纵向位置处的热交换器100的横截面，该纵向位置对应于一对连接的传热板10的位置。因此，左侧图像示出了一对连接的传热板10的内部，即第一腔11的内部。第一流体流动路径12由箭头指示。在腔11内，第一流体流动路径12从入口板开口13通向出口板开口13'。在两个开口13、13'之间，第一流体填充整个第一腔11，从而可以在一对连接板10的整个表面或几乎整个表面上产生热传递。因此，促进了第一腔11中的第一流体与第一腔11外部的第二流体之间的热传递。在密封的一对板10内，两个连接板10的边缘被焊接或钎焊或以其他方式被连接。
右侧图像示出了在一纵向位置处的热交换器100的横截面，该纵向位置对应于两对连接的传热板10之间的间隙的位置。因此，右侧图像示出了第二腔21的内部，其通过传热板10的壁与第一腔11分隔开。第二腔21容纳第二流体流路22的一部分，如相应的箭头所示。因此，右侧图像的横截面相对于左侧图像的横截面在壳体20的轴向方向或纵向方向上偏置。右侧图像中所示的两个开口13、13'连接了两个相邻的连接板10对，并且两个开口13、13'是穿过其中的第一流体流动路径12的一部分。
在第二腔21内，第二流体流动路径22从第二入口板开口24通向第二出口板开口24'。从右侧图像的上部可以看出，第二流体流动路径22在进入壳体20的内部时需要分散，以便第二流体流动路径22在相邻的传热板10之间更均匀地分配。在离开壳体20前，第二流体流动路径22需要汇聚，使得第二流体流动路径22可以通过第二出口开口24'从壳体20中流出。根据热交换器100的精确几何形状，第二流体流动路径22的分散和汇聚可以影响热交换器100的效率。本发明可促进第二腔21内第二流体流动路径22的分散和汇聚。
第二流体流动路径22填充第二腔21。第二腔21由壳体20的内部、成对的连接板10的外部来界定，壳体20的内部、成对的连接板10的外部中的一个在右侧图像示出，并且还可以是容纳在壳体20中的结构。第二流动路径22通过第二入口开口24和第二出口开口24'进入壳体20，第二入口开口24和第二出口开口24'可以位于壳体表面的相对侧上。
图4示出了本发明的方案的一个实施例，该方案用于更有效地分散和汇聚第二流体流动路径22。热交换器100的板10'包括四个凹部9。两个凹部9靠近入口板开口13，而另外两个凹部9靠近出口板开口13'。热交换器100被设计成使得靠近入口板开口13的凹部9也靠近第二入口开口24，并且靠近出口板开口13'的凹部9也靠近第二出口开口24'。第二入口开口24限定热交换器100的上侧，第二出口开口24'限定热交换器100的下侧。未在图中示出的不同实施例可以仅包括靠近热交换器100的上侧的一个单独凹部9和靠近热交换器100的下侧的一个单独凹部9。
在热交换器100的上侧的两个凹部9、入口板开口13和第二入口开口24位于板10的第一分配区域101中。第一分配区域101对应于热交换器的这样的区域，所述热交换器的区域相对于热交换器100的中心轴线跨过小于热交换器100的横截面图或平面的大约90°的角度。第一分配区域101和第二分配区域101'在传热板10'上用虚线表示。
两个分配区域101、101'大致对应于图3所示的第二流体流动路径22的部分，其在进入壳体20时发散并且在离开壳体20之前汇聚。两个分配部分101、101'相对于热交换器100的中心线彼此偏移约180°。热交换器100的中心线或中心轴线位于虚线的交点处或附近，并垂直于绘图平面。中心线对应于热交换器100的轴向方向。
两个分配区域101、101'通过两个引导区域102彼此分开。与分配区域101、101'不同，引导区域102包括成形为圆弧的径向向外的外部部分103。引导区域102的外部部分103形成为靠近壳体20的内部装配。
在下文中，将更详细地描述位于左上方的凹部9。可以理解，热交换器的一些或全部凹部9可以具有上述特征。凹部9可包括凹形弯曲部分92。凹形弯曲部分92允许第二流在成对连接的传热板10'之间的改进的分配，同时保持板10的大的表面积。另外，可以在入口板开口13或出口板开口13'中的任何一个的上方或下方的位置上设置凸形弯曲部分93。两个相邻的凹形弯曲部分92可以通过一个或多个凸形弯曲部分93彼此连接。
凹部9和壳体20的内侧限定分配室104。分配室104可以是U形的，U形的侧面由凹部9和壳体20的内部限定。可以通过壳体20的内部和板10的连接两个凹部9的部分来限定连接U形侧面的部分。分配室104在一侧上用作第二入口开口24和第二出口开口24之间的连接空间,而在另一侧上，其用作第二腔21的位于传热板10'之间的部分。在流经分配室104时，第二流体进入和离开第二腔21时会更顺畅地发散和汇聚。分配室104的高度，即其在图4的竖直方向上的长度小于板开口13、13'的高度的两倍。
图5示出了本发明的另一实施例，其中相似的特征由相似的数字表示。图5的实施例与图4的实施例之间的主要区别在于，凹部9包括一个笔直部分91而没有凹形弯曲部分92。两个相邻的笔直部分91可以通过一个或多个凸形弯曲部分93连接。图5的凸形弯曲部分93在板开口13、13'周围形成半圆或几乎半圆。笔直部分91可以全部彼此平行。在所有实施例中，在图4和图5所示的横截面图中，热交换器100的板10'可以关于两个轴线对称。
如图4和图5的凹进的实施例中所示，传热板10'可以沿着热交换器的横截面线(A)对称，该横截面线(A)正交于从入口板开口(13)到出口板开口(13')的横截面线(B)延伸。板(10')甚至可以关于两个轴线对称，所述两个轴线分别是热交换器的横截面线(A)，该横截面线正交于从入口开口(13)到出口开口(13')的横截面线，和关于从入口(13)到出口(13')的横截面线(B)对称。
如在图4和图5的凹进的实施例中还示出的，传热板10'可以对称地定位在壳体20内，使得由凹部9形成的两个分配室104具有相同的尺寸和形状。这针对高压特别提供坚固的热交换器。对称定位使流动更均匀地分配，并且壳体20例如为圆形或椭圆形，尽管存在流量和压力，但是壳体壁曲率有助于将传热板的堆叠保持在适当的位置。
本发明不限于上述实施例，而是可以以多种方式变化。可以以任何逻辑上可能的方式组合上述实施例的特征。在权利要求书、说明书和附图中公开的包括构造细节和空间构造的所有特征和优点，无论是单独地还是彼此组合地，对于本发明都是必不可少的。
附图标记
9 凹部
10 传热板
10 凹进的传热板
11 第一腔
12 第一流体流动路径
13 入口板开口
13' 出口板开口
14 环形连接部分
15 旁路腔
20 壳体
21 第二腔
22 第二流体流动路径
23 第一入口开口
23' 第一出口开口
24 第二入口开口
24' 第二出口开口
91 笔直部分
92 凹形弯曲部分
93 凸形弯曲部分
100 热交换器
101 第一分配区域
101' 第二分配区域
102 引导区域
103 弯曲的外部部分
104 分配室
机译： 板壳式热交换器以及板壳式热交换器的用途
机译： 板壳式换热器的传热板及具有该传热板的板壳式换热器
机译： 用于板壳式换热器的传热板和具有相同结构的板壳式换热器
