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CN111238266A - 热交换板和具有该热交换板的板式热交换器 - Google Patents

热交换板和具有该热交换板的板式热交换器 Download PDF

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CN111238266A
CN111238266A CN202010050988.8A CN202010050988A CN111238266A CN 111238266 A CN111238266 A CN 111238266A CN 202010050988 A CN202010050988 A CN 202010050988A CN 111238266 A CN111238266 A CN 111238266A
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CN
China
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exchange plate
plate
concave
convex
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CN202010050988.8A
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魏文建
张志锋
伊兹托克格洛比克
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Danfoss Micro Channel Heat Exchanger Jiaxing Co Ltd
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Danfoss Micro Channel Heat Exchanger Jiaxing Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种热交换板，所述热交换板包括板主体，所述板主体的表面上设置有多个凹部和凸部，其中所述多个凹部和凸部沿第一方向交替设置并且沿与所述第一方向相垂直的第二方向交替设置，所述多个凸部的顶部具有沿所述第一方向的细长形状。本发明还公开了一种板式热交换器，包括上述的热交换板。通过本发明的热交换板以及包含所述热交换板的板式热交换器，能够在保证良好的热交换效率的情况下确保热交换器的良好的强度、并且能够降低热交换板的制造成本。

Description

热交换板和具有该热交换板的板式热交换器
本申请是申请号为201410043032.X的中国发明专利申请(申请日：2014年1月29日；发明名称：热交换板和具有该热交换板的板式热交换器)的分案申请。
技术领域
本发明涉及热交换器领域。具体地，本发明涉及一种热交换板以及具有该热交换板的板式热交换器。
背景技术
近年来，板式热交换器广泛地应用于诸如空调、冰箱、冷水机组、热泵等设备中。通常，板式热交换器包括多个热交换板，多个热交换板通过诸如钎焊、全焊、半焊等方式或者以可拆卸的方式接合在一起，它们之间的空间形成用于换热流体流通的通道。当换热流体流过所述通道时，与热交换板接触，从而实现热交换。
图1(a)示出一种常见的具有人字形图案的热交换板。如图所示，所述热交换板具有板主体，在板主体的整个表面上具有凹凸的人字形图案。这样的热交换板能够在整个板主体表面上提供良好的流体分布，从而能够实现较高的换热效率。然而，对于这样的热交换板来说，在例如通过钎焊、全焊或半焊等方式或者以可拆卸的方式进行安装时，彼此相邻的热交换板的人字形图案以相反的方向安装，即，相邻两个热交换板上的对应的一组人字形图案在安装时仅仅有两个安装接触点，这使得整个板式热交换器的强度不高。而且，这样的热交换板的厚度不能太薄，否则也会出现强度不满足要求的问题，从而使得整个板式热交换器的可靠性下降。
图1(b)示出另一种常见的具有“点波(dimple)”形图案的热交换板。如图所示，所述热交换板具有板主体，在板主体的整个表面上具有多个凸部和凹部，所述多个凸部和凹部间隔设置。这样的多个热交换板在安装时，彼此相邻的热交换板的多个凸部相接触。由此，与具有人字形图案的热交换板相比，凹部与凸部之间的过渡曲面更为合理，安装接触点的分布也更为合理，使得整个板式热交换器具有较好的强度。并且，相应地能够减小热交换板的厚度，从而达到节约成本的目的。然而，与上述的具有人字形图案的热交换板相比，该热交换板的流体分布较差，从而影响热交换效率。
因此，对于组装热交换板而得到的板式热交换器存在一种需求，即，希望在保证良好的热交换效率的情况下能够确保热交换器的接合强度，并且能够降低热交换板的制造成本，由此降低板式热交换器的制造成本。
发明内容
由此，本发明提供一种热交换板，所述热交换板能够具有良好的热交换效率，同时能够提供更合理的安装接触点分布，由此在对多个热交换板进行组装时，能够实现强度可靠的板式热交换器，并且所述热交换板能够被制造得更薄，从而能够降低热交换板的制造成本。
根据本发明，提供一种所述热交换板，包括板主体，所述板主体的表面上设置有多个凹部和凸部，其中所述多个凹部和凸部沿第一方向交替设置并且沿与所述第一方向相垂直的第二方向交替设置，所述多个凸部的顶部具有沿所述第一方向的细长形状。
例如，所述凸部的顶部具有第一边和第二边，所述第一边和/或第二边为内凹的曲线形，以及所述第一方向垂直于所述热交换板的纵向方向、与所述热交换板的纵向方向成锐角角度或与所述热交换板的纵向方向成钝角角度。
通过这样的结构设置，当换热流体沿纵向流过板主体时，纵向旁通减小，从而横向分配加强，更利于横向流动。并且，由于凸部的细长形状，更利于涡流的产生。由此，提高了热交换效率。此外，基于凸部的细长形状，当通过诸如钎焊、半焊或全焊等方式或者以可拆卸的方式对多个热交换板进行安装时，安装接触面积增大，并且凸部与凹部之间的过渡曲面更利于应力分布，从而能够保证热交换器的良好的强度，热交换板的厚度可以相应地被减小，实现成本的减少。
在一实施例中，相邻凸部与凹部之间以斜面过渡连接，而相邻凹部之间以曲面槽过渡连接，所述曲面槽的底部高于所述凹部的底部。
在一实施例中，沿凸部的细长方向相邻的三个凹部或凸部所构成的三角形的顶角的范围在50°至160°之间。发明人发现，通过这样的设置，能够进一步改善流体分布、便于涡流的产生，从而提高热交换效率。
优选地，所述顶角的范围在70°至150°之间。
在一实施例中，每个凸部具有第三边和第四边，所述第三边与所述第四边的夹角的角度范围在0°至180°之间。
在一实施例中，所述凸部的顶部形状为
Figure BDA0002369834100000031
或
Figure BDA0002369834100000032
形。例如，所述凸部的顶部形状为从以下各项中选出的一个：
所述第一边和第二边为弧形，并且所述第一边和第二边的曲率的符号相同；
所述第一边为直线形，所述第二边为弧形；和
所述第一边和第二边为弧形，并且所述第一边和第二边的曲率大小相同、符号相反。
优选地，所述夹角的角度范围在20°至110°之间。
在一优选实施例中，所述第一边和所述第二边均为弧形，且所述第一边的曲率大于所述第二边的曲率。
在另一优选实施例中，所述第一边为直线形，所述第二边为弧形。
在一实施例中，所述多个凹部的底部具有圆形形状或多边形形状。
在一实施例中，所述第一边和所述第二边沿所述第一方向延伸。
在还一实施例中，所述热交换板包括至少两个热交换板单元，其中在任意两个相邻的交换板单元中所述第一方向的取向呈人字型。
本发明还提供一种热交换器，包括以相互重叠的状态相接合的如前述所述的多个热交换板，并且在它们之间的空间形成用于换热流体流动的通道。
在一个实施例中，所述多个热交换板中的任一热交换板的凸部与相邻热交换板的凸部接触安装，并且所述任一热交换板的凹部与另一侧相邻的热交换板的凹部接触安装。
在一个实施例中，所述多个热交换板中的任一热交换板的凸部与相邻热交换板的凸部的内凹方向一致。
在一个实施例中，所述多个热交换板通过钎焊、半焊或全焊的方式接合在一起。
在一实施例中，所述多个热交换板以可拆卸的方式接合在一起。
附图说明
以下将参考所附的附图详细地描述本发明，其中相同的附图标记表示相同的结构或部件，在图中：
图1(a)和(b)示出现有技术中的两种板式热交换板。
图2(a)和(b)示出根据本发明实施例的热交换板的一部分的立体图，其中在板主体的表面上具有多个凸部和凹部；
图3-9分别示出根据本发明各个实施例的热交换板的板主体的表面上的凹部与凸部的各个设置方式；
图10(a)-10(d)示出根据本发明实施例的热交换板的示例性设置，其中第一方向的取向分别与纵向成一锐角角度、与纵向成一钝角角度、呈人字形或者与纵向相平行；
图11示出根据本发明的热交换板的安装示意图；以及
图12是计算机模拟的结果，示出换热流体在根据本发明实施例的多个热交换板之间的通道流动时，在通道中的换热流体流动模式，其中换热流体沿纵向流过热交换板，并且在凹部处形成涡流。
具体实施方式
图2(a)和(b)示出根据本发明示例性实施例的热交换板的一部分的立体图。图3-9分别示出根据本发明各个实施例的热交换板的板主体的表面上的凹部与凸部的设置方式。如图所示，根据本发明的热交换板1包括板主体11，板主体11的表面上设置有多个凹部12和凸部13，其中所述多个凹部12和凸部13沿第一方向S1交替设置并且沿与所述第一方向相垂直的第二方向S2交替设置，所述多个凸部13的顶部具有沿所述第一方向S1的细长形状。
通过这样的结构设置，当换热流体沿纵向L流过板主体时，纵向旁通减小，从而横向分配加强，更利于横向流动。并且，由于凸部的细长形状，更利于涡流的产生。由此，提高了热交换效率。此外，基于凸部的细长形状，当通过诸如钎焊、半焊或全焊等方式或者以可拆卸的方式对多个热交换板进行安装时，安装接触面积增大，并且凸部与凹部之间的过渡曲面更利于应力分布，从而能够保证热交换器的良好的强度，热交换板的厚度可以相应地被减小，实现成本的减少。
应该理解的是，本发明不局限于换热流体沿纵向流过板主体的应用。换热流体也可以沿横向或沿斜向流过板主体。当换热流体沿横向或沿斜向流过板主体时，涡流位置虽然发生改变，但仍然能够提高热交换效率。
此外，应该指出的是，虽然所述多个凹部12和凸部13沿第一方向S1和第二方向S2交替设置，然而多个凹部12和凸部13并不需要一定是在第一方向S1或第二方向S2上沿一直线交替设置。换言之，沿第一方向S1交替设置的凹部12和凸部13在第二方向S2上的位置可以交错，沿第二方向S2交替设置的凹部12和凸部13在第一方向S1上的位置可以交错，例如如图9示例性地示出。
在一实施例中，相邻凸部13与凹部12之间以斜面14过渡连接，而相邻凹部12之间以曲面槽15过渡连接，所述曲面槽15的底部高于凹部12的底部。发明人发现，这样的结构设置能够加强上述的流体分布效果。
在一实施例中，例如如图3示例性所示，沿第一方向S1相邻的三个凹部12a、12b和12c所构成的三角形的顶角α的范围在50°至160°之间。优选地，所述顶角α的范围在70°至150°之间。发明人发现，在这样的设置下，更利于涡流的产生和分布，从而能够进一步提高换热效率。
在一实施例中，每个凸部13具有第一边a1和第二边a2，所述第一边a1和/或第二边a2可以为曲线形或直线形。例如如图3所示，所述第一边a1和所述第二边a2均为弧形，且所述第一边a1的曲率大于所述第二边a2的曲率。例如如图4所示，所述第一边a1为直线形，所述第二边a2为弧形。当然，本领域普通技术人员可以理解，文中所指的“弧形”包括由若干曲率不同、但弯曲方向相同的弧线段连接而成的大致弧形形状，在这种情况下，“曲率”是指大致的平均曲率。
在图3-8非穷举地示出了所述凸部的顶部形状可以采用的几种形状，例如
Figure BDA0002369834100000061
或
Figure BDA0002369834100000062
形。可以理解，与第二边a2为直线形的情况相比，第二边a2为弧形时能够提供更强的涡流。
在一实施例中，每个凸部13可以具有第三边a3和第四边a3，所述第三边a3与所述第四边a4的夹角β的角度范围在0°至180°之间。例如，如图3所示，a3和a4通过圆弧过渡与第一边a1和第二边a2相连，形成凸部13的顶部的细长结构，其中第三边a3与第四边a4形成一夹角角度β，该夹角角度β的范围为0°至180°之间。在一优选实施例中，所述夹角β的角度范围在20°至110°之间。
在一实施例中，凹部12的底部具有圆形形状或多边形形状。
可以理解的是，凸部13的纵长长度C可以根据实际需要进行调整。
图10(a)-10(d)示出根据本发明实施例的热交换板的示例性设置。在以上图3-9所示的示例中，第一方向S1与第二方向S2分别平行于横向T和纵向L，然而例如如图10(a)-10(d)所示，所述凹部12和凸部13可以倾斜设置在板主体11上，其中第一方向S1的取向分别与纵向L成一锐角角度、与纵向L成一钝角角度、呈人字形或者与纵向L相平行。
在使用时，首先通过诸如钎焊、全焊或半焊等方式或者通过可拆卸的方式将根据本发明实施例的多个热交换板结合在一起，并且在它们之间的空间形成用于换热流体流动的通道，从而构成根据本发明的板式热交换器。基于本发明的热交换板1的结构，在安装时热交换板1的一侧是凸部13与相邻热交换板1’的凸部13’接触安装，而另一侧是凹部12与另一相邻热交换板1”的凹部12”接触安装，如图11所示。这样，在同一热交换板的两侧实质上形成两种不同的流体分布模式，在凸部相接触被安装的一侧，流体的填充量相对少。这样的非对称的流体分布模式使得能够提供更好的流体调整和性能调整模式。而且，由于在凹部相接触被安装的一侧，压降相对低，因此能够降低系统的功耗。
如图12所示，模拟示出当换热流体流过根据本发明实施例的板式热交换器时，在通道中的流体流动模式，其中换热流体沿纵向流过热交换板。可以理解，换热流体也可以沿横向或斜向流过热交换板。当换热流体沿纵向流过根据本发明实施例的多个热交换板之间的通道时，在细长凸部13的下方处，即在凹部12处形成涡流。由此可见，在根据本发明实施例的热交换板中，通过设置细长的凸部结构并且将沿横向T相邻的三个凹部12或凸部13所构成的三角形的顶角α的范围设置在50°至160°之间，能够生成较强的换热流体涡流，从而能够提高热交换效率，同时由细长的凸部结构确保安装时的接合强度，即整体上确保板式热交换器的强度。
虽然已经结合各个实施例描述了本发明，但是，从说明书中可以理解，可以对文中的部件和结构进行各种组合、变化和改进，并且这样的组合、变化和改进落入本发明的范围内。

Claims (14)

1.一种热交换板，所述热交换板包括板主体，所述板主体的表面上设置有多个凹部和凸部，其中所述多个凹部和凸部沿第一方向交替设置并且沿与所述第一方向相垂直的第二方向交替设置，所述多个凸部的顶部具有沿所述第一方向的细长形状；
其中，所述凸部的顶部具有第一边和第二边，所述第一边和/或第二边为内凹的曲线形，以及
所述第一方向垂直于所述热交换板的纵向方向、与所述热交换板的纵向方向成锐角角度或与所述热交换板的纵向方向成钝角角度。
2.根据权利要求1所述的热交换板，其中，相邻凸部与凹部之间以斜面过渡连接，而相邻凹部之间以曲面槽过渡连接，所述曲面槽的底部高于所述凹部的底部。
3.根据权利要求1所述的热交换板，其中，沿凸部的细长方向相邻的三个凹部或凸部所构成的三角形的顶角的范围在50°至160°之间。
4.根据权利要求3所述的热交换板，其中，所述顶角的范围在70°至150°之间。
5.根据权利要求1所述的热交换板，其中，每个凸部具有第三边和第四边，所述第三边与所述第四边的夹角的角度范围在0°至180°之间。
6.根据权利要求5所述的热交换板，其中，所述凸部的顶部形状为从以下各项中选出的一个：
所述第一边和第二边为弧形，并且所述第一边和第二边的曲率的符号相同；
所述第一边为直线形，所述第二边为弧形；和
所述第一边和第二边为弧形，并且所述第一边和第二边的曲率大小相同、符号相反。
7.根据权利要求5所述的热交换板，其中，所述夹角的角度范围在20°至110°之间。
8.根据权利要求7所述的热交换板，其中，所述第一边和所述第二边均为弧形，且所述第一边的曲率大于所述第二边的曲率。
9.根据权利要求7所述的热交换板，其中，所述第一边为直线形，所述第二边为弧形。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的热交换板，其中，所述多个凹部的底部具有圆形形状或多边形形状。
11.根据权利要求1所述的热交换板，其中，所述第一边和所述第二边沿所述第一方向延伸。
12.根据权利要求1所述的热交换板，其中，所述热交换板包括至少两个热交换板单元，其中在任意两个相邻的交换板单元中所述第一方向的取向呈人字型。
13.一种板式热交换器，包括以相互重叠的状态相接合的如前述权利要求中任一项所述的多个热交换板，并且在它们之间的空间形成用于换热流体流动的通道；
其中所述多个热交换板中的任一热交换板的凸部与相邻热交换板的凸部接触安装，并且所述任一热交换板的凹部与另一侧相邻的热交换板的凹部接触安装。
14.根据权利要求13所述的板式热交换器，其中，所述多个热交换板中的任一热交换板的凸部与相邻热交换板的凸部的内凹方向一致。
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