本發明涉及一種熱交換器,包括成堆疊的熱交換器板,其沿著堆疊方向一個堆疊在另一個頂上。
背景技術:
1、用于在不同介質(例如,不同流體或氣體)之間傳遞熱量的板式熱交換器在本領域中是眾所周知的。板式熱交換器可以包括成堆疊的多個熱交換器板,其在兩個端板之間一個堆疊在另一個頂上。可以在熱交換器板之間的每個第二空隙中形成第一組通道,并且可以在熱交換器板之間的其他空隙中形成第二組通道。板式熱交換器的構件,并且尤其是熱交換器板,典型地由金屬制成,但是也可以由任何其他材料制成,只要該材料足夠堅固并且具有足夠的導熱性能即可。板式熱交換器的構件可以通過夾在端板之間來組裝,或者例如通過使用釬焊、粘合或焊接來組裝。由于介質與各個熱交換器板的相應側上的大表面積接觸,因此板式熱交換器提供高效的熱傳遞。板式熱交換器可以是通常稱為板翅式熱交換器的類型。板翅式熱交換器典型地包括成堆疊的熱交換器板,熱交換器板之間夾有波浪形結構。
2、為了高效利用熱交換器板的可用表面積,典型地期望將熱交換器設計成使得顯示出橫跨熱交換器板的整個寬度高效地分配介質流,并且典型地也高效地收集介質流。此外,典型地期望將熱交換器設計成使得其在材料消耗、制造成本和/或最終重量方面具有機械穩定性。
3、為了解決該問題,文獻cn207963578u公開了一種帶有引導分配翅片和交換翅片的板翅式熱交換器。
4、然而,如下文將闡述的,現有技術文獻并未公開一種熱交換器,其充分滿足一組設計標準,即橫跨熱交換器板的整個寬度提供介質流的高效分配,并且優選地也提供介質流的高效收集,同時優選地還考慮到熱交換器在材料消耗、制造成本和/或最終重量方面應當具有機械穩定性。
技術實現思路
1、本發明的目的是提供一種熱交換器,其充分滿足了一組設計標準,即橫跨熱交換器板的整個寬度提供介質流的高效分配,并且優選地也提供介質流的高效收集,同時優選地還考慮到熱交換器在材料消耗、制造成本和/或最終重量方面應當具有機械穩定性。
2、該目的已經通過一種熱交換器實現,該熱交換器包括:
3、成堆疊的熱交換器板,其沿著堆疊方向一個堆疊在另一頂上,
4、在熱交換器板之間的每個第一第二空隙中形成的第一組通道,
5、在熱交換器板之間的每個第二第二空隙中形成的第二組通道,
6、其中,在第一組通道和第二組通道中的各個通道中,由來回折疊的片材形成的翅片結構定位在熱交換器板之間,使得相應翅片結構沿著具有與縱向延伸的翅片方向平行延伸的主延伸的多個接觸線抵接熱交換器板,從而限定形成所述第一組通道和所述第二組通道的多個流體通道,
7、其中,各個熱交換器板包括四個貫通開口,四個貫通開口形成在相應熱交換器板的相應拐角部分處并且配置成形成沿著堆疊方向延伸穿過堆疊的第一入口端口、沿著堆疊方向延伸穿過堆疊的第一出口端口、沿著堆疊方向延伸穿過堆疊的第二入口端口以及沿著堆疊方向延伸穿過堆疊的第二出口端口,第一入口端口和第一出口端口經由第一組通道彼此流體連接,并且第二入口端口和第二出口端口經由第二組通道彼此流體連接,
8、其中,熱交換器還包括:在熱交換器板之間的各個空隙中,在相應入口端口處的分配結構和在相應出口端口處的收集結構,
9、其中,相應分配結構、相應地相應收集結構定位在相應端口和相應的第一組通道和第二組通道中的相應翅片結構之間,
10、其中,相應入口端口和相應分配結構之間的端口界面、相應地相應出口端口和收集結構之間的端口界面相對于翅片方向傾斜,使得如沿著翅片方向測量的端口界面和翅片結構之間的距離隨著如沿著橫跨翅片方向延伸的線看的距最靠近相應端口且沿著縱向延伸的翅片方向延伸的相應熱交換器板的邊緣的距離的增加而增加。
11、第一組通道和第二組通道交替布置,使得在熱交換器板之間的每個空隙中要么有第一組通道中的通道,要么有第二組通道中的通道。這也可以表達為第一組通道和第二組通道交替布置,使得在每個第二空隙中有第一組通道中的通道,并且在熱交換器板之間的其他空隙中,即在不形成第一組通道的一部分的空隙中有第二組通道中的通道。在短語“每個第一第二空隙”中,“第一”一詞主要是短語“每個第二空隙”內的標簽。在短語“每個第二第二空隙”中,“第二”一詞的第一次出現主要是短語“每個第二空隙”內的標簽。可以注意到,可以設想,第一組通道中的通道或第二組通道中的通道在熱交換器板之間的每個空隙中的重復模式可以在多次重復之后中斷。類似地,延伸穿過堆疊的端口可以延伸穿過熱交換器的所有板,或者可以僅延伸穿過形成一個堆疊的相鄰板的子集。后一種配置可以是例如將多個堆疊靠在一起以形成組合熱交換器的情況。可以使用這種不同配置的一個示例是例如在所謂的多次穿過式熱交換器中。
12、可以注意到,在優選實施例中,翅片結構被折疊,使得每個折疊部具有足夠的延伸以橋接相鄰熱交換器板之間的距離,使得相應翅片結構抵接其定位在其之間的相鄰熱交換器板。在優選實施例中,相應翅片結構沿著多個接觸線(其具有沿著縱向延伸的翅片方向延伸的主延伸)抵接相應熱交換器板,其中實際的抵接形成連續或半連續的線接觸。在此上下文中可以注意到,翅片結構可以沿著直線折疊,使得接觸線可以是沿著縱向延伸的翅片方向延伸的直線。然而,翅片結構可以沿著具有其他形狀的線折疊,諸如例如波浪線或曲線,使得接觸線變成沿著主延伸來回波動的波浪線或曲線。無論折疊線的形狀如何,優選主延伸與縱向延伸的翅片方向平行延伸。
13、在優選實施例中,第一組通道中的通道(優選地,第一組通道中的各個通道)包括定位在熱交換器板之間的相應第一翅片結構,并且第二組通道中的通道(優選地,第二組通道中的各個通道)包括定位在熱交換器板之間的相應第二翅片結構。然而,應當注意,還可以設想熱交換器可以設計成使得僅第一組通道中的通道包括翅片結構。備選地,還可以設想熱交換器可以設計成使得僅第一組通道中的通道包括翅片結構。
14、堆疊方向優選地與縱向延伸的翅片方向正交。
15、翅片結構可以被說成形成傳熱區域的一部分,在該傳熱區域,熱量從相應熱交換器板傳遞到相應介質或從相應介質傳遞到相應熱交換器板。由于相應翅片結構形成為使得其呈現橋接相應通道的高度的多個折疊部或間隔壁,相應通道中的介質不僅與相應熱交換器板接觸,還與所述通道中的所有折疊部或間隔壁接觸。由于相應翅片結構也抵接熱交換器板,因此熱量可以從介質直接傳遞到相應熱交換器板,并且也可以通過傳遞到翅片結構(其繼而將熱量傳遞到相應熱交換器板)而間接傳遞。
16、翅片結構可以成來回折疊的薄片材的形式。翅片結構優選由來回折疊的薄金屬片材形成。這可以稱為翅片結構以手風琴狀設計來回折疊。來回折疊部可以具有不同的設計。折疊部可以例如成形為重復三角波、重復方波、重復正弦波或其組合。折疊部可以例如是具有完全圓化的頂部/底部或在各個周期的頂部/底部的各側上具有圓化拐角的重復方波。圓化可以例如是正弦波或半徑的形狀。折疊部可以成波動圖案的形式,其也可以稱為互連u形和倒u形的重復圖案。
17、基于方波、正弦波或波動圖案的折疊部的優點在于,與例如由重復三角波形成的折疊圖案相比,翅片結構的抵接熱交換器板的面積增大。當該抵接面積增大時,可以實現熱傳遞的增加。在任何情況下,翅片結構抵接熱交換器板的事實提供了翅片結構與熱交換器板之間的改進的穩定性。這是進一步有利的,因為它允許機械穩定的熱交換器具有改進的結構支撐。
18、如沿著相應介質的流動方向看,相應翅片結構定位在相應分配結構和相應收集結構之間。如上面所提到,相應分配結構定位在相應入口端口和相應的第一組通道和第二組通道中的相應翅片結構之間。相應分配結構配置為將來自相應入口端口的流量分配到相應翅片結構,使得介質的流量分配在相應通道的整個寬度上。相應收集結構配置為收集來自相應翅片結構的流量并將流量引導到相應出口端口。在此上下文中可以注意到。
19、所公開的設計是有利的,因為它允許在第一組通道中改進介質的分配。所公開的設計進一步是有利的,因為它允許在第二組通道中改進介質的分配。所公開的設計是有利的,因為它允許在第一組通道中改進介質的收集。所公開的設計進一步是有利的,因為它允許在第二組通道中改進介質的收集。
20、通過使相應入口端口和相應分配結構之間的端口界面相對于翅片方向傾斜,便于提供優化的流動,使得改進第一和/或第二組通道中的介質的分配。傾斜端口界面允許在相應入口端口和相應分配結構之間提供較大的界面。傾斜端口界面允許將入口端口設計成傾斜的或基本上三角形的,或至少部分三角形的形狀,使得界面相對于端口的總表面積而言比較大。傾斜端口界面還允許以簡單且成本高效的方式提供分配結構的大界面。例如,可能用基本上三角形或截角三角形的片材來回折疊來制造分配結構,其方式類似于上面討論的翅片結構。因此,傾斜端口界面便于提供在分配結構的整個寬度上分配的流動,從而繼而便于提供在熱交換器的寬度上優化的流動。
21、通過使相應出口端口和相應收集結構之間的界面相對于翅片結構傾斜,便于在第一組通道或第二組通道中高效收集介質,并且從而繼而便于實現熱交換器的寬度上的流動的優化。上文關于入口端口和分配結構之間的傾斜端口界面所討論的優點對應地適用于相應出口端口和相應收集結構之間的傾斜端口界面。
22、相應端口界面可以與翅片方向形成角度α。如上面所提到的,界面相對于翅片方向傾斜,即角度α大于90°但小于180°,使得相應界面傾斜。在此上下文中,大于和小于可以指與90°、相應地180°至少相差5°。角度α是在一方面定位在中心(如在橫向方向上看的)并沿著翅片方向延伸的線與另一方面面向分配或收集結構的界面側之間測量的。優選地,角度α介于110°和160°之間,更優選地介于120°和150°之間。這是有利的,因為它允許優化流動,使得改進如上面所討論的介質的分配和/或介質的收集。可以注意到,分配結構的端口界面可以(但不必)傾斜與收集結構的端口界面相同的角度。
23、相應端口界面可以沿著大致直線延伸。這是有利的,因為它允許介質從相應入口端口到翅片結構的良好分配。這是有利的,因為它允許介質從翅片結構良好地收集。這進一步有利,因為它允許熱交換器中的疲勞優化。優選的是,直線在以下意義上是直的,即沿著至少形成其長度的75%的中心部分,任何橫向于其延伸的偏差小于其長度的+-10%。
24、相應分配結構和/或相應收集結構從相應端口的第一橫向中心拐角向相應端口的第二橫向外拐角延伸,并且在最靠近相應端口的縱向延伸邊緣處留下橫向延伸間隙。
25、短語“第一橫向中心拐角”中的術語“橫向中心”是指第一拐角如沿著橫向方向看定位在中心。對應地,“第二橫向外拐角”是指與第一拐角的位置相比如沿著橫向方向看定位得更靠近外部部分的拐角。
26、可以注意到,在優選實施例中,第一拐角在翅片方向和橫向方向兩者上定位成與第二拐角相距一距離,使得相應入口端口和相應分配結構之間的端口界面傾斜。可以注意到,在優選實施例中,第一拐角定位成在翅片方向和橫向方向兩者上與第二拐角相距一距離,使得相應出口端口和相應收集結構之間的端口界面傾斜。
27、參考具有傾斜端口界面的優選實施例,間隙還可以表達為缺少相應分配結構和/或相應收集結構的拐角件。
28、提供間隙例如對于制造相應分配結構和/或相應收集結構是有利的。通過允許形成間隙,例如,可能允許相應分配結構和/或相應收集結構傾斜并且仍然以如沿著橫向方向看的端部部分結束,該端部部分由材料件形成,該材料件在橫向外周處也具有沿著翅片方向的延伸,這使得這種端部部分與相應分配結構和/或相應收集結構以尖拐角結束的情況相比顯著更加堅固。
29、開放間隙還可有助于將流量分配在幾個橫向最外通道上,從而降低從端口到翅片結構中的通道的流動中的湍流或其他拐角效應導致最靠近縱向邊緣的通道中的流動出現任何不期望的不平衡的風險。
30、間隙優選地具有橫向延伸,該橫向延伸至少等于由相應分配結構和/或相應收集結構的翅片狀結構的折疊部形成的三個通道。
31、來自相應入口端口的大部分流量優選地經由分配結構分配到翅片結構,相應地來自翅片結構的大部分流量優選地經由收集結構收集到相應出口端口;并且
32、其中,來自相應入口端口的小部分流量可以經由所述間隙被轉移到翅片結構,相應地來自翅片結構的小部分流量可以經由所述間隙被轉移到相應出口端口。
33、這是有利的,因為它允許沿著沿橫向方向看的各個熱交換器板的整個寬度分配流量,其中大部分流量經由分配結構分配,而小部分流量經由間隙分配到翅片結構。這進一步有利,因為它允許從沿著橫向方向看的各個熱交換器板的整個寬度收集流量,其中大部分流量經由收集結構收集,而小部分流量經由間隙從翅片結構收集。引入間隙的所公開的設計是有利的,因為它允許沿著熱交換器板的整個寬度進行改進和高效的流量分配和流量收集。優選地,至少80%、更優選地至少90%的流量經由相應分配結構和/或相應收集結構分配和/或收集。
34、形成相應端口的相應板中的切口可以沿著所述間隙的橫向延伸的至少主要部分呈弧形。間隙中相應端口的弧形設計可以便于提供將小部分流量平穩地引導到翅片結構中,而無需經由分配結構進行分配。這有助于改進整個翅片結構的流量分配,從而優化流量分配。相應端口和分配結構的設計可以協作,以便以高效的方式將介質引導和分配到翅片結構。間隙中相應端口的弧形設計可以進一步便于提供平穩地收集來自翅片結構的小部分流量,而無需經由收集結構進行收集。相應端口和收集結構的設計可以協作,以便以高效的方式引導和收集來自翅片結構的介質。此外,這種弧形部分將導致局部機械應力的降低,這對于板承受疲勞的可能性尤其有益。
35、分配結構可以由基本上三角形或截角三角形翅片結構形成。形狀為基本上三角形或截角三角形,其中三角形表面的法線在堆疊方向上延伸。可以注意到,在優選實施例中,分配結構的翅片結構,即來回折疊部,可以具有與上面討論的翅片結構類似的結構。在這種情況下,分配結構典型地具有對角延伸的翅片;相對于翅片方向對角延伸。這是有利的,因為它允許將來自定位在板的拐角中的端口的流量分配到整個橫向寬度上,并且仍然允許通過來回折疊材料片材來制造相應分配結構和/或相應收集結構。相應分配結構和/或相應收集結構的翅片結構有助于將熱交換器板保持在如沿著堆疊方向看的其意圖相互距離。由翅片結構在相應分配結構和/或相應收集結構處形成的多個接觸線也參與提供熱傳遞。可以注意到,在優選實施例中,相應分配結構和/或相應收集結構的翅片結構具有如沿著翅片方向看的豎直翅片或折疊部。
36、收集結構可以由基本上三角形或截角三角形的翅片結構形成。形狀為基本上三角形或截角三角形,其中三角形表面的法線沿著堆疊方向延伸。可以注意到,在優選實施例中,收集結構的翅片結構,即來回折疊部,可以具有與上面討論的翅片結構類似的結構。在這種情況下,收集結構典型地具有如相對于翅片方向看的對角延伸的翅片。上面已經參考相應分配結構的對應結構討論了優點。
37、相應端口可以形成為基本上三角形的端口。相應三角形入口端口有助于以簡單且高效的方式匹配相應三角形分配區域。相應三角形出口端口有助于以簡單且高效的方式匹配相應三角形收集區域。
38、第一入口和出口端口的尺寸可以與第二入口和出口端口的尺寸不同。
39、在此上下文中,術語“尺寸”應理解為第一端口的總面積不同于第二端口的總面積。在一個優選實施例中,第一端口和第二端口彼此不對稱。這允許第一介質的總流量與第二介質的總流量存在差異。
40、然而,還可以注意到,在其他優選實施例中,第一端口和第二端口具有相同的尺寸和形狀。如果第一介質的總流量意圖與第二介質的總流量大致相同,則典型如此。
41、可以注意到,也可以設想一種介質的入口端口相對于同種介質的出口端口具有不對稱的尺寸。這允許所述介質高效流動,即使在介質流過熱交換器時發生顯著的性質變化的情況下也是如此。這種變化例如可能涉及介質的全部或部分在液相和氣相之間的相變。
42、相應分配結構與在第一組通道中的相應通道中和/或在第二組通道中的相應通道中的翅片結構之間的內部界面和/或相應收集結構與翅片結構之間的內部界面可以相對于縱向延伸的翅片方向傾斜,并且還相對于橫向方向傾斜。
43、通過設計相應分配結構與在第一組通道中的相應通道中和/或在第二組通道中的相應通道中的翅片結構之間的內部界面和/或相應收集結構與翅片結構之間的內部界面,使得其相對于縱向延伸的翅片方向傾斜并且還相對于橫向方向傾斜,便于設計具有不同形狀和尺寸的端口的熱交換器,并且仍然利用由來回折疊的材料形成的翅片結構形成的分配和/或收集結構。這種分配或收集翅片結構具有沿著其自身或局部翅片方向延伸的多個通道,并且其必須具有沿著該局部翅片方向延伸的一個邊緣和形成與端口的界面的一側,以及形成與主翅片結構的界面的一側。通過允許分配或收集結構和主翅片結構之間的界面傾斜,它為與端口的界面的形狀提供了更大的變化,并且仍然允許分配或收集結構基本上為三角形或截角三角形,這繼而便于制造和組裝。
44、相應內部界面可以與翅片方向形成角度β,其中角度β介于95°和130°之間,優選地介于95°和120°之間,或者介于50°和85°之間,優選地介于60°和85°之間。
45、在此上下文中可以注意到,角度β可以成角度,使得取決于例如在同一橫向延伸側處的端口(即,在同一縱向位置處的端口)的期望相對形狀和尺寸、關閉端口的受壓面板部分的期望厚度、端口相對于熱交換器的橫向寬度的期望尺寸和形狀,設計者有兩種選擇可供使用。
46、還可以注意到,在某些情況下,參見例如圖6,內部界面可以在相同端口處的兩個主表面上在相同方向上傾斜。例如,如果端口的尺寸存在顯著差異,一個大端口和一個小端口并排布置,則內部界面典型地傾斜,使得它在熱交換器板的兩個主表面上最靠近大端口的縱向側處更靠近熱交換器的橫向延伸的中線,而在熱交換器板的兩個主表面上最靠近小端口的縱向側處更遠離熱交換器的所述橫向延伸的中線。然而,一個主表面上的角度β可能與另一個主表面上的角度β略有不同,因為可用面積基本上由端口尺寸和選擇性關閉一個或另一個端口的受壓部分確定。在圖6中,左側的大端口通向板前方的通道,而右側的小端口與板前方的通道隔離開。在另一側上,傾斜的總體方向是相同的,但是由于沿著左側(如果從相對側看,右側)的大端口的下側有一個受壓部分,將其與板的另一側上的通道隔離開,因此,界面的左手側(如果從相對側看,右手側)需要比圖6中的略低,而在右手側(如果從相對側看,左手側),界面可以一直延伸到較小端口的下拐角,因為該端口通向板的另一側上的通道。因此,在板的另一側上,傾斜略大,其中較大的端口與板的該側上的通道隔離開。
47、還可以注意到,在某些情況下,參見例如圖7,內部界面可能在相同端口處的兩個主表面上在相反的方向上傾斜。例如,如果端口的尺寸沒有顯著差異,則內部界面典型地傾斜成使得其在第一主側上,在最靠近與該主表面上的通道隔離開的端口的縱向側處更靠近熱交換器的橫向延伸的中線,并且在最靠近通向該主表面上的通道的端口的縱向側處更遠離所述橫向延伸的中線。由于端口具有相同或大致相同的尺寸,因此可用面積主要由在相應主表面處是否存在將所述端口與通道隔離開的受壓部分而變化。一個主表面上的角度β可以與另一主表面上的角度β相同或略有不同,因為可用面積基本上由端口尺寸和選擇性地隔離開一個或另一個端口的受壓部分確定。在圖7中,左側的端口通向板前方的通道,而右側的端口與板前方的通道隔離開。在板的另一側上,內部界面的傾斜的總體方向相反,因為沿著左側(如果從另一側看,右側)的端口的下側有一個受壓部分,而在右手側(如果從另一側看,左手側),界面可能一直延伸到右手側端口(如果從另相對側看,左手側端口)的下拐角,因為該端口通向板的另一側上的通道。因此,傾斜在板的另一側上基本相反。還可以注意到,一個界面可以以角度β成角度,角度β介于95°和130°之間,優選介于95°和120°之間,或介于50°和85°之間,優選介于60°和85°之間,而板的另一主側上直接相對的界面可以與翅片方向成90°角。還可以注意到,可以設想板的兩個主側上的兩個界面都與翅片方向成90°角。類似地,還可以注意到,一個界面,諸如分配結構或收集結構處的界面,可以以角度β成角度,角度β介于95°和130°之間,優選介于95°和120°之間,或介于50°和85°之間,優選介于60°和85°之間,而分配結構或收集結構中的另一個處的界面可以與翅片方向成90°角。還可以注意到的是,可以設想分配結構和收集結構兩者處的兩個界面與翅片方向成90°角。因此,每個板都有四個內部界面,其可以選擇為成不同的角度。相應內部界面可以沿著大致直線延伸。這是有利的,因為它便于生產分配和/或收集結構以及翅片結構,同時仍允許端口的不同設計,并且同時仍允許介質流橫跨熱交換器的寬度平穩分配。優選的是,直線在以下意義上是直的,即沿著至少形成其長度的75%的中心部分,任何橫向于其延伸的偏差小于其長度的+-10%。
48、相應入口端口處的內部界面和相應出口端口處的內部界面優選相對于橫向方向在相同的總體方向上傾斜。
49、因此,第一入口端口處的內部界面和第一出口端口處的內部界面優選地相對于橫向方向在相同的總體方向(第一方向)上傾斜。此外,第二入口端口處的內部界面和第二出口端口處的內部界面優選地相對于橫向方向在相同的總體方向(第二方向)上傾斜。但是,如上面所提到,相對主表面上的傾斜的總體方向可以相同或可以相反。因此,第一總體方向可以與第二方向相同或相反。在相同的總體方向上傾斜可以說是兩個方向相對于翅片方向都在小于90°的角度范圍內,或者兩個方向都在大于90°的角度范圍內。在相反的總體方向上傾斜可以說是一個方向在小于90°的角度范圍內,而另一個方向在大于90°的角度范圍內。因此,短語“相應入口端口處的內部界面和相應出口端口處的內部界面優選相對于橫向方向在相同的總體方向上傾斜”意圖指事實上第一組通道的相應內部界面在第一入口端口處具有與第一組通道的內部界面在第一出口端口處具有的相同的總體方向。類似地,第二組通道的相應內部界面在第二入口端口處具有與第二組通道的內部界面在第二出口端口處具有的相同的總體方向。在此上下文中還可以注意到,界面僅被說成相對于橫向方向在相同的總體方向上傾斜,即它們不一定處于相同的角度β,而只是兩者相對于翅片方向具有大于90°的角度或兩者相對于翅片方向具有小于90°的角度。但是,靠近第一入口端口的內部界面傾斜的角度β優選與靠近第一出口端口的內部界面的傾斜的角度β相同。類似地,靠近第二入口端口的內部界面傾斜的角度β與靠近第二出口端口的內部界面的傾斜的角度β相同。但是,如上文詳細討論的那樣,第一主側上的角度β可能與另一主側上的角度β相同,或者可能不同,例如,取決于端口是否具有顯著不同的尺寸,或者它們是否具有相同或大致相同的尺寸。
50、第一入口端口可以布置在成堆疊的熱交換器板的第一縱向延伸側上,并且第一出口端口可以布置在成堆疊的熱交換器板的第二縱向延伸側上,第二縱向延伸側與第一縱向延伸側相對。
51、第二入口端口可以布置在成堆疊的熱交換器板的第一縱向延伸側上,并且第二出口端口可以布置在成堆疊的熱交換器板的第二縱向延伸側上,第一縱向延伸側與第二縱向延伸側相對。
52、在此上下文中,“相對”是指與橫向方向相對。通過這種布置,在第一入口和出口之間以及優選地也在第二入口和出口之間形成了對角延伸的流動路徑。通過所公開的設計,便于提供熱交換器中介質的改進的分配和收集。提供對角延伸的流動可以提供良好的熱傳遞。
53、在備選實施例中,第一介質的入口端口和出口端口均布置在成堆疊的熱交換器板的第一縱向延伸側上,并且第二介質的入口端口和出口端口均布置在成堆疊的熱交換器板的第二縱向延伸側上,第二縱向延伸側與第一縱向延伸側相對。
54、根據一個實施例,第一介質的入口端口定位在與第二介質的出口端口相同的橫向延伸側,并且第一介質的出口端口定位在與第二介質的入口端口相同的橫向延伸側。因此,如沿著縱向延伸的翅片方向看,兩種介質在相反的方向上流動。這可以稱為逆流。備選地,兩種介質的入口端口定位在相同的橫向延伸側,并且介質的出口端口定位在另一橫向延伸側。這可以稱為平行流。逆流和平行流兩者可以與對角流或第一介質的入口端口和出口端口兩者布置在堆疊的第一縱向延伸側上的流兩者相結合。在此上下文中還可以注意到,可以設想熱交換器被設計成使得其允許在不同操作狀態之間改變一種或兩種介質的流動方向。例如,可以設想,第一介質在第一操作狀態下在第一流動方向上流動,在第二操作狀態下在相反方向上流動。在這種情況下,稱為入口端口的端口將成為出口端口,并且反之亦然。類似地,稱為分配結構的結構將成為收集結構,并且反之亦然。
55、第一組通道和第二組通道中的各個通道的各個翅片結構可包括沿著翅片方向相繼布置的至少第一和第二部件。通常,翅片結構沿著流動方向的最大長度存在可制造性約束。這種可制造性約束例如是由以下事實引起的:難以以成本高效的方式制造和運輸在一定寬度上片材金屬疊片材金屬的卷。如果片材大于一定寬度,則通常也難以以成本高效的方式來回折疊片材。常見的最大翅片長度為500mm。為了制造具有比此更長的通道的尺寸的熱交換器,需要沿著流動方向相繼串聯布置若干翅片結構。因此,這種設計的優點在于,熱交換器可以提供有更長的通道,而不受可制造性約束的限制。
56、各個翅片結構的第一和第二部件之間的界面將由第一部件的橫向延伸邊緣與第二部件的橫向延伸邊緣相對且面向第二部件的橫向延伸邊緣而限定。在一些實施例中,彼此相對的第一和第二部件的橫向延伸側可以彼此抵接。在一些實施例中,彼此相對的第一和第二部件的橫向延伸側可以彼此隔開一間隙。第一翅片結構的第一和第二部件之間的界面定位在沿著翅片方向的第一位置處。如果存在間隙,則該位置限定為間隙的中點。第二翅片結構的第一和第二部件之間的界面定位在沿著翅片方向的第二位置處。第一位置、相應地第二位置通過選擇各個翅片結構中的第一和第二部件的尺寸來確定。為了便于組裝,典型地選擇第一和第二部件的尺寸或至少公差,使得實際總長度略短于可用的標稱空間。這通常導致在第一和第二部件之間形成小的縱向間隙。在此上下文中可以注意到,這種間隙也可以是故意提供的。無論間隙是不需要的但不可避免的還是故意提供的,有利的是相對于第二翅片結構的第一和第二部件的尺寸而選擇第一翅片結構的第一和第二部件的尺寸,使得第一翅片結構的第一和第二部件之間的界面變得與第二翅片結構的第一和第二部件之間的界面隔開一縱向距離。通過這種設計,確保第一翅片結構的第一和第二部件之間的任何間隙不會與第二翅片結構的第一和第二部件之間的任何界面完全對齊。也就是說,確保熱交換器板的第一側上的任何間隙不會與同一熱交換器板的第二側上的任何間隙完全對齊。
57、已經發現,如果在熱交換器板的兩側上存在間隙,則存在熱交換器板變得變形的風險。這種變形可能發生在制造期間或使用期間。
58、通過將第一和第二翅片結構的界面相應地定位在第一位置和第二位置處,并且它們彼此隔開一縱向距離,熱交換器板將受到最小量的變形。熱交換器板的變形影響介質通過通道的流動,因為存在各個通道中的流動將不一致且未優化的風險。在最壞的情況下,變形可能非常劇烈,以至于流動可能有在某些通道中完全中斷的風險。板的變形還可能導致經過變形或變形后的流動中出現湍流。因此,通道的變形可能導致熱交換器無法高效起作用。所公開的設計是有利的,因為它便于提供機械堅固且抗變形的通道,從而允許優化流動,使得實現熱交換器的意圖效率。所公開的設計是有利的,還因為允許以成本高效的方式制造大型熱交換器。在此上下文中還可以注意到,間隙可以由第一和第二部件的平行邊緣形成,或者間隙可以由第一和第二部件的邊緣相對彼此成角度并且從而形成三角形形狀或梯形形狀而形成,其中平行側由板的縱向側形成。還可以注意到,間隙可以形成為貫穿板的整個寬度的材料空缺或缺失,或者備選地間隙可以由具有形成間歇抵接的多個突起的一個或兩個部件以及翅片結構的部件之間的非連續間隙形成。突起可以形成為桿、小矩形件等。備選地,可以通過以非直線方式切割部件的邊緣來形成突起,諸如例如以鋸齒圖案、波浪形圖案,諸如正弦波或方波圖案,使得一個部件的齒或波的脊部抵接另一個部件的邊緣。可以使用間歇性抵接來提供任何間隙的受控尺寸。
59、第一和第二翅片結構的第一和第二部件的尺寸優選選擇為,使得第一和第二位置之間的距離使得第一組通道中的第一通道中的第一和第二部件之間的中心界面處的任何縱向間隙至少不與第二組通道中的第一通道中的第一和第二部件之間的中心界面處的任何縱向間隙的中線重疊,并且反之亦然。這也可以簡稱為第一組通道中的第一通道中的第一和第二部件之間的任何間隙不超過第二組通道中的第一通道中的第一和第二部件之間的任何間隙的中線,或者反之亦然。
60、這是有利的,因為它提供了機械堅固并且抗變形的通道,這允許優化通道中的流動,使得熱交換器的效率得到改進。
61、已經發現,如果間隙的任何重疊受到限制,使得間隙不超過同一熱交換器板的相對側上的任何間隙的中線,則熱交換器的強度得到改進。中線是指如沿著翅片方向測量的與彼此面向的第一和第二部件的相應邊緣等距定位的假想線或位置。超過是指間隙沿著翅片方向的延伸。
62、第一和第二翅片結構的第一和第二部件的尺寸優選選擇為,使得第一和第二位置之間的距離使得第一組通道中的第一通道中的第一和第二部件之間的中心界面處的任何縱向間隙不與第二組通道中的第一通道中的第一和第二部件之間的中心界面處的任何縱向間隙重疊,并且反之亦然。
63、已經發現,通過確保同一熱交換器板的相對側上的間隙完全不重疊,會改進熱交換器的強度。
64、第一翅片結構的第一和第二部件之間的界面可以由第一翅片結構的第一部件的邊緣和第二部件的邊緣限定,其中,第一部件的邊緣可以具有帶有橫向分量的延伸并且面向第二部件的邊緣,并且第二邊緣可以具有帶有橫向分量的延伸并且面向第一部件的所述邊緣,并且其中,第一部件的邊緣可以布置成與第二部件的邊緣平行。
65、如上面所提到的,邊緣可以彼此抵接,或者可以定位成之間有間隙。優選地,如沿著翅片方向測量的界面處的抵接或間隙在第一部件的橫向延伸邊緣上的任何給定點與第二部件的橫向延伸邊緣上的任何直接相對點之間是恒定的。直接相對點是指沿著翅片方向對齊的點。這是有利的,因為它便于制造。這是有利的,也因為它便于提供橫跨熱交換器板的橫向寬度的平衡流動,因為當介質從第一部件中的相應流體通道過渡到第二部件中的相應流體通道時,平行邊緣典型地橫跨界面的橫向寬度提供均勻的流動特性。
66、第一翅片結構的第一和第二部件的邊緣可以相應地相對于翅片方向以角度γ延伸,角度γ優選介于95°和130°之間,更優選介于95°和120°之間,或為90°。因此,界面要么定向成使得角度γ優選為90°,要么傾斜成角度,使得角度γ優選介于95°和130°之間,更優選介于95°和120°之間。
67、在此上下文中可以注意到,角度γ可以獨立于其他角度進行選擇,或者角度γ可以與由翅片結構的相應部件與提供在入口、相應地出口端口附近的分配結構或收集結構之間的界面形成的角度β相關。
68、角度β可以相對于翅片方向成90°角。在這種情況下,第一和第二部件的邊緣可以相對于翅片方向以90°的角度γ延伸,從而允許各個第一和第二部件由矩形材料件形成,該矩形材料件垂直于其側邊緣來回折疊。然而,可以設想到,即使在角度β相對于翅片方向成90°角的情況下,第一翅片結構的第一和第二部件的邊緣的邊緣可以相應地相對于翅片方向以不同于90°的角度γ延伸。在這種情況下,角度γ優選介于95°和130°之間,更優選介于95°和120°之間。熱交換器板的第一側上的第一翅片結構的中心界面和同一熱交換器板的第二側上的第二翅片結構的中心界面可以成角度,使得它們彼此平行延伸。在這種情況下,有利的是考慮關于沿著翅片方向的位置的隔開以及由此形成的任何間隙的任何重疊的影響的各種討論。在這種情況下,各種討論是適用的,并且與相對于橫向略微傾斜的線有關;即所述角度γ減去90°。然而,也可以設想,熱交換器板的第一側上的第一翅片結構的中心界面和同一熱交換器板的第二側上的第二翅片結構的中心界面成角度,使得它們在交叉方向上延伸。可以注意到,這兩個角度優選但不必選擇為相同但在相反方向上。在此上下文中下可以注意到,可能有利的是考慮關于沿著翅片方向的位置的隔開以及由此形成的任何間隙的任何重疊的影響的各種討論,特別是如果任何或兩個間隙沿著翅片方向具有顯著的長度。沿著翅片方向的顯著長度例如可以是沿著翅片方向的間隙大于如橫跨翅片方向測量的折疊部的完整重復。然而,在交叉方向上延伸的中心界面可以備選地用于允許間隙實際上彼此交叉,特別是如果至少一個或兩個間隙沿著翅片方向沒有顯著長度,因為相比于中心界面彼此平行延伸的情況,在這種情況下重疊將具有有限的橫向延伸。在此上下文中可以注意到,角度γ介于95°和130°之間,更優選介于95°和120°之間,中心界面彼此交叉的設計可以備選地表達為角度γ在熱交換器板的一側上介于95°和130°之間,更優選介于95°和120°之間,而在熱交換器板的另一側上介于50°和85°之間,優選介于60°和85°之間。
69、角度β可以介于95°和130°之間,更優選地介于95°和120°之間,或者介于50°和85°之間,優選地介于60°和85°之間。在一個實施例中,優選角度γ與角度β相同。在這種情況下,可能用矩形材料件制造翅片結構,該矩形材料件以相對于橫向方向略微傾斜的角度大致橫向延伸,該角度為角度β減去90°。在這種情況下,片材的前緣和后緣(將沿著熱交換器的縱向邊緣延伸的邊緣)以所述角度(該角度為角度β減去90°)在相應方向上進行修剪。如果分配結構和收集結構處的角度β不同,則可以將角度γ選擇為與角度β中的一個相同,或者如果翅片結構有多于兩個部件,則可以將相應角度γ選擇為與相應角度β相同,并且然后由不與分配結構或收集結構共享界面的部件形成的一個或多個中心界面具有角度γ,例如,角度γ選擇為角度β中的一個,或者例如,相對于翅片方向為90°。在此上下文中可以注意到,關于角度γ選擇為兩側上相同,使得不同側上的界面平行或在不同側上選擇為不同,使得不同側上的界面彼此交叉的討論同樣適用于角度β介于95°和130°之間,更優選介于95°和120°之間,或介于50°和85°之間,優選介于60°和85°之間的情況。
70、這種設計是有利的,因為它允許介質在界面處平穩流動過渡,因為它便于制造翅片結構,即使對于熱交換器的其他部件有不同的特定設計選擇,并且因為它產生了機械堅固的熱交換器。
71、第二翅片結構的第一和第二部件之間的界面可以由第二翅片結構的第一部件的邊緣和第二部件的邊緣限定,其中第一部件的邊緣可以具有帶有橫向分量的延伸并且面向第二部件的邊緣,而第二邊緣可以具有帶有橫向分量的延伸并且面向第一部件的所述邊緣,并且其中第一部件的邊緣可以與第二部件的邊緣平行布置。已經針對第一翅片結構關于對應特征討論了其優點和變化,并且該討論同樣適用于第二翅片結構。
72、第二翅片結構的第一和第二部件的邊緣可以相應地相對于翅片方向以角度γ延伸,角度γ優選介于95°和130°之間,更優選介于95°和120°之間,或為90°。因此,界面要么定向成使得角度γ優選為90°,要么傾斜成角度,使得角度γ優選介于95°和130°之間,更優選介于95°和120°之間。已經針對第一翅片結構關于對應特征討論了其優點和變化,并且該討論同樣適用于第二翅片結構。
73、在一些實施例中,相應的第一組通道和第二組通道中的通道的翅片結構的折疊部的幾何形狀(諸如高度、寬度、形狀和/或厚度)可以彼此不同。從而可能在具有不同性質(諸如不同相、不同密度、不同流量等)的兩種不同介質之間進行熱交換。
74、然而,還可以注意到,第一組通道和第二組通道可以設計得彼此相同。
75、可以注意到,第一、第二、第三、第四、第五等的使用主要應被視為便于閱讀的標簽,并且并不一定意味著需要存在所有中間部分的編號。例如,可以注意到,設想具有一種設計,其中存在第一部分、第二部分、第三部分和第五部分,而省略第四部分。然而,為了便于閱讀,我們一直使用第一、第二、第三、第四等編號作為標簽,并且在某種意義上基于包括所有可設想的部分的實施例。
76、大體上,除非本文另有明確限定,否則權利要求中使用的所有術語都應根據其在技術領域中的普通含義進行解釋。除非另有明確說明,否則所有對“一/一種/該[元件、裝置、構件、器件、步驟等]”的引用都應公開解釋為指所述元件、裝置、構件、器件、步驟等的至少一個實例。除非另有明確說明,否則本文公開的任何方法的步驟不必按照公開的精確順序執行。
77、也可以簡而言之,本發明涉及一種熱交換器,該熱交換器包括成堆疊的熱交換器板、第一組通道和第二組通道,在相應組通道中的各個通道中,翅片結構定位在熱交換器板之間,各個熱交換器板包括第一入口端口、第一出口端口、第二入口端口和第二出口端口,所述第一入口端口、第一出口端口、第二入口端口和第二出口端口形成在相應熱交換器板的相應拐角部分處并延伸穿過堆疊,該熱交換器還包括在相應入口端口處的分配結構和在相應出口端口處的收集結構,分配結構、相應地收集結構定位在端口和相應翅片結構之間,入口端口和分配結構之間的端口界面、相應地出口端口和收集結構之間的端口界面相對于翅片方向傾斜。