專利名稱：一種焊板熱交換器的熱交換葉片以及相應(yīng)的熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于焊板熱交換器的熱交換葉片，包括多孔并/或帶凹槽的波紋件，后者具有一個(gè)波紋主方向并以兩個(gè)側(cè)棱為界。
本發(fā)明例如應(yīng)用于常壓蒸餾設(shè)備的熱交換主管路，該管路使外部進(jìn)入的空氣和由常壓蒸餾塔產(chǎn)生的冷的制品進(jìn)行熱交換。
背景技術(shù)：
因?yàn)楹赴鍩峤粨Q器能以特別緊湊的體積提供很大的熱交換面積，此外由于其比較容易制造，因此該種熱交換器得到廣泛應(yīng)用。
這種熱交換器通常由鋁或鋁合金制成，它由多個(gè)平行的、通常為長方形的板構(gòu)成，在這些板之間一方面設(shè)置各種幾何形狀的波狀間隔物或分隔葉片，另一方面設(shè)置用來封閉所述板限定的扁平形狀流體流動(dòng)通道的擋條。所述流動(dòng)可以是逆流、順流、或交叉流。
葉片的作用是增加熱交換面積，從而提高總體的熱傳遞性能。特別是，葉片通過傳導(dǎo)將熱通量傳遞給相鄰板，其中葉片是通過焊接固定在相鄰板上的。
葉片可非常廉價(jià)地由折疊的、多孔的、帶凹槽的和/或沖壓的扁平制品制成?；静ㄐ慰梢跃哂薪普叫?、長方形或三角形的橫截面?；旧?，已知的葉片稱為“直波紋片”(這是簡單的波狀片材)、“多孔波紋片”、具有波紋狀母線的“人字波紋片”)、“百葉窗式波紋片”(波紋的側(cè)邊有凹槽)、以及“鋸齒波紋片”或“局部偏移波紋片”(其中波紋沿母線以固定間隔產(chǎn)生橫向偏移，該偏移通常為波紋的半個(gè)周期)。
在所有這些已知的葉片中，波紋的主方向(在人字波形的情況下是波紋的平均方向)確定了對流體的流動(dòng)產(chǎn)生最小阻力的方向。
在交換器的每個(gè)通道中，通道長度的主要部分構(gòu)成了有效熱交換部分，該部分裝有稱為熱交換葉片的葉片。在某些情況下，該部分以安有分配葉片的流體引入和引出分配部件為邊界。
熱交換部分由兩個(gè)側(cè)封閉擋條形成邊界，這兩個(gè)擋條與板的兩個(gè)相對側(cè)面平行，熱交換葉片的波紋主方向平行于這些封閉擋條，除非有時(shí)為產(chǎn)生局部壓力降而使限制區(qū)域中的主方向垂直于側(cè)封閉擋條(所謂的“hardway”布置)。在后面的描述中將忽略hardway葉片。
在分配部件中，葉片的波紋總體方向向熱交換葉片的波紋方向高度傾斜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個(gè)目的是通過改善焊板熱交換器的熱性能來提高它的緊湊性。
為達(dá)到該目的，本發(fā)明的主題是一種上述類型的熱交換葉片，其特征在于波紋的主方向相對于兩條側(cè)棱傾斜，并且葉片具有對近似平行于兩條側(cè)棱流動(dòng)的流體產(chǎn)生最小阻力的總體方向。
本發(fā)明的主題還包括一種焊板熱交換器，它包括多個(gè)平行的長方形板，在板之間限定了總體上的扁平形狀的通道，在每個(gè)通道中有一個(gè)熱交換葉片，每個(gè)熱交換葉片連同側(cè)封閉擋條一起構(gòu)成兩塊板之間的分隔物，該交換器中的熱交換葉片是上面所限定的類型。


現(xiàn)在參照附圖描述本發(fā)明的說明性示例，其中圖1示出的是本發(fā)明的焊板熱交換器的局部揭開的立體圖；圖2表示該熱交換器中的一個(gè)通道；圖3是本發(fā)明的部分葉片的立體圖；圖4是同一葉片沿圖3的中平面IV剖開的橫截面；圖5和圖7是本發(fā)明葉片的其它兩個(gè)實(shí)施例的立體圖；以及圖6和圖8分別是沿圖5的中平面VI和圖7的中平面VIII剖開的圖5和7所示葉片的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖1中所示的熱交換器1例如為低溫?zé)峤粨Q器。它由一組平行的長方形板2構(gòu)成，這些板2都是完全相同的，在這些板中間形成了多個(gè)使流體進(jìn)行間接熱交換的通道。在所示示例中，這些通道是相繼的、交替布置的第一流體的通道3、第二流體的通道4和第三流體的通道5。
通道3到5中的每個(gè)通道都以限定通道的側(cè)封閉擋條6和端部封閉擋條7作為邊界，僅留下相應(yīng)流體的引入/引出洞孔8。在每個(gè)通道中設(shè)置了間隔波紋片或波紋葉片，它們作為熱葉片、并作為板之間的分隔物(特別是焊接過程中為了避免板在使用加壓流體時(shí)有任何變形)、以及作為引導(dǎo)流體流動(dòng)的裝置。在通道的基本上整個(gè)長度上，這些葉片是熱交換葉片9。在它們與洞孔相鄰的區(qū)域中，這些葉片9延伸出分配葉片10。后者將來自引入洞孔的引入流體分配到葉片9的整個(gè)寬度上，或?qū)㈦x開該整個(gè)寬度的流體收集到一個(gè)引出洞孔。
該組板、封閉擋條和間隔波紋片通常由鋁或鋁合金制成，并通過爐焊(oven brazing)在一次操作中裝配起來。
然后將總體上為半圓柱形狀的流體引入/引出箱11焊接到這樣制得的交換器主體上，使其位于相應(yīng)的各行引入/引出洞孔8上方，這些箱11與流體供給與排放管12相連。
圖2用示意圖表示同一交換器中的一個(gè)通道，即通道3。熱交換葉片9具有波紋主方向F1，該波紋主方向F1與通道縱向方向F2即側(cè)封閉擋條6的方向成正銳角α，其角度通常在1°到30°之間，優(yōu)選在2°到10°之間。
然而，葉片9是這樣設(shè)置的使通道中對流動(dòng)產(chǎn)生最小阻力的總方向保持為近似于方向F2的方向。
此外，圖2示出了與通道引入/引出洞孔8相鄰的兩個(gè)分配葉片10。這些分配葉片的波紋與方向F2所成的夾角β比角α大得多，通常接近75，而這些分配葉片對流動(dòng)產(chǎn)生最小阻力的總體方向?yàn)槠洳y主方向，因此它們能完成其分配功能。
葉片9由折疊片狀材料制成，其縱向方向與F1垂直。沿著平行于方向F2的兩條線13將折疊后的材料定尺剪切，由此得到若干個(gè)(在圖2中數(shù)量為3)波形片材14，其形狀為平行四邊形(中間片材的情況下)或直角梯形或直角三角形(兩端片材的情況下)。
圖3到8表示葉片9的三個(gè)不同實(shí)施例。
在圖3和4的實(shí)施例中，葉片包括具有長方形橫截面的波紋，其波谷15和波峰16通過波紋側(cè)邊(wave leg)17連接在一起。
每個(gè)波紋側(cè)邊17上以固定間隔設(shè)有開口18，開口18是在波紋側(cè)邊接受流體通量的那側(cè)(圖3和4中的左側(cè))向后推得到的，該開口朝向流體通量的上游。由此，如圖4箭頭所示，由于開口18的存在，在兩個(gè)側(cè)邊17中間以方向F1導(dǎo)入的液流在該方向的橫向上部分偏轉(zhuǎn)。
這樣，總的來說，當(dāng)適當(dāng)?shù)剡x擇了開口18的尺寸和形狀時(shí)，葉片9對流動(dòng)產(chǎn)生最小阻力的方向?yàn)榻艶2的方向。此外，F(xiàn)1與開口18的傾斜角形成流動(dòng)的一種二維和紊流結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)有助于高效率的熱交換。
在圖5和6的實(shí)施例中，葉片為“鋸齒”型。由此它沿方向F1具有固定間隔的所謂的“鋸齒長度”l、通常為兩側(cè)邊17距離的一半的橫向偏移d(它們在兩側(cè)交替出現(xiàn))、以及所謂的“分隔周期”p。這樣，葉片具有平行的偏移平面p，從上面看(圖4)這些偏移平面是平行的偏移線19。
每個(gè)單獨(dú)的側(cè)邊17在其整個(gè)高度上有彎成直角的進(jìn)氣邊，構(gòu)成偏轉(zhuǎn)片20。所有偏轉(zhuǎn)片20都定位在同側(cè)，即在側(cè)邊17接受液流的那側(cè)。
偏轉(zhuǎn)片20具有減少其所在的那側(cè)的流體流動(dòng)面積，以及在另一側(cè)增加該流動(dòng)面積的作用。由此，如圖6所示，在兩側(cè)邊17中間導(dǎo)入的每股液流傾向于以近似于F2的方向流動(dòng)，或甚至在相對于F2在F1另一側(cè)的傾斜方向流動(dòng)。
由于流體中產(chǎn)生的紊流，通過對葉片9的參數(shù)和偏轉(zhuǎn)片20尺寸的適當(dāng)選擇，可使葉片9具有前述對靠近F2方向的流動(dòng)產(chǎn)生最小阻力的總體方向F2。
圖7和8中的實(shí)施例與前一實(shí)施例的區(qū)別在于省略了偏轉(zhuǎn)片20，在側(cè)邊17的某些進(jìn)氣邊和某些出氣邊的整個(gè)高度上設(shè)置縮進(jìn)21。更具體地說-在每隔一行的側(cè)邊17中，側(cè)邊在進(jìn)氣邊和出氣邊上交替地均設(shè)有縮進(jìn)和均沒有縮進(jìn)；-在中間行中，側(cè)邊17交替地在進(jìn)氣邊和出氣邊上設(shè)有縮進(jìn)21。
最后得到的效果與上面圖5和6中描述的效果基本相同。
權(quán)利要求
1.用于焊板熱交換器的熱交換葉片，包括多孔并/或帶凹槽的波紋件，后者具有一個(gè)波紋主方向(F1)并以兩個(gè)側(cè)棱(13)為邊界，其特征在于波紋的主方向(F1)相對于兩個(gè)側(cè)棱(13)是傾斜的。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的葉片，特征在于它具有對流體流動(dòng)產(chǎn)生最小阻力的總體方向(F2)，該方向與波紋主方向(F1)成顯著角度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的葉片，特征在于對流體流動(dòng)產(chǎn)生最小阻力的總體方向(F2)近似平行于兩條側(cè)棱(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的葉片，特征在于在其波紋側(cè)邊(17)上有結(jié)構(gòu)(18；20；21)，有利于流體在對流動(dòng)產(chǎn)生最小阻力的總體方向(F2)的橫向上的運(yùn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4之一所述的葉片，特征在于在其波紋側(cè)邊(17)上包括使流體中產(chǎn)生紊流的結(jié)構(gòu)(18；20；21)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的葉片，特征在于結(jié)構(gòu)(18)由設(shè)置在波紋側(cè)邊(17)用于接受流體流的那側(cè)上的開口構(gòu)成，這些開口朝向該流體流的上游。
7.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的葉片為鋸齒形，特征在于所述結(jié)構(gòu)由偏轉(zhuǎn)片(20)構(gòu)成，這些偏轉(zhuǎn)片在波紋側(cè)邊(17)的接受流體流的那一側(cè)上突起。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的葉片，特征在于偏轉(zhuǎn)片(20)設(shè)置在波紋側(cè)邊(17)的進(jìn)氣邊上。
9.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的鋸齒形葉片，特征在于所述結(jié)構(gòu)由位于波紋側(cè)邊(17)進(jìn)氣邊和/或出氣邊上的縮進(jìn)(21)構(gòu)成，這些縮進(jìn)設(shè)置在葉片(9)的偏移線(19)上，以增加與波紋主方向(F1)相比更接近所述側(cè)棱(13)方向(F2)的方向上的流體流動(dòng)面積。
10.一種焊板熱交換器，包括多個(gè)平行的長方形板(2)，這些板在其間形成大體扁平形狀的通道(3、4、5)；位于每個(gè)通道中的熱交換葉片(9)，每個(gè)葉片連同側(cè)封閉擋條(6)一起構(gòu)成兩塊板之間的分隔物，其特征在于至少一個(gè)熱交換葉片(9)是如權(quán)利要求1到9之一所述的葉片。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的所述熱交換器，特征在于它構(gòu)成常壓蒸餾設(shè)備的熱交換主管路。
全文摘要
本發(fā)明的葉片(9)包括多孔并/或帶凹槽的波紋件,后者具有一個(gè)波紋主方向(F1)并以兩個(gè)側(cè)棱(13)為邊界。波紋的該主方向(F1)相對于所述兩個(gè)棱(13)是傾斜的。本發(fā)明應(yīng)用于常壓蒸餾設(shè)備熱交換主管路。
文檔編號F28F3/02GK1333451SQ01122380
公開日2002年1月30日 申請日期2001年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2000年7月11日
發(fā)明者讓－伊芙·萊曼, 埃提納·維倫 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究有限公司