專利名稱：流動調(diào)節(jié)器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及一種用于流體的換熱裝置。特別是，本發(fā)明涉及一種用于板式換熱裝置的流體流動調(diào)節(jié)器、包括流體流動調(diào)節(jié)器的板式換熱裝置以及調(diào)節(jié)流體流動的方 法。
背景技術：
通常，用于流體的板式換熱裝置由一系列金屬板組裝而成，這些板按順序垂直裝 入以形成一系列流體室。在板式換熱裝置中的流體室可交替地包含兩種流體，熱量在這兩流體之間進行交 換。一般說來，流體口可以位于換熱板的角部鄰近處，以形成通過裝置的歧管 (manifold)，該歧管允許流體經(jīng)過交替的流體室并在交替的流體室之間流動(例如，通過 機械泵)。在這種方式中，每一塊換熱板在兩流體之間提供了換熱接觸面。這便于當流體流 過裝置時在流體間進行熱傳遞，冷卻較高溫度的流體，同時加熱較低溫度的流體。在特定情況下，當流體流過流體室時，由于摩擦效應，會由于位于流體室內(nèi)表面上 和流體口周圍的不規(guī)則形狀的特征(例如，通道、凹痕)而形成局部的湍流區(qū)。能量從湍流 (也稱作漩渦)區(qū)被耗散，從而引起流體壓力在換熱裝置中的損失，并且妨礙了流體流動。 這對于裝置中的熱傳遞效率有不利的影響。此外，在常規(guī)的板式換熱裝置中，在導熱板的表面上的流體分布并不均勻，導致流 體并不總能最佳地接觸板面以便高效地進行熱傳遞。這也對整個裝置的熱傳遞效率有不利 的影響。因此，已經(jīng)尋求改善這些問題的方法。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于板式換熱裝置的流體流動調(diào)節(jié)器，包括側(cè)開口流體 管道，該側(cè)開口流體管道適合位于板式換熱裝置的流體口的鄰近處，其中上述流體管道具 有用于調(diào)節(jié)流體流動的流體撓曲面。已經(jīng)令人驚訝地發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的流體流動調(diào)節(jié)器能減小在板式換熱裝置中的局部 湍流區(qū)，并且與常規(guī)的板式換熱裝置相比，還提供了一種方法來使得流體在金屬板上分布 地更加均勻。通過使本發(fā)明的流體流動調(diào)節(jié)器位于板式換熱裝置中流體室的流體口的鄰近處， 以便流體流過流體管道，并且在流體進入流體室時由管道的內(nèi)表面使流體偏轉(zhuǎn)，可以實現(xiàn) 這種令人驚訝的效果。在這種方式中，由摩擦效應引起的局部湍流區(qū)減到最小，以致流體壓 力的損失減少。這種方式還具有一種效果，就是當使流體偏轉(zhuǎn)時，通過導熱板表面的流體分 布更加地均勻，這是因為流體被強制地從管道的側(cè)開口部分沿徑向流動。此外，由于通過導 熱板表面的均勻的流體流動分布，可以看到換熱得以改進。
根據(jù)本發(fā)明進一步提供了一種板式換熱裝置，包括流體流動調(diào)節(jié)器，其中上述流 體流動調(diào)節(jié)器包括側(cè)開口流體管道，該側(cè)開口流體管道位于板式換熱裝置的流體口的鄰近 處，其中上述流體管道具有用于調(diào)節(jié)流體流動的流體撓曲面。根據(jù)本發(fā)明還進一步提供了一種在板式換熱裝置中調(diào)節(jié)流體流動的方法，該方法 包括使側(cè)開口流體管道位于板式換熱裝置的流體口的鄰近處，其中上述流體管道具有用于 在上述換熱裝置中使流體偏轉(zhuǎn)并調(diào)節(jié)流體流動的表面。 根據(jù)本發(fā)明的某些方案，流體管道可以是部分圓筒。特別是，流體管道可以是末端 開口和中空的部分圓筒。這提供了具有弓形內(nèi)撓曲面的流體管道，有助于流體通過流體口 沿可控的(controlled)徑向偏轉(zhuǎn)并通過圓筒的末端開口部分進入到流體室。為清楚起見， 應該理解的是，弓形是指可與部分圓形或部分橢圓形相應的形狀。用于流體管道的U形或 V形內(nèi)表面也可認為是在本發(fā)明的范圍內(nèi)。在本發(fā)明的某些方案中，流體管道的側(cè)開口部分可以是具有平行邊緣的開口(例 如，縱向開口)，這有助于通過從弓形撓曲面處補充流體的徑向偏轉(zhuǎn)來使得流體在流體室內(nèi) 均勻分布。在本發(fā)明的某些方案中，側(cè)開口流體管道可以包括具有側(cè)壁的管道，該側(cè)壁僅部 分地敞開。舉例來說，流體管道可以是在其側(cè)壁內(nèi)具有一個或多個孔和/或切口的末端開 口的中空圓筒。這些孔和/或切口可設置在壁中的多個位置處，以引導流體沿所需的方向 流動。術語側(cè)開口流體管道旨在包括所有的上述結(jié)構(gòu)以及提供了同樣功能的任何等同結(jié) 構(gòu)。流體管道可以由金屬材料制成。然而，在特定情況下，流體管道可以由塑料或其他 合成材料制成，用于例如腐蝕性的流體被冷卻或加熱的情況。無論如何，技術人員可依據(jù)流 體管道將被使用的環(huán)境來選擇流體管道的材料和尺寸。根據(jù)本發(fā)明的某些方案，流體管道可具有密封環(huán)以在流體管道和流體口之間進行 密封。這有助于確保基本上所有流過流體口的流體可流過流體管道，以便流體的流動保持 可控、均勻且無湍流。這是因為在流體管道的外表面和流體口的邊緣之間流動的流體會產(chǎn) 生湍流的情況。密封環(huán)可被焊接到流體管道上或用本領域技術人員已知的其它任何合適的方法 連接到流體管道。密封環(huán)可由彈性耐熱和/或抗腐蝕橡膠材料或金屬材料構(gòu)成。在本發(fā)明的某些方案中，流體管道還可設置有手柄，手柄為從換熱裝置移開流體 流動調(diào)節(jié)器提供了方便。手柄可與密封環(huán)形成一體或者單獨地連接到流體管道上。根據(jù)本發(fā)明的某些方案，流體撓曲面設置有凹痕、褶皺和/或孔。這些特征可按照 有助于在換熱板上優(yōu)化流動分布的方式進行布置。根據(jù)本發(fā)明的某些方案，可設置一弓形流體撓曲面，該弓形流體撓曲面具有小于 360°、小于或等于270°、小于或等于180°或者小于或等于90°的弧對角。取決于弓形撓 曲的弧對角，可改變換熱板上的流體流動分布來適應換熱裝置的要求。根據(jù)本發(fā)明的某些方案，板式換熱裝置可設置有流體流動調(diào)節(jié)器，該流體流動調(diào) 節(jié)器位于流體口鄰近處以當流體進入和/離開換熱裝置中的換熱板的流體口時調(diào)節(jié)流體 流動。根據(jù)本發(fā)明的某些方案，板式換熱裝置可具有一系列帶有流體口的換熱板，所述換熱板組裝形成歧管，所述歧管限定了用于流體流過換熱裝置的流動通道。根據(jù)本發(fā)明所用的流體可以是液體或氣體。此外，根據(jù)本發(fā)明的流體流動調(diào)節(jié)器、 換熱裝置和調(diào)節(jié)流體流動的方法同樣都適用于高溫流體被冷卻的過程和低溫流體被加熱的過程。


圖1示出了常規(guī)的板式換熱裝置的平面圖；圖2示出了換熱板的部分示意圖，所述換熱板裝入圖1的板式換熱裝置內(nèi)，形成流 體室和流體經(jīng)過流體室的逆流布置；圖3示出了不具有根據(jù)本發(fā)明的流體流動調(diào)節(jié)器的常規(guī)板式換熱裝置(圖3A)和 具有根據(jù)本發(fā)明的流體流動調(diào)節(jié)器的板式換熱裝置(圖3B)的部分圖形表示；圖4示出了本發(fā)明的流體流動調(diào)節(jié)器的第一實施例的平面圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明流體流動調(diào)節(jié)器的第二(圖5A)、第三(圖5B)和第四(圖 5C)實施例的橫截面圖；圖6示出了在根據(jù)本發(fā)明的換熱裝置的換熱板表面上的流體分布的平面圖，該換 熱裝置分別配備有圖5A(圖6A)、圖5B(圖6B)和圖5C(圖6C)的流體流動調(diào)節(jié)器；以及圖7示出了根據(jù)本發(fā)明流體流動調(diào)節(jié)器的橫截面圖。
具體實施例方式在圖1中，示出了板式換熱裝置1，其用于在流過該裝置的兩流體間進行換熱，借 以冷卻較高溫度的流體，加熱較低溫度的流體。裝置1具有頭部支撐件5，端部支撐件10， 上頂梁15和下頂梁20。換熱板(未示出)垂直地裝入頭部支撐件5和端部支撐件10之間，并通過系桿21 固定在板式換熱裝置1的兩相對側(cè)上，以限定一系列兩流體可流過的窄流體室(未示出)。在本實施例中，位于頭部支撐件5上的流體入口 25、26和流體出口 30、31提供了 逆流布置，此處，一流體在流體入口 25和流體出口 30之間流動，而另一流體在流體入口 26 和流體出口 31之間流動。作為可選的方案，流體可以不處于逆流布置的方式，而是沿同一 個方向流過流體室40。結(jié)合圖2，在圖1的板式換熱裝置(未示出)內(nèi)具有整體上按順序布置的換熱板 35，以限定一系列流體室40。換熱板35在流體室40之間提供了換熱接觸面，并且具有流體 口 45，用于流體在流體室40之間流動。流體室40交替地提供了用于第一流體50 (流體室40a)和第二流體55 (流體室 40b)的流體流動通道。流體50和流體55經(jīng)過流體室40的流體流動方向分別由箭頭60和 65示出。流體50從靠近換熱裝置1頂部的流體入口 25處進入換熱裝置1，并從靠近換熱裝 置1底部的流體出口 30處流出。流體55從靠近換熱裝置1底部的流體入口 26處進入換 熱裝置1，從靠近換熱裝置1頂部的流體出口 31處流出。這樣在換熱裝置1中就提供了一 種兩流體50和55的流體逆流布置。在使用中，當流體50、55接觸換熱板35的反面70時，熱量越過板35在流體50、55之間進行交換，以致較高溫度的流體被冷卻，而較低溫度的流體被加熱。圖3A示出了由密封墊75隔離的換熱裝置1的換熱板35和沿箭頭65的方向流過 流體口 45的流體55。通道76出現(xiàn)在密封墊75的相鄰處，由此導致如曲線箭頭80所示的 流體55的局部湍流。箭頭85示出了通過流體室40b的流體55的流動方向。為清楚起見， 還示出了包含冷卻液50的流體室40a的單獨的流體流動系統(tǒng)。結(jié)合圖4，示出了一種流體流動調(diào)節(jié)器90，其具有帶弓形內(nèi)撓曲面100的部分圓筒 形的流體管道95和由邊緣115限定的縱向開口 110。撓曲面100具有凹痕105。
圖3B示出了位于流體口 45的相鄰處的流體流動調(diào)節(jié)器90。在使用中，通過撓曲 面100阻止流體55移動進管道76內(nèi)，從而降低湍流，并提高流體55通過板式換熱裝置1 的流動效率。流體壓力損失減少，而且從在流體室40b的流體55向在流體室40a的流體50 的換熱得以改善。結(jié)合圖5A至5C，示出了流體流動調(diào)節(jié)器90的進一步的實施例。圖5A的流體流動 調(diào)節(jié)器90具有流體管道96，該管道具有弧對角小于180°的弓形撓曲面101。圖5B的流 體流動調(diào)節(jié)器90具有流體管道97，該管道具有弧對角在180°和270°之間的弓形撓曲面 102。圖5C的流體流動調(diào)節(jié)器90具有流體管道98，該管道具有弧對角在180°和270°之 間的弓形撓曲面103，并且流體流動調(diào)節(jié)器90還具有穿孔120。弓形撓曲面101、102、103 的不同角度和表面特征使得流體流動調(diào)節(jié)器90具有不同的偏轉(zhuǎn)特性，以適應單個流體流 動的分布要求。這樣使得本發(fā)明具有多功能性和適應性。結(jié)合圖6A至6C的每個圖，示出了具有流體口 45和流體流動調(diào)節(jié)器90的換熱板 35?，F(xiàn)在結(jié)合圖6A，為優(yōu)化通過換熱板35的換熱，流體流動應當在換熱板35上沿方 向A和方向B進行分布，方向A和B分別由箭頭125和130示出。在沒有流體流動調(diào)節(jié)器 90的情況下，流動主要沿方向A(即箭頭125)，因為該流動方向在垂直面向的流體口 45之 間提供了最小的總阻力。這使得流體在換熱板40上的分布不均勻，導致?lián)Q熱的低效率。通 過使用流體流動調(diào)節(jié)器90，通過流體口 45進入流體室(未示出)的流體(未示出)通過弓 形撓曲面101沿方向A和B均勻地偏轉(zhuǎn)。同樣地，如圖6B和6C所示，通過使用流體流動調(diào)節(jié)器90，通過流體口 45進入流體 室(未示出)的流體(未示出)通過弓形撓曲面102和103在換熱板40的寬度區(qū)域上沿 箭頭105的方向以放射狀偏轉(zhuǎn)。因此，當流體在換熱板35上流動時，流體被均勻地分布，從 而達到與換熱板35的最佳的接觸和高效率的換熱。參考圖7，示出了具有流體管道95的流體流動調(diào)節(jié)器90，流體管道95具有位于流 體口 45鄰近處的流體撓曲面100，流體口 45具有連接到流體管道95的末端101處的密封 環(huán)140。密封環(huán)140在流體管道95和流體口 45之間進行密封，以便基本上引導所有流體 (未示出)通過流體流動調(diào)節(jié)器90。密封環(huán)110由耐熱的和抗化學作用的橡膠制成，并使 得流體管道90和口 45 (未示出)緊密密封?？蛇x擇地，密封環(huán)140由金屬材料制成，并且 焊接到流體管道95。雖然已結(jié)合優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了說明，但是本領域的技術人員應該認識 至IJ，在不脫離本發(fā)明的宗旨和范圍的條件下，仍能夠作出形式和細節(jié)上的變化。
權(quán)利要求
一種用于板式換熱裝置的流體流動調(diào)節(jié)器，包括側(cè)開口流體管道，所述側(cè)開口流體管道適合位于板式換熱裝置的流體口的鄰近處，其中所述流體管道具有用于調(diào)節(jié)流體流動的流體撓曲面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體流動調(diào)節(jié)器，其中所述流體管道是部分圓筒。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體流動調(diào)節(jié)器，其中所述流體管道具有弓形流體撓曲面。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流體流動調(diào)節(jié)器，其中所述流體管道的所述側(cè)開口部分是縱 向開口。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體流動調(diào)節(jié)器，還包括用于所述的流體管道的密封環(huán)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流體流動調(diào)節(jié)器，其中所述流體管道還包括用于從所述的換 熱裝置移開所述的調(diào)節(jié)器的手柄。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體流動調(diào)節(jié)器，其中所述流體撓曲面具有凹痕、褶皺和/或孔。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體流動調(diào)節(jié)器，其中所述弓形流體撓曲面具有小于或等于 270°的弧對角。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的流體流動調(diào)節(jié)器，其中流體流動調(diào)節(jié)是在流體口內(nèi)和/或流 體口鄰近處減少壓力損失。
10.一種板式換熱裝置，包括流體流動調(diào)節(jié)器，其中所述流體流動調(diào)節(jié)器包括側(cè)開口流 體管道，所述側(cè)開口流體管道位于板式換熱裝置的流體口的鄰近處，其中所述流體管道具 有用于調(diào)節(jié)流體流動的流體撓曲面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的板式換熱裝置，包括一系列具有流體口的換熱板，所述換 熱板組裝形成歧管，所述歧管限定用于流體流過所述換熱裝置的流動通道。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的板式換熱裝置，其中所述流體管道是部分圓筒。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的板式換熱裝置，其中所述流體管道具有弓形流體撓曲面。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的板式換熱裝置，其中所述流體撓曲面具有凹痕、褶皺和/或孔。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的板式換熱裝置，其中所述弓形流體撓曲面具有小于或等于 270°的弧對角。
16.根據(jù)權(quán)利要求10所述的流體流動調(diào)節(jié)器，其中流體流動調(diào)節(jié)是在流體口內(nèi)和/或 流體口鄰近處減少壓力損失。
17.一種在板式換熱裝置中調(diào)節(jié)流體流動的方法，所述方法包括使側(cè)開口流體管道 位于板式換熱裝置的流體口的鄰近處，其中所述流體管道具有用于在所述換熱裝置中使流 體偏轉(zhuǎn)并調(diào)節(jié)流體流動的表面。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述流體管道是部分圓筒。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的方法，其中所述流體管道具有弓形流體撓曲面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述弓形流體撓曲面具有小于270°的弧對角。
全文摘要
一種用于板式換熱裝置的流體流動調(diào)節(jié)器，包括側(cè)開口流體管道，適合位于板式換熱裝置的流體口的鄰近處，其中所述流體管道具有用于調(diào)節(jié)流體流動的流體撓曲面；一種在板式換熱裝置中調(diào)節(jié)流體流動的方法，包括使側(cè)開口流體管道位于板式換熱裝置的流體口的鄰近處，其中所述流體管道具有用于使流體偏轉(zhuǎn)并在所述換熱裝置中調(diào)節(jié)流體流動的表面。
文檔編號F28F9/04GK101842656SQ200880100345
公開日2010年9月22日 申請日期2008年7月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月25日
發(fā)明者葉薩漢森·彼得森, 赫曼特·庫馬爾 申請人:Apv北美公司