專利名稱：具有強(qiáng)化表面結(jié)構(gòu)的板式熱交換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種板式熱交換器，更具體地說，涉及具有能夠強(qiáng)化流過熱交換器的流體之間的傳熱的表面結(jié)構(gòu)(surface features)的板式熱交換器。
背景技術(shù)：
板式熱交換器是制冷和供暖系統(tǒng)中的幾個(gè)組成部分之一。它們是很重要的組成部分，因?yàn)榘迨綗峤粨Q器是用來容納相互呈熱交換關(guān)系的兩種或多種流體的部件，根據(jù)所需的用途它們既可作為冷凝器，也可以作為蒸發(fā)器。換句話說，優(yōu)選使兩種或多種流體之一冷凝或蒸發(fā)。優(yōu)選其中一種流體是制冷劑。板式熱交換器通常與壓縮機(jī)、膨脹閥和風(fēng)機(jī)結(jié)合使用，以加熱或冷卻空間。板式熱交換器因其結(jié)構(gòu)緊湊且安裝方便而有望得到廣泛應(yīng)用。
板式熱交換器通常是一種密封裝置，它具有用于相互隔開并在熱交換器中循環(huán)的兩種或多種流體中的每一種流體的入口和出口。通常這種密封裝置包括多塊壓制板(pressed plates)，壓制板的圖案一般為限定成橫截面為頂點(diǎn)交替的“V形凸紋(V-ridge)”的人字形，壓制板端部附近形成有供兩種或多種流體流動(dòng)的孔。這些板被設(shè)置成可以端對(duì)端地交替轉(zhuǎn)動(dòng)所述板，孔被設(shè)置成可以為各對(duì)板之間的每種流體提供獨(dú)立的流路，一種流體可以在預(yù)定數(shù)量的板對(duì)(plate pair)之間有多個(gè)流路(flow passage)。端對(duì)端的轉(zhuǎn)動(dòng)也可在相鄰的板對(duì)之間提供相反的人字形圖案。由于這種交錯(cuò)的布置方式，相反的人字形可以間隔地沿人字形圖案的V形凸紋的各自頂點(diǎn)彼此接觸，每個(gè)接觸區(qū)域可被看作是一個(gè)節(jié)點(diǎn)。每一板對(duì)之間的這種交錯(cuò)的界面限定出了經(jīng)常改變方向和橫截面的曲折流路，為沿相鄰流路流動(dòng)的不同流體之間提供更加有效的熱耦合(thermal communication)，同時(shí)可使流體與板表面的接觸最大。
上面的幾何形狀可提高通常由制冷劑側(cè)傳熱系數(shù)表示的熱耦合值(thermal communication valus)，在傳熱流體經(jīng)過板式熱交換器時(shí)的典型設(shè)計(jì)工況下，其約為380BTU//ft2/hr。然而，此系數(shù)的數(shù)值大大低于如具有第一流體或有制冷劑在其中流過的增強(qiáng)管之類的其他型式的熱交換器結(jié)構(gòu)所能達(dá)到的數(shù)值，這些管穿過盛有流過這些增強(qiáng)管的第二流體的容器，反之亦然。
因此，需要一種提高傳熱系數(shù)值的板式熱交換器結(jié)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種改進(jìn)型板式熱交換器，它包括多塊導(dǎo)熱率高的基本平行的板，每塊板具有反向表面(opposed surfaces)和周邊凸緣，用于給至少兩種流體的每種流體提供至少一條流徑(flow path)。將它們組裝在一起時(shí)，這些板的相向表面(facing surface)、即相鄰板的互相面對(duì)的表面以及這些板的周邊凸緣限定出用于至少兩種流體的每種流體的流徑。裝配時(shí)，周邊凸緣相互接觸形成流徑邊界或流體邊界，而相鄰板之間的空間為流體的流動(dòng)提供通道。相鄰板的至少一塊板上具有與至少兩種流體的兩種不同流體接觸的反向表面。該板的這些表面為這些流體提供一部分流徑邊界，與這些反向表面的每一表面相鄰的板的表面也設(shè)有用于這些流體的一部分流徑邊界。在反向表面上流過兩種不同流體的板應(yīng)由導(dǎo)熱率高的材料制成，使與具有極好的傳熱的表面接觸的板的相反的側(cè)上的流體之間提供良好的熱耦合。顯然，在疊置的板中，除端板之外的每塊板的反向表面的兩側(cè)上都有流體流動(dòng)，因而疊置的每塊板都應(yīng)由導(dǎo)熱率高的材料制成。端板的一側(cè)有空氣。雖然嚴(yán)格地說空氣也是一種流體，由于空氣可以作為很好的絕熱體，在本說明書中，認(rèn)為空氣不是本發(fā)明板式熱交換器中用于傳熱的流體之一。因此，端板不必由高導(dǎo)熱率的材料制成，盡管端板通常由與疊置板中的其它板相同的材料制成，但它們也可以用如碳鋼之類的成本較低的材料制成。板式熱交換器還具有用于所述至少兩種流體的每一種流體的入口和出口，每種流體的入口和出口與該流體的每條流徑流體連通，使這些流體能流入所述流徑，在其中流動(dòng)并離開流徑。多塊基本平行的板的兩相鄰板的互相面對(duì)的表面限定出用于所述至少兩種流體的第一流體的流徑。該板式熱交換器包括多個(gè)與至少一種流體的至少一條流徑的至少一部分流體連通的表面微小結(jié)構(gòu)(surface microfeatures)，所述多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了沿板的反向表面和在板的反向表面上方流動(dòng)的所述至少兩種流體之間的傳熱，流體流過由相鄰板形成的通道。在本說明書中，術(shù)語“表面微小結(jié)構(gòu)”包括具有預(yù)先選定的幾何形狀以及尺寸為0.050英寸或更小的微小結(jié)構(gòu)。表面微小結(jié)構(gòu)不包括形成在板上的被看作是宏大結(jié)構(gòu)(macrofeatures)的凸紋(包括大的凹痕或波紋)，但包括形成在凸紋、波紋或凹痕的表面上或這些表面中的細(xì)小的幾何結(jié)構(gòu)(smallgeometric features)。
本發(fā)明還涉及一種改進(jìn)型板式熱交換器，它包括多塊用于向至少兩種流體的每種流體提供至少一條流徑的板。該板式熱交換器具有用于所述至少兩種流體的每一種流體、與每一種流體的每一流徑流體連通的入口和出口。多塊板中兩塊基本平行的相鄰板的互相面對(duì)的表面限定出用于所述至少兩種流體的第一流體的流徑。所述兩塊相鄰板之一的反向表面和多塊板中另外的第三相鄰板的相向表面設(shè)有用于至少兩種流體的第二流體的流徑，所述至少兩種流體流經(jīng)多塊在所述至少兩種流體的第一和第二流體之間提供熱耦合的板。該板式熱交換器包括至少一個(gè)插入件，該插入件具有處于至少一種流體的至少一條流徑的至少一部分內(nèi)的多個(gè)表面結(jié)構(gòu)，用于增強(qiáng)沿相鄰板流動(dòng)的至少兩種流體之間的傳熱。
本發(fā)明還涉及一種提供與板式熱交換器一起使用的增強(qiáng)的傳熱表面的方法，該板式熱交換器包括多塊用于為至少兩種流體的每種流體提供至少一條流徑的板。該板式熱交換器具有用于至少兩種流體的每種流體、與每種流體的每條流徑流體連通的入口和出口。多塊板中兩塊相鄰板的互相面對(duì)的表面限定出用于所述至少兩種流體的第一流體的流徑。所述兩塊相鄰板之一的反向表面和多塊板另外的第三相鄰板的相向的表面設(shè)有用于流經(jīng)多塊板的所述至少兩種流體的第二流體的流徑，借此為流過板的反向表面的所述至少兩種流體的第一和第二流體之間提供熱耦合，所述步驟包括形成與至少一塊板的至少一個(gè)表面的至少一部分相關(guān)聯(lián)的多個(gè)表面結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還涉及一種提供與板式熱交換器一起使用的增強(qiáng)的傳熱表面的方法，該板式熱交換器包括多塊板，每塊板具有反向表面和周邊凸緣，用于為至少兩種流體的每種流體提供至少一條流徑。相向表面、即彼此相向的相鄰板的表面以及相鄰板的周邊凸緣限定出用于每種流體的流徑。這對(duì)相鄰板的至少一塊板的反向表面設(shè)有用于兩種流體的共用流徑邊界。該板由高導(dǎo)熱率的材料制成，因此，熱量很容易通過共用流徑邊界傳遞并且使兩種流體之間熱耦合。該板式熱交換器具有用于所述至少兩種流體的每種流體的入口和出口。用于這些流體之一的每一流徑與該流體的入口和出口流體連通。所述兩相鄰板之一的反向表面和所述多塊板的與所述反向表面相鄰的第三板的相向表面設(shè)有用于流經(jīng)多塊板的至少兩種流體的第二流體的流徑，借此使流過板的所述至少兩種流體的第一和第二流體之間熱耦合。在沿相鄰板的相鄰流徑內(nèi)流動(dòng)的至少兩種流體之間設(shè)有多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)，以增強(qiáng)流過該板的反向表面的傳熱。這些表面微小結(jié)構(gòu)處于至少一種流體的流徑內(nèi)。可按幾種方式將表面微小結(jié)構(gòu)置于流徑內(nèi)。可將微小結(jié)構(gòu)加到一塊板的一個(gè)流徑表面的至少一部分上。例如通過沉積作用來實(shí)施。通過在板的表面加設(shè)一種材料，如在板表面下方形成凹陷或在表面上方形成凸出節(jié)點(diǎn)來添加表面微小結(jié)構(gòu)。也可以通過如滾壓之類的方法使微小結(jié)構(gòu)形成于板的表面內(nèi)?？赏ㄟ^插入如網(wǎng)狀物之類的部件或?qū)⒋┛装宀暹M(jìn)流徑內(nèi)而為流徑添加微小結(jié)構(gòu)。還可以通過墊片將網(wǎng)狀物或穿孔板定位于流徑內(nèi)，或者將網(wǎng)狀物或穿孔板結(jié)合到形成該流徑的一塊或兩塊板的表面上。
與現(xiàn)有的板式熱交換器結(jié)構(gòu)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是可大大提高制冷劑側(cè)的傳熱系數(shù)和板式熱交換器的總傳熱系數(shù)。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是能夠減小熱交換器單元的尺寸，而不影響該單元的性能。換句話說，本發(fā)明可提供提高了性能而沒有增加熱交換器單元的尺寸的熱交換器。
從下面結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施方式的詳細(xì)描述中將更加清楚本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)，這些附圖以舉例的方式對(duì)本發(fā)明的原理進(jìn)行了圖解說明。


圖1是現(xiàn)有的板式熱交換器的透視圖；圖2是現(xiàn)有的板式熱交換器的板布置的示意性分解平面圖；圖3是沿圖1中3-3線剖切的現(xiàn)有的板式熱交換器的橫截面圖；圖4是沿圖1中4-4線剖切的現(xiàn)有的板式熱交換器的橫截面圖；圖5是沿圖2中橫切V字凸紋的方向的5-5線剖切的現(xiàn)有板式熱交換器的單個(gè)人字形V字凸紋的橫截面圖；圖6是現(xiàn)有的板式熱交換器的另一種板布置的示意性分解平面圖；圖7是現(xiàn)有的熱交換器的板對(duì)的平面圖；圖8是本發(fā)明的網(wǎng)狀物插入件的平面圖；
圖9是裝配到本發(fā)明的熱交換板上的插入件的平面圖；圖10是與圖3相似的板式熱交換器的局部橫截面圖，與之不同的是在本發(fā)明的交替的每對(duì)熱交換板之間插有多個(gè)網(wǎng)狀物插入件；圖11是與本發(fā)明熱交換板相關(guān)聯(lián)的一種表面微小結(jié)構(gòu)布置的放大的局部平面圖；圖12是與本發(fā)明熱交換板相關(guān)聯(lián)的另一種表面微小結(jié)構(gòu)布置的放大的局部平面圖；圖13是沿圖9中橫切V形凸紋的方向的13-13線剖切的板式熱交換器的單個(gè)人字形V形凸紋以及覆蓋本發(fā)明的網(wǎng)狀物插入件的橫截面圖；圖14是沿圖9中橫切V形凸紋的方向的13-13線剖切的板式熱交換器的單個(gè)人字形V形凸紋以及覆蓋本發(fā)明的網(wǎng)狀物插入件的橫截面圖；圖15是本發(fā)明網(wǎng)狀物插入件的整體結(jié)構(gòu)的局部透視圖；圖16是本發(fā)明的網(wǎng)狀物插入件的局部透視圖；圖17是本發(fā)明網(wǎng)狀物插入件的部件橫截面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的新穎的表面結(jié)構(gòu)可用于圖1-7所示的現(xiàn)有板式熱交換器10中。這種熱交換器與本中請(qǐng)引為參考文件的、于1995年10月31日頒發(fā)的US 5,462,113號(hào)中提到的熱交換器類似。在本說明書中，術(shù)語“表面微小結(jié)構(gòu)”是指極其細(xì)小的幾何特征，比如形成在板表面中的鋸齒形或者形成在板表面上的突起，它們的尺寸為0.050英寸或更小。熱交換器10包括多塊由如銅之類的高導(dǎo)熱率材料制成的成形板24，它們被設(shè)置于頂板12和底板14之間，為第一流體17和第二流體21提供分開的流路44，同時(shí)在第一流體17和第二流體21之間提供熱耦合。在非典型的情況下，第一和第二流體17、21可以具有相同的組分。通常，完全相反(diametrically opposed)的入口16和出口18被形成在頂板12上，使第一流體17流過板24，類似地，完全相反的入口20和出口22形成在頂板12上，使第二流體21也流過板24內(nèi)。可供選擇的是，使這些成對(duì)的入口/出口中的一對(duì)的方向相反是有利的，這樣可將第一對(duì)和第二對(duì)流體入口/出口設(shè)置在熱交換器10的相對(duì)端。
每塊成形板24包括交替排列的板28、30，每塊板都有相反端23、25。通常，板28和板30之間的唯一差別是端部23、25是反向的，或者換句話說，板28圍繞垂直于頂板12的表面的軸線27旋轉(zhuǎn)了180度。每塊板28、30包括多個(gè)孔19，當(dāng)這些板裝入熱交換器10中時(shí)，這些孔與各入口/出口對(duì)中。雖對(duì)包括入口/出口16、18、20、22的布置方式進(jìn)行了描述，可以理解的是，若采用三種或更多種熱交換流體時(shí)，可包括另外的入口/出口。板28、30的表面中形成有多個(gè)也稱作波紋的V形凸紋26，它們通常被設(shè)置成人字形狀，當(dāng)將其設(shè)置在如下面將描述的板對(duì)32、34中時(shí)就構(gòu)成方向和橫截面均改變的迂回流路44。這些凸紋可以采用其他形狀，如U形凸紋、正弦形狀、方形等，但優(yōu)選V形凸紋。所述流路可在沿相鄰流路44流動(dòng)的不同流體之間提供更有效的熱耦合。具體參考圖5，該圖是在V形凸紋26方向的橫向上看到的視圖。每一V形凸紋26限定出“V”形橫截面，該截面延伸到也稱作最高點(diǎn)的頂點(diǎn)41。在本說明書中，頂點(diǎn)41可以從中心軸線43向上延伸或向下延伸，如圖5所示。板28、30向外延伸到形成在限定出板28、30的周邊的板邊緣處的凸緣40。疊置的板28、30的凸緣40相互直接接觸并在疊置而形成熱交換器10并影響流體流動(dòng)且構(gòu)成流體流動(dòng)的障礙時(shí)形成流體流動(dòng)的阻隔。
將板28放置在鄰近通過凸緣40接觸的板30時(shí)共同限定出板對(duì)32。而將板30放置在板28的上面或下面時(shí)共同限定出板對(duì)34。為了理解本發(fā)明，對(duì)表面取向而言，在討論板的布置時(shí)，術(shù)語“上表面”是指面對(duì)頂板12的板表面，術(shù)語“下表面”是指面對(duì)底板14的板表面。應(yīng)當(dāng)理解，熱交換器可以按照各種實(shí)際方位設(shè)置，這些方位包括垂直、水平以及垂直和水平兩者之間的任何位置。因此，板28的下表面和板30的上表面彼此面對(duì)。再參考圖2，板28和板30具有V形凸紋，板28表面中的凸紋相對(duì)于板30表面中的凸紋呈180度。也就是說，板28的凸紋26限定出倒“V”形，或者凸紋26的連接點(diǎn)26a比凸紋26的其他部分更靠近板28的端部25。與此類似，板30的凸紋26限定出“V”形，或者凸紋26的連接點(diǎn)26b比凸紋26的其他部分更靠近板30的端部25。然而，板28、30的端部25彼此是相反的。參考圖7，將板28定位成使其凸緣與板30的凸緣接觸而形成板對(duì)32時(shí)，沿每一板28、30的各V形凸紋26的頂點(diǎn)41(圖5)交替地彼此直接接觸，從而形成節(jié)點(diǎn)42。同樣，將板30設(shè)置成與板28接觸而形成板對(duì)34時(shí)，沿每塊板28、30的各V形凸紋26的頂點(diǎn)41(參考圖5)交替地彼此直接接觸而形成節(jié)點(diǎn)42。
同樣，限定出板對(duì)32、34的交替放置的板28、30(圖1，3，4)提供了用于第一流體17和第二流體21的分開的流路44。顯然，一板對(duì)可共享一塊板。例如，板對(duì)32可以包括板28、30，而板對(duì)34可以包括板30、28。換句話說，疊置的板對(duì)32、34可以包括由一系列的板28、30、28組成的板的排列。借助于板28、30上的孔19可以使流動(dòng)分開進(jìn)行，這些板交替地配置成為在相鄰板28、30之間提供交替的分開布置部分(spacedarrangements)47和閉合布置部分45(close arrangements)。例如，參考圖1，3和4，板對(duì)32限定出沿與第一流體入口16對(duì)中的孔19的分開布置部分47(圖3)，以使第一流體17進(jìn)入第一流體入口16以流過分開布置部分47，然后進(jìn)入通路44。第一流體17繼續(xù)沿圍繞限定節(jié)點(diǎn)42的頂點(diǎn)41的流路44基本平行于板流動(dòng)。由于周邊凸緣40能對(duì)流體密封，因此，只有用于來自通路44的流體17的出口是另外的分開布置部分47，該分開布置部分靠近與第一流體出口18對(duì)中的孔19(圖4)。這樣，來自通路44的第一流體17流過靠近第一流體出口18的分開布置部分47后，通過第一流體出口18流出熱交換器10。由板對(duì)32限定的另兩個(gè)孔19具有閉合布置部分45，以防止第一流體17流過其中。
同樣，板對(duì)34限定出沿與第二流體入口20(圖3)對(duì)中的孔19的分開布置部分47(圖3)，以使第二流體21進(jìn)入第二流體入口20并流過分開布置部分47，然后進(jìn)入通路44。第二流體21繼續(xù)沿圍繞限定節(jié)點(diǎn)42的頂點(diǎn)41的流路44基本平行于板流動(dòng)。由于周邊凸緣40能對(duì)流體密封，因此，只有用于來自通路44的流體21的出口是另外的分開布置部分47，該分開布置部分靠近與第二流體出口22對(duì)中的孔19(圖4)。這樣，來自通路44的第二流體21流過靠近第二流體出口22的分開布置部分47后，通過第二流體出口22流出熱交換器10。由板對(duì)34限定的另兩個(gè)孔19具有閉合布置部分45，以防止第二流體21流過其中。
通常，板式熱交換器有兩種構(gòu)造，硬焊式(brazed)或非硬焊式(nonbrazed)構(gòu)造，這兩種構(gòu)造都能從本發(fā)明的新式強(qiáng)化表面中獲益。一般，非硬焊構(gòu)造采用如螺母和螺栓(未示出)之類的一些緊固構(gòu)件，或者焊接(welding)以共同保證板式熱交換器運(yùn)行期間這些板均能定位，從而抵消流體施加的壓力。硬焊構(gòu)造示于圖1中。在一優(yōu)選實(shí)施方式中，參考另外的與圖2相同的圖6，在每一板對(duì)32、34之間插有金屬薄板(foil plate)36、38并靠近頂板和底板12、14，金屬薄板由可硬焊的材料制成，優(yōu)選由銅、銅合金或鎳合金制成。插入金屬薄板36、38并將這些板充分壓在一起后，可將熱交換器10加熱至低于板28、30的熔點(diǎn)但高于插入板36、38的熔點(diǎn)的預(yù)定溫度并持續(xù)足夠時(shí)間使金屬薄板36、38熔化。由于毛細(xì)作用，優(yōu)選是銅的熔融金屬流到所述板相互接觸的區(qū)域，如節(jié)點(diǎn)42和周邊凸緣40。通常由銅構(gòu)成的板沿這些流體密封的區(qū)域或節(jié)點(diǎn)(即沿周邊凸緣)形成金屬結(jié)合，并提供更加牢固的構(gòu)造支撐，正常情況下，以術(shù)語“破裂壓力”表示，其可接近3000psi并足以承受流體17、21的壓力且滿足安全規(guī)范的要求。
參考圖1-4，熱交換器10可構(gòu)成為HVAC系統(tǒng)中的蒸發(fā)器，如水之類的流體17使通常為制冷劑的流體21蒸發(fā)。流體17進(jìn)入流體入口16，在進(jìn)入板對(duì)32的板28、30之間的通路44之前流過分開布置部分47。優(yōu)選的是，可以成對(duì)地選擇流體使得其中一種流體的沸點(diǎn)低于另一種流體的沸點(diǎn)。流體21進(jìn)入流體入口20，在進(jìn)入板對(duì)34的板28、30之間的通路44之前流經(jīng)分開布置部分47。由于板對(duì)32是相鄰的，因此它們共享共用板30；流體17流過板30的一個(gè)表面、如圖所示的上表面，同時(shí)流體21沿所示的板30的反向表面或下表面流動(dòng)。因?yàn)榱黧w21沿板30的下表面發(fā)生泡核沸騰(處于蒸發(fā)操作時(shí))，借助于流體17、21之間通過板30的熱耦合，通過傳導(dǎo)和氣泡形式(未示出)進(jìn)行傳熱。(或者，在冷凝操作中，當(dāng)氣態(tài)流體被冷卻時(shí)形成液滴)。無論是哪種操作，這種板的布置都將增進(jìn)流過板的流體之間的傳導(dǎo)，以促進(jìn)從氣體變?yōu)橐后w或者從液體變?yōu)闅怏w的物理變化(或者相變)。這種狀態(tài)上的物理變化是通過進(jìn)一步吸收熱量(蒸發(fā)熱)或釋放熱量(冷凝熱)來實(shí)現(xiàn)的，這些都是公知的熱力學(xué)理論。
本發(fā)明提供了多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)，這些微小結(jié)構(gòu)改進(jìn)了在板表面之間的通路內(nèi)的流動(dòng)，為板式熱交換器中相互以熱耦合的方式流過的流體之間提供增強(qiáng)的傳熱。對(duì)包含流體在板式熱交換器內(nèi)的流動(dòng)特性在內(nèi)的分析極其復(fù)雜并且還不是完全清楚，尤其當(dāng)流體經(jīng)歷相變時(shí)，甚至由于受到與本發(fā)明的表面微小結(jié)構(gòu)相關(guān)聯(lián)的影響而更加復(fù)雜。但是，借助于這些新穎的表面微小結(jié)構(gòu)，制冷劑側(cè)傳熱系數(shù)已達(dá)到至少接近700BTU//ft2/hr(在常規(guī)的設(shè)計(jì)工況下)，這大概是如圖1-7所示的傳統(tǒng)板式熱交換器的兩倍。傳熱系數(shù)中顯著增加的這部分中的至少一部分可以改善泡核沸騰或者冷凝液滴的形成，其間沿如前所述蒸發(fā)流體的強(qiáng)化傳熱表面的所述表面形成過熱氣泡。本發(fā)明的表面微小結(jié)構(gòu)的存在通過提供有利于形成過熱氣泡的多個(gè)區(qū)域(sites)至少可以明顯強(qiáng)化泡核沸騰，同時(shí)促進(jìn)蒸發(fā)過程中表面潤濕的改善。而在冷凝過程中，這種表面的強(qiáng)化還可以提供附加的傳熱表面面積，通過毛細(xì)力以及通過提供過冷蒸汽能形成液滴的成核區(qū)(nucleation sites)使制冷劑更快地離開板表面，借此可提高傳熱系數(shù)。對(duì)于蒸發(fā)過程而言，這些有利的形成位置不僅可以促進(jìn)初始核生成，而且可以使核保留一段時(shí)間，在開始夾帶于流體流中之前使核變大到一定尺寸。為了簡化討論，本發(fā)明其余部分的描述限于對(duì)蒸發(fā)過程中形成核作為氣泡的描述。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以明白，由于這些區(qū)域有利于形成液滴的核，本發(fā)明同樣可以改善制冷劑從氣態(tài)被冷凝為液體的相變特性。
一旦過熱氣泡進(jìn)入流體流中，先前由氣泡占居的空間被在該位置重新開始泡核沸騰過程的液態(tài)流體取代。不希望受理論的限制，可以預(yù)料，一旦氣泡形成以及發(fā)生最初的進(jìn)入現(xiàn)象，最初形成氣泡的位置保持有利的用于根據(jù)一部分氣泡被留下作為“籽核(seed)”而形成后面接續(xù)的氣泡的位置。本發(fā)明的另一方面可以使泡核沸騰階段產(chǎn)生的氣泡容積最優(yōu)，因?yàn)槿羰惯^熱氣泡變得太大將減小傳熱系數(shù)。此外，還可預(yù)料，若形成足夠大的氣泡，由于氣泡進(jìn)入流體流中，因此留下作為形成后續(xù)氣泡的“籽核”的氣泡數(shù)量就會(huì)不足。
前面討論的強(qiáng)化氣泡形成的又一可預(yù)料的優(yōu)點(diǎn)是借助于毛細(xì)作用可以提高熱交換板28、30的潤濕表面面積，以進(jìn)一步提高傳熱系數(shù)。另外，由于強(qiáng)化的毛細(xì)作用，角度“A”(圖5)可以增加到約60度或更大，而在現(xiàn)有的一些構(gòu)造中被限制在22-30的范圍內(nèi)，這可以進(jìn)一步提高傳熱系數(shù)，這是由增大的角度A提供的流體流動(dòng)特性的差別而引起的。這樣，至少是因?yàn)閺?qiáng)化了包括泡核沸騰和提高的表面潤濕性在內(nèi)的傳熱的原因，本發(fā)明的新穎的表面微小結(jié)構(gòu)對(duì)板式熱交換器技術(shù)提供了重大改進(jìn)。
參考圖8-10，本發(fā)明包括帶有網(wǎng)狀物48的插入件46。網(wǎng)狀物48可任選地包括如銅之類的金屬墊層50用于放置在板對(duì)32、34的板28、30之間。插入件46優(yōu)選與上面放置有插入件46的板、如板30具有基本相同的V形凸紋26的形狀和取向，使得插入件46和板30的相向表面基本緊鄰或齊平。插入件46上有多個(gè)孔52，這些孔相互隔開成與節(jié)點(diǎn)42一致。這樣，將第一板28放到第二板30上并將插入件46放在它們之間時(shí)，由于形成于插入件46內(nèi)的節(jié)點(diǎn)間隙孔52，板28、30的頂點(diǎn)41直接接觸。如果需要的話，可以在板對(duì)32的板28和板30之間再插入方向與板28相同的第二插入件46，使第二插入件46和板28基本緊鄰或齊平。換句話說，如果需要的話，可以在板對(duì)32、34的每一相向表面上設(shè)置插入件46。雖然可以在相鄰的板對(duì)32、34的每一個(gè)之間設(shè)置如上所述的插入件46、或者甚至設(shè)置兩個(gè)插入件46，通常，對(duì)于如制冷劑之類的低沸點(diǎn)的流體而言，插入件46僅用在板對(duì)的相向表面之間。對(duì)于如水之類的高沸點(diǎn)流體而言，一般不希望在所述板對(duì)的相向表面之間采用插入件46，因?yàn)椴迦爰?6對(duì)流動(dòng)產(chǎn)生的阻力會(huì)妨礙流動(dòng)，同時(shí)對(duì)成核區(qū)也不利，而低沸點(diǎn)流體通常不經(jīng)歷相變。也就是說，在交替板對(duì)32、34中使用插入件46是比較理想的。例如，圖10示出了僅在每一板對(duì)32之間插入網(wǎng)狀物插入件46的熱交換器的橫截面。
可供選擇的是，可將網(wǎng)狀物插入件46或有穿孔的薄片/板構(gòu)成為在網(wǎng)狀物插入件46的表面和板28、30的相應(yīng)表面之間提供間隙。換句話說，網(wǎng)狀物插入件46至少部分地從板28、30的表面伸出，使得網(wǎng)狀物插入件46表面的至少一部分暴露在流動(dòng)的流體中。參考圖13，通過形成網(wǎng)狀物插入件46可以提供這種流動(dòng)暴露(flow stream exposure)，這樣由于在板30的表面上安裝有網(wǎng)狀物插入件，因此，網(wǎng)狀物插入件46和板30的相向表面之間限定出“C”度角距，如果需要的話或者限定角度的一部分。參考圖14，在一可供選擇的實(shí)施方式中，由每一網(wǎng)狀物插入件46和板30限定的輪廓基本相同。網(wǎng)狀物插入件46和板30的表面之間的間隙由“G”表示，并可由多個(gè)墊片55形成，至少這些墊片優(yōu)選靠近板30的多個(gè)頂點(diǎn)41并有足夠的個(gè)數(shù)來維持之間的最小間隙“G”。此外，或者可與靠近頂點(diǎn)41的墊片55的布置結(jié)合起來，墊片55可以被設(shè)置在其他不靠近頂點(diǎn)41的位置，只要足以在板30和網(wǎng)狀物插入件46的相向表面之間保持最小間隙“G”即可。墊片55優(yōu)選與網(wǎng)狀物插入件46整體形成，或者可與板整體形成。墊片可以是單獨(dú)的部件，但必須固定定位以防止隨流體漂移。
如前所述，本發(fā)明的網(wǎng)狀物或穿孔提供了通過促進(jìn)氣泡形成而強(qiáng)化傳熱的表面微小結(jié)構(gòu)。形成期望的氣泡所需的網(wǎng)狀物尺寸主要是所用制冷劑類型的函數(shù)，當(dāng)然也受下列任何一個(gè)或多個(gè)參數(shù)的影響，這些參數(shù)是流體的流速；期望的傳熱系數(shù)；流體壓力；或流體溫度。壓力和溫度還可影響流體的表面張力或粘性。對(duì)于如R22、R410a、R407c、R717、R134之類的常規(guī)制冷劑、其他鹵化烴和常規(guī)流體以及遇到的大多數(shù)流體的流速和工況而言，與從約0.002英寸到約0.050英寸的開口相對(duì)應(yīng)，可以使用尺寸從約400目到約20目的網(wǎng)狀物。通常，網(wǎng)狀物由互相橫搭、交織、均勻間隔的部件制成。因此，術(shù)語“網(wǎng)狀物開口”通常是指相鄰的平行部件之間的距離，如果網(wǎng)狀部件不互相橫搭，網(wǎng)狀物開口也可與由一對(duì)結(jié)合起來的交織網(wǎng)狀部件限定的“菱形”網(wǎng)狀物開口的兩個(gè)對(duì)角距離中較窄的那個(gè)對(duì)應(yīng)。由于常規(guī)的制冷劑包含各種粘稠度和類型的潤滑油，因此使開口減小到低于約0.002英寸顯然會(huì)擋住那些通常與液態(tài)制冷劑混合在一起的小滴潤滑油，由此阻礙氣泡形成。對(duì)于穿孔而言，直徑(對(duì)于圓孔)或邊長(對(duì)于矩形或三角形開口)的大小約為0.002到約0.050英寸。對(duì)于約0.002英寸以及更大的開口來說，潤滑油可被經(jīng)過熱交換器流動(dòng)的流體沖洗離開開口?？梢砸庾R(shí)到，如可溶混的與不易溶混之類的制冷劑系統(tǒng)和油系統(tǒng)的結(jié)合將影響開口的尺寸，若所采用的是不需要潤滑油的系統(tǒng)，開口可為約0.0001英寸，尤其若采用其他非碳氟化合物流體，例如采用氨、液氮、二氧化碳等，無論油是否被開口擋住以及被擋住的程度，最小開口尺寸可由油決定。
可供選擇的是，采用疊置的網(wǎng)狀物層，例如將100目的網(wǎng)狀物層置于400目的網(wǎng)狀物層上，使得100目網(wǎng)狀物層處于形成流體之間的邊界的傳熱板和400目網(wǎng)狀物層之間的流徑或流動(dòng)通道中。這樣通過捕獲板附近的氣泡可以提高性能。雖然可以有兩個(gè)疊置的400目網(wǎng)狀物層，但是保持上層網(wǎng)狀物層的開口較大可增加流到底層網(wǎng)狀物層的流體，以更有效地將氣泡從底部的400目網(wǎng)狀物層的開口中沖洗出。根據(jù)制冷劑和運(yùn)行工況的多種組合，也可以將多于兩層的網(wǎng)狀物層結(jié)合起來使用，比如使400目的網(wǎng)狀物層鄰近第一100目網(wǎng)狀物層，第一100目網(wǎng)狀物層鄰近第二100目網(wǎng)狀物層。
如上所述，雖然網(wǎng)狀物布置對(duì)非硬焊式熱交換器構(gòu)造有作用，但是當(dāng)試圖將網(wǎng)狀物插入件用于硬焊式熱交換器構(gòu)造上時(shí)就遇到了問題。在硬焊式熱交換器構(gòu)造中，在硬焊操作期間由銅薄板層熔化的銅將通過毛細(xì)作用流入網(wǎng)狀物的開口內(nèi)，堵塞這些開口，這將影響表面處的強(qiáng)化成核作用。但是，在網(wǎng)狀物插入件46插進(jìn)熱交換器之前，若先在其上形成或施加如氧化鎳或氧化鉻、氧化鋁、氧化鋯及其他氧化物之類的氧化物覆層，可以防止熔化的銅流進(jìn)網(wǎng)狀物開口內(nèi)，同時(shí)還可通過孔52在節(jié)點(diǎn)區(qū)域42內(nèi)形成結(jié)合物。換句話說，在網(wǎng)狀物插入件46上形成氧化物覆層之后，如上所述，將插入件46插到相鄰板之間并對(duì)其加熱，熔化的如銅之類的硬焊金屬流過孔52，在板28、30的交替頂點(diǎn)41之間的頂點(diǎn)42處形成硬焊點(diǎn)，而熔化的銅則不會(huì)流入和堵塞網(wǎng)狀物開口?；蛘?，可以考慮將與流體適應(yīng)的其他覆層或表面處理用到網(wǎng)狀物插入件46上，以阻止熔化的硬焊金屬流入網(wǎng)狀物開口內(nèi)。
實(shí)施本實(shí)施方式的一種方法是用如不銹鋼板之類的高合金材料形成網(wǎng)狀物，然后使其氧化形成氧化鎳或氧化鉻或它們的混合物。再將氧化后的不銹鋼卷到未氧化的不銹鋼薄板50上并在其中形成孔52。在另一實(shí)施方式中，網(wǎng)狀物46和鋼板50中都形成有孔52，然后將網(wǎng)狀物46(氧化后)和鋼板50精確組裝并卷成卷。為使網(wǎng)狀物46穩(wěn)定，鋼板50可以延伸超過網(wǎng)狀物46的相對(duì)邊緣然后折疊在網(wǎng)狀物46上方。可以采用其他形成不銹鋼板的方法，比如模壓(stamping)。此外，操作順序不重要，只要網(wǎng)狀物具有能阻止熔化銅通過毛細(xì)作用流動(dòng)的表面即可?；蛘?，可以采用任何傳統(tǒng)處理工藝，如噴涂、涂刷、蒸汽淀積、絲網(wǎng)印刷等將氧化物覆層施加到網(wǎng)篩上。例如，可以通過電解工藝沉淀出一層薄的鎳覆層，然后再使其氧化。也可以使用任何其他鍍敷或涂敷方法。
參考圖15，網(wǎng)狀物48通常包括多個(gè)互相橫搭交織的部件49、51以構(gòu)成網(wǎng)狀物48。由于部件49、51相互交替地通過上方和下方的交織布置，在部件49、51之間、鄰近一個(gè)部件如部件51越過相應(yīng)部件49的位置的每一接合點(diǎn)處限定出凹陷部分53。根據(jù)橫截面通常為圓形的部件49、51的尺寸，凹陷部分53對(duì)于氣泡的形成可起到附加的促進(jìn)作用?；蛘?，參考圖17，橫向部件49、51可以為非圓形，比如為某方向尺寸是D1、與該第一方向垂直的方向上尺寸是D2的橢圓形狀。橫向部件49、51的橫截面實(shí)際上可以限定為任何具有封閉幾何形狀以及任何方位的橫截面，或者是橫向部件49、51之間的幾何形狀的組合。此外，根據(jù)網(wǎng)狀物46在板式熱交換器10內(nèi)的位置，橫向部件49、51的橫截面形狀可以不同，因?yàn)榫W(wǎng)狀物48的一些部分可能受到包括液體和或液/蒸氣混合物在內(nèi)的流體的不同相態(tài)或物理狀態(tài)的影響，以強(qiáng)化這些流體的傳熱。
圖15示出了一種可供選擇的由橫向部件49、51構(gòu)成的整體式網(wǎng)狀物48。對(duì)于交織網(wǎng)狀物構(gòu)造而言，還可考慮使這種整體構(gòu)造與所有橫截面的變形結(jié)合并象前面所討論過的那樣改變橫截面，如果所述板由機(jī)械固定構(gòu)件連接而不是硬焊，網(wǎng)狀物可以由如已編織好的人造材料之類的聚合物材料制成。因此，例如可以使用尼龍。當(dāng)然，如果需要的話，也可考慮用于這些網(wǎng)狀物構(gòu)造的任何構(gòu)造，橫向部件49、51不必相互垂直，而可以布置在相對(duì)于通常是矩形板式熱交換器的長邊方向的縱向的任何方位上。
在本發(fā)明的又一實(shí)施方式中，可以直接在板28、30上或兩者的組合上或這些板內(nèi)或它們的組合內(nèi)形成所述熱交換器板表面微小結(jié)構(gòu)而不采用網(wǎng)狀物插入件46，或者直接在板28、30上和這些板內(nèi)或兩者的組合形成微小結(jié)構(gòu)。參考圖11，圖中所示的微小結(jié)構(gòu)56形成在板表面如板30的至少一部分上，其尺寸在前面已討論過的范圍內(nèi)且間隔開，以強(qiáng)化傳熱。雖然這些微小結(jié)構(gòu)56可以在相鄰微小結(jié)構(gòu)56之間具有互連點(diǎn)58(圖12)，如前所述，這些互連點(diǎn)58可以附加提供促進(jìn)強(qiáng)化傳熱的位置，微小結(jié)構(gòu)56可以具有任何幾何特征或形狀，例如，包括但不限于圓形、三角形、菱形等?？蓪⑦@些互連點(diǎn)58看作至少局部上限定出敞開的幾何形狀。
可以任何方式在板28、30上形成微小結(jié)構(gòu)56。例如，可以在鍛模(pressdies)中形成期望的微小結(jié)構(gòu)，這樣在模壓板28、30時(shí)就可形成微小結(jié)構(gòu)。或者，將具有期望的微小結(jié)構(gòu)56的輪子或其他成形裝置在足夠的力下放置成與板28、30滾動(dòng)接觸，以便在板28、30的表面中形成凹痕，致使其構(gòu)成為能夠使隨后通過鍛模的模壓而獲得本發(fā)明的期望的微小結(jié)構(gòu)56。可進(jìn)一步考慮在使用可將凹痕形成到薄銅片層上或者通過薄銅片層的成形裝置之前，敷設(shè)薄銅片層，然后再壓入板表面，因?yàn)樾纬晌⑿〗Y(jié)構(gòu)56期間，柔軟的薄銅片層可起潤滑作用。也可考慮在硬焊式板式熱交換器中，其材料層具有通過材料層的厚度形成的微小結(jié)構(gòu)56，然后將材料層固定到墊層上，使材料層受到基本對(duì)應(yīng)于微小結(jié)構(gòu)56位置的可阻止熔化的銅流進(jìn)微小結(jié)構(gòu)56內(nèi)的掩模(mask)的作用。可供選擇的是，可用激光蝕刻、用帶壓粒子進(jìn)行受控轟擊、化學(xué)蝕刻，或本領(lǐng)域公知的任何其他裝置或方法來獲得微小結(jié)構(gòu)56。也可以對(duì)板或原始板材進(jìn)行熱處理，這種熱處理也可在板或原始板材表面中形成微小結(jié)構(gòu)56。這種熱處理也可以在所述熱處理之前以敷設(shè)到板或原始板材上的覆蓋層的形式形成微小結(jié)構(gòu)56。這種熱處理包括用合金或者甚至是替換材料和/或覆蓋層如不銹鋼之類的優(yōu)選板材進(jìn)行改性或替代而獲得微小結(jié)構(gòu)56。
還可以通過給板28、30添加材料的方法來形成微小結(jié)構(gòu)56，例如通過借助于等離子體噴涂、粉末噴涂或蒸汽沉積形成的沉積物來實(shí)現(xiàn)。例如，將如氧化保護(hù)層之類的材料或者隨后被氧化或者直接作為氧化物的金屬以如粉末之類的適當(dāng)形式放入液體或蒸汽溶液或懸濁液中，優(yōu)選在熱交換器10組裝之后進(jìn)行，然后提供一種化學(xué)溶液和適合的催化劑，如果需要的話，比如可加熱和/或加壓或者給板通電流使材料沉積到板28、30的表面上，從而形成微小結(jié)構(gòu)56。此外，借助于使用掩模這些技術(shù)可以有選擇的將材料沉積在期望的部位，之后將掩模去掉。所用材料不必是金屬，只要這種表面微小結(jié)構(gòu)56能提高增強(qiáng)的傳熱系數(shù)即可。換句話說，對(duì)于本說明書而言，術(shù)語“表面微小結(jié)構(gòu)”不但可適用于如鍛模之類的壓入表面內(nèi)的幾何布置，而且還適用于能導(dǎo)致通過在板的表面上預(yù)先選擇的位置沉積另外的材料以及將插入件插進(jìn)板之間的流路而形成表面微小結(jié)構(gòu)的加工過程。對(duì)于大多數(shù)流體和運(yùn)行工況而言，盡管優(yōu)選基本上按照可以促進(jìn)強(qiáng)化傳熱的圖案來布置微小結(jié)構(gòu)56，但是也可以考慮按非圖案或隨機(jī)布置設(shè)置微小結(jié)構(gòu)56。
本發(fā)明還可以提高混合板組合的傳熱率，在這種組合中，作為一個(gè)實(shí)例，用也稱為人字形的30度角的V形凸紋(圖5)與60度V形凸紋配對(duì)使用。這種結(jié)構(gòu)可使傳熱系數(shù)更高，同時(shí)流體側(cè)的壓降較低。在常規(guī)的應(yīng)用中，混合板和增強(qiáng)表面的結(jié)合可以降低生產(chǎn)成本，同時(shí)對(duì)于具有代表性的應(yīng)用而言，可以具有期望的壓力降。
再者，當(dāng)熱交換器制冷劑側(cè)在部分或全部泛濫式蒸發(fā)模式(floodedevaporating mode)下運(yùn)行時(shí)，這種低壓降的特點(diǎn)和強(qiáng)化表面結(jié)合可以顯著提高總的傳熱性能，使泛濫式模式的應(yīng)用更切實(shí)可行而且性能更高。以往由于總傳熱系數(shù)的限制以及抑制蒸發(fā)溫度的氣體側(cè)的壓降，板式熱交換器被限制為在制冷劑蒸發(fā)溫度和離開的二次流體溫度之間一般只能處于9到4的溫度范圍內(nèi)。由于強(qiáng)化表面和混合板結(jié)合，可以接近4到小于1/2的溫度范圍。
在工業(yè)制冷系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用如R717、氨之類的制冷劑，這種結(jié)合有強(qiáng)化表面微小結(jié)構(gòu)的混合板令人非常滿意，原因在于為了排出膨脹氣體同時(shí)維持制冷劑和離開的二次流體溫度之間的溫度非常接近，較低的制冷劑側(cè)壓降是非常重要的。因此，在某些應(yīng)用場合，對(duì)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)者來說這種混合板組合和增強(qiáng)的表面具有很多優(yōu)點(diǎn)。
值得重視的是，本發(fā)明的強(qiáng)化傳熱表面不限于應(yīng)用于加熱和制冷領(lǐng)域，也可以用于凈化流體、二氧化碳系統(tǒng)、低溫系統(tǒng)、和任何其他需要緊湊、高效、至少兩種保持在分隔流路內(nèi)的流體之間的熱耦合的場合。
盡管上面已參考優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解，在不超出本發(fā)明的范圍的前提下可以進(jìn)行各種改變和可以用等同物來替換其中的部件。另外，在不背離本發(fā)明的基本構(gòu)思的前提下，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)可以進(jìn)行許多適應(yīng)具體情況或材料的改型。因此，本發(fā)明不限于所公開的作為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式的具體實(shí)施方式
，本發(fā)明應(yīng)包括落入所附權(quán)利要求書的保護(hù)范圍內(nèi)的所有實(shí)施方式。
權(quán)利要求
1.一種板式熱交換器(10)，包括多塊板(24)，每塊板(24)具有反向的表面以及周邊凸緣，用于向至少兩種流體的每種流體提供至少一條流徑，其中所述多塊板(24)的一對(duì)相鄰板的相向表面和周邊凸緣為所述至少兩種流體(17、21)的每種流體限定出流徑，并且每對(duì)相鄰板的至少一塊板的反向表面為所述至少兩種流體(17、21)的兩種流體提供流徑邊界，所述至少一塊板具有高導(dǎo)熱率并且為所述至少兩種流體的兩種流體(17、21)提供一部分流徑邊界，借此使所述板(24)的反向表面上的所述兩種流體之間熱耦合；用于所述至少兩種流體(17、21)的每種流體的入口(16、20)和出口(18、22)，所述每種流體的入口(16、20)和出口(18、22)與所述流體的每一流徑流體連通；多個(gè)與至少一種流體的至少一條流徑的至少一部分流體連通的表面微小結(jié)構(gòu)(56)，所述多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)(56)為所述至少兩種流體(17、21)之間提供強(qiáng)化傳熱，所述至少一塊板形成所述流徑邊界的一部分。
2.如權(quán)利要求1所述的板式熱交換器(10)，其中，所述多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)(56)具有幾何特征。
3.如權(quán)利要求1所述的板式熱交換器(10)，其中，所述多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)(56)的至少一部分互連。
4.如權(quán)利要求1所述的板式熱交換器(10)，其中，所述多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)(56)與足夠大的開口相對(duì)應(yīng)，以避免截留潤滑油。
5.如權(quán)利要求1所述的板式熱交換器(10)，其中，所述多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)(56)與從約0.002英寸到約0.050英寸的開口相對(duì)應(yīng)。
6.如權(quán)利要求1所述的板式熱交換器(10)，其中，所述多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)(56)的至少一部分是凹痕狀的表面微小結(jié)構(gòu)(56)。
7.如權(quán)利要求1所述的板式熱交換器(10)，其中，所述多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)(56)的至少一部分是凸出狀的表面微小結(jié)構(gòu)(56)。
8.如權(quán)利要求7所述的板式熱交換器(10)，其中，所述多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)(56)的至少一部分由非金屬制成。
9.如權(quán)利要求1所述的板式熱交換器(10)，其中，至少一個(gè)具有所述多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)(56)中的至少一部分的插入件(46)被設(shè)置成與至少一種流體的至少一條流徑的至少一部分流體連通。
10.如權(quán)利要求9所述的板式熱交換器(10)，其中，所述多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)(56)包括形成于其中的多個(gè)孔(52)，每一孔(52)對(duì)應(yīng)于一位于所述多塊板(24)的相鄰板的相向表面之間的節(jié)點(diǎn)狀接觸點(diǎn)。
11.如權(quán)利要求10所述的板式熱交換器(10)，其中，該板式熱交換器(10)是硬焊構(gòu)造，該構(gòu)造包括將至少一塊金屬薄板(36)插入所述多塊板(24)的相鄰板之間，將該板式熱交換器(10)加熱到低于所述多塊板(24)的相鄰板的熔點(diǎn)而高于所述至少一塊金屬薄板(36)的熔化溫度的預(yù)定溫度時(shí)，所述至少一塊金屬薄板(36)被熔化并在所述多塊板(24)的相鄰板之間流動(dòng)，以在所述多塊板(24)的相鄰板的相向表面之間形成硬焊成的節(jié)點(diǎn)狀接觸(42)，至少一個(gè)插入件(46)具有設(shè)于所述至少一個(gè)插入件(46)的表面上的覆層，以便基本上防止所述金屬薄板(36)的被熔化金屬流入所述至少一個(gè)插入件的所述多個(gè)微小結(jié)構(gòu)(56)中。
12.如權(quán)利要求10所述的板式熱交換器(10)，其中，所述覆層是氧化層。
13.如權(quán)利要求10所述的板式熱交換器(10)，其中，所述覆層是從由氧化鎳、氧化鉻、氧化鋁和氧化鋯或它們的混合物組成的組中選取的氧化層。
14.如權(quán)利要求9所述的板式熱交換器(10)，其中，所述至少一個(gè)插入件(46)和所述多塊板(24)的所述一對(duì)相鄰板之一的相向表面大體緊鄰。
15.如權(quán)利要求9所述的板式熱交換器(10)，其中，所述至少一個(gè)插入件(46)是插入板。
16.如權(quán)利要求9所述的板式熱交換器(10)，其中，所述至少一個(gè)插入件(46)和所述多塊板(24)的所述一對(duì)相鄰板之一的相向表面之間由間隙隔開。
17.如權(quán)利要求16所述的板式熱交換器(10)，其中，所述間隙是角形間隙。
18.如權(quán)利要求16所述的板式熱交換器(10)，其中，所述間隙由多個(gè)設(shè)置于所述至少一個(gè)插入件(46)和所述多塊板(24)的所述一對(duì)相鄰板之一的相向表面之間的墊片(55)形成。
19.如權(quán)利要求9所述的板式熱交換器(10)，其中，所述至少一個(gè)插入件(46)是網(wǎng)狀物(48)。
20.如權(quán)利要求19所述的板式熱交換器(10)，其中，所述網(wǎng)狀物(48)由整體構(gòu)造(50)構(gòu)成。
21.如權(quán)利要求20所述的板式熱交換器(10)，其中，所述網(wǎng)狀物(48)的部件的橫截面形狀呈非圓形。
22.如權(quán)利要求19所述的板式熱交換器(10)，其中，所述網(wǎng)狀物(48)包括墊層(50)。
23.如權(quán)利要求22所述的板式熱交換器(10)，其中，所述墊層(50)由金屬制成。
24.如權(quán)利要求22所述的板式熱交換器(10)，其中，所述墊層(50)延伸經(jīng)過所述網(wǎng)狀物(48)的相對(duì)邊緣然后被折疊到該相對(duì)邊緣上。
25.如權(quán)利要求19所述的板式熱交換器(10)，其中，所述至少一個(gè)網(wǎng)狀物(48)具有從約0.0001英寸到約0.050英寸的開口。
26.如權(quán)利要求19所述的板式熱交換器(10)，其中，所述至少一個(gè)網(wǎng)狀物具有從約0.002英寸到約0.050英寸的開口。
27.如權(quán)利要求19所述的板式熱交換器(10)，其中，所述網(wǎng)狀物由多個(gè)互相橫搭交織部件構(gòu)成。
28.如權(quán)利要求19所述的板式熱交換器(10)，其中，所述網(wǎng)狀物的部件的截面形狀呈非圓形。
29.如權(quán)利要求19所述的板式熱交換器(10)，其中，所述至少一個(gè)網(wǎng)狀物包括多個(gè)疊置的網(wǎng)狀物層。
30.如權(quán)利要求29所述的板式熱交換器(10)，其中，所述多個(gè)疊置的網(wǎng)狀物層是約400目的第一層和約100目的第二層。
31.如權(quán)利要求29所述的板式熱交換器(10)，其中，所述多個(gè)疊置的網(wǎng)狀物層是約400目的第一層和約400目的第二層。
32.如權(quán)利要求29所述的板式熱交換器(10)，其中，所述多個(gè)疊置的網(wǎng)狀物層是約400目的第一層，約100目的第二層和約100目的第三層。
33.一種為板式熱交換器(10)提供強(qiáng)化傳熱表面的方法，該板式熱交換器包括多塊板(24)，每塊板具有反向的表面和周邊凸緣，用于向至少兩種流體(17、21)的每種流體提供至少一條流徑，其中所述多塊板的一對(duì)相鄰板(24)的相向表面和周邊凸緣限定出用于所述至少兩種流體(17、21)的每種流體的流徑，并且該對(duì)相鄰板的至少一塊板的反向表面為所述至少兩種流體(17、21)的兩種流體提供流徑邊界，所述提供流徑邊界的至少一塊板具有高導(dǎo)熱率，借此使所述板的反向表面上的兩種流體之間熱耦合，用于所述至少兩種流體(17、21)的每種流體的入口(16、20)和出口(18、22)，每種流體的所述入口(16、20)和出口(18、22)與所述流體的每一流徑流體連通，該方法的步驟包括通過沉積作用在至少一塊所述板的至少一個(gè)表面的至少一部分上形成多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)(56)。
34.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述沉積作用是通過等離子體噴涂、粉末噴涂或蒸汽沉積獲得的。
35.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述沉積作用在組裝所述板式熱交換器(10)之前獲得。
36.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，所述沉積作用繼組裝板式熱交換器(10)之后獲得。
37.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，在所述至少一塊板的一個(gè)表面的至少一部分上形成的所述多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)(56)由金屬構(gòu)成。
38.如權(quán)利要求33所述的方法，其中，在所述至少一塊板的一個(gè)表面的至少一部分上形成的所述多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)(56)由非金屬構(gòu)成。
39.一種為板式熱交換器(10)提供強(qiáng)化傳熱表面的方法，該板式熱交換器包括多塊板(24)，每塊板具有反向的表面和周邊凸緣，用于向至少兩種流體(17、21)的每種流體提供至少一條流徑，其中，所述多塊板(24)的一對(duì)相鄰板的相向表面和周邊凸緣限定出用于所述至少兩種流體(17、21)的每種流體的流徑，并且該對(duì)相鄰板的至少一塊板的反向表面為所述至少兩種流體(17、21)的兩種流體提供流徑邊界，該至少一塊為兩種流體提供流徑邊界的板具有高導(dǎo)熱率，借此使該板的反向表面上的所述兩種流體之間熱耦合，用于所述至少兩種流體(17、21)的每種流體的入口(16、20)和出口(18、22)，每種流體的所述入口(16、20)和出口(18、22)與所述流體的每一流徑流體連通，該方法的步驟包括在組裝所述板式熱交換器(10)之前，用成形裝置形成多個(gè)呈凹痕狀的表面微小結(jié)構(gòu)(56)，該成形裝置被設(shè)置成與至少一塊板的至少一個(gè)表面的至少一部分接觸。
40.一種為板式熱交換器(10)提供強(qiáng)化傳熱表面的方法，該板式熱交換器包括多塊板(24)，每塊板具有反向的表面和周邊凸緣，用于向至少兩種流體(17、21)的每種流體提供至少一條流徑，其中所述多塊板(24)的一對(duì)相鄰板的相向表面和周邊凸緣限定出用于所述至少兩種流體(17、21)的每種流體的流徑，并且所述一對(duì)相鄰板的至少一塊板的反向表面為所述至少兩種流體(17、21)的兩種流體提供流徑邊界，所述至少一塊提供流徑邊界的板具有高導(dǎo)熱率，由此使該板的所述反向表面上的兩種流體之間熱耦合，用于所述至少兩種流體(17、21)的每種流體的入口(16、20)和出口(18、22)，每種流體的所述入口(16、20)和出口(18、22)與所述流體的每一流徑流體連通，該方法的步驟包括在限定出流體流徑的所述多塊板的相鄰板(24)的至少一對(duì)相向表面之間設(shè)置至少一個(gè)具有多個(gè)表面微小結(jié)構(gòu)(56)的插入件(46)。
全文摘要
一種板式熱交換器(10)，其包括為兩種流體(17、21)提供流徑的多塊板(24)。該板式熱交換器具有用于每種流體(17、21)的入口(16、20)和出口(18、22)，其中所述多塊板的兩相鄰板的相向表面限定出供第一流體(17)流動(dòng)的流徑。這兩塊相鄰板(24)之一的反向表面和多塊板(24)的另一相鄰板的相向表面提供第二流體流動(dòng)的流徑。沿各自的流徑流動(dòng)的第一流體(17)和第二流體(21)相互保持熱耦合。與至少一塊板的一個(gè)表面的至少一部分相關(guān)聯(lián)的多個(gè)表面結(jié)構(gòu)(56)為沿相鄰板流動(dòng)的兩種流體(17、21)之間提供強(qiáng)化傳熱。
文檔編號(hào)F28F3/04GK1871491SQ200480030754
公開日2006年11月29日 申請(qǐng)日期2004年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月19日
發(fā)明者史蒂文·M·旺德, 布賴恩·J·埃默里, 詹姆斯·E·博加特 申請(qǐng)人:弗拉特普萊特股份有限公司