[发明专利]新型热交换器波纹及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及新型热交换波纹及其应用。

涉及钎焊板翅式热交换器(échangeursplaques et ailettes brasés)的技术通常用于在非常紧凑的部件中提供大的热交换面积。

背景技术

钎焊板翅式热交换器由一堆称为“波纹(片)”的压纹板片组成，该压纹板片由称为“分隔板片”的平板片分隔，并且在它们的侧部由杆封闭。该组件构成流体流动层。

因此，这些交换器包括多个叠置的板，在这些板之间插有几何形状尤其多变的热交换波纹片或热交换翅片，这些交换器的组元部件通常由铝制成。它们通过盐浴钎焊或真空钎焊组装。

各流体在两个相邻的分隔板片之间的空间中流动，这个空间称为通道。流动可以是对流、顺流或交叉流。

这些交换器的优点在于它们能在相对减小的体积内提供大的热交换面积。这些是非常紧凑的交换器。交换器体部可以包含大量(多于一百)的固定层。在大规模工艺中，经常是交换器由一个或多个安装成组的并行体部构成。

插在这些板之间的波纹具有增大热交换面积并从而提高整体传热性能的作用：它们通过钎焊紧固在主要区域，通过传导来传递热流。直接与流体接触的分隔板片的区域(面积)为主要区域(面积)，由传递波纹片所构成的副区域(面积)为总体热交换区域(面积)的约50％到90％。

波纹(片)在钎焊板翅式热交换器(BPFEs)中具有双重作用。除提供大部分热交换面积之外，经钎焊的波纹(片)整体上向交换器提供机械完整性。基于压折的、穿孔的、切割的或冲压的扁平轧材，热交换波纹已经具有大量变型。

以下的波纹会被提及：直波纹，其通常为钝锯齿形状的简单的压纹金属板；穿孔波纹，其为制有穿孔带(板)的直波纹；和部分偏置(锯齿状)的波纹。部分偏置的波纹的特征在于具有这样的波纹形状使得波纹的腿部垂直于分隔板片，并且还在于具有以规则间隔偏置的波纹条带。

交换器中使用哪一种波纹的选择取决于所要求的热交换和最大允许压降。然而，具有好的热性能的波纹经常会产生高的压降；因此最好的方案通常为这两个变量之间的折衷。

最常用的波纹是部分偏置的波纹。其制造广泛且易于控制：它通过使用合适的工具折叠和冲压板材——通常为铝板材而制成。

在保持所有其他参数不变时，发现增加偏置的频率会提高热性能并同时引起更高的压降。

包括直波纹的极端情况在内，具有相同密度的部分偏置波纹族是在热性能和压降之间折衷的很好的例子。

下面在图中示出部分偏置波纹的样式。

在每个偏置线处，波纹的厚度对流体流动产生限制。而且，翅片的边缘对流体形成停止点。这两个组合作用在波纹中产生压降，当偏置频繁时压降不断增加。

FR-A-2807828提出一种改进这些波纹的方法，该方法包括在部分偏置的开始处的很小一段长度上去除材料：压降因此更低而几乎不削弱热交换。

然而，要求实现具有钎焊板或翅片的交换器相对于部分偏置的波纹具有提高的热交换系数。

此外，EP-A-1123763描述了一种部分偏置的波纹，其中，波纹的腿部相对于分隔板片倾斜且每个连接部分沿每个波纹条带的纵向方向上的长度小于或等于形成所述条带的板的厚度，以使相邻条带之间的连接长度最小。

发明内容

如今，进行了很长一段时间的研究之后，申请人发现改变具有常规部分偏置几何特征的波纹的腿部的倾斜度会导致这样的波纹，其使得可以在波纹低密度情况下使全部流体参与热交换而不再留下任何弱混合区域，并且使面积增加。

因此，本申请的主题是部分偏置类型的用于BPFEs的波纹条带，该条带包括：一系列要被钎焊(焊接)在第一分隔板片上的区域；一系列要被钎焊在第二分隔板片上的区域，该第二分隔板片与第一分隔板片相邻；和一系列腿部，所述腿部形成翅片，其特征在于，至少一个波纹的腿部中的至少一个倾斜而不垂直于所述分隔板片，腿部中的至少一个具有至少一个垂直于所述分隔板片的部分。

在本申请中及在下文中，所指的角度是如相对于流体流动的方向在横截面中看到的由腿部所形成的角度。通常情况下，零角度为如在后面附图中水平示出的分隔板片的方向。修改的实质由参考在横截面中相对于流体流动方向所看到的部分偏置波纹的常规的矩形形状来指示，并且该形状，除非另有说明，由流体流动方向的视角来指示，并且因此通过观察横向于此流动方向的截面来示出。

术语“波纹”，由于其波浪状形状，指的是波纹条带的与物理学中“波长”概念等同的一部分。