[发明专利]板式热交换器的板

权利要求书

1.一种用于PHE的板，其特征在于具有指向北的长度X、主纵向轴线、宽度y、横向轴线、以及高度Z；向上的表面(UP)和相反的表面(DOWN)，所述板通过突起的峰和凹陷的谷的阵列而呈波纹状；上峰谷和下峰谷分别表示为P’、V’、P”和V”；P’位于表示为(上-)峰平面的大致单个平面上；V”位于表示为(下-)谷平面的大致单个平面上；高度是从所述谷平面测量的；P’与V’之间的距离以及P”与V”之间的距离分别表示为绘制深度b’和b”；P’与P”之间的金属片厚度或V’与V”之间的金属片厚度表示为t；板厚度等于t+b’＝b＝t+b”；较低峰、即LP’沿着Z轴等于或低于峰P’；较低峰、即LP”沿着Z轴等于或低于峰P”；高谷、即HV’沿着Z轴等于或高于谷V’；高谷、即HV”沿着Z轴等于或高于谷V”；板n能够与相邻的板(n-1，下板)和板(n+1，上板)沿着Z轴堆叠，n为整数数字；在堆叠时，板(n-1)的峰P’抵接(支撑)板(n)的谷V”，并且板(n)的峰P’抵接板(n+1)的谷V”；此外，在堆叠时、并且在两个相邻的板之间，提供了用于流体流动的间隙(通道)，通道最大高度等于或低于b’+b”；通道通过选自包括垫圈的组的技术或者通过钎焊、铜焊、3D打印或任何其他密封技术而被密封；每个通道包括至少一个入口端口和至少一个出口端口，所述至少一个入口端口和所述至少一个出口端口由板中的孔提供或者通过在两个相邻的板之间中未密封的情况下的间隔而提供；另外，在堆叠时，流体1和流体2分别在板n的上方和下方流动；流体2在板(n-1)的上方流动，并且流体1在板(n+1)和板(n-1)的下方流动；热传递区或热传递区域包括供流体1与流体2间接接触的所有板区域；板的热传递区域包括区段S(n-1)、S(n)、S(n+1)，n为整数数字；相邻的所述区段共享共用的中间线(IML、边界线、障碍线ObL)；边界线在XY谷平面上的投影表示为区段线；区段线能够采用任何形状，包括具有在谷平面内连续的以及不连续的直线、Z字形、曲线的组中的这些形状，从而允许任何形状、尺寸或朝北的取向用于所述区段；所述区段的形状能够选自包括下述各者的组：大致平行于东-西轴线的矩形区段、大致西南-东北轴线定向的三角形区段的阵列、全部均具有任何形状、尺寸以及朝北取向的弯曲区段和Z字形区段的阵列；两个相邻的区段之间的区段表面是垂直于XY板平面的表面，并且所述区段表面包含区段线上的位于谷平面与峰平面之间的所有点；所述相邻的区段之间的IML被包含于所述区段表面中；标准区段表示包括下述各者的区段：(i)高波形区(HWZ)，(ii)一个或更多个边界线(IML)，其中，相邻的区段或相邻的非热传递构件包括具有垫圈、入口和出口的组中的构件，以及(iii)将HWZ与IML互联的一个或更多个传递区或过渡区(TZ)；非标准区段表示包括所述各者中的两者或更少者的区段；非标准区段能够包括低波形区(LWZ)；

所述板的特征在于选自以下的构型：

所述HWZ包括由交替的峰线和谷线形成的高波，其中，每个相邻的峰-谷-峰(P’-V’-P’)形成用于在板的上方的间隙中流动的流体的流动路径，并且其中，每个相邻的谷-峰-谷(V”-P”-V”)形成用于在板的下方的间隙中流动的流体的流动路径；所述峰线和谷线能够指向任何预定的取向，包括大致平行、大致垂直、以及至少一个部分相对于至少一个另一个部分朝向不同的方向定向；所述峰线能够采取任何形状，包括选自包括直线、Z字形、曲线、多边形形状、至少部分弯曲的形状的组的形状；相邻的峰线和谷线能够以预定的峰-峰波长(a)均匀地间隔和/或任意地间隔；所述波以朝向北和/或朝向IML的任何预定取向而定向；HWZ能够被设置成既作为相邻的板之间的支撑又用于将流体沿着区段以预定的角度朝向IML引导；

所述HWZ长度在实现高压降和高热传递系数的短长度与实现低压降和较低热传递系数的相应的较长长度之间变化；

IML和与所述IML相邻的两个过渡区一起形成至少部分地阻挡板的上方和/或下方的流动的障碍部；所述IML的区域与所述两个过渡区一起被表示为障碍区(ObZ)；流动路径的在所述IML上的未被阻挡的横截面表示为窗口；障碍部高度加上窗口高度等于绘制深度b’＝b”；在板(P’-V’-P’)的上方的流动路径中，所述障碍部开始于较低的高度V’处并且上升至IML，0＝h(IML)＝b；在所述板(V”-P”-V”)的下方的流动路径中，所述障碍部开始于较高的高度P”处并且下降至IML，0＝h(IML)＝b；IML在所述区段表面中能够采取选自包括处于恒定高度的直线、Z字形、曲线的组的任何形状；所述IML的至少一个部分与第二部分相比能够以不同的方式定向，包括竖向倾斜、均匀倾向的倾斜和非均匀倾斜；

对于将所述HWZ与所述IML互连的所述过渡区(TZ)，将峰或谷连接至所述IML的部分以在从陡的大致达约90度、包括约45度的中等倾斜度、至包括约30度和约15度的缓倾斜角度的范围内的角度上升；在大致达约90度的情况下，所述过渡区的长度大致等于t+倒圆半径，测得为约t＝1.5t＝b/2；由此，在所述情况下，两个相邻的过渡区具有的总长度为约b；在缓倾斜角度的情况下、例如在15度的情况下，长度(TZ)＝2b；

区段S(n)能够与S(n-1)和/或S(n+1)互连，并且所述相邻的区段共享共同的IML；IML(n/n+1)和IML(n/n-1)是相同的或是不同的；对于IML(n/n+1)和IML(n/n-1)中的每一者，至少一个第一TZ与至少一个第二TZ是相同的或是不同的；由于所述区段中的每个区段包括所述三个部分(HWZ、IML、TZ)，因此如果所有所述三个部分相同则两个区段就是等同的，否则如果所述部分中的至少一个部分不同则所述区段就是不同的；沿着3个或更多个区段的序列，所述序列的至少一个第一部分与至少一个第二部分是相同的，或者所述序列的所有部分都是不同的；所述差异能够形成其中所述区段的序列的至少一个部分在其他部分中周期性地或非周期性地重复的图案；区段S(n)的所述HWZ包括相对于IML(n/n+1)成任何角度的波、包括大致平行于北的波，并且相邻的区段S(n+1)的HWZ的波的角度与区段S(n)的所述角度是相同的或是不同的；

区段具有相同的或不同的波长(a)；两个相邻的区段S(n)和S(n+1)能够以使得S(n)和S(n+1)的HWZ中的谷线的两个终端以面向彼此地位于与IML(n/n+1)相同的水平垂直线上的方式互连；附加地或替代性地，S(n)和S(n+1)的HWZ中的峰线的两个终端能够面向彼此地位于与IML(n/n+1)相同的水平垂直线上；在这种情况下，从一个HWZ中的流动路径朝向IML流动的流体在流动方向发生变化或不发生变化的情况下经过障碍部并且继续流动到该HWZ中的位于IML的另一侧的对置的流动路径中；通过使所述相邻区段中的一个区段相对于所述第二区段以下述相移偏移量(PH)移动而在相邻区段之间实现相移：所述相移偏移量(PH)是正的或是负的、即相对于流动方向向左或向右、并且绝对值大于或等于0(无偏移)、并且小于或等于波长a或是任何其他预定值；相邻区段之间的相移偏移量是相同的或是不同的；对于区段S(n)与区段S(n+1)之间的PH～a/2的相移，区段S(n)中的用于在板(P’V’P’)的上方流动的流体的流动路径面向区段S(n+1)中的最大障碍部(V’P’V’)，其中，区段S(n)的谷线V’面向区段S(n+1)的峰线P’；障碍部P’V’P’提供了两个高度为b/2的三角形窗口，其中，左侧的鞍点(M)和右侧的鞍点(M)位于IML(n/n+1)上，其中，左侧的窗口从左至右追随线P’(n)MP’(n+1)，并且右侧的窗口从左至右追随线P’(n+1)MP’(n)；在板的上方于流动路径P’(n)V’(n)P’(n)中流动的流体在S(n+1)中分为两个流动路径，一个流动路径向左并且一个流动路径向右，从而借助于微通道而提供增加的混合以及分别提供左旋涡和右旋涡；每个所述窗口的横截面面积为流动路径的初始横截面P’(n)V’(n)P’(n)的横截面的约四分之一；S(n)与S(n+1)之间的传递区将S(n)和S(n+1)的相应的HWZ互连至IML(n/n+1)；区段S(n)的HWZ包括相对于IML(n/n+1)成任何角度的波、包括大致平行于北的波，并且相邻的区段S(n+1)的HWZ的波的角度与区段S(n)的所述角度是相同的或是不同的；以及

HWZ包括由交替的峰线和谷线形成的高波的几何形状，从而为在板的上方流动的流体提供多个分开的流动路径以及为在板的下方流动的流体提供多个分开的流动路径；流动方向被HWZ几何形状沿着相对于北的预定角度或多个预定角度而引导；所述流被朝向相邻区段之间的障碍线(IML)引导，其中，到达流体的流动方向以任何角度与所述IML汇合；两个相邻区段的HWZ中的流动路径将流沿相同的方向引导或者沿不同的方向引导，在这种情况下，由于在通过IML时流动方向的变化而提供了额外的涡流；HWZ还沿着抵接线提供支撑，从而实现增加的支撑，由此板堆叠体承受压力的能力增强，并且因此使得金属片厚度更薄；几何形状使得能够提供其中流体不需要沿着路径从零加速的不间断的连续螺旋流，因此压降主要是由于流体和壁的摩擦损失而造成的，这致使热传递系数增加以及压降减小。