CN112577356B - 换热板及包含该换热板的换热器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种换热板及包含该换热板的换热器，解决圆形端口边界与矩形换热板直线边界不能完全对应的问题，换热板包括换热区、密封道，换热区包括四个端角的介质端口、导流区和主换热区，设置介质端口的轮廓为由第一直边、第一曲线、第二直边、第二曲线段依次相连，第一、二直边分别与换热板的横边、纵边平行，第一直边和第二直边的两端分别通过向端角凸出的第一曲线和与第一曲线反向突出的第二曲线段连接，通过提高介质端口与换热板直线横边和纵边的相容性，介质端口可向换热板拐角处移动，充分利用端口和换热板边界间的空间，提高换热板片拐角处的材料的利用率，增加换热板有效换热面积，进而降低换热板成本。

Description

换热板及包含该换热板的换热器

技术领域

本发明涉及换热器领域，尤其涉及一种换热板及包含该换热板的换热器。

背景技术

现有板式换热器核心元件换热板通常为矩形状，分别在四个拐角位置设置介质的进出端口，为了更好地与管道配合，通常的端口为圆形，圆形端口布置在矩形换热板片上时，端口的圆形边界与换热板直线边界组合后，两者之间难以完全对应，总会存在一部分空间无法利用，导致降低换热板的材料利用率，限制了换热板进出端口大大小以及端口间横纵向间距，若要增加进出端口的大小以及进出端口间的横纵向距离，只能通过增加换热板材料的宽度和长度尺寸，从而增加了换热板的材料成本。

发明内容

本发明提供一种换热板及包含该换热板的换热器，解决圆形端口边界与矩形换热板直线边界不能完全对应的问题，实现充分利用端口和换热板边界间的空间，提高换热板材料利用率，降低换热板材料成本的目的。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案一方面是：一种换热板，其包括换热区(1)和位于换热区外围的密封道(2)；换热区(1)，包括介质端口(3)、导流区(4)和主换热区(5)，所述介质端口(3)、所述导流区(4)和所述主换热区(5)依次连通；

所述主换热区(5)位于换热板中部；

所述导流区(4)位于介质端口(3)和主换热区(5)之间，连通介质端口(3)和主换热区；

所述介质端口(3)位于换热区(1)的端部，即分别在换热板四个端部的角形区域形成，所述介质端口的轮廓为：由第一直边(31)、第一曲线(33)、第二直边(32)、第二曲线段(34)依次相连；

-所述第一直边(31)与换热区的横边界平行，所述第二直边(32)与换热区的纵边界平行；

-所述第一直边(31)和第二直边(32)的一个端点通过第一曲线(33)连接，所述第一直边(31)与第二直边(32)的另一个端点通过第二曲线段(34)相连，形成闭合轮廓；

-所述第一曲线(33)靠近换热区的端角，并向端角的方向凸出。

进一步地，所述第一直边(31)、第二直边(32)相对于介质端口的中心对称设置。

进一步地，所述第二曲线段由两边的曲线和中部的第三直边(35)相连组成，两边的曲线相对于介质端口的中心对称设置。

进一步地，所述第一直边(31)到换热板片边缘的直线距离小于等于第二直边到换热板片边缘的距离。

进一步地，所述密封道(2)，包括内边界(21)和外边界(22)；

-所述内边界(21)形成在换热区(1)的外侧；

-所述外边界(22)，沿换热板的轮廓边缘线形成，或者所述外边界(22)与换热板的轮廓边缘线重合；

所述换热板的轮廓边缘线由换热板的横边(7)和纵边(8)首尾相连构成；

-拐角(6)为所述横边(7)和所述纵边(8)端点相连处，介质端口(3)的第一直边(31)与所述横边(7)平行；介质端口的第二直边(32)与所述纵边(8)平行；

-第一直边(31)和第二直边(32)分别与密封道(2)的内边界重合，第一曲线(33)靠近拐角(6)，向拐角(6)的方向凸出；

-第一直边(31)到横边(7)的距离小于等于第二直边(32)到纵边(8)的距离。

进一步地，第一直边(31)和第二直边(32)作公切圆，即设第一虚拟圆(11)分别与第一、二直边相切；所述第二曲线段(34)与所述第一虚拟圆(11)有两个交点，所述第二曲线段(34)的远离换热区的端角的轮廓为朝向拐角方向突出的曲线。

进一步地，第二曲线段(34)上设有第三直边(35)，所述第三直边(35)与所述第一虚拟圆(11)有两个交点；

所述第一虚拟圆的圆心为第一圆心，则第一直边到所述第一圆心的垂线距离等于第二直边到第一圆心的距离，前述距离大于第三直边到第一圆心的距离。

进一步地，所述第一曲线为弧线；所述第二曲线段分别与第一直边、第二直边相接的部分为弧线段。

进一步地，所述导流区(4)内设有第二级导流结构(41)，第二级导流结构(41)中设有高阻力导流区(410)、中阻力导流区(411)、低阻力导流区(412)，流通截面积沿从高阻力导流区(410)到低阻力导流区(412)的方向逐渐减少。

本发明采用的技术方案的另一方面是提供一种换热器，其包括上述的任意一种换热板。

本发明具有的优点和积极效果是：

本发明所述的一种换热板在介质端口处增加第一直边和第二直边，通过提高介质端口与换热板直线横边和纵边的相容性，介质端口可向换热板拐角处移动，提高换热板片拐角处的材料的利用率，增加换热板有效换热面积，进而降低换热板成本，另一方面，两处直边的设置，可将介质端口为圆形时，介质端口与横边和纵边间无法利用的空间设置到介质端口内，可扩大介质端口的流通面积，提高介质端口允许通过的最大流通量，增加同尺寸板片介质流通量的适用范围，避免因端口流速限制而增加换热板宽度进而增加成本的问题发生。考虑到上述问题而提出了本发明。

附图说明

通过结合附图对本发明实施例进行更详细的描述，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1为本发明的换热板的一个实施例的结构示意图。

图中：

1-换热区；2-密封道；21-内边界；22-外边界；3-介质端口；31-第一直边；32-第二直边；33-第一曲线；34-第二曲线段；35-第三直边；4-导流区；41-第二级导流结构；410-高阻力导流区；411-中阻力导流区；412低阻力导流区；5-主换热区；6-拐角；7-横边；8-纵边；9-第一圆心；10-无法利用空间；11-第一虚拟圆；12-第二虚拟圆；13-第二圆心。

具体实施方式

为了使得本发明的目的、技术方案和优点更为明显，下面将参照附图详细描述根据本发明的示例实施例。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是本发明的全部实施例，应理解，本发明不受这里描述的示例实施例的限制。基于本发明中描述的本发明实施例，本领域技术人员在没有付出创造性劳动的情况下所得到的所有其它实施例都应落入本发明的保护范围之内。

首先，参照图1来描述用于实现本发明实施例的示例。

实施例1

如图1所示，一种换热板，包括换热区1和位于换热区1外围的密封道2，换热区1包括依次连通的介质端口3、导流区4和主换热区5，密封道2包括内边界21和外边界22，内边界21在换热区1的外侧，外边界22是由换热板的横边7和纵边8首尾依次相连构成；介质端口3位于换热区1的端部，在换热板四个拐角6的内侧，拐角6是横边7和纵边8端点相连处，主换热区5位于换热板中部，导流区4位于介质端口3和主换热区5之间，介质端口3包括与横边7平行的第一直边31和与纵边8平行的第二直边32，第一直边31和第二直边32分别与密封道2的内边界21重合，第一直边31与第二直边32间通过第一曲线33相连，第一曲线33靠近拐角6，向拐角6的方向凸出，第一直边31到横边7的距离小于等于第二直边32到纵边8的距离。

板式换热器是冷、热介质进行热量传递的设备，为了实现冷、热介质的热量交换，换热板上设置有换热区1和位于换热区外围的密封道2，密封道2内安装密封垫，防止换热区1内介质外漏到换热板外，冷、热介质会通过管网进入换热器内，为了能与圆形管路更好的连接，板式换热器的介质通孔以及换热板片上的介质端口3均会设计成圆形，但制造板式换热器的换热板的原材料为矩形状，圆形的介质端口3设置在矩形四个拐角处时，介质端口3的圆形边界与换热板的横边7和纵边8形成的直角拐角6难以完全对应，在保证密封道2内能够安装密封垫的前提下，介质端口4和换热板横边7和纵边8间总会留出无法利用空间10，这部分空间无法设计到介质端口3内用于增加介质端口3的流通面积，也无法设计到密封道2侧用于增加密封道2的宽度，致使无法利用空间10不能得到有效利用，对结构紧凑的换热板来说，无疑是降低了换热板上换热区1的有效换热面积，换热板的材料利用率无法达到最大；

介质端口3上设置了第一直边31和第二直边32，分别与换热板的横边7和纵边8平行，第一直边31与位于横边7侧的密封道内边界21重合，第二直边32与位于纵边8侧的密封道内边界21重合，将圆形介质端口3与介质端口3边界与换热板得横边7和纵边8间无法利用的空间10设计到介质端口3内，增大了换热板材料边缘区域的利用率，通过利用换热板边缘区域的面积而并非通过侵占换热区1内导流区4的面积的方式，增大了介质端口3的流通面积10％～30％，在换热板宽度限制的情况下，此处增大的介质端口3的流通面积，可扩大换热板在此宽度下可通过的最大流量值，避免常规圆形介质端口时，只能通过增加换热板宽度来增加换热板可通过的最大流量值问题，可实现大流量情况下，换热器成本的降低，充分体现了介质端口3设置第一直边31和第二直边32的优势，解决了了现有技术中曲线介质端口无法实现的技术问题。

第一直边31距离横边7的距离小于等于第二直边32距离纵边8的距离，第一曲线33向拐角6的方向凸出，由此增加了介质端口3的流通横截面积，介质流通截面积的增加，降低了介质在介质端口3处的流动阻力，有利于导流区4导流结构的设计；

如图1所示，存在第一虚拟圆11分别与第一直边31和第二直边32相切，第二曲线段34与第一虚拟圆11有两个交点，第一虚拟圆11即为常规换热板上设置的圆形介质端口，第二曲线段34较第一虚拟圆11的边界点向外即向拐角6的方向扩张，使导流区4也可向拐角6方向移动，由此可增加主换热区5的换热面积。

实施例2:

比实施例1更为具体的是，如图1所示，存在第一虚拟圆11分别与第一直边31和第二直边32相切，第二曲线段34上设有第三直边35，第三直边35与第一虚拟圆11有两个交点；第一虚拟圆11的第一圆心9，则第一直边31到第一圆心9的垂线距离等于第二直边到第一圆心9的距离，大于第三直边35到第一圆心9的距离，则存在分别与第一直线31、第二直线32和第三直线35均相切的第二虚拟圆12，第二虚拟圆12的圆心为13，则第二圆心13必在第一圆心11的斜上方，即第二圆心13较之第一圆心更加靠近拐角6，由此可看出介质端口3较之常规圆形介质端口均向四个拐角6的方向偏移，使介质端口3的横向和纵向间距扩大，由此可使导流区4的位置上移，则主换热区5所占面积随之增加，在换热板板材固定的前提下，通过介质端口三条直边段的设置，便可增加换热板的换热面积近5～10％，这一结果同样是换热器行业所有技术人员不断追求的结果。

第一直边31到第一圆心9的垂线距离等于第二直边到第一圆心9的距离，大于第三直边35到第一圆心9的距离，降低了介质端口3在此处的曲率，使介质端口3在靠近导流区4的位置更为平坦，介质流过介质端口3后进入导流区4时，沿第二曲线段34的方向介质压力降梯度较小，导流区4的作用是使介质通过介质端口3后，能够以尽量均匀地进入主换热区5，防止偏流和流动死区出现，故在有限的空间内，介质通过介质端口3后产生较小的压力降梯度使导流区4内导流结构的设计更为容易。

实施例3:

比实施例1和2更为具体的是，导流区4内设有第二级导流结构41，第二级导流结构41中设有高阻力导流区410、中阻力导流区411、低阻力导流区412，流通截面积沿从高阻力导流区410到低阻力导流区412的方向逐渐减少；根据介质通过介质端口3后通过导流区4进入主换热区5的流动长度的不同，在导流区4内设置了第二级导流结构41，将远离介质端口3的位置，介质流动长度最大，设置低阻力导流区412，在距离介质端口3最近的位置，介质流动阻力最小，设置高阻力导流区412，在高阻力导流区410和低阻力导流区412之间设置中阻力导流区411，介质通过第二级导流结构41的流动阻力的高低，是通过第二级导流结构41内不同阻力区流通截面积的大小实现的，高阻力导流区410的介质流通截面积最小，流速最大，流动阻力最大，低阻力导流区412的介质流通截面积最大，流速最小，流动阻力最小，中阻力导流区411的介质流通截面积居于两者之间，介质流过第二导流结构41后，即可均衡介质在整个导流区4内的流动阻力，实现以均匀压力进入主换热区5内，防止偏流和流动死区的存在。

实施例4:

一种换热板，包括换热区1和位于换热区外围的密封道2；换热区1包括介质端口3、导流区4、主换热区5，主换热区位于换热板中部；

导流区位于介质端口和主换热区之间，连通介质端口和主换热区；

介质端口位于换热区的端部，即分别在换热板四个端部的角形区域形成，所述介质端口的轮廓为：由第一直边31、第一曲线33、第二直边32、第二曲线段34依次相连；

-所述第一直边与换热区的横边界平行，所述第二直边与换热区的纵边界平行；

-所述第一直边和第二直边的一个端点通过第一曲线连接，所述第一直边31与第二直边的另一个端点通过第二曲线相连，形成闭合轮廓；

-所述第一曲线靠近换热区的端角，并向端角的方向凸出。

实施例5:

比以上实施例更优选的是，第一直边、第二直边相对于介质端口的中心对称设置。

实施例6:

需要说明的是，在不同的实施例中，第一、二直边长度可以相同也可以不同，二者也可以不对称设置。

实施例7:

比以上实施例更优选的是，第二曲线段由两边的曲线和中部的第三直边相连组成，两边的曲线相对于介质端口的中心对称设置。

实施例8:

需要说明的是，在不同的实施例中，第二曲线段，也可以由不同弧度的曲线组成，比如中间段的曲线其弧度可以较小，但可以不为直线。

实施例9:

比以上实施例更优选的是，所述第一直边到换热板片边缘的直线距离小于等于第二直边到换热板片边缘的距离。

实施例10:

比以上实施例更优选的是，

一种换热板，密封道2包括内边界21和外边界22；

-所述内边界形成在换热区1的外侧；

-所述外边界，沿换热板的轮廓边缘线形成，或者所述外边界与换热板的轮廓边缘线重合；

所述换热板的轮廓边缘线由换热板的横边7和纵边8首尾相连构成；

-拐角6为所述横边和所述纵边端点相连处，介质端口3的第一直边与所述横边7平行；介质端口的第二直边与所述纵边8平行；

-第一直边和第二直边分别与密封道的内边界重合，第一曲线靠近拐角6，向拐角的方向凸出；

-第一直边到横边的距离小于等于第二直边到纵边的距离。

实施例11:

比以上实施例更优选的是，第一直边和第二直边作公切圆，即设第一虚拟圆11分别与第一、二直边相切；所述第二曲线段34设置成与所述第一虚拟圆11有两个交点，所述第二曲线段的远离换热区的端角的轮廓为朝向拐角方向突出的曲线。例如，在对角的方向上，第二曲线段的前述两个交点之间的轮廓线段为面向导流区的凹陷、面向拐角的凸起设置。

实施例12:

比以上实施例更优选的是，第二曲线段34上设有第三直边35，所述第三直边与所述第一虚拟圆有两个交点；

所述第一虚拟圆的圆心为第一圆心，则第一直边到所述第一圆心的垂线距离等于第二直边到第一圆心的距离，前述距离大于第三直边到第一圆心的距离。

实施例13:

比以上实施例更优选的是，所述第一曲线为弧线；所述第二曲线段分别与第一直边、第二直边相接的部分为弧线段。

实施例14:

需要说明的是，在不同的实施例中，第一曲线可以为变曲度的弧线组成，或者抛物线等曲线形状。

实施例15:

比以上实施例4到15更具体的是，导流区4内设有第二级导流结构41，第二级导流结构41中设有高阻力导流区410、中阻力导流区411、低阻力导流区412，流通截面积沿从高阻力导流区410到低阻力导流区412的方向逐渐减少。

实施例16:

一种换热器，包括上述实施例中的任何一种换热板。

以上本发明的实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本专利涵盖范围之内。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种换热板，其特征在于，包括换热区(1)和位于换热区外围的密封道(2)；换热区(1)，包括介质端口(3)、导流区(4)和主换热区(5)，所述介质端口(3)、所述导流区(4)和所述主换热区(5)依次连通；

所述主换热区(5)位于换热板中部；

所述导流区(4)位于介质端口(3)和主换热区(5)之间，连通介质端口(3)和主换热区；

所述介质端口(3)位于换热区(1)的端部，即分别在换热板四个端部的角形区域形成，所述介质端口的轮廓为：由第一直边(31)、第一曲线(33)、第二直边(32)、第二曲线段(34)依次相连；

-所述第一直边(31)与换热区的横边界平行，所述第二直边(32)与换热区的纵边界平行；

-所述第一直边(31)和第二直边(32)的一个端点通过第一曲线(33)连接，所述第一直边(31)与第二直边(32)的另一个端点通过第二曲线段(34)相连，形成闭合轮廓；

-所述第一曲线(33)靠近换热区的端角，并向端角的方向凸出；

所述第一直边(31)、第二直边(32)相对于介质端口的中心对称设置；

所述密封道(2)，包括内边界(21)和外边界(22)；

-所述内边界(21)形成在换热区(1)的外侧；

-所述外边界(22)，沿换热板的轮廓边缘线形成，或者所述外边界(22)与换热板的轮廓边缘线重合；

所述换热板的轮廓边缘线由换热板的横边(7)和纵边(8)首尾相连构成；

-拐角(6)为所述横边(7)和所述纵边(8)端点相连处，介质端口(3)的第一直边(31)与所述横边(7)平行；介质端口的第二直边(32)与所述纵边(8)平行；

-第一直边(31)和第二直边(32)分别与密封道(2)的内边界重合，第一曲线(33)靠近拐角(6)，向拐角(6)的方向凸出；

-第一直边(31)到横边(7)的距离小于等于第二直边(32)到纵边(8)的距离；

第一直边(31)和第二直边(32)作公切圆，即设第一虚拟圆(11)分别与第一、二直边相切；所述第二曲线段(34)与所述第一虚拟圆(11)有两个交点，所述第二曲线段(34)的远离换热区的端角的轮廓为朝向拐角方向突出的曲线；

第二曲线段(34)上设有第三直边(35)，所述第三直边(35)与所述第一虚拟圆(11)有两个交点；

所述第一虚拟圆的圆心为第一圆心，则第一直边到所述第一圆心的垂线距离等于第二直边到第一圆心的距离，前述距离大于第三直边到第一圆心的距离。

2.根据权利要求1所述的一种换热板，其特征在于，所述第二曲线段由两边的曲线和中部的第三直边(35)相连组成，两边的曲线相对于介质端口的中心对称设置。

3.根据权利要求1所述的一种换热板，其特征在于，所述第一直边(31)到换热板片边缘的直线距离小于等于第二直边到换热板片边缘的距离。

4.根据权利要求1所述的一种换热板，其特征在于，所述第一曲线为弧线；所述第二曲线段分别与第一直边、第二直边相接的部分为弧线段。

5.根据权利要求1所述的一种换热板，其特征在于，所述导流区(4)内设有第二级导流结构(41)，第二级导流结构(41)中设有高阻力导流区(410)、中阻力导流区(411)、低阻力导流区(412)，流通截面积沿从高阻力导流区(410)到低阻力导流区(412)的方向逐渐减少。

6.一种换热器，其特征在于，包括权利要求1至5中的任何一种所述换热板。