板式换热器

技术领域

本申请涉及换热技术领域，尤其涉及一种板式换热器。

背景技术

通常板式换热器包括多个板片，多个板片通过诸如钎焊等方式层叠结合在一起，板片之间的空间用于供换热流体流通。

相关技术中有例如图1所示的换热板片的结构，换热板的板主体11的表面上设置有多个凹部12和凸部13，相邻凹部12之间以曲面过渡连接，且曲面的底部高于凹部12的底部。当换热流体流过相邻热交换板之间形成的通道时，凸部13利于强化横向上流体分配效果，且在细长凸部13的下方处可以形成涡流从而提高板片的热交换效率。但是相关技术中板式换热器的换热性能仍存在改进空间。

发明内容

本申请的发明目的在于提供一种具有较好换热性能的板式换热器。

本申请提供了一种板式换热器，包括若干层叠设置的板片，所述若干板片包括至少一组相邻的第一板片和第二板片；所述板片具有相背设置的正面和反面；所述第一板片的正面和所述第二板片的反面相对；所述第一板片和所述第二板片均设有主换热区；所述第一板片和所述第二板片中的任一板片均具有位于主换热区的基板部和多个凸起部；所述基板部于对应板片的正面和反面均呈平面设置；所述凸起部在对应板片正面自所述基板部凸起，所述凸起部在对应板片反面相对于所述基板部形成凹坑；

所述基板部包括若干路口部和若干通道部，所述路口部的周向分布有至少三个凸起部和至少三个通道部；所述至少三个凸起部和至少三个通道部均与该路口部相连；每个通道部位于相邻的两个凸起部之间，该两个相邻凸起部分别与该路口部的中心距离最近的点之间的连线与通道部与路口部的边界线重合；其中，对同一通道部而言，该通道部沿第一延伸方向连接于相邻的两个路口部之间，该通道部沿第二延伸方向连接于相邻的两个所述凸起部之间，且该通道部沿第二延伸方向上的最大尺寸小于等于该通道部沿第一延伸方向上的尺寸；

第一板片正面的凸起部与第二板片反面的通道部至少部分区域相接触，第二板片的凸起部在第二板片反面形成的凹坑与第一板片正面的通道部至少部分区域相对设置。

本申请的板式换热器对第一板片和第二板片中任一板片而言，板片的凸起部在板片正面相对于基板部凸起，凸起部在板片反面形成的凹坑有利于流经板片反面的流体在凹坑处形成涡流增强流体掺混效果，提高换热效率。板片正面处相连接的路口部和通道部有利于形成相对开放的通道结构，从而便于将流体热量及时输运，这样整体上有利于在相邻板片之间建立对流换热的热量提取和传输机制，从而强化板式换热器产品的换热性能。

附图说明

图1是本申请背景技术涉及的相关板片的结构示意图；

图2是本申请提供的一种板式换热器的结构示意图；

图3是本申请提供的一种第一板片的正面结构示意图；

图4是图3中第一板片的反面结构示意图；

图5是图3中第一板片正面的局部结构示意图；

图6是图4中第一板片反面的局部结构示意图；

图7是本申请提供的一种第一板片和第二板片装配结构示意图；

图8是本申请提供的一种第二板片正面局部位置的结构示意图；

图9是本申请提供的另一种第一板片和第二板片装配结构示意图；

图10是本申请提供的另一种第一板片或第二板片的局部结构示意图；

图11是本申请提供的另一种第一板片和第二板片装配结构示意图；

图12是本申请提供的另一种第一板片正面局部位置的结构示意图；

图13是本申请提供的另一种第一板片正面局部位置的结构示意图；

图14是图13沿A-A线方向的剖面示意图；

图15是本申请提供的另一种凸起结构俯视示意图。

具体实施方式

板式换热器是一种高效紧凑换热器，可广泛应用于制冷空调、新能源汽车等行业。参考图2至图15，本申请的一实施方式中提供了一种板式换热器10，板式换热器10的主芯体部分包括若干层叠设置的板片100，板式换热器10还包括设置有主换热芯体厚度方向一侧的若干外接管20，外接管20用于对接其他系统元件。

若干板片100包括至少一组相邻的第一板片101和第二板片102。若干板片100也可以有多组相邻的第一板片101和第二板片102，第一板片101和第二板片102交替设置，每张板片100包括相背设置的正面1001和反面1002。第一板片101的正面1001和第二板片102的反面1002相对。相邻的板片100之间具有供流体流动的间隙。在本申请中，板片100的正面1001和反面1002是对板片相背的两个换热面进行名称上的区分。可以定义板片100的翻边所围拢的一侧的表面为板片100的反面1002，相应的，与反面1002相背的另一面是板片100的正面1001。当然，也可以反过来设置，即定义板片100的翻边所围拢的一侧的表面为板片100的正面1001，相应的，与正面1001相背的另一面是板片100的反面1002。或者也可以通过其他定义正反面的方式定义板片100的正面1001和反面1002。

第一板片101和第二板片102均设有主换热区11。参考图3和图4，第一板片101具有位于其主换热区11的基板部110和多个凸起部111，基板部110大致呈平板状，即基板部110位于板片正面1001的表面和位于板片反面1002的表面均呈平面设置，多个凸起部111彼此间隔且凸起部111在第一板片101的正面1001自基板部110凸起，相应的，凸起部111在第一板片101的反面1002相对于基板部110形成凹坑112。

同样的，第二板片102具有位于其主换热区11的基板部110和多个凸起部111，多个凸起部111彼此间隔且凸起部111在第二板片102的正面1001自基板部110凸起，相应的，凸起部111在第二板片102的反面1002相对于基板部110形成凹坑112。

基板部110包括若干路口部12，路口部12周围具有至少三个凸起部111，图5是路口部12周围具有四个凸起部111为例，即路口部为十字路口，相应的，基板部110还具有若干通道部13，路口部12周围还具有至少三个通道部13，参考图5，每个通道部13位于相邻的两个凸起部111之间，该两个相邻凸起部111分别与该路口部12的中心(以图5中的O点示例)距离最近的点之间的连线(以图5中的线条S0示例)与通道部13与路口部12的边界线重合。对同一个通道部13而言，通道部13沿第一延伸方向连接于两个路口部12之间。通道部13沿第二延伸方向连接于相邻的两个凸起部111之间，参考图5，对位于相邻的两个凸起部111之间的通道部13而言，该相邻的两个凸起部111与该通道部13相连接的交汇处之间的最大间距L2小于该通道部13第一延伸方向两侧的两个路口部12的中心点之间的距离L1。从而通道部13具有自路口部12并向远离路口部12的方向延伸的细长形态。通道部13沿其第二延伸方向上的尺寸在通道部13的不同位置可以相等也可以不相等。通道部13沿第二延伸方向上的最大尺寸小于等于该通道部13沿第一延伸方向上的尺寸。本申请的实施方式中，以通道部13沿第二延伸方向上的最大尺寸小于该通道部13沿第一延伸方向上的尺寸进行示意。第一延伸方向可以是通道部13的长度方向，第二延伸方向可以是通道部13的宽度方向。

通道部13的形状可以有多种，通道部13位于第二延伸方向两侧的两个侧边中，两个侧边的大部分区域可以都为直线；或者两个侧边的大部分区域可以呈弧形过渡；或者两个侧边中一个侧边的大部分区域为直线，另一个侧壁的大部分区域呈弧形过渡；弧形可以沿第二延伸方向向内或向外设置；或者，两个侧边之间可以两端间距小，中间间距大等等，甚至通道部13呈类似“S”型扭曲的形状。本申请对通道部13的形状不做具体限制。

参考图7所示，当第一板片101和第二板片102装配在一起后，第一板片101正面1001的凸起部111与第二板片12反面1002的通道部13至少部分区域相接触，第二板片12的凸起部111在第二板片12反面1002形成的凹坑112与第一板片101正面1001的通道部13至少部分区域相对设置。凸起部111通过其顶部21与相邻板片焊接固定，较多的焊点保证了板片之间连接的稳定性，可以有效提高产品强度。

图6所示的凸起部111在板片反面1002侧所形成的凹坑112，有利于促使流体形成强化换热的较大尺度“涡流(Vortex)”，参考带箭头的黑色虚线的流动示意，流体通过涡流破坏板片近壁处的热量边界层，可以有效卷席板片壁面的热量，可以简单理解为整个换热过程的热量“提取”阶段。同时，参考图5所示，凸起部111在板片正面1001凸起，从而构成了若干路口部12和与路口部12相连接的通道部13，多条通道部13和多个路口部12相连通形成较为通畅的流道结构，当流体这一侧高速流动时，路口部12和通道部13作为“热量输运”的结构，可参考图5中带箭头的黑色实线示意，该种凸起部111的布局方式有利于热量的输运，例如可以把图6中凹坑112处由“涡流”卷吸到的热量及时输运走。相邻板片装配后，上方板片的反面可以形成“涡流”，下方板片相对开放的通道结构将“涡流”处提取到的热量进行运输，上下设置的板片有利于在相邻板片之间建立“对流换热”的机制，构建涡强化对流换热的物理机制，即“涡流”的产生-发展-卷吸-剥离完成了对热量的传递和输运，通过这种创新的板片的换热结构有利于使得板式换热器获得较好的换热性能。

图8以第二板片102的正面1001进行示意，通道部13包括第一子部133、第二子部134和第三子部135，第一子部133连接于第二子部134和第三子部135之间。对于位于通道部13第一延伸方向两侧的两个路口部12而言，其中一个路口部12与第二子部134第一延伸方向上远离所述第一子部133的一端连接，另一个路口部12与第三子部135第一延伸方向上远离第一子部133的一端连接，通道部13的第二子部134和第三子部135在沿通道部13的第一延伸方向上的尺寸相等。从而第一子部133的中心大致位于通道部13第一延伸方向的中点位置。这样有利于流体流动的均匀性。当然，第二子部134和第三子部在沿通道部13的第一延伸方向上的尺寸也可以不相等。本申请对此不作限制。

参考图9所示，当第一板片101和第二板片102装配在一起后，第一板片101正面1001的凸起部111与第二板片102反面1002的通道部13所对应的第一子部133焊接固定。

如果板式换热器只有一组第一板片101和第二板片102，第二板片102的若干通道部13中包括至少一个第一通道部131，该第一通道部131的第二子部134沿所述第一通道部13的第二延伸方向上的最大尺寸L4和第三子部135沿第一通道部13的第二延伸方向上的最大尺寸L5均小于第一子部134沿第一通道部131的第二延伸方向的最大尺寸L3。为了简化加工制造的难度，可以对板式换热器10的若干通道部13都设置中间位置面积相对两侧较大的形态，第一子部133沿第一通道部131的第二延伸方向即宽度方向的尺寸较大有利于扩大与另一张板片的焊接面积，提供板片之间连接的强度，从而提高产品稳定性。或者在第一板片101和第二板片102的若干通道部13中均设置多个第一通道部13，这样在具有多张第一板片101和多张第二板片102的板式换热器10中，可以有效提高相邻的第一板片101和第二板片102之间的连接强度。

具体的，参考图8，第一通道部131具有与凸起部111相交汇的侧部1311，侧部1311在第二子部134和第三子部135处均大致平直延伸，侧部1311在第一子部133处向外弯曲延伸，即侧部1311在第一子部133处呈远离第一通道部131沿第一延伸方向的中轴线的弧形，第一通道部131形成中间较粗两端较细的形状。

或者，侧部1311整体呈远离第一通道部131沿第一延伸方向的中轴线的弧形，且弧形的最高点位于第一子部133，即侧部1311整体上为弧形构造，弧形的最高点位于第一子部133有利于使得第一子部133沿第一通道部131的第二延伸方向即宽度方向的最大尺寸L3大于其他两个子部沿第一通道部131的第二延伸方向即宽度方向的最大尺寸。

在一些实施方式中，凸起部111具有顶部21以及侧壁22，顶部21具有用于焊接的平面或者微曲面，侧壁22连接于顶部21与基板部110之间。侧壁22具有与基板部110相连接的交汇部220，参考图10所示，交汇部220包括多个平直段221以及多个过渡段222。多个平直段221分别与不同的通道部13相交汇。

通道部13连接于相邻的两个凸起部111的平直段221之间。一些实施方式中，与通道部13相连的两个平直段221平行设置。多个平直段221的延伸方向拟合成封闭多边形，过渡段222连接于相邻的平直段221的延伸方向末端之间，相邻的平直段221之间通过过渡段222圆角过渡。

在一些实施方式中，顶部21在与板片层叠方向垂直的平面上的投影为椭圆形或者正圆形或者月牙形或者与封闭多边形相同的形状，例如顶部21为细长的菱形。位于平直段221与顶部21之间的侧壁22大致呈与板片层叠方向倾斜的平面。以图5示意的凸起部111的形状而言，其类似一个四棱锥台，四棱锥台的侧壁中位于过渡段222与顶部21之间的侧壁22呈弧形的壁面形态。

第一板片101和第二板片102可以为尺寸和形状完全相同的板片，因此其可以通过相同加工参数的模具进行制作，装配时，将其中一种板片相对于另一种板片水平旋转180°，有利于降低板片制造和管理成本。当然，在其他一些实施方式中，二者的高度也可以不相同，因此，板片也可以通过不同加工参数的模具进行制作，这样可以实现凸起部111凸起高度不同的板片100进行混配，可以实现非对称的流道设计，以及调整流体在产生“涡流”提取热量的能力与流体热量运输能力之间的匹配效果以满足不同换热性能的要求。

参考图10所示。凸起部111的交汇部220的若干平直段221包括第一平直段301、第二平直段302、第三平直段303和第四平直段304。该四个平直段221的延伸方向拟合为四边形。四边形的形状可以是矩形、菱形或者其他四边形。第一平直段301、第二平直段302、第三平直段303和第四平直段304可以均相对于板片长度方向L-L倾斜设置，相应的，与路口部12相连接的每个通道部13的第一延伸方向相对于板片长度方向L-L均倾斜设置。

第一平直段301和第二平直段302拟合的夹角记为第一夹角β1，第三平直段303和第四平直段304拟合的夹角记为第二夹角β2，第二平直段302和第三平直段303拟合的夹角记为第三夹角β3，第一平直段301和第四平直段304拟合的夹角记为第四夹角β4。这四个夹角中的每个夹角可以是锐角、直角或者钝角中的一种。且该四个夹角可以具有相同或者不同的角度。

其中，第一夹角β1的角尖A与第二夹角β2的角尖B之间的连线与板片长度方向L-L重合，第三夹角β3的角尖C和第四夹角β4的角尖D之间的连线与板片宽度方向W-W重合。凸起部111以类似网格状的矩阵形态布置，流体在板片上流动时，有利于使流体的形成“蜿蜒曲折”流动路径，从而强化板片的换热效果。

路口部12与四个通道部13分别连接，四个通道部13包括两个第二通道部136和两个第三通道部138，两个第二通道部136自路口部12向相反方向延伸，两个第三通道部138自路口部12向相反方向延伸。

参考图11和图12，在一些实施方式中，第二通道部136沿其第二延伸方向的尺寸L6大于第三通道部138沿其第二延伸方向的尺寸L7，在第一板片101和第二板片102装配时，第二板片102的凸起部111在第二板片102反面1002形成的凹坑112与第一板片101正面1001的第三通道部138至少部分区域相对设置。第二板片102反面1002的路口部12与第一板片101正面1001的第二通道部136至少部分区域相对设置。这样设置是目的是因为，在第一通道部138处流动的流体，其上方对应凹坑112，从而两张板片之间的间隙较大，流体可以流动的空间相对较大，而第二通道部136处流动的流体，其上方对应第二板，102的通道部13的一部分和路口部12的一部分，从而两张板片之间的间隙较小，流体可流动的空间相对较小，这样流体在第一板片101的正面1001和第二板片102的反面1002之间流动时，不同位置的通道部13处流体的流动阻力分布不均匀，因此，适当的调大第二通道部136第二延伸方向上的尺寸和/或适当的调小第三通道部138第二延伸方向上的尺寸，有利于流体更顺畅的快速流动，从而提高板式换热器的换热性能。

参考图13和图14，在一些实施方式中，多个凸起部111包括多个第一凸起部113和多个第二凸起部114，该多个第一凸起部113中的至少一部分分布于主换热区11的边沿，第二凸起部114的四个平直段221的延伸方向拟合的封闭多边形可以为规则的矩形或菱形形状。对第一凸起部113而言，其相对更靠近板片的角孔，即流体的进出口，第一凸起部113的第二夹角32的角尖B比第一夹角β1的角尖A靠近板片宽度方向的边沿S1，且第二夹角β2的角度小于第一夹角β1的角度。

位于第一平直段301和第二平直段302之间的过渡段222记为第一过渡段401，位于第三平直段303和第四平直段304之间的过渡段222记为第二过渡段402，侧壁22包括位于第一过渡段401与顶部21之间的第一侧壁51以及位于第二过渡段402与顶部21之间的第二侧壁52。如图14所示，第一侧壁51相对于与板片层叠方向垂直的平面的倾斜角度大于第二侧壁52相对于与板片层叠方向垂直的平面的倾斜角度。这样设置有利于第一凸起部113更靠近流体进出口的第二侧壁52以相比第一侧壁51更平缓的坡面引导流体进入主换热区11或者流出主换热区11。当流体以坡度较小的第二侧壁52流入凹坑112后，在撞击到坡度较大的第一侧壁51后更容易形成“涡流”，从而达到强化换热的目的。

交汇部220的若干个平直段221的延伸方向拟合的封闭多边形除了四边形之外，还可以为六边形等其他形状，甚至在同一张板片中可以设置2种及以上形状的凸起部111。参考图15所示，本申请的一些实施方式提供了其他形状的凸起部111，图15的凸起部111以其平直段221拟合为六边形进行示意。其类似“六棱锥台”。这种有利于提供更广泛的“非对称程度”和更多样性的“输运槽道”以适应不同应用场景下的“涡强化换热”过程。

以上实施方式仅用于说明本申请而并非限制本申请所描述的技术方案，对本说明书的理解应该以所属技术领域的技术人员为基础，例如“上”、“下”等方向性的描述，尽管本说明书参照上述的实施方式对本申请已进行了详细的说明，但是，本领域的普通技术人员应当理解，所属技术领域的技术人员仍然可以对本申请进行修改或者等同替换，而一切不脱离本申请的精神和范围的技术方案及其改进，均应涵盖在本申请的权利要求范围内。