CN100489430C - 一种自除垢板翅式换热器 - Google Patents

Abstract

一种自除垢板翅式换热器，包括板翅片复合形变承压容腔和通过密封与之配合的板片端盖，介质进出连接管，密封紧固件等组成。板翅片复合形变承压容腔和通过密封与之配合的板片端盖，介质进出连接管，可通过全焊接或半焊接连接组成热交换单元。热交换单元或板片组装起来，相互叠摞，形成介质流腔，焊接单元或板片之间用垫片密封，组成可拆卸换热器；板翅复合变形承压容腔为一板片、一翅片板、介质进出连接管通过焊接成形并带有结构成形管腔并联的复合体。承压容腔为翅片板的界面在较大压力下容积弹性膨胀形变，在较小压力下容积弹性收缩形变，其常压结构为除体积不可变化的圆弧形之外的其它形状，自除垢板翅式换热器壳体上可设置保温层。

Description

一种自除垢板翅式换热器

技术领域

本发明涉及一种自除垢板翅式换热器，属于换热器领域。

背景技术

目前，公知的空调高压制冷剂在冷凝放热时容易使所与之换热的水在水侧换热界面上产生水垢，造成换热效率下降，且容易造成换热通道的阻塞，使流阻增加，动力损失增加。如用于加热水的空调高压制冷剂散热器等。

空调机工作时压缩机排出的高温制冷气体时，高温气体的汽化热通过冷凝器排掉，制热时通过室内机供热。由于目前的空调机只具有空气温度调节和抽湿的功能，用途单一，能量利用率低。而且由于空调器的结构紧凑，特别是板式换热器结垢和所处的空间限制，使的换热器效率低，不易安装，不利于能量利用率的进一步提高。空调机制冷剂的循环管路上，可以加换热器进行余热利用或者进行冰蓄冷。为了实现该目的，需要更为适合的换热器。

发明内容

本发明的目的是提供一种自除垢板翅式换热器，其结构简单，承压能力强，散热面积大，自除垢。使其在基本不改变空调结构的前提下，用于空调高压制冷剂在冷凝放热时的热回收，可以有效地实现空调机的余热利用，也可以作为其它用途使用，且具有保温和隔音性能。

本发明的目的是这样实现的：一种自除垢板翅式换热器，包括板翅片复合可变形承压容腔和通过密封与之配合的板片，介质进出连接管，密封紧固组件等组成。板翅片复合可变形承压容腔和通过密封与之配合的板片，介质进出连接管，可通过全焊接连接组成至少两种介质的热交换单元。或通过半焊接组成板翅片复合可变形承压容腔，板翅片复合可变形承压容腔与板翅片复合可变形承压容腔、板片连接组成至少两种介质的热交换单元板翅式换热器。前者板片、板翅片、板片、介质进出连接管焊接而成，板片、板翅片、板片叠摞连接，板翅片与板片内表面交接处焊接，构成互不相通的两个腔体，两个腔体的两端连接引出介质进出连接管，组成热交换单元不可拆卸的板翅式换热器；后者则是板片、板翅片、介质进出连接管焊接在一起组成焊接热交换单元，然后与热交换单元或板片组装起来，相互叠摞，形成介质流腔，焊接热交换单元或板片之间用弹性垫片密封，组成可拆卸的板翅式换热器。板翅式换热器的翅片板换热界面和板片界面有一定弹性，组成的腔体可在较大压力下容积弹性膨胀，在较小压力下容积弹性收缩变形，腔体其常压断面结构为除正圆弧形之外的其它形状。自除垢板翅式换热器壳体上可设置保温层。

板翅片可为平直翅片、锯齿形翅片、波纹翅片等形式，翅片板通过冲压拉伸成形，与封头可同步拉伸成形，也可通过焊接成形，翅片的界面为在较大压力下膨胀，容积膨胀变形，和在较小压力下变形恢复。常压下容腔，其结构可为除体积不可变化的圆弧形之外的其它形状。翅片是板翅式换热器的基本元件，板翅式换热器中的传热过程主要是通过翅片的热传导及翅片与流体之间对流换热来完成的。

翅片的作用是：

(1)扩大传热面积，提高换热器的紧凑性，翅片可看成隔板的延伸与扩展，同时由于翅片具有比隔板大得多的比表面积，因而使紧凑性明显增大；

(2)提高传热效率，由于翅片的特殊结构，流体在流道中形成强烈扰动，使边界层不断破裂、更新，从而有效地降低了热阻，提高了传热效率；

(3)提高了换热器的强度和承压能力，由于翅片起着加强肋的作用，使板腔形成牢固的整体，所以尽管翅片都很薄但却能承受一定的压力。

(4)翅片由于所设计的形状为弹性承压容腔变形结构，即当压力增大时，翅片金属板在压力的作用下发生形变，当压力减小时，翅片金属板弹性恢复初始形状，可以除掉附着在翅片金属板上的脆性钙垢，实现自除垢功能，因此可实现板片换热效率的不衰减。

常用几种翅片的结构型式：

(1)平直翅片由薄金属片冲压而成，其换热与流体动力特性和管内流动相似，相对于其他结构型式的翅片来讲，其特点是换热系数、流动阻力系数都比较小，这种翅片一般用在要求比较小的流体阻力而其自身的换热系数又比较大(例如液侧或发生相变)的传热场合。平直翅片一般具有较高的强度。

(2)锯齿翅片，锯齿翅片可看做平直翅片切成许多短小的片段并互相错开一定间隔而形成的间断式翅片。这种翅片对促进流体的扰动，破坏热阻边界层十分有效，属于高效能翅片但流体通过锯齿翅片时其流动阻力相应增大。锯齿翅片普遍用在需要强化传热(尤其是气侧)的场合。

(3)波纹翅片，波纹翅片是将薄金属片冲压或滚轧成一定的波形，形成弯曲流道，使流体在其中不断改变流动方向，以促进流体的扰动，分离或破坏热阻边界层，其效果相当于翅片的断裂。波纹愈密，波幅愈大，越能强化传热。

板片可为平板或可为板片之上冲制有与翅片板流道槽方向不同加强扰流的凹槽。

板翅片复合可变形承压容腔为板翅片、片板、介质进出连接管通过焊接成形，是带有成形管腔结构的复合体，管腔的流道之间彼此密封，翅片板的换热界面有一定弹性，可在较大压力下容积弹性膨胀，在较小压力下容积弹性收缩变形，其常压结构为除正圆弧形之外的其它形状，焊接方式可以是钎焊、电阻焊、微波焊、激光焊等多种焊接形式。

可拆卸的板翅式换热器的板片或板翅片上可安装扰流翅片，扰流翅片对应安装于相邻翅片板的凹谷处，扰流翅片上可有用于穿接紧固螺栓的管孔，相邻紧固螺栓的管孔在同一条直线上，和扰流翅片支撑在相邻翅片板的凹谷处，扰流翅片为波浪状；板片和板翅片边沿可有用于定位密封件的波纹槽沿。

板腔与板腔之间通过密封件相互叠摞，形成走水腔，扰流翅片支撑于板腔与板腔之间，通过单独设置的固定压紧端板用螺栓压紧密封组合。

可拆卸的板翅式换热器的板腔与板腔之间通过密封件相互叠摞，形成走水腔，扰流翅片支撑于板腔与板腔之间，导孔之内穿有锁紧螺栓，锁紧密封螺栓通过承压端盖上的刚性承压垫框，将各个换热腔体压紧密封组合。

密封紧固组件包括螺栓、具有一定厚度的常规橡胶或其它弹性材料制造的密封圈垫，或中间内置支撑的橡胶或其它弹性材料制造的圈垫、刚性承压垫框。

热交换单元板片、板翅片、板片复合全焊接密封成型的形变承压容腔，通过介质进出连接管接出，或串联连接、并联连接，或串联、并联连接，组成不同的热交换流道，可通过全焊接连接组成至少两种介质的热交换单元。与之配合的板片端盖，全焊接的翅片式换热器可通过栓接紧固件，栓接组成一相互叠摞的换热器，每组换热器的两种介质可通过串联或并联自成体系，在一起换热器中通入的换热介质可为至少两种。

热交换单元为通过半焊接连接组成至少两种介质的热交换单元板式换热器。前者板片、板翅片、板片、介质进出连接管焊接而成，是热交换单元不可拆卸的板翅式换热器；后者则是板片、板翅片、介质进出连接管焊接在一起成为焊接热交换单元，然后与热交换单元或板片组装起来，相互叠摞，形成介质流腔，焊接单元或板片之间用垫片密封，组成可拆卸的板翅式换热器。热交换单元之间的介质可通过介质进出连接管串联连接、并联连接或为串联、并联连接，组成不同的热交换流道。板翅式换热器可通过流道的不同组合，布置成逆流、错流、多股流、多程流，逆流用得最普遍也是最基本的流道布置型式。错流一般用在其有效温差并不明显低于逆流，或一侧流体的温度变化不大于冷、热流体最大温差的一半的场合。

板翅式换热器需要通过许多单元板束的串联、并联、串并联进行组合，在单元组合时，很重要的一个问题就是如何使流体在这些单元板束中均匀分配。从流体均匀分配角度应尽量采用对称型，避免并流型，由于各单元流体阻力可能不等，组合时应注意匹配得当，工艺管道的布置也要注意这一点。

壳体可以用不锈钢、铜、及其合金，铝及其合金、碳钢板或其它具有一定强度和弹性的金属板材制作，金属隔层可以与壳体采用相同的材料，也可采用不同的金属板材。全焊接换热单元板片、板翅片、板片采用叠摞焊接而成，其波峰、谷与两边金属切线相交处用焊接来实现。半焊接换热单元板片、板翅片采用叠摞焊接而成，其波谷与一边金属板片相交处用焊接来实现。使其形成相互隔绝的流通通道，金属隔层的两侧为两种流通介质，即制冷剂和换热剂，金属隔层两侧分布和汇流通道，依次与金属隔层和壳体构成的通道相连通到对角线布置的进出口。金属隔层两侧的介质以逆流方式进行热交换。制冷剂通过设置在上部的进口进入壳体内的一侧空间通道，通过下部的出口流出，换热剂通过设置在壳体底部的进口进入壳体内的另一侧空间通道，并通过上部的出口流出。制冷剂和换热剂通过壳体中设置的金属隔层进行热交换，进、出口根据流量设计，使每个通道内的流量相同。

自除垢板翅紧凑式换热器与常规换热器相比具有以下特点：

(1)传热效率高，由于翅片对流体的扰动使边界层不断破裂，因而具有较大的换热系数；同时由于隔板、翅片的厚度很薄，具有高导热性，所以使得板翅式换热器可以达到很高的效率。

(2)紧凑，由于板翅式换热器具有扩展的二次表面。

(3)轻巧，由于紧凑且多由金属合金制造。

(4)自除垢功能，板片换热效率不衰减。

本发明保留了板式换热器热效率高、占用空间小、重量轻、成本低等特点，还具有可折弯、强度高、占用空间更小(其厚度可以小于1cm)、适用不同的空间要求、有金属隔层和换热器两种功能，能够大规模生产，有较高的推广应用价值。提供了一种新的结构的换热器，板片式结构，结构紧凑，加工简单。承压能力强，换热面积大，不但实现了空调机的余热利用或冰蓄能，更可以作为其它用途的换热装置。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步说明：

图1、图2为全焊接自除垢板翅式换热器结构示意图

图1为全焊接板翅式换热器的板腔结构示意图；

图2为全焊接板翅式换热器的横断面结构示意图。

图3、图4、图5、图6为半焊接可拆卸自除垢板翅式换热器结构示意图；

图3为单片半焊接组合式板翅换热器断面结构示意图；

图4为多片半焊接组合式板翅换热器断面结构示意图；

图5为单片半焊接可拆卸板翅式换热器立面剖视结构示意图；

图6为单片半焊接可拆卸板翅式换热器结构示意图：

图7为半焊接可拆卸自除垢板翅式换热器的另一结构形式的横截面结构示意图；

图8、图9为半焊接可拆卸自除垢板翅式换热器的另一结构形式的横截面结构示意图；

图10为半焊接可拆卸自除垢板翅式换热器，其承压变容腔体为中间放置的板翅式换热器的结构示意图。

1图中：1冷却水进水管、2冷却水腔、3板翅片、4全钎接板翅式换热器壳体、5制冷剂出口管、6冷却水出水管、7制冷剂进口管、8板翅片板片焊接边沿、9制冷剂弹性变容腔、10板片、11弹性垫片、12钢性承压垫框、13扰流翅片、14锁紧密封螺栓、15定位波纹外槽沿、16焊接密封面、17锁紧螺帽、18螺栓安装管孔、19内定位波纹槽沿

具体实施方式

如图1、图2中所示：板片10和板翅片3相互连接的部分通过焊接连接为一体，形成板翅片板片焊接边沿8，板翅片3与两个板片10密封相互隔离成腔体2、9，此腔体具有一定的承压能力，而且板翅片3和板片10均有曲度受压变化，使压力大的腔体具有容积发生变化的能力，因此实现了自动除垢的功能，冷却水进水管1与冷却水出水管6对角线布置，使流径相等。制冷剂进口管7、制冷剂出口管5对角线布置，使流径相等。

图3、图4、图5、图6中：板片10与板翅片3组成通过焊接组成制冷剂弹性变容腔9，弹性变容腔9通过内定位波纹槽沿19、定位波纹外槽沿15将密封紧固组件中的弹性垫片11定位于形成的沟槽中，扰流翅片13、锁紧密封螺栓14、锁紧螺帽17、钢性承压垫框12及螺帽安装管孔18将板翅片3与制冷剂弹性变容腔9密封组合为一体，形成可拆卸的自除垢板翅式换热器。其中冷却水进水管1与冷却水出水管6为等流径对角安装，制冷剂进口管7与制冷剂出口管5也为等流径对角安装，制冷剂与冷却水二者为逆流换热。制冷剂进口管7与其它的制冷剂进口管并联连接，制冷剂出口管5与其它的制冷剂出口管并联连接，冷却水进水管1与其它的冷却水进水管并联连接，冷却水出水管6与其它的冷却水出水管并联连接，便组成并联式自除垢板翅式换热器组(图4)。制冷剂进口到制冷剂出口再连接下一个板翅式换热器制冷剂进口，冷却水出口连接冷却水进口，便组成串联式自除垢板翅式换热器组。

图7、图8、图9、图10原理等同于图3、图4、图5、图6，只是板翅片复合可变形承压容腔的结构不同，同为可拆卸的板翅式换热器。

Claims (10)

1、一种自除垢板翅式换热器，由板翅片复合可变形承压容腔和通过密封与之配合的板片、介质进出连接管、密封紧固组件组成，其特征是：板翅片复合可变形承压容腔和与之配合密封的板片，通过全焊接组成热交换单元，或通过半焊接组成热交换单元，热交换单元焊接有介质进出连接管；板翅片复合可变形承压容腔与另一板翅片复合可变形承压容腔、板片连接组成至少两种介质的热交换单元板翅式换热器，复合在一起的板翅片复合可变形承压容腔，一部分为板片、板翅片、另一板片、介质进出连接管焊接而成，板片、板翅片、另一板片叠摞连接，板翅片与板片内表面交接处焊接，构成互不相通的两个腔体，两个腔体的两端连接引出介质进出连接管，组成热交换单元不可拆卸的板翅式换热器，另一部分是板片、板翅片、介质进出连接管焊接在一起组成焊接热交换单元，然后与板翅式换热器的热交换单元或板片组装起来，相互叠摞，形成介质流腔，焊接热交换单元或板片之间用弹性垫片密封，组成可拆卸的板翅式换热器；板翅式换热器的板翅片换热界面和板片界面有一定弹性，曲度在一定压力下可变化，组成的腔体可在较大压力下容积弹性膨胀，在较小压力下容积弹性收缩变形，腔体其常压断面结构为除正圆弧形之外的其它形状，自除垢板翅式换热器壳体上设置保温层。

2、根据权利要求1所述的自除垢板翅式换热器，其特征是：板翅片为平直翅片、锯齿形翅片、波纹翅片形式。

3、根据权利要求1所述的自除垢板翅式换热器，其特征是：板翅片上设有流道槽，板片为平板或为板片之上冲制有与板翅片流道槽方向不同的凹槽。

4、根据权利要求1所述的自除垢板翅式换热器，其特征是：板翅片复合可变形承压容腔是带有成形管腔结构的复合体，管腔的流道之间彼此密封。

5、根据权利要求1所述的自除垢板翅式换热器，其特征是：板翅片上设有流道槽，可拆卸的板翅式换热器的板片或板翅片上安装扰流翅片，扰流翅片对应安装于相邻板翅片的流道槽的凹谷处，扰流翅片上有用于穿接密封紧固组件的管孔，相邻板翅式换热器密封紧固组件的管孔在同一条直线上，扰流翅片为凹凸状；板片和板翅片边沿有用于定位密封件弹性垫片的波纹槽沿。

6、根据权利要求1所述的自除垢板翅式换热器，其特征是：板翅片复合可变形承压容腔相互叠摞，之间形成的夹腔为走水腔，板翅片为非直、具有扰流特性的扰流翅片，扰流翅片支撑于夹腔之间，通过单独设置的固定压紧端板用螺栓压紧密封组合。

7、根据权利要求1所述的自除垢板翅式换热器，其特征是：可拆卸的板翅式换热器的板翅片复合可变形承压容腔之间通过密封件相互叠摞，形成走水腔，扰流翅片支撑于板腔与板腔之间，导孔之内穿有锁紧螺栓，锁紧密封螺栓通过承压端盖上的刚性承压垫框，将各个换热腔体压紧密封组合。

8、根据权利要求1所述的自除垢板翅式换热器，其特征是：密封紧固组件包括螺栓、具有一定厚度的橡胶或弹性材料制造的密封圈垫弹性垫片，或中间内置支撑的橡胶复合密封圈或弹性材料制造的圈垫弹性垫片、刚性承压垫框。

9、根据权利要求1所述的自除垢板翅式换热器，其特征是：热交换单元板片、板翅片、板片复合全焊接密封成型的形变承压容腔，通过介质进出连接管接出，串联连接、并联连接，或串联、并联连接，组成不同的热交换流道；全焊接的翅片式换热器可通过栓接紧固组件，栓接组成一相互叠摞的换热器，每组换热器的两种介质可通过串联或并联自成体系。

10、根据权利要求1所述的自除垢板翅式换热器，其特征是：热交换单元为板片、板翅片、介质进出连接管焊接在一起成为焊接热交换单元，是不可拆卸的，热交换单元、垫片、板片通过紧固件组装起来，相互叠摞密封，形成介质流腔，组成可拆卸的板翅式换热器；热交换单元之间的介质可通过介质进出连接管串联连接、并联连接或为串联、并联连接，组成不同的热交换流道。

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