CN101509735B - 一种板式换热器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种板式换热器，包括复数个芯体、4个管网和框架；所述4个管网两两设置于芯体的两端，并分别与芯体的冷、热流体的进口或出口配合连接；所述管网由主干管和分支干管组成，所述芯体呈等腰三角形布置；所述4个管网均呈枝状，主干管平行于所述等腰三角形的对称轴，分支干管沿主干管对称设置。本发明突破传统的换热器设计思想，从流动特性开始选择适合流动和换热的几何形状，从而大大提高了换热器的换热效率高、减少了流动阻力，进而降低了功耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种换热器，具体涉及一种板式换热器。
背景技术
板式换热器是一种常见的换热器，已经在制冷空调、化工、动力等领域得到了广泛应用。与常规的管壳式换热器相比，在相同的流动阻力和泵功率消耗情况下，板式换热器的传热系数要高出很多，在适用的范围内有取代管壳式换热器的趋势。
现有的板式换热器一般是由一组几何结构相同的平行薄板叠加组成，两相邻平板之间用特殊设计的密封垫片隔开，形成一个个通道，冷、热流体间隔地在每个通道中流动，从而构成一个芯体1，如附图1～2所示。而在组成芯体的每个基元中，流体可以采用逆流、并流、叉流等各种换热方式，如附图3所示是采用叉流换热方式，实际应用证明，这种方式具有较高的换热效率。在实际应用过程中，通常是将若干个芯体1组合在一起，再依次通过分支干管5、主干管4将各个芯体的冷、热流体的进口6或出口分别统一连接起来，构成管网2，再由框架3固定以组成一套完整的板式换热器。文献Dendritic constructal heat exchanger with small-scale crossflows andlarger-scales counterflows(局部叉流整体逆流的枝状构形换热器)(International Journal of Heat and Mass Transfer，2002，45，P4607-4620)公开了一种板式换热器，由25个芯体5×5排列组成一个类似于长方体的换热器，如附图4～6所示(其中，图6为换热器的管网结构示意图)，这种换热器芯体的每个基元换热系数高，提高了换热效率。
然而，上述板式换热器存在如下缺点：(1)从附图6可见看出，该换热器的管网是不对称的，即：沿着主干管方向，两侧的流体进口数目是不对称的，因此，在利用主干管向各分支干管输送流体时，各分支干管中的流体的压力和流量必定是不均匀的，从而使得各换热芯体的换热不平衡，降低了整个换热器的换热效率；(2)从图6可以看出，主干管和各分支干管是相互垂直设置的，因此，冷、热流体在从主干管向各分支干管的输送过程中，必须要经过90度的转弯，因而流体的流动阻力较大，功耗较高。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构合理、换热效率高、流动阻力小的板式换热器。
为达到上述发明目的，本发明采用的技术方案是：一种板式换热器，包括复数个芯体、4个管网和框架；所述4个管网两两设置于芯体的两端，并分别与芯体的冷、热流体的进口或出口配合连接；所述管网由主干管和分支干管组成，所述芯体呈等腰三角形布置；所述4个管网均呈枝状，主干管平行于所述等腰三角形的对称轴，分支干管沿主干管对称设置。
上文中，所述芯体呈等腰三角形布置，即芯体沿着中心线左右对称布置，整体呈等腰三角形；所述管网呈枝状，分支干管沿主干管对称设置，即主干管在对称轴的位置，分支干管沿着对称轴左右散开，呈枝状，与植物树叶的流体分配茎脉类似。所述管网与芯体的流体进口或出口的连接结构是现有技术，每个换热器的管网为4个，分别是热流体进口管网、热流体出口管网、冷流体进口管网和冷流体出口管网。所述芯体是现有技术，其基元平板可以是平直形的，也可以在平板上压制出各种波纹，或者添加翅片，以增加流体扰动，提高换热效率。此外，上述布置可以通过优化设计，可以减少换热器的耗材。
上述技术方案中，所述管网的主干管的管径大于分支干管的管径。即管网主干管相对于分支管线粗一些，这样可以减小管线上的流动阻力，减少功耗。
上述技术方案中，沿流体流动方向，管网的主干管和分支干管的管径均由粗到细变化。这也是模拟植物树叶的茎脉有粗到细的变化，以减小管线上的流动阻力，减少功耗。
与之相应的另一种技术方案是：一种板式换热器，包括复数个芯体、4个管网和框架；所述4个管网两两设置于芯体的两端，并分别与芯体的冷、热流体的进口或出口配合连接；所述管网由主干管和分支干管组成，所述芯体呈菱形布置；所述4个管网均呈菱形，主干管平行于所述菱形的对称轴，分支干管沿主干管对称设置。
本发明的工作原理是：以热流体的进口管网为例，热流体先从管网的主干管进入，然后沿着主干管左右分开，进入各分支干管，再由各分支干管进入各个芯体的热流体进口，从而完成热流体的进入过程。热流体的出口管网、冷流体的进口管网及冷流体的出口管网的工作过程相同。
由于上述技术方案的采用，与现有技术相比，本发明具有如下优点：
1.本发明突破传统的换热器设计思想，从流动特性开始选择适合流动和换热的几何形状，将芯体呈倒等腰三角形或菱形布置，两侧芯体对称设置，流量和压力分布均匀，消除了不对称分布带来的流量和压力分布不均匀性，从而大大提高了换热器的换热效率、减少了流动阻力。
2.本发明将管网呈枝状设置，其分支干管与主干管之间的夹角在45°左右，从而大大减小了沿程和局部的流动阻力，进而降低了功耗。
3.本发明的换热器结构简单且成本较低，具有良好的应用前景。
附图说明
图1是背景技术中板式换热器的芯体的结构示意图；
图2是图1的俯视图；
图3是背景技术中芯体的基元的结构示意图；
图4是背景技术中板式换热器的结构示意图；
图5是图4中芯体的俯视图；
图6是图4的换热器中网管的结构示意图；
图7是本发明实施例一的板式换热器的俯视图；
图8是图7的换热器中网管的结构示意图；
图9是本发明实施例二的板式换热器的俯视图；
图10是图9的换热器中网管的结构示意图。
其中：1、芯体；2、管网；3、框架；4、主干管；5、分支干管；6、进口。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述：
实施例一
参见图7～8所示，一种板式换热器，包括复数个芯体、管网2和框架，所述管网2与芯体的流体进口6或出口配合连接，所述管网2由主干管4和分支干管5组成，所述芯体呈倒金字塔形布置；所述管网2呈枝状，分支干管5沿主干管4对称设置。所述芯体为25个，各层芯体的数量从上至下依次为：9、7、5、3和1，构成倒金字塔形。
上文中，所述芯体呈倒金字塔形排列，即芯体沿着中心线左右对称布置，整体呈倒金字塔形，如图7所示；所述管网呈枝状，分支干管沿主干管对称设置，即主干管在中心线的位置，分支干管沿着中心线左右散开，呈枝状，与植物树叶的流体分配茎脉类似，如图8所示。所述管网与芯体的流体进口或出口的连接结构是现有技术，每个换热器的管网为4个，分别是热流体进口管网、热流体出口管网、冷流体进口管网和冷流体出口管网，每个管网的形状均类似，只是设置的位置不同。所述芯体是现有技术，其基元平板可以是平直形的，也可以在平板上压制出各种波纹，或者添加翅片，以增加流体扰动，提高换热效率。
上述技术方案中，所述管网的主干管的管径大于分支干管的管径。即管网主干管相对于分支管线粗一些，这样可以减小管线上的流动阻力，减少功耗。此外，沿流体流动方向，管网的主干管和分支干管的管径均由粗到细变化。这也是模拟植物树叶的茎脉有粗到细的变化，以减小管线上的流动阻力，减少功耗。
本发明的工作原理是：以热流体的进口管网为例，热流体先从管网的主干管进入，然后沿着主干管左右分开，进入各分支干管，再由各分支干管进入各个芯体的热流体进口，从而完成热流体的进入过程。热流体的出口管网、冷流体的进口管网及冷流体的出口管网的工作过程相同。
实施例二
参见图9～10所示，一种板式换热器，包括复数个芯体、4个管网和框架；所述4个管网两两设置于芯体的两端，并分别与芯体的冷、热流体的进口或出口配合连接；所述管网由主干管和分支干管组成，所述芯体呈菱形布置；所述4个管网均呈菱形，主干管平行于所述菱形的对称轴，分支干管沿主干管对称设置。
本实施例的换热器整体呈菱形，在实际应用中更便于施工和布置。
Claims (4)
1.一种板式换热器，包括复数个芯体(1)、4个管网(2)和框架(3)；所述4个管网(2)两两设置于芯体的两端，并分别与芯体的冷、热流体的进口或出口配合连接；所述管网(2)由主干管(4)和分支干管(5)组成，其特征在于：所述复数个芯体(1)呈等腰三角形排列布置；所述4个管网(2)均呈枝状，主干管(4)平行于所述等腰三角形的对称轴，分支干管(5)沿主干管(4)对称设置；所述分支干管和主干管的夹角在45度左右。
2.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于：所述管网的主干管的管径大于分支干管的管径。
3.根据权利要求1所述的板式换热器，其特征在于：沿流体流动方向，管网的主干管和分支干管的管径均由粗到细变化。
4.一种板式换热器，包括复数个芯体、4个管网和框架；所述4个管网两两设置于芯体的两端，并分别与芯体的冷、热流体的进口或出口配合连接；所述管网由主干管和分支干管组成，其特征在于：所述复数个芯体呈菱形排列布置；所述4个管网均呈菱形，主干管平行于所述菱形的对称轴，分支干管沿主干管对称设置；所述分支干管和主干管的夹角在45度左右。
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